EP2329586A2 - Schaltung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Schaltung und verfahren zu deren herstellung

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EP2329586A2
EP2329586A2 EP09778417A EP09778417A EP2329586A2 EP 2329586 A2 EP2329586 A2 EP 2329586A2 EP 09778417 A EP09778417 A EP 09778417A EP 09778417 A EP09778417 A EP 09778417A EP 2329586 A2 EP2329586 A2 EP 2329586A2
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EP
European Patent Office
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circuit
power capacitor
substrate
power
semiconductor module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09778417A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Franke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2329586A2 publication Critical patent/EP2329586A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/017—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including arrangements for providing electric power to safety arrangements or their actuating means, e.g. to pyrotechnic fuses or electro-mechanic valves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the invention relates to a circuit and a method for producing the circuit.
  • the object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages and in particular to provide an efficient way of using power capacitors.
  • the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit.
  • the at least one power capacitor is expediently arranged together with the logic circuit on a semiconductor module.
  • the power capacitor is divided into a plurality of smaller capacitors, wherein each of the smaller capacitors is arranged on the semiconductor module such that efficient cooling of the one of the
  • the at least one power capacitor at least one ceramic
  • Capacitor includes.
  • the substrate comprises at least one of the following components: a printed circuit carrier;
  • the substrate comprises a double-sided circuit carrier.
  • the at least one power capacitor is connected to a cooling provided for the semiconductor module. Furthermore, it is a development that the at least one power capacitor has a fail-open property.
  • the at least one power capacitor is a DC link, smoothing and / or commutation capacitor.
  • the at least one power capacitor comprises at least one of the following compounds with the substrate:
  • One embodiment is that at least one of the connections serves for contacting the at least one power capacitor.
  • At least one power capacitor is arranged on a substrate of a semiconductor module
  • the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit.
  • a development consists in that the at least one power capacitor, comprising in particular a plurality of capacitors, is connected to the substrate by at least one of the following compounds:
  • Fig.l an exemplary arrangement of a
  • FIG. 2 shows a semiconductor module with an integrated power capacitor, which has a plurality of (smaller) capacitors
  • FIG. 3 shows, based on the arrangement according to FIG. 2, a single concentrated element for a power capacitor
  • FIG. 5 shows a layout example of a three-phase inverter circuit with a power capacitor divided into a plurality of individual capacitors.
  • the present approach provides, in particular, a power capacitor in a semiconductor module of
  • the capacity of the power capacitor can be divided among several smaller capacitors, so that, within the framework of the structural conditions, the individual small capacitors can be positioned with regard to efficient cooling.
  • the power capacitor can also be connected or contacted directly with the circuit carrier (substrate) of the power semiconductors.
  • the power capacitor may comprise at least one ceramic capacitor. Ceramic capacitors hardly differ in their thermal expansion from the ceramic substrates commonly used for semiconductor modules.
  • the substrate may further be different carriers, e.g. around paper, plastic, ceramics.
  • conductor tracks or current paths of the carrier or of the ceramic substrate can be used for contacting the power capacitor in order to produce a space-saving, large-area, low-loss, good heat-dissipating and low-inductive connection between the power capacitor and the power electronics.
  • known connecting elements between the power capacitor and the semiconductor module such as busbars, brackets, cables, circuit boards, pins, springs and screws omitted or only for connecting an external power source (power capacitor, battery, network) are dimensioned correspondingly small, since the alternating current for the Power capacitor is no longer performed on these fasteners.
  • Particularly advantageous is the use of several smaller single capacitors which are distributed on the substrate according to the circuit requirements, whereby particularly favorable circuit properties regarding. Resonance avoidance, electromagnetic compatibility and uniform capacitor load can be achieved. Furthermore, the use of capacitors with a so-called fail-open behavior can limit the effect of a capacitor failure locally, ie on the defective capacitor.
