WO2018033420A1 - Method for determining the temperature of a power module, and power module - Google Patents

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WO2018033420A1
WO2018033420A1 PCT/EP2017/069937 EP2017069937W WO2018033420A1 WO 2018033420 A1 WO2018033420 A1 WO 2018033420A1 EP 2017069937 W EP2017069937 W EP 2017069937W WO 2018033420 A1 WO2018033420 A1 WO 2018033420A1
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power module
temperature
electromagnetic radiation
power
determining
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PCT/EP2017/069937
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Robert Baumgartner
Martin Honsberg
Gerhard Mitic
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01K11/006—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on microwaves or longer electromagnetic waves, e.g. measuring temperature via microwaves emitted by the object
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • H01L2924/181—Encapsulation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a temperature in a power module, a power module, a wind turbine and a method for servicing a wind turbine.
  • the temperature of semiconductor devices of the power modules is an important parameter indicating a thermal or electrical overload or fortge ⁇ paced aging of the power modules.
  • the measurement of the temperature of semiconductor devices in power modules is regularly not directly possible because quickly rea ⁇ ing temperature sensors are expensive or not work reliably in high voltage fields.
  • Temperature sensors are usually arranged at a distance from the semiconductor components at edge regions of the metallized ceramic.
  • NTC Negative Temperature Coefficient
  • thermistors or other temperature sensors are used, and due to the temperature sensor spacing, these temperature sensors only indirectly measure the temperature of the semiconductor devices
  • delays creeping breaks
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistor
  • plumb bobs plumb bobs, and so on would occur with increasing aging of power modules.
  • sintering fatigue of chip and system solder as well as fractures and suk ⁇ zessive fatigue cracking of bonds.
  • Such Al ⁇ esterification phenomena typically result in an initially slightly and later greatly increased operating temperature of the semiconductor components.
  • Such an increase in operating temperature is usually followed by a bond burn or a chip short. conclusion by thermal short alloying, so that the power ⁇ module is finally destroyed.
  • Timely identification of aging processes in power modules is particularly relevant in wind turbines, since the reliability of the power modules is a relevant factor for the costly maintenance of wind turbines, especially offshore wind turbines. It is against this background the object of the invention to provide an improved method for determining a temperature in a power module, which can be carried out inexpensively and reliably ⁇ . It is further object of the invention to provide an improved power module would be a wind turbines and a method for maintaining a wind turbine be ⁇ riding determine in which an imminent failure of the power module or the wind power plant at an early stage, herebygüns ⁇ term and reliable is possible.
  • This object of the invention is provided with a method for determining a temperature in a power module having the features specified in claim 1 and with a power module having the features specified in claim 5 and with a wind turbine with the features specified in claim 10 and a method for maintenance a wind turbine solved with the features specified in claim 11.
  • electromagnetic radiation of the power module is detected and used to determine the temperature or a variable dependent thereon.
  • a non-contact temperature measurement on the nursemo ⁇ module, in particular within the power module possible.
  • the electromagnetic radiation can be detect outside the power module. Consequently, the method can be used without having to modify the power module necessarily in its internal structure.
  • the inventive method is very accurate. Thus allows the in- tensity of the detected electromagnetic radiation a direct conclusion about the temperature of the animal Strahlungsemit ⁇ forming region of the power module, in particular a semiconductor device of the power module.
  • the relationship between an intensity of the detected electromagnetic radiation and the temperature of the radiation-emitting region of the power module is almost line ⁇ ar. Since it is sufficient for the inventive method to detect the electromagnetic radiation of the power module le ⁇ diglich and it is not as necessary to emit electromagnetic radiation, the he ⁇ invention proper method can also employ a purely passive, ie, the inventive method has no interference potential for the power module itself on.
  • the method Einset ⁇ zen the invention can be to detect an applied overload of the power module time ⁇ close. Specifically, a power module of the temperature change on an atypical out can be monitored by means of the OF INVENTION ⁇ to the invention method. Such an atypical increase in temperature is often associated with a thermo-mechanical fatigue, which according to the invention quickly recognized ⁇ who can.
  • electromagnetic radiation is recorded in non-visible to the human eye spectral range, in particular having wavelengths of at least 1000 nanometers, preferably at least 3 micrometers, in particular Minim ⁇ least 30, and ideally at least 300 microns.
  • electromagnetic radiation having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably at least 1 mm and / or at most 100 mm.
  • Training of the method according to the invention therefore millimeter waves of electromagnetic radiation are used.
  • the current surface temperatures of semiconductor components in the normal, serially potted state can be detected without specially created measuring channels.
  • Soft-potting layers, and / or one or more adjacent (for electrical insulation) adjacent heated insulating layers on the surface of metallizations and bond wires and semiconductor devices emit such millimeter waves. While such millimeter waves are at least partially sorbed by optionally present colder components of the power module ⁇ from soft and hard encapsulation and / or by one or more electrically insulating layer / s from ⁇ . However, a sufficiently high proportion of the electromagnetic radiation penetrates the soft and hard encapsulation and / or the one or more electrical insulating layer (s) as well as any housing of the power module. Typically, therefore, a power module is sufficiently transparent for carrying out the method according to the invention. Particularly useful in the method according to the invention is a power module with such
  • Potting material preferably soft potting material, and / or with such an electrical, preferably with plastic, in particular silicone, formed, insulating layer and / or with plastic, in particular silicone, used.
  • a power module does not necessarily have to be used, which is a
  • Emit millimeter waves Emit millimeter waves.
  • a power module in which, depending on the temperature, millimeter-wave emitting material is applied the surface of metallization and / or bonding wires and / or semiconductor devices is layered, dusted or arranged in any other way specifically for the purpose of detecting the temperature.
  • the intensity of the electromagnetic radiation or a variable dependent thereon, in particular as or for a measure of the temperature are used.
  • the intensity of the emitted electromagnetic radiation is proportional to the temperature of the radiation-emitting region of the power module. Consequently, in this development, the temperature can be determined precisely and reliably.
  • the electromagnetic radiation is detected spatially resolved in the inventive method.
  • the power module can spatially rasterize or it is at several points of the power module at the same time the electromagnetic radiation ⁇ treatment and thus detected the temperature.
  • a temperature distribution of buttermo ⁇ duls can win and add load characteristic signature.
  • the power module according to the invention has at least one detector, which is designed to detect electromagnetic radiation. Further preferably, the invention Leis ⁇ processing module to an evaluation device which is designed, the detected electromagnetic radiation to determine a temperature in the power module or a variable dependent thereon. Consequently, by means of the evaluation device of the power module according to the invention, the method according to the invention for determining a temperature in a power module, as has been described above, can be carried out easily.
  • power module according to the invention a Kom ⁇ munikations announced, by means of which measurement data of the detector to the detected electromagnetic radiation communicate can be decorated, preferably wireless and appropriately separate to an externally provided evaluation device.
  • the detector is arranged in an outer or peripheral region of the power module.
