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Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul, eine Vorrichtung zum Ansteuern und/oder Ausführen des Verfahrens, ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen oder elektronischen Moduls, einen Stromrichter, einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug.
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Im Bereich von Stromrichtern für elektrische Achsantriebe für Kraftfahrzeuge oder anders ausgedrückt im Bereich von Traktionsinvertern für Automobilanwendungen können herkömmlicherweise integrierte B6-Brückenmodule, integrierte Halbbrückenmodule oder diskrete Einzelschalter zum Einsatz kommen. In der
US2021313243A1 ist in diesem Zusammenhang ein Modul gezeigt, welches über ein Leadframe, d. h. einen Anschlussrahmen verfügt. Die Positionierung von Halbleiterelementen ist dabei zu einem hohen Anteil von der Herstellbarkeit des Leadframes getrieben, welches einmal in dem Ausgangsentwurf als Blech dargestellt wird. Dabei können beispielsweise die ablaufenden Ströme auf zwei Anschlüsse aufgeteilt werden, was zu einer Ungleichverteilung der Ströme führen kann, welches die Halbleiter unterschiedlich belasten könnte.
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Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul, eine verbesserte Vorrichtung zum Ansteuern und/oder Ausführen des Verfahrens, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines elektrischen oder elektronischen Moduls, einen verbesserten Stromrichter, einen verbesserten elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug und ein verbessertes Kraftfahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Dank eines hier vorgestellten Verfahrens kann ein Leadframe geschaffen werden, das eine Parallelisierung von stromtragenden Pfaden ermöglicht, die zum einen Teil mit den Source-Potenzialen von Halbleitern verbunden oder verbindbar sind und zum anderen Teil nicht. Die Parallelisierung der stromführenden Pfade ermöglicht eine parallele Stromführung ohne die Anbindung des Halbleiters, der ein Leistungshalbleiter sein kann.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine modulinterne Halbleiterkontaktierung eines Leistungsmoduls für einen Stromrichter für einen elektrischen Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs auf vorteilhafte Weise realisierbar ist. Anders als ein Modul, welches auf einem herkömmlichen Leadframe-Design basiert, kann gemäß Ausführungsformen bei dem Leistungsmodul beispielsweise erreicht werden, dass eine Stromführung zwischen Halbleiterelementen, genauer gesagt Leistungshalbleiterelementen im Bereich des sogenannten Power-Source oder anders ausgedrückt eines Anschlusses oder Leistungsanschlusses der Halbleiterelemente gleichmäßig verläuft. Somit kann insbesondere eine Gleichverteilung von elektrischen Strömen erreicht werden, wodurch eine gleichmäßige Belastung der Halbleiter erzielt werden kann. Gemäß Ausführungsformen kann Beispielsweise ein Leistungsmodul realisiert werden, welches einen zentralisierten Source-Abgriff oder anders ausgedrückt einen bezüglich einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen zentral oder mittig angeordneten Leistungsanschluss aufweisen kann. Somit kann insbesondere durch die zentrale Power-Source-Anbindung eine gleichmäßige Stromverteilung zwischen den Leistungshalbleiterelementen ermöglicht werden. Zudem kann insbesondere bei dem Leistungsmodul eine Verbindung aller Steueranschlüsse der Leistungshalbleiterelemente zu einem entsprechenden Anschlussstift des Leistungsmoduls vorgesehen sein.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul umfasst einen Schritt des Biegens. Im Schritt des Biegens wird ein vorbearbeitetes Blech gebogen, das eine erste elektrische Anschlusseinrichtung zum Anschluss an ein erstes elektrisches Potenzial, einen Steueranschluss mit zumindest einem Steuerkontakt und eine zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung und dem Steueranschluss angeordnete zweite elektrische Anschlusseinrichtung zum Anschluss an ein zweites elektrisches Potenzial aufweist, wobei die zweite elektrische Anschlusseinrichtung einen Pfadabschnitt aufweist, der einen ersten Pfad zum Kontaktieren mit einem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils und zumindest einen mit dem ersten Pfad parallel verlaufenden zweiten Pfad aufweist. Im Schritt des Biegens wird ein erster Biegeabschnitt des ersten Pfads in eine tiefere Ebene gebogen als ein zweiter Biegeabschnitt des zweiten Pfads, um die Anschlussvorrichtung herzustellen.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Die Anschlussvorrichtung kann ein Leadframe, also ein beispielsweise metallischer Anschluss-Rahmen sein. Bei dem Blech kann es sich um ein ebenes Blech handeln. Als vorbearbeitetes Blech kann ein gestanztes, ausgeschnittenes und/oder gelasertes Blech verstanden werden. Das vorbearbeitete Blech kann einstückig ausgeformt sein, sodass die erste elektrische Anschlusseinrichtung, der Steueranschluss und/oder die zweite elektrische Anschlusseinrichtung der Anschlussvorrichtung miteinander einstückig ausgeformt sein können. Vor dem Schritt des Biegens können die erste elektrische Anschlusseinrichtung, der Steueranschluss und/oder die zweite elektrische Anschlusseinrichtung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Das elektrische oder elektronische Bauteil kann ein Halbleiterelement, beispielsweise ein Leistungshalbleiter wie ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, kurz „IGBT“, und/oder eine Diode und/oder ein unipolares Bauelement wie ein MOSFET sein. Bei dem elektronischen Modul kann es sich um ein Leistungsmodul für beispielsweise einen Stromrichter für einen elektrischen Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs handeln. Die erste Anschlusseinrichtung dient zum Anschluss des Moduls/Leistungsmoduls an das erste elektrische Potenzial, das beispielsweise ein elektrisches Drain-Potenzial sein kann. Der Steuerkontakt kann ein Gate-Pin sein. Der Steueranschluss kann auch einen zweite Steuerkontakt, beispielsweise in Form eines Kelvin-Source-Pins, aufweisen. Der erste Pfad kann ein elektrisch leitfähiger oder stromführender Pfad zum Kontaktieren mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils sein. Der zweite Pfad kann ebenfalls ein elektrisch leitfähiger oder stromführender Pfad sein. Der zweite Pfad kann beispielsweise vor dem Schritt des Biegens dem ersten Pfad entsprechend ausgeformt sein und/oder ein mit dem ersten Pfad parallelisierter zweiter Pfad sein. Das zweite elektrische Potenzial kann ein Source-Potenzial sein, sodass der Anschluss für das zweite elektrische Potenzial ein Source-Potenzial-Anschluss sein kann. Als „tiefere Ebene“ ist eine tiefer in die Biegerichtung gebogene Ebene zu verstehen. Da im Schritt des Biegens der erste Biegeabschnitt des ersten Pfads in die tiefere Ebene gebogen wird als der zweite Biegeabschnitt des zweiten Pfads, kann der erste Pfad vorteilhafterweise nach dem Schritt des Biegens zum Kontaktieren mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils dienen während der zweite Pfad nach dem Schritt des Biegens den Anschluss für das zweite elektrische Potenzial nicht kontaktiert, sondern beabstandet zu dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial angeordnet ist.
