EP2332247A1 - Kondensatoranordnung und verfahren zum herstellen einer kondensatoranordnung - Google Patents

Kondensatoranordnung und verfahren zum herstellen einer kondensatoranordnung

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EP2332247A1
EP2332247A1 EP09760464A EP09760464A EP2332247A1 EP 2332247 A1 EP2332247 A1 EP 2332247A1 EP 09760464 A EP09760464 A EP 09760464A EP 09760464 A EP09760464 A EP 09760464A EP 2332247 A1 EP2332247 A1 EP 2332247A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
capacitor
extensions
power rail
connection
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Withdrawn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
EP09760464A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Herrmann
Werner Riebesel
Jürgen KNEISSL
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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 MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2332247A1 publication Critical patent/EP2332247A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/02—Mountings
    • H01G2/04—Mountings specially adapted for mounting on a chassis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/02—Mountings
    • H01G2/06—Mountings specially adapted for mounting on a printed-circuit support
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor assembly and a method of manufacturing a capacitor assembly.
  • EP 1 632 117 B1 deals with an electronic assembly for switching electrical power.
  • the assembly includes two spaced apart power supply rails and a capacitor assembly that bridges the two power supply rails.
  • module capacitors are built on a separate board and connected by means of correspondingly long connection connections with power modules.
  • additional space for the board another board layout is required.
  • the board is connected to additional weight.
  • the long connection connections result in a higher inductance, which results in a limitation of the switching frequencies of the power modules.
  • the present invention is based on the finding that a capacitor can be applied to a substrate of a power module (power module) by the use of specially shaped capacitor connection plates without loss of service life. According to the invention, damage to the capacitor due to high temperature stress be prevented by the soldering process. As a result, the capacitor reliability can be ensured after the manufacturing process.
  • the special capacitor connection plates enable a compact, space-optimized design of the power module.
  • space- and weight-optimized contacts and, in particular, a low-inductive contacting of the module capacitor on the power module or power electronics module can be carried out. This leads to a low parasitic inductance between power elements and capacitor.
  • a better thermal connection of the capacitor to a module cooler is also possible.
  • the present invention provides a capacitor arrangement having the following features:
  • a capacitor having a first contact surface and a second contact surface, the first and second contact surfaces being opposed;
  • first baffle connected to the first contact surface, the first baffle having extensions at one end adapted to engage recesses in a first angled region of a first power rail of a power electronics module;
  • a second baffle connected to the second contact surface, the second baffle having extensions at one end adapted to engage recesses in a first angled region of a second power rail of the power electronics module.
  • the capacitor may be suitable for use in a power module.
  • the power rails may be configured to provide an electrical connection between the capacitor and a substrate of the power module.
  • the power rails may be so-called Powerbus Bar connections.
  • the recesses of the power rails can be realized as grooves or through holes. be siert.
  • a direct connection of the module capacitor, which may consist of the capacitor and the terminal plates, in the power module is possible.
  • a low inductance and a compact design can be achieved.
  • a direct connection of the module capacitor in the power electronics module can be done by the special connection plates and power rails.
  • the capacitor can be arranged as close to the power electronics module. 0
  • the contact surfaces and the connection plates can be aligned parallel to each other. In this way, the contact surfaces can be connected over the entire surface with the connection plates.
  • the capacitor can be space-saving, arranged in parallel over the substrate.
  • the connecting plates arranged perpendicularly with respect to a capacitor orientation allow a shortest connection of the capacitor to the substrate
  • the capacitor arrangement may comprise the first and the second power rail, wherein the power rails may be aligned parallel to the terminal plates and the extensions of the terminal plates may engage in the recesses of the power rails.
  • the capacitor arrangement according to the invention can replace known module capacitors without requiring adjustments to the substrate, for example of the power module.
  • the capacitor assembly may include solder joints and / or welded joints configured to connect at least some of the extensions of the first terminal sheet 5 to the first power rail and at least some of the extensions of the second terminal sheet to the second power rail.
  • solder joints and / or welded joints configured to connect at least some of the extensions of the first terminal sheet 5 to the first power rail and at least some of the extensions of the second terminal sheet to the second power rail.
  • the solder joints can each be arranged on a side of the power rails which is opposite the capacitor.
  • the solder joints can be created in a simple externally accessible manner.
  • the terminal plates may each have an angled region, which is in each case suitable for positively locking to a second angled region of the power rails. The angled regions can stabilize the construction of the capacitor arrangement and represent a further electrical contact.
  • the capacitor arrangement can have screw connections which are designed to connect the angled regions of the connection plates respectively to the second angled regions of the power rails.
  • a double connection of the module capacitor can be created to the power rails.
  • the angled regions of the module capacitor can be screwed to a DC link connection.
  • the present invention further provides a method of manufacturing a capacitor assembly comprising the following steps:
  • first terminal plate and a second terminal plate each having at one end projections adapted to engage in the recesses of the power rails;
  • connection plates Connecting the connection plates with the contact surfaces, so that the first connection plate is aligned with the first contact surface and the second connection plate with the second contact surface; and Connecting the terminal plates to the power rails such that the first terminal plate is aligned parallel to the first power rail and the second terminal plate is parallel to the second power rail and the extensions of the first terminal plate engage with the recesses of the first power rail and the extensions of the second connection plate in the Recesses of the second power rail intervene.