  • the power capacitor consisting of at least one individual capacitor can be contacted or connected to the substrate via adhesive, soldering, welding, sintering or pressure connections.
  • the at least one line capacitor or the solution presented here can be applied to all known AC, DC and converter circuits with DC link, smoothing or commutation capacitors (eg voltage inverters, matrix converters, F3E converters, inverters with uncontrolled input rectifier , DC-DC converter).
  • smoothing or commutation capacitors eg voltage inverters, matrix converters, F3E converters, inverters with uncontrolled input rectifier , DC-DC converter.
  • FIG. 1 shows an exemplary arrangement of a power capacitor 104 in a phase module or inverter module 100.
  • the phase module 100 is arranged on a substrate and has DC connections 101 and 102 as well as a phase connection 103.
  • the power capacitor 104 is disposed immediately adjacent and in parallel with a series circuit of two electrical switches.
  • the series circuit here comprises a series connection of two collector-emitter paths of two IGBTs 105 and 106, wherein each IGBT has a freewheeling diode 107, 108 arranged opposite to the collector-emitter path.
  • the three points in Figure 2 indicate that at least one further unit corresponding to elements 209-214 may be disposed between the phase terminal 203 and the unit comprising elements 209-214, each of the at least one further unit providing an additional phase connection ,
  • FIG. 2 shows a half-side module 200 with an integrated power capacitor, which has a plurality of (smaller) capacitors 204, 210.
  • the semiconductor module 200 has
  • a plurality of bridge circuits each consisting of two IGBTs 205, 206 and 211, 212 provided with each free-wheeling diodes 207, 208 and 213, 214 are provided.
  • a center tap of the first bridge circuit is connected to the phase connection 203 and a center tap of the last bridge circuit is connected to the phase connection 209.
  • FIG. 3 shows a single concentrated element for a power capacitor 204 based on the arrangement according to FIG.
  • the three points in FIG. 3 indicate that at least one further unit corresponding to the elements 209 and 211 to 214 may be arranged between the phase terminal 203 and the unit comprising the elements 209 and 211 to 214, each of the at least one further unit provides additional phase connection.
  • FIG. 4 shows a further arrangement of a converter module 400 with a passive rectifier comprising diodes 401, 402, 404 and 405, a bridge circuit with two IGBTs 408, 409 with respective freewheeling diodes 410, 411 and one
  • Bridge circuit comprising two IGBTs 413, 414 with respective freewheeling diodes 415, 416.
  • the center taps between the Series circuits of the diodes 401, 402 and 404, 405 and the center taps of the bridge circuits are out as phase terminals 403, 406, 412, 417 out.
  • a power capacitor 407 is disposed between the rectifier and the two bridge circuits.
  • the first three points in Figure 4 indicate that at least one further unit corresponding to elements 404-406 may be disposed between phase terminal 403 and the unit comprising elements 404-406, each of the at least one further unit providing an additional phase connection provides.
  • the second three points in FIG. 4 indicate that at least one further unit corresponding to the elements 413 to 417 can be arranged between the phase connection 412 and the unit comprising the elements 413 to 417, wherein each of the at least one further unit has an additional phase connection ready.
  • Inverter circuit having a power capacitor divided into a plurality of single capacitors.
  • the power capacitors can be dimensioned to the actual reactive power demand of the semiconductor circuit and thus much smaller than in conventional arrangements.
  • inverter circuits The structure of inverter circuits is substantially simplified, a plurality of connecting elements and assembly steps can be omitted.
  • the volume needed for the power capacitor, as well as the volume needed for connections and fittings can be reduced to less than 0.1 liter each (this corresponds to a
  • the assembly of the power capacitor or the power capacitors is simplified by the fact that they can be automatically equipped in the production of the semiconductor module in the aggregate production.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Es wird eine Schaltung angegeben, umfassend ein Substrat eines Halbleitermoduls, mit mindestens einen Leistungskondensator, der auf dem Substrat angeordnet ist, wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung dieser Schaltung vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Schaltung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Herstellung der Schaltung.