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Im Schritt des Biegens kann eine erste Abschnitts-Länge des ersten Biegeabschnitts und/oder eine zweite Abschnitts-Länge des zweiten Biegeabschnitts im Wesentlichen einer ersten Bauteil-Länge des elektrischen oder elektronischen Bauteils entsprechen. So kann der erste Biegeabschnitt über eine möglichst große Auflagefläche auf der Abschnitts-Länge aufliegen. Die Bauteil-Länge kann eine senkrecht zu der Biegerichtung verlaufende Länge sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Biegens der erste Biegeabschnitt und/oder der zweite Biegeabschnitt wellenförmig gebogen werden. Hierbei kann der erste Biegeabschnitt beispielsweise entlang einer Länge des ersten Biegeabschnitts mit zumindest zwei wellenartigen Biegungen und/oder der zweite Biegeabschnitt entlang einer Länge des zweiten Biegeabschnitts mit zumindest vier wellenartigen Biegungen gebogen werden. Mehr Biegungen können dazu dienen, die senkrecht zu der Länge verlaufende Tiefe der Biegung insgesamt gering zu halten, sodass der erste Biegeabschnitt mit weniger Biegungen insgesamt tiefer gebogen wird, um den Anschluss für das zweite elektrische Potenzial kontaktieren zu können und der zweite Biegeabschnitt mit mehr Biegungen insgesamt weniger tiefer gebogen wird, um den Anschluss für das zweite elektrische Potenzial nicht zu kontaktieren.
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Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Stanzens und/oder Laserschneidens vor dem Schritt des Biegens aufweisen, in dem ein Rohblech gestanzt oder lasergeschnitten wird, um das vorbearbeitete Blech zu erhalten, insbesondere wobei im Schritt des Stanzens und/oder Laserschneidens das Rohblech derart gestanzt oder lasergeschnitten wird, dass ein Spalt zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung und dem Pfadabschnitt erzeugt wird. Das Rohblech kann ein ebenes Rohblech sein. Dank des Spalts kann sichergestellt werden, dass keine direkte Verbindung zwischen der ersten elektrischer Anschlusseinrichtung und der zweiter elektrischen Anschlusseinrichtung/dem Pfadabschnitt besteht.
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Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt des weiteren Biegens aufweisen, in dem der Steuerkontakt in eine dem Pfadabschnitt entgegengesetzte Richtung gebogen wird. Im Schritt des weiteren Biegens kann auch der zweite Steuerkontakt entsprechend dem Steuerkontakt gebogen werden. Der Steuerkontakt und/oder zweite Steuerkontakt kann beispielsweise mittig um beispielsweise 90 Grad gebogen werden. Wenn das Biegen der Biegeabschnitte des Pfadabschnitts im Schritt des Biegens als eine Biegung nach unten verstanden werden kann, dann können die Steuerkontakte dem entgegengesetzt nach oben gebogen werden. Die Steuerkontakte können hierbei quer/senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung erstreckend gebogen werden.
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Im Schritt des Biegens kann ferner ein parallel zu dem ersten Pfad verlaufender weiterer erster Pfad des Pfadabschnitts zum Kontaktieren mit einem weiteren Anschluss für das erste Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils dem ersten Biegeabschnitt entsprechend gebogen werden. Auch der weitere erste Pfad kann ein elektrisch leitfähiger oder stromführender Pfad sein. Das erste elektrische Potenzial kann ein Drain-Potenzial sein, sodass der weitere Anschluss für das erste elektrische Potenzial ein Drain-Anschluss sein kann. So kann der Pfadabschnitt den ersten Pfad zum Kontaktieren des zweiten Potenzials, den weiteren erster Pfad zum Kontaktieren des ersten Potenzials und den zweiten Pfad, der beabstandet von beiden Potenzialen angeordnet ist, aufweisen. So kann in im Leadframe eine Parallelisierung von stromtragenden Pfaden ermöglicht sein, die zum einen Teil mit den Source-Potenzialen der Halbleiter verbunden sind und zum anderen Teil nicht. Die Parallelisierung der stromführenden Pfade ermöglicht eine parallele Stromführung ohne die Anbindung des Leistungshalbleiters. Zur Anbindung des Anschlusses/Chips wird das Leadframe auf die Oberseite des Anschlusses/Chips und/oder weiteren Anschlusses hinunter gebogen. Im Bereich der parallelisierten Pfade wird für den zweiten Biegeabschnitt eine alternative Form der Biegung eingesetzt, welche der identischen Länge des gebogenen Leadframe zum Chip entsprechen kann. Diese alternative Form, beispielsweise als Welle ausgeführt, wird hierbei so gewählt, dass der Abstand zum elektrischen oder elektronischen Bauteil oder zu einer Leiterplatte wie einem Direct-Bonded-Copper-Substrat, kurz „DBC“, auf welchem das Bauteil angeordnet sein kann, eine Isolation des Leadframe zum Bauteil oder dem Direct-Bonded-Copper-Substrat ermöglicht.
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Im Schritt des Biegens kann das Blech gebogen werden, das ferner zumindest einen zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung und dem Steueranschluss angeordneten zweiten Pfadabschnitt aufweist, der einen dritten Pfad zum Kontaktieren mit einem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial eines zweiten elektrischen oder elektronischen Bauteils und zumindest einen mit dem dritten Pfad parallel verlaufenden vierten Pfad aufweist, wobei im Schritt des Biegens ein dritter Biegeabschnitt des dritten Pfads in eine tieferen Ebene gebogen wird als ein vierter Biegeabschnitt des vierten Pfads oder der dritte Biegeabschnitt und der vierte Biegeabschnitt dem ersten Biegeabschnitt entsprechend gebogen werden. Auch der dritte Pfad und/oder vierte Pfad kann elektrisch leitfähig oder stromführend ausgeformt sein. So kann über den zweiten Pfadabschnitt ferner ein zweites elektrisches oder elektronisches Bauteil, das ebenfalls ein Halbleiterelement sein kann, an die Anschlussvorrichtung angeschlossen werden. Der dritte Biegeabschnitt kann demnach wie der erste Biegeabschnitt ausgeformt sein, wobei der vierte Biegeabschnitt entweder wie der zweite Biegeabschnitt das zweite Bauteil nicht kontaktieren kann, also entsprechend dem zweiten Biegeabschnitt mit geringerer Tiefe gebogen sein kann, oder aber der vierte Biegeabschnitt kann wie der weitere erste Biegeabschnitt zum Kontaktieren eines Anschlusses für des erste elektrische Potenzial des zweiten Bauteils ausgeformt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Biegens der dritte Biegeabschnitt und der vierte Biegeabschnitt des zweiten Pfadabschnitts gebogen werden, wobei der Pfadabschnitt und der zweite Pfadabschnitt benachbart zueinander oder hintereinander angeordnet sind. So können benachbarte oder hintereinander angeordnete elektrische oder elektronische Bauteile kontaktiert werden.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen oder elektronischen Moduls weist einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Kontaktierens auf. Im Schritt des Bereitstellens werden eine Anschlussvorrichtung, die unter Verwendung des vorangehend beschriebenen Verfahrens in einer der vorangehenden Varianten hergestellt wurde, und das elektrische oder elektronische Bauteil bereitgestellt. Im Schritt des Kontaktierens wird der erste Biegeabschnitt mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils kontaktiert, um das elektrische oder elektronische Modul herzustellen. Im Schritt des Kontaktierens kann ferner der zweite Biegeabschnitt beabstandet zu dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial und/oder beabstandet zu dem weiteren Anschluss für das erste Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils angeordnet werden, um das elektrische oder elektronische Modul herzustellen.