  • the present invention provides a manufacturing concept for integrating capacitors into hybrid power modules based on a specific implementation of capacitor terminals and power rails.
  • a process description according to the invention defines how the particular type of condenser is attached to the substrate.
  • the manufacturing process according to the invention runs in this case so that the power rails are first applied without a capacitor to the substrate of the power module.
  • the module capacitor consisting of the capacitor and the terminal plates, is then connected to the five power rails by means of simple soldering.
  • the method of the invention may include a step of connecting the power rails to a substrate before connecting the terminal plates to the power rails. Due to the proposed order, a strong temperature influence on the capacitor can be avoided if the power rails are soldered to the substrate.
  • the substrate may be the substrate of the power module.
  • the substrate may be designed as a printed circuit board.
  • the method may include a step of forming solder joints formed to at least some of the extensions of the first land with the first land
  • connection plates can each have an angled region, which adjoin in each case a second angled region of the power rails and the method can include a step of creating a first screw connection for connecting the angled region of the first connection plate to the second angled regions of the first power rail and a second screw connection for connecting the angled portion of the second terminal plate with the second angled portions of the second power rail.
  • the screw connection allows, in addition to the solder joint, a separate or additional electrical and mechanical connection of the capacitor.
  • FIG. 2 shows an illustration of the capacitor arrangement according to the invention during production
  • FIG. 5 shows an illustration of a power electronics module with the capacitor arrangement according to the invention
  • FIG. 6 shows a capacitor arrangement according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an illustration of a power rail and a terminal plate according to an embodiment of the present invention.
  • the same or similar reference numerals will be used for the elements shown in the various drawings and similar, and a repetitive description of these elements will be omitted.
  • Fig. 1 shows a capacitor arrangement according to an embodiment of the present invention.
  • the capacitor arrangement has a capacitor 100, a first connection plate 102 and a second connection plate 103.
  • the terminal plates 102, 103 are each connected to contact surfaces of the capacitor 100.
  • the capacitor assembly may further include a first power rail 105 and a second power rail 106.
  • the power rails 105, 106 may be arranged on a substrate 108, for example the substrate of a power module, and connected to the terminal plates 102, 103.
  • the capacitor 100 between the terminal plates 102, 103 and the terminal plates may in turn be arranged between the power rails 105, 106.
  • the capacitor 100 is aligned parallel and above a surface of the substrate 108.
  • the contact surfaces of the capacitor 100 may be aligned opposite and parallel to each other.
  • the first contact surface is connected to the first connection plate 102 and the second contact surface is connected to the second connection plate 103.
  • the terminal plates 102, 103 may be aligned parallel to the contact surfaces.
  • the terminal plates 102, 103 may be made of metal.
  • the terminal plates 102, 103 and the contact surfaces may be soldered to provide an electrical and mechanical connection. To create the solder joints known soldering can be used.
  • the terminal plates 102, 103 each have extensions 110 on the end facing the substrate 108.
  • the extensions 110 can be formed by rectangular recesses in the closing plates 102, 103 may be formed.
  • the extensions 110 may be formed over the entire length of the end of the terminal plates 102, 103 or only in partial areas of the terminal plates 102, 103.
  • the power rails 105, 106 may be made of metal and be adapted in size and shape to the terminal plates 102, 103. Thus, the terminal plates 102, 103 may be applied directly to the power rails 105, 106.
  • the power rails 105, 106 may have a bend at the end facing the substrate 108. According to this embodiment, the power rails 105, 106 are bent at right angles, respectively in the direction of the adjacent connection plates 102, 103. In the area of the bend, the power rails 105, 106 have recesses. In the recesses, the extensions 110 of the connection plates 102, 103 engage. A size and shape of the recesses may therefore be adapted to the extensions 110.
  • the connecting plates can be inserted from above, along the power rails 105, 106, with the projections 110 into the recesses and then rest on the angled region of the power rails 105, 106.
  • the power rails 105, 106 may have connection contacts 112. Via the connection contacts 1 12, the power rails 105, 106 can be electrically and mechanically connected to the substrate 108 by means of known methods, for example soldering methods.
  • connection plates 102, 103 and the power rails 105, 106 can each have an angled region 14.
  • the angled portions 1 14 are formed by extensions of the terminal plates 102, 103 and the power rails 105, 106. In this case, the extensions are bent at right angles to the side facing away from the capacitor 100, in order to create the angled regions 114.
  • the above angled areas 1 14 of the terminal plates 102, 103 and the power rails 105, 106 may each overlap and thus form laminated cores.
  • the sheet metal pacts may have a hole for receiving a screw.
  • FIG. 2 shows the capacitor arrangement according to the invention during manufacture, in which the module capacitor, which consists of the capacitor 100 and the connection plates 102, 103 soldered to the capacitor 100, is subsequently pushed between the power rails 105, 106. Subsequently, this means that the power rails 105, 106 were previously connected to the substrate 108.
  • the recesses 211 of the power rails 105, 106 are shown in FIG.
  • the recesses 211 according to this embodiment are rectangular holes, which are arranged in the region of the rectangular bends of the power rails 105, 106 and extend on both sides of the bend.
  • the capacitor 100, the power rails 105, 106 and the connection plates 102, 103 can be provided.
  • the connecting plates 102, 103 are connected to the contact surfaces of the capacitor 100.
  • a soldering process can be used.
