JP2016535437A - 負荷を制御する電気回路、および負荷を制御する電気回路の製造方法 - Google Patents

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Abstract

特に車両用の電気モータである負荷を制御する電気回路（102）は、第１表面および第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリア（310）と、第１表面上に配置された中間回路コンデンサ（314）と、第２表面上に配置され、および中間回路コンデンサ（314）と電導的に接続されたパワー半導体（312）であって、負荷用の電気エネルギーを供給するパワー半導体（312）と、を備える。パワー半導体（312）は、少なくとも１つの、第１電気接続部（325）および第２電気接続部（326,327）を備える。第１電気接続部（325）は、熱伝導面（329）と導電的に接続されており、熱伝導面（329）は、パワー半導体（312）において、回路キャリア（310）の第２表面から反対側の上に配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、負荷を制御する電気回路、および、例えば車両の電気モータである負荷を制御する電気回路の製造方法に関する。
自動車領域において、高負荷用に電気モータを制御する場合、例えばDCモータ（直流モータ）用のHブリッジ、またはBLDCモータ（ブラシレス直流モータ）用のB6ブリッジ等、種々の配置のパワー半導体が適用される。低電圧領域においては、個別パワー半導体として、特にパワーMOSFETが使用される。高電圧の場合、特にハイブリッドシステム用には、分離されたゲート電極と共にバイポーラトランジスタも適用される。そうしたパワー半導体には、作動中に過熱しないよう冷却が必要である。
負荷、例えばモータの制御には、バッファとして中間回路コンデンサが必要とされ、中間回路コンデンサは電磁的両立性の観点から判断して、最適な状態で配置されている。中間回路コンデンサにも、リプル電流負荷およびそれに起因するパワー損失を理由に、冷却が必要となる可能性がある。
こうした背景に鑑み、本発明は、改良型の負荷を制御する電気回路、および、独立請求項に記載したとおりの、負荷を制御する電気回路の、改良型の製造方法を達成する。有利な実施形態は、従属請求項及び以下の記述から明らかとなる。
パワー半導体が、パワー半導体において、取り付け面と対向する側に熱伝導面を備えている場合、従ってパワー半導体の作動中に発生する熱を、熱伝導面を介して導出可能である。このようにして、パワー半導体が取り付けられた回路キャリアを介しての熱放出が不要となるか、または必要だとしても、ごく僅かな熱放出となる。
特に車両用の電気モータである負荷を制御する電気回路は、第１表面および第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリアと、第１表面上に配置された中間回路コンデンサと、第２表面上に配置され、および中間回路コンデンサと電導的に接続されたパワー半導体であって、負荷用の電気エネルギーを供給するパワー半導体と、を備えている。
中間回路コンデンサおよびパワー半導体が、回路キャリアに関して対向するよう回路キャリア上に配置されている。これにより、個々の構成素子のEMC（電磁両立性）結合が改良される。当然ながら更なる電子素子も、パワー半導体に対向して回路キャリア上に配置可能である。
有効には、パワー半導体はリバースパワー出力段、特にリバースMOSFETまたはダイレクトFETとして構成されている。中間回路コンデンサは、有効にはSMD（表面実装）型電解コンデンサ、特にポリマー電解コンデンサとする。
パワー半導体は、少なくとも１つの、第１電気接続部および第２電気接続部を備える。第１電気接続部は、熱伝導面と導電的に接続されており、熱伝導面は、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面から反対側の上に配置されている。
「電気回路」は、例えば実装された回路基板、装置、または、例えば制御機器である電気機器、と理解可能である。電気回路は、例えばエネルギー供給、または負荷に対するインターフェイスを実装可能である。負荷は、例えば電気機械である電力消費装置とすることが可能である。電気エネルギーは、負荷を作動させるために直流電流または交流電流として供給可能である。パワー半導体は制御接続部を実装可能である。制御接続部を介して、例えば負荷用に供給されるエネルギーの量または時間的な経過を制御可能である。パワー半導体は、いわゆるリバース構成部品の形状、例えばリバース出力段の形状で構成可能である。この場合パワー半導体は、電気接続部の取り付け側に、例えばはんだボール、または、はんだ面を実装可能であるか、または、はんだ接続部を実装可能であり、これらのはんだ面は、取り付け面の方向を向いている。パワー半導体、またはパワー半導体のハウジングにおいて、取り付け側に対向する側の上に、熱伝導面を実装可能である。熱伝導面は、パワー半導体の電気接続部のうちの、少なくとも１つの電気接続部と、導電的に接続可能である。このようにして、パワー半導体の内部で発生する熱を、極めて良好に外側に導出可能である。パワー半導体は、中間回路と出力回路の間で、インターフェイスを構成可能である。パワー半導体は、例えば電気回路の出力段の一部、またはそうした出力段とすることが可能である。負荷はこの出力回路に配置可能である。中間回路コンデンサを配置し、電気エネルギーを中間回路で中間保存可能である。「中間回路コンデンサ」は、個々のコンデンサ、または、例えば並列接続により互いに接続された、個々のコンデンサの複数、と理解可能である。「回路キャリア」は、回路基板、または多数の電線を有する基板、と理解可能である。
そうしたアプローチにより、電子部品を絶対的な省スペースで配置可能、EMC（電磁両立性）を最適化して中間回路コンデンサを結合可能、および、例えば１つまたは複数のパワー半導体である出力部品を良好に冷却可能である。
パワー半導体の第１電気接続部および第２電気接続部は、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面に向いた側の上に配置可能である。代替的に、第１電気接続部および第２電気接続部のはんだ面または接触面は、回路キャリアの第２表面に向くことが可能である。パワー半導体は、第１電気接続部を介して負荷用の電気エネルギーを導くよう構成可能である。例えば第１電気接続部を、パワー半導体を中間回路コンデンサと接続するための入力部、または、パワー半導体を負荷と接続するための出力部、とすることが可能である。接続部を、パワー半導体において、回路キャリアに向いた側の上に配置することにより、パワー半導体内部の線の長さを極めて短く保つことが可能である。さらにパワー半導体は、SMD型構成部品として構成可能である。
電気回路は、パワー半導体用冷却体を実装可能である。パワー半導体用冷却体は、パワー半導体の熱伝導面と接続可能である。例えばパワー半導体用冷却体の表面は、直接または中間層を介して、熱伝導面と接続可能である。従って、パワー半導体用冷却体はパワー半導体上に配置可能であるか、またはその反対に、パワー半導体をパワー半導体用冷却体上に配置可能である。これにより極めてコンパクトな構成が可能となる。さらに、パワー半導体の作動中に発生する熱を、パワー半導体用冷却体を介して回路キャリアから導出可能である。これにより、更なる、場合によっては温度感受性構成部品を、回路キャリア上でパワー半導体の近傍に配置可能となる。
さらに電気回路は、中間回路コンデンサ用冷却体を実装可能である。中間回路コンデンサ用冷却体が、中間回路コンデンサにおいて、回路キャリアの第１表面から反対側と接続可能である。例えば中間回路コンデンサ用冷却体の表面は、直接または中間層を介して、中間回路コンデンサと接続可能である。従って、中間回路コンデンサ用冷却体は、中間回路コンデンサ上に配置可能であるか、またはその反対に、中間回路コンデンサを中間回路コンデンサ用冷却体上に配置可能である。中間回路コンデンサ用冷却体を介して、中間回路コンデンサから熱を導出可能である。これにより、中間回路コンデンサの寿命を伸ばすことが可能である。中間回路コンデンサ用冷却体は、中間回路コンデンサから導出された熱を、回路キャリアから離れる方向に導くよう構成することが有利である。
