EP4032374A1 - Leistungselektronikanordnung umfassend eine leiterplatte und ein leistungsmodul, verfahren zur herstellung einer leistungselektronikanordnung, kraftfahrzeug umfassend eine leistungselektronikanordnung - Google Patents

Leistungselektronikanordnung umfassend eine leiterplatte und ein leistungsmodul, verfahren zur herstellung einer leistungselektronikanordnung, kraftfahrzeug umfassend eine leistungselektronikanordnung

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EP4032374A1
EP4032374A1 EP20768030.7A EP20768030A EP4032374A1 EP 4032374 A1 EP4032374 A1 EP 4032374A1 EP 20768030 A EP20768030 A EP 20768030A EP 4032374 A1 EP4032374 A1 EP 4032374A1
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EP
European Patent Office
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connection point
circuit board
module
pin
power module
Prior art date
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Pending
Application number
EP20768030.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Apelsmeier
Benjamin Söhnle
Daniel Ruppert
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.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • Power electronics assembly comprising a circuit board and a power module, method for producing a power electronics assembly, motor vehicle comprising a power electronics assembly DESCRIPTION:
  • the invention relates to a power electronics arrangement comprising a circuit board and at least one power module attached to the circuit board, which has one or more electronic components cast by means of a potting compound, at least one module connection point of the power module with at least one plate connection point of the circuit board electrically by means of an electrically conductive pin is contacted, a foot section of the pin being attached to the module connection point or to the plate connection point and the end of the pin opposite the foot section being pressed into a contacting opening assigned or assignable to the respective other connection point.
  • the invention also relates to a method for producing a power electronics assembly and a motor vehicle comprising a power electronics assembly.
  • soldering points typically represent mechanical weak points in the system, which are particularly susceptible to vibration. This can significantly reduce the service life of the system. As a matter of principle, the soldering points of power electronics assemblies should not be exposed to excessive mechanical loads.
  • the so-called press-fit connection is used in another contacting concept.
  • the power modules have laterally protruding and L-shaped contact pins pointing in the same direction.
  • the contacting pins are pressed into the circuit board or corresponding contacting points on the circuit board, whereby the electrical connections are formed.
  • the power module is aligned with respect to the printed circuit board by means of an appropriate tool when it is pressed in, the pins being supported during the pressing in by means of a suitable press-in support.
  • they typically have laterally protruding shoulders on which the press-in support presses or acts during press-in.
  • the shoulders are here mostly arranged directly adjacent to the section of the pin that is pressed into the contacting point, in order to avoid bending or kinking of the pin caused by the pressing force.
  • DE 10 2017 212 739 A1 discloses a semiconductor component with a first carrier part and a second carrier part.
  • the carrier parts between which semiconductor elements are arranged or pressed in, realize a housing functionality of the semiconductor component.
  • the semiconductor elements are electrically connected to the carrier parts via wiring in the area of contact surfaces of the carrier parts.
  • a press connection implemented by means of a contact sleeve and a contact pin is provided, which also forms an electrical connection between the two carrier parts.
  • a circuit arrangement with a printed circuit board and an electrical component arranged on the printed circuit board is known. From a housing of the component protruding, electrically lei tend terminal pins are connected by means of a solder layer with conductor tracks of the Lei terplatte.
  • the circuit board also has a recess in which part of the housing of the component is arranged. The dimensions of the housing or the recess are selected in particular such that the housing is pressed into the recess.
  • the object on which the invention is based is to provide an improved concept for making electrical contact between reported power modules and associated circuit boards, in particular with regard to a simplified manufacturing process and improved mechanical properties.
  • the object is achieved according to the invention in that the pin in the assembly position runs in a straight line from the module connection point to the plate connection point and is arranged perpendicular to the circuit board surface, the pin on an abutment section formed from the potting compound and having the module connection point is supported.
  • the idea of the present invention is to optimize and further develop the electrical contacting explained at the beginning by means of a press-fit connection. Due to the straight course of the pin from the module connection point to the plate connection point and the fact that the pin is supported by the abutment section, the latter can, as it were, be clamped between the module connection point and the plate connection point. In addition, due to the fact that the pin is pressed into the contact opening on the one hand and is attached to the corresponding connection point, in particular by means of an adhesive or welded connection, on the other hand, a stable, reliable electrical contact that significantly increases the service life of the power electronics arrangement is implemented. With regard to the attachment of the line module to the circuit board, a screw or adhesive connection or the like can in particular be provided, which results in a further increase in the mechanical stability of the power electronics arrangement.
  • the straight and, with regard to the printed circuit board surface and consequently also with regard to the power module surface, the vertical course of the pin also allow, with regard to the manufacturing process, which will be discussed in more detail later, that pressing is made possible by means of, for example, a press ram of the type, so that the pressing force only acts on the surface of the power module.
  • a press ram of the type so that the pressing force only acts on the surface of the power module.
  • Another advantage of the present invention with respect to the press-fit contacting concept from the prior art explained at the beginning is that a tool or press-in support is not required during the press-in process that is required to support the pin. While in the contacting concept explained at the beginning, bending of the pins can only be avoided by using appropriate press-in tools such as press-in supports, this problem no longer occurs with the present invention due to the straight force transmission through the pin. Instead, it is only necessary that the power module is pressed against the circuit board in the direction perpendicular to the circuit board surface, whereby the press-fit connections and therefore the electrical contacts are formed accordingly. As already explained, for this purpose the pressing force can simply be applied to the surface of the power module by means of a suitable pressing ram, for example.
  • a further advantage of the present invention is that soldered connections are no longer required to form the electrical contacts, which consequently eliminates all of the problems explained in connection with this contacting concept. Instead, the press-in process typically creates such high friction that a homogeneous cold weld is created between the pin and a press-fit sleeve, which will be discussed in detail later. Compared to a soldered connection, this contact has a significantly higher mechanical stability and a lower contact resistance.
  • the power module and / or the circuit board can also have several connection points that are contacted with one another by means of several pins.
  • the press-fit connections are expediently formed at the same time during the same pressing process.
  • this can be a suitable plastic.
  • plastics made of polyamide and / or polyurethane and / or epoxy resin come into question.
  • the electronic components such as transistors, diodes, capacitors or the like are sheathed or encapsulated, whereby the electronic components are protected from undesired external influences such as mechanical loads or moisture or the like.
  • An additional housing for the power module is therefore no longer absolutely necessary.
  • the abutment section is designed as a laterally protruding projection.
  • the power module can thus be designed as an essentially cuboid or plate-shaped component which has a corresponding protrusion.
  • the pin can be virtually clamped between the side of the projection facing the printed circuit board and the printed circuit board surface, the pin also being fixed by means of the attachment to one connection point and by means of the press-fit connection to the respective other connection point.
  • the clamping force applied by the abutment section causes a corresponding counterforce caused by the printed circuit board. Since both the substrate of the printed circuit board and the filler compound forming the abutment section are each typically a lumpy solid body, mechanical stability or strength of the components involved is guaranteed to be sufficient for secure fixation of the pin.
  • the module connection point can be a contact surface arranged on a circuit board of the power module, the circuit board being encapsulated in the potting compound which is recessed in the area of the module connection point.
  • the circuit board of the power module preferably has a copper surface which is placed on a substrate and which forms the module connection point, this copper surface being correspondingly cut out when the electronic components or the circuit board of the power module are cast.
  • the board preferably also carries and contacts the electronic components of the power module.
  • the contacting opening can be an opening in the board connection point.
  • the plate connection point is, for example, a flat connection point that is arranged superficially on the circuit board, in particular a conductor path of the circuit board.
  • the plate connection point is preferably a layer made of copper or another suitable metal or electrical conductor.
  • the contact opening is an opening in the module connection point.
  • the module connection point can be a contact surface arranged on the circuit board of the power module, the module connection point can generally be a contact point arranged on the outside of the potting compound, for example a copper layer or the like.
  • a contacting opening is both an opening in the plate connection point and in the module connection point, in which case compression on both sides is possible.
  • the contacting opening can be provided as a bore in the area of the plate connection point or the module connection point.