  • the connection plates 102, 103 are connected to the power rails 105, 106.
  • the connection can be realized by a plug connection by means of the extensions 11 and the recesses 211, a solder connection and additionally by a screw connection of the angled regions 114.
  • the angled regions 114 can be formed with the power rails 105, 106 before or after the assembly of the capacitor module 100, 102, 103.
  • the terminal plates 102, 103 for the capacitor 100 can be applied to the capacitor 100 according to a known process.
  • the capacitor 100 can be equipped with specially shaped (grooved) connection plates 102, 103.
  • the power rails 105, 106 can be applied to the substrate 108 by a known process. This may include applying the "metallic" power rails 105, 106 under high temperature to copper traces of the carrier substrate 108.
  • Dummy capacitor can be positioned including terminals or it can be ensured by means of a corresponding soldering device, the correct positioning of the power rail connections.
  • the actual capacitor 100 with the connection plates 102, 103 can be introduced into the power circuit slots 211 and connected to the power rails 105, 106 by means of a known soldering process or welding process.
  • the individual laminated cores can be shaped appropriately and screwed to the intermediate circuit connection.
  • the upper capacitor terminals 114 can be angled with the upper power rail connections by 90 ° and then bolted to the DC link connections.
  • FIG. 3 shows an illustration of the inventive capacitor arrangement from below.
  • contact points of the modulo capacitor with the power rail 106 are shown in an external view.
  • the contact points exist in the areas in which the extensions 110 of the connection plate engage in the recesses of the power rail 106.
  • the projections 1 10 can be soldered from the outside to the power rail 106.
  • FIG. 4 shows an illustration of a partial region of the capacitor arrangement according to the invention.
  • further contact points between the module capacitor and the power rail 105 are shown in a view from the inside.
  • the contact points are realized by means of the connection contacts 112.
  • the connection contacts 112 are realized as angled extensions of the power rail 105.
  • the connection contacts 112 can lie flat on a conductor track of the substrate 108 and be soldered to the conductor track.
  • the connection contacts 112 may be bent several times, for example at right angles, in order to compensate for thermal and mechanical stresses.
  • 5 shows a representation of the capacitor arrangement according to the invention as part of a power electronics module.
  • a schematic diagram of the power electronics module is shown having the capacitor arrangement according to the invention.
  • the power electronics module has a housing 520.
  • the housing 520 encloses the capacitor of the capacitor arrangement at least partially.
  • a connecting line is shown, which is connected by means of a screw connection with the capacitor arrangement.
  • FIG. 6 shows an illustration of a capacitor arrangement according to the invention according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the capacitor arrangement differs from the preceding embodiments in particular in the design of the power rails. Shown are inter alia a connection plate 603 and a power rail 606 of the capacitor arrangement.
  • FIG. 7 shows an illustration of the terminal plate 603 and the power rail 606 of the capacitor arrangement shown in FIG. 6.
  • the power rail 606 has recesses into which the extensions 110 of the connection plate 603 can be inserted.
  • the power rail 606 may be punched several times on three sides.
  • the punched out areas form extensions 730, which can be aligned parallel to the extensions 1 10 of the connection plate 603.
  • the extensions 110 of the connection plate 603 can thereby protrude laterally as well as longitudinally beyond the extensions 730 of the power rail 606.
  • the non-punched out areas of the power rail 606 are bent over and can form the connection contacts 112 at the ends.
  • the extensions 730 may be cut, lasered, or otherwise released.
  • the described embodiments are chosen only by way of example and can be combined with each other.
  • the capacitor, the terminal plates and the power rails can be made in the illustrated form or in any other suitable form.
  • a plurality of capacitors can also be used.
  • the steps of integrating the modulo capacitor may be performed in a different order than described.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensatoranordnung, mit einem Kondensator (100), einem ersten Anschlussblech (102) und einem zweiten Anschlussblech (103). Der Kondensator (100) weist eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche, die gegenüberliegend angeordnet sind auf. Die Anschlussbleche (102, 103) sind jeweils mit einer der Kontaktflächen verbunden und weisen an einem Ende Fortsätze (110) auf, die geeignet sind, um in Ausnehmungen (211) einer Leistungsschiene (105, 106) einzugreifen.

Description

Kondensatoranordnung und Verfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatoranordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung.
Die EP 1 632 117 Bl befasst sich mit einer elektronischen Baugruppe zum Schalten elekt- rischer Leistung. Die Baugruppe weist zwei voneinander beabstandete Leistungsversor- gungsschienen und eine Kondensatoranordnung auf, die die zwei Leistungsversorgungs- schienen überbrückt.
Bei den bekannten Ansätzen werden sogenannte Modulkondensatoren auf einer eigenen Platine aufgebaut und mittels entsprechend langer Verbindungsanschlüsse mit Leistungsmodulen verbunden. Neben dem zusätzlichen Platz für die Platine ist auch ein weiteres Platinenlayout erforderlich. Zusätzlich ist eine schlechte Platzausnutzung gegeben. Auch ist die Platine mit zusätzlichem Gewicht verbunden. Die langen Verbindungsanschlüsse haben eine höhere Induktivität zur Folge, die eine Limitierung der Schaltfrequenzen der Leistungsmodule zur Folge hat.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kondensatoranordnung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein Kondensator durch den Einsatz speziell geformter Kondensatoranschlussbleche ohne Lebensdauerver- luste auf ein Substrat eines Leistungsmoduls (Power Modul) aufbringen lässt. Erfindungsgemäß kann eine Beschädigung des Kondensators infolge hoher Temperaturbeanspruchung durch den Lötprozess verhindert werden. Dadurch kann die Kondensatorzuverlässigkeit nach dem Fertigungsprozess sichergestellt werden.