パワー半導体の熱伝導面とパワー半導体用冷却体の間に、熱伝導性材料を配置可能である。これに対応して、中間回路コンデンサ用冷却体と、中間回路コンデンサにおける、回路キャリアの第１表面から反対側の間に、熱伝導性材料を配置可能である。熱伝導性材料は、例えばペースト、箔、または酸化物層とすることが可能であり、これらにより、冷却体と冷却されるべき構成部品の間の熱伝達が向上可能である。さらに、熱伝導性材料は、冷却されるべき構成部品を機械的に支承する役割を果たすことが可能である。
実施形態に従い、電気回路はハウジングを備える。この場合、回路キャリアはハウジングの内部に配置されている。ハウジングの第１ハウジング壁は、中間回路コンデンサ用冷却体を形成可能である。ハウジングにおいて、第１ハウジング壁に対向する第２ハウジング壁は、パワー半導体用冷却体を形成可能である。第１および第２ハウジング壁を、互いに平行して配置可能である。ハウジング壁は金属製として構成可能である。ハウジングを冷却体として使用することにより、追加的な冷却体を省略可能である。これにより、重量および構成スペースを省略可能である。さらに、中間回路コンデンサおよびハウジングの内部のパワー半導体の双方の状態が、ハウジングと直接に接触させることにより安定可能である。
実施形態により、パワー半導体はトランジスタとして構成可能である。トランジスタにおける、第１電気接続部、第２電気接続部および第３電気接続部は、回路キャリアの第２表面に配置された接触面を介して、回路キャリアと導電的に接続可能である。接触面は、例えば、はんだ面とすることが可能である。トランジスタは、パワートランジスタとすることが可能である。トランジスタは、例えばMOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）またはパワーMOSFETとすることが可能である。そうしたMOSFETは、電気接続部としてドレイン接続端子、ソース接続端子およびゲート接続端子を実装可能である。例えば、ドレイン接続端子またはソース接続端子を、熱伝導面と導電的に接続可能である。バイポーラトランジスタの場合も、コレクタ接続端子、エミッタ接続端子およびベース接続端子を備えたパワーバイポーラトランジスタ、または、コレクタ接続端子、エミッタ接続端子およびベース接続端子を備えたIBGT（絶縁ゲート装備のバイポーラトランジスタ）とすることが可能である。バイポーラトランジスタの場合、例えばコレクタ接続端子またはエミッタ接続端子を、熱伝導面と導電的に接続可能である。
実施形態に従い、中間回路コンデンサおよびパワー半導体は、中間回路コンデンサにおいて、回路キャリアの第１表面に向いた基本面が、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面に向いた基本面と重なるよう、回路キャリアに配置可能である。従って、中間回路コンデンサおよびパワー半導体は、直接に対向して、回路キャリアに配置可能である。これにより、中間回路コンデンサをパワー半導体と接続する電線は、極めて短く、例えば回路キャリアを貫通する貫通接続部として構成可能である。
電気回路は、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサを実装可能であり、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサは第１表面上に配置されている。追加的または代替的に、電気回路は少なくとも１つの更なるパワー半導体を実装可能であり、少なくとも１つの更なるパワー半導体は、第２表面上に配置され、負荷用の更なる電気エネルギーを供給する。更なるパワー半導体は、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサと導電的に接続可能である。例えば電気回路は、３つのパワー半導体を実装可能である。これら３つのパワー半導体を介して、例えば３相電流モータの形状である負荷に対して３相電流を供給可能である。中間回路コンデンサの個数は、パワー半導体の個数に対応可能である。代替的に、中間回路コンデンサの個数を、パワー半導体の個数と相違させることが可能である。このようにして、負荷から出された必要条件に対して、電気回路を調整可能である。
特に車両用の電気モータである負荷を制御する電気回路の製造方法であって、
第１表面および第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリアを供給するステップと、
中間回路コンデンサを、回路キャリアの第１表面上に配置するステップと、
負荷用の電気エネルギーを供給するパワー半導体を、回路キャリアの第２表面上に配置するステップであって、少なくとも１つの、第１電気接続部および第２電気接続部をパワー半導体に備え、第１電気接続部を、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面から反対側の上に配置した熱伝導面と電導的に接続するステップと、
パワー半導体を、中間回路コンデンサと導電的に接続するステップと、を含む製造方法である。
例えば中間回路コンデンサおよびパワー半導体を回路キャリア上に配置するステップ、または、例えば回路キャリア、中間回路コンデンサおよびパワー半導体の配置を加熱するステップである独立したステップにより、パワー半導体を中間回路コンデンサと導電的に接続可能である。
本発明は、添付の図面を参照して、以下に例示的に詳説される。
本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路を備えた車両の図である。 負荷を制御する電気回路の図である。 本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の図である。 本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の図である。 本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の製造方法を示すフロー図である。
本発明の好適な実施形態に関する以下の記載において、種々の図面に記された類似の作用を有する素子に関しては同一又は類似の符号を使用し，これら素子を繰り返して記載することを控えている。
図１は本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路102を備えた車両100の図である。車両100は、例えば自動車、または軌条車両である旅客輸送用車両とすることが可能である。この実施形態に従い、負荷104は電気モータ104として構成されている。電気モータ104は、車両100の駆動モータ104とすることが可能である。従って、電気回路102は電気モータ104の制御電子機器を構成可能である。
電気回路102は、モータ104を駆動する電気エネルギーをモータ104に供給するよう構成されている。そのために電気回路102は、例えばプラグまたは電線の形状である、適切な出力インターフェイスを備える。この実施形態に従い、電気回路102は２つの電線を介してモータ104と接続されている。従って、モータ104は直流モータとすることが可能である。モータ104が３相電流モータとして構成されている場合、電気回路102は、例えば３本の電線を介してモータ104と接続可能である。
モータ104から供給された機械的動力は、電気回路102からモータ104に供給される電気エネルギーにより制御可能である。モータ104用に電気エネルギーを供給するために、電気回路102は、例えばパワートランジスタである、少なくとも１つのパワー半導体を備える。この実施形態に従い、電気回路102はエネルギー供給部106と接続されている。電気回路102は、エネルギー供給部106の電気エネルギーを受容し、例えば中間回路コンデンサに蓄え、および制御しつつモータ104に放出するよう構成されている。エネルギー供給部106は、例えば車両100のバッテリとすることが可能である。
さらに電気回路102はこの実施形態に従い、制御装置108へのインターフェイスを備える。制御装置108はこの実施形態に従い、モータ104を制御するための制御信号を電気回路102に供給するよう構成されている。例えば制御信号は、電気回路102におけるパワートランジスタの制御接続部を制御するために使用可能であり、この制御接続部を介して、電気エネルギーがモータ104へ供給される。代替的な実施形態に従い、電気回路102は、エネルギー供給部106、および追加的または代替的に制御装置108を含むことが可能である。
電気回路102は、ハウジング内に配置可能である。そうしたハウジングは、電気回路102を完全に包囲可能であり、および、例えば電気回路102をモータ104またはエネルギー供給部106と接続するためのインターフェイスのみを装備可能である。
