WO2006136123A1 - Elektronikmodul - Google Patents

Elektronikmodul Download PDF

Info

Publication number
WO2006136123A1
WO2006136123A1 PCT/DE2005/001147 DE2005001147W WO2006136123A1 WO 2006136123 A1 WO2006136123 A1 WO 2006136123A1 DE 2005001147 W DE2005001147 W DE 2005001147W WO 2006136123 A1 WO2006136123 A1 WO 2006136123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electronic module
connection
module according
deformable
sections
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/001147
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg DORN
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/DE2005/001147 priority Critical patent/WO2006136123A1/de
Priority to EP05767544A priority patent/EP1894240B1/de
Priority to DE112005003679T priority patent/DE112005003679A5/de
Priority to DE502005007115T priority patent/DE502005007115D1/de
Priority to AT05767544T priority patent/ATE429033T1/de
Priority to US11/917,297 priority patent/US8081486B2/en
Publication of WO2006136123A1 publication Critical patent/WO2006136123A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/642—Capacitive arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L24/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19041—Component type being a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30105—Capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30107—Inductance

Abstract

Um ein Elektronikmodul (1) mit mindestens einer ersten und einer zweiten Anschlussklemmen (16, 17) sowie mit über Verbindungsleiter (13, 14, 15) verbundenen Leistungshalbleitern (2, 3), den Leistungshalbleitern (2, 3) jeweils parallel geschalteten Dioden (10, 11) und wenigstens einem ebenfalls über Verbindungsleiter (13, 14, 15) mit den Leistungshalbleitern (2, 3) verbundenen Kondensator (12), mit dem in einem Fehlerfall eine hohe Verfügbarkeit und Betriebssicherheit eines Umrichters gewährleistet ist, wird vorgeschlagen, dass die Verbindungsleiter (13, 14, 15) mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Abschnitte aufweisen, von denen mindestens einer deformierbar ist, über die der im Elektronikmodul (1) fliessende Strom gegensinnig geführt ist, und die so dimensioniert sind, dass diese beim Überschreiten eines Schwellstromes eine leitende Verbindung zwischen den Anschlussklemmen (16, 17) ausbilden und die Leistungshalbleiter und jeden Kondensator überbrücken.