Ferner wird durch die speziellen Kondensatoranschlussbleche ein kompaktes, bauraumop- timiertes Design des Leistungsmoduls ermöglicht. Dadurch können Bauraum- und gewichtsoptimierte Kontaktierungen und insbesondere auch eine niederinduktive Kontaktie- rung des Modulkondensators auf dem Leistungsmodul oder Leistungselektronikmodul durchgeführt werden. Dies führt zu einer geringen parasitären Induktivität zwischen Leistungselementen und Kondensator. Auch ist eine bessere thermische Anbindung des Kon- densators an einen Modulkühler möglich.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Kondensatoranordnung, mit folgenden Merkmalen:
einem Kondensator mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche gegenüberliegend angeordnet sind;
einem ersten Anschlussblech, das mit der ersten Kontaktfläche verbunden ist, wobei das erste Anschlussblech an einem Ende Fortsätze aufweist, die geeignet sind, um in Ausnehmungen eines ersten abgewinkelten Bereichs einer ersten Leistungsschiene eines Leis- tungselektronikmoduls einzugreifen; und
einem zweiten Anschlussblech, das mit der zweiten Kontaktfläche verbunden ist, wobei das zweite Anschlussblech an einem Ende Fortsätze aufweist, die geeignet sind, um in Ausnehmungen eines ersten abgewinkelten Bereichs einer zweiten Leistungsschiene des Leistungselektronikmoduls einzugreifen.
Der Kondensator kann zum Einsatz in einem Leistungsmodul geeignet sein. Demnach können die Leistungsschienen ausgebildet sein, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator und einem Substrat des Leistungsmoduls bereitstellen. Insbesondere kann es sich bei den Leistungsschienen um so genannte Powerbus Bar- Anschlüsse handeln. Die Ausnehmungen der Leistungsschienen können als Nuten oder Durchgangslöcher reali- siert sein. Vorteilhafterweise ist eine direkte Anbindung des Modulkondensators, der aus dem Kondensator und den Anschlussblechen bestehen kann, in das Leistungsmodul möglich. Dadurch kann eine geringe Induktivität und ein kompaktes Design erzielt werden. Dies ist durch die erfindungsgemäßen, speziellen Anschlussgeometrien für den Modulkon- 5 densator und die Leistungsschienen möglich. Insbesondere kann durch die speziellen Anschlussbleche und Leistungsschienen eine direkte Anbindung des Modulkondensators in das Leistungselektronikmodul erfolgen. Somit kann der Kondensator möglichst nah am Leistungselektronikmodul angeordnet werden. 0 Die Kontaktflächen und die Anschlussbleche können parallel zueinander ausgerichtet sein. Auf diese Weise können die Kontaktflächen vollflächig mit den Anschlussblechen verbunden werden. Der Kondensator kann platzsparend, parallel über dem Substrat angeordnet werden. Dabei ermöglichen die, in Bezug auf eine Kondensatorausrichtung senkrecht angeordneten Anschlussbleche eine kürzeste Verbindung des Kondensators mit dem Substrat.5
Die Kondensatoranordnung kann die erste und die zweite Leistungsschiene aufweisen, wobei die Leistungsschienen parallel zu den Anschlussblechen ausgerichtet sein können und die Fortsätze der Anschlussbleche in die Ausnehmungen der Leistungsschienen eingreifen können. Somit kann die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung bekannte Modulkon- o densatoren ersetzen, ohne dass Anpassungen am Substrat, beispielsweise des Leistungsmoduls erforderlich sind.
Die Kondensatoranordnung kann Lötverbindungen und/oder Schweißverbindungen aufweisen, die ausgebildet sind, um zumindest einige der Fortsätze des ersten Anschlussblechs 5 mit der ersten Leistungsschiene und zumindest einige der Fortsätze des zweiten Anschlussblechs mit der zweiten Leistungsschiene zu verbinden. Somit ist eine Lötung der genuteten Kondensatoranschlussbleche mit den Leistungsschienen- Anschlüssen möglich.
Vorteilhafterweise können die Lötverbindungen jeweils auf einer dem Kondensator gege- o nüberliegenden Seite der Leistungsschienen angeordnet sein. Somit können die Lötverbindungen auf einfache von außen zugängliche Art und Weise erstellt werden. Gemäß einer Ausgestaltung können die Anschlussbleche jeweils einen abgewinkelten Bereich aufweisen, der jeweils geeignet ist, um formschlüssig an einen zweiten abgewinkelten Bereich der Leistungsschienen anzugrenzen. Die abgewinkelten Bereiche können den Auf- bau der Kondensatoranordnung stabilisieren und einen weiteren elektrischen Kontakt darstellen.