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Das Verfahren kann auch einen Schritt des Befestigens aufweisen, in dem der erste Biegeabschnitt mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils und/oder der weitere erste Biegeabschnitt mit einem Anschluss für das erste elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils verlötet oder versintert werden und/oder es kann zumindest ein Verbindungsabschnitt der Anschlussvorrichtung mit einem das elektrische oder elektronische Bauteil aufweisenden Substrat, beispielsweise einem Direct-Bonded-Copper-Substrat oder einer anderen Leiterplatte, verlötet oder versintert werden. So kann eine stabile Befestigung der Anschlussvorrichtung an den Anschlüssen und/oder dem Substrat realisiert werden.
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Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Moldens aufweisen, in dem zumindest der Pfadabschnitt und das von dem ersten Biegeabschnitt kontaktierte elektrische oder elektronische Bauteil ummoldet werden. So kann ein zusätzlicher Schutz und eine zusätzliche Stabilisierung des ersten Biegeabschnitts und/oder elektrischen oder elektronischen Bauteils realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren weiterhin einen Schritt des Entfernens eines Randbereichs von dem Rohblech oder dem vorbearbeiteten Blech aufweisen. Beispielsweise kann im Schritt des Entfernens der Randbereich abgeschnitten, weggelasert und/oder weggestanzt werden. Der Randbereich kann ein die erste elektrische Anschlussrichtung, den Steueranschluss und die zweite elektrische Anschlussrichtung umgreifender Randabschnitt des vorbearbeiteten Blechs sein.
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Das Verfahren kann auch einen Schritt des Verbindens aufweisen, in dem ein Gate-Anschluss des elektrischen oder elektronischen Bauteils direkt oder indirekt mit dem Steuerkontakt und/oder ein Signalanschluss des elektrischen oder elektronischen Bauteils direkt oder indirekt mit dem zweiten Steuerkontakt und/oder ein weiterer Signalanschluss, der ein Kelvin-Source-Anschluss sein kann, des elektrischen oder elektronischen Bauteils direkt oder indirekt mit der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung, beispielsweise mit dem Pfadabschnitt, verbunden wird. Im Schritt des Verbindens können die Verbindungen beispielsweise mittels Bonddrähten hergestellt werden. So kann ein funktionsfähiges elektrisches oder elektronisches Modul geschaffen werden.
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Ein elektrisches oder elektronisches Modul weist ein Substrat, das ein Direct-Bonded-Copper-Substrat oder eine andere Leiterplatte sein kann, und zumindest ein auf dem Substrat angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauteil und eine unter Verwendung eines Verfahrens in einer der vorangehend beschriebenen Varianten hergestellte Anschlussvorrichtung auf, wobei der erste Biegeabschnitt des ersten Pfads mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils kontaktiert ist und/oder der zweite Biegeabschnitt des zweiten Pfads beabstandet zu dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial und/oder einem weiteren Anschluss für das erste elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils angeordnet ist.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle(n) aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter, insbesondere Wechselrichter, für ein Kraftfahrzeug mit einer Anschlussvorrichtung, die unter Verwendung eines Verfahrens in einer der vorangehend beschriebenen Varianten hergestellt wurde. Der Stromrichter zeichnet sich dadurch aus, dass die Anschlussvorrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Der Stromrichter kann als ein Wechselrichter oder Inverter ausgeführt sein. Unter Verwendung des Stromrichters kann ein zum Betreiben der elektrischen Maschine erforderlicher elektrischer Wechselstrom bereitgestellt werden.
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Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und einem vorangehend beschriebenen Stromrichter, insbesondere Wechselrichter. Der elektrische Achsantrieb zeichnet sich dadurch aus, dass der Stromrichter wie vorangehend beschrieben ausgebildet ist.
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Unter Verwendung der Getriebeeinrichtung kann ein von der elektrischen Maschine bereitgestelltes Drehmoment in ein Antriebsmoment zum Antreiben zumindest eines Rads des Kraftfahrzeugs umgewandelt werden. Die Getriebeeinrichtung kann ein Getriebe zum Reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine sowie optional ein Differenzial aufweisen.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantrieb und/oder einem Stromrichter. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Achsantrieb und/oder der Stromrichter wie in einer der vorangehend beschrieben Varianten ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stromrichters für einen elektrischen Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul;
- 4 eine perspektivische Darstellung eines ersten Biegeabschnitts und zweiten Biegeabschnitts einer Anschlussvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine schematische Aufsicht auf ein elektrisches oder elektronisches Modul gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine seitliche Querschnittsdarstellung eines ersten Biegeabschnitts und zweiten Biegeabschnitts eines elektrischen oder elektronischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 eine schematische Aufsicht auf ein elektrisches oder elektronisches Modul gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8 eine perspektivische Ansicht unterschiedlicher Fertigungsstadien während eines beispielhaften Herstellungsprozesses einer Anschlussvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und eines elektrischen oder elektronischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 9 eine perspektivische Ansicht unterschiedlicher Fertigungsstadien während eines beispielhaften Herstellungsprozesses einer Anschlussvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 10 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul; und
- 11 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines elektrischen oder elektronischen Moduls.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 100. Von dem Kraftfahrzeug 100 sind in der Darstellung von 1 hierbei Räder 105, lediglich beispielhaft vier Räder 105, ein elektrischer Energiespeicher 110, beispielsweise eine Batterie, und ein elektrischer Achsantrieb 120 gezeigt. Der elektrische Achsantrieb 120 umfasst einen Stromrichter 130, eine elektrische Maschine 140 und eine Getriebeeinrichtung 150.
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Elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine 105 wird von einer Energieversorgungseinrichtung, hier dem elektrischen Energiespeicher 110 bereitgestellt. Der elektrische Energiespeicher 110 ist ausgebildet, um Gleichstrom bereitzustellen, der unter Verwendung eines Stromrichters 130 des elektrischen Achsantriebs 120 in einen Wechselstrom, beispielsweise einen dreiphasigen Wechselstrom, gewandelt und der elektrischen Maschine 140 bereitgestellt wird. Eine von der elektrischen Maschine 140 angetriebene Welle ist direkt oder unter Verwendung der Getriebeeinrichtung 150 mit zumindest einem Rad 105 des Kraftfahrzeugs 100 gekoppelt. Somit kann das Kraftfahrzeug 100 unter Verwendung der elektrischen Maschine 140 fortbewegt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der elektrische Achsantrieb 120 ein Gehäuse, in dem der Stromrichter 130, die elektrische Maschine 140 und die Getriebeeinrichtung 150 angeordnet sind.