図２は負荷を制御する電気回路202を示す。例えば電気回路202は、図１に示す負荷を制御する電気回路に替えて、図１に示すモータの制御電気回路として適用可能である。
電気回路202は回路キャリア210を備える。回路キャリア210の表面上には、３つの出力段212、および出力段212に隣接して３つのコンデンサ214が配置されている。回路キャリア210はハウジング内に配置されており、ハウジングのハウジング上側216およびハウジング下側217が示される。回路キャリア210およびハウジング下側217の間には、間隙がある。この間隙内部には、各出力段212に対向する、熱伝導性材料219が配置されている。熱伝導性材料219により、回路キャリア210とハウジング下側117を熱的に接続可能である。
コンデンサ214は中間回路コンデンサを構成する。例えば、３つのコンデンサ214は３つの並列接続されたSMD型電解コンデンサを構成可能である。３つの出力段212は、標準MOSFETにより実現可能である。
図２は、自動車分野における電気モータを制御する電気回路202の、可能な構成を示す。特別な特徴として、パワー出力段212は回路キャリア210を通して冷却されることが強調される。例えばハウジングの部分であり、熱を放出する役割を果たすヒートシンクまたは冷却体は、出力段212において対向する側に存在する。EMC、つまり電磁両立的な理由により、３つのコンデンサ214から構成された中間回路コンデンサは、出力段212の可及的近傍に位置しており、およびヒートシンクと熱的にも結合可能である。
図３は、本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路102を示す。例えば、電気回路102は図１に示す電気回路を構成可能である。
電気回路102は回路キャリア310を備える。回路キャリア310の第１表面上には、中間回路コンデンサ314が配置されている。回路キャリア310において、第１表面と対向する第２表面上には、パワー半導体312が配置されている。この実施形態に従い、パワー半導体312は、電気負荷を制御する出力段を構成し、およびパワー半導体はパワートランジスタとして構成可能である。
中間回路コンデンサ314は、２つの電気接続部321,322を介して、回路キャリア310の第１表面上の電気接点と導電的に接続されている。
パワー半導体312は、３つの電気接続部325,326,327を介して、回路キャリア310の第２表面上の電気接点と導電的に接続されている。
電気接続部321,322,325,326,327は、例えば、はんだ接点または、はんだタグとして構成可能である。例えば、中間回路コンデンサ314およびパワー半導体312は、SMD型構成部品として構成可能である。
実施形態に従い、パワー半導体312の接続部321は、回路キャリア310を貫通する貫通接続部328を介して、中間回路コンデンサ114の接続部321と導電的に接続されている。
パワー半導体312は、組立てられた状態で回路キャリア310から反対側の上に、熱伝導面329を備える。熱伝導面329は、例えば金属面として実現可能である。熱伝導面329は、パワー半導体312において、回路キャリア310から反対側を完全に覆うことができる。パワー半導体312は、いわゆるリバース構成部品として構成可能である。この場合、パワー半導体312の接続部325,326,327のうちの１つの接続部は、熱伝導面329と導電的に接続されている。熱伝導面329と導電的に接続された接続部325,326,327のうちの１つの接続部は、グランド接続部とは異なる接続部とすることが可能である。この実施形態に従い、パワー半導体312はMOSFETとして構成され、パワー半導体312のドレイン接続端子325は、熱伝導面329と接続されている。
さらに、例えば金属製である、電導性のエッジ接続部が、パワー半導体210のエッジ側に沿って延在する。この実施形態に従い、パワー半導体312の電気接続部325は、エッジ接続部を介して熱伝導面329と接続している。
熱伝導面329は、パワー半導体312の作動中に発生する熱を、例えば熱伝導面329上に配置された冷却体317へと導出するために使用可能である。冷却体317は、例えば冷却板である独立構成部品として構成可能である。代替的に、冷却体317をハウジングの一部とし、電気回路102を完全に、または部分的に包囲可能である。
実施形態に従い、コンデンサ314は同様に冷却体316を備える。冷却体316は、同様に独立構成部品として、またはハウジングの一部として構成可能である。
図４は、本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路102を示す。例えば、電気回路102は図１に示す電気回路を構成可能である。
電気回路102は回路キャリア310を備える。回路キャリア310の第１表面上には、３つのコンデンサ314が配置されており、これらのコンデンサ314は、共に中間回路コンデンサを構成する。回路キャリア310において、第１表面と対向する第２表面上には、パワー半導体312が配置されている。この実施形態に従い、３つのパワー半導体312は、電気負荷を制御する各出力段を構成する。パワー半導体312は各々、パワートランジスタとして構成されるか、または少なくともパワートランジスタを含む。コンデンサ314およびパワー半導体312の個数は、この場合単に例示的に選択されたものであり、出された必要条件に対応して変更可能である。
３つのコンデンサ314は、回路キャリア310の第１表面上に、互いに隣り合って並び、配置されている。同様に、３つのパワー半導体312は、回路キャリア310の第２表面上に、互いに隣り合って並び、配置されている。この場合、パワー半導体312はコンデンサ314に対向するよう配置されている。図４の実施形態に従い、各パワー半導体312はコンデンサ314の下に配置されている。
パワー半導体312は、図３に示すように構成可能である。各パワー半導体312のうち、電気接続部327を介して回路キャリア310と接続されている構成体が示されている。パワー半導体312の取り付け面と対向する側の上に、熱伝導面329が配置されている。
実施形態に従い、各パワー半導体312は出力段を構成し、出力段は、例えばリバースMOSFETの形状で構成可能である。
中間回路コンデンサは、例えばこの場合は３つである、複数のコンデンサ314から構成可能であり、これらのコンデンサ314は並列に接続可能である。コンデンサ314は、SMD型電解コンデンサとして構成可能である。
この実施形態に従い、電気回路102はハウジングを備え、ハウジングのうち、ハウジング上側316およびハウジング下側317が図４に示される。ハウジング上側316およびハウジング下側317は、回路キャリア310に対して平行に延在する。回路キャリア310は、ハウジング上側316とハウジング下側317の間に配置されている。ハウジングは更なるハウジング部分を備えることが可能であり、ハウジングは部分的、または完全に回路キャリア310を包囲可能である。例えば、ハウジング上側316およびハウジング下側317を、側壁によって互いに接続可能である。
この実施形態に従い、コンデンサ314の自由端の間、つまり、コンデンサ314において回路キャリア310から反対側と、ハウジング上側316において、回路キャリア310に向いた表面の間に、熱伝導性材料418が配置されている。この場合、熱伝導性材料418製の各素子は、コンデンサ314とハウジング上側316の間に配置可能である。熱伝導性材料418は、吸熱および機械的に支承する役割を果たすことが可能である。例えば、ハウジング上側316を、コンデンサ314に対して熱伝導性材料418を介して支承可能である。追加的に、コンデンサ314の廃熱を、熱伝導性材料418を介してハウジング上側316へと導き、ハウジング上側316から導出可能である。
この実施形態に従い、パワー半導体312の熱伝導面329と、ハウジング下側317において、回路キャリア310に向いた表面の間に、更なる熱伝導性材料419が配置されている。この場合、熱伝導性材料419製の各素子は、熱伝導面329とハウジング下側317の間に配置可能である。熱伝導性材料419は、吸熱および機械的に支承する役割を果たすことが可能である。例えば、ハウジング下側317を、パワー半導体312に対して熱伝導性材料419を介して支承可能である。追加的に、パワー半導体312の廃熱を、熱伝導性材料419を介してハウジング下側317へと導き、ハウジング下側317から導出可能である。