Ferner kann die Kondensatoranordnung Schraubverbindungen aufweisen, die ausgebildet sind, um die abgewinkelten Bereiche der Anschlussbleche jeweils mit den zweiten abge- winkelten Bereichen der Leistungsschienen zu verbinden. Somit kann eine zweifache Anbindung des Modulkondensators an die Leistungsschienen geschaffen werden. Dabei können die abgewinkelten Bereiche des Modulkondensators mit einem Zwischenkreisan- schluss verschraubt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung, das die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Kondensators mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche gegenüberliegend angeordnet sind;
Bereitstellen einer ersten Leistungsschiene und einer zweiten Leistungsschiene, die jeweils einen ersten abgewinkelten Bereich mit Ausnehmungen aufweisen;
Bereitstellen eines ersten Anschlussblechs und eines zweiten Anschlussblechs, die jeweils an einem Ende Fortsätze aufweisen, die geeignet sind, um in die Ausnehmungen der Leistungsschienen einzugreifen;
Verbinden der Anschlussbleche mit den Kontaktflächen, so das das erste Anschlussblech zu der ersten Kontaktfläche und das zweite Anschlussblech zu der zweiten Kontaktfläche ausgerichtet ist; und Verbinden der Anschlussbleche mit den Leistungsschienen, so dass das erste Anschlussblech parallel zu der ersten Leistungsschiene und das zweite Anschlussblech parallel zu der zweiten Leistungsschiene ausgerichtet ist und die Fortsätze des ersten Anschlussblechs in die Ausnehmungen der ersten Leistungsschiene eingreifen und die Fortsätze des zweiten 5 Anschlussblechs in die Ausnehmungen der zweiten Leistungsschiene eingreifen.
Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Fertigungskonzept zur Integration von Kondensatoren auf hybride Leistungsmodule, das auf einer speziellen Ausführung der Kondensatoranschlüsse und der Leistungsschienen basiert. Eine erfindungsgemäße Prozessbe-0 Schreibung definiert dabei, wie die besondere Kondenstorausführung auf dem Substrat befestigt wird. Der erfindungsgemäße Fertigungsprozess läuft dabei so ab, dass die Leistungsschienen zunächst ohne Kondensator auf das Substrat des Leistungsmoduls aufgebracht werden. In einem nachfolgenden Schritt wird dann der Modulkondensator, bestehend aus dem Kondensator und den Anschlussblechen, mittels einfacher Lötung mit den5 Leistungsschienen verbunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann einen Schritt des Verbindens der Leistungsschienen mit einem Substrat aufweisen, bevor die Anschlussbleche mit den Leistungsschienen verbunden werden. Durch die vorgeschlagene Reihenfolge kann eine starke Temperaturein- o Wirkung auf den Kondensator vermieden werden, wenn die Leistungsschienen mit dem Substrat verlötet werden. Bei dem Substrat kann es sich um das Substrat des Leistungsmoduls handeln. Das Substrat kann als Leiterplatte ausgeführt sein.
Das Verfahren kann einen Schritt des Erstellens von Lötverbindungen umfassen, die aus- 5 gebildet sind, um zumindest einige der Fortsätze des ersten Anschlussblechs mit der ersten
Leistungsschiene und zumindest einige der Fortsätze des zweiten Anschlussblechs mit der zweiten Leistungsschiene zu verbinden. Auf diese Weise kann der zwischen den Anschlussblechen angeordnete Kondensator mit den Leistungsschienen verbunden werden, wobei wiederum eine Temperatureinwirkung auf den Kondensator gering gehalten werden o kann. Erfindungsgemäß können die Anschlussbleche jeweils einen abgewinkelten Bereich aufweisen, die formschlüssig an jeweils einen zweiten abgewinkelten Bereich der Leistungsschienen angrenzen und das Verfahren kann einen Schritt des Erstellens einer ersten Schraubverbindung zum Verbinden des abgewinkelten Bereichs des ersten Anschluss- blechs mit dem zweiten abgewinkelten Bereiche der ersten Leistungsschiene und einer zweiten Schraub Verbindung zum Verbinden des abgewinkelten Bereichs des zweiten Anschlussblechs mit dem zweiten abgewinkelten Bereiche der zweiten Leistungsschiene umfassen. Die Schraub Verbindung ermöglicht neben der Lötverbindung eine eigenständige oder eine zusätzliche elektrische und mechanische Anbindung des Kondensators.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kondensatoranordnung;
Fig. 2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung während der Herstellung;
Fig. 3 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung;
Fig. 4 eine Ansicht von Kontaktstellen der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung;
Fig. 5 eine Darstellung eines Leistungselektronikmoduls mit der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung;
Fig. 6 eine Kondensatoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 eine Darstellung einer Leistungsschiene und eines Anschlussblechs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausfiihrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wieder- holte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
Fig. 1 zeigt eine Kondensatoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist eine finale Moduldarstellung ohne Gehäuse gezeigt. Die Kondensatoranordnung weist einen Kondensator 100, ein erstes Anschlussblech 102 und ein zweites Anschlussblech 103 auf. Die Anschlussbleche 102, 103 sind jeweils mit Kontaktflächen des Kondensators 100 verbunden. Die Kondensatoranordnung kann ferner eine erste Leistungsschiene 105 und eine zweite Leistungsschiene 106 aufweisen. Die Leistungsschienen 105, 106 können auf einem Substrat 108, zum Beispiel dem Substrat eines Leistungsmoduls angeordnet sein und mit den Anschlussblechen 102, 103 verbunden sein. Somit kann der Kondensator 100 zwischen den Anschlussblechen 102, 103 und die Anschlussbleche wiederum zwischen den Leistungsschienen 105, 106 angeordnet sein. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist der Kondensator 100 parallel und oberhalb zu einer Oberfläche des Substrats 108 ausgerichtet.
