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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe, insbesondere eine elektronische Leistungsbaugruppe für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
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In Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen werden Inverterstrukturen und Konverterstrukturen mit Kommutierungskreisen aus Zwischenkreiskondensatoren und Halbbrücken, die beispielsweise in Leistungsmodulen ausgebildet sind, eingesetzt. Beispielsweise werden zum Betreiben einer elektrischen Maschine Inverter verwendet, die Phasenströme für die elektrische Maschine bereitstellen.
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Die Leistungsmodule werden dabei über eine Leiterplatte angesteuert, die mit Kontaktierungselementen, wie beispielsweise Einpresspins, mit den Leistungsmodulen elektrisch leitend kontaktiert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine elektronische Baugruppe, insbesondere eine elektronische Leistungsbaugruppe für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, vorgeschlagen.
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Die elektronische Baugruppe umfasst eine Leiterplatte. Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe eine Elektronikeinheit, insbesondere eine Leistungselektronikeinheit, und ein Bauteil mit einer Oberseite, wobei die elektronische Baugruppe weiterhin einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Bauteils umfasst. Der Temperatursensor ist von der Oberseite des Bauteils beabstandet und auf einen Messbereich auf der der Oberseite des Bauteils gerichtet.
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe den Vorteil auf, dass die Temperatur des Bauteils durch den Temperatursensor gemessen und überwacht werden kann. So kann die Leistung der elektronischen Baugruppe optimiert werden und die elektronische Baugruppe vor thermischer Überlastung geschützt werden. Dadurch, dass der Temperatursensor von der Oberseite des Bauteils, beispielsweise durch einen Zwischenraum, beabstandet ist, kann die Temperatur des Bauteils gemessen werden, ohne dass die Wärmeleitung des Bauteils durch den Temperatursensor selbst beeinflusst wird. Der Temperatursensor kann an bezüglich Bauraum und Anschlussmöglichkeiten günstigen Stellen in der elektronischen Baugruppe angeordnet sein und muss nicht an die Stelle, an der die Temperatur gemessen werden soll, also beispielsweise den Messbereich auf der Oberseite des Bauteils, angeordnet sein und dort kontaktiert werden. So kann der Temperatursensor beispielsweise in einem Niedervoltbereich der elektronischen Baugruppe angeordnet sein und das Bauteil, dessen Temperatur gemessen wird, kann ein Bauteil in einem Hochvoltbereich der elektronischen Baugruppe sein. Durch die Beabstandung des Temperatursensors von dem Bauteil kann dieser somit auf einfache Weise vor Hochspannung geschützt sein und es müssen keine aufwendigen Maßnahmen zum Schutz des Temperatursensors getroffen werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Temperatur des Messbereichs des Bauteils durch den Temperatursensor berührungsfrei gemessen wird. So wird die Temperatur des Bauteils in dem Messbereich nicht beeinflusst und es ist eine vorteilhaft genaue Messung möglich. Weiterhin kann der Temperatursensor damit in einem Niedervoltbereich der elektronischen Baugruppe angeordnet sein und von einem in einem Hochvoltbereich angeordneten Bauteil, dessen Temperatur durch den Temperatursensor gemessen wird, isoliert sein.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Temperatursensor als Infrarot-Sensor ausgebildet ist. Ein derartiger Sensor erlaubt eine berührungsfreie und besonders genaue Messung der Temperatur auch bei sehr hohen oder sehr geringen Temperaturen. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass bei der Verwendung eines Infrarot-Sensors als Temperatursensor keine Störungen der Messung durch elektromagnetische Felder auftreten und die Temperaturmessung verfälschen können.