特殊な構成で、同時に特殊な部品を使用することにより、極めてスペースを省き、熱的に最適化され、およびEMCが最適化された配置が可能となる。実施形態に従い、例えばリバースMOSFETである、いわゆるリバース出力段312が使用される。リバース出力段312は、リバースMOSFETの場合にはドレイン接続端子である冷却結合が、はんだ結合の、対向する側の上に位置していることを特徴としている。従ってパワー出力段312は、回路基板310を介して、回路基板310を通して吸熱されるのではなく、または吸熱されるとしてもごく僅かであり、そうではなく、例えば箔またはペースト形状の熱伝導性材料419を介して、この場合には電気回路102のハウジングの一部であるヒートシンクに直接吸熱される。これにより、回路基板310の他方の側に、電気構成部品も実装可能となる。中間回路コンデンサ314が対向する側の上に位置している場合、EMCが最適化された結合が達成される。実施形態に従い、コンデンサ314として、複数個を並列接続したSMD型電解コンデンサを使用可能である。これにより、負荷に供給される負荷電流に応じて調整可能な、拡張性のあるスケーラブルな解決策が生じる。この解決策の更なる特殊な特徴は、コンデンサ314として、いわゆるポリマー電解コンデンサを使用することである。これには、ESR（等価直列抵抗）が一定であることに起因して、これらのコンデンサ314が温度の観点から、コンデンサ314の並列接続に非常に良好に適する利点がある。これにより、電力負荷を均一に、確実に分配可能である。さらに、SMD型コンデンサ314がペーストまたは箔によりハウジング上側316に熱的に結合されているため、ハウジング上側316が、ヒートシンクとしての役割を果たす。この結合は追加的に、熱伝導性材料314を介して、コンデンサを振動に対して追加的に保護するという、機械的な支承の役割を果たす。
実施形態に従い、特にリバースMOSFETであるリバースパワー出力段312を使用する。特にリバースMOSFETであるリバースパワー出力段312は、熱伝導性材料419を介して、ヒートシンクの役割を果たすハウジング下側317に結合されている。
実施形態に従い、コンデンサ314としてSMD型電解コンデンサが使用される。SMD型電解コンデンサは、EMC結合を最適化するために、出力段312において対向する側の上で、回路キャリア310上に位置している。特に、好適にはいわゆるポリマー電解コンデンサである、複数のコンデンサ314が並列接続される。これらのコンデンサは、吸熱および／または振動からの保護を目的として、熱伝導性材料418を介してハウジング上側316に結合可能でもある。この場合、これらの熱伝導性材料418は、機械的な支承および／またはヒートシンクの役割を果たす。
実施形態に従い、例えば一体型回路である、更なる電子素子が配置される。更なる電子素子は、パワー出力段に対向して位置決めされ、回路キャリア310上に配置されている。
リバースMOSFETに替えて、出力段312としてダイレクトFETも適用可能である。ダイレクトFETの場合、はんだ付けも追加的公差として考慮すべきである。リバースMOSFETの場合、ドレイン接続端子（冷却面）を錫めっきすべきでない。SMDのはんだ過程における仕上げ加工の間に、錫めっきが溶解して、ヒートシンクの公差が悪化するのを防ぐためである。
図５は、本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の製造方法のフロー図を示す。この場合、負荷を制御する電気回路は、前出の図で示した回路とすることが可能である。
ステップ501において、回路キャリアを供給する。ステップ503,505において、少なくとも１つの、中間回路コンデンサとしての役割を果たすコンデンサを、回路キャリアの表面上に配置し、および、少なくとも１つのパワー半導体を、回路キャリアの対向する表面上に配置する。複数の電気接続部、および、電気接続部と対向する側の接触面上の熱伝導面を、パワー半導体に備え、熱伝導面を、電気接続部のうちの少なくとも１つの電気接続部と導電的に接続する。
独立したステップ、または、ステップ503,505のうちの少なくとも１つのステップと同時のステップとすることが可能なステップ507において、少なくとも１つの中間回路コンデンサおよび少なくとも１つのパワー半導体を、回路キャリアと導電的に接続し、および、回路キャリアの少なくとも１つの電線を介して、少なくとも１つの中間回路コンデンサおよび少なくとも１つのパワー半導体を、互いにも導電的に接続する。
上述及び図示の実施形態は、単に例示的に選択されたものである。異なる実施形態を、全体としてまたは個々の特徴に関して組み合わせ可能である。実施形態はまた，更なる実施形態の特徴により補完可能である。さらに、本発明に従う方法のステップは繰り返し可能であり、および上述の順番とは異なる順番で実行可能である。
実施形態は第１の特徴及び第２の特徴の間を「及び／又は」として結合した特徴を含むため、１つの実施形態による実施形態は第１の特徴と第２の特徴の双方を有し、更なる実施形態による実施形態は、第１の特徴又は第２の特徴の何れか一方のみを有すると解釈可能である。
100車両
102電気回路
104負荷
106エネルギー供給部
108制御装置
202電気回路
210回路キャリア
212出力段
214コンデンサ
216ハウジング上側
217ハウジング下側
219熱伝導性材料
310回路キャリア
312パワー半導体
314中間回路コンデンサ
316ハウジング上側
317ハウジング下側
321中間回路コンデンサの第１接続部
322中間回路コンデンサの第２接続部
325パワー半導体の第１接続部
326パワー半導体の第２接続部
327パワー半導体の第３接続部
328貫通接続部
329熱伝導面
418熱伝導性材料
419熱伝導性材料
501供給するステップ
503中間回路コンデンサを配置するステップ
505パワー半導体を配置するステップ
507接続するステップ
本発明は、負荷を制御する電気回路、および、例えば車両の電気モータである負荷を制御する電気回路の製造方法に関する。
自動車領域において、高負荷用に電気モータを制御する場合、例えばDCモータ（直流モータ）用のHブリッジ、またはBLDCモータ（ブラシレス直流モータ）用のB6ブリッジ等、種々の配置のパワー半導体が適用される。低電圧領域においては、個別パワー半導体として、特にパワーMOSFETが使用される。高電圧の場合、特にハイブリッドシステム用には、分離されたゲート電極と共にバイポーラトランジスタも適用される。そうしたパワー半導体には、作動中に過熱しないよう冷却が必要である。
負荷、例えばモータの制御には、バッファとして中間回路コンデンサが必要とされ、中間回路コンデンサは電磁的両立性の観点から判断して、最適な状態で配置されている。中間回路コンデンサにも、リプル電流負荷およびそれに起因するパワー損失を理由に、冷却が必要となる可能性がある。
米国特許出願公開第２００７／０２０５０３８（Ａ１）号明細書は、コンデンサがその上に配置された第１表面、およびパワー半導体がその上に配置された、対向する第２表面を備えた回路基板を開示する。コンデンサの回路基板から反対側は、ヒートシンクと連結されている。
米国特許出願公開第２０１１／００１３３６５（Ａ１）号明細書は、コンデンサがその上に配置された第１表面、およびパワー半導体がその上に配置された、対向する第２表面を備えた回路基板を開示する。
米国特許出願公開第２００７／０２０５０３８（Ａ１）号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００１３３６５（Ａ１）号明細書
こうした背景に鑑み、本発明は、改良型の負荷を制御する電気回路、および、独立請求項に記載したとおりの、負荷を制御する電気回路の、改良型の製造方法を達成する。有利な実施形態は、従属請求項及び以下の記述から明らかとなる。
パワー半導体が、パワー半導体において、取り付け面と対向する側に熱伝導面を備えている場合、従ってパワー半導体の作動中に発生する熱を、熱伝導面を介して導出可能である。このようにして、パワー半導体が取り付けられた回路キャリアを介しての熱放出が不要となるか、または必要だとしても、ごく僅かな熱放出となる。
特に車両用の電気モータである負荷を制御する電気回路は、第１表面および第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリアと、第１表面上に配置された中間回路コンデンサと、第２表面上に配置され、および中間回路コンデンサと電導的に接続されたパワー半導体であって、負荷用の電気エネルギーを供給するパワー半導体と、を備えている。
中間回路コンデンサおよびパワー半導体が、回路キャリアに関して対向するよう回路キャリア上に配置されている。これにより、個々の構成素子のEMC（電磁両立性）結合が改良される。当然ながら更なる電子素子も、パワー半導体に対向して回路キャリア上に配置可能である。
