DE102022211434A1 - Switching unit - Google Patents

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DE102022211434A1
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Michael Anthony Marchio
David Sarazin
Mathis Wolf
Maximilian Russ-Mohl
Martin Kynast
Vilko Martinic
Peter Bona
Boris Gendlin
Peter Pozsega
Mike Marra
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Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinheit (1) aufweisend: einen ersten Anschluss (2a) und einen zweiten Anschluss (2b), die jeweils elektrisch kontaktierbar sind, zumindest ein Halbleiterbauteil (3), das mit dem ersten Anschluss (2a) und dem zweiten Anschluss (2b) elektrisch verbunden ist, einen Rahmen (4), in dem das Halbleiterbauteil (3) angeordnet ist, eine separat von dem Rahmen (4) ausgebildete und auf den Rahmen (4) aufsetzbare Abdeckung (5), in oder an der ein Sicherheitsschaltkreis (6) angeordnet ist, wobei das Halbleiterbauteil (3) eingerichtet ist ein Steuersignal zu erfassen und gemäß dem Steuersignal eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss (2a) und dem zweiten Anschluss (2b) herzustellen und zu unterbrechen, wobei der Sicherheitsschaltkreis (6) eingerichtet ist, das Halbleiterbauteil (3) vor Lastspitzen zu schützen, und wobei an dem Rahmen (4) Kontaktelemente (7a, 7b) und an der Abdeckung (5) Gegenkontaktelemente (8a, 8b) ausgebildet sind, um das Halbleiterbauteil (3) mit dem Sicherheitsschaltkreis (6) elektrisch zu verbinden, wenn die Abdeckung (5) auf den Rahmen (4) aufgesetzt ist.The present invention relates to a switching unit (1) comprising: a first connection (2a) and a second connection (2b), each of which can be electrically contacted, at least one semiconductor component (3) which is electrically connected to the first connection (2a) and the second connection (2b), a frame (4) in which the semiconductor component (3) is arranged, a cover (5) which is formed separately from the frame (4) and can be placed on the frame (4), in or on which a safety circuit (6) is arranged, wherein the semiconductor component (3) is designed to detect a control signal and to establish and interrupt an electrical connection between the first connection (2a) and the second connection (2b) in accordance with the control signal, wherein the safety circuit (6) is designed to protect the semiconductor component (3) from load peaks, and wherein contact elements (7a, 7b) are formed on the frame (4) and counter-contact elements (8a, 8b) are formed on the cover (5) in order to electrically connect the semiconductor component (3) to the safety circuit (6), when the cover (5) is placed on the frame (4).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinheit. Diese ist insbesondere in Fahrzeugen zum Trennen eines Hochvoltspeichers von einem Bordnetz einsetzbar.The present invention relates to a switching unit. This can be used in particular in vehicles to disconnect a high-voltage storage unit from an on-board network.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei Elektrofahrzeugen der Hochvoltspeicher vom Bordnetz getrennt werden muss, wenn eine Fehlfunktion vorliegt. Dazu werden oftmals Schütze oder Relais eingesetzt. Diese sind in der Regel unempfindlich gegenüber Spannungsspitzen. Es gibt aber auch Lösungsansätze, die Trennung des Hochvoltspeichers von dem Bordnetz mittels Halbleiterschaltern durchzuführen, die ein schnelleres Schalten ermöglichen und geringeren Bauraum beanspruchen.It is known from the state of the art that in electric vehicles the high-voltage storage unit must be disconnected from the on-board network if there is a malfunction. Contactors or relays are often used for this purpose. These are generally insensitive to voltage peaks. However, there are also solutions for disconnecting the high-voltage storage unit from the on-board network using semiconductor switches, which enable faster switching and require less installation space.

Die US 2012/013178 A1 zeigt die Struktur einer Batterie-Trenneinheit für ein elektrisches Fahrzeug.
Die US 2016/264080 A1 zeigt eine Batterie-Trenneinheit.The US 2012/013178 A1 shows the structure of a battery separation unit for an electric vehicle.
The US 2016/264080 A1 shows a battery separation unit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Schalteinheit ist einfach herstellbar und erlaubt ein zuverlässiges Schalten, insbesondere zum Trennen eines Hochvoltspeichers von einem Bordnetz. Hierfür wird ein Halbleiterbauteil verwendet, das durch einen Sicherheitsschaltkreis vor Lastspitzen geschützt ist.The switching unit according to the invention is easy to manufacture and allows reliable switching, in particular for disconnecting a high-voltage storage device from an on-board network. A semiconductor component is used for this purpose, which is protected from load peaks by a safety circuit.