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Temperatursensor auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist und der Oberseite des Bauteils zugewandt ist. Die in der elektronischen Baugruppe bereits vorhandene Leiterplatte, die beispielsweise der Steuerung der Elektronikeinheit dient, kann somit vorteilhaft gleichzeitig als Träger für den Temperatursensor dienen. Somit kann der Temperatursensor vorteilhaft einfach und gut durch Leiterbahnen der Leiterplatte kontaktiert werden und/oder in die Steuerschaltung auf der Leiterplatte integriert werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Temperatursensor auf die Leiterplatte aufgelötet ist. Der Temperatursensor kann somit vorteilhaft einfach und gut auf der Leiterplatte, beispielsweise mittels SMD-Lötens, beispielsweise im gleichen Prozessschritt, in dem auch die Leiterplatte mit anderen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen bestückt wird, befestigt und elektrisch an deren Leiterbahnen kontaktiert werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte ein Zwischenteil angeordnet ist, wobei in dem Zwischenteil eine Ausnehmung ausgebildet ist, die zwischen dem Temperatursensor und einem Messbereich auf der Oberseite des Bauteils angeordnet ist. Somit kann der Sensor durch die Ausnehmung hindurch die Temperatur an dem Messbereich messen. Der Sensor kann durch die Ausnehmung hindurch auf den Messbereich schauen.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Zwischenteil als Trägerplatte für die Leiterplatte ausgebildet ist. So kann die Leiterplatte auf einer Seite der Trägerplatte von der Trägerplatte gehalten werden und gleichzeitig durch einen Temperatursensor auf der Leiterplatte eine Temperatur auf der anderen Seite der Trägerplatte gehalten werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass an der Elektronikeinheit wenigstens eine Anschlussstelle ausgebildet ist, wobei die Anschlussstelle der Elektronikeinheit mittels wenigstens eines elektrisch leitenden Kontaktierungselementes mit einer Kontaktierungsstelle der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden ist. So kann die Leiterplatte als Steuereinheit für die Elektronikeinheit dienen.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Bauteil als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei die Elektronikeinheit mittelbar und/oder unmittelbar an der Oberseite des Bauteils anliegt. So kann durch den Temperatursensor die Temperatur des Kühlkörpers der Elektronikeinheit gemessen werden. Daraus können Rückschlüsse auf die Wärmeabgabe der Elektronikeinheit gezogen werden und die elektronische Baugruppe optimiert betrieben werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass im Bauteil ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kühlkanal ausgebildet ist, wobei der Messbereich auf der Oberseite des Bauteils im Bereich eines Abflusses oder eines Zuflusses des Bauteils angeordnet ist. So kann vorteilhaft auf die Temperatur der aus dem Kühlkörper ausfließenden Kühlfluids und somit auf die Menge der von dem Kühlkörper aufgenommenen Wärme geschlossen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der elektronischen Baugruppe.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe kann vielfältige Anwendung finden, beispielsweise als Inverter oder Konverter in der Kraftfahrzeugtechnik. Beispielsweise kann die elektronische Schaltungseinheit als auch als Wechselrichter bezeichneter Inverter für den Betrieb einer elektrischen Maschine beispielsweise von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen oder als Konverter für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge eingesetzt werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe 1. Die elektronische Baugruppe 1 umfasst eine Elektronikeinheit 20, in diesem Ausführungsbeispiel eine Leistungselektronikeinheit. Die Elektronikeinheit 20 umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl an Anschlussstellen 21, die zur elektrischen Kontaktierung der Elektronikeinheit 20 vorgesehen sind.
