EP4445397A1 - Kontaktanordnung, elektrisches bauelement mit kontaktanordnung und elektrische vorrichtung - Google Patents

Kontaktanordnung, elektrisches bauelement mit kontaktanordnung und elektrische vorrichtung

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EP4445397A1
EP4445397A1 EP22830826.8A EP22830826A EP4445397A1 EP 4445397 A1 EP4445397 A1 EP 4445397A1 EP 22830826 A EP22830826 A EP 22830826A EP 4445397 A1 EP4445397 A1 EP 4445397A1
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EP
European Patent Office
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contact
section
guide section
contact arrangement
electrical component
Prior art date
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Pending
Application number
EP22830826.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang RAMBOW
Karl Niklas
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TDK Electronics AG
Semikron Danfoss Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
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    • H01R12/70—Coupling devices
    • H01R12/7082—Coupling device supported only by cooperation with PCB

Definitions

  • a contact arrangement, an electrical component with a contact arrangement and an electrical device are specified.
  • At least one object of certain embodiments is to specify a contact arrangement for an electrical component. Further tasks of specific embodiments are to specify an electrical component with a contact arrangement and an electrical device.
  • a contact arrangement has a first and a second contact element.
  • an electrical component has such a contact arrangement.
  • the contact arrangement is provided and set up for making electrical contact with the electrical component, ie for electrically connecting the electrical component to a further component.
  • mechanical attachment of the electrical component can also be possible for mechanical attachment of the electrical component to be achieved via the contact arrangement.
  • the electrical component can also have one or more contact arrangements, which can preferably be configured in the same way and via which the electrical component can be connected to one or more other electrical components.
  • each of the contact elements has a guide section and at least one contact section.
  • a contact element can be mechanically and electrically conductively connected to an external connection point, in particular an electrical connection point of a further component, via the at least one contact section.
  • the at least one contact section of each of the contact elements can be arranged in particular outside of a housing of the electrical component.
  • the at least one contact section of each of the contact elements can be connected to one or more further components of the electrical component via the guide section.
  • the guide section of each of the contact elements can in particular be arranged at least partially outside of a housing of the electrical component.
  • the first contact element has a first guide section and the second contact element has a second guide section.
  • the first contact element has a first contact section.
  • the second contact element particularly preferably has two second contact sections.
  • the electrical component can have or be, for example, at least one capacitor and/or one filter element.
  • the capacitor can be an intermediate circuit capacitor, also known as a DC link capacitor, which is based on film, aluminum or ceramic technology or hybrid technology, for example aluminum/film technology. based .
  • the filter element can be, for example, an EMI filter or at least components of a filter.
  • interference suppression components built into or attached to a busbar and other passive components are also possible.
  • an electrical device has an electrical component with a contact arrangement.
  • the electrical device can have a further electrical component to which the electrical component is electrically connected with the contact arrangement.
  • the electrical device can have at least one electrical component and at least one further electrical component, the further electrical component having connection points which are mechanically and electrically connected to the first contact section and the second contact sections of the at least one contact arrangement of the electrical component.
  • the at least one electric The component and the at least one further electrical component can be mounted on a common carrier such as a heat sink.
  • the first and second contact elements are arranged one above the other in a vertical direction.
  • this can mean that the first and second guide sections lie one above the other in the vertical direction and overlap. Looking at the contact arrangement along the vertical direction, one of the contact elements is thus arranged under the other contact element.
  • one of the pair of guide portions is located below the other guide portion.
  • one of the guide sections can at least partially or even completely cover the other guide section when looking at the contact arrangement along the vertical direction.
  • the first contact section can particularly preferably follow the first guide section along a longitudinal direction that is perpendicular to the vertical direction.
  • the first contact section can be connected directly to the first guide section.
  • the spatial arrangement of the first guide section and the first contact section connected thereto can thus defining the longitudinal direction.
  • the longitudinal direction can, for example, be perpendicular to a housing section of the housing of the electrical component, from which the contact arrangement protrudes.
  • the two second contact sections are arranged alongside the first and second guide sections along a transverse direction that is perpendicular to the longitudinal direction and to the vertical direction.
  • the two second contact sections can be arranged symmetrically next to the first and second guide sections.
  • one of the two second contact portions is disposed on one side and the other of the two second contact portions is disposed on the other side of the second guide portion.
  • the positions of the two second contact sections can match in a symmetrical arrangement.
  • the second contact sections can preferably be connected directly to the second guide section.
  • the second contact element can preferably have a smaller length than the first contact element in the longitudinal direction, with the length particularly preferably being measured from an outer surface of a housing section of a housing from which the contact arrangement protrudes. This can also mean that the first contact section is further away from said outer surface in the longitudinal direction than the two second contact sections.
  • the first and second contact elements are connected by means of welding with electrical Connection points of a further component are electrically conductive and can be mechanically connected.
  • each of the contact sections ie the first contact section and the second contact sections, each has a welding zone.
  • this can also mean that the contact arrangement, ie the first and second contact element, is free of contact points for screw contacts.
  • the welding can be laser welding.
  • a welded connection i.e. a weld point
  • areas of contact elements i.e. in particular welding zones, which are arranged in direct contact with connection points, are at least partially melted by means of a laser beam.
  • the laser beam of the laser welding process which is generated for example by a solid-state laser or a gas laser, can preferably provide a concentrated heat source that allows narrow, deep welding points and a high welding rate.
  • a high power density for example of the order of 1 MW/cm 2 , can be used, resulting in small heat affected zones and high heating and cooling rates.
  • the spot size of the laser beam can be, for example, of the order of 100 ⁇ m or even smaller.
  • the welding time can preferably be in the range of 0.1 seconds.
  • the depth of penetration is typically proportional to the power and power density provided, but may also depend on the location of the focal point. Typically, penetration depth can be maximized when the focal point is slightly below the surface closest to the laser source.
  • a continuous or pulsed laser beam can be used.
  • the laser pulses can have a length in the order of milliseconds, for example.
  • the laser welding process can be used to produce welds in the form of a punctiform, linear or particularly preferably crescent-shaped welded connection.
  • the weld may have a shape resembling a C, a crescent, or a crescent moon.
  • the weld may have the shape of an arc with an at least partially circular or elliptical shape.
  • a weld can also be produced in the form of a double crescent, which is formed by two crescents gripping one another.
  • the first and second contact sections can be designed in such a way that they not only have welding zones but also hold-down zones.
  • a hold-down zone can in particular be an area via which a contact section can be pressed against the external connection point of a further component to be welded to the contact section by means of a suitable hold-down part or tool.
  • the welding zone of the first contact section has a first surface area.
  • the weld zones of the second contact sections together have a second surface area.
  • the first and second area sizes are the same or at least essentially the same. This can mean in particular that the second area size deviates from the first area size by at most 30% or at most 20% or at most 10%.
  • said deviation dF can in particular mean
  • /F1 ⁇ dF with dF 0.3 or 0.2 or 0.1.
  • the second contact sections together can also have a surface area f2 that is correspondingly equal or substantially equal to the surface area f1 of the first contact section, in that the following therefore applies:
  • /fl ⁇ df with df 0.3 or 0.2 or 0.1.
  • the first contact element is formed in a planar manner in a first plane.
  • the second contact element can also be formed areally in a second plane parallel to the first plane.
  • both contact elements can each be flat and arranged parallel to one another.
  • the first guide section may also be possible for the first guide section to be flat in a first plane and the second guide section to be flat in a second plane parallel to the first plane, with the first contact section being flat in the second plane or the second contact sections being flat in the first level can be formed.
  • one of the contact elements has at least one bead or embossing and thus at least has a step to the or the contact sections in the
  • the first and second contact element can each have a metal sheet with one or more metals.
  • the sheet metal can, for example, contain or be made of copper or a copper alloy.
  • the first contact element can have a coating, at least in the first guide section and/or the second contact element in the second guide section, which can have, for example, one or more metals selected from tin, silver and gold.
  • the contact sections of the contact elements can also partially have a coating, with the welding zones of the contact sections of the first and second contact elements particularly preferably each being free of coatings.
  • the first guide section and/or the second guide section can have a folded metal sheet.
  • Such a fold which can also be referred to as doubling, can advantageously increase the current-carrying capacity of a guide section.
  • the first contact element can have a transition section between the first guide section and the first contact section, which connects the first guide section to the first contact section and has a lower current-carrying capacity than the first guide section and the first contact section.
  • the transition section can, for example, have a smaller cross-sectional area in a sectional plane perpendicular to the longitudinal direction than each of the first guide section and the first contact section.
  • an insulating element is arranged between the first guide section and the second guide section.
  • the insulating element can be located between the first and second guide sections, in particular in the vertical direction. In other words, the first guide section, the insulating element and the second guide section can be arranged one above the other or below one another in the vertical direction in this order.
  • the insulating element can particularly preferably be in direct mechanical contact with the first and second guide section.
  • the insulating element can, for example, have or be formed from an electrically insulating plastic film, for example with or made of polyimide and/or polypropylene. In particular, the film can be flat.
  • the insulating element can project beyond the first and second guide section on both sides in the transverse direction and thus be wider than the guide sections. Furthermore, the insulating element can project beyond the second contact element in the longitudinal direction and thus be longer than the second contact element.
  • the insulating element can also be possible for the insulating element to be formed by a U-shaped plastic part, which is arranged between the first and second guide section and projects beyond the guide sections on both sides in the transverse direction and is located on both sides next to the first and/or second guide section extends in the vertical direction.
  • the insulating element can be at the same height as the relevant element in the vertical direction End guide section or even tower over this in the vertical direction.
  • the contact arrangement has an inductance of less than or equal to 5 nH. This can be achieved in particular in that the first and second contact element with the first and second guide section overlap and particularly preferably essentially only the contact sections do not overlap.
  • Figures 1A to ID show a schematic representation of a contact arrangement of an electrical component according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 2A and 2B show schematic representations of a contact arrangement according to further exemplary embodiments
  • FIGS. 3A to 3C show schematic representations of a contact arrangement of an electrical component according to a further exemplary embodiment
  • Figures 4A and 4B show schematic representations of a contact arrangement of an electrical component according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 6A to 6E show schematic representations of an electrical device according to a further exemplary embodiment.