Description

Beschreibung
Elektronikmodul
Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul mit mindestens einer ersten und einer zweiten Anschlussklemme sowie mit über Verbindungsleiter verbundenen Leistungshalbleitern, den Leistungshalbleitern jeweils parallel geschalteten Dioden und wenigstens einem ebenfalls über Verbindungsleiter mit den Leistungshalbleitern verbundenen Kondensator.
Aus der DE 101 03 031 Al ist ein solches Elektronikmodul sowie eine Reihenschaltung solcher Elektronikmodule zum Ausbilden eines Umrichters bereits bekannt. Bei dem auf diese Weise ausgebildeten Umrichter kann der Ausfall eines
Elektronikmoduls, beispielsweise aufgrund eines defekten Bauelements der Schaltungsanordnung, zum Abschalten des gesamten Umrichters führen. Dies ist insbesondere nachteilig, wenn der Umrichter in Energieübertragungs- bzw. - Verteilungsanlagen verwendet wird und eine hohe Verfügbarkeit und eine große Betriebssicherheit aufweisen muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Elektronikmodul der eingangs erwähnten Art auszubilden, mit dem in einem Fehlerfall eine hohe Verfügbarkeit und
Betriebssicherheit des Umrichters gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Verbindungsleiter mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Abschnitte aufweisen, von denen mindestens einer deformierbar ist, über die der im Elektronikmodul fließende Strom gegensinnig geführt ist, und die so dimensioniert sind, dass diese beim Überschreiten eines Schwellstromes eine leitende Verbindung zwischen den Anschlussklemmen ausbilden und die Leistungshalbleiter und jeden Kondensator überbrücken.
Eine solche Anordnung nutzt in vorteilhafter Weise einen in einem Fehlerfall auftretenden hohen Fehlerstrom, der in dem Elektronikmodul fließt. Durch die parallel zueinander verlaufenden Abschnitte, in denen der im Elektronikmodul fließende Strom gegensinnig geführt ist, wird aufgrund elektromagnetischer Wechselwirkung eine Kraft erzeugt, welche die Verbindungsleiter auseinanderdrückt. Die mechanische
Festigkeit der deformierbaren Abschnitte ist so eingestellt, dass beim Überschreiten eines Schwellstromes diese Kraft ausreichend groß ist, um eine Deformation zu bewirken. Der Schwellstrom ist beispielsweise um ein Vielfaches größer als ein im Normalbetrieb im Elektronikmodul fließender Nennstrom. Aufgrund der hohen Kapazität des Kondensators und der niederinduktiven Eigenschaften der Verbindungsleiter ist ein Fehlerstrom, der beispielsweise bei einem defekten Leistungshalbleiter durch das Entladen des Kondensators auftritt, größer als der Schwellstrom, so dass der deformierbare Abschnitt durch die in diesem Fall wirkende Kraft deformiert wird. Der Begriff deformierbarer Abschnitt ist dabei keineswegs auf eine irreversible Verformung von Materialien begrenzt. Eine Deformation kann im Rahmen der Erfindung auch unter Einsatz von Gelenken oder dergleichen stattfinden, so dass im Fehlerfall keine irreversible Verformung erfolgt. Diese Deformation führt zu einer leitenden Verbindung zwischen den Anschlussklemmen des Elektronikmoduls, so dass das defekte Elektronikmodul überbrückt ist. In einer Reihenschaltung mehrerer
Elektronikmodule, wie sie beispielsweise in einem Umrichter verwendet wird, ist durch die Überbrückung des defekten Elektronikmoduls ein Weiterbetrieb des Umrichters möglich, wenn Anzahl und Ansteuerung der verbleibenden Elektronikmodule des Umrichters entsprechend ausgelegt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die deformierbaren Abschnitte durch Stromschienen realisiert, die mit der ersten Anschlussklemme unmittelbar verbunden sind, wobei die Stromschienen in der Nähe eines Kontaktteils angeordnet sind, welches mit der zweiten Anschlussklemme unmittelbar verbunden ist. Eine starre und somit deformierbare Stromschiene, welche durch die bei einem normalen Nennstrom wirkenden Kräfte nicht deformiert wird, sich dagegen durch die bei einem höheren Fehlerstrom wirkenden Kräfte verformt, wird durch die Verformung gegen ein Kontaktteil bewegt und bildet die leitende Verbindung der Anschlussklemmen zur Überbrückung des Elektronikmoduls im Fehlerfall aus.
In zweckmäßiger Ausgestaltung sind die Stromschienen als mäanderförmig gebogene Stromschiene realisiert. Bei einer solchen mäander- oder schleifenartigen Anordnung führt der in den Teilstücken in entgegen gesetzter Richtung fließende Strom zu einer Abstoßungskraft, die im Falle eines hohen Fehlerstromes zu einer ausreichenden Deformation der Stromschiene führt, so dass einer der Abschnitte eine leitende Verbindung zwischen den Anschlussklemmen des Elektronikmoduls ausbildet. Die deformierbare Stromschiene kann auch eine Anordnung mit beispielsweise vier Teilstücken, die parallel zueinander angeordnet sind, aufweisen, wobei jeweils zwei benachbarte Teilstücke an einem Ende miteinander verbunden sind. Der Einsatz mehrerer paralleler Teilstücke erhöht die Deformationswirkung durch die elektromagnetischen Kräfte .