有効には、パワー半導体はリバースパワー出力段、特にリバースMOSFETまたはダイレクトFETとして構成されている。中間回路コンデンサは、有効にはSMD（表面実装）型電解コンデンサ、特にポリマー電解コンデンサとする。
パワー半導体は、少なくとも１つの、第１電気接続部および第２電気接続部を備える。第１電気接続部は、熱伝導面と導電的に接続されており、熱伝導面は、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面から反対側の上に配置されている。
「電気回路」は、例えば実装された回路基板、装置、または、例えば制御機器である電気機器、と理解可能である。電気回路は、例えばエネルギー供給、または負荷に対するインターフェイスを実装可能である。負荷は、例えば電気機械である電力消費装置とすることが可能である。電気エネルギーは、負荷を作動させるために直流電流または交流電流として供給可能である。パワー半導体は制御接続部を実装可能である。制御接続部を介して、例えば負荷用に供給されるエネルギーの量または時間的な経過を制御可能である。パワー半導体は、いわゆるリバース構成部品の形状、例えばリバース出力段の形状で構成可能である。この場合パワー半導体は、電気接続部の取り付け側に、例えばはんだボール、または、はんだ面を実装可能であるか、または、はんだ接続部を実装可能であり、これらのはんだ面は、取り付け面の方向を向いている。パワー半導体、またはパワー半導体のハウジングにおいて、取り付け側に対向する側の上に、熱伝導面を実装可能である。熱伝導面は、パワー半導体の電気接続部のうちの、少なくとも１つの電気接続部と、導電的に接続可能である。このようにして、パワー半導体の内部で発生する熱を、極めて良好に外側に導出可能である。パワー半導体は、中間回路と出力回路の間で、インターフェイスを構成可能である。パワー半導体は、例えば電気回路の出力段の一部、またはそうした出力段とすることが可能である。負荷はこの出力回路に配置可能である。中間回路コンデンサを配置し、電気エネルギーを中間回路で中間保存可能である。「中間回路コンデンサ」は、個々のコンデンサ、または、例えば並列接続により互いに接続された、個々のコンデンサの複数、と理解可能である。「回路キャリア」は、回路基板、または多数の電線を有する基板、と理解可能である。
そうしたアプローチにより、電子部品を絶対的な省スペースで配置可能、EMC（電磁両立性）を最適化して中間回路コンデンサを結合可能、および、例えば１つまたは複数のパワー半導体である出力部品を良好に冷却可能である。
パワー半導体の第１電気接続部および第２電気接続部は、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面に向いた側の上に配置可能である。代替的に、第１電気接続部および第２電気接続部のはんだ面または接触面は、回路キャリアの第２表面に向くことが可能である。パワー半導体は、第１電気接続部を介して負荷用の電気エネルギーを導くよう構成可能である。例えば第１電気接続部を、パワー半導体を中間回路コンデンサと接続するための入力部、または、パワー半導体を負荷と接続するための出力部、とすることが可能である。接続部を、パワー半導体において、回路キャリアに向いた側の上に配置することにより、パワー半導体内部の線の長さを極めて短く保つことが可能である。さらにパワー半導体は、SMD型構成部品として構成可能である。
電気回路は、パワー半導体用冷却体を実装可能である。パワー半導体用冷却体は、パワー半導体の熱伝導面と接続可能である。例えばパワー半導体用冷却体の表面は、直接または中間層を介して、熱伝導面と接続可能である。従って、パワー半導体用冷却体はパワー半導体上に配置可能であるか、またはその反対に、パワー半導体をパワー半導体用冷却体上に配置可能である。これにより極めてコンパクトな構成が可能となる。さらに、パワー半導体の作動中に発生する熱を、パワー半導体用冷却体を介して回路キャリアから導出可能である。これにより、更なる、場合によっては温度感受性構成部品を、回路キャリア上でパワー半導体の近傍に配置可能となる。
さらに電気回路は、中間回路コンデンサ用冷却体を実装可能である。中間回路コンデンサ用冷却体が、中間回路コンデンサにおいて、回路キャリアの第１表面から反対側と接続可能である。例えば中間回路コンデンサ用冷却体の表面は、直接または中間層を介して、中間回路コンデンサと接続可能である。従って、中間回路コンデンサ用冷却体は、中間回路コンデンサ上に配置可能であるか、またはその反対に、中間回路コンデンサを中間回路コンデンサ用冷却体上に配置可能である。中間回路コンデンサ用冷却体を介して、中間回路コンデンサから熱を導出可能である。これにより、中間回路コンデンサの寿命を伸ばすことが可能である。中間回路コンデンサ用冷却体は、中間回路コンデンサから導出された熱を、回路キャリアから離れる方向に導くよう構成することが有利である。
パワー半導体の熱伝導面とパワー半導体用冷却体の間に、熱伝導性材料を配置可能である。これに対応して、中間回路コンデンサ用冷却体と、中間回路コンデンサにおける、回路キャリアの第１表面から反対側の間に、熱伝導性材料を配置可能である。熱伝導性材料は、例えばペースト、箔、または酸化物層とすることが可能であり、これらにより、冷却体と冷却されるべき構成部品の間の熱伝達が向上可能である。さらに、熱伝導性材料は、冷却されるべき構成部品を機械的に支承する役割を果たすことが可能である。
実施形態に従い、電気回路はハウジングを備える。この場合、回路キャリアはハウジングの内部に配置されている。ハウジングの第１ハウジング壁は、中間回路コンデンサ用冷却体を形成可能である。ハウジングにおいて、第１ハウジング壁に対向する第２ハウジング壁は、パワー半導体用冷却体を形成可能である。第１および第２ハウジング壁を、互いに平行して配置可能である。ハウジング壁は金属製として構成可能である。ハウジングを冷却体として使用することにより、追加的な冷却体を省略可能である。これにより、重量および構成スペースを省略可能である。さらに、中間回路コンデンサおよびハウジングの内部のパワー半導体の双方の状態が、ハウジングと直接に接触させることにより安定可能である。
実施形態により、パワー半導体はトランジスタとして構成可能である。トランジスタにおける、第１電気接続部、第２電気接続部および第３電気接続部は、回路キャリアの第２表面に配置された接触面を介して、回路キャリアと導電的に接続可能である。接触面は、例えば、はんだ面とすることが可能である。トランジスタは、パワートランジスタとすることが可能である。トランジスタは、例えばMOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）またはパワーMOSFETとすることが可能である。そうしたMOSFETは、電気接続部としてドレイン接続端子、ソース接続端子およびゲート接続端子を実装可能である。例えば、ドレイン接続端子またはソース接続端子を、熱伝導面と導電的に接続可能である。バイポーラトランジスタの場合も、コレクタ接続端子、エミッタ接続端子およびベース接続端子を備えたパワーバイポーラトランジスタ、または、コレクタ接続端子、エミッタ接続端子およびベース接続端子を備えたIBGT（絶縁ゲート装備のバイポーラトランジスタ）とすることが可能である。バイポーラトランジスタの場合、例えばコレクタ接続端子またはエミッタ接続端子を、熱伝導面と導電的に接続可能である。
実施形態に従い、中間回路コンデンサおよびパワー半導体は、中間回路コンデンサにおいて、回路キャリアの第１表面に向いた基本面が、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面に向いた基本面と重なるよう、回路キャリアに配置可能である。従って、中間回路コンデンサおよびパワー半導体は、直接に対向して、回路キャリアに配置可能である。これにより、中間回路コンデンサをパワー半導体と接続する電線は、極めて短く、例えば回路キャリアを貫通する貫通接続部として構成可能である。
電気回路は、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサを実装可能であり、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサは第１表面上に配置されている。追加的または代替的に、電気回路は少なくとも１つの更なるパワー半導体を実装可能であり、少なくとも１つの更なるパワー半導体は、第２表面上に配置され、負荷用の更なる電気エネルギーを供給する。更なるパワー半導体は、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサと導電的に接続可能である。例えば電気回路は、３つのパワー半導体を実装可能である。これら３つのパワー半導体を介して、例えば３相電流モータの形状である負荷に対して３相電流を供給可能である。中間回路コンデンサの個数は、パワー半導体の個数に対応可能である。代替的に、中間回路コンデンサの個数を、パワー半導体の個数と相違させることが可能である。このようにして、負荷から出された必要条件に対して、電気回路を調整可能である。