  • elements which are the same, of the same type or have the same effect can each be provided with the same reference symbols.
  • the elements shown and their proportions to one another are not to be regarded as true to scale; rather, individual elements, such as layers, components, structural elements and areas, may be shown in an exaggerated size for better representation and/or better understanding.
  • FIGS. 1A to ID show several views of an exemplary embodiment of a contact arrangement 1 of an electrical component 100 .
  • the vertical direction 91 , the longitudinal direction 92 or the one transverse direction 93 are indicated in the figures.
  • the electrical component 100 shown only partially in FIGS. 1A to ID can have or be, for example, at least one capacitor and/or one filter element.
  • the capacitor can be an intermediate circuit capacitor based on film, aluminum or ceramic technology or a hybrid technology, for example aluminum/film technology.
  • the filter element can be, for example, an EMI filter or at least components of a filter.
  • interference suppression components built into or attached to a busbar and other passive components are also possible.
  • the contact arrangement 1 is provided and set up for making electrical contact with the electrical component 100, ie for electrically connecting the electrical component 1 on another component.
  • An example of such an electrical connection to a further electrical component is described below in connection with FIGS. 6A to 6E.
  • the electrical component 100 can have one or more contact arrangements 1, which can preferably be of the same design and via which the electrical component 100 can be connected to one or more other electrical components .
  • the contact arrangement 1 has a first contact element 10 and a second contact element 20 which protrude from a housing section of a housing 101 .
  • FIG. 1A shows a view of the contact arrangement 1 from the vertical direction onto the first contact element 10
  • FIG. 1B shows a view of the contact arrangement 1 from the opposite vertical direction onto the second contact element 20
  • FIG. 1C shows a view of the contact arrangement 1 looking along the longitudinal direction of the housing
  • FIG. ID shows a view of the contact arrangement 1 in the vertical direction. The following description relates equally to FIGS. 1A to ID.
  • the first contact element 10 has a first guide section 11 and a first contact section 12 .
  • the second contact element 20 has a second guide section 21 and two second contact sections 22 .
  • the contact elements 10, 20 can be connected to an external connection point, in particular an electrical connection point of a further component, are mechanically and electrically conductively connected.
  • the contact sections 12 , 22 of the contact elements 10 , 20 are particularly preferably arranged outside of the housing 101 of the electrical component 100 , as shown.
  • the associated contact section(s) 12 , 22 of each of the contact elements 10 , 20 for example within the housing 101 , can be connected to one or more other components of the electrical component 100 via the respective guide section 11 , 21 .
  • the guide section 11 , 21 of each of the contact elements 10 , 20 can particularly preferably be arranged at least partially outside the housing 101 of the electrical component 100 , as shown.
  • the first and second contact elements 10 , 20 are arranged one above the other in the vertical direction 91 , so that in particular the first and second guide sections 11 , 21 lie one above the other in the vertical direction 91 and at least partially overlap. Particularly preferably, one of the guide sections 11 , 21 can completely cover the other. In the contact arrangement 1 shown, the first guide section 11 covers the second guide section 21 in the viewing direction of the contact arrangement shown in FIG. 1A
  • the first contact section 12 follows the first guide section along the longitudinal direction 92
  • first guide portion 11 is connected directly to the first guide section 11 in the contact arrangement 1 shown.
  • a transition section between the first guide portion 11 and the first contact portion 12 may be present.
  • the spatial arrangement of the first guide section 11 and the first contact section 12 connected thereto defines the longitudinal direction 92, which, as shown, can preferably be perpendicular to the housing section of the housing of the electrical component or its outer surface 102, from which the contact arrangement 1 protrudes.
  • the two second contact sections 22 of the second contact element 20 are arranged alongside the first and second guide sections 11, 21 along the transverse direction 93, which is perpendicular to the longitudinal direction 92 and to the vertical direction 91, with the two second contact sections 22 particularly preferably being symmetrical as shown are arranged next to the first and second guide sections 11 , 21 .
  • one of the two second contact sections 22 is arranged on one side and the other of the two second contact sections 22 is arranged on the other side of the second guide section 21 along the transverse direction 93, with the positions of the two second contact sections 22 match in the symmetrical arrangement shown.
  • the second contact sections 22 can preferably be connected directly to the second guide section 21 .
  • the second contact element 20 has a smaller length than the first contact element 10 in the longitudinal direction 92, starting from the outer surface 102 of the housing section of the housing 101 of the electrical component 100, so that the first contact section 11 in the longitudinal direction is farther from the outer surface 102 than the two second contact portions 22 .
  • the contact arrangement 1 is intended and set up to be connected to a further component by means of welding. Accordingly, the contact arrangement 1 is free of screw connections or parts thereof.
  • Each of the contact sections 12, 22 of the contact elements 10, 20 has a respective welding zone 13, 23 in which at least one welding point is produced as part of a welding process, as is described, for example, in connection with FIGS. 6A to 6E.
  • the first and second contact sections 12, 22 not only have welding zones 13, 23, but also hold-down zones, i.e. areas over which a suitable hold-down part or tool is used to press the contact sections against the external connection point of another component to be welded to the contact sections can become .
  • the hold-down zones can be provided in edge regions of the contact sections 12, 22, which surround the welding zones 13, 23.
  • hold-down zones can also be provided, for example, within the marked welding zones 13 , 23 or, in the case of the second contact element 20 , in the transverse direction 93 between the welding zones 23 .
  • the weld zone 13 of the first contact section 12 has a first area size F1, while the weld zones 23 of the second contact sections 22 together have a second area size F2.
  • the first area size F1 and the second area size F2 are the same or at least essentially the same.
  • the second area size F2 can deviate from the first area size F1 by at most 30% or at most 20% or at most 10%, as described above in the general part.
  • the second contact sections 22 together have an area f2 that is correspondingly equal or substantially equal to the area fl of the first contact section 12 and thus by at most 30% or at most 20% or at most 10% of deviates from the first area size fl.
  • the first contact element 10 is flat in a first plane
  • the second contact element 20 is flat in a second plane parallel to the first plane, so that both contact elements 10, 20 are each flat and are arranged parallel to each other.
  • the first and second contact element 10 , 20 can each have a metal sheet with one or more metals.
  • the sheet metal can, for example, contain or be made of copper or a copper alloy.
  • the first contact element 10 can have a coating (not shown) at least in the first guide section 11 and/or the second contact element 20 in the second guide section 21, which can have, for example, one or more metals selected from tin, silver and gold.
  • the contact sections 12, 22 of the contact elements 10, 20 can also partially have a coating (not shown), with the welding zones 13, 23 of the contact sections 12, 22 of the first and second contact elements 10, 20 particularly preferably each being free of coatings .
  • an insulating element 30 is arranged between the first guide section 11 and the second guide section 21 .
  • the insulation element 30 can be located in particular in the vertical direction 91 between the first and second guide section 11 , 21 , so that the first guide section 11 , the insulation element 30 and the second guide section 21 are arranged one above the other or below one another in the vertical direction 91 in this order .
  • the insulating element 30 is particularly preferably in direct mechanical contact with the first and second guide section 11, 21 and can, for example, have or be formed from an electrically insulating plastic film, for example with or made of polyimide and/or polypropylene.
  • the film can in particular be flat and inserted between the contact elements 10 , 20 .
  • the insulating element 30, as can be seen in FIGS. 1A and 1B, can project beyond the first and second guide section 11, 21 in the transverse direction 93 on both sides and thus be wider than the guide sections 11, 21.
  • the insulating element 30 can protrude beyond the second contact element 20 in the longitudinal direction 92 and thus be longer than the second contact element 20, as can be seen in FIG.
  • the first contact element 10 in turn is longer in the longitudinal direction 92 than the insulating element, with the first contact section 12 or at least the welding zone 13 of the first contact section 12 protruding in the longitudinal direction beyond the insulating element 30 .
  • the contact elements 10, 20 in a specific embodiment in each case a copper sheet with a Have a thickness of about 1 mm in the vertical direction 91, which is provided with a coating, the welding zones 13, 23 being free of coatings on both sides and thus uncoated and each having bare copper surfaces on both sides.
  • the welding zone 13 of the first contact section 12 can, for example, have a width of 20 mm to 28 mm in the transverse direction 93 and a length of 7 mm in the longitudinal direction 92, while each of the welding zones 23 of the second contact sections 22 each have a width of 10 mm and a length of 7 mm.
  • the edge areas surrounding the welding zones 13 , 23 can each have a width of 1 mm, for example.
  • the first contact element 10, calculated from the outer surface 102 of the housing 101, can have a length of approximately 29 mm, for example, while the second contact element 20 can have a corresponding length of approximately 13 mm.
  • the structure shown makes it possible for the contact arrangement 1 to have an inductance of less than or equal to 5 nH and thus an apparent inductance which is considerably lower in comparison to conventional connecting lugs.
  • FIGS. 2A and 2B Schematic representations of the contact arrangement 1 according to further exemplary embodiments are shown in FIGS. 2A and 2B, which form modifications of the contact arrangement 1 shown in FIGS. 1A to ID.
  • the first guide section 11 is formed flat in a first plane and the second guide section 21 is formed flat in a second plane parallel to the first plane, while the first contact section 12 and the second contact sections 22 are each formed flat in the first plane, as shown in Figure 2A
  • the first contact portion 12 and the second contact portions 22 are each formed areally in the second plane, as shown in Figure 2B.
  • the corresponding contact element 10, 20 can have at least one bead or embossing and thus at least one step, as can be seen in Figures 2A and 2B, in order to bring the second contact sections 22 into the plane of the first contact element 10 or the first contact section 12 in the plane of the second contact element 20 .
  • a further electrical component can be formed, for example, with connection points arranged in the same plane and thus have a plane contact zone, which can make production easier, for example.
  • FIGS. 3A to 3C show schematic representations of the contact arrangement 1 according to a further exemplary embodiment.
  • the first guide section 11 and the second guide section 21 each have a folded metal sheet.