Die Schalteinheit weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss jeweils elektrisch kontaktierbar sind. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss dienen zur Anbindung der Schalteinheit an andere Elemente, wobei vorgesehen ist, dass die Schalteinheit eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss herstellt und trennt. Somit können der erste Anschluss und der zweite Anschluss als Kontakte eines Schalters angesehen werden.The switching unit has a first connection and a second connection, wherein the first connection and the second connection can each be electrically contacted. The first connection and the second connection serve to connect the switching unit to other elements, wherein it is provided that the switching unit establishes and breaks an electrical connection between the first connection and the second connection. The first connection and the second connection can thus be regarded as contacts of a switch.

Weiterhin ist zumindest ein Halbleiterbauteil vorgesehen, das mit dem ersten Anschluss und mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist. Die elektrische Verbindung erfolgt bevorzugt durch Bonding. Das Halbleiterbauteil ist außerdem eingerichtet, ein Steuersignal zu erfassen und gemäß dem Steuersignal eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss herzustellen und zu unterbrechen. Das Steuersignal stellt somit ein Schaltsignal zum Einstellen des Schaltzustands der Schalteinheit dar. Durch die Verwendung des Halbleiterbauteils kann der Schaltvorgang schnell und zuverlässig durchgeführt werden. Außerdem ist durch das Halbleiterbauteil der für die Schalteinheit benötigte Bauraum minimiert.Furthermore, at least one semiconductor component is provided which is electrically connected to the first connection and to the second connection. The electrical connection is preferably made by bonding. The semiconductor component is also designed to detect a control signal and to establish and interrupt an electrical connection between the first connection and the second connection in accordance with the control signal. The control signal thus represents a switching signal for setting the switching state of the switching unit. By using the semiconductor component, the switching process can be carried out quickly and reliably. In addition, the semiconductor component minimizes the installation space required for the switching unit.

Die Schalteinheit weist außerdem einen Rahmen und eine separat von dem Rahmen ausgebildete und auf den Rahmen aufsetzbare Abdeckung auf. In dem Rahmen ist das Halbleiterbauteil angeordnet. In oder an der Abdeckung ist ein Sicherheitsschaltkreis angeordnet, der dazu dient, das Halbleiterbauteil vor Lastspitzen, insbesondere vor Spannungsspitzen, zu schützenThe switching unit also has a frame and a cover that is designed separately from the frame and can be placed on the frame. The semiconductor component is arranged in the frame. A safety circuit is arranged in or on the cover, which serves to protect the semiconductor component from load peaks, in particular from voltage peaks.

Es ist vorgesehen, dass an dem Rahmen Kontaktelemente und an der Abdeckung Gegenkontaktelemente ausgebildet sind, um das Halbleiterbauteil mit dem Sicherheitsschaltkreis elektrisch zu verbinden, wenn die Abdeckung auf den Rahmen aufgesetzt ist. Somit lässt sich insbesondere der Sicherheitsschaltkreis einfach bereitstellen und ebenso einfach mit dem Halbleiterbauteil elektrisch verbinden. Es ist lediglich die Abdeckung auf den Rahmen aufzusetzen. Insbesondere werden außerdem die Busbars elektrisch leitend, beispielsweise mittels Schweißens, verbunden.It is provided that contact elements are formed on the frame and mating contact elements are formed on the cover in order to electrically connect the semiconductor component to the safety circuit when the cover is placed on the frame. This makes it easy to provide the safety circuit in particular and just as easy to electrically connect it to the semiconductor component. The cover only has to be placed on the frame. In particular, the busbars are also connected in an electrically conductive manner, for example by welding.

Die Schalteinheit ist somit insbesondere modular aufgebaut. Bevorzugt können unterschiedliche Abdeckungen vorhanden sein, die sich in der Ausgestaltung des Sicherheitsschaltkreises unterscheiden, sodass bei Herstellung der Schalteinheit eine passende Abdeckung ausgewählt werden kann.The switching unit is therefore particularly modular in design. Preferably, different covers can be present that differ in the design of the safety circuit, so that a suitable cover can be selected when manufacturing the switching unit.

Die Abdeckung ermöglicht außerdem, Kriechströme zu vermeiden oder zu verringern. Mit der Abdeckung können weiterhin Freiräume innerhalb der Schalteinheit festgelegt werden.The cover also makes it possible to avoid or reduce leakage currents. The cover can also be used to define free spaces within the switching unit.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente jeweils einen gegenüber dem Rahmen vorstehenden Kontaktbereich aufweisen. Der Kontaktbereich steht in Kontakt mit einem der Gegenkontaktelemente, wenn die Abdeckung auf dem Rahmen angeordnet ist. Somit ist eine elektrische Verbindung zwischen Halbleiterbauteil und Sicherheitsschaltkreis einfach herstellbar.It is preferably provided that the contact elements each have a contact area that protrudes from the frame. The contact area is in contact with one of the counter-contact elements when the cover is arranged on the frame. This makes it easy to establish an electrical connection between the semiconductor component and the safety circuit.

