EP2329586A2 - Circuit and method for the production thereof - Google Patents

Circuit and method for the production thereof

Info

Publication number
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
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
power capacitor
substrate
power
semiconductor module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09778417A
Other languages
German (de)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2329586A2 publication Critical patent/EP2329586A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a circuit comprising a substrate of a semiconductor module, having at least one power capacitor disposed on the substrate, wherein the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit. The invention further relates to a method for producing said circuit.

Description

Beschreibungdescription
Schaltung und Verfahren zu deren HerstellungCircuit and method for its production
Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Herstellung der Schaltung.The invention relates to a circuit and a method for producing the circuit.
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.For the electrification of Fahrzeuσantrieben cheap, compact and light electric drives are needed. From currently available on the market aggregates, these requirements are not yet satisfactorily met. In particular, a necessary for a DC link of an inverter power capacitor causes high effort or use regarding material, space requirement and manufacturing complexity. In currently customary circuits, electrolytic capacitors or plastic film capacitors are used for this power capacitor. To cope with the strong thermal expansion of such power capacitors, they are connected via flexible elements (via separate wires or lines) to the rest of the circuit.
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.Despite a usual cohesive connection of the power capacitors to housing parts causes the heat balance within the capacitors sizing the size. For example, a capacitor volume for a built-in vehicle 5OkW unit between two and 0, 5 liters.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Möglichkeit zum Einsatz von Leistungskondensatoren zu schaffen.The object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages and in particular to provide an efficient way of using power capacitors.
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,This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims. To solve the problem, a circuit is specified,
- umfassend ein Substrat eines Halbleitermoduls,comprising a substrate of a semiconductor module,
- mit mindestens einen Leistungskondensator, der auf dem Substrat angeordnet ist,with at least one power capacitor arranged on the substrate,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.- wherein the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit.
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 demIn this case, the at least one power capacitor is expediently arranged together with the logic circuit on a semiconductor module. Preferably, 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
Leistungskondensator bereitgestellten Gesamtkapazität erfolgt .Power capacitor provided total capacity is done.
Eine Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einen keramischenA development is that the at least one power capacitor at least one ceramic
Kondensator umfasst .Capacitor includes.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass das Substrat mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: - einen gedruckten Schaltungsträger;Another development is that the substrate comprises at least one of the following components: a printed circuit carrier;
- einen keramischen Träger insbesondere mit Leiterbahnen;- A ceramic carrier, in particular with conductor tracks;
- einen Träger aus Papier und/oder Pappe,-- a support of paper and / or cardboard,
- einen Träger aus Kunststoff.- A carrier made of plastic.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Substrat einen doppelseitigen Schaltungsträger umfasst.In particular, it is a development that the substrate comprises a double-sided circuit carrier.
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.It is also a development that 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.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist der mindestens eine Leistungskondensator ein Zwischenkreis-, Glättungs- und/oder Kommutierungskondensator.In the context of an additional development, the at least one power capacitor is a DC link, smoothing and / or commutation capacitor.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einer der folgenden Verbindungen mit dem Substrat aufweist:A next development consists in that the at least one power capacitor comprises at least one of the following compounds with the substrate:
- eine Klebeverbindung;- an adhesive bond;
- eine LötVerbindung;- a solder connection;
- eine Sinterverbindung;a sintered compound;
- eine Druckverbindung; — eine Schweißverbindung.- a pressure connection; - a welded joint.
Eine Ausgestaltung ist es, dass mindestens eine der Verbindungen zu Kontaktierung des mindestens einen Leistungskondensators dient.One embodiment is that at least one of the connections serves for contacting the at least one power capacitor.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung umfassend die Schritte:The above object is also achieved by a method for producing a circuit comprising the steps:
- mindestens ein Leistungskondensator wird auf einem Substrat eines Halbleitermoduls angeordnet,at least one power capacitor is arranged on a substrate of a semiconductor module,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.- wherein the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit.
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: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:
- eine Klebeverbindung;- an adhesive bond;
- eine LötVerbindung,- - eine Sinterverbindung;a solder joint, a sintered bond;
- eine Druckverbindung;- a pressure connection;
- eine Schweißverbindung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.- a welded joint. Embodiments of the invention are illustrated and explained below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig.l eine beispielhafte Anordnung einesFig.l an exemplary arrangement of a
Leistungskondensators in einem Phasenmodul bzw. Wechselrichtermodul ;Power capacitor in a phase module or inverter module;
Fig.2 ein Halbleitermodul mit einem integrierten Leistungskondensator, der mehrere (kleinere) Kondensatoren aufweist;2 shows a semiconductor module with an integrated power capacitor, which has a plurality of (smaller) capacitors;
Fig.3 basierend auf der Anordnung gemäß Fig.2 ein einzelnes konzentriertes Element für einen Leistungskondensator;FIG. 3 shows, based on the arrangement according to FIG. 2, a single concentrated element for a power capacitor;
Fig.4 eine weitere Anordnung eines Umrichtermoduls mit einem passiven Gleichrichter, zwei4 shows a further arrangement of a converter module with a passive rectifier, two
Brückenschaltungen und einem dazwischen angeordneten Leistungskondensator;Bridge circuits and a power capacitor interposed therebetween;
Fig.5 ein Layoutbeispiel für eine dreiphasige Wechselrichterschaltung mit einem in eine Vielzahl von Einzelkondensatoren aufgeteilten Leistungskondensator .5 shows a layout example of a three-phase inverter circuit with a power capacitor divided into a plurality of individual capacitors.
Der vorliegende Ansatz sieht insbesondere vor, einen Leistungskondensator in ein Halbleitermodul derThe present approach provides, in particular, a power capacitor in a semiconductor module of
Leistungselektronik zu integrieren, so dass die für Halbleiter des Halbleitermoduls vorgesehene Kühlung auch für die Kühlung des Leistungskondensators genutzt werden kann.To integrate power electronics, so that provided for semiconductors of the semiconductor module cooling can also be used for the cooling of the power capacitor.
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.In particular, 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.
Auch kann der Leistungskondensator direkt mit dem Schaltungsträger (Substrat) der Leistungshalbleiter verbunden bzw. kontaktiert werden/sein.The power capacitor can also be connected or contacted directly with the circuit carrier (substrate) of the power semiconductors.
Vorteilhafterweise kann der Leistungskondensator mindestens einen Keramikkondensator umfassen. Keramikkondensatoren unterscheiden sich kaum bezüglich ihrer thermischen Ausdehnung von den üblicherweise für Halbleitermodule verwendeten Keramiksubstraten.Advantageously, 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.
Bei dem Substrat kann es sich weiterhin um unterschiedliche Träger handeln, z.B. um Papier, Kunststoff, Keramik.The substrate may further be different carriers, e.g. around paper, plastic, ceramics.
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.Preferably, 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.
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.Advantageously, 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.
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.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.
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.The approach presented here can be applied to all known semiconductor module construction methods. For example, 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.
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) .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).
Fig.l zeigt eine beispielhafte Anordnung eines Leistungskondensators 104 in einem Phasenmodul oder Wechselrichtermodul 100.FIG. 1 shows an exemplary arrangement of a power capacitor 104 in a phase module or inverter module 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.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 zeigt ein Halbleitexmodul 200 mit einem integrierten Leistungskondensator, der mehrere (kleinere) Kondensatoren 204, 210 aufweist. Das Halbleitermodul 200 weist2 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
Gleichstromanschlüsse 201, 202 sowie Phasenanschlüsse 203, 209 auf.DC terminals 201, 202 and phase terminals 203, 209 on.
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.In Figure 2, 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 zeigt basierend auf der Anordnung gemäß Fig.2 ein einzelnes konzentriertes Element für einen Leistungskondensator 204.FIG. 3 shows a single concentrated element for a power capacitor 204 based on the arrangement according to FIG.
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.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 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 eine4 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
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.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.
Ein Leistungskondensator 407 ist zwischen dem Gleichrichter und den beiden Brückenschaltungen angeordnet.A power capacitor 407 is disposed between the rectifier and the two bridge circuits.
Im Beispiel von Fig .4 können Leistungsanschlüsse für einen Gleichstromteil vollständig entfallen.In the example of FIG. 4, power connections for a DC component can be completely eliminated.
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.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.
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.Accordingly, 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.
Fig.5 zeigt ein Layoutbeispiel für eine dreiphasige5 shows a layout example for a three-phase