Die Kontaktflächen des Kondensators 100 können gegenüberliegend und parallel zueinander ausgerichtet sein. Die erste Kontaktfläche ist mit dem ersten Anschlussblech 102 und die zweite Kontaktfläche mit dem zweiten Anschlussblech 103 verbunden. Somit können die Anschlussbleche 102, 103 parallel zu den Kontaktflächen ausgerichtet sein. Die Anschlussbleche 102, 103 können aus Metall sein. Die Anschlussbleche 102, 103 und die Kontaktflächen können verlötet sein, um eine elektrische und mechanische Verbindung zu schaffen. Zum Erstellen der Lötverbindungen können bekannte Lötverfahren eingesetzt werden.
Zum Verbinden der Anschlussbleche 102, 103 mit den Leistungsschienen 105, 106 weisen die Anschlussbleche 102, 103 an dem, dem Substrat 108 zugewandten Ende jeweils Fortsätze 110 auf. Die Fortsätze 110 können durch rechtwinklige Ausnehmungen in den An- schlussbleche 102, 103 ausgebildet sein. Die Fortsätze 110 können über die gesamte Länge des Endes der Anschlussbleche 102, 103 oder nur in Teilbereichen der Anschlussbleche 102, 103 ausgebildet sein.
Die Leistungsschienen 105, 106 können aus Metall sein und in ihrer Größe und Form an die Anschlussbleche 102, 103 angepasst sein. Somit können die Anschlussbleche 102, 103 direkt an den Leistungsschienen 105, 106 anliegen. Die Leistungsschienen 105, 106 können an dem, dem Substrat 108 zugewandten Ende eine Biegung aufweisen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Leistungsschienen 105, 106 rechtwinklig, jeweils in Richtung der angrenzenden Anschlussbleche 102, 103 gebogen. Im Bereich der Biegung weisen die Leistungsschienen 105, 106 Ausnehmungen auf. In die Ausnehmungen können die Fortsätze 110 der Anschlussbleche 102, 103 eingreifen. Eine Größe und Form der Ausnehmungen kann daher an die Fortsätze 110 angepasst sein. Auf diese Weise können die Anschlussbleche von oben, entlang der Leistungsschienen 105, 106, mit den Fortsätzen 110 in die Aus- nehmungen eingeführt werden und dann auf dem abgewinkelten Bereich der Leistungsschienen 105, 106 aufliegen. In dem abgewinkelten Bereich können die Leistungsschienen 105, 106 Anschlusskontakte 112 aufweisen. Über die Anschlusskontakte 1 12 können die Leistungsschienen 105, 106 mittels bekannten Verfahren, beispielsweise Lötverfahren, elektrisch und mechanisch mit dem Substrat 108 verbunden werden.
Auf dem, dem Substrat 108 gegenüberliegendem Ende können die Anschlussbleche 102, 103 und die Leistungsschienen 105, 106 jeweils einen abgewinkelten Bereich 1 14 aufweisen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die abgewinkelten Bereiche 1 14 durch Fortsätze der Anschlussbleche 102, 103 und der Leistungsschienen 105, 106 geformt. Die Fort- sätze sind dabei rechtwinklig, auf die dem Kondensator 100 jeweils abgewandte Seite gebogen, um die abgewinkelten Bereiche 114 zu schaffen. Die oben abgewinkelten Bereiche 1 14 der Anschlussbleche 102, 103 und der Leistungsschienen 105, 106 können sich jeweils überlappen und somit Blechpakete ausformen. Die Blechpakte können ein Loch zum Aufnehmen einer Schraube aufweisen. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung während der Herstellung, bei der der Modulkondensator, der aus dem Kondensator 100 und den an den Kondensator 100 angelöteten Anschlussblechen 102, 103 besteht, nachträglich zwischen die Leistungsschienen 105, 106 geschoben wird. Nachträglich bedeutet hierbei, dass die Leistungsschienen 105, 106 zuvor mit dem Substrat 108 verbunden wurden. Neben den bereits an Hand von Fig. 1 beschriebenen Merkmalen sind in Fig. 2 die Ausnehmungen 211 der Leistungsschienen 105, 106 gezeigt. Die Ausnehmungen 211 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel rechteckige Löcher, die im Bereich der rechtwinkligen Biegungen der Leistungsschienen 105, 106 angeordnet sind und sich beidseitig der Biegung erstrecken.
Um die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung herzustellen, können zunächst der Kondensator 100, die Leistungsschienen 105, 106 und die Anschlussblech 102, 103 bereitgestellt werden. In einem Verfahrensschritt erfolgt ein Verbinden der Anschlussbleche 102, 103 mit den Kontaktflächen des Kondensators 100. Dabei kann ein Lötprozess eingesetzt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Verbinden der Anschlussbleche 102, 103 mit den Leistungsschienen 105, 106. Das Verbinden kann durch eine Steckverbindung mittels der Fortsätze 1 10 und den Ausnehmungen 211, eine Lötverbindung und zusätzlich durch eine Schraubverbindung der abgewinkelten Bereiche 114 realisiert werden. Die abgewinkelten Bereiche 114 können vor oder nach dem Zusammenfügen des Kondensatormoduls 100, 102, 103 mit den Leistungsschienen 105, 106 ausgebildet werden.