Vorteilhaft ist der erste Anschluss einstückig mit einem ersten Kontaktelement ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite Anschluss einstückig mit einem zweiten Kontaktelement ausgebildet ist. Somit können der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss eine elektrische Verbindung unmittelbar mit dem Sicherheitsschaltkreis herstellen. Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung eine vereinfachte Handhabung der Kontaktelemente von Schalteinheiten.Advantageously, the first connection is formed in one piece with a first contact element. Alternatively or additionally, the second connection is formed in one piece with a second contact element. Thus, the first connection and/or the second connection can establish an electrical connection directly with the safety circuit. In addition, this design enables a simplified handling of the contact elements of switching units.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abdeckung eine Öffnung aufweist. In der Öffnung ist der Sicherheitsschaltkreis angeordnet. Somit ist der Sicherheitsschaltkreis einfach zu montieren und zuverlässig an der Abdeckung befestigt. Die Abdeckung kann platzsparend aufgebaut und somit platzsparend auf den Rahmen aufgesetzt werden.Preferably, the cover has an opening. The safety circuit is arranged in the opening. The safety circuit is thus easy to install and reliably attached to the cover. The cover can be constructed in a space-saving manner and can therefore be placed on the frame in a space-saving manner.

Die Abdeckung weist bevorzugt zumindest eine Rippe auf. Die Rippe erlaubt ein Separieren zweier Halbleiterbauteile voneinander. Dies verringert die Gefahr einer Beschädigung anderer Komponenten im Falle einer thermischen Reaktion eines Halbleiterbauteils. Außerdem erlaubt die Rippe eine Versteifung der Abdeckung, wodurch eine stabile Ausgestaltung erreicht ist.The cover preferably has at least one rib. The rib allows two semiconductor components to be separated from one another. This reduces the risk of damage to other components in the event of a thermal reaction of a semiconductor component. In addition, the rib allows the cover to be stiffened, thereby achieving a stable design.

Vorteilhafterweise sind der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss und/oder die Kontaktelemente und/oder die Gegenkontaktelemente als metallisches Busbarelement ausgestaltet. Somit ist eine mechanisch stabile Anordnung und eine hohe Stromtragfähigkeit gegeben. Außerdem lassen sich die genannten Komponenten in diesem Fall einfach und aufwandsarm fertigen. Advantageously, the first connection and/or the second connection and/or the contact elements and/or the counter-contact elements are designed as a metallic busbar element. This provides a mechanically stable arrangement and a high current-carrying capacity. In addition, the components mentioned can be manufactured easily and with little effort in this case.

Der Rahmen ist bevorzugt mit einem elektrisch isolierenden Füllstoff gefüllt. Der Füllstoff ist insbesondere ein Harz oder ein Gel. Somit sind insbesondere die Halbleiterbauteile oder andere Komponenten vor äußeren Einflüssen geschützt. Besonders vorteilhaft dient der Rahmen als Begrenzung für den Füllstoff und ist insbesondere vollständig mit dem Füllstoff aufgefüllt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung dient der Füllstoff neben der elektrischen Isolationswirkung auch zur Aufnahme von mechanischen Kräften, trägt somit zur Stabilisierung der Schalteinheit bei. Ebenso schützt der Füllstoff die Komponenten vor potentiellen Verschmutzungen.The frame is preferably filled with an electrically insulating filler. The filler is in particular a resin or a gel. This protects the semiconductor components or other components from external influences. The frame particularly advantageously serves as a boundary for the filler and is in particular completely filled with the filler. In an advantageous embodiment, the filler serves not only to provide electrical insulation but also to absorb mechanical forces, thus contributing to the stabilization of the switching unit. The filler also protects the components from potential contamination.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Rahmen und/oder die Abdeckung aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sind. Somit ist die Schaltung berührsicher, da von dem Rahmen und/oder der Abdeckung keine elektrischen Stromschläge ausgehen können. Auch sind interne Kurzschlüsse über den Rahmen und/oder die Abdeckung verhindert. Insbesondere sind Rahmen und/oder Abdeckung aus einem Kunststoff ausgebildet. Dadurch weist die Schaltung ein geringes Gewicht auf.Furthermore, it is preferably provided that the frame and/or the cover are made of an electrically insulating material. The circuit is thus safe to touch, since no electric shocks can be emitted from the frame and/or the cover. Internal short circuits via the frame and/or the cover are also prevented. In particular, the frame and/or the cover are made of a plastic. This makes the circuit lightweight.