  • the folded guide sections 11 , 21 are produced, for example, in that in the area of the guide sections 11 , 21 the flat metal sheets used for production have twice the width of the later width of the guide sections 11 , 21 .
  • the side edges become like this brought together so that they meet in the middle.
  • the current-carrying capacity of the guide sections 11 , 21 can each be increased with advantage.
  • the width of these along the transverse direction 93 can correspond to the width of the second contact section 22 .
  • the first contact element 10 can have a transition section 14 between the first guide section 11 and the first contact section 12, which connects the first guide section 11 to the first contact section 12 and has a lower current-carrying capacity than the first guide section 11 and than the first contact section 12.
  • the transition section 14 can have a smaller width in the transverse direction 93 and thus a smaller cross-sectional area in a sectional plane perpendicular to the longitudinal direction 92 than each of the first guide section 11 and the first contact section 12 .
  • the transition section 14 has a very short length in the longitudinal direction 92 , it can be achieved that no disadvantageous heat development takes place in the transition section 14 .
  • FIGS. 4A and 4B show schematic representations of the contact arrangement 1 according to a further exemplary embodiment, in which exemplary embodiments compared to the previous ones the insulating element 30 is formed by an IJ-shaped plastic part instead of a film.
  • the U-shaped insulating element 30 can, for example, be made of polypropylene and, like the plastic film shown above, is arranged between the first and second guide sections 11, 21 and protrudes on both sides in the transverse direction 93 beyond the guide sections 11, 21. Furthermore, the insulating element 30 has side webs which extend in the vertical direction 91 on both sides next to the first guide section 11 .
  • the insulating element 30 can end in the vertical direction 91 with the side bars at the same height as the first guide section 11 or, as can be seen in FIGS. 4A and 4B, project beyond it in the vertical direction 91.
  • Such a U-shaped configuration of the insulating element 30 can in particular laterally on the contact elements 10, 20 considerably lengthen possible leakage current paths.
  • FIGS. 5A to 5C Schematic representations of an electrical component 100 according to a further exemplary embodiment are shown in FIGS. 5A to 5C, which is designed, purely by way of example, as an intermediate circuit capacitor with three identically designed contact arrangements 1 arranged next to one another.
  • the embodiment of the electrical component 100 shown in FIGS. 5A to 5C is not to be understood as limiting.
  • the contact arrangements 1 can be configured as described above, with an embodiment according to FIGS. 4A and 4B being shown purely by way of example.
  • FIG. 5A shows a view along the vertical direction onto the upper side of the electrical component 100
  • FIG. 5B shows a three-dimensional view
  • FIG. 5C shows a view along the vertical direction onto the underside of the electrical component 100 .
  • One or more capacitors which are connected to the contact arrangements 1 can be present in the housing 101 .
  • electrical connection lugs are present on the outer surface which is opposite the outer surface 102 from which the contact arrangements 1 protrude.
  • the electrical component 100 can be fastened to a carrier such as a heat sink, for example, via eyelets present in the underside of the housing 101 .
  • the contact arrangements 1 form, purely by way of example, an output side of the electrical component with, as described above, low-inductance and low-impedance electrical connections for further electrical components.
  • an electrical device 1000 according to a further exemplary embodiment is shown, which has the electrical component 100 according to FIGS. 5A and 5B and further electrical components 200, which are arranged on a common carrier 300, in particular a heat sink are .
  • Figures 6A and 6B show the electrical device 1000 in a three-dimensional view and in a sectional view, while the other electrical components 200 are shown without the electrical component 100 in Figure 6C.
  • Welded connections are shown in FIGS. 6D and 6E.
  • the electrical components 100, 200 shown are in terms of their Structure and its functionality are to be understood as purely exemplary and not restrictive.
  • the additional electrical components 200 which are arranged on an intermediate carrier 202, can be, for example, semiconductor modules for generating alternating current from direct current, such as are used in electric vehicles, for example.
  • a three-phase alternating current for operating electric motors can be generated with the electrical device 1000 .
  • Each of the additional electrical components 200 has two electrical connection points 201 .
  • the first contact section of the first contact element 10 of a contact arrangement 1 is arranged on one of the connection points 201 of each of the further electrical components 200 , while the second contact sections of the second contact element 20 are arranged on the respective other connection point 201 .
  • the first contact element 10 and the second contact element 20 are electrically conductively and mechanically connected to the electrical connection points 201 in the welding zones by means of welding.
  • FIG. 6D shows a preferred crescent-shaped weld point 19 and a likewise preferred weld point 19 in the form of a double crescent.
  • FIG. 6E shows a photograph of a section through a weld point 19 produced by means of laser welding, the dashed horizontal line indicating the interface between the connection point 201 and the contact element 10 or 20 . Furthermore, the through the laser welding on the molten part forming the weld 14 is highlighted by a dashed line for better visibility.
  • the shape of the welding point 19 and the welding depth can be easily adjusted by means of the laser welding method.
  • a welding point can also be in the form of a point or line and/or another welding method can be used.
  • the contact arrangement according to the exemplary embodiments described above uses weldable, superimposed contact elements used .
  • these also replace very complex screw solutions.
  • Such extremely low values for example, are also suitable for new so-called WBG materials (WBG: "wide band gap", large band gap), which allow extremely steep edges.
  • the geometry of the contact arrangement described here is for DC link capacitors of different technologies (film/aluminium/ceramic or hybrid versions thereof) and also for other, for example passive, components such as DC link capacitors with integrated EMI filter or EMI components, EMI filter components, connection busbar, etc . usable .
  • the laser welding method described is advantageously used in combination with the contact arrangement, since it only heats up the upper layers of the components a little and therefore does not damage them, and the penetration depth can be varied. In particular, no more space is required for a complex screw connection.
  • the contact points are located directly on the component(s) and the space required for the hold-down tools for welding has already been taken into account.
  • Laser welding can significantly reduce contact resistance and allow perfect contact points to be produced in fractions of a second. If necessary, multiple welds carried out in the same space generate maximum contact reliability for extremely high currents with significantly reduced heating and with the same contact area.
  • the contact arrangement described permits an extremely cost-effective and optimized connection of electrical components of the most varied of types, in particular to novel, low-inductance semiconductor modules.
  • the overlapping contact elements are preferably designed in such a way that they can transmit a wide range of power without overheating occurring.
  • the contact arrangement can advantageously meet all mechanical and electrical requirements for the connections, in particular, for example, current carrying capacity, vibration resistance, tensile load capacity, low-inductance/low-impedance connection, low heating even at high currents, insulation resistance for both air and creepage distances and mechanical requirements regarding (co-)planarity, air gaps, additional depressions in the contact elements.
  • the contact elements can in particular also be manufactured without a height-compensating press-in bead, which can reduce costs.

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Abstract

Kontaktanordnung, elektrisches Bauelement mit Kontaktanordnung und elektrische Vorrichtung Es wird eine Kontaktanordnung (1) für ein elektrisches Bauelement angegeben, die ein erstes Kontaktelement (10) mit einem ersten Führungsabschnitt (11) und einem ersten Kontaktabschnitt (12) und ein zweites Kontaktelement (20) mit einem zweiten Führungsabschnitt (21) und zwei zweiten Kontaktabschnitten (22) aufweist, wobei der erste und zweite Führungsabschnitt in einer vertikalen Richtung (91) übereinander liegen und sich überdecken und sich entlang einer zur vertikalen Richtung senkrechten longitudinalen Richtung (92) erstrecken, der erste Kontaktabschnitt in longitudinaler Richtung auf den ersten Führungsabschnitt folgt und die zwei zweiten Kontaktabschnitte symmetrisch entlang einer zur longitudinalen Richtung und zur vertikalen Richtung jeweils senkrecht stehenden transversalen Richtung (93) neben dem ersten und zweiten Führungsabschnitt angeordnet sind. Weiterhin werden ein elektrisches Bauelement (100) mit einer Kontaktanordnung (1) und eine elektrische Vorrichtung (1000) angegeben.

Description

Beschreibung
Kontaktanordnung, elektrisches Bauelement mit Kontaktanordnung und elektrische Vorrichtung
Es werden eine Kontaktanordnung, ein elektrisches Bauelement mit einer Kontaktanordnung und eine elektrische Vorrichtung angegeben .
Die Anbindung moderner niederinduktiver Halbleitermodule beispielsweise an Zwischenkreiskondensatoren oder anderen passiven Bauteilen wie beispielsweise Busbars , EMI-Filter (EMI : elektromagnetische Interferenz ) oder Kombinationen dieser erfolgt bisher üblicherweise über parallel geführte sogenannte Anschlusslaschen oder Busbars mit Schraubverbindungen, die typisch eine bauartbedingte Scheininduktivität im Bereich von mehr als 15 nH sowie einen relativ hohen Scheinwiderstand aufweisen .
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es , eine Kontaktanordnung für ein elektrisches Bauelement anzugeben . Weitere Aufgaben von bestimmten Aus führungs formen liegen darin, ein elektrisches Bauelement mit einer Kontaktanordnung und eine elektrische Vorrichtung anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor . Gemäß einer Aus führungs form weist eine Kontaktanordnung ein erstes und ein zweites Kontaktelement auf . Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist ein elektrisches Bauelement eine solche Kontaktanordnung auf . Die Kontaktanordnung ist zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Bauelements vorgesehen und eingerichtet , also zum elektrischen Anschluss des elektrischen Bauelements an einem weiteren Bauelement . Weiterhin kann es auch möglich sein, dass über die Kontaktanordnung eine mechanische Befestigung des elektrischen Bauelements erreicht wird . Das elektrische Bauelement kann weiterhin eine oder mehrere Kontaktanordnungen aufweisen, die bevorzugt gleichartig ausgebildet sein können und über die das elektrische Bauelement mit einem oder mehreren weiteren elektrischen Bauelementen verbunden werden kann .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist j edes der Kontaktelemente einen Führungsabschnitt und zumindest einen Kontaktabschnitt auf . Über den zumindest einen Kontaktabschnitt kann ein Kontaktelement mit einer externen Anschlussstelle , insbesondere einer elektrischen Anschlussstelle eines weiteren Bauelements , mechanisch und elektrisch leitend verbunden werden . Der zumindest eine Kontaktabschnitt j edes der Kontaktelemente kann insbesondere außerhalb eines Gehäuses des elektrischen Bauelements angeordnet sein . Über den Führungsabschnitt kann der zumindest eine Kontaktabschnitt j edes der Kontaktelemente mit einer oder mehreren weiteren Komponenten des elektrischen Bauelements verbunden sein . Der Führungsabschnitt j edes der Kontaktelemente kann insbesondere zumindest teilweise außerhalb eines Gehäuses des elektrischen Bauelements angeordnet sein . Gemäß einer weiteren Aus führungs form weisen das erste Kontaktelement einen ersten Führungsabschnitt und das zweite Kontaktelement einen zweiten Führungsabschnitt auf . Weiterhin weist das erste Kontaktelement einen ersten Kontaktabschnitt . Besonders bevorzugt weist das zweite Kontaktelement zwei zweite Kontaktabschnitte auf .