Für die Elektrifizierung von Fahrzeuσantrieben werden billige, kompakte sowie leichte elektrische Antriebe benötigt. Von derzeit am Markt erhältlichen Aggregaten werden diese Anforderungen noch nicht zufriedenstellend erfüllt. Insbesondere ein für einen Zwischenkreis eines Wechselrichters notwendiger Leistungskondensator verursacht hohen Aufwand bzw. Einsatz betreffend Material, Bauraumvorhalt und Fertigungskomplexität. In derzeit üblichen Schaltungen werden für diesen Leistungskondensator Elektrolytkondensatoren bzw. Kunststofffolienkondensatoren eingesetzt. Um mit der starken Wärmeausdehnung derartiger Leistungskondensatoren umzugehen, werden sie über flexible Elemente (via separater Drähte oder Leitungen) mit der übrigen Schaltung verbunden.
Trotz einer üblichen Stoffschlüssigen Verbindung der Leistungskondensatoren zu Gehäuseteilen bedingt die Wärmebilanz innerhalb der Kondensatoren die Dimensionierung der Baugröße. Beispielsweise beträgt ein Kondensatorvolumen für ein im Fahrzeug verbautes 5OkW-Aggregat zwischen zwei und 0 , 5 Litern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Möglichkeit zum Einsatz von Leistungskondensatoren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung angegeben,
- umfassend ein Substrat eines Halbleitermoduls,
- mit mindestens einen Leistungskondensator, der auf dem Substrat angeordnet ist,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.
Hierbei ist zweckmäßig der mindestens eine Leistungskondensator zusammen mit der Logikschaltung auf einem Halbleitermodul angeordnet. Vorzugsweise ist der Leistungskondensator in eine Vielzahl kleinere Kondensatoren aufgeteilt, wobei jeder der kleineren Kondensatoren derart auf dem Halbleitermodul angeordnet ist, dass eine effiziente Kühlung der von dem
Leistungskondensator bereitgestellten Gesamtkapazität erfolgt .
Eine Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einen keramischen
Kondensator umfasst .
Eine andere Weiterbildung ist es, dass das Substrat mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: - einen gedruckten Schaltungsträger;
- einen keramischen Träger insbesondere mit Leiterbahnen;
- einen Träger aus Papier und/oder Pappe,-
- einen Träger aus Kunststoff.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Substrat einen doppelseitigen Schaltungsträger umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der mindestens eine Leistungskondensator mit einer für das Halbleitermodul vorgesehenen Kühlung verbunden ist. Ferner ist es eine Weiterbildung, dass der mindestens eine Leistungskondensator eine Fail-Open Eigenschaft aufweist.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist der mindestens eine Leistungskondensator ein Zwischenkreis-, Glättungs- und/oder Kommutierungskondensator.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einer der folgenden Verbindungen mit dem Substrat aufweist:
- eine Klebeverbindung;
- eine LötVerbindung;
- eine Sinterverbindung;
- eine Druckverbindung; — eine Schweißverbindung.
Eine Ausgestaltung ist es, dass mindestens eine der Verbindungen zu Kontaktierung des mindestens einen Leistungskondensators dient.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung umfassend die Schritte:
- mindestens ein Leistungskondensator wird auf einem Substrat eines Halbleitermoduls angeordnet,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass der mindestens eine Leistungskondensator, umfassend insbesondere eine Vielzahl von Kondensatoren, mit dem Substrat verbunden wird durch mindestens eine der folgenden Verbindungen:
- eine Klebeverbindung;
- eine LötVerbindung,- - eine Sinterverbindung;
- eine Druckverbindung;
- eine Schweißverbindung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Fig.l eine beispielhafte Anordnung eines
Leistungskondensators in einem Phasenmodul bzw. Wechselrichtermodul ;
Fig.2 ein Halbleitermodul mit einem integrierten Leistungskondensator, der mehrere (kleinere) Kondensatoren aufweist;
Fig.3 basierend auf der Anordnung gemäß Fig.2 ein einzelnes konzentriertes Element für einen Leistungskondensator;
Fig.4 eine weitere Anordnung eines Umrichtermoduls mit einem passiven Gleichrichter, zwei
Brückenschaltungen und einem dazwischen angeordneten Leistungskondensator;
Fig.5 ein Layoutbeispiel für eine dreiphasige Wechselrichterschaltung mit einem in eine Vielzahl von Einzelkondensatoren aufgeteilten Leistungskondensator .