Bevorzugt ist eine Kühlplatte vorgesehen, auf der das Halbleiterbauteil und der Rahmen angeordnet sind. Die Kühlplatte ist somit auf einer solchen Seite des Rahmens vorhanden, die der Abdeckung gegenüberliegt. Mit anderen Worten liegt der Rahmen zwischen Abdeckung und Kühlplatte. Die Kühlplatte dient bevorzugt zur Wärmeabfuhr des zumindest einen Halbleiterbauteils und/oder von Stromschienen innerhalb der Schaltung. Somit ist insbesondere eine zuverlässige Wärmeabfuhr aus der Schalteinheit gewährleistet und ein Überhitzen der Schalteinheit im Betrieb vermieden.Preferably, a cooling plate is provided on which the semiconductor component and the frame are arranged. The cooling plate is thus present on a side of the frame that is opposite the cover. In other words, the frame is located between the cover and the cooling plate. The cooling plate preferably serves to dissipate heat from the at least one semiconductor component and/or from busbars within the circuit. In particular, this ensures reliable heat dissipation from the switching unit and prevents the switching unit from overheating during operation.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Abdeckeinheit einer Schalteinheit. Die Abdeckeinheit weist eine Abdeckung mit einem Sicherheitsschaltkreis und Gegenkontaktelemente auf. Die Gegenkontaktelemente sind mit dem Sicherheitsschaltkreis elektrisch verbunden. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Gegenkontaktelemente mit Kontaktelementen der Schalteinheit kontaktierbar sind, um den Sicherheitsschaltkreis mit einem Halbleiterbauteil der Schalteinheit elektrisch zu verbinden, wenn die Abdeckung auf einen Rahmen der Schalteinheit aufgesetzt ist. Auf diese Weise kann die Abdeckeinheit einen Sicherheitsschaltkreis einfach und aufwandsarm zur Verfügung stellen und mit dem Halbleiterspeicher koppeln. Für den elektrischen Anschluss des Sicherheitsschaltkreises an das Halbleiterbauteil ist lediglich die Schalteinheit auf die Basis zu montieren.The invention also relates to a cover unit of a switching unit. The cover unit has a cover with a safety circuit and counter-contact elements. The counter-contact elements are electrically connected to the safety circuit. It is further provided that the counter-contact elements can be contacted with contact elements of the switching unit in order to electrically connect the safety circuit to a semiconductor component of the switching unit when the cover is placed on a frame of the switching unit. In this way, the cover unit can provide a safety circuit in a simple and low-effort manner and couple it to the semiconductor memory. To electrically connect the safety circuit to the semiconductor component, only the switching unit has to be mounted on the base.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische Schnittansicht einer Schalteinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische Explosionsdarstellung der Schalteinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 3 eine schematische isometrische Darstellung der Schalteinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4 eine schematische Darstellung einer Abdeckeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawing. In the drawing:
  • 1 a schematic sectional view of a switching unit according to an embodiment of the invention,
  • 2 a schematic exploded view of the switching unit according to the embodiment of the invention,
  • 3 a schematic isometric representation of the switching unit according to the embodiment of the invention,
  • 4 a schematic representation of a cover unit according to an embodiment of the invention, and
  • 5 a schematic representation of a switching unit according to a further embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch eine Schalteinheit 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schalteinheit 1 weist einen ersten Anschluss 2a und einen zweiten Anschluss 2b auf, über die die Schalteinheit 1 jeweils elektrisch kontaktierbar ist. Die Schalteinheit 1 dient zum Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 2a und dem zweiten Anschluss 2b. Dazu ist zumindest ein Halbleiterbauteil 3 vorgesehen, das mit dem ersten Anschluss 2a und dem zweiten Anschluss 2b elektrisch verbunden ist und die eigentliche Schaltfunktion übernimmt. 1 shows a schematic sectional view through a switching unit 1 according to an embodiment of the invention. The switching unit 1 has a first connection 2a and a second connection 2b, via which the switching unit 1 can be electrically contacted. The switching unit 1 serves to establish and interrupt an electrical Connection between the first terminal 2a and the second terminal 2b. For this purpose, at least one semiconductor component 3 is provided, which is electrically connected to the first terminal 2a and the second terminal 2b and takes over the actual switching function.

Der erste Anschluss 2a und der zweite Anschluss 2b sind bevorzugt als Busbar ausgebildet. Somit ist insbesondere eine hohe Stromtragfähigkeit gegeben. Die Verbindung von Halbleiterbauteil 3 und erstem Anschluss 2a sowie zweitem Anschluss 2b erfolgt über Bondverbindungen 13.The first connection 2a and the second connection 2b are preferably designed as a busbar. This provides a particularly high current-carrying capacity. The semiconductor component 3 and the first connection 2a and the second connection 2b are connected via bond connections 13.