Das elektrische Bauelement kann beispielsweise zumindest einen Kondensator und/oder ein Filterelement aufweisen oder sein . Beispielsweise kann es sich bei dem Kondensator um einen Zwischenkreis-Kondensator, auch als DC-Link-Kondensator bezeichenbar , handeln, der auf einer Film- , Aluminium- oder Keramik-Technologie oder einer Hybrid-Technologie , beispielsweise einer Aluminium/ Film-Technologie , basiert . Bei dem Filterelement kann es sich beispielsweise um einen EMI- Filter oder zumindest um Bauteile eines Filters handeln . Weiterhin sind beispielsweise auch auf einem Busbar verbaute oder daran angebaute Entstörbauelemente sowie andere passive Bauelemente möglich .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist eine elektrische Vorrichtung ein elektrisches Bauelement mit einer Kontaktanordnung auf . Insbesondere kann die elektrische Vorrichtung ein weiteres elektrisches Bauelement aufweisen, an dem das elektrische Bauelement mit der Kontaktanordnung elektrisch angeschlossen ist . Entsprechend kann die elektrische Vorrichtung zumindest ein elektrisches Bauelement und zumindest ein weiteres elektrisches Bauelement aufweisen, wobei das weitere elektrische Bauelement Anschlussstellen aufweist , die mit dem ersten Kontaktabschnitt und den zweiten Kontaktabschnitten der zumindest einen Kontaktanordnung des elektrischen Bauelements mechanisch und elektrisch verbunden sind . Weiterhin können das zumindest eine elektrische Bauelement und das zumindest eine weitere elektrische Bauelement auf einem gemeinsamen Träger wie beispielsweise einem Kühlkörper montiert sein .
Die vorherige und nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Kontaktanordnung, das elektrische Bauelement mit der Kontaktanordnung und die elektrische Vorrichtung mit dem elektrischen Bauelement .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind das erste und zweite Kontaktelement in einer vertikalen Richtung übereinander angeordnet . Das kann insbesondere bedeuten, dass der erste und zweite Führungsabschnitt in vertikaler Richtung übereinander liegen und sich überdecken . Betrachtet man die Kontaktanordnung entlang der vertikalen Richtung, so ist somit eines der Kontaktelemente unter dem anderen Kontaktelement angeordnet . Mit anderen Worten ist bei einer solchen Betrachtung entlang der vertikalen Richtung einer der beiden Führungsabschnitte unter dem anderen Führungsabschnitt angeordnet . Insbesondere kann einer der Führungsabschnitte den anderen Führungsabschnitt bei einem Blick auf die Kontaktanordnung entlang der vertikalen Richtung zumindest teilweise oder sogar ganz verdecken .
Der erste Kontaktabschnitt kann besonders bevorzugt entlang einer longitudinalen Richtung, die senkrecht zur vertikalen Richtung steht , auf den ersten Führungsabschnitt folgen . Hierzu kann der erste Kontaktabschnitt direkt mit dem ersten Führungsabschnitt verbunden sein . Alternativ kann beispielsweise ein Übergangsabschnitt zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem ersten Kontaktabschnitt vorhanden sein . Die räumliche Anordnung des ersten Führungsabschnitts und des damit verbundenen ersten Kontaktabschnitts können somit die longitudinale Richtung definieren . Die longitudinale Richtung kann beispielsweise senkrecht zu einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses des elektrischen Bauelements stehen, aus dem die Kontaktanordnung herausragt .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind die zwei zweiten Kontaktabschnitte entlang einer zur longitudinalen Richtung und zur vertikalen Richtung j eweils senkrecht stehenden transversalen Richtung neben dem ersten und zweiten Führungsabschnitt angeordnet sein . Besonders bevorzugt können die zwei zweiten Kontaktabschnitte symmetrisch neben dem ersten und zweiten Führungsabschnitt angeordnet sein . Mit anderen Worten ist entlang der transversalen Richtung einer der zwei zweiten Kontaktabschnitte auf einer Seite und der andere der zwei zweiten Kontaktabschnitte auf der anderen Seite des zweiten Führungsabschnitts angeordnet . In longitudinaler und vertikaler Richtung können die Positionen der zwei zweiten Kontaktabschnitte bei einer symmetrischen Anordnung übereinstimmen . Die zweiten Kontaktabschnitte können bevorzugt direkt mit dem zweiten Führungsabschnitt verbunden sein .
Das zweite Kontaktelement kann bevorzugt in longitudinaler Richtung eine kleinere Länge als das erste Kontaktelement aufweisen, wobei die Länge besonders bevorzugt von einer Außenfläche eines Gehäuseabschnitts eines Gehäuses gemessen wird, aus dem die Kontaktanordnung herausragt . Das kann auch bedeuten, dass der erste Kontaktabschnitt in longitudinaler Richtung weiter von der besagten Außenfläche entfernt ist als die zwei zweiten Kontaktabschnitte .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind das erste und zweite Kontaktelemente mittels Schweißen mit elektrischen Anschlussstellen eines weiteren Bauelements elektrisch leitend und mechanisch verbindbar . Hierzu weist j eder der Kontaktabschnitte , also der erste Kontaktabschnitt und die zweiten Kontaktabschnitte , j eweils eine Schweiß zone auf . Das kann insbesondere auch bedeuten, dass die Kontaktanordnung, also das erste und zweite Kontaktelement , frei von Kontaktstellen für Schraubkontakte ist .
Insbesondere kann das Schweißen Laserschweißen sein . Hierbei wird eine geschweißte Verbindung, also eine Schweißstelle , mittels des Laserschweißprozesses produziert , indem Gebiete von Kontaktelementen, insbesondere also Schweiß zonen, die in direktem Kontakt zu Anschlussstellen angeordnet sind, zumindest teilweise mittels eines Laserstrahls geschmol zen werden . Der Laserstrahl des Laserschweißprozesses , der beispielsweise durch einen Festkörperlaser oder einen Gaslaser erzeugt wird, kann bevorzugt eine konzentrierte Wärmequelle bereitstellen, die schmale , tiefe Schweißstellen und eine hohe Schweißrate erlaubt . Bevorzugt kann eine hohe Leistungsdichte , beispielsweise in der Größenordnung von 1 MW/cm2 , verwendet werden, die zu kleinen durch Wärme beeinflussten Zonen sowie zu hohen Erwärmungs- und Abkühlraten führt . Die Fleckgröße des Laserstrahls kann beispielsweise in der Größenordnung von 100 pm oder sogar kleiner sein . Die Schweiß zeit kann bevorzugt im Bereich von 0 , 1 Sekunden liegen . Die Eindringtiefe ist typischerweise proportional zur bereitgestellten Leistung und Leistungsdichte , kann aber auch von der Stelle des Brennpunkts abhängen . Üblicherweise kann die Eindringtiefe maximiert werden, wenn der Brennpunkt geringfügig unterhalb der zur Laserquelle nächsten Oberfläche liegt . In Abhängigkeit von den Kontaktelementen, die durch den Laserschweißprozess direkt miteinander zu verbinden sind, insbesondere in Abhängigkeit von ihren j eweiligen Abmessungen und Materialien, kann ein kontinuierlicher oder gepulster Laserstrahl verwendet werden . Die Laserpulse können beispielsweise eine Länge in der Größenordnung von Millisekunden aufweisen .
Beispielsweise kann durch den Laserschweißprozess Schweißstelle in Form einer punktförmigen, linienförmigen oder besonders bevorzugt sichel förmigen verschweißten Verbindung produziert werden . Dies bedeutet , dass bei Betrachtung in einer Draufsicht von der Seite , von der der Laserstrahl angewandt wird, die Schweißstelle eine Form aufweisen kann, die einem C, einer Sichel oder einer Mondsichel ähnlich ist . Mit anderen Worten kann die Schweißstelle die Form eines Bogens mit einer zumindest teilweise kreis förmigen oder elliptischen Form aufweisen . Weiterhin kann beispielsweise auch eine Schweißstelle in Form einer Doppelsichel erzeugt werden, die durch zwei ineinander grei fende Sicheln gebildet wird .
Alternativ zu einem Laserschweißprozess kann auch ein anderes Schweißverfahren möglich sein . Beispielsweise kann auch Widerstandsschweißen möglich sein .