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weisen gebogene Bereiche der Stromschiene eine geringere Querschnittsfläche als die geradlinigen Bereiche auf. Bei einer Verbindung mit einer geringeren Querschnittsfläche ist eine Sollbruchstelle der deformierbaren Stromschiene ausgebildet, so dass bei den im Fehlerfall zwischen den Teilstücken auftretenden Kräften die deformierbare Stromschiene an der Sollbruchstelle auseinander bricht. Dadurch wird der parallel zu den Anschlussklemmen angeordnete Leistungshalbleiter vom Stromkreis getrennt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein weiteres Sicherungselement wie beispielsweise eine so genannte Scheibenzellendiode, die als solche bekannt ist, zwischen den Anschlussklemmen angeordnet ist. Durch eine von einer Steuerungseinheit herbeigeführte an der Scheibenzellendiode anliegende hohe Spannung wird diese zerstört und bildet einen zusätzlichen Strompfad für den Laststrom des Umrichters aus.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zum Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung eines der deformierbaren Abschnitte mit dem Kontaktteil vorgesehen. Eine solche kraftschlüssige Verbindung zwischen dem deformierbaren Abschnitt und dem Kontaktteil ist vorteilhaft, da zusätzlich zur elektrodynamischen Kraft eine mechanische Kraft aufgewendet wird, um die leitende Verbindung zwischen dem deformierbaren Abschnitt und der Anschlussklemme auszubilden. Dadurch wird der Kontakt verbessert und die Sicherheit der Überbrückung des defekten Elektronikmoduls erhöht .
In zweckmäßiger Weiterbildung umfassen die Mittel eine Schraubverbindung. Eine solche Schraubverbindung der beiden Abschnitte kann zu einer Vorspannung eines deformierbaren Abschnitts verwendet werden, wobei die im Fehlerfall auftretende Kraft zu einem Abreißen der Schraubverbindung führt . Dabei wird der durch die Schraubverbindung in Richtung des zweiten Abschnitts vorgespannte erste Abschnitt gelöst und bildet eine kraftschlüssige Verbindung mit der Anschlussklemme .
In einer anderen Ausgestaltung umfassen die Mittel ein Federelement . Vorteilhafterweise führt ein Federelement in einem Fehlerfall und der daraus resultierenden Kraft zu einem zusätzlichen Andrücken des deformierbaren Abschnitts an das Kontaktteil, so dass in vorteilhafter Weise der Kontakt bzw. die Verbindung zwischen dem deformierbaren Abschnitt und dem Kontaktteil verbessert wird.
In zweckmäßiger Fortbildung ist das Federelement zwischen den deformierbaren Abschnitten angeordnet . Durch eine solche Anordnung wird ein deformierbarer Abschnitt durch die vom Federelement auf den deformierbaren Abschnitt ausgeübte Kraft gegen das Kontaktteil gedrückt.
In einer anderen Ausführungsform kann das Federelement am Kontaktteil angeordnet sein. Die Anordnung des Federelements am Kontaktteil ist eine andere zweckmäßige Ausführung zur Verbesserung der leitenden Verbindung zwischen dem deformierbaren Abschnitt und dem Kontaktteil .
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zum Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung der deformierbaren Stromschiene mit der Klemme vorgesehen. Mit einer formschlüssigen Verbindung können die Eigenschaften der leitenden Verbindung und damit die Sicherheit der Überbrückung eines defekten Elektronikmoduls ebenfalls verbessert werden. Eine solche formschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktteil und dem deformierbaren Abschnitt kann beispielsweise durch einen Einrastmechanismus ausgebildet werden, bei dem ein Formstück am deformierbaren Abschnitt durch die vom Kurzschlussstrom erzeugte Kraft gegen ein am Kontaktteil angeordnetes zweites Formteil gedrückt wird und darin einrastet .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf Figuren der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der
Schaltungsanordnung eines Elektronikmoduls;
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einem ersten Zustand;
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht des
Elektronikmoduls aus Figur 2 in einem zweiten Zustand;
Figuren 4a bis 4 e Ausführungsbeispiele einer deformierbaren Stromschiene;
Figur 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einer zweiten
Ausführungsform;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einer dritten Ausführungsform;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einer vierten Ausführungsform; Figur 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einer fünften
Ausführungsform;
Figur 9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls in einer sechsten Ausführungsform;
Figur 10 eine Detailansicht der Figur 9.
Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines aus der DE 101 03 031 Al bekannten Elektronikmoduls. Die Funktion des Elektronikmoduls 1 sowie die Anordnung mehrerer