Die Schalteinheit 1 weist einen Rahmen 4 und eine separat von dem Rahmen 4 ausgebildete und auf den Rahmen 4 aufsetzbare Abdeckung 5 auf. In dem Rahmen 4 ist das zumindest eine Halbleiterbauteil 3 angeordnet. In der Abdeckung 5 ist ein Sicherheitsschaltkreis 6 angeordnet, dessen Aufgabe es ist, das Halbleiterbauteil 3 vor Überspannung und/oder elektrischen Störungen zu schützen.The switching unit 1 has a frame 4 and a cover 5 which is formed separately from the frame 4 and can be placed on the frame 4. The at least one semiconductor component 3 is arranged in the frame 4. A safety circuit 6 is arranged in the cover 5, the task of which is to protect the semiconductor component 3 from overvoltage and/or electrical interference.

Der Sicherheitsschaltkreis 6 weist beispielsweise einen Varistor und/oder einen Dämpfungskondensator und/oder einen Dämpfungswiderstand auf.The safety circuit 6 comprises, for example, a varistor and/or a damping capacitor and/or a damping resistor.

2 zeigt einen Zustand, in dem die Abdeckung 5 von dem Rahmen 4 getrennt ist. 3 zeigt die Abdeckung 5 auf dem Rahmen 4 im verbauten Zustand, so wie die Schalteinheit 1 im Betrieb verwendet wird. 2 shows a state in which the cover 5 is separated from the frame 4. 3 shows the cover 5 on the frame 4 in the installed state, as the switching unit 1 is used in operation.

Die Schalteinheit 1 weist in dem Ausführungsbeispiel eine Kühlplatte 12 auf. Auf der Kühlplatte 12 sind der Rahmen 4 und das zumindest eine Halbleiterbauteil 3 angeordnet. Die Kühlplatte dient zur Abfuhr von Wärme aus der Schalteinheit 1. Die Kühlplatte 12 und der Rahmen 4 bilden auf diese Weise ein schalenförmiges Gehäuse, in dem das Halbleiterbauteil 3 angeordnet ist. Der Rahmen 4 ist mit einem elektrisch isolierenden Füllstoff 11 aufgefüllt, wobei der Füllstoff 11 insbesondere ein Harz oder ein Gel ist. Somit ist das Innere des Rahmens, insbesondere des schalenförmigen Gehäuses, elektrisch isoliert und/oder vor äußeren Einflüssen geschützt.In the exemplary embodiment, the switching unit 1 has a cooling plate 12. The frame 4 and the at least one semiconductor component 3 are arranged on the cooling plate 12. The cooling plate serves to dissipate heat from the switching unit 1. The cooling plate 12 and the frame 4 thus form a shell-shaped housing in which the semiconductor component 3 is arranged. The frame 4 is filled with an electrically insulating filler 11, the filler 11 being in particular a resin or a gel. The interior of the frame, in particular of the shell-shaped housing, is thus electrically insulated and/or protected from external influences.

An dem Rahmen 4 sind ein erstes Kontaktelement 7a und ein zweites Kontaktelement 7b angebracht. Der erste Anschluss 2a ist einstückig mit dem ersten Kontaktelement 7a und der zweite Anschluss 2b ist einstückig mit einem zweiten Kontaktelement 7b ausgebildet. Somit handelt es sich auch bei den Kontaktelementen 7a, 7b um Busbars. Das erste Kontaktelement 7a weist einen ersten Kontaktbereich 9a und das zweite Kontaktelement 7b weist einen zweiten Kontaktbereich 9b auf. Die Kontaktbereich 9a, 9b stehen jeweils gegenüber dem Rahmen 4 vor. Die Anordnung der Busbars kann auf den jeweils vorhandenen Bauraum angepasst werden.A first contact element 7a and a second contact element 7b are attached to the frame 4. The first connection 2a is formed in one piece with the first contact element 7a and the second connection 2b is formed in one piece with a second contact element 7b. The contact elements 7a, 7b are therefore also busbars. The first contact element 7a has a first contact area 9a and the second contact element 7b has a second contact area 9b. The contact areas 9a, 9b each protrude from the frame 4. The arrangement of the busbars can be adapted to the available installation space.