特に車両用の電気モータである負荷を制御する電気回路の製造方法であって、
第１表面および第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリアを供給するステップと、
中間回路コンデンサを、回路キャリアの第１表面上に配置するステップと、
負荷用の電気エネルギーを供給するパワー半導体を、回路キャリアの第２表面上に配置するステップであって、少なくとも１つの、第１電気接続部および第２電気接続部をパワー半導体に備え、第１電気接続部を、パワー半導体において、回路キャリアの第２表面から反対側の上に配置した熱伝導面と電導的に接続するステップと、
パワー半導体を、中間回路コンデンサと導電的に接続するステップと、を含む製造方法である。
例えば中間回路コンデンサおよびパワー半導体を回路キャリア上に配置するステップ、または、例えば回路キャリア、中間回路コンデンサおよびパワー半導体の配置を加熱するステップである独立したステップにより、パワー半導体を中間回路コンデンサと導電的に接続可能である。
本発明は、添付の図面を参照して、以下に例示的に詳説される。
本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路を備えた車両の図である。 負荷を制御する電気回路の図である。 本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の図である。 本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の図である。 本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の製造方法を示すフロー図である。
本発明の好適な実施形態に関する以下の記載において、種々の図面に記された類似の作用を有する素子に関しては同一又は類似の符号を使用し，これら素子を繰り返して記載することを控えている。
図１は本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路102を備えた車両100の図である。車両100は、例えば自動車、または軌条車両である旅客輸送用車両とすることが可能である。この実施形態に従い、負荷104は電気モータ104として構成されている。電気モータ104は、車両100の駆動モータ104とすることが可能である。従って、電気回路102は電気モータ104の制御電子機器を構成可能である。
電気回路102は、モータ104を駆動する電気エネルギーをモータ104に供給するよう構成されている。そのために電気回路102は、例えばプラグまたは電線の形状である、適切な出力インターフェイスを備える。この実施形態に従い、電気回路102は２つの電線を介してモータ104と接続されている。従って、モータ104は直流モータとすることが可能である。モータ104が３相電流モータとして構成されている場合、電気回路102は、例えば３本の電線を介してモータ104と接続可能である。
モータ104から供給された機械的動力は、電気回路102からモータ104に供給される電気エネルギーにより制御可能である。モータ104用に電気エネルギーを供給するために、電気回路102は、例えばパワートランジスタである、少なくとも１つのパワー半導体を備える。この実施形態に従い、電気回路102はエネルギー供給部106と接続されている。電気回路102は、エネルギー供給部106の電気エネルギーを受容し、例えば中間回路コンデンサに蓄え、および制御しつつモータ104に放出するよう構成されている。エネルギー供給部106は、例えば車両100のバッテリとすることが可能である。
さらに電気回路102はこの実施形態に従い、制御装置108へのインターフェイスを備える。制御装置108はこの実施形態に従い、モータ104を制御するための制御信号を電気回路102に供給するよう構成されている。例えば制御信号は、電気回路102におけるパワートランジスタの制御接続部を制御するために使用可能であり、この制御接続部を介して、電気エネルギーがモータ104へ供給される。代替的な実施形態に従い、電気回路102は、エネルギー供給部106、および追加的または代替的に制御装置108を含むことが可能である。
電気回路102は、ハウジング内に配置可能である。そうしたハウジングは、電気回路102を完全に包囲可能であり、および、例えば電気回路102をモータ104またはエネルギー供給部106と接続するためのインターフェイスのみを装備可能である。
図２は負荷を制御する電気回路202を示す。例えば電気回路202は、図１に示す負荷を制御する電気回路に替えて、図１に示すモータの制御電気回路として適用可能である。
電気回路202は回路キャリア210を備える。回路キャリア210の表面上には、３つの出力段212、および出力段212に隣接して３つのコンデンサ214が配置されている。回路キャリア210はハウジング内に配置されており、ハウジングのハウジング上側216およびハウジング下側217が示される。回路キャリア210およびハウジング下側217の間には、間隙がある。この間隙内部には、各出力段212に対向する、熱伝導性材料219が配置されている。熱伝導性材料219により、回路キャリア210とハウジング下側117を熱的に接続可能である。
コンデンサ214は中間回路コンデンサを構成する。例えば、３つのコンデンサ214は３つの並列接続されたSMD型電解コンデンサを構成可能である。３つの出力段212は、標準MOSFETにより実現可能である。
図２は、自動車分野における電気モータを制御する電気回路202の、可能な構成を示す。特別な特徴として、パワー出力段212は回路キャリア210を通して冷却されることが強調される。例えばハウジングの部分であり、熱を放出する役割を果たすヒートシンクまたは冷却体は、出力段212において対向する側に存在する。EMC、つまり電磁両立的な理由により、３つのコンデンサ214から構成された中間回路コンデンサは、出力段212の可及的近傍に位置しており、およびヒートシンクと熱的にも結合可能である。
図３は、本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路102を示す。例えば、電気回路102は図１に示す電気回路を構成可能である。
電気回路102は回路キャリア310を備える。回路キャリア310の第１表面上には、中間回路コンデンサ314が配置されている。回路キャリア310において、第１表面と対向する第２表面上には、パワー半導体312が配置されている。この実施形態に従い、パワー半導体312は、電気負荷を制御する出力段を構成し、およびパワー半導体はパワートランジスタとして構成可能である。
中間回路コンデンサ314は、２つの電気接続部321,322を介して、回路キャリア310の第１表面上の電気接点と導電的に接続されている。
パワー半導体312は、３つの電気接続部325,326,327を介して、回路キャリア310の第２表面上の電気接点と導電的に接続されている。
電気接続部321,322,325,326,327は、例えば、はんだ接点または、はんだタグとして構成可能である。例えば、中間回路コンデンサ314およびパワー半導体312は、SMD型構成部品として構成可能である。
実施形態に従い、パワー半導体312の接続部321は、回路キャリア310を貫通する貫通接続部328を介して、中間回路コンデンサ114の接続部321と導電的に接続されている。
パワー半導体312は、組立てられた状態で回路キャリア310から反対側の上に、熱伝導面329を備える。熱伝導面329は、例えば金属面として実現可能である。熱伝導面329は、パワー半導体312において、回路キャリア310から反対側を完全に覆うことができる。パワー半導体312は、いわゆるリバース構成部品として構成可能である。この場合、パワー半導体312の接続部325,326,327のうちの１つの接続部は、熱伝導面329と導電的に接続されている。熱伝導面329と導電的に接続された接続部325,326,327のうちの１つの接続部は、グランド接続部とは異なる接続部とすることが可能である。この実施形態に従い、パワー半導体312はMOSFETとして構成され、パワー半導体312のドレイン接続端子325は、熱伝導面329と接続されている。