Der vorliegende Ansatz sieht insbesondere vor, einen Leistungskondensator in ein Halbleitermodul der
Leistungselektronik zu integrieren, so dass die für Halbleiter des Halbleitermoduls vorgesehene Kühlung auch für die Kühlung des Leistungskondensators genutzt werden kann.
Insbesondere kann die Kapazität des Leistungskondensators auf mehrere kleinere Kondensatoren aufgeteilt werden, so dass im Rahmen der baulichen Gegebenheiten die einzelnen kleinen Kondensatoren im Hinblick auf eine effiziente Kühlung positioniert werden können.
Auch kann der Leistungskondensator direkt mit dem Schaltungsträger (Substrat) der Leistungshalbleiter verbunden bzw. kontaktiert werden/sein.
Vorteilhafterweise kann der Leistungskondensator mindestens einen Keramikkondensator umfassen. Keramikkondensatoren unterscheiden sich kaum bezüglich ihrer thermischen Ausdehnung von den üblicherweise für Halbleitermodule verwendeten Keramiksubstraten.
Bei dem Substrat kann es sich weiterhin um unterschiedliche Träger handeln, z.B. um Papier, Kunststoff, Keramik.
Vorzugsweise können Leiterbahnen oder Strombahnen des Trägers bzw. des Keramiksubstrats zur Kontaktierung des Leistungskondensators genutzt werden, um eine raumsparende, großflächige, verlustarme, gut wärmeableitende und niederinduktive Verbindung zwischen dem Leistungskondensator und der Leistungselektronik herzustellen.
Vorteilhaft können bekannten Verbindungselemente zwischen dem Leistungskondensator und dem Halbleitermodul wie Stromschienen, Bügel, Kabel, Leiterplatten, Pins, Federn und Schrauben entfallen bzw. lediglich zum Anschluss einer externen Stromquelle (Energiekondensator, Batterie, Netz) entsprechend klein dimensioniert werden, da der Wechselstrom für den Leistungskondensators nicht mehr über diese Verbindungselemente geführt wird.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von mehreren kleineren Einzelkondensatoren, die entsprechend den Schaltungserfordernissen auf dem Substrat verteilt werden, wodurch besonders günstige Schaltungseigenschaften bzgl . Resonanzvermeidung, elektromagnetischer Verträglichkeit und gleichmäßiger Kondensatorbelastung erreichbar sind. Weiterhin lässt sich durch die Verwendung von Kondensatoren mit einem sog. Fail-Open-Verhalten die Auswirkung eines Kondensatorversagens lokal, d.h. auf den defekten Kondensator, begrenzen.
Der hierin vorgestellte Ansatz kann für alle bekannten Aufbauverfahren für Halbleitermodule angewendet werden. Beispielsweise kann der aus mindestens einem Einzelkondensator bestehende Leistungskondensator mit dem Substrat über Klebe-, Löt-, Schweiß-, Sinter- bzw. Druckverbindungen kontaktiert bzw. verbunden werden.
Der mindestens eine Leitungskondensator bzw. die hier vorgestellte Lösung können auf alle bekannten Wechsel-, Gleich- und UmrichterSchaltungen mit Zwischenkreis-, Glättungs- bzw. Kommutierungskondensatoren angewendet werden (z.B. Spannungs-Wechselrichter, Matrix-Umrichter, F3E-Umrichter, Umrichter mit ungesteuertem Eingangsgleichrichter, DC-DC-Wandler) .