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Insbesondere auf den Stromrichter 130 und dessen Komponenten wird unter Bezugnahme auf nachfolgende Figuren noch detaillierter eingegangen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stromrichters 130 für einen elektrischen Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs. Der Stromrichter 130 entspricht oder ähnelt hierbei dem Stromrichter aus 1. Ferner sind zusätzlich zu dem Stromrichter 130 zur Veranschaulichung in 2 auch der elektrische Energiespeicher 110 und die elektrische Maschine 140 des elektrischen Achsantriebs gezeigt. Der Stromrichter 130 umfasst Gleichstromanschlüsse 231, einen Zwischenkreiskondensator 233, eine Mehrzahl von Leistungsmodulen 235 und Wechselstromanschlüsse 237.
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Die Gleichstromanschlüsse 231 sind für einen elektrischen Gleichstrom von dem elektrischen Energiespeicher 110 des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Anders ausgedrückt ist der Stromrichter 130 über die Gleichstromanschlüsse 231 an den elektrischen Energiespeicher 110 anschließbar oder angeschlossen. Der Zwischenkreiskondensator 233 ist dem ersten der Gleichstromanschlüsse 231 und dem zweiten der Gleichstromanschlüsse 231 elektrisch verbunden. Die Wechselstromanschlüsse 237 sind zum Bereitstellen eines elektrischen Wechselstroms für die elektrische Maschine 140 des elektrischen Achsantriebs vorgesehen. Anders ausgedrückt ist der Stromrichter 130 über die Wechselstromanschlüsse 237 an die elektrische Maschine 140 anschließbar oder angeschlossen. Die Gleichstromanschlüsse 231 und/oder die Wechselstromanschlüsse 237 sind beispielsweise jeweils ausgeformt, um ein Ende eines Stromkabels aufzunehmen und beispielsweise durch Anschrauben, Anklemmen oder Anlöten mechanisch und elektrisch zu kontaktieren.
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Die Leistungsmodule 235 umfassen Schalteinrichtungen und sind ausgebildet, um den Gleichstrom in den Wechselstrom zu wandeln. Auf die Leistungsmodule 235, die im Folgenden auch als elektrische oder elektronische Module bezeichnet werden, wird auch unter Bezugnahme auf nachfolgende Figuren noch detaillierter eingegangen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Stromrichter 130 lediglich beispielhaft sechs Leistungsmodule 235, hier ein erstes Leistungsmodul S1, ein zweites Leistungsmodul S2, ein drittes Leistungsmodul S3, ein viertes Leistungsmodul S4, ein fünftes Leistungsmodul S5 und ein sechstes Leistungsmodul S6. Die Leistungsmodule 235 bzw. S1, S2, S3, S4, S5 und S6 sind in einer B6-Brückenschaltung verschaltet. Dabei ist ein erster der Gleichstromanschlüsse 231 mit einem ersten Anschluss des ersten Leistungsmoduls S1, einem ersten Anschluss des dritten Leistungsmoduls S3 und einem ersten Anschluss des sechsten Leistungsmoduls S5 elektrisch verbunden. Ein zweiter der Gleichstromanschlüsse 231 ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Leistungsmoduls S2, einem ersten Anschluss des vierten Leistungsmoduls S4 und einem ersten Anschluss des sechsten Leistungsmoduls S6 elektrisch verbunden. Ein erster der Wechselstromanschlüsse 237 ist mit einem zweiten Anschluss des ersten Leistungsmoduls S1 und einem zweiten Anschluss des zweiten Leistungsmoduls S2 elektrisch verbunden. Ein zweiter der Wechselstromanschlüsse 237 ist mit einem zweiten Anschluss des dritten Leistungsmoduls S3 und einem zweiten Anschluss des vierten Leistungsmoduls S4 elektrisch verbunden. Ein dritter der Wechselstromanschlüsse 237 ist mit einem zweiten Anschluss des fünften Leistungsmoduls S5 und einem zweiten Anschluss des sechsten Leistungsmoduls S6 elektrisch verbunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Stromrichter 130 in umgekehrter Richtung betrieben werden, sodass die elektrische Maschine 140 als Generator zum Laden des elektrischen Energiespeichers 110 verwendet werden kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anschlussvorrichtung 300 zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem elektrischen oder elektronischen Modul um das in 2 beschriebene Leistungsmodul das zur Verwendung mit dem in 1 oder 2 beschriebenen Stromrichter für den in 1 oder 2 beschriebenen elektrischen Achsantrieb des in 1 oder 2 beschriebenen Kraftfahrzeugs geeignet ist.
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Die Anschlussvorrichtung 300 weist ein vorbearbeitetes Blech 305 mit einer ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 zum Anschluss an ein erstes elektrisches Potenzial, einem Steueranschluss 315 mit zumindest einem Steuerkontakt 320 und einer zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 und dem Steueranschluss 315 angeordneten zweiten elektrischen Anschlusseinrichtung 325 zum Anschluss an ein zweites elektrisches Potenzial auf, wobei die zweite elektrische Anschlusseinrichtung 325 einen Pfadabschnitt 330 aufweist, der einen ersten Pfad 335 zum Kontaktieren mit einem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils und zumindest einen mit dem ersten Pfad 335 parallel verlaufenden zweiten Pfad 340 aufweist. Ein erster Biegeabschnitt des ersten Pfads 330 ist in eine tiefere Ebene gebogen als ein zweiter Biegeabschnitt des zweiten Pfads 340. Der erste und zweite Biegeabschnitt sind in 4 näher gezeigt.
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Gezeigt ist in 3 ferner eine Vorrichtung 345, die eingerichtet ist, um eine Herstellung der Anschlussvorrichtung 300 auszuführen und/oder anzusteuern. Hierzu weist die Vorrichtung 345 eine Ausgabeeinrichtung 350 auf, die ausgebildet ist, um ein Biegesignal 355 auszugeben, das ausgebildet ist, um ein Biegen des ersten Biegeabschnitts des ersten Pfads 330 in die tiefere Ebene zu bewirken als die Ebene des zweiten Biegeabschnitts des zweiten Pfads 340. Hier in 3 dargestellt ist bereits ein Ergebnis der durch das Biegesignal 355 bewirkten gebogenen Zustände der Pfade 335, 340.
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Die Anschlussvorrichtung 300 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein sogenannter „Leadframe“, also als ein metallischer Anschluss-Rahmen, ausgeformt. Bei dem vorbearbeiteten Blech 305 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um ein ebenes Blech. Das vorbearbeitete Blech 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel gestanzt, ausgeschnitten und/oder gelasert worden, um die erste elektrische Anschlusseinrichtung 310, den Steueranschluss 315 und die zweite elektrische Anschlusseinrichtung 325 herzustellen. Das vorbearbeitete Blech 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeformt, sodass die erste elektrische Anschlusseinrichtung 310, der Steueranschluss 315 und/oder die zweite elektrische Anschlusseinrichtung 325 der Anschlussvorrichtung 300 miteinander einstückig ausgeformt sind. Vor der Ausgabe des Biegesignals 355, das den hier gezeigten gebogenen Zustand der Pfade 335, 240 bewirkt, waren die erste elektrische Anschlusseinrichtung 310, der Steueranschluss 315 und/oder die zweite elektrische Anschlusseinrichtung 325 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, siehe hierzu auch 8. Lediglich optional ist die Vorrichtung 345 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ausgebildet, um ein weiteres Biegesignal 360 auszugeben, das ein Biegen ferner der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 bewirkt.