  • the contact opening can extend into the substrate of the circuit board or the circuit board. If the contact opening is in the area of the module connection point, it can possibly even extend into the potting compound.
  • the press-fit sleeve which is deformed or expanded when the pin is pressed in, is preferably inserted and fastened into the contact-making opening, the press-fit connection being realized in this case.
  • the pin can be provided that its foot section is angled, namely preferably at right angles, to the section of the pin that extends from the module connection point to the panel connection point.
  • the pin can be L-shaped. This enables, on the one hand, stable attachment of the foot section to the respective connection point and, on the other hand, the course of the pin perpendicular to the circuit board surface.
  • the water can be widened in the area in which the pin forms the press-fit connection with the press-fit sleeve, with the latter extending towards its tip in turn can rejuvenate. This enables the pin to be inserted into the press-fit sleeve without problems.
  • the pin can also only be formed in the manner of a cylinder at its end opposite the foot section.
  • the invention also relates to a method for producing a power electronics assembly, using a circuit board and at least one power module, which has one or more electronic components cast by means of a potting compound, with a foot section of an electrically conductive pin on either a module connection point of the power supply processing module or is attached to a board connection point of the circuit board, the power module is then moved against the circuit board or vice versa and here the end of the pin opposite the foot section is pressed into a contacting opening assigned or assignable to the other connection point, thereby making electrical contact with this Connection points is realized, the straight pin running from the module connection point to the board connection point and arranged perpendicular to the circuit board surface on a pin formed from the potting compound and the module Final point having Wi derlagerabites is supported.
  • the object on which the invention is based is also achieved in a power electronics arrangement of the type mentioned at the outset in that the end of the pin opposite the foot section is a straight end section running parallel to the circuit board surface, the contact opening on a side of the circuit board or the strip processing module protruding contact component is arranged.
  • This power electronics arrangement is therefore based on the idea that to form the press-fit connection or to press the pin into the Contact opening the power module is not moved perpendicular to the circuit board, but instead parallel to it.
  • a press-fit connection is also implemented here, in which only a sideways movement of the power module relative to the circuit board is required for pressing in, eliminates the need for complicated press-in tools or supports, as already explained above.
  • the disadvantages mentioned above in connection with soldered connections are also overcome here at.
  • the pin can in particular protrude laterally from the power module and be angled several times in its further course.
  • the pin can have an angled U-shape.
  • the lateral protrusion of the pin is particularly expedient because the casting tool, in particular by means of corresponding casting molds, dictates that the casting compound protrudes sideways as the preferred direction of the pins.
  • the pin can extend into the interior of the potting compound, the module connection point and the foot section of the pin being arranged within the power module or the potting compound.
  • the pin it is possible for the pin to be pressed into the contact-making opening by means of a press ram acting laterally, in particular directly on the pin. This is then expedient if further components are arranged on the side of the power module facing away from the printed circuit board, which make it difficult or possibly even impossible to press in from this direction.
  • the contact component is designed in the shape of a plate or cuboid.
  • the contact component can be attached to the module connection point or to the plate connection point, for example by means of an electrically conductive adhesive or the like.
  • the con tacting opening can be a hole in the contact component that runs parallel to the surface of the printed circuit board.
  • a press-in sleeve is preferably provided in the contact opening, which during press-in of the pin to form the electrical contact is deformed accordingly ver.
  • the invention also relates to a method for producing a power electronics assembly, using a circuit board and at least one power module, which has one or more electronic components cast by means of a potting compound, with a foot section of an electrically conductive pin on either a module connection point of the power supply processing module or to a board connection point of the circuit board, the power module is then moved along the circuit board surface or vice versa and here the straight end section of the pin facing away from the foot section and running parallel with respect to the circuit board surface into a contacting opening assigned or assignable to the other connection point , which is arranged on a contact component protruding laterally from the circuit board or the power module, is pressed in, whereby electrical contacting of these connection points is realized as a result .
  • the invention also relates to a motor vehicle, comprising a power electronics arrangement according to the preceding description.
  • the power electronics arrangement is preferably provided for inverting a DC voltage provided by an energy store of the motor vehicle.
  • the motor vehicle is preferably an electric or hybrid vehicle. All features and advantages explained in connection with the power arrangement according to the invention can be transferred to the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a first exemplary embodiment of a power electronics arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a second exemplary embodiment of a power electronics arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows a basic illustration of a third exemplary embodiment of a power electronics arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a power electronics assembly 1 according to the invention with a circuit board 2 and a power module 3 attached to the circuit board 2.
  • the power module 3 has several electronic components 4 which are cast by means of a potting compound 5 and are therefore encapsulated in the potting compound 5 or are encased by this.
  • the electronic components 4 are, for example, transistors, Kon capacitors and other components required to implement a power module 3, which are interconnected accordingly.
  • the circuit board 2 comprises a driver circuit, not shown in detail, for the power module 3.
  • the power electronics arrangement 1 is part of a circuit arrangement, in particular a control device of a motor vehicle, which is used in the context of an alternation of a DC voltage provided by an energy storage device of the motor vehicle.
  • a module connection point 6 of the power module 3 is in electrical contact with a plate connection point 7 of the printed circuit board 2. This contact is made by means of a press-fit connection of an electrically conductive pin 8, which by way of example has an L-shaped geometry and a diameter of 0.8 mm.
  • a foot section 9 of the pin 8 is here on the plate Connection point 7 attached, for example by means of an electrically conductive adhesive or a weld.
  • the end 10 opposite the foot section 9 of the pin 8 is pressed into one of the module connection point 6 in the assembly position shown in FIG. 1 to form an ordered contact opening 11.
  • a press-fit sleeve 12 is used for this purpose, which is expanded or deformed during the press-in process and is therefore in electrical contact with the module connection point 6.
  • the end 10 of the pin 8 opposite the foot section 9 is initially widened as an example and tapers towards its tip.
  • the end 10 of the pin can also only be designed in the manner of a cylinder.
  • the pin 8 extends in the assembly position ge in a straight line from the module connection point 6 to the plate connection point 7 and is arranged perpendicular to the surface of the circuit board 2 and therefore also to the power module surface.
  • the pin 8 is supported on an abutment section 13 formed from the potting compound 5 and having the module connection point 6. Consequently, the pin 8 is not only fixed in its position by means of the attachment to the plate connection point 7 and the press-fit connection on the module connection point 6, but it is also between the module connection point 6 or the abutment section 13 and the plate connection point 7 or
  • the circuit board 7 is pinched. This creates a mechanically stable electrical contact between the connection points 6, 7.
  • pin 8 Although only a single pin 8 is provided in FIG. 1 as well as in all other exemplary embodiments, several pins 8 can also be provided for contacting several connection points 6, 7, with these pins 8 being pressed in at the same time.
  • the power electronics arrangement 1 provides an improved possibility of making electrical contact between the circuit board 2 and the power module 3 compared to concepts known from the prior art. In this way, for example, disadvantages that typically occur with soldered connections are overcome. This applies in particular to the saving of production costs resulting from the soldering process as well as the avoidance of mechanical weak points resulting from the soldered connection and possible inadequate solder penetrations.
  • the power electronics arrangement 1 also has advantages over press-fit concepts known from the prior art. In the prior art, for this purpose, special or complicated press-in tools or supports are typically required, which are not required during the assembly of the power electronics arrangement according to the invention. With regard to FIG.
  • the pressing of the pin 8 into the press-fit sleeve 12 is accomplished by applying a force to the potting compound 5 of the power module 3 from below by a pressing tool such as a press ram or the like. Because the pin 8 runs in a straight line between the module connection point 6 and the plate connection point 7 and is also supported by the abutment section 13, the force within the pin 8 is transmitted exclusively in the longitudinal direction during the pressing in. In this way, undesired kinking or bending of the pin 8 is avoided.
  • a correspondingly suitable plastic for example based on polyamide or the like, is provided as the potting compound 5.
  • the sheathing or encapsulation of the electronic components 4 of the power module 3 by the potting compound 5 ensures protection against negative external influences, such as, for example, against mechanical loads or moisture or the like.
  • a separate housing is therefore not required for the power module 3.
  • the board connection point 7 is, for example, a copper layer which is applied to the surface of a substrate of the printed circuit board 2.