Fig.l zeigt eine beispielhafte Anordnung eines Leistungskondensators 104 in einem Phasenmodul oder Wechselrichtermodul 100.
Das Phasenmodul 100 ist auf einem Substrat angeordnet und weist Gleichstromanschlüsse 101 und 102 sowie einen Phasenanschluss 103 auf. Der Leistungskondensator 104 ist unmittelbar in der Nähe und parallel zu einer Serienschaltung aus zwei elektrischen Schaltern angeordnet. Die Serienschaltung umfasst hierbei eine Reihenschaltung von zwei Kollektor-Emitter-Strecken zweier IGBTs 105 und 106, wobei jeder IGBT eine entgegen die Kollektor-Emitter- Strecke angeordnete Freilaufdiode 107, 108 aufweist. Die drei Punkte in Fig.2 deuten an, dass mindestens eine weitere Einheit entsprechend den Elementen 209 bis 214 zwischen dem Phasenanschluss 203 und der Einheit umfassend die Elemente 209 bis 214 angeordnet sein kann, wobei jede der mindestens einen weiteren Einheit einen zusätzlichen Phasenanschluss bereit stellt.
Fig.2 zeigt ein Halbleitexmodul 200 mit einem integrierten Leistungskondensator, der mehrere (kleinere) Kondensatoren 204, 210 aufweist. Das Halbleitermodul 200 weist
Gleichstromanschlüsse 201, 202 sowie Phasenanschlüsse 203, 209 auf.
In Fig.2 sind eine Vielzahl von Brückenschaltungen aus je zwei IGBTs 205, 206 und 211, 212 mit jeweils vorhandenen Freilaufdioden 207, 208 und 213, 214 vorgesehen. Ein Mittenabgriff der ersten Brückenschaltung ist mit dem Phasenanschluss 203 und ein Mittenabgriff der letzten Brückenschaltung ist mit dem Phasenanschluss 209 verbunden.
Fig.3 zeigt basierend auf der Anordnung gemäß Fig.2 ein einzelnes konzentriertes Element für einen Leistungskondensator 204.
Die drei Punkte in Fig .3 deuten an, dass mindestens eine weitere Einheit entsprechend den Elementen 209 und 211 bis 214 zwischen dem Phasenanschluss 203 und der Einheit umfassend die Elemente 209 und 211 bis 214 angeordnet sein kann, wobei jede der mindestens einen weiteren Einheit einen zusätzlichen Phasenanschluss bereit stellt.
Fig.4 zeigt eine weitere Anordnung eines Umrichtermoduls 400 mit einem passiven Gleichrichter umfassend Dioden 401, 402, 404 und 405, eine Brückenschaltung mit zwei IGBTs 408, 409 mit jeweiligen Freilaufdioden 410, 411 und eine
Brückenschaltung mit zwei IGBTs 413, 414 mit jeweiligen Freilaufdioden 415, 416. Die Mittenabgriffe zwischen den Reihenschaltungen aus den Dioden 401, 402 und 404, 405 sowie die Mittenabgriffe der Brückenschaltungen sind als Phasenanschlüsse 403, 406, 412, 417 nach außen geführt.
Ein Leistungskondensator 407 ist zwischen dem Gleichrichter und den beiden Brückenschaltungen angeordnet.
Im Beispiel von Fig .4 können Leistungsanschlüsse für einen Gleichstromteil vollständig entfallen.
Die ersten drei Punkte in Fig.4 deuten an, dass mindestens eine weitere Einheit entsprechend den Elementen 404 bis 406 zwischen dem Phasenanschluss 403 und der Einheit umfassend die Elemente 404 bis 406 angeordnet sein kann, wobei jede der mindestens einen weiteren Einheit einen zusätzlichen Phasenanschluss bereit stellt.