Elektronikmodule in einer Reihenschaltung bei einem Umrichter sind in der DE 101 03 031 Al beschrieben, die hiermit vollständig Teil der vorliegenden Offenbarung ist. Das Elektronikmodul 1 umfasst zwei IGBT' s 2,3 mit jeweiligen Emitteranschlüssen 4,7, Gateanschlüssen 5,8 und
Kollektoranschlüssen 6,9. Den IGBT' s 2,3 jeweils parallel geschaltet sind Freilaufdioden 10,11. Ein Kondensator 12 ist über Verbindungsleiter 13,14 mit den IGBT' s und den Freilaufdioden verbunden. Ein weiterer Verbindungsleiter 15 verbindet die IGBT' s 2,3 miteinander. Das Elektronikmodul 1 weist ferner Anschlussklemmen 16,17 auf.
Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Elektronikmoduls 1, bei dem vereinfachend die jeweiligen Gateanschlüsse 5,8 der IGBT' s 2,3 sowie die parallel geschalteten Dioden 10,11 nicht dargestellt sind. Die IGBT' s 2,3 sind auf einem Kühlkörper 18 befestigt. An einem Isolierkörper 19 ist ein Kontaktteil 20 angeordnet, welches mit der Anschlussklemme 17 leitend verbunden ist. Der Verbindungsleiter 14 ist durch eine isolierende Schicht 21 von den Verbindungsleitern 13 und 15 getrennt. Die Anschlussklemme 16 ist mit dem Verbindungsleiter 14 und die Anschlussklemme 17 mit dem Kontaktteil 20 sowie mit dem Verbindungsleiter 15 leitend verbunden. Die Anschlussklemme 17 ist mittels einer im Verbindungsleiter 14 angeordneten Aussparung 22, die gegen den Verbindungsleiter 14 isoliert ist, mit dem Verbindungsleiter 15 verbunden. Im Bereich des Kontaktteils 20 weist der Verbindungsleiter 14 eine in der gezeigten Seitenansicht U-förmige Schleife mit zwei parallel zueinander angeordneten deformierbaren Abschnitten 23 und 24 auf. Mit anderen Worten erstreckt sich der Verbindungsleiter 14 in der Nähe des Kontaktteils 20 mäanderförmig. Die im Normalbetrieb des Elektronikmoduls in den Verbindungsleitern 14 auf der einen und 13 und 15 auf der anderen Seite gegensinnig fließenden Ströme erzeugen elektrodynamische Kräfte, die durch die mit den Verbindungsleitern verklebte Isolierung 21 aufgenommen werden und die nicht ausreichen, um die Abschnitte 23 und 24 auseinander zu bewegen. Ist jedoch ein Bauteil des Elektronikmoduls defekt, so kann sich der
Kondensator 12 entladen, wobei aufgrund der großen Kapazität des Kondensators 12 sowie der niederinduktiven Eigenschaften der Verbindungsleiter 13,14,15 ein sehr hoher Entladungsström auftritt. Ein solcher in den deformierbaren Abschnitten 23 und 24 gegensinnig fließender Entlade- oder Fehlerstrom führt zu einer Abstoßungskraft zwischen den deformierbaren Abschnitten 23 und 24.
In Figur 3 ist das Elektronikmodul in einem Zustand dargestellt, in dem sich aufgrund eines defekten Bauteils der Kondensator 12 entladen hat und einen Entladestrom erzeugt hat, welcher zu der oben beschriebenen Verformung führt. Aufgrund der Verformung kontaktiert der Abschnitt 24 das Kontaktteil 20 und bildet so eine Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16,17. Diese Verbindung der Anschlussklemmen 16,17 ist so geschaltet, dass damit das defekte Elektronikmodul überbrückt ist .
Figur 4a zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Verbindungsleiters 14, bei dem anstatt der U-förmigen Schleife mit zwei parallelen deformierbaren Abschnitten gemäß Figur 2 eine schleifenförmige Anordnung mit vier parallel zueinander angeordneten deformierbaren Abschnitten oder Leiterstücken 25,26,27,28 ausgebildet ist. Eine solche
Anordnung verstärkt dem oben beschriebenen Verformungseffekt der Anordnung, da ein gegensinniger Strom in mehreren Paaren der Leiterstücke 25 und 26 bzw. 26 und 27 bzw. 27 und 28 fließt, so dass aufgrund elektromagnetischer Effekte eine abstoßende Kraft zwischen den jeweiligen Leiterstücken verstärkt ist.
In Figur 4b ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, die U-förmige Schleifenanordnung des Verbindungsleiters 13 mit zwei parallelen Abschnitten 23 und 24 auszubilden. Die gebogene Verbindung 29 der deformierbaren Abschnitte 23 und 24 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer geringeren Querschnittsfläche als die Querschnittsfläche der Abschnitte 23 und 24 ausgebildet. Dadurch wird eine Sollbruchstelle an der Verbindung 29 definiert, so dass bei der durch den
Fehlerstrom erzeugten Kraft die Verbindung der Abschnitte 23 und 24 an der Sollbruchstelle 29 aufbricht. Der Abschnitt 24 wird wie bereits in Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben, gegen das Kontaktteil 20 gedrückt und bildet einen Kurzschluss zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 aus.
In Figur 4c dargestellt ist eine andere Ausführungsform der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel findet die Verbindung der Abschnitte 23 und 24 über eine Schraube 30 statt, wobei die bei einem Fehlerstrom erzeugte Kraft zu einem Abscheren des Gewindes der Kunststoffschraube 30 führt, so dass die Verbindung zwischen den Abschnitten 23 und 24 unterbrochen wird und der Abschnitt 24 gegen das Kontaktteil 20 gedrückt wird und ebenfalls eine Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 ausbildet.