  • the plate connection point 7 can be part of a conductor track placed on the substrate of the printed circuit board 2.
  • the module connection point 6 is a contact surface arranged on a circuit board 14 of the power module 3. Specifically, the module connection point 6 is as one Formed copper layer, which is applied to the surface of a substrate of the circuit board 14.
  • the board 14 cast in the potting compound 5 also carries and makes contact with the electronic components 4 of the power module, the potting compound 5 being spared in the area of the module connection point 6. This has the consequence that the module connection point 6 is exposed to the outside.
  • the abutment section 13 is designed as a laterally protruding projection 15.
  • the projection 15 has a sufficiently large thickness or strength to be able to withstand the clamping force of the pin 8.
  • a particular advantage of the projection 15 is, however, that it ensures that the pin 8 is securely supported during the press-in process.
  • the contacting opening 11 provided as a bore penetrates the module connection point 6, the substrate of the circuit board 14 and the material of the potting compound 5 arranged below it.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a power electronics arrangement according to the invention, the same reference numerals being used for the same components.
  • the power electronics assembly 1 shown in FIG. 2 differs in that the foot section 9 of the pin 8 is not attached to the plate connection point 7, but instead to the module connection point 6. Consequently, the end 10 of the pin 8 opposite the foot section 9 is pressed into the contacting opening 11 associated with the plate connection point 7 in the mounting position shown in FIG.
  • the press-fit sleeve 12, which is in electrical contact with the plate connection point 7, is inserted into a bore penetrating the plate connection point 7 and the substrate of the printed circuit board 2. Otherwise, the features of the power electronics arrangement 1 explained in connection with FIG.
  • connection point 6 An electrically conductive adhesive or a welded joint can be used for this purpose. If necessary, several connection points 6, 7 can each be equipped with a pin 8.
  • the power module 3 is then moved against the printed circuit board 2, the pin 8 being pressed at its end 10 opposite the foot section 9 into the contacting opening 11 assigned to the respective other connection point 6, 7 or into a press-in sleeve 12 arranged in the contacting opening 11 .
  • the press-fit sleeve 12 is deformed in such a way that a stable electrical contact is thereby formed between the module connection point 6 and the plate connection point 7.
  • This press-in process can take place in particular by means of a press ram which, with respect to the arrangements shown in FIGS. 1 and 2, moves up against the power module 3 from below. Since the pin 8 runs in a straight line from the module connection point 6 to the plate connection point 7 and is arranged perpendicular to the circuit board surface and is also supported on the abutment section 13 formed from the potting compound 5 and having the module connection point 6, the press-in force acts in the longitudinal direction of the pin 8, whereby a bending or kinking of the pin 8 during the pressing is avoided. As soon as the power module 3 has arrived in the final assembly position, it is attached to the circuit board 2 by means of a screw or adhesive connection.
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a power electronics assembly according to the invention 1, wherein the same reference characters are used for the same components.
  • the features explained in connection with the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2 apply equally to the power electronics arrangement 1 shown in FIG. 3.
  • the end 16 of the pin 8 opposite the foot section 9 is a straight end section running parallel to the printed circuit board surface, the contact opening 11 being at a side of the line.
  • terplatte 2 or the power module 3 protruding contact component 17 is arranged.
  • the exemplary angled and U-shaped pin 8 in FIG. 3 emerges laterally from the potting material 5 of the power module 3.
  • the module connection point 6 is a contact surface which is arranged on a circuit board 14 of the power module 3 and which is arranged within the power module 3 or is encapsulated by the potting compound 5.
  • the foot section 9 of the pin 8 is also arranged within the power module 3 and is attached to the module connection point 6 there. It is equally conceivable that the casting compound 5 is cut out in the area of the module connection point 6, as in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2, and the module connection point 6 is exposed.
  • the contact component 17 is a plate-shaped or cuboid-shaped component which is electrically conductive and is attached to the plate connection point 7, for example by means of an electrically conductive adhesive or a weld or the like, and is thus in electrical contact.
  • the contact opening 11 is a hole in the contact component 17 that runs parallel to the printed circuit board surface.
  • the press-in aid 12 is inserted into the contact opening 11. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the pressing in of the pin 8 or the end 16 of the pin 8 opposite the foot section 9 can take place in that the power module 3 is moved from right to left with respect to the printed circuit board 2.
  • the foot section 9 of the pin 8 is attached to the module connection point 6, which is inside the power module 3 in FIG. 3. This typically takes place before the power module 3 is cast with the potting compound 5.
  • the power module 3 is then moved along the circuit board surface, the rectilinear end section 16 of the pin 8 facing away from the foot section 9 and running parallel to the circuit board surface into which the board connection point le 7 associated contact opening 11 is pressed.
  • the contact opening 11 is here arranged on the contact component 17 protruding laterally from the circuit board 2.
  • the power module 3 As soon as the power module 3 has arrived in the final assembly position, it is attached to the circuit board 2 by means of a screw or adhesive connection.
  • the contact component 17 is arranged on the side of the module connection point 6. In this case, the contacting opening is assigned to the module connection point 6, the foot section 9 of the pin 8 being attached to the plate connection point 7.

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Abstract

Leistungselektronikanordnung umfassend eine Leiterplatte (2) und wenigstens ein an der Leiterplatte (2) befestigtes Leistungsmodul (3), das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse (5) vergossene elektronische Bauteile (4) aufweist, wobei wenigstens eine Modulanschlussstelle (6) des Leistungsmoduls (3) mit wenigstens einer Plattenanschlussstelle (7) der Leiterplatte (2) mittels eines elektrisch leitfähigen Pins (8) elektrisch kontaktiert ist, wobei ein Fußabschnitt (9) des Pins (8) an der Modulanschlussstelle (6) oder an der Plattenanschlussstelle (7) befestigt ist und das dem Fußabschnitt (9) gegenüberliegende Ende (10) des Pins (8) in der Montagestellung in eine der jeweils anderen Anschlussstelle (6, 7) zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung (11) eingepresst ist, wobei der Pin (8) in der Montagestellung geradlinig von der Modulanschlussstelle (6) zu der Plattenanschlussstelle (7) verläuft und senkrecht zur Leiterplattenfläche angeordnet ist, wobei der Pin (8) an einem aus der Vergussmasse (5) gebildeten und die Modulanschlussstelle (6) aufweisenden Widerlagerabschnitt (13) abgestützt ist.

Description

Leistungselektronikanordnung umfassend eine Leiterplatte und ein Leis tungsmodul, Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung, Kraftfahrzeug umfassend eine Leistungselektronikanordnung BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung umfassend eine Leiterplatte und wenigstens ein an der Leiterplatte befestigtes Leistungsmo dul, das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse vergossene elektroni- sehe Bauteile aufweist, wobei wenigstens eine Modulanschlussstelle des Leistungsmoduls mit wenigstens einer Plattenanschlussstelle der Leiterplatte mittels eines elektrisch leitfähigen Pins elektrisch kontaktiert ist, wobei ein Fußabschnitt des Pins an der Modulanschlussstelle oder an der Plattenan schlussstelle befestigt ist und das dem Fußabschnitt gegenüberliegende En- de des Pins in der Montagestellung in eine der jeweils anderen Anschluss stelle zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung eingepresst ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Leis tungselektronikanordnung sowie ein Kraftfahrzeug umfassend eine Leis tungselektronikanordnung.