Die ersten und zweiten Kontaktabschnitte können so ausgebildet sein, dass sie nicht nur Schweiß zonen sondern zusätzlich auch Niederhaltezonen aufweisen . Eine Niederhaltezone kann insbesondere ein Bereich sein, über den mittels eines geeigneten Niederhalteteils oder -Werkzeugs ein Kontaktabschnitt gegen die mit dem Kontaktabschnitt zu verschweißende externe Anschlussstelle eines weiteren Bauelements gedrückt werden kann . Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schweißzone des ersten Kontaktabschnitts eine erste Flächengröße auf. Die Schweißzonen der zweiten Kontaktabschnitte weisen zusammen eine zweite Flächengröße auf. Besonders bevorzugt sind die erste und zweite Flächengröße gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zweite Flächengröße von der ersten Flächengröße um höchstens 30% oder höchstens 20% oder höchstens 10% abweicht. Ist Fl die erste Flächengröße und F2 die zweite Flächengröße, so kann die besagte Abweichung dF insbesondere |F1-F2 |/F1 < dF mit dF = 0,3 oder 0,2 oder 0,1 bedeuten. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die zweiten Kontaktabschnitte zusammen eine Flächengröße f2 aufweisen, die in entsprechendem Maße gleich oder im Wesentlichen gleich der Flächengröße fl des ersten Kontaktabschnitts ist, indem also gilt: | fl— f2 | /fl < df mit df = 0,3 oder 0,2 oder 0,1.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist das erste Kontaktelement flächig in einer ersten Ebene ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann auch das zweite Kontaktelement flächig in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene ausgebildet sein. Mit anderen Worten können beide Kontaktelemente jeweils flach ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der erste Führungsabschnitt flächig in einer ersten Ebene ausgebildet ist und der zweite Führungsabschnitt flächig in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene ausgebildet ist, wobei der erste Kontaktabschnitt flächig in der zweiten Ebene oder die zweiten Kontaktabschnitte flächig in der ersten Ebene ausgebildet sein können. Das kann insbesondere bedeuten, dass eines der Kontaktelemente zumindest eine Sicke oder Verprägung und damit also zumindest eine Stufe aufweist , um den oder die Kontaktabschnitte in die
Ebene des anderen Kontaktelements zu bringen .
Insbesondere können das erste und zweite Kontaktelement j eweils ein Metallblech mit einem oder mehreren Metallen aufweisen . Das Metallblech kann beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen oder daraus sein . Weiterhin kann das erste Kontaktelement zumindest im ersten Führungsabschnitt und/oder das zweite Kontaktelement im zweiten Führungsabschnitt eine Beschichtung aufweisen, die beispielsweise eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Zinn, Silber und Gold aufweisen kann . Weiterhin können auch die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente teilweise eine Beschichtung aufweisen, wobei besonders bevorzugt die Schweiß zonen der Kontaktabschnitte des ersten und zweiten Kontaktelements j eweils frei von Beschichtungen sind .
Weiterhin können der erste Führungsabschnitt und/oder der zweite Führungsabschnitt ein gefaltetes Metallblech aufweisen . Durch eine derartige Faltung, die auch als Aufdopplung bezeichnet werden kann, kann mit Vorteil die Stromtragfähigkeit eines Führungsabschnitts erhöht werden . Beispielsweise kann das erste Kontaktelement zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem ersten Kontaktabschnitt einen Übergangsabschnitt aufweisen, der den ersten Führungsabschnitt mit dem ersten Kontaktabschnitt verbindet und der eine geringere Stromtragfähigkeit als der erste Führungsabschnitt und der erste Kontaktabschnitt aufweist . Der Übergangsabschnitt kann beispielsweise eine geringere Querschnitts fläche in einer zur longitudinalen Richtung senkrecht stehenden Schnittebene als j eweils der erste Führungsabschnitt und der erste Kontaktabschnitt aufweisen . Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem zweiten Führungsabschnitt ein I solierelement angeordnet ist . Das I solierelement kann sich insbesondere in vertikaler Richtung zwischen dem ersten und zweiten Führungsabschnitt befinden . Mit anderen Worten können der erste Führungsabschnitt , das I solierelement und der zweite Führungsabschnitt in vertikaler Richtung in dieser Reihenfolge übereinander oder untereinander angeordnet sein .
Das I solierelement kann besonders bevorzugt in unmittelbarem mechanischem Kontakt zum ersten und zweiten Führungsabschnitt stehen . Das I solierelement kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Kunststof f folie , beispielsweise mit oder aus Polyimid und/oder Polypropylen, aufweisen oder daraus gebildet sein . Die Folie kann insbesondere flach ausgebildet sein .
Weiterhin kann das I solierelement den ersten und zweiten Führungsabschnitt in transversaler Richtung beidseitig überragen und somit breiter als die Führungsabschnitte sein . Weiterhin kann das I solierelement in longitudinaler Richtung über des zweite Kontaktelement hinausragen und somit länger als das zweite Kontaktelement sein .
Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass das I solierelement durch ein U- förmiges Kunststof f teil gebildet wird, das zwischen dem ersten und zweiten Führungsabschnitt angeordnet ist und beidseitig in transversaler Richtung über die Führungsabschnitte hinausragt und sich beidseitig neben dem ersten und/oder zweiten Führungsabschnitt in vertikaler Richtung erstreckt . Dabei kann das I solierelement in vertikaler Richtung auf gleicher Höhe wie der betref fende Führungsabschnitt enden oder diesen in vertikaler Richtung sogar überragen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Kontaktanordnung eine Induktivität von kleiner oder gleich 5 nH auf . Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass sich das erste und zweite Kontaktelement mit dem ersten und zweiten Führungsabschnitt überdecken und besonders bevorzugt sich im Wesentlichen nur die Kontaktabschnitte nicht überdecken .
Weitere Vorteile , vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Figuren 1A bis ID zeigen schematische Darstellung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Bauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figuren 2A und 2B zeigen schematische Darstellungen einer Kontaktanordnung gemäß weiteren Aus führungsbeispielen, Figuren 3A bis 3C zeigen schematische Darstellungen einer Kontaktanordnung eines elektrischen Bauelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figuren 4A und 4B zeigen schematische Darstellungen einer Kontaktanordnung eines elektrischen Bauelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel ,
Figuren 5A bis 5C zeigen schematische Darstellungen eines elektrischen Bauelements gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel und
Figuren 6A bis 6E zeigen schematische Darstellungen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente j eweils mit denselben Bezugs zeichen versehen sein . Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente , wie zum Beispiel Schichten, Bauteile , Bauelemente und Bereiche , zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
In den Figuren 1A bis ID ist ein Aus führungsbeispiel für eine Kontaktanordnung 1 eines elektrischen Bauelements 100 in mehreren Ansichten gezeigt . In den Figuren sind hierzu j e nach Ansichtsrichtung die vertikale Richtung 91 , die longitudinale Richtung 92 beziehungsweise die eine transversale Richtung 93 angedeutet .
Das in den Figuren 1A bis ID nur ausschnittsweise gezeigte elektrische Bauelement 100 kann beispielsweise zumindest einen Kondensator und/oder ein Filterelement aufweisen oder sein . Beispielsweise kann es sich bei dem Kondensator um einen Zwischenkreis-Kondensator handeln, der auf einer Film- , Aluminium- oder Keramik-Technologie oder einer Hybrid- Technologie , beispielsweise einer Aluminium/ Film-Technologie , basiert . Bei dem Filterelement kann es sich beispielsweise um einen EMI-Filter oder zumindest um Bauteile eines Filters handeln . Weiterhin sind beispielsweise auch auf einem Busbar verbaute oder daran angebaute Entstörbauelemente sowie andere passive Bauelemente möglich .
Die Kontaktanordnung 1 ist zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Bauelements 100 vorgesehen und eingerichtet , also zum elektrischen Anschluss des elektrischen Bauelements 1 an einem weiteren Bauelement . Ein Beispiel für einen solchen elektrischen Anschluss an einem weiteren elektrischen Bauelement ist unten in Verbindung mit den Figuren 6A bis 6E beschrieben . Insbesondere ist es besonders bevorzugt auch möglich, dass über die Kontaktanordnung 1 eine mechanische Befestigung des elektrischen Bauelements 100 erreicht wird . Auch wenn in den Figuren 1A bis ID nur eine Kontaktanordnung 1 gezeigt ist , kann das elektrische Bauelement 100 eine oder mehrere Kontaktanordnungen 1 aufweisen, die bevorzugt gleichartig ausgebildet sein können und über die das elektrische Bauelement 100 mit einem oder mehreren weiteren elektrischen Bauelementen verbunden werden kann .
Die Kontaktanordnung 1 weist ein erstes Kontaktelement 10 und ein zweites Kontaktelement 20 auf , die aus einem Gehäuseabschnitt eines Gehäuses 101 herausragen . In Figur 1A ist ein Blick auf die Kontaktanordnung 1 aus vertikaler Richtung auf das erste Kontaktelement 10 gezeigt , während in Figur 1B ein Blick auf die Kontaktanordnung 1 aus der entgegengesetzten vertikalen Richtung auf das zweite Kontaktelement 20 gezeigt ist . Figur IC zeigt eine Ansicht der Kontaktanordnung 1 bei einem Blick entlang der longitudinalen Richtung auf das Gehäuse , während Figur ID eine Ansicht der Kontaktanordnung 1 in vertikaler Richtung zeigt . Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Figuren 1A bis ID .
Das erste Kontaktelement 10 weist einen ersten Führungsabschnitt 11 und einen ersten Kontaktabschnitt 12 auf . Das zweite Kontaktelement 20 weist einen zweiten Führungsabschnitt 21 und zwei zweite Kontaktabschnitte 22 auf . Über die Kontaktabschnitte 12 , 22 können die Kontaktelemente 10 , 20 mit einer externen Anschlussstelle , insbesondere einer elektrischen Anschlussstelle eines weiteren Bauelements , mechanisch und elektrisch leitend verbunden werden . Hierzu sind die Kontaktabschnitte 12 , 22 der Kontaktelemente 10 , 20 wie gezeigt besonders bevorzugt außerhalb des Gehäuses 101 des elektrischen Bauelements 100 angeordnet . Über den j eweiligen Führungsabschnitt 11 , 21 können der oder die zugehörigen Kontaktabschnitte 12 , 22 j edes der Kontaktelemente 10 , 20 , beispielsweise innerhalb des Gehäuses 101 , mit einer oder mehreren weiteren Komponenten des elektrischen Bauelements 100 verbunden sein . Der Führungsabschnitt 11 , 21 j edes der Kontaktelemente 10 , 20 kann besonders bevorzugt wie gezeigt zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses 101 des elektrischen Bauelements 100 angeordnet sein .