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Bei der Elektronikeinheit 20 kann es sich beispielsweise um eine Leistungselektronikeinheit handeln. Die Elektronikeinheit 20 ist in den Figuren schematisch dargestellt. Die Elektronikeinheit 20 umfasst beispielsweise ein gemoldetes Gehäuse. In dem Gehäuse ist beispielsweise ein in den Figuren nicht dargestelltes Trägersubstrat angeordnet und auf dem Trägersubstrat sind in den Figuren nicht dargestellte elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet. Bei dem Trägersubstrat kann es sich beispielsweise um einen Schaltungsträger, in diesem Ausführungsbeispiel um ein DBC-Substrat (Direct Bonded Copper), handeln. Das Trägersubstrat kann aber beispielsweise auch ein AMB-Substrat (Active Metal Brazed), ein IMS (Insulated Metal Substrate), eine Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder ein anderes für Leistungsmodule geeignetes Substrat sein. Auf dem Trägersubstrats können verschiedene elektrische und/oder elektronische Bauelemente wie beispielsweise Leistungshalbleiter wie beispielsweise Feldeffekttransistoren wie MIS-FETs (Metal Insulated Semiconductor Field Effect Transistor), IGBTs (insulated-gate bipolar transistor), Leistungs-MOSFETs (metal oxide semiconductor field-effect transistor) und/oder Dioden, beispielsweise Gleichrichterdioden, angeordnet sein. Weiterhin können auch passive Bauelemente wie beispielsweise Widerstände oder Kondensatoren als elektrische und/oder elektronische Bauelemente auf dem Trägersubstrat angeordnet sein. Das Trägersubstrat kann weiterhin in den Figuren nicht dargestellte Leiterbahnen umfassen. Die Leiterbahnen des Trägersubstrats können wie in diesem Ausführungsbeispiel als Leiterflächen ausgebildet sein, die hohe Ströme führen können. Die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente können untereinander oder mit außerhalb der Elektronikeinheit 20 angeordneten und in den Figuren nicht dargestellten weiteren elektrischen und/oder elektronischen Elementen beispielsweise über die Leiterbahnen des Trägersubstrats, über Bonddrähte oder andere geeignete elektrisch leitende Kontaktelemente beispielsweise durch Löten oder Sintern elektrisch leitend verbunden sein. Die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente können über die Leiterbahnen des Trägersubstrats, über Bonddrähte oder andere geeignete elektrisch leitende Kontaktelemente mit den Anschlussstellen 21 der Elektronikeinheit 20 verbunden sein.
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Die elektronische Baugruppe 1 umfasst weiterhin ein Bauteil 40 mit einer Oberseite 41 und einen Messbereich 42 auf der Oberseite 41 des Bauteils 40. Das Bauteil 40 kann beispielsweise als Stromschiene, als Busbar, als Kondensator, beispielsweise als Zwischenkreiskondensator, als EMV-Filter oder als anderes verlustleistungsbehaftetes Bauteil ausgebildet sein.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 40 als Kühlkörper ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiel liegt die Elektronikeinheit 20 mittelbar unter Zwischenlage einer Isolationsschicht an der Oberseite 41 des als Kühlkörpers ausgebildeten Bauteils 40 an. So ist ein wärmeleitender Kontakt zwischen der Elektronikeinheit 20 und dem Bauteil 40 hergestellt. In der Elektronikeinheit 20 entstehende Wärme wird an das Bauteil 40 abgeleitet. Die Oberseite 41 des als Kühlkörpers ausgebildeten Bauteils 40 ist beispielsweise eben ausgebildet. Der Kühlkörper ist aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer gefertigt. Der Kühlkörper kann beispielsweise als Platte ausgebildet sein. An dem Kühlkörperkönnen beispielsweise Strukturen zur Verbesserung der Wärmeableitung, wie beispielsweise Rippen, Stifte oder Kanäle, ausgebildet sein. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem als Kühlkörper ausgebildeten Bauteil ein Kühlkanal 44 ausgebildet. Der Kühlkanal 44 ist mit einem Kühlfluid 43 gefüllt. Das Kühlfluid 43 kann beispielsweise Wasser sein. Das Kühlfluid 43 fließt durch den Kühlkörper. An dem als Kühlkörper ausgebildeten Bauteil 40 sind ein Abfluss 45 und ein in der Figur nicht dargestellter Zufluss ausgebildet. Über den Zufluss fließt das Kühlfluid 43 in den Kühlkanal 44 im Kühlkörper. Über den Abfluss 45 fließt das Kühlfluid 43 aus dem Kühlkanal 44 im Kühlkörper. Über die Oberseite 41 des Kühlkörpers wird Wärme aufgenommen und über den Kühlkörper an das Kühlfluid 43 in dem Kühlkanal 44 geleitet.