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Die erste Anschlusseinrichtung 310 dient gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Anschluss des Moduls/Leistungsmoduls an das erste elektrische Potenzial, das beispielsweise als elektrisches Drain-Potenzial ausgeformt ist. Der Steuerkontakt 320 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Gate-Pin ausgeformt. Der Steueranschluss 315 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch einen zweiten Steuerkontakt 365 auf, der hier beispielhaft als ein Kelvin-Source-Pin ausgeformt ist. Der erste Pfad 335 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein elektrisch leitfähiger oder stromführender Pfad ausgeformt und dient zum Kontaktieren mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils, siehe 5. Der zweite Pfad 340 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls als ein elektrisch leitfähiger oder stromführender Pfad ausgeformt, wobei der zweite Pfad 340 nicht zum Kontaktieren eines Anschlusses für ein elektrisches Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils vorgesehen ist. Der zweite Pfad 340 war beispielsweise vor dem durch das Biegesignal 355 bewirkten Biegen dem ersten Pfad 335 entsprechend ausgeformt, siehe 8, und/oder ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein mit dem ersten Pfad 335 parallelisierter zweiter Pfad 340. Das zweite elektrische Potenzial ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Source-Potenzial ausgeformt, sodass der Anschluss für das zweite elektrische Potenzial gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Source-Potenzial-Anschluss ist. Als „tiefere Ebene“ ist eine tiefer in die Biegerichtung 370 gebogene Ebene zu verstehen. Da mittels des Biegesignals 355 der erste Biegeabschnitt des ersten Pfads 335 in die tiefere Ebene gebogen wird als der zweite Biegeabschnitt des zweiten Pfads 340, kann der erste Pfad 335 vorteilhafterweise nach dem Biegevorgang zum Kontaktieren mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils dienen während der zweite Pfad 340 nach dem Biegen den Anschluss für das zweite elektrische Potenzial nicht kontaktiert, sondern beabstandet zu dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial angeordnet ist.
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Der Pfadabschnitt 330 der Anschlussvorrichtung 300 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner einen parallel zu dem ersten Pfad 335 verlaufenden weiteren ersten Pfad 375 auf, wobei der weitere erste Pfad 375 zum Kontaktieren mit einem weiteren Anschluss für das erste Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils dem ersten Biegeabschnitt entsprechend gebogen ist. Auch der weitere erste Pfad 375 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisch leitfähiger oder stromführender Pfad. Auch der weitere erste Pfad 375 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel durch das Biegesignal 255 gebogen worden. Das erste elektrische Potenzial kann ein Drain-Potenzial sein, sodass der weitere Anschluss für das erste elektrische Potenzial ein Drain-Anschluss sein kann.
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Das vorbearbeitete Blech 305 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner zumindest einen zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 und dem Steueranschluss 315 angeordneten zweiten Pfadabschnitt 380 auf, der einen dritten Pfad 382 zum Kontaktieren mit einem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial eines zweiten elektrischen oder elektronischen Bauteils und zumindest einen mit dem dritten Pfad 382 parallel verlaufenden vierten Pfad 385 auf, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein dritter Biegeabschnitt des dritten Pfads 382 und ein vierter Biegeabschnitt des vierten Pfads 385 dem ersten Biegeabschnitt entsprechend gebogen sind oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der dritte Biegeabschnitt des dritten Pfads 382 in eine tieferen Ebene gebogen ist als der vierte Biegeabschnitt des vierten Pfads 385. Auch der dritte Pfad 382 und/oder vierte Pfad 385 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig oder stromführend ausgeformt. Auch der dritte Pfad 382 und/oder vierte Pfad 385 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel durch das Biegesignal 255 gebogen worden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Pfadabschnitt 330 und der zweite Pfadabschnitt 380 hintereinander versetzt angeordnet. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel sind der Pfadabschnitt 330 und der zweite Pfadabschnitt 380 benachbart zueinander oder fluchtend hintereinander angeordnet. Der Pfadabschnitt 330 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dem Steueranschluss 315 zugewandt angeordnet während der zweite Pfadabschnitt 380 der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 zugewandt angeordnet ist.
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Das vorbearbeitete Blech 305 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner zumindest einen zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 und dem Steueranschluss 315 angeordneten dritten Pfadabschnitt auf, der einen fünften Pfad zum Kontaktieren mit einem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial eines dritten elektrischen oder elektronischen Bauteils und zumindest einen mit dem fünften Pfad parallel verlaufenden sechsten Pfad auf, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein fünfter Biegeabschnitt des fünften Pfads und ein sechster Biegeabschnitt des sechsten Pfads dem ersten Biegeabschnitt entsprechend gebogen sind oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der fünfte Biegeabschnitt des fünften Pfads in eine tieferen Ebene gebogen ist als der sechste Biegeabschnitt des sechsten Pfads. Auch der fünfte Pfad und/oder sechste Pfad sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig oder stromführend ausgeformt. Auch der fünfte Pfad und/oder sechste Pfad sind gemäß einem Ausführungsbeispiel durch das Biegesignal 255 gebogen worden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der zweite Pfadabschnitt 380 und der dritte Pfadabschnitt nebeneinander angeordnet, sodass der dritte Pfad 382, vierte Pfad 385, fünfte Pfad und sechste Pfad parallel verlaufen.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Biegeabschnitts 400 und zweiten Biegeabschnitts 405 einer Anschlussvorrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 beschriebene Anschlussvorrichtung 300 handeln.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der erste Biegeabschnitt 400 und/oder der zweite Biegeabschnitt 405 wellenförmig gebogen. Hierbei ist der erste Biegeabschnitt 400 beispielsweise entlang einer Länge des ersten Biegeabschnitts 400 mit zumindest zwei wellenartigen Biegungen und/oder der zweite Biegeabschnitt 405 entlang einer Länge des zweiten Biegeabschnitts 405 mit zumindest vier wellenartigen Biegungen gebogen.
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Gezeigt ist in 4 ein Detail der parallelisierten stromführenden Pfade 335, 340, 375.
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Die Parallelisierung der stromführenden Pfade 335, 340, 375 ermöglicht eine parallele Stromführung ohne die Anbindung eines Leistungshalbleiters. Zur Anbindung eines Anschlusses/Chips ist es notwendig, das Leadframe auf die Oberseite des Chips hinunterzubiegen. Im Bereich der parallelisierten Pfade 335, 375 ist für den zweiten Pfad 340 eine alternative Form der Biegung realisiert, welche gemäß diesem Ausführungsbeispiel der identischen Länge des gebogenen Leadframe zum Chip entspricht. Diese alternative Form, hier beispielhaft als Welle ausgeführt, ist hierbei so gewählt, dass der Abstand zu einer Leiterplatte, beispielsweise einer DBC, eine Isolation des Leadframe zur DBC ermöglicht.
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5 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein elektrisches oder elektronisches Modul 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das elektrische oder elektronische Modul 500 weist eine Anschlussvorrichtung 300 und ein elektrisches oder elektronisches Bauteil 505 auf. Dabei kann es sich um die in 3 oder 4 beschriebene Anschlussvorrichtung 300 und das in 3 oder 4 beschriebene elektrische oder elektronische Bauteil 505 handeln.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das elektrische oder elektronische Modul 500 als ein Leistungsmodul für einen Stromrichter für einen elektrischen Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs ausgeformt.