Das erste und zweite Kontaktelement 10 , 20 sind in vertikaler Richtung 91 übereinander angeordnet , so dass insbesondere der erste und zweite Führungsabschnitt 11 , 21 in vertikaler Richtung 91 übereinander liegen und sich zumindest teilweise überdecken . Besonders bevorzugt kann einer der Führungsabschnitte 11 , 21 den anderen vollständig überdecken . Bei der gezeigten Kontaktanordnung 1 verdeckt der erste Führungsabschnitt 11 den zweiten Führungsabschnitt 21 in der in Figur 1A gezeigten Blickrichtung auf die Kontaktanordnung
I entlang der vertikalen Richtung 91 vollständig .
Der erste Kontaktabschnitt 12 folgt entlang der longitudinalen Richtung 92 auf den ersten Führungsabschnitt
I I und ist bei der gezeigten Kontaktanordnung 1 direkt mit dem ersten Führungsabschnitt 11 verbunden . Alternativ kann, wie beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 3A bis 3C beschrieben ist , auch ein Übergangsabschnitt zwischen dem ersten Führungsabschnitt 11 und dem ersten Kontaktabschnitt 12 vorhanden sein .
Durch die räumliche Anordnung des ersten Führungsabschnitts 11 und des damit verbundenen ersten Kontaktabschnitts 12 wird die longitudinale Richtung 92 definiert , die bevorzugt wie gezeigt senkrecht zum Gehäuseabschnitt des Gehäuses des elektrischen Bauelements beziehungsweise dessen Außenfläche 102 stehen kann, aus dem die Kontaktanordnung 1 herausragt .
Die zwei zweiten Kontaktabschnitte 22 des zweiten Kontaktelements 20 sind entlang der zur longitudinalen Richtung 92 und zur vertikalen Richtung 91 j eweils senkrecht stehenden transversalen Richtung 93 neben dem ersten und zweiten Führungsabschnitt 11 , 21 angeordnet , wobei wie gezeigt die zwei zweiten Kontaktabschnitte 22 besonders bevorzugt symmetrisch neben dem ersten und zweiten Führungsabschnitt 11 , 21 angeordnet sind . Entsprechend ist entlang der transversalen Richtung 93 einer der zwei zweiten Kontaktabschnitte 22 auf einer Seite und der andere der zwei zweiten Kontaktabschnitte 22 auf der anderen Seite des zweiten Führungsabschnitts 21 angeordnet , wobei in longitudinaler Richtung 92 und vertikaler Richtung 91 die Positionen der zwei zweiten Kontaktabschnitte 22 bei der gezeigten symmetrischen Anordnung übereinstimmen . Die zweiten Kontaktabschnitte 22 können wie gezeigt bevorzugt direkt mit dem zweiten Führungsabschnitt 21 verbunden sein .
Das zweite Kontaktelement 20 weist in longitudinaler Richtung 92 , ausgehend von der Außenfläche 102 des Gehäuseabschnitts des Gehäuses 101 des elektrischen Bauelements 100 , eine kleinere Länge als das erste Kontaktelement 10 auf , so dass der erste Kontaktabschnitt 11 in longitudinaler Richtung weiter von der Außenfläche 102 entfernt ist als die zwei zweiten Kontaktabschnitte 22 .
Die Kontaktanordnung 1 ist dazu vorgesehen und eingerichtet , mittels Schweißen mit einem weiteren Bauelement verbunden zu werden . Entsprechend ist die Kontaktanordnung 1 frei von Schraubverbindungen oder Teilen davon . Jeder der Kontaktabschnitte 12 , 22 der Kontaktelemente 10 , 20 weist j eweils eine Schweiß zone 13 , 23 auf , in der im Rahmen eines Schweißverfahrens zumindest eine Schweißstelle erzeugt wird, wie beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 6A bis 6E beschrieben ist .
Die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 12 , 22 weisen weiterhin nicht nur Schweiß zonen 13 , 23 sondern zusätzlich auch Niederhaltezonen auf , also Bereiche , über die mittels eines geeigneten Niederhalteteils oder -Werkzeugs die Kontaktabschnitte gegen die mit den Kontaktabschnitten zu verschweißenden externen Anschlussstelle eines weiteren Bauelements gedrückt werden können . Beispielsweise können in der gezeigten Kontaktanordnung 1 die Niederhaltezonen in Randbereichen der Kontaktabschnitte 12 , 22 , die die Schweiß zonen 13 , 23 umgeben, vorgesehen sein . Weiterhin können Niederhaltezonen beispielsweise auch innerhalb der gekennzeichneten Schweiß zonen 13 , 23 oder, im Fall des zweiten Kontaktelements 20 , in transversaler Richtung 93 zwischen den Schweiß zonen 23 vorgesehen sein .
Die Schweiß zone 13 des ersten Kontaktabschnitts 12 weist eine erste Flächengröße Fl auf , während die Schweiß zonen 23 der zweiten Kontaktabschnitte 22 zusammengenommen eine zweite Flächengröße F2 aufweisen . Besonders bevorzugt sind die erste Flächengröße Fl und zweite Flächengröße F2 gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich . Insbesondere kann die zweite Flächengröße F2 von der ersten Flächengröße Fl um höchstens 30% oder höchstens 20% oder höchstens 10% abweichen, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist . Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die zweiten Kontaktabschnitte 22 zusammen eine Flächengröße f2 aufweisen, die in entsprechendem Maße gleich oder im Wesentlichen gleich der Flächengröße f l des ersten Kontaktabschnitts 12 ist und somit um höchstens 30% oder höchstens 20% oder höchstens 10% von der ersten Flächengröße f l abweicht .
Wie in den Figuren IC und ID erkennbar ist , ist das erste Kontaktelement 10 flächig in einer ersten Ebene ausgebildet , während das zweite Kontaktelement 20 flächig in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene ausgebildet ist , so dass beide Kontaktelemente 10 , 20 j eweils flach ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind .
Insbesondere können das erste und zweite Kontaktelement 10 , 20 j eweils ein Metallblech mit einem oder mehreren Metallen aufweisen . Das Metallblech kann beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen oder daraus sein . Weiterhin kann das erste Kontaktelement 10 zumindest im ersten Führungsabschnitt 11 und/oder das zweite Kontaktelement 20 im zweiten Führungsabschnitt 21 eine Beschichtung (nicht gezeigt ) aufweisen, die beispielsweise eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Zinn, Silber und Gold aufweisen kann . Weiterhin können auch die Kontaktabschnitte 12 , 22 der Kontaktelemente 10 , 20 teilweise eine Beschichtung (nicht gezeigt ) aufweisen, wobei besonders bevorzugt die Schweiß zonen 13 , 23 der Kontaktabschnitte 12 , 22 des ersten und zweiten Kontaktelements 10 , 20 j eweils frei von Beschichtungen sind . Zwischen dem ersten Führungsabschnitt 11 und dem zweiten Führungsabschnitt 21 ist weiterhin ein I solierelement 30 angeordnet . Das I solierelement 30 kann sich insbesondere in vertikaler Richtung 91 zwischen dem ersten und zweiten Führungsabschnitt 11 , 21 befinden, so dass der erste Führungsabschnitt 11 , das I solierelement 30 und der zweite Führungsabschnitt 21 in vertikaler Richtung 91 in dieser Reihenfolge übereinander oder untereinander angeordnet sind .
Das I solierelement 30 steht besonders bevorzugt in direktem mechanischem Kontakt zum ersten und zweiten Führungsabschnitt 11 , 21 und kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Kunststof f folie , beispielsweise mit oder aus Polyimid und/oder Polypropylen, aufweisen oder daraus gebildet sein . Die Folie kann insbesondere flach ausgebildet und zwischen die Kontaktelemente 10 , 20 eingelegt sein . Um die Gefahr von Kriechströmen zu vermindern, kann das I solierelement 30 , wie in den Figuren 1A und 1B erkennbar ist , den ersten und zweiten Führungsabschnitt 11 , 21 in transversaler Richtung 93 beidseitig überragen und somit breiter als die Führungsabschnitte 11 , 21 sein . Weiterhin kann das I solierelement 30 in longitudinaler Richtung 92 über das zweite Kontaktelement 20 hinausragen und somit länger als das zweite Kontaktelement 20 sein, wie in Figur ID erkennbar ist . Das erste Kontaktelement 10 wiederum ist in longitudinaler Richtung 92 länger als das I solierelement , wobei insbesondere der erste Kontaktabschnitt 12 oder zumindest die Schweiß zone 13 des ersten Kontaktabschnitts 12 in longitudinaler Richtung über das I solierelement 30 hinausragt .
Beispielsweise können die Kontaktelemente 10 , 20 in einer konkreten Ausgestaltung j eweils ein Kupferblech mit einer Dicke von etwa 1 mm in vertikaler Richtung 91 aufweisen, das mit einer Beschichtung versehen ist , wobei die Schweiß zonen 13 , 23 beidseitig frei von Beschichtungen und damit unbeschichtet sind und j eweils beidseitig blanke Kupferf lachen aufweisen . Die Schweiß zone 13 des ersten Kontaktabschnitts 12 kann beispielsweise in transversaler Richtung 93 eine Breite von 20 mm bis 28 mm und in longitudinaler Richtung 92 eine Länge von 7 mm aufweisen, während j ede der Schweiß zonen 23 der zweiten Kontaktabschnitte 22 j eweils eine Breite von 10 mm und eine Länge von 7 mm aufweisen kann . Die die Schweiß zonen 13 , 23 umgebenden Randbereiche können beispielsweise j eweils eine Breite von 1 mm aufweisen . In longitudinaler Richtung 92 kann das erste Kontaktelement 10 , von der Außenfläche 102 des Gehäuses 101 aus gerechnet , beispielsweise eine Länge von etwa 29 mm aufweisen, während das zweite Kontaktelement 20 eine entsprechende Länge von etwa 13 mm aufweisen kann . Durch den gezeigten Aufbau kann erreicht werden, dass die Kontaktanordnung 1 eine Induktivität von kleiner oder gleich 5 nH aufweist und damit eine Scheininduktivität , die im Vergleich zu herkömmlichen Anschlusslaschen erheblich geringer ist . Durch das Vorsehen von Schweiß zonen 13 , 23 und die damit verbundene Möglichkeit , die Kontaktanordnung 1 durch Schweißverbindungen mit externen Anschlussstellen zu verbinden, kann ein äußerst geringer Übergangswiderstand erreicht werden .