Entsprechend deuten die zweiten drei Punkte in Fig.4 an, dass mindestens eine weitere Einheit entsprechend den Elementen 413 bis 417 zwischen dem Phasenanschluss 412 und der Einheit umfassend die Elemente 413 bis 417 angeordnet sein kann, wobei jede der mindestens einen weiteren Einheit einen zusätzlichen Phasenanschluss bereit stellt.
Fig.5 zeigt ein Layoutbeispiel für eine dreiphasige
Wechselrichterschaltung mit einem in eine Vielzahl von Einzelkondensatoren aufgeteilten Leistungskondensator.
Weitere Vorteile:
Die Leistungskondensatoren können auf den tatsächlichen Blindleistungsbedarf der Halbleiterschaltung und damit wesentlich kleiner als in üblichen Anordnungen dimensioniert werden.
Normen und Standards für elektrische Isolation und elektromagnetische Verträglichkeit sind wegen der kürzeren elektrischen Verbindungen für Leistungskondensatoren und wegen des Entfalls von Luft- und Kriechstrecken mit geringerem Aufwand einzuhalten.
Der Aufbau von Wechselrichterschaltungen wird wesentlich vereinfacht, eine Vielzahl von Verbindungselementen und Montageschritten kann entfallen.
Bauraumbedarf, Gewicht und Teilezahl der hierin vorgeschlagenen Anordnung sind wesentlich geringer als bei den bekannten Anordnungen. Beispielsweise kann bei einem 50kW-Aggregat das für den Leistungskondensator benötigte Volumen sowie das für Verbindungen und Befestigungen benötigte Volumen auf jeweils weniger als 0,1 Liter vermindert werden (dies entspricht einer
Effizienzsteigerung um den Faktor fünf gegenüber bekannter Technik) .
Auch wird die Montage des Leistungskondensators bzw. der Leistungskondensatoren dadurch vereinfacht, dass diese im Rahmen der Aggregatfertigung automatisiert bestückt werden können bei der Fertigung des Halbleitermoduls.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung
- umfassend ein Substrat eines Halbleitermoduls, - mit mindestens einen Leistungskondensator, der auf dem Substrat angeordnet ist,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einen keramischen Kondensator umfasst.
3. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat mindestens eine der folgenden
Komponenten umfasst:
- einen gedruckten Schaltungsträger;
- einen keramischen Träger insbesondere mit Leiterbahnen; - einen Träger aus Papier und/oder Pappe;
- einen Träger aus Kunststoff.
4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat einen doppelseitigen Schaltungsträger umfasst.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator mit einer für das Halbleitermodul vorgesehenen Kühlung verbunden ist.
6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator eine Fail-Open Eigenschaft aufweist.
7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator ein Zwischenkreis-, Glättungs- und/oder Kommυtierungskondensator ist.
8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einer der folgenden Verbindungen mit dem Substrat aufweist:
- eine Klebeverbindung;
- eine Lötverbindung; - eine Sinterverbindung;
- eine Druckverbindung;
- eine Schweißverbindung.
9. Schaltung nach Anspruch 8, bei der mindestens eine der Verbindungen zu Kontaktierung des mindestens einen
Leistungskondensators dient .
10. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung umfassend die Schritte: - mindestens ein Leistungskondensator wird auf einem
Substrat eines Halbleitermoduls angeordnet,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der mindestens eine Leistungskondensator, umfassend insbesondere eine Vielzahl von Kondensatoren, mit dem Substrat verbunden wird durch mindestens eine der folgenden Verbindungen:
- eine Klebeverbindung; - eine Lötverbindung;
- eine Sinterverbindung;
- eine Druckverbindung;
- eine Schweißverbindung.
EP09778417A 2008-09-27 2009-09-09 Schaltung und verfahren zu deren herstellung Withdrawn EP2329586A2 (de)

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