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Der erste Biegeabschnitt 400 ist mit dem Anschluss 510 für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils 505 kontaktiert. Der Anschluss 510 ist in 5 durch den ersten Pfad verdeckt. Der zweite Biegeabschnitt 405 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beabstandet zu dem Anschluss 510 für das zweite elektrische Potenzial und/oder beabstandet zu einem weiteren Anschluss 520 für das erste Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils 505 angeordnet.
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Das elektrische oder elektronische Modul 500 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Substrat 515 auf, auf dem das elektrische oder elektronische Bauteil 505 angeordnet ist. Das Substrat 515 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen ersten elektrischen Kontaktabschnitte 525 und einen zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 530, wobei die Kontaktabschnitte 525, 530 elektrisch voneinander isoliert sind. Ferner umfasst das Modul 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von an dem Substrat 515 angeordneten elektrischen oder elektronischen Bauteilen 505, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel je als Leistungshalbleiterelemente mit jeweils einem Anschluss 510 für das zweite elektrische Potenzial, einem weiteren Anschluss 520 für das erste elektrische Potenzial, einem Gate-Anschluss 535, einem Signalanschluss 540 und/oder einem weiteren Signalanschluss 545 ausgeformt sind, wobei die Anschlüsse 510 für das zweite elektrische Potenzial aller Bauteile 505 elektrisch mit dem ersten Kontaktabschnitt 525 verbunden sind. Die erste elektrische Anschlusseinrichtung 310 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel elektrisch mit dem ersten Kontaktabschnitt 525 verbunden und die zweite elektrische Anschlusseinrichtung 325 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel elektrisch mit den weiteren Anschlüssen 520 für das erste elektrische Potenzial aller Bauteile 505 verbunden. Jeder der Pfadabschnitte ist über je einem der Bauteile 505 angeordnet. Der erste Steuerkontakt 320 ist elektrisch mit den Gate-Anschlüssen 535 aller Bauteile 505 verbunden und der zweite Steuerkontakt 365 ist elektrisch mit den Signalanschlüssen 540 aller Bauteile 505 verbunden. Die weitere Signalanschlüsse 545, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel Kelvin-Source-Anschlüsse sind, sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel direkt oder indirekt mit der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 verbunden. Die Verbindungen sind beispielsweise mittels Bonddrähten 550 hergestellt. Das elektrische oder elektronische Bauteil 505 ist gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel als ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, kurz „IGBT“, und/oder als eine Diode und/oder als ein unipolares Bauelement wie ein MOSFET ausgeformt.
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Eine erste Abschnitts-Länge des ersten Biegeabschnitts 400 und/oder eine zweite Abschnitts-Länge des zweiten Biegeabschnitts 405 entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einer ersten Bauteil-Länge des elektrischen oder elektronischen Bauteils 505.
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Der erste Biegeabschnitt 400 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Anschluss 510 für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils 505 und/oder der weitere erste Biegeabschnitt des weiteren ersten Pfads 375 mit dem weiteren Anschluss 520 für das erste elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils 505 verlötet oder versintert und/oder es ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Verbindungsabschnitt der Anschlussvorrichtung mit dem Substrat 515, das hier beispielhaft als ein Direct-Bonded-Copper-Substrat oder alternativ als eine andere Leiterplatte ausgeformt ist, verlötet oder versintert.
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Die hier vorgestellte Anschlussvorrichtung 300 ermöglicht vorteilhafterweise eine interne Kontaktierung für eine Leistungshalbleiteranordnung.
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Die hier vorgestellte Anschlussvorrichtung 300 ist einsetzbar im Zusammenhang mit allen Invertersystemen, inklusive Entry-, Mid-, High-Plattform, Formel E, 8-Gang-Automatgetrieben, sowie Ladegeräten für die Fahrzeugbatterie, sogenannte „On-Board-Charger“ oder DCDC-Wandlern.
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Ein Modul, welches auf einem Leadframedesign basiert, hat die Herausforderung, dass alle Anschlüsse aus einem ebenen Blech herausgeformt werden. Die Verformung in die dritte Dimension, um z. B Isolationsabstände oder unterschiedliche Anbindungshöhen an Bauteilen zu ermöglichen, führt zu notwendigen größeren Abständen gegenüber dem glatten Blech. Die Konsequenz aus einer solchen Designrestriktion sind Mindestabstände zwischen Strukturen und den Halbleitern, die nicht nur nach den thermischen und elektrischen Gesichtspunkten gewählt werden können, so dass ein Modul größer als notwendig konstruiert sein muss oder entsprechende Kompromisse bei dem Design eingegangen werden müssen, wie bestimmte Halbleiter-Anordnungen oder Leistungseinschränkungen.
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Vorgestellt wird daher das elektrische oder elektronische Modul 500, das auch als „Power Module“ bezeichnet werden kann, welches
- - im Leadframe („Anschluss-Rahmen“) eine Parallelisierung von stromtragenden Pfaden ermöglicht, die zum einen Teil mit den Source Potenzialen der Halbleiter verbunden sind und zum anderen Teil nicht,
- - eine asymmetrische Chipverteilung im Package ermöglicht,
- - eine Verbindung aller Gate-Anschlüsse 535 zum Steuerkontakt 320 ermöglicht, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Gate-Pin ist,
- - über ein gemeinsames Anschlusssubstrat 515, hier ein DBC (Direct-Bonded-Copper-Struktur), verfügt, das alle Halbleiter in einem thermisch optimalen Abstand zueinander anordnet,
- - die optimale Wärmeableitung durch die DBC ermöglicht, und
- - gemäß einem Ausführungsbeispiel ein sogenanntes „Mold Compound“, also eine Formmasse, aufweist, welche die Halbleiter vor äußeren Einflüssen schützt, die elektrische Isolation sicherstellt sowie die notwendigen Kräfte für einen Sinterprozess leitet, siehe 8.
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Die optimale Positionierung der elektrischen oder elektronischen Bauteile 505, beispielsweise in Form von Halbleitern, auf einer Leiterplatte, beispielsweise einem „DBC“, ergibt sich durch den geringsten thermischen Widerstand. Die Verbindung der Halbleiter ist hierbei gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eine Sinter- oder Lötverbindung hergestellt. Ebenso wurde gemäß einem Ausführungsbeispiel das Leadframe mit den Chips über eine Sinter- oder Lötverbindung hergestellt.
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Die Anbindung des Leistungs-Drain-Anschlusses an die DBC wurde gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Schweiß-, Sinter- und/oder Lötverbindung hergestellt. Dies gilt analog für den Emitteranschluss bei einem IGBT, bzw. der Anode bei einer Diode. Die Verbindung zu den Gate- und Kelvin-Source(Kelvin-Emitter)-Pins 320, 365 erfolgt mit Hilfe von Bonddrähten 550.