Bezüglich der Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse des Leistungsmo duls an eine Leiterplatte, die beispielsweise eine dem Leistungsmodul zuge ordnete Treiberschaltung umfasst, sind aus dem Stand der Technik mehrere Kontaktierungskonzepte bekannt. Die beiden nachfolgend beschriebenen Kontaktierungskonzepte finden insbesondere bei gemeldeten Leistungsmo dulen Anwendung. Gemoldet ist hierbei als ein Synonym dafür zu verstehen, dass elektronische Bauteile des Leistungsmoduls, insbesondere Transisto ren und/oder Kondensatoren oder dergleichen, mittels der Vergussmasse vergossen sind. So ist bei einem ersten Kontaktierungskonzept vorgesehen, dass seitlich ab stehende und L-förmige, in dieselbe Richtung weisende Kontaktierungspins des Leistungsmoduls an die Leiterplatte angelötet werden. Bezüglich dieses selektiven Lötens treten jedoch mehrere Probleme auf. So treten beispiels weise im Zusammenhang mit einem ausreichenden Lotdurchstieg häufig Probleme auf, was beispielsweise eine nicht ausreichende elektrische Kon taktierung zur Folge haben kann. Ferner ist der Lötprozess mit der Entste hung weiterer Fertigungskosten verbunden, da hierbei entsprechende Löt vorrichtungen und dergleichen benötigt werden. Ein weiteres Problem hin sichtlich der Lötverbindungen ist, dass die Lötstellen typischerweise mecha nische Schwachstellen des Systems darstellen, die insbesondere gegenüber Vibrationen störanfällig sind. Die Lebensdauer des Systems kann hierdurch erheblich reduziert werden. Ganz grundsätzlich sollten die Lötstellen von Leistungselektronikanordnungen keinen allzu hohen mechanischen Belas tungen ausgesetzt sein.
Bei einem weiteren Kontaktierungskonzept kommt die sogenannte Press-fit- Verbindung zum Einsatz. Hierbei weisen die Leistungs- bzw. Powermodule seitlich abstehende und L-förmige, in dieselbe Richtung weisende Kontaktie rungspins auf. Die Kontaktierungspins werden in die Leiterplatte bzw. ent sprechende Kontaktierungsstellen der Leiterplatte eingepresst, wodurch die elektrischen Verbindungen ausgebildet werden. Hierbei ist es erforderlich, dass das Leistungsmodul beim Einpressen bezüglich der Leiterplatte mittels eines entsprechenden Werkzeugs ausgerichtet wird, wobei während des Einpressens eine Abstützung der Pins mittels einer geeigneten Einpressun terstützung erforderlich ist. Um dieses Abstützen der Pins zu ermöglichen, weisen diese typischerweise seitlich abstehende Schultern auf, auf die die Einpressunterstützung beim Einpressen drückt bzw. einwirkt. Die Schultern sind hierbei meist unmittelbar benachbart zu dem Abschnitt des Pins, der in die Kontaktierungsstelle eingepresst wird, angeordnet, um ein durch die Presskraft bewirktes Verbiegen bzw. Knicken des Pins zu vermeiden. Bei beiden soeben beschriebenen Kontaktierungskonzepten ergeben sich hohe Anforderungen an die Toleranz bezüglich der Ausrichtung der Kontak- tierungs- bzw. Signalpins. Sowohl das selektive Löten als auch das Einpres sen ist nur möglich, wenn diese hohen Toleranzanforderungen eingehalten werden.
Zusätzlich zu den soeben erläuterten Kontaktierungskonzepten sind aus dem Stand der Technik weitere konkrete Konzepte bezüglich elektrischer Kontak tierungen bei Leistungselektronikanordnungen bekannt. So ist beispielsweise aus DE 10 2017 212 739 A1 ein Halbleiterbauteil mit einem ersten Trägerteil und einem zweiten Trägerteil bekannt. Die Trägerteile, zwischen denen Halb leiterelemente angeordnet bzw. eingepresst sind, realisieren eine Gehäuse funktionalität des Halbleiterbauteils. Die Halbleiterelemente sind mit den Trä gerteilen über Verdrahtungen im Bereich von Kontaktflächen der Trägerteile elektrisch verbunden. Zur Verbindung des ersten Trägerteils mit dem zweiten Trägerteil ist eine mittels einer Kontakthülse und einem Kontaktstift realisierte Pressverbindung vorgesehen, die zudem eine elektrische Verbindung zwi schen den beiden Trägerteilen ausbildet.
Aus EP 2 765 840 A2 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte und einem auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauelement be kannt. Aus einem Gehäuse des Bauelements herausragende, elektrisch lei tende Anschlusspins sind mittels einer Lötschicht mit Leiterbahnen der Lei terplatte verbunden. Die Leiterplatte weist zudem eine Ausnehmung auf, in der ein Teil des Gehäuses des Bauelements angeordnet ist. Die Abmessun gen des Gehäuses bzw. der Ausnehmung werden insbesondere derart ge wählt, so dass das Gehäuse in der Ausnehmung eingepresst ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbesser tes Konzept zur elektrischen Kontaktierung gemeldeter Leistungsmodule an zugehörige Leiterplatten anzugeben, insbesondere hinsichtlich eines verein fachten Herstellungsprozesses sowie verbesserter mechanischer Eigen schaften. Bei einer Leistungselektronikanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Pin in der Montagestel lung geradlinig von der Modulanschlussstelle zu der Plattenanschlussstelle verläuft und senkrecht zur Leiterplattenfläche angeordnet ist, wobei der Pin an einem aus der Vergussmasse gebildeten und die Modulanschlussstelle aufweisenden Widerlagerabschnitt abgestützt ist.
Die Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs erläuterte elektri sche Kontaktierung mittels einer Press-fit-Verbindung zu optimieren und wei terzuentwickeln. Aufgrund des geradlinigen Verlaufs des Pins von der Modu lanschlussstelle zu der Plattenanschlussstelle und der Tatsache, dass der Pin von dem Widerlagerabschnitt abgestützt ist, kann dieser quasi zwischen der Modulanschlussstelle und der Plattenanschlussstelle eingeklemmt sein. Zudem ist aufgrund dessen, dass der Pin einerseits in der Kontaktierungsöff nung eingepresst und andererseits an der entsprechenden Anschlussstelle, insbesondere mittels einer Klebe- oder Schweißverbindung, befestigt ist, ei ne stabile, zuverlässige und die Lebensdauer der Leistungselektronikanord nung deutlich erhöhende elektrische Kontaktierung realisiert. Bezüglich der Befestigung des Leitungsmoduls an der Leiterplatte kann insbesondere eine Schraub- oder Klebeverbindung oder dergleichen vorgesehen sein, woraus eine weitere Steigerung der mechanischen Stabilität bei der Leistungselekt ronikanordnung resultiert.
Der geradlinige und, bezüglich der Leiterplattenfläche und folglich auch be züglich der Leistungsmodulfläche, senkrechte Verlauf des Pins ermöglichen zudem hinsichtlich des Herstellungsverfahrens, auf das später noch genauer eingegangen wird, dass das Einpressen mittels z.B. eines Pressstempel der art ermöglicht wird, so dass die Presskraft lediglich auf die Fläche des Leis tungsmoduls einwirkt. So werden während des Einpressens des Pins in die Kontaktierungsöffnung, bei dem typischerweise hohe Einpresskräfte erfor derlich sind, die innerhalb des Pins wirkenden Kräfte ausschließlich entlang der Längsrichtung des Pins übertragen. Mithin wird ein Verbiegen bzw. Ab knicken des Pins, wie es beispielsweise bei gewinkelten Anschlusspins häu fig auftritt, vermieden. Ein weiterer Vorteil bei der vorliegenden Erfindung ist bezüglich des ein gangs erläuterten Press-fit-Kontaktierungskonzept aus dem Stand der Tech nik, dass ein zur Abstützung an den Pin erforderliches Werkzeug bzw. eine Einpressunterstützung während des Einpressens nicht erforderlich ist. Wäh rend bei dem eingangs erläuterten Kontaktierungskonzept ein Verbiegen der Pins nur durch die Verwendung entsprechender Einpresswerkzeuge wie z.B. Einpressunterstützungen vermieden werden kann, tritt dieses Problem bei der vorliegenden Erfindung aufgrund der geradlinigen Kraftübertragung durch den Pin nicht mehr auf. Stattdessen ist es also lediglich erforderlich, dass das Leistungsmodul in der Richtung senkrecht zur Leiterplattenfläche gegen die Leiterplatte gepresst wird, wodurch die Press-fit-Verbindungen und mithin die elektrischen Kontaktierungen entsprechend ausgebildet wer den. Wie bereits erläutert kann hierzu die Presskraft mittels beispielsweise eines geeigneten Pressstempels denkbar einfach lediglich auf die Fläche des Leistungsmoduls aufgebracht werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierungen Lötverbindungen gar nicht mehr erforderlich sind, wodurch folglich alle im Zusammenhang mit diesem Kontaktierungs konzept erläuterten Probleme wegfallen. Stattdessen entstehen beim Ein pressvorgang typischerweise derart hohe Reibungen, dass eine homogene Kaltverschweißung zwischen dem Pin und einer Einpresshülse, auf die spä ter noch im Detail eingegangen wird, entsteht. Diese Kontaktierung weist im Vergleich zu einer Lötverbindung eine wesentlich höhere mechanische Stabi lität sowie einen geringeren Übergangswiderstand auf.