  • a conventional power module can be easily upgraded to a power module according to the invention.
  • the detector can detect the electromagnetic radiation of the entire power module by means of one or less by Detek ⁇ factors in this development.
  • the detector is designed to detect electromagnetic radiation having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably at least 1 mm and / or at most 100 mm.
  • the possibly existing evaluation device or the external evaluation device is designed to determine the remaining service life of the most heavily used power semiconductor module and to determine a next maintenance date.
  • the detector and / or the evaluation device are particularly preferably designed to use the electromagnetic radiation for determining the temperature or a variable dependent thereon in accordance with the previously described method for determining a temperature in a power module.
  • Advantages of the method according to the invention for determining a temperature in a power module are as follows. lent also to the power module described here according to the invention.
  • the at least one detector is designed for spatially resolved detection of the electromagnetic radiation.
  • the at least one detector or several of the detectors are movable relative to other parts of the power module. This can be achieved by a method or by a
  • Panning one or more of the detectors rasterize the power module, in particular two- or three-dimensional raster. Accordingly, a load-characteristic signature can easily be obtained in this development of the power module according to the invention.
  • the power module according to the invention at least one potted with potting power ⁇ semiconductors and / or coated with at least one insulating layer power semiconductor and / or arranged on plastic, in particular silicone, and / or any other, tem ⁇ on temperature millimeter wave emitting, material Leistunsgleiter on.
  • the potting material and / or the at least one insulating layer is formed with or made of silicone.
  • the wind turbine according to the invention comprises a erfindungsge ⁇ mäßes power module as described above and / or a Leis ⁇ processing module and at least one detector which is adapted to He ⁇ replaced by an electromagnetic radiation of the power module.
  • the wind turbine according to the invention on an evaluation device, which is formed out ⁇ , the detected electromagnetic radiation to Be ⁇ humor a temperature in the power module or a zoom pull dependent thereon size.
  • the inventive Wind turbine is preferably an offshore wind turbine and can be maintained at the same time cost and reliable.
  • the detector is designed to detect electromagnetic radiation having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably at least 1 mm and / or at most 100 mm.
  • a wind power plant according to the invention will be as before ⁇ wrote maintained.
  • power ⁇ module of the wind turbine is at a temperature
  • the novel process can be planned in the maintenance of the wind turbine, in particular temporally subsequent, maintenance interval pre ⁇ vallen.
  • a maintenance inspection of the wind turbine on site requires performs a more precise definition of service Inter ⁇ vallen in significant cost savings.
  • Figure 1 shows a power module according to the invention with an array of power semiconductors and an array of millimeter-wave antennas schematically in cross-section and
  • the power module 10 shown in FIG. 1 comprises a
  • the printed circuit board 20 has, in a manner known per se, two flat sides facing away from one another.
  • a metal cooler 30 is connected over its entire surface via a laminar, layer-like metal composite 25 made of AlSiC.
  • the printed circuit board 20 On a second side of the printed circuit board 20, the printed circuit board 20 carries power semiconductor modules 40 in the manner of
  • IGBTs Insolated Gate Bipolar Transistor
  • the power semiconductor devices 40 are different from each other
  • the printed circuit board 20 is housed on the part of its second flat side by means of a hard plastic housing 70 ⁇ .
  • the hard plastic housing 70 terminates with the metal ⁇ composite 25, so that the metal composite 30 forms a voltage applied to the first flat side of the circuit board 20 housing wall.
  • the interior formed of hard plastic housing 70 and metal composite 25 to the circuit board 20 and the power semiconductors terbaustein 40 is provided with a soft casting compound 80, cast in dargestell ⁇ th embodiment, silicone gel.
  • a soft casting compound 80 cast in dargestell ⁇ th embodiment, silicone gel.
  • the second flat side of the printed circuit board 20 is located with the power ⁇ semiconductor devices 40 in the soft casting compound 80th Near the second flat side of the printed circuit board 20 and outside of the hard plastic housing 70, an antenna array 90 of the power module 10 is arranged thereon, whose individual antennas 100 are designed and dimensioned to receive millimeter waves 110.
  • the individual antennas 100 are offset from one another in directions of the planar extensions of the flat sides of the printed circuit board 20.
  • the power semiconductor components 40 heat to different degrees according to the temperature distribution 50.
  • the temperature distribution 50 consequently also extends to the adjacent soft encapsulation 80, which rapidly assumes the temperature of the adjacent power semiconductor components 40.
  • the thermal conductivity of the soft encapsulation 80 is bordered be ⁇ , so that the temperature distribution 50 of the power semiconductor elements 40 and the circuit board 20 very precisely ge ⁇ maps to the local temperature distribution of the soft encapsulation 80th
  • the soft potting 80 emits heat radiation when heated with a significant portion of the spectral range of the millimeter waves 110 from 3 GHz to 300 GHz.
  • the intensity of the millimeter wave 110 depends directly from the tempera ⁇ ture of soft encapsulation 80 and follow the black for Kör ⁇ by applicable laws radiation.
  • the intensity of the millimeter wave 110 can be determined individually for a ⁇ individual power semiconductor modules 40th
  • the evaluation means also draws a reference temperature distribution under standardized operating conditions approach that has been detected previously during the commissioning of the nursemo ⁇ duls 10th
  • the evaluation device compares the measured temperature distribution 50 with the reference temperature distribution.
  • acute congestion of the power module 10 or one or more of power semiconductor devices 40 can be easily ermit ⁇ stuffs.
  • the evaluation device is designed to calculate the remaining service life of the most heavily used power To determine semiconductor component 40 and to plan a next War ⁇ ment appointment.
  • a pivotable single antenna is provided in a further play, not specifically illustrated, exemplary embodiment, instead of an antenna array 90 of individual antennas 100, by means wel ⁇ cher by pivoting is also spatially resolved detection of electromagnetic radiation possible.
  • an electrical insulating ⁇ layer which coats the power semiconductor modules 40th
  • the insulating layer is formed in these exemplary embodiments with plastic, for example made of silicone, and emit ⁇ tiert bleachable the potting material 80 temperature-dependent millimeter waves.
  • plastic in particular silicone, may be deposited in other exemplary embodiments on the power semiconductor components, which emits millimeter waves depending on temperature, so that the detection of the temperature is also possible according to the invention in these exemplary embodiments.
  • the invention offshore wind power shown in Figure 2 anläge 200 includes a power module 10 as shown in Figure 1 Darge ⁇ puts on.
  • the next maintenance dates are determined from the ascertained by means of the evaluation device of the Leis ⁇ processing module 10 temperatures.
  • the number of maintenance operations and consequently a large part of the associated costs can be saved.

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Abstract

In the method for determining a temperature in a power module, electromagnetic radiation of the power module is detected and is taken into consideration for the determination of the temperature or of a variable dependent thereon. In the method for servicing a wind turbine, a wind turbine having a power module is considered, and, in the power module, a temperature is determined by means of a method for determining a temperature in a power module. The power module has at least one detector, designed to detect electromagnetic radiation, and an evaluation device, designed to take into consideration the detected electromagnetic radiation for the determination of a temperature in the power module or of a variable dependent thereon. The wind turbine has a power module of said type.