さらに、例えば金属製である、電導性のエッジ接続部が、パワー半導体210のエッジ側に沿って延在する。この実施形態に従い、パワー半導体312の電気接続部325は、エッジ接続部を介して熱伝導面329と接続している。
熱伝導面329は、パワー半導体312の作動中に発生する熱を、例えば熱伝導面329上に配置された冷却体317へと導出するために使用可能である。冷却体317は、例えば冷却板である独立構成部品として構成可能である。代替的に、冷却体317をハウジングの一部とし、電気回路102を完全に、または部分的に包囲可能である。
実施形態に従い、コンデンサ314は同様に冷却体316を備える。冷却体316は、同様に独立構成部品として、またはハウジングの一部として構成可能である。
図４は、本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路102を示す。例えば、電気回路102は図１に示す電気回路を構成可能である。
電気回路102は回路キャリア310を備える。回路キャリア310の第１表面上には、３つのコンデンサ314が配置されており、これらのコンデンサ314は、共に中間回路コンデンサを構成する。回路キャリア310において、第１表面と対向する第２表面上には、パワー半導体312が配置されている。この実施形態に従い、３つのパワー半導体312は、電気負荷を制御する各出力段を構成する。パワー半導体312は各々、パワートランジスタとして構成されるか、または少なくともパワートランジスタを含む。コンデンサ314およびパワー半導体312の個数は、この場合単に例示的に選択されたものであり、出された必要条件に対応して変更可能である。
３つのコンデンサ314は、回路キャリア310の第１表面上に、互いに隣り合って並び、配置されている。同様に、３つのパワー半導体312は、回路キャリア310の第２表面上に、互いに隣り合って並び、配置されている。この場合、パワー半導体312はコンデンサ314に対向するよう配置されている。図４の実施形態に従い、各パワー半導体312はコンデンサ314の下に配置されている。
パワー半導体312は、図３に示すように構成可能である。各パワー半導体312のうち、電気接続部327を介して回路キャリア310と接続されている構成体が示されている。パワー半導体312の取り付け面と対向する側の上に、熱伝導面329が配置されている。
実施形態に従い、各パワー半導体312は出力段を構成し、出力段は、例えばリバースMOSFETの形状で構成可能である。
中間回路コンデンサは、例えばこの場合は３つである、複数のコンデンサ314から構成可能であり、これらのコンデンサ314は並列に接続可能である。コンデンサ314は、SMD型電解コンデンサとして構成可能である。
この実施形態に従い、電気回路102はハウジングを備え、ハウジングのうち、ハウジング上側316およびハウジング下側317が図４に示される。ハウジング上側316およびハウジング下側317は、回路キャリア310に対して平行に延在する。回路キャリア310は、ハウジング上側316とハウジング下側317の間に配置されている。ハウジングは更なるハウジング部分を備えることが可能であり、ハウジングは部分的、または完全に回路キャリア310を包囲可能である。例えば、ハウジング上側316およびハウジング下側317を、側壁によって互いに接続可能である。
この実施形態に従い、コンデンサ314の自由端の間、つまり、コンデンサ314において回路キャリア310から反対側と、ハウジング上側316において、回路キャリア310に向いた表面の間に、熱伝導性材料418が配置されている。この場合、熱伝導性材料418製の各素子は、コンデンサ314とハウジング上側316の間に配置可能である。熱伝導性材料418は、吸熱および機械的に支承する役割を果たすことが可能である。例えば、ハウジング上側316を、コンデンサ314に対して熱伝導性材料418を介して支承可能である。追加的に、コンデンサ314の廃熱を、熱伝導性材料418を介してハウジング上側316へと導き、ハウジング上側316から導出可能である。
この実施形態に従い、パワー半導体312の熱伝導面329と、ハウジング下側317において、回路キャリア310に向いた表面の間に、更なる熱伝導性材料419が配置されている。この場合、熱伝導性材料419製の各素子は、熱伝導面329とハウジング下側317の間に配置可能である。熱伝導性材料419は、吸熱および機械的に支承する役割を果たすことが可能である。例えば、ハウジング下側317を、パワー半導体312に対して熱伝導性材料419を介して支承可能である。追加的に、パワー半導体312の廃熱を、熱伝導性材料419を介してハウジング下側317へと導き、ハウジング下側317から導出可能である。
特殊な構成で、同時に特殊な部品を使用することにより、極めてスペースを省き、熱的に最適化され、およびEMCが最適化された配置が可能となる。実施形態に従い、例えばリバースMOSFETである、いわゆるリバース出力段312が使用される。リバース出力段312は、リバースMOSFETの場合にはドレイン接続端子である冷却結合が、はんだ結合の、対向する側の上に位置していることを特徴としている。従ってパワー出力段312は、回路基板310を介して、回路基板310を通して吸熱されるのではなく、または吸熱されるとしてもごく僅かであり、そうではなく、例えば箔またはペースト形状の熱伝導性材料419を介して、この場合には電気回路102のハウジングの一部であるヒートシンクに直接吸熱される。これにより、回路基板310の他方の側に、電気構成部品も実装可能となる。中間回路コンデンサ314が対向する側の上に位置している場合、EMCが最適化された結合が達成される。実施形態に従い、コンデンサ314として、複数個を並列接続したSMD型電解コンデンサを使用可能である。これにより、負荷に供給される負荷電流に応じて調整可能な、拡張性のあるスケーラブルな解決策が生じる。この解決策の更なる特殊な特徴は、コンデンサ314として、いわゆるポリマー電解コンデンサを使用することである。これには、ESR（等価直列抵抗）が一定であることに起因して、これらのコンデンサ314が温度の観点から、コンデンサ314の並列接続に非常に良好に適する利点がある。これにより、電力負荷を均一に、確実に分配可能である。さらに、SMD型コンデンサ314がペーストまたは箔によりハウジング上側316に熱的に結合されているため、ハウジング上側316が、ヒートシンクとしての役割を果たす。この結合は追加的に、熱伝導性材料314を介して、コンデンサを振動に対して追加的に保護するという、機械的な支承の役割を果たす。
実施形態に従い、特にリバースMOSFETであるリバースパワー出力段312を使用する。特にリバースMOSFETであるリバースパワー出力段312は、熱伝導性材料419を介して、ヒートシンクの役割を果たすハウジング下側317に結合されている。
実施形態に従い、コンデンサ314としてSMD型電解コンデンサが使用される。SMD型電解コンデンサは、EMC結合を最適化するために、出力段312において対向する側の上で、回路キャリア310上に位置している。特に、好適にはいわゆるポリマー電解コンデンサである、複数のコンデンサ314が並列接続される。これらのコンデンサは、吸熱および／または振動からの保護を目的として、熱伝導性材料418を介してハウジング上側316に結合可能でもある。この場合、これらの熱伝導性材料418は、機械的な支承および／またはヒートシンクの役割を果たす。
実施形態に従い、例えば一体型回路である、更なる電子素子が配置される。更なる電子素子は、パワー出力段に対向して位置決めされ、回路キャリア310上に配置されている。
リバースMOSFETに替えて、出力段312としてダイレクトFETも適用可能である。ダイレクトFETの場合、はんだ付けも追加的公差として考慮すべきである。リバースMOSFETの場合、ドレイン接続端子（冷却面）を錫めっきすべきでない。SMDのはんだ過程における仕上げ加工の間に、錫めっきが溶解して、ヒートシンクの公差が悪化するのを防ぐためである。
図５は、本発明の実施形態による、負荷を制御する電気回路の製造方法のフロー図を示す。この場合、負荷を制御する電気回路は、前出の図で示した回路とすることが可能である。
ステップ501において、回路キャリアを供給する。ステップ503,505において、少なくとも１つの、中間回路コンデンサとしての役割を果たすコンデンサを、回路キャリアの表面上に配置し、および、少なくとも１つのパワー半導体を、回路キャリアの対向する表面上に配置する。複数の電気接続部、および、電気接続部と対向する側の接触面上の熱伝導面を、パワー半導体に備え、熱伝導面を、電気接続部のうちの少なくとも１つの電気接続部と導電的に接続する。