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Die Gate-Anschlüsse 535 sind hierbei über die Insel im rechten Bereich der DBC geführt, während die Kelvin-Source Anschlüsse 540 für die oberen Halbleiter direkt zu dem Kelvin-Source-Pin 365 geführt sind. Der untere, hier dritte, Halbleiter ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vom linken oberen Halbleiter aus über den Power-Source-Clip mit zusätzlichen Bond-Drähten kontaktiert. Alternativ wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Power-Source-Clip genutzt, wobei es durch den dortigen Lastpfad im Clip zu größeren Verfälschungen des Potenzials kommen kann, als in der Variante mit den zusätzlichen Bond-Drähten zu den Kelvin-Source-Inseln auf dem Halbleiter.
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Das Substrat 515/DBC ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als isolierende Keramik, mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Siliciumnitrid, kurz „SiN“, Aluminiumoxid, kurz „Al2O3“, Aluminiumnitrid, kurz „AlN“, ausgeführt, die auf der Ober- und/oder Unterseite mit Kupfer beschichtet ist. Die Unterseite ist gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Sinter- oder Lötverbindung beschichtet, z. B mit Silber.
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6 zeigt eine seitliche Querschnittsdarstellung eines ersten Biegeabschnitts 400 und zweiten Biegeabschnitts 405 eines elektrischen oder elektronischen Moduls 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in 5 beschriebene Modul 500 handeln.
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Eine mechanische Verbindung des elektrischen oder elektronischen Bauteils 505/Halbleiters mit dem ersten Biegeabschnitt 400 und dem weiteren ersten Biegeabschnitt ist hierbei gemäß einem Ausführungsbeispiel je durch eine oder mehrere Sinter- oder Lötverbindungen 600 hergestellt. Auch das zweite elektrische oder elektronische Bauteil/Halbleiter ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem dritten und vierten Biegeabschnitt je mittels einer oder mehrerer Sinter- oder Lötverbindungen 600 mechanisch verbunden. Auch das dritte elektrische oder elektronische Bauteil 610/Halbleiter ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem fünften und sechsten Biegeabschnitt 605 je mittels einer oder mehrerer Sinter- oder Lötverbindungen 600 mechanisch verbunden. Der zweite Biegeabschnitt 405 ist aufgrund eines Spalts zwischen dem zweiten Biegeabschnitt 405 und dem Bauteil 505 isoliert von dem Bauteil 505 angeordnet. Eine Länge des zweiten Biegeabschnitts 405 entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel einer Länge des ersten Biegeabschnitts 400.
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7 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein elektrisches oder elektronisches Modul 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in 5 oder 6 beschriebene Modul 500 handeln.
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Gezeigt ist in 7 eine Ansicht der Bond-Drähte 550 in dem Modul 500.
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht unterschiedlicher Fertigungsstadien während eines beispielhaften Herstellungsprozesses einer Anschlussvorrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel und eines elektrischen oder elektronischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 oder 4 beschriebene Anschlussvorrichtung 300 und eines der in einer der 5 bis 7 beschriebenen elektrischen oder elektronischen Module handeln.
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In dem hier vorgestellten Herstellungsprozess für die Anschlussvorrichtung 300/das Leadframe wurden aus einem Rohblech zunächst die Kontakte 310, 315, 325 erzeugt, beispielsweise mittels eines Stanzprozesses 800 ausgeschnitten/-gestanzt, um das vorbearbeitete Blech 305 zu erhalten. In einem darauf folgenden ersten Biegeprozess 805 wurden die Kontakte, hier speziell alle Pfadabschnitte 330, 380 und optional auch die erste elektrische Anschlusseinrichtung 310, für die Kontaktierung gebogen, um die Anschlussvorrichtung 300 herzustellen. In einem darauf folgenden optionalen zweiten Biegeprozess 810 wurde gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Leadframe durch Biegen oder neu Zusammenfügen im Außenbereich 815 des Blechs gekürzt, so dass eine Minimierung der Abstände der Kontaktierung/Überlappung der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung 310 mit der zweiten elektrischen Anschlusseinrichtung ermöglicht wird, siehe auch 9. In einem darauf folgenden Sinter- und/oder Lötprozess 820 wurde das Leadframe mit der DBC und den Halbleitern zusammen gelötet/gesintert, um das Modul herzustellen. Optional wurde das Modul anschließend in einem Moldprozess 825 ummoldet. In einem darauf folgenden optionalen dritten Biegeprozess 830 wurden die Steuerkontakte gebogen und/oder ein Restrahmen des Leadframe abgeschnitten/gestanzt.
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht unterschiedlicher Fertigungsstadien während eines beispielhaften Herstellungsprozesses einer Anschlussvorrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich je um Ergebnisse des in 8 beschriebenen ersten Biegeprozesses 805 und zweiten Biegeprozesses 810 handeln.
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Im ersten Biegeprozess 805 werden „Drain“ und „Power Source“ gebogen. Der zweite Biegeprozesses 810 lässt vorteilhafterweise eine Kürzung des Leadframe zu, so dass Verbindungselemente unterschiedlicher Potenziale, hier die erste elektrische Anschlusseinrichtung und die zweite elektrische Anschlusseinrichtung, näher als in bestehenden Systemen innerhalb des Modules zusammengeführt werden. Anders ausgedrückt werden im zweiten Biegeprozess 810 zwei einander gegenüberliegende Außenbereiche 815 des Blechs gebogen, damit „Drain“ und „Power Source“ überlappend angeordnet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Stanzprozess mit zwei oder mehr als zwei Einzelprozessen ausgeführt, um komplexere Geometrien zu erreichen. Alternativ werden die Steuerkontakte 320, 365 (Gate/Kelvin-Source) gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel bereits im ersten Biegeprozesses 805 oder zweiten Biegeprozesses 810 der Prozesskette hochgebogen, anstatt im letzten Schritt des Prozesses. Der erste Biegeprozess 805 und zweite Biegeprozess 810 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel in nacheinander liegenden Prozessschritten an verschiedenen Anlagen oder in der gleichen Anlage durchgeführt.
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Neben der hier gezeigten Ausformung für ein 3-Chip-Design sind gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen andere Chipanzahlen möglich und entsprechend mehr gebogene Pfadabschnitte an der zweiten elektrischen Anschlusseinrichtung realisiert. Beispielsweise ist das Leadframe-Layout gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel für ein 4-Chip-Design ausgeformt.
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10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1000 zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen zumindest eines elektrischen oder elektronischen Bauteils für ein elektrisches oder elektronisches Modul. Dabei kann es sich um eine der anhand einer der 3 bis 9 beschriebenen Anschlussvorrichtungen handeln.
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Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1005 des Biegens. Im Schritt 1005 des Biegens wird ein vorbearbeitetes Blech gebogen, das eine erste elektrische Anschlusseinrichtung zum Anschluss an ein erstes elektrisches Potenzial, einen Steueranschluss mit zumindest einem Steuerkontakt und eine zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung und dem Steueranschluss angeordnete zweite elektrische Anschlusseinrichtung zum Anschluss an ein zweites elektrisches Potenzial aufweist, wobei die zweite elektrische Anschlusseinrichtung einen Pfadabschnitt aufweist, der einen ersten Pfad zum Kontaktieren mit einem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils und zumindest einen mit dem ersten Pfad parallel verlaufenden zweiten Pfad aufweist. Im Schritt 1005 des Biegens wird ein erster Biegeabschnitt des ersten Pfads in eine tiefere Ebene gebogen als ein zweiter Biegeabschnitt des zweiten Pfads, um die Anschlussvorrichtung herzustellen.