Das Leistungsmodul und/oder die Leiterplatte können auch mehrere An schlussstellen aufweisen, die mittels mehrerer Pins miteinander kontaktiert werden. Die Press-fit-Verbindungen werden hierbei zweckmäßigerweise gleichzeitig während desselben Pressvorgangs ausgebildet.
Bezüglich des Vergießens der elektronischen Bauteile des Leistungsmoduls mittels einer Vergussmasse kann diese ein geeigneter Kunststoff sein. Hier- für kommen Kunststoffe aus Polyamid und/oder Polyurethan und/oder Epo xidharz in Frage. Mittels der Vergussmasse werden die elektronischen Bau teile wie etwa Transistoren, Dioden, Kondensatoren oder dergleichen um mantelt bzw. eingekapselt, wodurch die elektronischen Bauteile vor unge wollten äußeren Einflüssen wie mechanischen Belastungen oder Feuchtig keit oder dergleichen geschützt werden. Ein zusätzliches Gehäuse des Leis tungsmoduls ist daher nicht mehr zwingend erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Widerlagerabschnitt als ein seitlich abstehender Vorsprung ausgebildet. Das Leistungsmodul kann also ein im Wesentlichen quader- bzw. plattenförmiges Bauteil ausgebildet sein, das einen entsprechenden Überstand aufweist. Der Pin kann zwischen der der Leiterplatte zugewandten Seite des Vorsprungs und der Leiterplattenflä che quasi eingeklemmt sein, wobei der Pin zudem mittels der Befestigung an der einen Anschlussstelle und mittels der Press-fit-Verbindung an der jeweils anderen Anschlussstelle fixiert ist. Hierbei bewirkt die von dem Widerlager abschnitt aufgebrachte Klemmkraft eine entsprechend von der Leiterplatte bewirkte Gegenkraft. Da sowohl das Substrat der Leiterplatte als auch die den Wiederlagerabschnitt ausbildende Füllmasse jeweils typischerweise ein stückige Festkörper sind, ist eine zur sicheren Fixierung des Pins ausrei chende mechanische Stabilität bzw. Festigkeit der hierbei beteiligten Kom ponenten gewährleistet.
Die Modulanschlussstelle kann eine auf einer Platine des Leistungsmoduls angeordnete Kontaktfläche sein, wobei die Platine in die Vergussmasse, die im Bereich der Modulanschlussstelle ausgespart ist, vergossen ist. Die Plati ne des Leistungsmoduls weist bevorzugt eine auf einem Substrat aufge brachte Kupferfläche auf, die die Modulanschlussstelle ausbildet, wobei beim Vergießen der elektronische Bauteile bzw. der Platine des Leistungsmoduls diese Kupferfläche entsprechend ausgespart wird. Bevorzugt trägt und kon taktiert die Platine zudem die elektronischen Bauteile des Leistungsmoduls.
Die Kontaktierungsöffnung kann eine Öffnung der Plattenanschlussstelle sein. Die Plattenanschlussstelle ist z.B eine flächige Anschlussstelle, die oberflächlich an der Leiterplatte angeordnet ist, insbesondere eine Leiter bahn der Leiterplatte. Bevorzugt ist die Plattenanschlussstelle eine Schicht aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall bzw. elektrischen Leiter.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktierungsöffnung eine Öff nung der Modulanschlussstelle. Obgleich, wie soeben erläutert, die Modu lanschlussstelle eine auf der Platine des Leistungsmoduls angeordnete Kon taktfläche sein kann, kann die Modulanschlussstelle grundsätzlich ganz all gemein eine außenseitig an der Vergussmasse angeordnete Kontaktie rungsstelle sein, beispielsweise eine Kupferschicht oder dergleichen.
Denkbar ist es, dass eine Kontaktierungsöffnung sowohl eine Öffnung der Plattenanschlussstelle als auch der Modulanschlussstelle ist, wobei dann ein beidseitiges Verpressen möglich ist.
Die Kontaktierungsöffnung kann als eine Bohrung im Bereich der Plattenan schlussstelle bzw. der Modulanschlussstelle vorgesehen sein. Die Kontaktie rungsöffnung kann sich bis in das Substrat der Leiterplatte bzw. der Platine erstrecken. Sofern die Kontaktierungsöffnung im Bereich der Modulan schlussstelle ist, kann diese sich gegebenenfalls sogar bis in die Verguss masse erstrecken. Bevorzugt ist in die Kontaktierungsöffnung die Einpress hülse eingesetzt und befestigt, die beim Einpressen des Pins verformt bzw. aufgeweitet wird, wobei hierbei die Press-fit-Verbindung realisiert wird.
Bezüglich der konkreten geometrischen Ausgestaltung des Pins kann vorge sehen sein, dass dessen Fußabschnitt gewinkelt, nämlich bevorzugt recht winklig, zu dem Abschnitt des Pins angeordnet ist, der sich von der Modu lanschlussstelle zu der Plattenanschlussstelle erstreckt. Mit anderen Worten kann der Pin L-förmig ausgebildet sein. Hierdurch wird einerseits eine stabile Befestigung des Fußabschnitts an der jeweiligen Anschlussstelle und ande rerseits der zur Leiterplattenfläche senkrechte Verlauf des Pins ermöglicht. An seinem dem Fußabschnitt gegenüberliegenden Ende des Pins kann die ser in dem Bereich, in dem der Pin die Press-fit-Verbindung mit der Ein presshülse ausbildet, aufgeweitet sein, wobei dieser sich zu seiner Spitze hin wiederum verjüngen kann. Hierdurch wird ein problemloses Einführen des Pins in die Einpresshülse ermöglicht. Alternativ kann der Pin an seinem dem Fußabschnitt gegenüberliegenden Ende auch lediglich zylinderartig ausge bildet sein.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungs elektronikanordnung, wobei eine Leiterplatte und wenigstens ein Leistungs modul, das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse vergossene elekt ronische Bauteile aufweist, verwendet wird, wobei ein Fußabschnitt eines elektrisch leitfähigen Pins an entweder einer Modulanschlussstelle des Leis tungsmoduls oder an einer Plattenanschlussstelle der Leiterplatte befestigt wird, wobei sodann das Leistungsmodul gegen die Leiterplatte oder umge kehrt bewegt wird und hierbei das dem Fußabschnitt gegenüberliegende En de des Pins in eine der jeweils anderen Anschlussstelle zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung eingepresst und hierdurch eine elektri sche Kontaktierung dieser Anschlussstellen realisiert wird, wobei der geradli nig von der Modulanschlussstelle zu der Plattenanschlussstelle verlaufende und senkrecht zur Leiterplattenfläche angeordnete Pin an einem aus der Vergussmasse gebildeten und die Modulanschlussstelle aufweisenden Wi derlagerabschnitt abgestützt wird.
Sämtliche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Leistungselektro nikanordnung erläuterten Merkmale sowie Vorteile sind auf das erfindungs gemäße Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Leistungselekt ronikanordnung der eingangs genannten Art ferner dadurch gelöst, dass das dem Fußabschnitt gegenüberliegende Ende des Pins ein geradliniger und parallel zu der Leiterplattenfläche verlaufender Endabschnitt ist, wobei die Kontaktierungsöffnung an einer seitlich von der Leiterplatte oder dem Leis tungsmodul abstehenden Kontaktkomponente angeordnet ist.