In Figur 4d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die U-förmige Schleifenanordnung der Abschnitte 23 und 24 eine zusätzliche Vorspannung über ein Federelement 31 erfährt. Durch das Federelement 31 wird eine zusätzliche Kraft auf den deformierbaren Abschnitt 24 ausgeübt, so dass die durch den Abschnitt 24 erzeugte leitende Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 durch die zusätzliche Kraft des Federelementes 31 verbessert wird.
In Figur 4e ist eine Kombination einer Schraube 30 mit einem Federelement 31 zur Verbindung der Abschnitte 23 und 24 dargestellt .
Figur 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Kombination eines Federelements 31 mit einem Hilfselement 32, welches mit der Isolierung verschraubt ist und die Federkraft des Federelements 31 aufnimmt. Bei einem Fehlerstrom wird durch die elektrodynamische Kraft die Verschraubung des Hilfselements 32 abgeschert, so dass die Federkraft des Federelementes 31 den deformierbaren Abschnitt 24 gegen das Kontaktteil 20 drückt und die Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 ausbildet.
Figur 6 zeigt eine zweckmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels aus Figur 5, bei dem das Hilfselement 32 durch eine Schraube 33 ausgebildet ist. In Figur 7 ist eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls dargestellt, bei dem das Kontaktteil 20 so angeordnet ist, dass bei einem Fehlerstrom, der in den Verbindungsleitern 14 und 15 gegensinnig fließt und dadurch zu einer abstoßenden Kraft zwischen diesen führt, der Verbindungsleiter 14 deformiert und gegen das Kontaktteil 20 gedrückt wird. Dabei ist die Isolierung 21 nicht mit den Verbindungsleitern 14 und 15 verklebt, sondern über Schrauben 34 und 35 befestigt. Federelemente 36,37 sind an den Schrauben angeordnet, die im Fehlerfall die Verformung des Verbindungsleiters 14 durch die abstoßende Kraft verstärken. Den Federelementen benachbart weist der Verbindungsleiter 14 in der gezeigten Seitenansicht nach oben weisende Leiterschleifen 38, 39 auf, die für die Deformation des Verbindungsleiters 14 in Richtung des Kontaktteils vorgesehen sind, deren Wirkung mit Bezug auf die Figur 10 beschrieben wird. Der Verbindungsleiter 14 wird im Fehlerfall durch die elektrodynamische und die Federkraft gegen das Kontaktteil 20 gedrückt, wodurch die Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 ausgebildet wird.
Figur 8 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls aus Figur 7, bei dem am Kontaktteil 20 ein Federelement 40 angeordnet ist, so dass der im Kurzschlussfall durch die elektromagnetische Kraft deformierte Verbindungsleiter 14 gegen das Federelement 40 gedrückt wird und eine sichere Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 ausbildet.
Figur 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Verbindung zwischen dem deformierbaren Verbindungsleiter 14 und dem Kontaktteil 20. Das Kontaktteil 20 weist eine Aussparung 41 sowie elastische Teile 42 und 43 auf. Am Verbindungsleiter 14 ist ein Formstück 44 angeordnet. Bei der im Kurzschlussfall zwischen den Verbindungsleitern 14 und 15 auftretenden elektromagnetischen Kraft wird das Formstück 44 nach oben in Richtung des Kontaktteils 20 bewegt, wobei durch die ausreichend große Kraft das Formstück die elastischen Teile 42 und 43 nach oben deformiert und durch die Aussparung 41 hindurch mit den elastischen Teilen 42 und 43 einrastet, so dass eine Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 ausgebildet ist.
Figur 10 zeigt die formschlüssige Verbindung des Formstücks 44 mit dem Kontaktteil 20 in einer eingerasteten Position, nachdem der Kurzschlussstrom im Elektronikmodul geflossen ist. Der Verbindungsleiter 14 ist durch die elektrodynamische Kraft deformiert, wobei die Leiterschleifen 38, 39 jeweils in vom Formstück 44 hinweg weisende Richtung gebogen sind, so dass sich der Verbindungsleiter 14 nach oben deformiert und das Formstück 44 durch die Aussparung 41 mit den elastischen 42 und 43 einrastet und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Formstück 44 und dem Kontaktteil 20 ausbildet. Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Einrastmechanismen zum Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung realisierbar.
Bezugszeichenliste
1 Elektronikmodul
2,3 IGBT 4 Emitteranschluss
5 Gateanschluss
6 Kollektoranschluss
7 Emitteranschluss
8 Gateanschluss 9 Kollektoranschluss
10,11 Freilaufdioden
12 Kondensator
13,14,15 Verbindungsleiter
16,17 Anschlussklemmen 18 Kühlkörper
19 Isolationskörper
20 Kontaktteil
21 Isolierung
22 Aussparung 23,24 Abschnitte
25,26,27,28 Leiterabschnitte
29 Verbindung
30 KunstStoffschraube
31 Federelement 32 Hilfselement
33 Kunststoffschraube
34,35 Schrauben 36,37 Federelemente 38, 39 Leiterschleifen 40 Federelement
41 Aussparung
42,43 Elastische Teile 44 Formstück