An der Abdeckung 5 sind ein erstes Gegenkontaktelement 8a und ein zweites Gegenkontaktelement 8b angebracht. Auch die Gegenkontaktelemente 8a, 8b sind bevorzugt als metallisches Busbarelement ausgestaltet. Ist die Abdeckung 5 auf den Rahmen 4 aufgesetzt, so steht der erste Kontaktbereich 9a in Kontakt mit dem ersten Gegenkontaktelement 8a und der zweite Kontaktbereich 9b steht in Kontakt mit dem zweiten Gegenkontaktelement 8b. Auf diese Weise ist eine elektrische Kontaktierung zwischen erstem Anschluss 2a und erstem Gegenkontaktelement 8a sowie zwischen dem zweiten Anschluss 2b und dem zweiten Gegenkontaktelement 8b ausgebildet. Die Gegenkontaktelemente 8a, 8b sind mit dem Sicherheitsschaltkreis 6 elektrisch verbunden. Ist die Abdeckung 5 auf den Rahmen 4 aufgesetzt, so ist dadurch der Sicherheitsschaltkreis 6 parallel zu dem Halbleiterbauteil 3 geschaltet. Sind mehrere Halbleiterbauteile 3 vorgesehen, so ist entweder ein Sicherheitsschaltkreis 6 parallel zu den mehreren Halbleiterbauteilen 3 geschaltet oder es sind mehrere Sicherheitsschaltkreise 6 in der Abdeckung 6 vorhanden, die jeweils separat parallel zu einem der Halbleiterbauteile 3 angeordnet werden.A first counter-contact element 8a and a second counter-contact element 8b are attached to the cover 5. The counter-contact elements 8a, 8b are also preferably designed as a metallic busbar element. If the cover 5 is placed on the frame 4, the first contact area 9a is in contact with the first counter-contact element 8a and the second contact area 9b is in contact with the second counter-contact element 8b. In this way, an electrical contact is formed between the first connection 2a and the first counter-contact element 8a and between the second connection 2b and the second counter-contact element 8b. The counter-contact elements 8a, 8b are electrically connected to the safety circuit 6. If the cover 5 is placed on the frame 4, the safety circuit 6 is connected in parallel to the semiconductor component 3. If several semiconductor components 3 are provided, either a safety circuit 6 is connected in parallel to the several semiconductor components 3 or there are several safety circuits 6 in the cover 6, each of which is arranged separately in parallel to one of the semiconductor components 3.

Das Halbleiterbauteil 3 ist eingerichtet, ein Steuersignal zu erfassen und gemäß dem Steuersignal eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 2a und dem zweiten Anschluss 2b herzustellen bzw. zu unterbrechen. Treten elektrischen Spannungsspitzen auf, so können diese zu Beschädigungen des Halbleiterbauteils 3 führen. Daher ist der Sicherheitsschaltkreis 6 eingerichtet, das Halbleiterbauteil 3 vor Lastspitzen zu schützen, indem der Sicherheitsschaltkreis die elektrischen Spannungsspitzen ausfiltert.The semiconductor component 3 is designed to detect a control signal and to establish or interrupt an electrical connection between the first connection 2a and the second connection 2b according to the control signal. If electrical voltage peaks occur, these can lead to damage to the semiconductor component 3. The safety circuit 6 is therefore designed to protect the semiconductor component 3 from load peaks by the safety circuit filtering out the electrical voltage peaks.

Durch das Anbringen des Sicherheitsschaltkreises 6 in der Abdeckung 5 ist der Sicherheitsschaltkreis 6 einfach und aufwandsarm sowie platzsparend in die Schalteinheit 1 integrierbar. Das Halbleiterbauteil 3 ist einerseits mechanisch durch die Abdeckung geschützt, insbesondere auch vor elektromagnetischen Feldern abgeschirmt, andererseits durch den in die Abdeckung 5 integrierten Sicherheitsschaltkreis 6 auch elektrisch vor Spannungsspitzen geschützt.By attaching the safety circuit 6 in the cover 5, the safety circuit 6 can be integrated into the switching unit 1 in a simple, low-effort and space-saving manner. The semiconductor component 3 is on the one hand mechanically protected by the cover, in particular shielded from electromagnetic fields, and on the other hand also electrically protected from voltage peaks by the safety circuit 6 integrated in the cover 5.

Die Abdeckung 5 weist in der gezeigten Ausführung eine Öffnung 10 auf. In dieser Öffnung 10 ist der Sicherheitsschaltkreis 6 angeordnet. Somit ist die Abdeckung 5 mit Sicherheitsschaltkreis 6 einfach und platzsparend aufgebaut. Die Abdeckung 5 und der Rahmen 4 sind insbesondere aus Kunststoff gefertigt, beispielsweise durch Spritzguss. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente 7a, 7b durch den Kunststoff des Rahmens 4 teilweise umspritzt sind. Die Gegenkontaktelemente 8a, 8b sind bevorzugt durch den Kunststoff der Abdeckung 5 teilweise umspritzt. Insbesondere lässt ich für die beiden Gegenkontaktelemente 8a, 8b eine einzige Busbar verwenden, die mit einem Kunststoff teilweise umspritzt wird, um die Form der Abdeckung zu bilden. Die Busbar wird durch Ausstanzen eines Teils aus dem Kunststoff zum Erzeugen der Öffnung 10, wodurch auch ein Teil der Busbar entfernt wird, in zwei Teile geteilt, das erste Gegenkontaktelement 8a und das zweite Gegenkontaktelement 8b.In the embodiment shown, the cover 5 has an opening 10. The safety circuit 6 is arranged in this opening 10. The cover 5 with safety circuit 6 is thus constructed in a simple and space-saving manner. The cover 5 and the frame 4 are made in particular from plastic, for example by injection molding. In particular, it is provided that the contact elements 7a, 7b are partially overmolded by the plastic of the frame 4. The counter-contact elements 8a, 8b are preferably partially overmolded by the plastic of the cover 5. In particular, a single busbar can be used for the two counter-contact elements 8a, 8b, which is partially overmolded with a plastic to form the shape of the cover. The busbar is divided into two parts, the first counter-contact element 8a and the second counter-contact element 8b, by punching out a part of the plastic to create the opening 10, which also removes part of the busbar.