Somit können, um den Kondensator 100 "in" das Leistungsmodul zu integrieren, die folgenden Schritte in sinnvoller jedoch frei wählbarer Reihenfolge durchgeführt werden. In einem Verfahrensschritt können die Anschlussbleche 102, 103 für den Kondensator 100 entsprechend eines bekannten Prozesses auf den Kondensator 100 aufgebracht werden. Dazu kann der Kondensator 100 mit speziell geformten (genuteten) Anschlussblechen 102, 103 bestückt werden. Ferner können die Leistungsschienen 105, 106 mit einem bekannten Prozess auf das Substrat 108 aufgebracht werden. Dies kann das Aufbringen der "metalli- sehen" Leistungsschienen 105, 106 unter hoher Temperatur auf Kupferbahnen des Trägersubstrates 108 umfassen. Dabei kann für das Einhalten der späteren Abstände bereits ein Dummy-Kondensator inklusiv Anschlüssen positioniert sein oder es kann mittels einer entsprechenden Lötvorrichtung die richtige Positionierung der Leistungsschienen-Anschlüsse gewährleistet sein. Nach Abkühlung der Verbindungen der Leistungsschienen kann der eigentliche Kondensator 100 mit den Anschlussblechen 102, 103 in die Leistungsschi enen- Nuten 211 eingeführt werden und mit Hilfe eines bekannten Lötprozesses oder Schweißprozesses mit den Leistungsschienen 105, 106 verbunden werden. Abschließend können die einzelnen Blechpakete oben entsprechend in Form gebracht werden und mit dem Zwi- schenkreisanschluss verschraubt werden. Dabei können die oberen Kondensatoranschlüsse 114 mit den oberen Leistungsschienen- Anschlüssen um 90° abgewinkelt und anschießend mit den Zwischenkreisanschlüssen verschraubt werden. Somit kann eine Anbindung des Modulkondensators mittels Anlöten des Kondensators 100, bzw. seiner Anschlüsse 102, 103 auf die Leistungsschienen- Anschlüsse erfolgen, ohne dass die Kondensatorfolie einer zu hohen Temperatur ausgesetzt wird.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der erfϊndungsgemäßen Kondensatoranordnung von unten. Insbesondere sind Kontaktstellen des Modulkondensators mit der Leistungsschiene 106 in einer Ansicht von außen gezeigt. Die Kontaktstellen bestehen in den Bereichen, in denen die Fortsätze 110 des Anschlussblechs in die Ausnehmungen der Leistungsschiene 106 eingreifen. Zum Verbinden des Anschlussblechs mit der Leistungsschiene 106 können die Fortsätze 1 10 von außen mit der Leistungsschiene 106 verlötet werden.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Teilbereichs der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung. Insbesondere sind weitere Kontaktstellen zwischen dem Modulkondensator und der Leistungsschiene 105 in einer Ansicht von innen gezeigt. Die Kontaktstellen sind mittels der Anschlusskontakte 112 realisiert. Die Anschlusskontakte 112 sind als abgewinkelte Fortsätze der Leistungsschiene 105 realisiert. Die Anschlusskontakte 112 können plan auf einer Leiterbahn des Substrats 108 aufliegen und mit der Leiterbahn verlötet sein. Die Anschlusskontakte 112 können mehrfach, z.B. rechtwinklig gebogen sein, um thermische und mechanische Spannungen auszugleichen. Fig. 5 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung als Teil eines Leistungselektronikmoduls. Insbesondere ist ein Prinzipbild des Leistungselektronikmoduls gezeigt, das die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung aufweist. Das Leistungselektronikmodul weist ein Gehäuse 520 auf. Das Gehäuse 520 umschließt den Kondensator der Kondensatoranordnung zumindest teilweise. Ferner ist eine Anschlussleitung gezeigt, die mittels einer Schraubverbindung mit der Kondensatoranordnung verbunden ist.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Kondensatoranord- nung unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen insbesondere in der Ausgestaltung der Leistungsschienen. Gezeigt sind unter anderem ein Anschlussblech 603 und eine Leistungsschiene 606 der Kondensatoranordnung.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung des Anschlussblechs 603 und der Leistungsschiene 606 der in Fig. 6 gezeigten Kondensatoranordnung. Die Leistungsschiene 606 weist Ausnehmungen auf, in die die Fortsätze 110 des Anschlussblechs 603 eingeschoben werden können. Um die Ausnehmungen auszubilden, kann die Leistungsschiene 606 mehrfach 3-seitig gestanzt sein. Die ausgestanzten Bereiche bilden Fortsätze 730, die parallel zu den Fortsätzen 1 10 des Anschlussblechs 603 ausgerichtet sein können. Die Fortsätze 110 des Anschlussblechs 603 können dabei sowohl seitlich als auch längs über die Fortsätze 730 der Leistungsschiene 606 überstehen. Die nicht-ausgestanzten Bereiche der Leistungsschiene 606 sind umgebogen und können an den Enden die Anschlusskontakte 112 ausbilden. Alternativ zum Stanzen, können die Fortsätze 730 durch Schneiden, Lasern oder auf andere Weise freigestellt sein.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Der Kondensator, die Anschlussbleche und die Leistungsschienen können in der dargestellten Form oder in einer anderen geeigneten Form ausgeführt werden. Ferner können auch eine Mehrzahl von Kondensatoren eingesetzt werden. Auch können die Schritte zur Integration des Modulkondensators in einer anderen als der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kondensatoranordnung, mit folgenden Merkmalen:
einem Kondensator (100) mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche gegenüberliegend angeordnet sind;
einem ersten Anschlussblech (102), das mit der ersten Kontaktfläche verbunden ist, wobei das erste Anschlussblech an einem Ende Fortsätze (110) aufweist, die geeignet sind, um in Ausnehmungen (211) eines ersten abgewinkelten Bereichs einer ersten Leistungsschiene (105) eines Leistungselektronikmoduls einzugreifen; und
einem zweiten Anschlussblech (103), das mit der zweiten Kontaktfläche verbunden ist, wobei das zweite Anschlussblech an einem Ende Fortsätze aufweist, die geeignet sind, um in Ausnehmungen eines ersten abgewinkelten Bereichs einer zweiten Leistungsschiene (106) des Leistungselektronikmoduls einzugreifen, so dass der Kondensator direkt in dem Leistungselektronikmodul angeordnet sein kann.
2. Kondensatoranordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Kontaktflächen und die Anschlussbleche (102, 103) parallel zueinander ausgerichtet sind.
3. Kondensatoranordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der ersten und der zweiten Leistungsschiene (105, 106), wobei die Leistungsschienen parallel zu den Anschlussblechen (102, 103) ausgerichtet sind und die Fortsätze (110) der Anschlussbleche in die Ausnehmungen (21 1) der Leistungsschienen eingreifen.
4. Kondensatoranordnung gemäß Anspruch 3, mit Lötverbindungen und/oder Schweißverbindungen, die ausgebildet sind, um zumindest einige der Fortsätze (1 10) des ersten Anschlussblechs (102) mit der ersten Leistungsschiene (105) und zumindest einige der Fortsätze des zweiten Anschlussblechs (103) mit der zweiten Leistungsschiene (106) zu verbinden.
5. Kondensatoranordnung gemäß Anspruch 4, bei der die Lötverbindungen jeweils auf einer dem Kondensator (100) gegenüberliegenden Seite der Leistungsschienen (105,
106) angeordnet sind.
6. Kondensatoranordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Anschlussbleche (102, 103) jeweils einen abgewinkelten Bereich (114) aufweisen, der jeweils geeignet ist, um formschlüssig an einen zweiten abgewinkelten Bereich der
Leistungsschienen (105, 106) anzugrenzen.
7. Kondensatoranordnung gemäß Anspruch 6, mit Schraub Verbindungen die ausgebildet sind, um die abgewinkelten Bereiche (114) der Anschlussbleche (102, 103) jeweils mit den zweiten abgewinkelten Bereichen der Leistungsschienen (105, 106) zu verbinden.
8. Verfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung, das die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Kondensators (100) mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche gegenüberliegend angeordnet sind;
Bereitstellen einer ersten Leistungsschiene (105) und einer zweiten Leistungsschiene (106), die jeweils einen ersten abgewinkelten Bereich mit Ausnehmungen aufweisen;
Bereitstellen eines ersten Anschlussblechs (102) und eines zweiten Anschlussblechs (103), die jeweils an einem Ende Fortsätze (110) aufweisen, die geeignet sind, um in die Ausnehmungen (211) der Leistungsschienen einzugreifen; Verbinden der Anschlussbleche mit den Kontaktflächen, so das das erste Anschlussblech zu der ersten Kontaktfläche und das zweite Anschlussblech zu der zweiten Kontaktfläche ausgerichtet ist; und
Verbinden der Anschlussbleche mit den Leistungsschienen, so dass das erste Anschlussblech parallel zu der ersten Leistungsschiene und das zweite Anschlussblech parallel zu der zweiten Leistungsschiene ausgerichtet ist und die Fortsätze des ersten Anschlussblechs in die Ausnehmungen der ersten Leistungsschiene eingreifen und die Fortsätze des zweiten Anschlussblechs in die Ausnehmungen der zweiten Leistungs- schiene eingreifen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, mit einem Schritt des Verbindens der Leistungsschienen (105, 106) mit einem Substrat (108) eines Leistungsei ektonikmoduls, bevor die Anschlussbleche (102, 103) mit den Leistungsschienen verbunden werden.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, mit einem Schritt des Erstellens von Lötverbindungen, die ausgebildet sind, um zumindest einige der Fortsätze (110) des ersten Anschlussblechs mit der ersten Leistungsschiene und zumindest einige der Fortsätze des zweiten Anschlussblechs mit der zweiten Leistungsschiene zu verbinden.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Anschlussbleche (102, 103) jeweils einen abgewinkelten Bereich (114) aufweisen, die formschlüssig an jeweils einen zweiten abgewinkelten Bereich der Leistungsschienen (105, 106) angrenzen und das einen Schritt des Erstellens einer ersten Schraubverbindung zum Verbin- den des abgewinkelten Bereichs des ersten Anschlussblechs mit dem zweiten abgewinkelten Bereiche der ersten Leistungsschiene und einer zweiten Schraubverbindung zum Verbinden des abgewinkelten Bereichs des zweiten Anschlussblechs mit dem zweiten abgewinkelten Bereiche der zweiten Leistungsschiene umfasst.
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