Claims

Patentansprüche
1. Elektronikmodul (1) mit mindestens einer ersten und einer zweiten Anschlussklemme (16,17) sowie mit über Verbindungsleiter (13,14,15) verbundenen
Leistungshalbleitern (2,3), den Leistungshalbleitern (2,3) jeweils parallel geschalteten Dioden (10,11) und wenigstens einem ebenfalls über Verbindungsleiter (13,14,15) mit den Leistungshalbleitern (2,3) verbundenen Kondensator (12) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verbindungsleiter (13,14,15) mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Abschnitte aufweisen, von denen mindestens einer deformierbar ist, über die der im Elektronikmodul (1) fließende Strom gegensinnig geführt ist, und die so dimensioniert sind, dass diese beim Überschreiten eines SchwellStromes eine leitende Verbindung zwischen den Anschlussklemmen (16,17) ausbilden und die Leistungshalbleiter und jeden Kondensator überbrücken.
2. Elektronikmodul (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die deformierbaren Abschnitte durch Stromschienen (23,24,25,26,27,28) realisiert sind, die mit der ersten Anschlussklemme (16) unmittelbar verbunden sind, wobei die Stromschienen in der Nähe eines Kontaktteils (20) angeordnet sind, welches mit der zweiten Anschlussklemme (17) unmittelbar verbunden ist.
3. Elektronikmodul nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stromschienen (23,24,25,26,27,28) als mäanderförmig gebogene Stromschiene realisiert sind.
4. Elektronikmodul nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass gebogene Bereiche (29) der Stromschiene
(23,24,25,26,27,28) eine geringere Querschnittsfläche als die geradlinigen Bereiche (23,24,25,26,27,28) aufweisen.
5. Elektronikmodul nach Anspruch 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Mittel (30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40) zum Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung eines der deformierbaren Abschnitte mit dem Kontaktteil (20) vorgesehen sind.
6. Elektronikmodul nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Mittel (30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40) eine Schraubverbindung (34,35) umfassen.
7. Elektronikmodul nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Mittel (30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40) mindestens ein Federelement (31,36,37,38) umfassen.
8. Elektronikmodul nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Federelement (31,36,37) zwischen den deformierbaren Abschnitten angeordnet ist.
9. Elektronikmodul nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Federelement (40) am Kontaktteil (20) angeordnet ist.
10. Elektronikmodul nach Anspruch 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Mittel (38,39,40,41,42,43,44) zum Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung der deformierbaren Abschnitte mit dem Kontaktteil (20) vorgesehen sind.
PCT/DE2005/001147 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul WO2006136123A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/DE2005/001147 WO2006136123A1 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul
EP05767544A EP1894240B1 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul
DE112005003679T DE112005003679A5 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul
DE502005007115T DE502005007115D1 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul
AT05767544T ATE429033T1 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul
US11/917,297 US8081486B2 (en) 2005-06-23 2005-06-23 Electronic module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/DE2005/001147 WO2006136123A1 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006136123A1 true WO2006136123A1 (de) 2006-12-28