Description

Beschreibung description
VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER TEMPERATUR EINES LEISTUNGSMODULS UND LEISTUNGSMODUL  Method for determining the temperature of a power module and power module
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem Leistungsmodul, ein Leistungsmodul, eine Windkraftanlage sowie ein Verfahren zur Wartung einer Windkraftanlage . The invention relates to a method for determining a temperature in a power module, a power module, a wind turbine and a method for servicing a wind turbine.
Bei Leistungsmodulen bildet die Temperatur von Halbleiterbauteilen der Leistungsmodule einen wichtigen Parameter, welcher eine thermische oder elektrische Überlast oder eine fortge¬ schrittene Alterung der Leistungsmodule anzeigt. Die Messung der Temperatur von Halbleiterbauteilen in Leistungsmodulen ist jedoch regelmäßig nicht direkt möglich, da schnell rea¬ gierende Temperatursensoren teuer sind oder in Hochspannungsfeldern nicht zuverlässig funktionieren. Power modules, the temperature of semiconductor devices of the power modules is an important parameter indicating a thermal or electrical overload or fortge ¬ paced aging of the power modules. However, the measurement of the temperature of semiconductor devices in power modules is regularly not directly possible because quickly rea ¬ ing temperature sensors are expensive or not work reliably in high voltage fields.
Temperatursensoren sind meist beabstandet von den Halbleiterbauteilen an Randbereichen der metallisierten Keramik angeordnet. Als Temperatursensoren werden NTC-Widerstände (NTC = (engl.) „Negative Temperature Coefficient") , Thermistoren oder sonstige Temperatursensoren eingesetzt. Infolge der Beabstandungen der Temperatursensoren messen diese Temperatursensoren die Temperatur der Halbleiterbauteile lediglich mittelbar. Eine genaue Erfassung der Temperatur von Halbleiterbauteilen solcher Leistungsmodule jedoch würde vorteilhaft eine frühzeitige Erkennung von Alterungsprozessen in Leistungsmodulen erlauben. So treten bei zunehmender Alterung von Leistungsmodulen Delaminationen (schleichende Abrisse) von Emitter- und Kollektorkontaktierungen von Schalt-IGBTs (IGBT = (engl.) „Insolated Gate Bipolar Transistor") , Lot- und Sinter-Ermüdungen von Chip- und Systemlot sowie Brüche und suk¬ zessive Ermüdungsabrisse von Bondverbindungen auf. Solche Al¬ terungserscheinungen führen typischerweise zu einer zunächst geringfügig und später stark erhöhten Betriebstemperatur der Halbleiterbauteile. Auf solch eine Erhöhung der Betriebstemperatur folgt regelmäßig ein Bondabbrand oder ein Chipkurz- schluss durch thermisches Kurzlegieren, sodass das Leistungs¬ modul endgültig zerstört ist. Temperature sensors are usually arranged at a distance from the semiconductor components at edge regions of the metallized ceramic. As temperature sensors, NTC (Negative Temperature Coefficient) resistors, thermistors or other temperature sensors are used, and due to the temperature sensor spacing, these temperature sensors only indirectly measure the temperature of the semiconductor devices However, delays (creeping breaks) of emitter and collector contacts of switching IGBTs (IGBT = "Insolated Gate Bipolar Transistor"), plumb bobs, and so on would occur with increasing aging of power modules. and sintering fatigue of chip and system solder as well as fractures and suk ¬ zessive fatigue cracking of bonds. Such Al ¬ esterification phenomena typically result in an initially slightly and later greatly increased operating temperature of the semiconductor components. Such an increase in operating temperature is usually followed by a bond burn or a chip short. conclusion by thermal short alloying, so that the power ¬ module is finally destroyed.
Insbesondere bei Windkraftanlagen ist eine rechtzeitige Er- kennung von Alterungsprozessen in Leistungsmodulen relevant, da die Zuverlässigkeit der Leistungsmodule ein relevanter Faktor für die aufwendige Wartung von Windkraftanlagen, gerade von Offshore-Windraftanlagen, ist. Es ist vor diesem Hintergrund Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem Leistungsmodul bereitzustellen, welches kostengünstig und zu¬ verlässig durchgeführt werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Leistungsmodul, eine Windkraftan- läge und ein Verfahren zur Wartung einer Windkraftanlage be¬ reitzustellen, bei welchen ein drohendes Versagen des Leistungsmoduls oder der Windkraftanlage frühzeitig, kostengüns¬ tiger und zuverlässiger möglich ist. Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen und mit einer Windkraftanlage mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Wartung einer Windkraftanlage mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Timely identification of aging processes in power modules is particularly relevant in wind turbines, since the reliability of the power modules is a relevant factor for the costly maintenance of wind turbines, especially offshore wind turbines. It is against this background the object of the invention to provide an improved method for determining a temperature in a power module, which can be carried out inexpensively and reliably ¬. It is further object of the invention to provide an improved power module would be a wind turbines and a method for maintaining a wind turbine be ¬ riding determine in which an imminent failure of the power module or the wind power plant at an early stage, kostengüns ¬ term and reliable is possible. This object of the invention is provided with a method for determining a temperature in a power module having the features specified in claim 1 and with a power module having the features specified in claim 5 and with a wind turbine with the features specified in claim 10 and a method for maintenance a wind turbine solved with the features specified in claim 11.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Preferred developments are specified in the subclaims, the following description and the drawing.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an und insbesondere in einem Leistungsmodul wird elektromagnetische Strahlung des Leistungsmoduls erfasst und zur Ermittlung der Temperatur oder einer davon abhängenden Größe herangezogen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine berührungslose Temperaturmessung an dem Leistungsmo¬ dul, insbesondere innerhalb des Leistungsmoduls, möglich. Insbesondere lässt sich die elektromagnetische Strahlung au- ßerhalb des Leistungsmoduls detektieren. Folglich lässt sich das Verfahren einsetzen, ohne das Leistungsmodul notwendig in seinem inneren Aufbau modifizieren zu müssen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr genau. So erlaubt die In- tensität der erfassten elektromagnetischen Strahlung einen direkten Rückschluss auf die Temperatur des Strahlungsemit¬ tierenden Bereichs des Leistungsmoduls, insbesondere eines Halbleiterbausteins des Leistungsmoduls. Geeigneterweise ist der Zusammenhang zwischen einer Intensität der erfassten elektromagnetischen Strahlung und der Temperatur des strah- lungsemittierenden Bereichs des Leistungsmoduls nahezu line¬ ar. Da es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hinreichend ist, die elektromagnetische Strahlung des Leistungsmoduls le¬ diglich zu erfassen und es nicht etwa erforderlich ist, elektromagnetische Strahlung auszusenden, lässt sich das er¬ findungsgemäße Verfahren zudem rein passiv einsetzen, d.h. das erfindungsgemäße Verfahren weist kein Störpotential für das Leistungsmodul selbst auf. Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einset¬ zen, um eine anliegende Überlastung des Leistungsmoduls zeit¬ nah zu erkennen. Insbesondere lässt sich mittels des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens ein Leistungsmodul auf eine atypische Änderung der Temperatur hin überwachen. Eine solche atypische Temperaturerhöhung hängt häufig mit einer thermomechanischen Ermüdung zusammen, welche erfindungsgemäß rasch erkannt wer¬ den kann. In the method according to the invention for determining a temperature and in particular in a power module, electromagnetic radiation of the power module is detected and used to determine the temperature or a variable dependent thereon. By means of the method according to the invention, a non-contact temperature measurement on the Leistungsmo ¬ module, in particular within the power module , possible. In particular, the electromagnetic radiation can be detect outside the power module. Consequently, the method can be used without having to modify the power module necessarily in its internal structure. Furthermore, the inventive method is very accurate. Thus allows the in- tensity of the detected electromagnetic radiation a direct conclusion about the temperature of the animal Strahlungsemit ¬ forming region of the power module, in particular a semiconductor device of the power module. Suitably, the relationship between an intensity of the detected electromagnetic radiation and the temperature of the radiation-emitting region of the power module is almost line ¬ ar. Since it is sufficient for the inventive method to detect the electromagnetic radiation of the power module le ¬ diglich and it is not as necessary to emit electromagnetic radiation, the he ¬ invention proper method can also employ a purely passive, ie, the inventive method has no interference potential for the power module itself on. Advantageously, the method Einset ¬ zen the invention can be to detect an applied overload of the power module time ¬ close. Specifically, a power module of the temperature change on an atypical out can be monitored by means of the OF INVENTION ¬ to the invention method. Such an atypical increase in temperature is often associated with a thermo-mechanical fatigue, which according to the invention quickly recognized ¬ who can.