4 zeigt eine Abdeckeinheit 5a gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Abdeckeinheit 5a ist auf einen Rahmen 4 wie zuvor beschrieben aufsetzbar um eine Schalteinheit 1 wie zuvor beschrieben zu bilden. 4 shows a cover unit 5a according to an embodiment of the invention. The cover unit 5a can be placed on a frame 4 as described above in order to form a switching unit 1 as described above.

Die Abdeckeinheit 5a weist eine Abdeckung 5 auf, an der ein Sicherheitsschaltkreis 6 und Gegenkontaktelemente 8a, 8b angebracht sind, wobei die Gegenkontaktelemente 8a, 8b mit dem Sicherheitsschaltkreis 6 elektrisch verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Gegenkontaktelemente 8a, 8b mit Kontaktelementen 7a, 7b der Schalteinheit 1 kontaktierbar sind. Auf diese Weise ist der Sicherheitsschaltkreis 6 mit einem Halbleiterbauteil 3 der Schalteinheit 1 elektrisch verbunden, wenn die Abdeckeinheit 5a, insbesondere die Abdeckung 5, auf einen Rahmen 4 der Schalteinheit 1 aufgesetzt ist.The cover unit 5a has a cover 5 to which a safety circuit 6 and counter-contact elements 8a, 8b are attached, the counter-contact elements 8a, 8b being electrically connected to the safety circuit 6. It is provided that the counter-contact elements 8a, 8b can be contacted with contact elements 7a, 7b of the switching unit 1. In this way, the safety circuit 6 is electrically connected to a semiconductor component 3 of the switching unit 1 when the cover unit 5a, in particular the cover 5, is placed on a frame 4 of the switching unit 1.