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Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe 1 eine Leiterplatte 10. Die Leiterplatte 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel genau wie die Elektronikeinheit 20 auf der Oberseite 41 des als Kühlkörper ausgebildeten Bauteils 40 angeordnet. Dabei ist die Leiterplatte 10 in diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass die Elektronikeinheit 20 zwischen der Leiterplatte 10 und dem Bauteil 40 angeordnet. Bei der Leiterplatte 10 kann es sich beispielsweise um eine starre Leiterplatte, beispielsweise um eine Leiterplatte in FR4-Ausführung oder höherwertig, also beispielsweise um eine Leiterplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz handeln. Die Leiterplatte 10 kann aber auch eine HDI-Leiterplatte (High Density Interconnect-Leiterplatte), eine LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) oder eine andere geeignete starre oder flexible Leiterplatte sein. Die Leiterplatte 10 umfasst beispielsweise ein oder mehrere, miteinander durch in den Figuren nicht dargestellte Leiterbahnen verbundene und in den Figuren ebenfalls nicht dargestellte elektrische und/oder elektronische Bauelemente, die zusammen beispielsweise eine Steuerschaltung für die Elektronikeinheit 20 bilden. Die Leiterplatte 10 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl an Kontaktierungsstellen 11, die dazu vorgesehen sind, die Leiterbahnen und elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente der Leiterplatte 10, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Steuerschaltung bilden, mit außerhalb der Leiterplatte 10 angeordneten Komponenten elektrisch leitend zu verbinden. Die Leiterplatte 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Steuerschaltung ausgebildet, die dazu vorgesehen ist die Elektronikeinheit 20 zu steuern. Zu diesem Zweck sind die Kontaktierungsstellen 11 der Leiterplatte 10 mit den Anschlussstellen 21 der Elektronikeinheit 20 mittels elektrisch leitenden Kontaktierungselementen 30 elektrisch leitend verbunden. In 1 ist exemplarisch ein Kontaktierungselement 30 dargestellt, das eine Anschlussstelle 21 mit einer Kontaktierungsstelle 11 der Leiterplatte 10 kontaktiert.
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Die Kontaktierungselemente 30 können beispielsweise stiftförmig ausgebildet sein. Die Kontaktierungselemente 30 können beispielsweise Signalpins sein und beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen und thermisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein. Es können beispielsweise auch andere Elemente als Kontaktierungselement 30 oder Kontaktierungselemente 30 verwendet werden, wie beispielsweise flexible Leiterplatten.
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Weiterhin umfasst die elektronische Baugruppe 1 einen Temperatursensor 60. Der Temperatursensor 60 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Unterseite 12 der Leiterplatte 10 angeordnet. Der Temperatursensor 60 ist an der Unterseite 12 der der Leiterplatte 10 befestigt, insbesondere angelötet. Der Temperatursensor 60 ist der Oberseite 41 des Kühlkörpers 41 zugewandt. Der Temperatursensor 60 misst die Temperatur auf einer von dem Temperatursensor 60 beanstandeten Messbereich 42. Der Temperatursensor 60 ist als Infrarot-Sensor ausgebildet. Der Temperatursensor 60 misst die Temperatur in dem Messbereich 42 mittels Infrarot-Strahlung. Der Messbereich 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf der Oberseite 41 des Kühlkörpers 40 angeordnet. Der Temperatursensor 60 ist in einer Richtung zum Messbereich 42 hin ausgerichtet. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Messbereich 42 ein Bereich auf der Oberseite 41 des Kühlkörpers 40. Der Messbereich 42 ist beispielsweise oberhalb des Abflusses 45 für das Kühlfluid 43 angeordnet.
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Zwischen der Leiterplatte 10 und dem Bauteil 40 kann beispielsweise ein Zwischenteil 50, beispielsweise eine Trägerplatte für die Leiterplatte 10, angeordnet sein. Die Leiterplatte 10 wird von dem Zwischenteil 50 gehalten. Um die Temperatur im Messbereich 42 auf dem Bauteil 40 mit dem Temperatursensor 60 auf der Leiterplatte 10 messen zu können, ist in dem Zwischenteil 50 beispielsweise eine Ausnehmung 51 ausgebildet. Die Ausnehmung 51 ist zwischen dem Temperatursensor 60 und dem Messbereich 42 auf dem Bauteil 40 ausgebildet.
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Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