Dieser Leistungselektronikanordnung liegt also die Idee zugrunde, dass zur Ausbildung der Press-fit-Verbindung bzw. zum Einpressen des Pins in die Kontaktierungsöffnung das Leistungsmodul nicht senkrecht zur Leiterplatte, sondern stattdessen parallel hierzu bewegt wird. Dadurch, dass auch hier eine Press-fit-Verbindung realisiert wird, bei der lediglich eine Seitwärtsbe wegung des Leistungsmoduls gegenüber der Leiterplatte zum Einpressen erforderlich ist, entfällt auch hier, wie bereits oben erläutert, die Notwendig keit komplizierter Einpresswerkzeuge bzw. -Unterstützungen. Auch die weiter oben in Verbindung mit Lötverbindungen genannten Nachteile werden hier bei überwunden.
Der Pin kann insbesondere seitlich von dem Leistungsmodul abstehen und in seinem weiteren Verlauf mehrfach gewinkelt sein. Insbesondere kann der Pin eine gewinkelte U-Form aufweisen. Das seitliche Abstehen des Pins ist insbesondere deswegen zweckmäßig, da durch das Vergießwerkzeug, ins besondere durch entsprechende Gießformen, der Vergussmasse ein seitli ches Abstehen bereits als bevorzugte Richtung der Pins vorgegeben ist. Der Pin kann hierbei bis ins Innere der Vergussmasse verlaufen, wobei die Mo dulanschlussstelle und der Fußabschnitt des Pins innerhalb des Leistungs moduls bzw. der Vergussmasse angeordnet sind.
Ferner wird bei dieser Leistungselektronikanordnung ein Einpressen des Pins in die Kontaktierungsöffnung mittels eines seitlich, insbesondere direkt auf den Pin, einwirkenden Pressstempels ermöglicht. Dies ist dann zweck mäßig, wenn auf der der Leiterplatte abgewandten Seite des Leistungsmo duls weitere Bauteile angeordnet sind, die ein Einpressen aus dieser Rich tung erschweren bzw. gegebenenfalls sogar unmöglich machen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktkomponente platten- oder quaderförmig ausgebildet. Die Kontaktkomponente kann an der Modu lanschlussstelle oder an der Plattenanschlussstelle, beispielsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers oder dergleichen, befestigt sein. Die Kon taktierungsöffnung kann eine parallel zur Leiterplattenfläche verlaufende Bohrung in der Kontaktkomponente sein. Bevorzugt ist in der Kontaktie rungsöffnung zudem eine Einpresshülse vorgesehen, die beim Einpressen des Pins zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung entsprechend ver formt wird.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungs elektronikanordnung, wobei eine Leiterplatte und wenigstens ein Leistungs modul, das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse vergossene elekt ronische Bauteile aufweist, verwendet wird, wobei ein Fußabschnitt eines elektrisch leitfähigen Pins an entweder einer Modulanschlussstelle des Leis tungsmoduls oder an einer Plattenanschlussstelle der Leiterplatte befestigt wird, wobei sodann das Leistungsmodul entlang der Leiterplattenfläche oder umgekehrt bewegt wird und hierbei der dem Fußabschnitt abgewandte, ge radlinige und bezüglich der Leiterplattenfläche parallel verlaufende Endab schnitt des Pins in eine der jeweils anderen Anschlussstelle zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung, die an einer seitlich von der Lei terplatte oder dem Leistungsmodul abstehenden Kontaktkomponente ange ordnet ist, eingepresst wird, wobei hierdurch eine elektrische Kontaktierung dieser Anschlussstellen realisiert wird.
Auch hier sind sämtliche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Leistungsanordnung erläuterten Merkmale sowie Vorteile auf das erfin dungsgemäße Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Leis tungselektronikanordnung gemäß der vorangehenden Beschreibung. Die Leistungselektronikanordnung ist bevorzugt zur Wechselrichtung einer von einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gleichspannung vorgesehen. Das Kraftfahrzeug ist hierbei bevorzugt ein Elektro- oder Hybrid fahrzeug. Sämtliche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Leis tungsanordnung erläuterten Merkmale sowie Vorteile sind auf das erfin dungsgemäße Kraftfahrzeug übertragbar.
Sämtliche im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Leistungselektro nikanordnungen bzw. erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Merkmale sowie Vorteile sind auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragbar. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Figuren. Hierbei zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels ei ner erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung, und
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leis tungselektronikanordnung 1 mit einer Leiterplatte 2 und einem an der Leiter platte 2 befestigten Leistungsmodul 3. Das Leistungsmodul 3 weist mehrere elektronische Bauteile 4 auf, die mittels einer Vergussmasse 5 vergossen und mithin in der Vergussmasse 5 eingekapselt bzw. von dieser ummantelt sind. Die elektronischen Bauteile 4 sind beispielsweise Transistoren, Kon densatoren und weitere zur Realisierung eines Leistungsmoduls 3 erforderli che Komponenten, die entsprechend miteinander verschaltet sind. Die Lei terplatte 2 umfasst eine nicht näher gezeigte Treiberschaltung für das Leis tungsmodul 3. Die Leistungselektronikanordnung 1 ist Teil einer Schaltungs- anordnung, insbesondere einer Steuerungseinrichtung, eines Kraftfahrzeugs, die im Rahmen einer Wechselrichtung einer von einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gleichspannung verwendet wird.
Eine Modulanschlussstelle 6 des Leistungsmoduls 3 ist mit einer Plattenan- schlussstelle 7 der Leiterplatte 2 elektrisch kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt mittels einer Press-fit-Verbindung eines elektrisch leitfähigen Pins 8, der exemplarisch eine L-förmige Geometrie und einen Durchmesser von 0,8 mm aufweist. Ein Fußabschnitt 9 des Pins 8 ist hierbei an der Plattenan- schlussstelle 7 befestigt, beispielsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers oder einer Verschweißung.
Das dem Fußabschnitt 9 des Pins 8 gegenüberliegende Ende 10 ist in der in Fig. 1 dargestellten Montagestellung in einer der Modulanschlussstelle 6 zu geordneten Kontaktierungsöffnung 11 eingepresst. Im Bereich der Kontaktie rungsöffnung 11 ist zu diesem Zweck eine Einpresshülse 12 eingesetzt, die beim Einpressen aufgeweitet bzw. verformt wird und mithin mit der Modulan schlussstelle 6 in elektrischem Kontakt steht. Das dem Fußabschnitt 9 ge genüberliegende Ende 10 des Pins 8 ist exemplarisch zunächst verbreitert und verjüngt sich zu seiner Spitze hin. Alternativ kann das Ende 10 des Pins auch lediglich zylinderartig ausgebildet sein.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird, verläuft der Pin 8 in der Montagestellung ge radlinig von der Modulanschlussstelle 6 zur Plattenanschlussstelle 7 und ist hierbei senkrecht zur Fläche der Leiterplatte 2 und mithin auch zur Leis tungsmodulfläche angeordnet. Der Pin 8 ist an einem aus der Vergussmasse 5 gebildeten und die Modulanschlussstelle 6 aufweisenden Widerlagerab schnitt 13 abgestützt. Folglich ist der Pin 8 nicht nur mittels der Befestigung an der Plattenanschlussstelle 7 und der Press-fit-Verbindung an der Modu lanschlussstelle 6 in seiner Position fixiert, sondern er ist zudem zwischen der Modulanschlussstelle 6 bzw. dem Widerlagerabschnitt 13 und der Plat tenanschlussstelle 7 bzw. der Leiterplatte 7 eingeklemmt. Hierdurch wird ei ne mechanisch stabile elektrische Kontaktierung zwischen den Anschluss stellen 6, 7 realisiert.
Obgleich in Fig. 1 sowie auch in sämtlichen weiteren Ausführungsbeispielen jeweils nur ein einziger Pin 8 vorgesehen ist, können auch mehrere Pins 8 zur Kontaktierung mehrerer Anschlussstellen 6, 7 vorgesehen sein, wobei ein gleichzeitiges Einpressen dieser Pins 8 zweckmäßig ist.