5 zeigt schematisch eine Ausgestaltung, in der die Abdeckung 5 Rippen 14 aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die mehrere Halbleiterbauteile 3 vorgesehen sind, die von demselben Rahmen 4 umschlossen und derselben Abdeckung 5 abgedeckt sind. Die Rippen 14 dienen zum Separieren der Halbleiterbauteile 3. Somit ist insbesondere eine Trennung der Halbleiterbauteile 3 erreicht, was die Gefahr einer Beschädigung anderer Komponenten im Falle einer thermischen Reaktion eines Halbleiterbauteils 3 verringert. Außerdem erlaubt die Rippe 14 eine Versteifung der Abdeckung 5, wodurch eine stabile Ausgestaltung erreicht ist. 5 shows schematically an embodiment in which the cover 5 has ribs 14. It is provided that several semiconductor components 3 are provided which are enclosed by the same frame 4 and covered by the same cover 5. The ribs 14 serve to separate the semiconductor components 3. In particular, a separation of the semiconductor components 3 is thus achieved, which reduces the risk of damage to other components in the event of a thermal reaction of a semiconductor component 3. In addition, the rib 14 allows a stiffening of the cover 5, whereby a stable design is achieved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Schalteinheit (1) aufweisend: • einen ersten Anschluss (2a) und einen zweiten Anschluss (2b), die jeweils elektrisch kontaktierbar sind, • zumindest ein Halbleiterbauteil (3), das mit dem ersten Anschluss (2a) und dem zweiten Anschluss (2b) elektrisch verbunden ist, • einen Rahmen (4), in dem das Halbleiterbauteil (3) angeordnet ist, • eine separat von dem Rahmen (4) ausgebildete und auf den Rahmen (4) aufsetzbare Abdeckung (5), in oder an der ein Sicherheitsschaltkreis (6) angeordnet ist, • wobei das Halbleiterbauteil (3) eingerichtet ist ein Steuersignal zu erfassen und gemäß dem Steuersignal eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss (2a) und dem zweiten Anschluss (2b) herzustellen und zu unterbrechen, • wobei der Sicherheitsschaltkreis (6) eingerichtet ist, das Halbleiterbauteil (3) vor Lastspitzen zu schützen, und • wobei an dem Rahmen (4) Kontaktelemente (7a, 7b) und an der Abdeckung (5) Gegenkontaktelemente (8a, 8b) ausgebildet sind, um das Halbleiterbauteil (3) mit dem Sicherheitsschaltkreis (6) elektrisch zu verbinden, wenn die Abdeckung (5) auf den Rahmen (4) aufgesetzt ist.Switching unit (1) comprising: • a first connection (2a) and a second connection (2b), each of which can be electrically contacted, • at least one semiconductor component (3) which is electrically connected to the first connection (2a) and the second connection (2b), • a frame (4) in which the semiconductor component (3) is arranged, • a cover (5) which is formed separately from the frame (4) and can be placed on the frame (4), in or on which a safety circuit (6) is arranged, • wherein the semiconductor component (3) is designed to detect a control signal and to establish and interrupt an electrical connection between the first connection (2a) and the second connection (2b) in accordance with the control signal, • wherein the safety circuit (6) is designed to protect the semiconductor component (3) from load peaks, and • wherein contact elements (7a, 7b) are formed on the frame (4) and counter-contact elements (8a, 8b) are formed on the cover (5) in order to connect the semiconductor component (3) to the Safety circuit (6) to be electrically connected when the cover (5) is placed on the frame (4). Schalteinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (7a, 7b) jeweils einen gegenüber dem Rahmen (4) vorstehenden Kontaktbereich (9a, 9b) aufweisen, der in Kontakt mit einem der Gegenkontaktelemente (8a, 8b) steht, wenn die Abdeckung (5) auf dem Rahmen (4) angeordnet ist.Switching unit (1) after Claim 1 , characterized in that the contact elements (7a, 7b) each have a contact region (9a, 9b) protruding from the frame (4), which is in contact with one of the mating contact elements (8a, 8b) when the cover (5) is arranged on the frame (4). Schalteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (2a) einstückig mit einem ersten Kontaktelement (8a) und/oder der zweite Anschluss (2b) einstückig mit einem zweiten Kontaktelement (8b) ausgebildet ist.Switching unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first connection (2a) is formed integrally with a first contact element (8a) and/or the second connection (2b) is formed integrally with a second contact element (8b). Schalteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (5) eine Öffnung (10) aufweist, in der der Sicherheitsschaltkreis (6) angeordnet ist.Switching unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover (5) has an opening (10) in which the safety circuit (6) is arranged. Schalteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (5) zumindest eine Rippe (14) aufweist, durch die zwei Halbleiterbauteile (3) voneinander separiert sind.Switching unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cover (5) has at least one rib (14) by which two semiconductor components (3) are separated from one another. Schalteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (2a) und/oder der zweite Anschluss (2b) und/oder die Kontaktelemente (7a, 7b) und/oder die Gegenkontaktelemente (8a, 8b) als metallisches Busbarelement ausgestaltet sind.Switching unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first connection (2a) and/or the second connection (2b) and/or the contact elements (7a, 7b) and/or the counter-contact elements (8a, 8b) are designed as a metallic busbar element. Schalteinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) mit einem elektrisch isolierenden Füllstoff (11), insbesondere einem Harz oder Gel, aufgefüllt ist.Switching unit according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (4) is filled with an electrically insulating filler (11), in particular a resin or gel. Schalteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) und/oder die Abdeckung (5) aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet sind.Switching unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the frame (4) and/or the cover (5) are made of an electrically insulating material, in particular of a plastic. Schalteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kühlplatte (12), auf der das Halbleiterbauteil (3) und der Rahmen (4) angeordnet sind.Switching unit (1) according to one of the preceding claims, characterized by a cooling plate (12) on which the semiconductor component (3) and the frame (4) are arranged. Abdeckeinheit (5a) einer Schalteinheit (1), aufweisend eine Abdeckung (5) mit einem Sicherheitsschaltkreis (6) und Gegenkontaktelemente (8a, 8b), die mit dem Sicherheitsschaltkreis (6) elektrisch verbunden sind, wobei die Gegenkontaktelemente (8a, 8b) mit Kontaktelementen (7a, 7b) der Schalteinheit (1) kontaktierbar sind, um den Sicherheitsschaltkreis (6) mit einem Halbleiterbauteil (3) der Schalteinheit (1) elektrisch zu verbinden, wenn die Abdeckung (5) auf einen Rahmen (4) der Schalteinheit (1) aufgesetzt ist.Cover unit (5a) of a switching unit (1), comprising a cover (5) with a safety circuit (6) and mating contact elements (8a, 8b) which are electrically connected to the safety circuit (6), wherein the mating contact elements (8a, 8b) can be contacted with contact elements (7a, 7b) of the switching unit (1) in order to electrically connect the safety circuit (6) to a semiconductor component (3) of the switching unit (1) when the cover (5) is placed on a frame (4) of the switching unit (1).
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