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Bei dem Schritt 1005 des Biegens kann es sich um den in 8 oder 9 beschriebenen ersten Biegeprozess handeln.
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Das Verfahren 1000 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich optional einen Schritt 1010 des Stanzens und/oder Laserschneidens, einen Schritt 1015 des weiteren Biegens und/oder einen Schritt 1020 des Kürzens auf.
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Im Schritt 1010 des Stanzens und/oder Laserschneidens wird vor dem Schritt 1005 des Biegens, ein Rohblech gestanzt oder lasergeschnitten, um das vorbearbeitete Blech zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird hierbei im Schritt 1010 des Stanzens und/oder Laserschneidens das Rohblech derart gestanzt oder lasergeschnitten, dass ein Spalt zwischen der ersten elektrischen Anschlusseinrichtung und dem Pfadabschnitt erzeugt wird.
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Im Schritt 1015 des weiteren Biegens wird der Steuerkontakt in eine dem Pfadabschnitt entgegengesetzte Richtung gebogen. Im Schritt 1015 des weiteren Biegens kann auch der zweite Steuerkontakt entsprechend dem Steuerkontakt gebogen werden.
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Im Schritt 1020 des Kürzens wird ein Außenbereich des Blechs gebogen und/oder zusammengezogen, um die erste elektrische Anschlusseinrichtung und die zweite elektrische Anschlusseinrichtung überlappend anzuordnen.
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11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1100 zum Herstellen eines elektrischen oder elektronischen Moduls. Dabei kann es sich um eines der anhand einer der 5 bis 9 beschriebenen elektrischen oder elektronischen Module handeln.
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Das Verfahren 1100 weist einen Schritt 1105 des Bereitstellens und einen Schritt 1110 des Kontaktierens auf. Im Schritt 1105 des Bereitstellens werden eine Anschlussvorrichtung, die unter Verwendung des in 10 beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde, und das elektrische oder elektronische Bauteil bereitgestellt. Im Schritt 1110 des Kontaktierens wird der erste Biegeabschnitt mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils kontaktiert, um das elektrische oder elektronische Modul herzustellen. Im Schritt 1110 des Kontaktierens kann ferner der zweite Biegeabschnitt beabstandet zu dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial und/oder beabstandet zu dem weiteren Anschluss für das erste Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils angeordnet werden, um das elektrische oder elektronische Modul herzustellen.
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Das Verfahren 1100 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner einen Schritt 1115 des Befestigens, einen Schritt 1120 des Moldens, einen Schritt 1125 des weiteren Biegens und/oder einen Schritt 1130 des Entfernens auf.
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Im Schritt 1115 des Befestigens werden der erste Biegeabschnitt mit dem Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils und/oder der weitere erste Biegeabschnitt mit einem Anschluss für das erste elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils verlötet oder versintert und/oder es wird zumindest ein Verbindungsabschnitt der Anschlussvorrichtung mit einem das elektrische oder elektronische Bauteil aufweisenden Substrat, beispielsweise einem Direct-Bonded-Copper-Substrat oder einer anderen Leiterplatte, verlötet oder versintert. Im Schritt 1120 des Moldens werden zumindest der Pfadabschnitt und das von dem ersten Biegeabschnitt kontaktierte elektrische oder elektronische Bauteil ummoldet. Im Schritt 1125 des weiteren Biegens wird der Steuerkontakt in eine dem Pfadabschnitt entgegengesetzte Richtung gebogen. Im Schritt des weiteren Biegens wird gemäß einem Ausführungsbeispiel auch der zweite Steuerkontakt entsprechend dem Steuerkontakt gebogen. Im Schritt 1130 des Entfernens wird ein Randbereich von dem Rohblech oder dem vorbearbeiteten Blech entfernt. Beispielsweise wird im Schritt 1130 des Entfernens der Randbereich abgeschnitten, weggelasert und/oder weggestanzt.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichen
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 105
- Räder
- 110
- elektrischer Energiespeicher
- 120
- elektrischer Achsantrieb
- 130
- Stromrichter
- 140
- elektrische Maschine
- 150
- Getriebeeinrichtung
- 231
- Gleichstromanschlüsse
- 233
- Zwischenkreiskondensator
- 235
- Leistungsmodule
- 237
- Wechselstromanschlüsse
- S1
- erstes Leistungsmodul
- S2
- zweites Leistungsmodul
- S3
- drittes Leistungsmodul
- S4
- viertes Leistungsmodul
- S5
- fünftes Leistungsmodul
- S6
- sechstes Leistungsmodul
- 300
- Anschlussvorrichtung
- 305
- vorbearbeitetes Blech
- 310
- erste elektrische Anschlusseinrichtung
- 315
- Steueranschluss
- 320
- Steuerkontakt
- 325
- zweite elektrische Anschlusseinrichtung
- 330
- Pfadabschnitt
- 335
- erster Pfad
- 340
- zweiter Pfad
- 345
- Vorrichtung zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung
- 350
- Ausgabeeinrichtung
- 355
- Biegesignal
- 360
- weiteres Biegesignal
- 365
- zweiter Steuerkontakt
- 370
- Biegerichtung
- 375
- weiterer erster Pfad
- 380
- zweiter Pfadabschnitt
- 382
- dritter Pfad
- 385
- vierter Pfad
- 400
- erster Biegeabschnitt
- 405
- zweiter Biegeabschnitt
- 500
- elektrisches oder elektronisches Modul
- 505
- elektrisches oder elektronisches Bauteil
- 510
- Anschluss für das zweite elektrische Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils
- 515
- Substrat
- 520
- weiterer Anschluss für das erste Potenzial des elektrischen oder elektronischen Bauteils
- 525
- erster elektrischer Kontaktabschnitt
- 530
- zweiter elektrischer Kontaktabschnitt
- 535
- Gate-Anschluss
- 540
- Signalanschluss
- 545
- weiterer Signalanschluss
- 550
- Bonddraht
- 600
- Sinter- oder Lötverbindung
- 605
- sechster Biegeabschnitt
- 610
- drittes elektrisches oder elektronisches Bauteil
- 800
- Stanzprozess
- 805
- erster Biegeprozess
- 810
- zweiter Biegeprozess
- 815
- Außenbereich
- 820
- Sinter- und/oder Lötprozess
- 825
- Moldprozess
- 830
- dritter Biegeprozess
- 1000
- Verfahren zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung
- 1005
- Schritt des Biegens
- 1010
- Schritt des Stanzens und/oder Laserschneidens
- 1015
- Schritt des weiteren Biegens
- 1020
- Schritt des Kürzens
- 1100
- Verfahren zum Herstellen eines elektrischen oder elektronischen Moduls
- 1105
- Schritt des Bereitstellens
- 1110
- Schritt des Kontaktierens
- 1115
- Schritt des Befestigens
- 1120
- Schritt des Moldens
- 1125
- Schritt des weiteren Biegens
- 1130
- Schritt des Entfernens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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