Vorzugsweise wird elektromagnetische Strahlung im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Spektralbereich erfasst, insbesondere mit Wellenlängen von mindestens 1000 Nanometern, vorzugsweise mindestens 3 Mikrometern, insbesondere mindes¬ tens 30 und idealerweise zumindest 300 Mikrometern. Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von mindestens 0,3 mm und/oder höchstens 300 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm und/oder höchstens 100 mm herangezogen. In dieser Wei- terbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden folglich Millimeterwellen der elektromagnetischen Strahlung herangezogen. In dieser Weiterbildung lassen sich die aktuellen Oberflächentemperaturen von Halbleiterbauteilen im normalen, se- rienmäßig vergossenen Zustand ohne eigens dafür erstellte Messkanäle erfassen. Preferably, electromagnetic radiation is recorded in non-visible to the human eye spectral range, in particular having wavelengths of at least 1000 nanometers, preferably at least 3 micrometers, in particular Minim ¬ least 30, and ideally at least 300 microns. In the method according to the invention, particular preference is given to using electromagnetic radiation having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably at least 1 mm and / or at most 100 mm. In this way Training of the method according to the invention therefore millimeter waves of electromagnetic radiation are used. In this development, the current surface temperatures of semiconductor components in the normal, serially potted state can be detected without specially created measuring channels.
Zwar emittieren Metallflächen, wie sie typischerweise Chipkontakte, Leiterbahnen an Keramikplatinen und Bonddrähte, welche an die Halbleiterbauteile ankontaktiert sind, aufwei¬ sen, selbst keine Millimeterwellen. Aber insbesondere unmit¬ telbar angrenzende, erwärmte Verguss-Schichten, etwa Although emitting metal surfaces such as those typically chip contacts, conductor tracks on ceramic boards, and bonding wires which are ankontaktiert to the semiconductor components, aufwei ¬ sen even no millimeter waves. But in particular UNMIT ¬ telbar adjacent, heated potting layers, such
Weichverguss-Schichten, und/oder eine oder mehrere (zur elektrischen Isolierung vorgesehene) angrenzende, erwärmte Isolierschicht/en an der Oberfläche von Metallisierungen und Bonddrähten und Halbleiterbausteinen emittieren solche Millimeterwellen. Zwar werden solche Millimeterwellen auch durch gegebenenfalls vorhandene kältere Bestandteile des Leistungs¬ moduls aus Weich- und Hartverguss und/oder durch eine oder mehrere elektrische Isolierschicht/en zumindest teilweise ab¬ sorbiert. Jedoch durchdringt ein hinreichend hoher Anteil der elektromagnetischen Strahlung den Weich- und Hartverguss und/oder die eine oder mehrere elektrische Isolierschicht/en sowie ein gegebenenfalls vorhandenes Gehäuse des Leistungsmo- duls. Typischerweise ist also ein Leistungsmodul ausreichend transparent zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Besonders zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Leistungsmodul mit einem solchen Soft-potting layers, and / or one or more adjacent (for electrical insulation) adjacent heated insulating layers on the surface of metallizations and bond wires and semiconductor devices emit such millimeter waves. While such millimeter waves are at least partially sorbed by optionally present colder components of the power module ¬ from soft and hard encapsulation and / or by one or more electrically insulating layer / s from ¬. However, a sufficiently high proportion of the electromagnetic radiation penetrates the soft and hard encapsulation and / or the one or more electrical insulating layer (s) as well as any housing of the power module. Typically, therefore, a power module is sufficiently transparent for carrying out the method according to the invention. Particularly useful in the method according to the invention is a power module with such
Vergussmaterial, vorzugsweise Weichvergussmaterial, und/oder mit einer solchen elektrischen, vorzugsweise mit Kunststoff, insbesondere Silikon, gebildeten, Isolierschicht und/oder mit Kunststoff, insbesondere Silikon, herangezogen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss dabei nicht notwendigerweise ein Leistungsmodul herangezogen werden, welches ein Potting material, preferably soft potting material, and / or with such an electrical, preferably with plastic, in particular silicone, formed, insulating layer and / or with plastic, in particular silicone, used. In the method according to the invention, a power module does not necessarily have to be used, which is a
Vergussmaterial oder eine Isolierschicht aufweist, welchePotting material or an insulating layer, which
Millimeterwellen emittieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Leistungsmodul herangezogen werden, bei welchem temperaturabhängig Millimeterwellen emittierendes Material an der Oberfläche von Metallisierungen und/oder Bonddrähten und/oder Halbleiterbausteinen eigens zum Zweck der Erfassung der Temperatur geschichtet, gestäubt oder auf sonstige Weise angeordnet ist. Emit millimeter waves. Alternatively or additionally, it is also possible to use a power module in which, depending on the temperature, millimeter-wave emitting material is applied the surface of metallization and / or bonding wires and / or semiconductor devices is layered, dusted or arranged in any other way specifically for the purpose of detecting the temperature.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Intensität der elektromagnetischen Strahlung oder eine davon abhängende Größe, insbesondere als oder für ein Maß für die Temperatur, herangezogen. Vorteilhafterweise ist die Intensi- tät der emittierten elektromagnetischen Strahlung proportional zur Temperatur des Strahlungsemittierenden Bereichs des Leistungsmoduls. In dieser Weiterbildung lässt sich folglich die Temperatur präzise und zuverlässig ermitteln. Zweckmäßi¬ gerweise bildet die Strahlungsleistung eine von der Intensi- tät der elektromagnetischen Strahlung abhängende Größe. So hängt, wie an sich bekannt, die Strahlungsleistung als Flä¬ chenintegral der Intensität von der Intensität ab. Preferably, in the method according to the invention, the intensity of the electromagnetic radiation or a variable dependent thereon, in particular as or for a measure of the temperature, are used. Advantageously, the intensity of the emitted electromagnetic radiation is proportional to the temperature of the radiation-emitting region of the power module. Consequently, in this development, the temperature can be determined precisely and reliably. Zweckmäßi ¬ gerweise the radiation power forms a ty of the intensities of the electromagnetic radiation abhängende size. So depends, as is well known, the radiation power as FLAE ¬ chenintegral the intensity of the intensity from.
Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die elektromagnetische Strahlung ortsaufgelöst erfasst. In dieser Weiterbildung der Erfindung lässt sich das Leistungsmodul räumlich rastern oder aber es wird an mehreren Stellen des Leistungsmoduls zeitgleich die elektromagnetische Strah¬ lung und mit ihr folglich die Temperatur erfasst. Auf diese Weise lässt sich eine Temperaturverteilung des Leistungsmo¬ duls gewinnen und als belastungscharakteristische Signatur speichern. Mittels eines Vergleichs mit Erfahrungswerten kann diese belastungscharakteristische Signatur bei fortschreiten¬ der thermomechanischer Ermüdung als Maß für den - ggf. beste- henden - aktuellen Schadensfortschritt dienen und damit alsAppropriately, the electromagnetic radiation is detected spatially resolved in the inventive method. In this embodiment of the invention, the power module can spatially rasterize or it is at several points of the power module at the same time the electromagnetic radiation ¬ treatment and thus detected the temperature. In this way, a temperature distribution of Leistungsmo ¬ duls can win and add load characteristic signature. By means of a comparison with empirical values can load this characteristic signature in advance ¬ the thermomechanical fatigue as a measure of - serve current damage progress and thus as - if necessary existing
Basis für eine aktuelle Lebensdauerprognose herangezogen wer¬ den . Basis for current lifetime prediction used ¬ to.
Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist zumindest einen De- tektor auf, welcher zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Ferner weist das erfindungsgemäße Leis¬ tungsmodul vorzugsweise eine Auswerteeinrichtung auf, welche ausgebildet ist, die erfasste elektromagnetische Strahlung zur Bestimmung einer Temperatur in dem Leistungsmodul oder einer davon abhängenden Größe heranzuziehen. Mittels der Auswerteeinrichtung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls lässt sich folglich das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem Leistungsmodul, wie es zuvor beschrieben worden ist, leicht durchführen. Alternativ oder zusätzlich weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul eine Kom¬ munikationseinrichtung auf, mittels welcher Messdaten des Detektors zur erfassten elektromagnetischen Strahlung kommuni- ziert werden können, vorzugsweise drahtlos und zweckmäßig an eine extern vorgesehene separate Auswertvorrichtung. Zweckmä¬ ßigerweise ist der Detektor in einem Außen- oder Randbereich des Leistungsmoduls angeordnet. Auf diese Weise lässt sich ein herkömmliches Leistungsmodul leicht auf ein erfindungsge- mäßes Leistungsmodul aufrüsten. Ferner lässt sich in dieser Weiterbildung die elektromagnetische Strahlung des gesamten Leistungsmoduls mittels des einen oder mittels weniger Detek¬ toren erfassen. Insbesondere ist der Detektor ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von mindestens 0,3 mm und/oder höchstens 300 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm und/oder höchstens 100 mm, zu erfassen. The power module according to the invention has at least one detector, which is designed to detect electromagnetic radiation. Further preferably, the invention Leis ¬ processing module to an evaluation device which is designed, the detected electromagnetic radiation to determine a temperature in the power module or a variable dependent thereon. Consequently, by means of the evaluation device of the power module according to the invention, the method according to the invention for determining a temperature in a power module, as has been described above, can be carried out easily. Alternatively or additionally, power module according to the invention a Kom ¬ munikationseinrichtung, by means of which measurement data of the detector to the detected electromagnetic radiation communicate can be decorated, preferably wireless and appropriately separate to an externally provided evaluation device. Suitably ¬ ßigerweise the detector is arranged in an outer or peripheral region of the power module. In this way, a conventional power module can be easily upgraded to a power module according to the invention. Furthermore, can detect the electromagnetic radiation of the entire power module by means of one or less by Detek ¬ factors in this development. In particular, the detector is designed to detect electromagnetic radiation having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably at least 1 mm and / or at most 100 mm.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ist die ggf. vorhandene Auswertein- richtung oder die externe Auswertvorrichtung ausgebildet, die Restlebensdauer des am stärksten beanspruchten Leistungshalbleiterbausteins zu ermitteln und einen nächsten Wartungstermin festzulegen. Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungs¬ modul der Detektor und/oder die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die elektromagnetische Strahlung zur Ermittlung der Temperatur oder einer davon abhängenden Größe gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem Leistungsmodul heranzuziehen. Die oben beschriebenenIn a particularly preferred development of the power module according to the invention, the possibly existing evaluation device or the external evaluation device is designed to determine the remaining service life of the most heavily used power semiconductor module and to determine a next maintenance date. In the power module according to the invention, the detector and / or the evaluation device are particularly preferably designed to use the electromagnetic radiation for determining the temperature or a variable dependent thereon in accordance with the previously described method for determining a temperature in a power module. The ones described above
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Temperatur in einem Leistungsmodul erstrecken sich folg- lieh auch auf das hier beschriebenen Leistungsmodul gemäß der Erfindung . Advantages of the method according to the invention for determining a temperature in a power module are as follows. lent also to the power module described here according to the invention.
Geeigneterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul der zumindest eine Detektor zur ortsaufgelösten Erfassung der elektromagnetischen Strahlung ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul der zumindest eine Detektor oder es sind mehrere der Detektoren relativ gegenüber weiteren Teilen des Leistungsmoduls beweglich. Auf diese Weise lässt sich durch ein Verfahren oder durch einSuitably, in the power module according to the invention, the at least one detector is designed for spatially resolved detection of the electromagnetic radiation. Expediently, in the power module according to the invention, the at least one detector or several of the detectors are movable relative to other parts of the power module. This can be achieved by a method or by a
Schwenken eines oder mehrerer der Detektoren das Leistungsmodul rastern, insbesondere zwei- oder dreidimensional rastern. Entsprechend lässt sich in dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls leicht eine belastungscharakte- ristische Signatur erhalten. Panning one or more of the detectors rasterize the power module, in particular two- or three-dimensional raster. Accordingly, a load-characteristic signature can easily be obtained in this development of the power module according to the invention.
Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul zumindest einen mit Vergussmaterial vergossenen Leistungs¬ halbleiter und/oder einen mit mindestens einer Isolierschicht beschichteten Leistungshalbleiter und/oder einen an Kunststoff, insbesondere Silikon, und/oder an ein sonstiges, tem¬ peraturabhängig Millimeterwellen emittierendes, Material angeordneten Leistunsghalbleiter auf. Idealerweise ist das Vergussmaterial und/oder die mindestens eine Isolierschicht mit oder aus Silikon gebildet. Insbesondere ein solches Particularly preferably, the power module according to the invention at least one potted with potting power ¬ semiconductors and / or coated with at least one insulating layer power semiconductor and / or arranged on plastic, in particular silicone, and / or any other, tem ¬ on temperature millimeter wave emitting, material Leistunsghalbleiter on. Ideally, the potting material and / or the at least one insulating layer is formed with or made of silicone. In particular, such
Vergussmaterial oder eine solche Isolierschicht oder ein sol¬ ches Material emittiert vorteilhaft Millimeterwellen bei des¬ sen Erwärmung. Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist ein erfindungsge¬ mäßes Leistungsmodul wie zuvor beschrieben und/oder ein Leis¬ tungsmodul und zumindest einen Detektor auf, welcher zur Er¬ fassung einer elektromagnetischen Strahlung des Leistungsmoduls ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Windkraftanlage eine Auswerteeinrichtung auf, welche ausge¬ bildet ist, die erfasste elektromagnetische Strahlung zur Be¬ stimmung einer Temperatur in dem Leistungsmodul oder einer davon abhängenden Größe heranzuziehen. Die erfindungsgemäße Windkraftanlage ist bevorzugt eine Offshore-Windkraftanlage und lässt sich zugleich kostengünstig und zuverlässig warten. Insbesondere ist der Detektor ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von mindestens 0,3 mm und/oder höchstens 300 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm und/oder höchstens 100 mm, zu erfassen. Potting material or such an insulating layer or a sol ¬ Ches material emits advantageous millimeter waves in the ¬ sen heating. The wind turbine according to the invention comprises a erfindungsge ¬ mäßes power module as described above and / or a Leis ¬ processing module and at least one detector which is adapted to He ¬ replaced by an electromagnetic radiation of the power module. Preferably, the wind turbine according to the invention on an evaluation device, which is formed out ¬, the detected electromagnetic radiation to Be ¬ humor a temperature in the power module or a zoom pull dependent thereon size. The inventive Wind turbine is preferably an offshore wind turbine and can be maintained at the same time cost and reliable. In particular, the detector is designed to detect electromagnetic radiation having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably at least 1 mm and / or at most 100 mm.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wartung einer Windkraftanlage, insbesondere einer Offshore-Windkraftanlage, wird eine erfindungsgemäße Windkraftanlage wie zuvor be¬ schrieben gewartet. Bei dem Verfahren wird bei dem Leistungs¬ modul der Windkraftanlage eine Temperatur an, insbesondere in, dem Leistungsmodul mittels eines Verfahrens zur Bestim¬ mung einer Temperatur an oder in einem Leistungsmodul wie zu- vor beschrieben bestimmt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich bei der Wartung der Windkraftanlage das, insbesondere zeitlich darauf folgende, Wartungsintervall prä¬ zise planen. Gerade bei Offshore-Windkraftanlagen, bei welchen eine Wartung eine Inspektion der Windkraftanlage vor Ort erfordert, führt eine präzisere Bestimmung von Wartungsinter¬ vallen zu erheblichen Kosteneinsparungen. In the inventive method for servicing a wind turbine, in particular an offshore wind power plant, a wind power plant according to the invention will be as before ¬ wrote maintained. In the method in which power ¬ module of the wind turbine is at a temperature, in particular, in to the power module by means of a method for the determina tion ¬ a temperature or in a power module as described before to-determined. The novel process can be planned in the maintenance of the wind turbine, in particular temporally subsequent, maintenance interval pre ¬ zise. Especially for offshore wind turbines, in which a maintenance inspection of the wind turbine on site requires performs a more precise definition of service Inter ¬ vallen in significant cost savings.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in a drawing ¬ tion. Show it:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul mit einem Ar- ray von Leistungshalbleitern und einem Array von Millimeterwellenantennen schematisch im Querschnitt sowie Figure 1 shows a power module according to the invention with an array of power semiconductors and an array of millimeter-wave antennas schematically in cross-section and
Figur 2 eine erfindungsgemäße Offshore-Windkraftanlage 2 shows an inventive offshore wind turbine
schematisch in einer Seitenansicht. Das in Figur 1 dargestellte Leistungsmodul 10 umfasst ein schematically in a side view. The power module 10 shown in FIG. 1 comprises a
Keramiksubstrat mit einer aufgedruckten Kupferschaltung, welche zusammenwirkend mit dem Keramiksubstrat eine in DCB- Technik (DCB = (engl.) „Direct Copper Bonded") gefertigte Leiterplatte 20 bildet. Ceramic substrate with a printed copper circuit, which cooperates with the ceramic substrate in a DCB Technology (DCB = (English) "Direct Copper Bonded") manufactured circuit board 20 forms.
Die Leiterplatte 20 weist in an sich bekannter Weise zwei ei- nander abgewandte Flachseiten auf. An einer ersten Flachseite ist über einen flächigen, schichtartigen Metallverbund 25 aus AlSiC ein Metallkühler 30 vollflächig angebunden. The printed circuit board 20 has, in a manner known per se, two flat sides facing away from one another. On a first flat side, a metal cooler 30 is connected over its entire surface via a laminar, layer-like metal composite 25 made of AlSiC.
An einer zweiten Seite der Leiterplatte 20 trägt die Leiter- platte 20 Leistungshalbleiterbausteine 40 in der Art vonOn a second side of the printed circuit board 20, the printed circuit board 20 carries power semiconductor modules 40 in the manner of
IGBTs (IGBT = (engl.) „Insolated Gate Bipolar Transistor") . Die Leistungshalbleiterbausteine 40 sind voneinander IGBTs (IGBT = Insolated Gate Bipolar Transistor). The power semiconductor devices 40 are different from each other
beabstandet auf die Leiterplatte 20 aufgebracht und bilden eine inhomogene räumliche Temperaturverteilung 50 mit Tempe- raturspitzen 60 jeweils am Ort des jeweiligen Leistungshalb¬ leiterbausteins 40 aus. Die Leiterplatte 20 ist seitens ihrer zweiten Flachseite mittels eines Hartplastikgehäuses 70 ein¬ gehaust. Das Hartplastikgehäuse 70 schließt mit dem Metall¬ verbund 25 ab, sodass der Metallverbund 30 eine an der ersten Flachseite der Leiterplatte 20 anliegenden Gehäusewandung bildet . spaced applied to the printed circuit board 20 and form an inhomogeneous spatial temperature distribution 50 with temperature peaks 60 each at the location of the respective power semiconductor module ¬ 40 from. The printed circuit board 20 is housed on the part of its second flat side by means of a hard plastic housing 70 ¬ . The hard plastic housing 70 terminates with the metal ¬ composite 25, so that the metal composite 30 forms a voltage applied to the first flat side of the circuit board 20 housing wall.