In den Figuren 2A und 2B sind schematische Darstellungen der Kontaktanordnung 1 gemäß weiteren Aus führungsbeispielen gezeigt , die Modi fikationen der in den Figuren 1A bis ID gezeigten Kontaktanordnung 1 bilden . Im Vergleich zu der Kontaktanordnung 1 , die in den Figuren 1A bis ID gezeigt ist , kann es möglich sein, dass der erste Führungsabschnitt 11 flächig in einer ersten Ebene ausgebildet ist und der zweite Führungsabschnitt 21 flächig in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene ausgebildet ist , während der ersten Kontaktabschnitt 12 und die zweiten Kontaktabschnitte 22 j eweils flächig in der ersten Ebene ausgebildet sind, wie in Figur 2A gezeigt ist , oder der erste Kontaktabschnitt 12 und die zweiten Kontaktabschnitte 22 j eweils flächig in der zweiten Ebene ausgebildet sind, wie in Figur 2B gezeigt ist . Hierzu kann das entsprechende Kontaktelement 10 , 20 zumindest eine Sicke oder Verprägung und damit also zumindest eine Stufe aufweisen, wie in den Figuren 2A und 2B erkennbar ist , um die zweiten Kontaktabschnitte 22 in die Ebene des ersten Kontaktelements 10 zu bringen oder den ersten Kontaktabschnitt 12 in die Ebene des zweiten Kontaktelements 20 . Durch die Anordnung der ersten und zweiten Kontaktabschnitte 12 , 22 in derselben Ebene kann ein weiteres elektrisches Bauelement beispielsweise mit in derselben Ebene angeordneten Anschlussstellen ausgebildet sein und somit eine Ebene Kontaktzone aufweisen, was beispielsweise eine erleichtere Fertigung bewirken kann .
Die Figuren 3A bis 3C zeigen schematische Darstellungen der Kontaktanordnung 1 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Im Vergleich zu den vorherigen Aus führungsbeispielen weisen in der in den Figuren 3A bis 3C gezeigten Kontaktanordnung 1 der erste Führungsabschnitt 11 und der zweite Führungsabschnitt 21 j eweils ein gefaltetes Metallblech auf . Die gefalteten Führungsabschnitte 11 , 21 werden beispielsweise dadurch hergestellt , dass im Bereich der Führungsabschnitte 11 , 21 die zur Herstellung verwendeten ebenen Metallbleche im Vergleich zur späteren Breite der Führungsabschnitte 11 , 21 eine doppelte Breite aufweisen . Durch symmetrisches Falten werden die seitlichen Ränder so zueinander gebracht , dass sie sich mittig tref fen . Mit anderen Worten steht bei den in den Figuren 3A bis 3C gezeigten Führungsabschnitten 11 , 21 des ersten und zweiten Kontaktelements 10 , 20 im Vergleich zu den vorherigen Aus führungsbeispielen eine im Wesentlichen verdoppelte Querschnitt fläche zur Verfügung, so dass durch eine derartige Faltung oder Aufdopplung, die bevorzugt wie gezeigt symmetrisch ist , mit Vorteil die Stromtragfähigkeit der Führungsabschnitte 11 , 21 j eweils erhöht werden kann . Besonders bevorzugt kann, wenn die gefalteten Führungsabschnitte 11 , 21 wieder zurück gefaltet würden, die Breite dieser entlang der transversalen Richtung 93 der Breite des zweiten Kontaktabschnitts 22 entsprechen .
Weiterhin kann das erste Kontaktelement 10 zwischen dem ersten Führungsabschnitt 11 und dem ersten Kontaktabschnitt 12 einen Übergangsabschnitt 14 aufweisen, der den ersten Führungsabschnitt 11 mit dem ersten Kontaktabschnitt 12 verbindet und der eine geringere Stromtragfähigkeit als der erste Führungsabschnitt 11 und als der erste Kontaktabschnitt 12 aufweist . Der Übergangsabschnitt 14 kann eine geringere Breite in transversaler Richtung 93 und damit eine geringere Querschnitts fläche in einer zur longitudinalen Richtung 92 senkrecht stehenden Schnittebene als j eweils der erste Führungsabschnitt 11 und der erste Kontaktabschnitt 12 aufweisen . Dadurch dass der Übergangsabschnitt 14 in longitudinaler Richtung 92 j edoch eine sehr geringe Länge aufweist , kann erreicht werden, dass keine nachteilige Wärmeentwicklung im Übergangsabschnitt 14 stattfindet .
Die Figuren 4A und 4B zeigen schematische Darstellungen der Kontaktanordnung 1 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel , bei dem im Vergleich zu den vorherigen Aus führungsbeispielen das I solierelement 30 anstelle einer Folie durch ein IJ- förmiges Kunststof f teil gebildet wird . Das U- förmige I solierelement 30 kann beispielsweise mit oder aus Polypropylen sein und ist wie die vorab gezeigte Kunststof f folie zwischen dem ersten und zweiten Führungsabschnitt 11 , 21 angeordnet und ragt beidseitig in transversaler Richtung 93 über die Führungsabschnitte 11 , 21 hinaus . Weiterhin weist das I solierelement 30 Seitenstege auf , die sich beidseitig neben dem ersten Führungsabschnitt 11 in vertikaler Richtung 91 erstrecken . Dabei kann das I solierelement 30 in vertikaler Richtung 91 mit den Seitenstegen auf gleicher Höhe wie der erste Führungsabschnitt 11 enden oder, wie in den Figuren 4A und 4B erkennbar ist , diesen in vertikaler Richtung 91 überragen . Durch eine derartige U- förmige Ausgestaltung des I solierelements 30 können insbesondere seitlich an den Kontaktelementen 10 , 20 mögliche Kriechstromstrecken erheblich verlängert werden .
Die in Verbindung mit den Figuren 1A bis 4B beschriebenen Merkmale der Kontaktanordnung 1 können auch miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen in den Figuren gezeigt sind .
In den Figuren 5A bis 5C sind schematische Darstellungen eines elektrischen Bauelements 100 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel gezeigt , das rein beispielhaft als Zwischenkreiskondensator mit drei nebeneinander angeordneten gleich ausgebildeten Kontaktanordnungen 1 ausgebildet ist . Die in den Figuren 5A bis 5C gezeigte Aus führung des elektrischen Bauelements 100 ist nicht beschränkend zu verstehen . Die Kontaktanordnungen 1 können wie vorab beschrieben ausgebildet sein, wobei rein beispielhaft eine Ausgestaltung gemäß der Figuren 4A und 4B gezeigt ist . In Figur 5A ist eine Ansicht entlang der vertikalen Richtung auf die Oberseite des elektrischen Bauelements 100 gezeigt , während in der Figur 5B eine dreidimensionale Ansicht und in der Figur 5C eine Ansicht entlang der vertikalen Richtung auf die Unterseite des elektrischen Bauelements 100 gezeigt sind . Im Gehäuse 101 können ein oder mehrere Kondensatoren vorhanden sein, die mit den Kontaktanordnungen 1 verbunden sind . Rein beispielhaft sind auf der Außenfläche , die der Außenfläche 102 , aus der die Kontaktanordnungen 1 herausragen, gegenüberliegt , elektrische Anschlusslaschen vorhanden . Uber in der Unterseite des Gehäuses 101 vorhandene Ösen kann eine Befestigung des elektrischen Bauelements 100 auf einem Träger wie beispielsweise einer Wärmesenke erfolgen . Die Kontaktanordnungen 1 bilden rein beispielhaft eine Ausgangsseite des elektrischen Bauelements mit , wie vorab beschrieben, niederinduktiven und niederohmigen elektrischen Anschlüssen für weitere elektrische Bauelemente .
In Verbindung mit den Figuren 6A bis 6E ist eine elektrische Vorrichtung 1000 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel gezeigt , die das elektrische Bauelement 100 gemäß der Figuren 5A und 5B sowie weitere elektrische Bauelemente 200 aufweist , die auf einem gemeinsamen Träger 300 , insbesondere einer Wärmesenke , angeordnet sind . Die Figuren 6A und 6B zeigen die elektrische Vorrichtung 1000 in einer dreidimensionalen Ansicht sowie in einer Schnittdarstellung, während die weiteren elektrischen Bauelemente 200 ohne das elektrische Bauelement 100 in Figur 6C dargestellt sind . In den Figuren 6D und 6E sind Schweißverbindungen gezeigt . Die gezeigten elektrischen Bauelemente 100 , 200 sind im Hinblick auf ihren Aufbau und ihre Funktionalität rein beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen .
Die weiteren elektrischen Bauelemente 200 , die auf einem Zwischenträger 202 angeordnet sind, können beispielsweise Halbleitermodule zur Erzeugung von Wechselstrom aus einem Gleichstrom sein, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen verwendet werden . Damit kann mit der elektrischen Vorrichtung 1000 beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrom zum Betrieb von Elektromotoren erzeugt werden .
Jedes der weiteren elektrischen Bauelemente 200 weist zwei elektrische Anschlussstellen 201 auf . Auf einer der Anschlussstellen 201 j edes der weiteren elektrischen Bauelemente 200 ist der erste Kontaktabschnitt des ersten Kontaktelements 10 einer Kontaktanordnung 1 angeordnet , während auf der j eweils anderen Anschlussstelle 201 die zweiten Kontaktabschnitte des zweiten Kontaktelements 20 angeordnet sind . Das erste Kontaktelement 10 und das zweite Kontaktelement 20 werden in den Schweiß zonen mittels Schweißen mit den elektrischen Anschlussstellen 201 elektrisch leitend und mechanisch verbunden .