独立したステップ、または、ステップ503,505のうちの少なくとも１つのステップと同時のステップとすることが可能なステップ507において、少なくとも１つの中間回路コンデンサおよび少なくとも１つのパワー半導体を、回路キャリアと導電的に接続し、および、回路キャリアの少なくとも１つの電線を介して、少なくとも１つの中間回路コンデンサおよび少なくとも１つのパワー半導体を、互いにも導電的に接続する。
上述及び図示の実施形態は、単に例示的に選択されたものである。異なる実施形態を、全体としてまたは個々の特徴に関して組み合わせ可能である。実施形態はまた，更なる実施形態の特徴により補完可能である。さらに、本発明に従う方法のステップは繰り返し可能であり、および上述の順番とは異なる順番で実行可能である。
実施形態は第１の特徴及び第２の特徴の間を「及び／又は」として結合した特徴を含むため、１つの実施形態による実施形態は第１の特徴と第２の特徴の双方を有し、更なる実施形態による実施形態は、第１の特徴又は第２の特徴の何れか一方のみを有すると解釈可能である。
100車両
102電気回路
104負荷
106エネルギー供給部
108制御装置
202電気回路
210回路キャリア
212出力段
214コンデンサ
216ハウジング上側
217ハウジング下側
219熱伝導性材料
310回路キャリア
312パワー半導体
314中間回路コンデンサ
316ハウジング上側
317ハウジング下側
321中間回路コンデンサの第１接続部
322中間回路コンデンサの第２接続部
325パワー半導体の第１接続部
326パワー半導体の第２接続部
327パワー半導体の第３接続部
328貫通接続部
329熱伝導面
418熱伝導性材料
419熱伝導性材料
501供給するステップ
503中間回路コンデンサを配置するステップ
505パワー半導体を配置するステップ
507接続するステップ

Claims (12)

  1. 車両用（100）の電気モータである負荷（104）を制御する電気回路（102）は、第１表面および該第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリア（310）と、前記第１表面上に配置された中間回路コンデンサ（314）と、前記第２表面上に配置され、および前記中間回路コンデンサ（314）と電導的に接続されたパワー半導体（312）であって、前記負荷（104）用の電気エネルギーを供給するパワー半導体（312）と、を備える電気回路（102）において、前記中間回路コンデンサ（314）およびパワー半導体（312）が、前記回路キャリア（310）に関して対向するよう配置されていることを特徴とする電気回路（102）。
  2. 前記パワー半導体（312）は、リバースMOSFETまたはダイレクトFETであるリバースパワー出力段であることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路（102）。
  3. 前記パワー半導体（312）は、少なくとも１つの、第１電気接続部（325）および第２電気接続部（326,327）を備え、前記第１電気接続部（325）は、熱伝導面（329）と導電的に接続されており、該熱伝導面（329）は、前記パワー半導体（312）において、前記回路キャリア（310）の第２表面から反対側の上に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気回路（102）。
  4. 前記第１電気接続部（325）および前記第２電気接続部（326,327）は、前記パワー半導体（312）において、前記回路キャリア（310）の第２表面に向いた側の上に配置されており、および、前記パワー半導体（312）は、前記負荷（104）用のエネルギーを、前記第１電気接続部（325）を介して導くよう構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の電気回路（102）。
  5. パワー半導体用冷却体（317）を備え、該パワー半導体用冷却体（317）が、前記パワー半導体（312）の熱伝導面（329）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の電気回路（102）。
  6. 中間回路コンデンサ用冷却体（316）を備え、該中間回路コンデンサ用冷却体（316）が、前記中間回路コンデンサ（314）において、前記回路キャリア（310）の第１表面から反対側と接続されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の電気回路（102）。
  7. 前記パワー半導体（312）の熱伝導面（329）と前記パワー半導体用冷却体（317）の間に、熱伝導性材料（419）が配置され、および／または前記中間回路コンデンサ用冷却体（316）と、前記中間回路コンデンサ（314）における、前記回路キャリア（310）の第１表面から反対側の間に、更なる熱導電性材料（418）が配置されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の電気回路（102）。
  8. 請求項５〜７の何れか一項に記載の電気回路（102）であって、ハウジングを備え、前記回路キャリア（310）が前記ハウジングの内部に配置され、前記ハウジングの第１ハウジング壁は、前記中間回路コンデンサ用冷却体（316）を形成し、および／または前記ハウジングにおいて、前記第１ハウジング壁に対向する第２ハウジング壁は、前記パワー半導体用冷却体（317）を形成していることを特徴とする電気回路（102）。
  9. 前記パワー半導体（312）はトランジスタとして構成され、該トランジスタにおける前記第１電気接続部（325）、第２電気接続部（326）および第３電気接続部（327）は、前記回路キャリア（310）の第２表面に配置された接触面を介して、前記回路キャリア（310）と導電的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の電気回路（102）。
  10. 前記中間回路コンデンサ（314）において、前記回路キャリア（310）の第１表面に向いた基本面は、前記パワー半導体において、前記回路キャリア（310）の第２表面に向いた基本面と重なっていることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の電気回路（102）。
  11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の電気回路（102）であって、該電気回路（102）は、少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサ（314）を備え、該少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサ（314）が前記第１表面上に配置され、および、少なくとも１つの更なるパワー半導体（312）を備え、該少なくとも１つの更なるパワー半導体（312）が、前記第２表面上に配置され、および前記負荷（104）用の更なる電気エネルギーを供給するために、前記少なくとも１つの更なる中間回路コンデンサ（314）と導電的に接続されていることを特徴とする電気回路（102）。
  12. 車両（100）用の電気モータである負荷（104）を制御する電気回路（102）の製造方法であって、
    第１表面および該第１表面と対向する第２表面を有する回路キャリア（310）を供給するステップと、
    中間回路コンデンサ（314）を、前記回路キャリア（310）の第１表面上に配置するステップと、
    前記負荷（104）用の電気エネルギーを供給するパワー半導体（312）を、前記回路キャリア（310）の第２表面上に配置するステップであって、少なくとも１つの、第１電気接続部（325）および第２電気接続部（326,327）を前記パワー半導体（312）に備え、前記第１電気接続部（325）を、前記パワー半導体（312）において、前記回路キャリア（310）の第２表面と反対側の上に配置した熱伝導面（329）と電導的に接続するステップと、
    前記パワー半導体（312）を、前記中間回路コンデンサ（314）と導電的に接続するステップと、を含む製造方法。
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