Der von Hartplastikgehäuse 70 und Metallverbund 25 gebildete Innenraum mit der Leiterplatte 20 und dem Leistungshalblei- terbaustein 40 ist mit einem Weichverguss 80, im dargestell¬ ten Ausführungsbeispiel Silikon-Gel, vergossen. Mithin ist die zweite Flachseite der Leiterplatte 20 mit den Leistungs¬ halbleiterbausteinen 40 im Weichverguss 80 befindlich. Nahe der zweiten Flachseite der Leiterplatte 20 und außerhalb des Hartplastikgehäuses 70 ist an diesem ein Antennenfeld 90 des Leistungsmoduls 10 angeordnet, dessen Einzelantennen 100 zum Empfang von Millimeterwellen 110 ausgebildet und dimensioniert sind. Die Einzelantennen 100 sind zueinander in Richtungen der flächigen Erstreckungen der Flachseiten der Leiterplatte 20 versetzt. Im Betrieb erwärmen sich die Leistungshalbleiterbausteine 40 entsprechend der Temperaturverteilung 50 unterschiedlich stark. Die Temperaturverteilung 50 erstreckt sich folglich auch auf den angrenzenden Weichverguss 80, welcher die Tempe- ratur der angrenzenden Leistungshalbleiterbausteine 40 rasch annimmt. Die Wärmeleitfähigkeit des Weichvergusses 80 ist be¬ grenzt, sodass sich die Temperaturverteilung 50 der Leistungshalbleiterbausteine 40 und der Leiterplatte 20 sehr ge¬ nau auf die lokale Temperaturverteilung des Weichvergusses 80 abbildet. The interior formed of hard plastic housing 70 and metal composite 25 to the circuit board 20 and the power semiconductors terbaustein 40 is provided with a soft casting compound 80, cast in dargestell ¬ th embodiment, silicone gel. Thus, the second flat side of the printed circuit board 20 is located with the power ¬ semiconductor devices 40 in the soft casting compound 80th Near the second flat side of the printed circuit board 20 and outside of the hard plastic housing 70, an antenna array 90 of the power module 10 is arranged thereon, whose individual antennas 100 are designed and dimensioned to receive millimeter waves 110. The individual antennas 100 are offset from one another in directions of the planar extensions of the flat sides of the printed circuit board 20. During operation, the power semiconductor components 40 heat to different degrees according to the temperature distribution 50. The temperature distribution 50 consequently also extends to the adjacent soft encapsulation 80, which rapidly assumes the temperature of the adjacent power semiconductor components 40. The thermal conductivity of the soft encapsulation 80 is bordered be ¬, so that the temperature distribution 50 of the power semiconductor elements 40 and the circuit board 20 very precisely ge ¬ maps to the local temperature distribution of the soft encapsulation 80th
Der Weichverguss 80 emittiert bei Erhitzung Wärmestrahlung mit einem signifikanten Anteil an dem Spektralbereich der Millimeterwellen 110 von 3 GHz bis 300 GHz. Die Intensität der Millimeterwellen 110 hängt dabei direkt von der Tempera¬ tur des Weichvergusses 80 ab und folgt den für schwarze Kör¬ per geltenden Strahlungsgesetzen. The soft potting 80 emits heat radiation when heated with a significant portion of the spectral range of the millimeter waves 110 from 3 GHz to 300 GHz. The intensity of the millimeter wave 110 depends directly from the tempera ¬ ture of soft encapsulation 80 and follow the black for Kör ¬ by applicable laws radiation.
Mittels des Antennenfeldes 90 von Einzelantennen 100 ist die Intensität der Millimeterwellen 110 individuell für die ein¬ zelnen Leistungshalbleiterbausteine 40 ermittelbar. Eine nicht explizit dargestellte Auswerteeinrichtung erfasst die Intensität der Leistungshalbleiterbausteine 40 und ermittelt daraus die Temperatur der einzelnen Leistungshalbleiterbau- steine 40. Die Auswerteeinrichtung zieht zudem eine Referenztemperaturverteilung unter standardisierten Betriebsbedingungen heran, welche zuvor bei Inbetriebnahme des Leistungsmo¬ duls 10 erfasst worden ist. Die Auswerteeinrichtung vergleicht die gemessene Temperaturverteilung 50 mit der Refe- renztemperaturverteilung . Je nach Stärke der Abweichung für einzelne Leistungshalbleiterbausteine 40 wird auf eine ent¬ sprechende Abnahme der Restlebensdauer des jeweiligen Leistungshalbleiterbausteins 40 geschlossen. Auch eine akute Überlastung des Leistungsmoduls 10 oder eines oder mehrerer der Leistungshalbleiterbausteine 40 lässt sich leicht ermit¬ teln. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die Restlebensdauer des am stärksten beanspruchten Leistungs- halbleiterbausteins 40 zu ermitteln und einen nächsten War¬ tungstermin zu planen. By means of the antenna array 90 of individual antennas 100 is the intensity of the millimeter wave 110 can be determined individually for a ¬ individual power semiconductor modules 40th An evaluation device not shown explicitly detects the intensity of the power semiconductor modules 40 and determines the temperature of the individual power semiconductor chips 40. The evaluation means also draws a reference temperature distribution under standardized operating conditions approach that has been detected previously during the commissioning of the Leistungsmo ¬ duls 10th The evaluation device compares the measured temperature distribution 50 with the reference temperature distribution. Depending on the strength of the deviation for individual power semiconductor chips 40 is closed to a ent ¬ speaking decrease in the remaining service life of the respective power semiconductor device 40th Also acute congestion of the power module 10 or one or more of power semiconductor devices 40 can be easily ermit ¬ stuffs. In particular, the evaluation device is designed to calculate the remaining service life of the most heavily used power To determine semiconductor component 40 and to plan a next War ¬ ment appointment.