Wechselrichterschaltung mit einem in eine Vielzahl von Einzelkondensatoren aufgeteilten Leistungskondensator.Inverter circuit having a power capacitor divided into a plurality of single capacitors.
Weitere Vorteile:Other advantages:
Die Leistungskondensatoren können auf den tatsächlichen Blindleistungsbedarf der Halbleiterschaltung und damit wesentlich kleiner als in üblichen Anordnungen dimensioniert werden.The power capacitors can be dimensioned to the actual reactive power demand of the semiconductor circuit and thus much smaller than in conventional arrangements.
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.Norms and standards for electrical insulation and electromagnetic compatibility are due to the shorter ones comply with electrical connections for power capacitors and because of the elimination of creepage distances and with less effort.
Der Aufbau von Wechselrichterschaltungen wird wesentlich vereinfacht, eine Vielzahl von Verbindungselementen und Montageschritten kann entfallen.The structure of inverter circuits is substantially simplified, a plurality of connecting elements and assembly steps can be omitted.
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 einerSpace requirements, weight and number of parts of the arrangement proposed herein are substantially lower than in the known arrangements. For example, in a 50kW unit, 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
Effizienzsteigerung um den Faktor fünf gegenüber bekannter Technik) .Efficiency increase by a factor of five over known technology).
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. Also, 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.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schaltung1st circuit
- umfassend ein Substrat eines Halbleitermoduls, - mit mindestens einen Leistungskondensator, der auf dem Substrat angeordnet ist,comprising a substrate of a semiconductor module, having at least one power capacitor, which is arranged on the substrate,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.- wherein the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einen keramischen Kondensator umfasst.2. The circuit of claim 1, wherein the at least one power capacitor comprises at least one ceramic capacitor.
3. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat mindestens eine der folgenden3. A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the substrate is at least one of the following
Komponenten umfasst:Components includes:
- einen gedruckten Schaltungsträger;a printed circuit board;
- einen keramischen Träger insbesondere mit Leiterbahnen; - einen Träger aus Papier und/oder Pappe;- A ceramic carrier, in particular with conductor tracks; - a support of paper and / or cardboard;
- einen Träger aus Kunststoff.- A carrier made of plastic.
4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat einen doppelseitigen Schaltungsträger umfasst.4. A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the substrate comprises a double-sided circuit carrier.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator mit einer für das Halbleitermodul vorgesehenen Kühlung verbunden ist.5. A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the at least one power capacitor is connected to a provided for the semiconductor module cooling.
6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator eine Fail-Open Eigenschaft aufweist.6. The circuit of claim 1, wherein the at least one power capacitor has a fail-open characteristic.
7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator ein Zwischenkreis-, Glättungs- und/oder Kommυtierungskondensator ist.7. A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the at least one power capacitor DC link, smoothing and / or Komuppierungkondensator is.
8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Leistungskondensator mindestens einer der folgenden Verbindungen mit dem Substrat aufweist:8. The circuit of claim 1, wherein the at least one power capacitor has at least one of the following connections to the substrate:
- eine Klebeverbindung;- an adhesive bond;
- eine Lötverbindung; - eine Sinterverbindung;- a solder joint; a sintered compound;
- eine Druckverbindung;- a pressure connection;
- eine Schweißverbindung.- a welded joint.
9. Schaltung nach Anspruch 8, bei der mindestens eine der Verbindungen zu Kontaktierung des mindestens einen9. The circuit of claim 8, wherein at least one of the compounds for contacting the at least one
Leistungskondensators dient .Power capacitor is used.
10. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung umfassend die Schritte: - mindestens ein Leistungskondensator wird auf einem10. A method of manufacturing a circuit comprising the steps of: - at least one power capacitor is placed on a
Substrat eines Halbleitermoduls angeordnet,Substrate of a semiconductor module arranged,
- wobei das Halbleitermodul eine Leistungsstufe und eine Logikschaltung umfasst.- wherein the semiconductor module comprises a power stage and a logic circuit.
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:11. The method of claim 10, wherein the at least one power capacitor, in particular a plurality of capacitors, is connected to the substrate by at least one of the following compounds:
- eine Klebeverbindung; - eine Lötverbindung;- an adhesive bond; - a solder joint;
- eine Sinterverbindung;a sintered compound;
- eine Druckverbindung;- a pressure connection;
- eine Schweißverbindung. - a welded joint.
EP09778417A 2008-09-27 2009-09-09 Circuit and method for the production thereof Withdrawn EP2329586A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810049231 DE102008049231A1 (en) 2008-09-27 2008-09-27 Circuit and method for its production
PCT/EP2009/006528 WO2010034404A2 (en) 2008-09-27 2009-09-09 Circuit and method for the production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2329586A2 true EP2329586A2 (en) 2011-06-08