Family

ID=34972947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2005/001147 WO2006136123A1 (de) 2005-06-23 2005-06-23 Elektronikmodul

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8081486B2 (de)
EP (1) EP1894240B1 (de)
AT (1) ATE429033T1 (de)
DE (2) DE502005007115D1 (de)
WO (1) WO2006136123A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2254228A1 (de) * 2009-05-20 2010-11-24 ABB Schweiz AG Leistungselektronisches Schaltmodul sowie System mit solchen Schaltmodulen
WO2013044961A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschlussstromentlastung für submodul eines modularen mehrstufenumrichters (mmc)
DE102017209783A1 (de) * 2017-06-09 2018-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Leistungselektronisches Schaltmodul

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011085650B4 (de) * 2011-11-03 2022-09-01 Robert Bosch Gmbh Befestigung eines Steuergerätes für ein Getriebesteuermodul an einer Trägerplatte
WO2013075741A1 (de) * 2011-11-23 2013-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Hochspannungsanlage mit sollbruchstelle
DE102012202765B3 (de) * 2012-02-23 2013-04-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Halbleitermodul
KR101846418B1 (ko) * 2013-12-17 2018-04-06 지멘스 악티엔게젤샤프트 Hvdc 컨버터를 위한 보호 전자 모듈
AT515100B1 (de) * 2013-12-20 2015-06-15 F & S Vermögensverwaltungs Gmbh Trägermodul mit Überbrückungselement für ein Halbleiterelement
US20230246562A1 (en) * 2020-06-12 2023-08-03 Hitachi Energy Switzerland Ag Cell Comprising a Power Link With a Variable Inductance

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5734197A (en) 1995-09-27 1998-03-31 Texas Instruments Incorporated Deformable leadframe for overcurrent protection
DE10103031A1 (de) 2001-01-24 2002-07-25 Rainer Marquardt Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern
US20030187630A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Intel Corporation Shunt transient voltage regulator in a processor package, method of making same, and method of using same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09172116A (ja) * 1995-12-21 1997-06-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US6234842B1 (en) * 1998-11-20 2001-05-22 Vlt Corporation Power converter connector assembly
JP3642012B2 (ja) * 2000-07-21 2005-04-27 株式会社日立製作所 半導体装置，電力変換装置及び自動車
US6845017B2 (en) * 2000-09-20 2005-01-18 Ballard Power Systems Corporation Substrate-level DC bus design to reduce module inductance
US7042080B2 (en) * 2003-07-14 2006-05-09 Micron Technology, Inc. Semiconductor interconnect having compliant conductive contacts
US6881074B1 (en) * 2003-09-29 2005-04-19 Cookson Electronics, Inc. Electrical circuit assembly with micro-socket
JP4239906B2 (ja) * 2004-06-18 2009-03-18 住友電装株式会社 中継コネクタと電気部品との接続構造
JP2007018981A (ja) * 2005-07-11 2007-01-25 Nippon Sheet Glass Co Ltd 窓ガラスへの端子取付け構造
JP2007209184A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
EP2208225B1 (de) * 2007-11-13 2018-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Leistungshalbleitermodul
US7766673B1 (en) * 2009-07-31 2010-08-03 Nissan Technical Center North America, Inc. Fusible link busbar for starter and alternator with dual battery application