In einem weiteren, nicht eigens gezeigten, Ausführungsbei- spiel ist anstelle eines Antennenfeldes 90 von Einzelantennen 100 eine schwenkbare Einzelantenne vorgesehen, mittels wel¬ cher durch Schwenken ebenfalls eine ortsaufgelöste Erfassung der elektromagnetischen Strahlung möglich ist. In weiteren Ausführungsbeispielen, welche den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im Übrigen entsprechen, ist anstelle des Vergussmaterials 80 eine elektrische Isolier¬ schicht vorhanden, welche die Leistungshalbleiterbausteine 40 beschichtet. Die Isolierschicht ist in diesen Ausführungsbei- spielen mit Kunststoff, etwa aus Silikon, gebildet und emit¬ tiert verbleichbar dem Vergussmaterial 80 temperaturabhängig Millimeterwellen. Alternativ oder zusätzlich kann in weiteren Ausführungsbeispielen an den Leistungshalbleiterbausteinen Kunststoff, insbesondere Silikon, angelagert sein, welches temperaturabhängig Millimeterwellen emittiert, sodass auch in diesen Ausführungsbeispielen die Erfassung der Temperatur erfindungsgemäß möglich ist. A pivotable single antenna is provided in a further play, not specifically illustrated, exemplary embodiment, instead of an antenna array 90 of individual antennas 100, by means wel ¬ cher by pivoting is also spatially resolved detection of electromagnetic radiation possible. In other embodiments corresponding to the embodiments described above, moreover, instead of the molding material 80 is present, an electrical insulating ¬ layer which coats the power semiconductor modules 40th The insulating layer is formed in these exemplary embodiments with plastic, for example made of silicone, and emit ¬ tiert bleachable the potting material 80 temperature-dependent millimeter waves. Alternatively or additionally, plastic, in particular silicone, may be deposited in other exemplary embodiments on the power semiconductor components, which emits millimeter waves depending on temperature, so that the detection of the temperature is also possible according to the invention in these exemplary embodiments.
Die in Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße Offshore-Windkraft- anläge 200 weist ein Leistungsmodul 10 wie in Figur 1 darge¬ stellt auf. Aus den mittels der Auswerteeinrichtung des Leis¬ tungsmoduls 10 ermittelten Temperaturen werden die nächsten Wartungstermine ermittelt. Somit lässt sich die Anzahl der Wartungseinsätze und folglich ein Großteil der damit verbun- denen Kosten einsparen. The invention offshore wind power shown in Figure 2 anläge 200 includes a power module 10 as shown in Figure 1 Darge ¬ puts on. The next maintenance dates are determined from the ascertained by means of the evaluation device of the Leis ¬ processing module 10 temperatures. Thus, the number of maintenance operations and consequently a large part of the associated costs can be saved.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur an und/oder in einem Leistungsmodul (10), bei welchem elektromagnetische Strahlung (110) des Leistungsmoduls (10) erfasst und zur Er¬ mittlung der Temperatur (50) oder einer davon abhängenden Größe herangezogen wird. 1. A method for determining a temperature and / or in a power module (10), in which electromagnetic radiation (110) of the power module (10) detected and used for He ¬ mediation of the temperature (50) or a size dependent thereon.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem elektromagnetische Strahlung (110) mit Wellenlängen von mindestens 0,3 mm und/oder höchstens 300 mm, vorzugsweise von mindestens 1mm und/oder höchstens 100 mm, herangezogen wird. 2. The method of claim 1, wherein electromagnetic radiation (110) having wavelengths of at least 0.3 mm and / or at most 300 mm, preferably of at least 1mm and / or at most 100 mm, is used.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Intensität der elektromagnetischen Strahlung3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the intensity of the electromagnetic radiation
(110) oder eine davon abhängende Größe als oder für ein Maß für die Temperatur (50) herangezogen wird. (110) or a quantity dependent thereon is used as or for a measure of the temperature (50).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektromagnetische Strahlung (110) ortsaufgelöst erfasst wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the electromagnetic radiation (110) is detected spatially resolved.
5. Leistungsmodul, aufweisend zumindest einen Detektor, wel¬ cher zur Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung (110) ausgebildet ist, sowie vorzugsweise aufweisend eine Auswerte¬ einrichtung, welche ausgebildet ist, die erfasste elektromag¬ netische Strahlung (110) zur Bestimmung einer Temperatur (50) in dem Leistungsmodul (10) oder einer davon abhängenden Größe heranzuziehen . 5. A power module comprising at least one detector, wel ¬ cher for detecting electromagnetic radiation (110) is formed, and preferably comprising an evaluation ¬ device which is formed, the detected electromag ¬-magnetic radiation (110) for determining a temperature (50 ) in the power module (10) or a variable dependent thereon.
6. Leistungsmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die elektromag¬ netische Strahlung (110) zur Ermittlung der Temperatur (50) oder einer davon abhängenden Größe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 heranzuziehen. 6. The power module according to the preceding claim, wherein the evaluation device is designed to use the electromagnetic radiation ¬ 110 (110) for determining the temperature (50) or a size dependent thereon according to one of claims 1 to 4.
7. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der zumindest eine Detektor zur ortsaufgelösten Erfassung der elektromagnetischen Strahlung (110) ausgebildet ist . 7. Power module according to one of the preceding claims, wherein the at least one detector for spatially resolved Detection of the electromagnetic radiation (110) is formed.
8. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere Detektoren oder zumindest ein gegenüber weiten Teilen des Leistungsmoduls relativ beweglicher Detektor vorhanden ist. 8. Power module according to one of the preceding claims, in which a plurality of detectors or at least one of relatively large portions of the power module relatively movable detector is present.
9. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zumindest einen mit Vergussmaterial (80) vergossenen9. Power module according to one of the preceding claims, which at least one encapsulated with potting material (80)
Leistungshalbleiter (40) und/oder zumindest einen mit mindestens einer Isolierschicht beschichteten Leistungshalbleiter und/oder einen an Kunststoff, insbesondere Silikon, angeord¬ neten Leistungshalbleiter aufweist. Power semiconductor (40) and / or at least one with at least one insulating layer coated power semiconductor and / or a plastic, in particular silicone, angeord ¬ Neten power semiconductor has.
10. Windkraftanlage, aufweisend ein Leistungsmodul (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 und/oder ein Leistungsmodul und zumindest einen Detektor, welcher zur Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung (110) des Leistungsmoduls ausgebil- det ist sowie vorzugsweise aufweisend eine Auswerteeinrich¬ tung, welche ausgebildet ist, die erfasste elektromagnetische Strahlung (110) zur Bestimmung einer Temperatur (50) in dem Leistungsmodul (10) oder einer davon abhängenden Größe heranzuziehen . 10. Wind power plant comprising a power module (10) according to any one of claims 5 to 9 and / or a power module, and at least a detector for detecting electromagnetic radiation (110) of the power module is trained det and preferably comprising a Auswerteeinrich ¬ tung, which is designed to use the detected electromagnetic radiation (110) to determine a temperature (50) in the power module (10) or a variable dependent thereon.
11. Verfahren zur Wartung einer Windkraftanlage, insbesondere einer Offshore-Windkraftanlage, bei welchem eine Windkraftan¬ lage nach Anspruch 10 herangezogen wird und bei welchem bei dem Leistungsmodul eine Temperatur in dem Leistungsmodul mit- tels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 be¬ stimmt wird. 11. A method for servicing a wind turbine, in particular an offshore wind turbine, in which a Windkraftan ¬ position is used according to claim 10 and wherein in the power module, a temperature in the power module by means of a method according to one of claims 1 to 4 be ¬ is true.
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