Family

ID=41719817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09778417A Withdrawn EP2329586A2 (en) 2008-09-27 2009-09-09 Circuit and method for the production thereof

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2329586A2 (en)
DE (1) DE102008049231A1 (en)
WO (1) WO2010034404A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012202765B3 (en) * 2012-02-23 2013-04-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Semiconductor module
DE102021210296A1 (en) 2021-09-16 2023-03-16 Vitesco Technologies Germany Gmbh Method for monitoring the integrity of a control unit

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10029122A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-05 Mitsubishi Electric Corp Alternator

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194856B1 (en) * 1999-01-25 2001-02-27 Hitachi, Ltd. Motor driving apparatus including a modularized current control circuit and method of controlling the same
JP3943395B2 (en) * 2000-03-22 2007-07-11 インターナショナル・レクチファイヤー・コーポレーション Gate driver multichip module
JP2004153897A (en) * 2002-10-29 2004-05-27 Hitachi Unisia Automotive Ltd Electric machine with inverter
DE102005036116B4 (en) * 2005-08-01 2012-03-22 Infineon Technologies Ag The power semiconductor module
US7164573B1 (en) * 2005-08-31 2007-01-16 Kemet Electronic Corporation High ESR or fused ceramic chip capacitor
US8657031B2 (en) * 2005-10-12 2014-02-25 Black & Decker Inc. Universal control module

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10029122A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-05 Mitsubishi Electric Corp Alternator

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008049231A1 (en) 2010-04-01
WO2010034404A3 (en) 2010-11-18
WO2010034404A2 (en) 2010-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019132685B4 (en) Electrical circuit arrangement comprising an excitation circuit and an inverter circuit and motor vehicle
DE60025865T2 (en) Semiconductor device and electric power conversion device
DE112018005338T5 (en) Electronic circuit device
DE19959171A1 (en) Alternating current inverter, has smoothing capacitor substrate for mounting ceramic smoothing capacitors between isolated substrate and switch element driver circuit board
DE102008039133A1 (en) Electric compressor with integrated DC-AC converter
DE10035613A1 (en) Power conversion device
DE102016208273B4 (en) power conversion device
DE102011004898A1 (en) Semiconductor device
DE10019696B4 (en) Circuit for reducing interference radiation in motor supply circuit applications
DE112018007278T5 (en) SEMI-CONDUCTOR POWER MODULE AND POWER CONVERTER
DE102020006207A1 (en) Motor drive device with smoothing capacitor unit and wiring capacitor
DE102005061016A1 (en) Power semiconductor module, method for its production and use in a switched-mode power supply
DE112021004774T5 (en) Power conversion device
EP2329586A2 (en) Circuit and method for the production thereof
EP2174350B1 (en) Arrangement comprising at least one semiconductor component, in particular a power semiconductor component for the power control of high currents
EP0455120B1 (en) Power converter assembly with intermediate DC circuit and converter modules
WO2002069482A1 (en) Circuit design for a circuit for switching currents
DE102017217354A1 (en) MULTILAYER POWER RAIL ARRANGEMENT AND POWER MODULE
DE102021211409A1 (en) Inverter structure of an electronic module for an electric drive of a vehicle
DE112021000077T5 (en) POWER CONVERTER
DE102013217258A1 (en) Device for converting a direct current into a single-phase or multi-phase alternating current
DE212020000607U1 (en) Control module and semiconductor component
DE102016108174A1 (en) PERFORMANCE LEVEL PACKAGES OF A MULTI-PHASE DIFFERENTIAL VOLTAGE TRANSFORMER UNDER A COUPLED INDUCTIVITY
DE102019213385A1 (en) Control device for operating an electric drive for a vehicle and method for producing such a control device
EP2774261A1 (en) Power converter circuit

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110215

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120124

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180103