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5734197A (en) 1995-09-27 1998-03-31 Texas Instruments Incorporated Deformable leadframe for overcurrent protection
DE10103031A1 (de) 2001-01-24 2002-07-25 Rainer Marquardt Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern
US20030187630A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-02 Intel Corporation Shunt transient voltage regulator in a processor package, method of making same, and method of using same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2254228A1 (de) * 2009-05-20 2010-11-24 ABB Schweiz AG Leistungselektronisches Schaltmodul sowie System mit solchen Schaltmodulen
WO2013044961A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschlussstromentlastung für submodul eines modularen mehrstufenumrichters (mmc)
DE102017209783A1 (de) * 2017-06-09 2018-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Leistungselektronisches Schaltmodul

Also Published As

Publication number Publication date
EP1894240A1 (de) 2008-03-05
EP1894240B1 (de) 2009-04-15
DE112005003679A5 (de) 2008-05-21
DE502005007115D1 (de) 2009-05-28
US20080207027A1 (en) 2008-08-28
US8081486B2 (en) 2011-12-20
ATE429033T1 (de) 2009-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1894240B1 (de) Elektronikmodul
EP2356894B1 (de) Stromrichtermodul mit gekühlter verschienung
EP2059933B1 (de) Überspannungsableiter mit einem gehäuse und mit mindestens einem ableitelement
EP2059987A1 (de) Kurzschlussstrombegrenzer
EP1318547B1 (de) Leistungshalbleiter-Modul
DE102019203977B4 (de) Schutzschalteinrichtung für Gleichspannung und Gleichspannungsabzweig mit Schutzschalteinrichtung
DE102007050377A1 (de) Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle
DE102014207927A1 (de) Transistoranordnung für einen Spannverband und Spannverband mit zumindest einer solchen Transistoranordnung
DE102014207928A1 (de) Schaltungseinheit für einen Transistor und Verfahren zum Betreiben einer solchen
WO2015154796A1 (de) Verfahren zum schützen einer elektrischen baueinheit vor einem überstromschaden
EP2802066B1 (de) Schutzbeschaltung für Isolationsschäden durch Ausfall von Zwischenkreiskondensatoren
EP2564501A2 (de) Submodul für einen modularen mehrstufenumrichter
DE3201296C2 (de) Transistoranordnung
EP0783199A2 (de) Verschienungssystem für den Zwischenkreis eines Stromrichters
DE102018005747A1 (de) Energiespeicheranordnung und Fahrzeug mit Energiespeicheranordnung
DE102015213916B4 (de) Leistungshalbleitermodulanordnung
EP1065683B1 (de) Leistungsschalter mit Anschlussschienen für verschiedene Nennströme
EP2986092B1 (de) Schaltschrank
EP3753048B1 (de) Schaltungsanordnung, stromrichtermodul und verfahren zum betreiben des stromrichtermoduls
DE102020100919A1 (de) Berührgeschützter Drehkontakt
EP1992003B1 (de) Überstromschaltvorrichtung
WO2016162459A1 (de) Baugruppe mit leiterplatte und elektrischem bauelement
DE102006008480B4 (de) Trenner
DE202005014853U1 (de) Anschlussbaugruppe für einen Leistungsschalter sowie Leistungsschalter
EP1898686A1 (de) Kurzschlussfestigkeitsoptimiertes Halbleiterschaltmodul

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005767544

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11917297

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120050036790

Country of ref document: DE

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005767544

Country of ref document: EP

REF Corresponds to

Ref document number: 112005003679

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20080521

Kind code of ref document: P