Durch die Leistungselektronikanordnung 1 ist eine verbesserte Möglichkeit zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte 2 mit dem Leistungsmodul 3 gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten angegeben. So werden beispielsweise Nachteile überwunden, die typischerweise bei Lötverbindungen auftreten. Dies betrifft insbesondere die Einsparung von durch den Lötprozess entstehenden Produktionskosten sowie die Vermei dung von durch die Lötverbindung entstehenden mechanischen Schwach stellen und eventuelle mangelhafte Lotdurchstiege. Auch gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Press-fit-Konzepten weist die Leistungs elektronikanordnung 1 Vorteile auf. So werden im Stand der Technik hierzu typischerweise spezielle bzw. komplizierte Einpresswerkzeuge bzw. - Unterstützungen benötigt, die bei der Montage der erfindungsgemäßen Leis tungselektronikanordnung nicht erforderlich sind. Bezüglich der Fig. 1 wird das Einpressen des Pins 8 in die Einpresshülse 12 mittels einer Kraftbeauf schlagung durch ein Presswerkzeug wie einem Pressstempel oder derglei chen von unten auf die Vergussmasse 5 des Leistungsmoduls 3 bewerkstel ligt. Dadurch, dass der Pin 8 zwischen der Modulanschlussstelle 6 und der Plattenanschlussstelle 7 geradlinig verläuft und zudem von dem Widerlager abschnitt 13 abgestützt ist, wird die Kraft innerhalb des Pins 8 während des Einpressens ausschließlich in Längsrichtung übertragen. Hierdurch wird ein unerwünschtes Abknicken bzw. Verbiegen des Pins 8 vermieden.
Als Vergussmasse 5 ist ein entsprechend geeigneter Kunststoff vorgesehen, beispielsweise auf Polyamidbasis oder dergleichen. Durch die Ummantelung bzw. Einkapselung der elektronischen Bauteile 4 des Leistungsmoduls 3 durch die Vergussmasse 5 wird ein Schutz vor negativen Einflüssen von au ßen, wie beispielsweise vor mechanischen Belastungen oder Feuchtigkeit oder dergleichen, gewährleistet. Ein separates Gehäuse ist demnach bei dem Leistungsmodul 3 nicht erforderlich.
Die Plattenanschlussstelle 7 ist exemplarisch eine Kupferschicht, die an der Oberfläche eines Substrats der Leiterplatte 2 aufgebracht ist. Die Plattenan schlussstelle 7 kann ein Teil einer auf dem Substrat der Leiterplatte 2 aufge brachten Leiterbahn sein.
Die Modulanschlussstelle 6 ist eine auf einer Platine 14 des Leistungsmoduls 3 angeordnete Kontaktfläche. Konkret ist die Modulanschlussstelle 6 als eine Kupferschicht ausgebildet, die an der Oberfläche eines Substrats der Platine 14 aufgebracht ist. Die in der Vergussmasse 5 vergossene Platine 14 trägt und kontaktiert zudem die elektronischen Bauteile 4 des Leistungsmoduls, wobei im Bereich der Modulanschlussstelle 6 die Vergussmasse 5 ausge spart ist. Dies hat zur Folge, dass die Modulanschlussstelle 6 nach außen hin freiliegt.
Wie ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich wird, ist der Widerlagerabschnitt 13 als ein seitlich abstehender Vorsprung 15 ausgebildet. Der Vorsprung 15 weist eine ausreichend große Dicke bzw. Stärke auf, um der Klemmkraft des Pins 8 standhalten zu können. Ein besonderer Vorteil des Vorsprungs 15 ist je doch, dass dieser ein sicheres Abstützen des Pins 8 während des Einpress vorgangs gewährleistet. Im Bereich des Wiederlagerabschnitts 13 durchsetzt die als eine Bohrung vorgesehene Kontaktierungsöffnung 11 die Modulan schlussstelle 6, das Substrat der Platine 14 und das unterhalb hiervon ange ordnete Material der Vergussmasse 5.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leis tungselektronikanordnung, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Bezüglich des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiels einer Leistungselektronikanordnung 1 unterscheidet sich die in Fig. 2 gezeigte Leistungselektronikanordnung 1 dadurch, dass der Fußabschnitt 9 des Pins 8 nicht an der Plattenanschlussstelle 7, sondern stattdessen an der Modulanschlussstelle 6 befestigt ist. Folglich ist das dem Fußabschnitt 9 ge genüberliegende Ende 10 des Pins 8 in der in Fig. 2 dargestellten Montage stellung in die der Plattenanschlussstelle 7 zugeordneten Kontaktierungsöff nung 11 eingepresst. Die Einpresshülse 12, die mit der Plattenanschlussstel le 7 in elektrischem Kontakt steht, in einer die Plattenanschlussstelle 7 und das Substrat der Leiterplatte 2 durchsetzende Bohrung eingesetzt. Im Übri gen gelten die Merkmale der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Leis tungselektronikanordnung 1 gleichermaßen für die Leistungselektronikan ordnung 1 aus Fig.2. Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der Ausführungsbeispiele der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Leistungselektronikanordnungen 1 beschrieben. Zunächst wird der Fußabschnitt 9 des Pins 8 an der An schlussstelle 6, 7 befestigt. Zu diesem Zweck kann ein elektrisch leitfähiger Kleber oder eine Schweißverbindung verwendet werden. Gegebenenfalls können auch mehrere Anschlussstellen 6, 7 jeweils mit einem Pin 8 bestückt werden. Anschließend wird das Leistungsmodul 3 gegen die Leiterplatte 2 bewegt, wobei der Pin 8 an seinem dem Fußabschnitt 9 gegenüberliegenden Ende 10 in die der jeweils anderen Anschlussstelle 6, 7 zugeordneten Kon taktierungsöffnung 11 bzw. in eine in der Kontaktierungsöffnung 11 angeord nete Einpresshülse 12 eingepresst wird. Die Einpresshülse 12 wird hierbei derart verformt, dass hierdurch eine stabile elektrische Kontaktierung zwi schen der Modulanschlussstelle 6 und der Plattenanschlussstelle 7 ausge bildet wird. Dieser Einpressvorgang kann insbesondere mittels eines Press stempels erfolgen, der bezüglich der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnun gen von unten gegen das Leistungsmodul 3 auffährt. Da der Pin 8 hierbei geradlinig von der Modulanschlussstelle 6 zu der Plattenanschlussstelle 7 verläuft sowie senkrecht zur Leiterplattenfläche angeordnet ist und zudem an der aus der Vergussmasse 5 gebildeten und die Modulanschlussstelle 6 aufweisenden Widerlagerabschnitt 13 abgestützt wird, wirkt die Einpresskraft in die Längsrichtung des Pins 8, wodurch ein Verbiegen bzw. Abknicken des Pins 8 während des Einpressens vermieden wird. Sobald das Leistungsmo dul 3 in der endgültigen Montagestellung angekommen ist, wird dieses an der Leiterplatte 2 mittels einer Schraub- oder Klebeverbindung befestigt.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leis tungselektronikanordnung 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszei chen verwendet werden. Grundsätzlich gelten die im Zusammenhang mit den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen erläuterten Merk male auf die in Fig. 3 gezeigte Leistungselektronikanordnung 1 gleicherma ßen. Ein Unterschied ist jedoch, dass bei der Leistungselektronikanordnung 1 in Fig. 3 das dem Fußabschnitt 9 gegenüberliegende Ende 16 des Pins 8 ein geradliniger und parallel zu der Leiterplattenfläche verlaufender Endab schnitt ist, wobei die Kontaktierungsöffnung 11 an einer seitlich von der Lei- terplatte 2 oder dem Leistungsmodul 3 abstehenden Kontaktkomponente 17 angeordnet ist.
Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen tritt der exemplarisch gewinkelte und U-förmige Pin 8 in Fig. 3 seitlich aus dem Vergussmaterial 5 des Leistungsmoduls 3 aus. Die Modulanschlussstel le 6 ist eine auf einer Platine 14 des Leistungsmoduls 3 angeordnete Kon taktfläche, die innerhalb des Leistungsmoduls 3 angeordnet beziehungswei se von der Vergussmasse 5 vergossen ist. Der Fußabschnitt 9 des Pins 8 ist ebenfalls innerhalb des Leistungsmoduls 3 angeordnet und dort an der Mo dulanschlussstelle 6 befestigt. Gleichermaßen ist denkbar, dass die Ver gussmasse 5 im Bereich Modulanschlussstelle 6 wie in den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ausgespart wird und die Modulan schlussstelle 6 frei liegt.