Besonders bevorzugt wird ein Laserschweißverfahren verwendet , wie im allgemeinen Teil beschrieben ist . In Figur 6D sind beispielhaft eine bevorzugte sichel förmige Schweißstelle 19 sowie eine ebenfalls bevorzugte Schweißstelle 19 in Form einer Doppel-Sichel gezeigt . In Figur 6E ist eine Fotographie einer Schnitts durch eine mittels Laserschweißung hergestellten Schweißstelle 19 gezeigt , wobei die gestrichelte hori zontale Linie die Grenz fläche zwischen der Anschlussstelle 201 und dem Kontaktelement 10 oder 20 andeutet . Weiterhin ist der durch die Laserschweißung auf geschmol zene Teil , der die Schweißstelle 14 bildet , durch eine gestrichelte Linie zur besseren Erkennbarkeit hervorgehoben . Wie im allgemeinen Teil beschrieben ist , können mittels des Laserschweißverfahrens die Form der Schweißstelle 19 und die Schweißtiefe leicht eingestellt werden . Alternativ hierzu kann eine Schweißstelle auch punkt- oder linienförmig ausgebildet sein und/oder es kann ein anderes Schweißverfahren verwendet werden .
Im Vergleich zu bisherigen Verbindungslösungen, in denen Plus- und Minus-Verbindungen nebeneinander hergeführt sind, was zu einer erhöhten Scheininduktivität mit Werten im Bereich vom mehr als 15 nH führt , werden bei der Kontaktanordnung gemäß den vorab beschriebenen Aus führungsbeispielen schweiß fähige , überlagernd geführte Kontaktelemente verwendet . Diese ersetzen insbesondere auch sehr aufwendige Schraublösungen . Die passend aufeinander abgestimmten Kontaktelemente , in denen die Strompfade so lange wie möglich übereinander geführt werden, reduzieren sowohl die Scheininduktivität als auch den Serienwiderstand auf ein Minimum, wobei die Induktivität Werte in einem Bereich von weniger als 5 nH und beispielsweise etwa 3 nH aufweisen kann . Solche extrem niedrigen Werte kommen beispielsweise auch neuen sogenannten WBG-Materialien (WBG : „wide band gap" , große Bandlücke ) , die extreme Flankensteilheiten erlauben, entgegen . Die bisherige hohe zusätzliche Scheininduktivität hat hingegen den für neu entwickelte Elektromotoren notwendigen Strom begrenzt . Neu entwickelte Elektromotoren, speziell auch für die Elektromobilität , erlauben deutlich höhere Ströme als bisher, was mit Halbleitermodulen basierend auf WBG-Materialien durch deren extrem geringen ESL-Wert sowie in Verbindung mit der beschriebenen Kontaktanordnung durch eine niederinduktive Ankopplung möglich wird .
Die hier beschriebene Geometrie der Kontaktanordnung ist für DC-Link-Kondensatoren unterschiedlichster Technologien ( Film/Alu/Keramik oder Hybrid-Versionen davon) und auch für andere , beispielsweise passive , Bauelemente wie DC-Link- Kondensatoren mit integriertem EMI-Filter oder EMI-Bauteilen, EMI-Filterbauteilen, Anschlussbusbar usw . verwendbar .
Das beschriebene Laserschweißverfahren wird mit Vorteil in Kombination mit der Kontaktanordnung verwendet , da es nur wenig Erwärmung in die oberen Schichten der Bauelemente einbringt und diese somit nicht schädigt , wobei die Eindringtiefe variiert werden kann . Insbesondere wird kein Platz mehr für eine aufwändige Schraubverbindung benötigt . Die Kontaktstellen befinden sich direkt auf dem oder den weiteren Bauelementen und der benötigte Raum für die Niederhalte-Werkzeuge zum Schweißen ist bereits berücksichtigt . Die Laserschweißung kann den Übergangswiderstand deutlich verringern und die Herstellung einwandfreier Kontaktstellen in Bruchteilen von Sekunden erlauben . Sofern notwendig, erzeugen auf gleichem Raum ausgeführte mehrfache Schweißstellen höchste Kontakt Zuverlässigkeit für extrem hohe Ströme bei deutlich reduzierter Erwärmung und bei gleicher Kontakt fläche .
Die beschriebene Kontaktanordnung erlaubt eine extrem kostengünstige und optimierte Anbindung von elektrischen Bauelementen verschiedenster Aus führung insbesondere an neuartigen, niedrigstinduktiven Halbleitermodulen . Die überlappenden Kontaktelemente sind bevorzugt so ausgeführt , dass sie ein weites Spektrum an Leistung übertragen können, ohne dass eine zu starke Erwärmung auf tritt .
Die Kontaktanordnung kann mit Vorteil alle mechanischen und elektrischen Anforderungen an die Verbindungen erfüllen, insbesondere beispielsweise Strombelastbarkeit , Rüttel f estigkeit , Zugbelastbarkeit , niederinduktive/niederohmige Anbindung, geringe Erwärmung selbst bei hohen Strömen, I solations festigkeit sowohl für Luft- als auch Kriechstrecken sowie mechanische Anforderungen bezüglich ( Co- ) Planarität , Luftspalte , zusätzliche Vertiefungen in den Kontaktelementen . Die Kontaktelemente können wie oben beschrieben insbesondere auch ohne eine höhenausgleichende Einpresssicke gefertigt werden, was die Kosten senken kann .
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Bezugszeichenliste
1 Kontakt anordnung
10, 20 Kontakt element
11, 21 Führungs ab schnitt
12, 22 Kontakt abschnitt
13, 23 Schweißzone
14 Über gangs ab schnitt
19 Schweißstelle
30 Isolier element
91 vertikale Richtung
92 longitudinale Richtung
93 transversale Richtung
100 elektrisches Bauelement
101 Gehäuse
102 Außenfläche
200 elektrisches Bauelement
201 elektrische Anschlussstelle
202 Zwischenträger
300 Träger
1000 elektrische Vorrichtung
Fl, F2, fl, f2 Flächengröße

Claims

29
Patentansprüche
1. Kontaktanordnung (1) für ein elektrisches Bauelement, aufweisend
- ein erstes Kontaktelement (10) mit einem ersten
Führungsabschnitt (11) und einem ersten Kontaktabschnitt (12) ,
- ein zweites Kontaktelement (20) mit einem zweiten
Führungsabschnitt (21) und zwei zweiten Kontaktabschnitten (22) , wobei
- der erste und zweite Führungsabschnitt in einer vertikalen
Richtung (91) übereinander liegen und sich überdecken und sich entlang einer zur vertikalen Richtung senkrechten longitudinalen Richtung (92) erstrecken,
- der erste Kontaktabschnitt in longitudinaler Richtung auf den ersten Führungsabschnitt folgt und
- die zwei zweiten Kontaktabschnitte symmetrisch entlang einer zur longitudinalen Richtung und zur vertikalen Richtung jeweils senkrecht stehenden transversalen Richtung (93) neben dem ersten und zweiten Führungsabschnitt angeordnet sind.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, wobei jeder des ersten Kontaktabschnitts und der zweiten Kontaktabschnitte eine Schweißzone (13, 23) aufweist.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, wobei die Schweißzone des ersten Kontaktabschnitts eine erste Flächengröße aufweist und die Schweißzonen der zweiten Kontaktabschnitte zusammen eine zweite Flächengröße aufweisen und die zweite Flächengröße von der ersten Flächengröße um weniger als 30% abweicht. 30 Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei das erste Kontaktelement flächig in einer ersten Ebene ausgebildet ist und das zweite Kontaktelement flächig in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene ausgebildet ist . Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei der erste Führungsabschnitt flächig in einer ersten Ebene ausgebildet ist und der zweite Führungsabschnitt flächig in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene ausgebildet ist und der erste und die zweiten Kontaktabschnitte flächig in der ersten Ebene oder der zweiten Ebene ausgebildet sind . Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei das erste und zweite Kontaktelement ein Metallblech aufweisen . Kontaktanordnung nach Anspruch 6 , wobei der erste Führungsabschnitt und/oder der zweite Führungsabschnitt ein gefaltetes Metallblech aufweist . Kontaktanordnung nach Anspruch 6 oder 7 , wobei das Metallblech Kupfer aufweist . Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , wobei das erste Kontaktelement im ersten Führungsabschnitt und/oder das zweite Kontaktelement im zweiten Führungsabschnitt eine Beschichtung aufweisen . Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 , wobei der erste und zweite Kontaktabschnitt zumindest teilweise frei von Beschichtungen sind . Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei das erste Kontaktelement zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem ersten Kontaktabschnitt einen Übergangsabschnitt ( 14 ) aufweist , der den ersten Führungsabschnitt mit dem ersten Kontaktabschnitt verbindet und der eine geringere Stromtragfähigkeit als der erste Führungsabschnitt und der erste Kontaktabschnitt aufweist . Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem zweiten Führungsabschnitt ein I solierelement ( 30 ) angeordnet ist . Kontaktanordnung nach Anspruch 12 , wobei das I solierelement durch eine elektrisch isolierende Kunststof f folie gebildet wird . Kontaktanordnung nach Anspruch 12 , wobei das I solierelement durch ein U- förmiges Kunststof f teil gebildet wird, das zwischen dem ersten und zweiten Führungsabschnitt beidseitig in transversaler Richtung herausragt und sich neben dem ersten und/oder zweiten Führungsabschnitt in vertikaler Richtung erstreckt . Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 , wobei das I solierelement in unmittelbarem mechanischem Kontakt zum ersten und zweiten Führungsabschnitt steht . 16. Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontaktanordnung eine Induktivität von kleiner oder gleich 5 nH aufweist.
17. Elektrisches Bauelement (100) , aufweisend zumindest eine Kontaktanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche .
18. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 17, wobei das elektrische Bauelement zumindest einen Kondensator und/oder ein Filterelement aufweist.
19. Elektrische Vorrichtung (1000) , aufweisend
- zumindest ein elektrisches Bauelement (100) nach einem der
Ansprüche 17 und 18 und
- zumindest ein weiteres elektrisches Bauelement (200) , das elektrische Anschlussstellen (201) aufweist, die mit dem ersten Kontaktabschnitt (12) und den zweiten Kontaktabschnitten (22) der zumindest einen Kontaktanordnung (1) des elektrischen Bauelements durch Schweißverbindungen mechanisch und elektrisch verbunden sind .
20. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das zumindest eine elektrische Bauelement und das zumindest eine weitere elektrische Bauelement auf einem gemeinsamen Träger (300) montiert sind.
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