Die Kontaktkomponente 17 ist ein platten- bzw. quaderförmiges Bauteil, das elektrisch leitfähig ist und an der Plattenanschlussstelle 7 beispielsweise mit tels eines elektrisch leitfähigen Klebers oder einer Verschweißung oder der gleichen befestigt und somit in elektrischem Kontakt steht. Die Kontaktie rungsöffnung 11 ist eine parallel zu der Leiterplattenfläche verlaufende Boh rung in der Kontaktkomponente 17. In die Kontaktierungsöffnung 11 ist die Einpresshilfe 12 eingesetzt. Die Einpressung des Pins 8 bzw. dem Fußab schnitt 9 gegenüberliegenden Ende 16 des Pins 8 kann bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch erfolgen, dass das Leistungsmodul 3 bezüglich der Leiterplatte 2 von rechts nach links bewegt wird.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der Leistungselektronikan ordnung 1 aus Fig. 3 beschrieben. Zunächst wird der Fußabschnitt 9 des Pins 8 an der Modulanschlussstelle 6, die in Fig. 3 innerhalb des Leistungs moduls 3 ist, befestigt. Dies erfolgt typischerweise bevor das Leistungsmodul 3 mit der Vergussmasse 5 vergossen wird. Anschließend wird das Leis tungsmodul 3 entlang der Leiterplattenfläche bewegt, wobei der dem Fußab schnitt 9 abgewandte, geradlinige und bezüglich der Leiterplattenfläche pa rallel verlaufende Endabschnitt 16 des Pins 8 in die der Plattenanschlussstel- le 7 zugeordneten Kontaktierungsöffnung 11 eingepresst wird. Die Kontaktie rungsöffnung 11 ist hierbei an der seitlich von der Leiterplatte 2 abstehenden Kontaktkomponente 17 angeordnet. Durch die während des Einpressens entstehende Verformung der Einpresshülse 12 wird die elektrische Kontak- tierung zwischen der Modulanschlussstelle 6 und der Plattenanschlussstelle 7 ausgebildet. Sobald das Leistungsmodul 3 in der endgültigen Montagestel lung angekommen ist, wird dieses an der Leiterplatte 2 mittels einer Schrau be oder Klebeverbindung befestigt. Bezüglich des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels ist es auch denkbar, dass die Kontaktkomponente 17 seitlich an der Modulanschlussstelle 6 an geordnet ist. In diesem Fall ist die Kontaktierungsöffnung der Modulan schlussstelle 6 zugeordnet, wobei der Fußabschnitt 9 des Pins 8 an der Plat tenanschlussstelle 7 befestigt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Leistungselektronikanordnung umfassend eine Leiterplatte (2) und we nigstens ein an der Leiterplatte (2) befestigtes Leistungsmodul (3), das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse (5) vergossene elektroni sche Bauteile (4) aufweist, wobei wenigstens eine Modulanschlussstelle (6) des Leistungsmoduls (3) mit wenigstens einer Plattenanschlussstel le (7) der Leiterplatte (2) mittels eines elektrisch leitfähigen Pins (8) elektrisch kontaktiert ist, wobei ein Fußabschnitt (9) des Pins (8) an der Modulanschlussstelle (6) oder an der Plattenanschlussstelle (7) befes tigt ist und das dem Fußabschnitt (9) gegenüberliegende Ende (10) des Pins (8) in der Montagestellung in eine der jeweils anderen Anschluss stelle (6, 7) zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung (11) eingepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pin (8) in der Montagestellung geradlinig von der Modulan schlussstelle (6) zu der Plattenanschlussstelle (7) verläuft und senk recht zur Leiterplattenfläche angeordnet ist, wobei der Pin (8) an einem aus der Vergussmasse (5) gebildeten und die Modulanschlussstelle (6) aufweisenden Widerlagerabschnitt (13) abgestützt ist.
Leistungselektronikanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Widerlagerabschnitt (13) als ein seitlich abstehender Vor sprung (15) ausgebildet ist.
Leistungselektronikanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanschlussstelle (6) eine auf einer Platine (14) des Leis tungsmoduls (3) angeordnete Kontaktfläche ist, wobei die Platine (14) in die Vergussmasse (5), die im Bereich der Modulanschlussstelle (6) ausgespart ist, vergossen ist. Leistungselektronikanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsöffnung (11) eine Öffnung der Plattenan schlussstelle (7) und/oder der Modulanschlussstelle (6) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung (1), wo bei eine Leiterplatte
(2) und wenigstens ein Leistungsmodul
(3), das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse (5) vergossene elektronische Bauteile
(4) aufweist, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fußabschnitt (9) eines elektrisch leitfähigen Pins (8) an ent weder einer Modulanschlussstelle (6) des Leistungsmoduls (3) oder an einer Plattenanschlussstelle (7) der Leiterplatte (2) befestigt wird, wobei sodann das Leistungsmodul (3) gegen die Leiterplatte (2) oder umge kehrt bewegt wird und hierbei das dem Fußabschnitt (9) gegenüberlie gende Ende (10) des Pins (8) in eine der jeweils anderen Anschluss stelle (6, 7) zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung (11) eingepresst und hierdurch eine elektrische Kontaktierung dieser Anschlussstellen (6, 7) realisiert wird, wobei der geradlinig von der Mo dulanschlussstelle (6) zu der Plattenanschlussstelle (7) verlaufende und senkrecht zur Leiterplattenfläche angeordnete Pin (8) an einem aus der Vergussmasse (5) gebildeten und die Modulanschlussstelle (6) aufwei senden Widerlagerabschnitt (13) abgestützt wird.
Leistungselektronikanordnung umfassend eine Leiterplatte (2) und we nigstens ein an der Leiterplatte (2) befestigtes Leistungsmodul (3), das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse
(5) vergossene elektroni sche Bauteile (4) aufweist, wobei wenigstens eine Modulanschlussstelle (6) des Leistungsmoduls (3) mit wenigstens einer Plattenanschlussstel le (7) der Leiterplatte (2) mittels eines elektrisch leitfähigen Pins (8) elektrisch kontaktiert ist, wobei ein Fußabschnitt (9) des Pins (8) an der Modulanschlussstelle
(6) oder an der Plattenanschlussstelle (7) befes tigt ist und das dem Fußabschnitt (9) gegenüberliegende Ende (16) des Pins (8) in der Montagestellung in eine der jeweils anderen Anschluss stelle (6,
7) zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungsöffnung (11) eingepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Fußabschnitt (9) gegenüberliegende Ende (16) des Pins (8) ein geradliniger und parallel zu der Leiterplattenfläche verlaufender Endabschnitt ist, wobei die Kontaktierungsöffnung (11) an einer seitlich von der Leiterplatte (2) oder dem Leistungsmodul (3) abstehenden Kon taktkomponente (17) angeordnet ist.
Leistungselektronikanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkomponente (17) platten- oder quaderförmig ist.
Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung (1), wo bei eine Leiterplatte (2) und wenigstens ein Leistungsmodul (3), das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse (5) vergossene elektronische Bauteile (4) aufweist, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fußabschnitt (9) eines elektrisch leitfähigen Pins (8) an ent weder einer Modulanschlussstelle (6) des Leistungsmoduls (3) oder an einer Plattenanschlussstelle (7) der Leiterplatte (2) befestigt wird, wobei sodann das Leistungsmodul (3) entlang der Leiterplattenfläche oder umgekehrt bewegt wird und hierbei der dem Fußabschnitt (9) abge wandte, geradlinige und bezüglich der Leiterplattenfläche parallel ver laufende Endabschnitt (16) des Pins
(8) in eine der jeweils anderen An schlussstelle (6, 7) zugeordneten oder zuordenbaren Kontaktierungs öffnung (11 ), die an einer seitlich von der Leiterplatte (2) oder dem Leis tungsmodul (3) abstehenden Kontaktkomponente (17) angeordnet ist, eingepresst wird, wobei hierdurch eine elektrische Kontaktierung dieser Anschlussstellen (6, 7) realisiert wird.
9. Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfas send eine Leistungselektronikanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 7.
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