WO2019002008A1 - Electric assembly and method for controlling an electric assembly - Google Patents

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WO2019002008A1
WO2019002008A1 PCT/EP2018/066167 EP2018066167W WO2019002008A1 WO 2019002008 A1 WO2019002008 A1 WO 2019002008A1 EP 2018066167 W EP2018066167 W EP 2018066167W WO 2019002008 A1 WO2019002008 A1 WO 2019002008A1
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assembly
active
mechanical
thermal
electrical
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PCT/EP2018/066167
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Rene Blank
Martin Franke
Peter Frühauf
Stefan Nerreter
Rüdiger Knofe
Bernd Müller
Jörg Strogies
Klaus Wilke
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an electrical assembly with a sensor and a method for controlling an electrical assembly.
  • Current innovative design concepts for electrical and electronic assemblies are characterized by an increasing degree of integration and miniaturization.
  • a particularly problematic aspect is the controlled, targeted cooling and handling of damaging expansion differences due to different thermal effects
  • thermomechanical stresses which, depending on the design of joint connections between different components or functional materials, can cause cumulative damage to respective interfaces, joining materials and functional elements.
  • solder fatigue due to cyclic exchange loads.
  • Object of the present invention is to provide an electrical
  • the control unit processes the sensor technology presented measurement data characterizing a thermal and / or mechanical ⁇ specific property of the module to a control signal for the at least one active influencing ⁇ element.
  • the at least one active influencing element influences the thermal and / or mechanical property of the assembly as a function of the control signal by actively influencing at least one component of the assembly and thereby minimizes an expansion difference, ie a faulty expansion, between at least two components of the assembly.
  • the electrical or electronic assembly can be understood as a constructive and / or functional composite or as a structural and / or functional unit made of integrated and / or discrete, active and / or passive components or components. These components or components may be electrically connected to each other by an electrical line network.
  • the at least one component that is actively impressive ⁇ enced, must fulfill not necessarily an electrical ⁇ cal or electronic signal- or data-processing or -wager malariade function.
  • Component may therefore be an electrically insulating support or structural element or a cooling element of the assembly.
  • the active influence of the component can mean, for example, that a thermal, mechanical and / or electrical property of the component or a corresponding one
  • the active influence for example, include or mean a position, position, shape and / or size change of the component.
  • the active influencing element can be designed, for example, as a microsystem (MEMS, microelectromechanical system).
  • the active element can Beeinpoundungsele ⁇ arranged on or at the at least one component being ⁇ embedded in or integrated with this or with this, for example via an electrical line or a mechanical and / or thermal connection element verbun ⁇ the or be coupled.
  • the active influencing element can be connected, for example, to a power supply of the electrical assembly and can be supplied with energy via this. The same can also apply to the control unit.
  • the control unit may, for example, a microchip, a
  • the control unit can be arranged as a component of the electrical ⁇ rule module in or on this. However, it is also possible to arrange the control unit spatially spaced from the other interconnected components of the assembly. While an arrangement of the control device together with the other components of the electrical assembly in a conventional composite may be advantageous in terms of miniaturization, independence and simplified contactability, a spatially separated arrangement of the controller, for example, be advantageous if this multiple electrical components or respectively at least one controls active influencing element administrat Kunststoffli ⁇ cher electrical components, that is supplied with control signals. For this purpose, the controller and the rest
  • An expansion difference ie an expansion difference between at least two components or sub-areas of the assembly means in the context of the present invention, a different thermal expansion, so for example a different length, size and / or shape change, the at least two components or sub-areas, which by different Temperatures and / or different thermal expansion coefficients of at least two
  • Damage caused by incorrect expansion may occur, in particular, in the case of cyclically loaded, ie thermal, mechanical and / or electrical changeover switches, components, connections or assemblies.
  • the present invention can therefore be used particularly advantageously in such fields of application in order to avoid damage, to prevent premature aging of the components, connections and / or assemblies and thus for a prolonged service life and / or increased thermal, mechanical and / or electrical load capacity to care.
  • the vorlie ing invention thus advantageously a further Miniaturisie ⁇ tion, a more cost-effective production and / or an increase in power density allow.
  • Components can ensure more, is the present inventive use of the at least one active influencing ⁇ lussungsijns and its control using the own electrical assembly sensor technology particularly effective and advantageous.
  • a reaching or exceeding such a threshold value may serve as a signal or Auslö ⁇ ser for the control unit, which then drives the at least one active influencing element according to to bring each current value or measured value of a corresponding measured variable below the exceeded threshold value.
  • the active Beeinf ⁇ lussungselement controls can be adapted accordingly, for example, until the predetermined target value is reached for the current value of the respective measured variable.
  • thermomechanical properties For the purposes of the present invention, a change or influencing of the thermal and / or mechanical properties of a component or partial area of the electrical assembly simultaneously also means a change or influencing of the thermal and / or mechanical properties of the electrical assembly as a whole.
  • the thermal and / or mechanical properties are collectively referred to as thermomechanical properties.
  • the at least one active influencing element has a heating element.
  • Heating element the at least one component heated, so be heated.
  • the Wenig ⁇ least one component can thus in its temperature and thus at least an indirect influence in its expansion.
  • the temperature of the at least one component can be adjusted to a temperature of another, in particular of an adjacent, component of the assembly by means of the heating element.
  • at least one component it is possible, for example, for at least one component to be heated to a controlled extent by means of the heating element, that is to bring it to a specific temperature determined, for example, by the control unit, so that the actual thermal expansion, that is, for example, a length Change, the at least one component is matched to a thermal expansion of at least one further, in particular adjacent, component of the assembly.
  • the heating or temperature required for this purpose can be determined by the control unit, for example by balancing the temperatures of the at least one determined by means of the sensor system
  • the zusommeli ⁇ che heating the at least one component independently may, for example, a signal-processing function or functions at first appear counter-intuitive.
  • the positive effect of avoiding or minimizing a faulty expansion that can be achieved by heating outweighs, so that overall a positive effect results, for example in the form of avoiding damage, reduced or slowed aging and / or an extended life of the electrical assembly.
  • the at least one active influencing element has an actuator, in particular a piezoelectric element and / or a bimetallic element.
  • an actuator in particular a piezoelectric element and / or a bimetallic element.
  • re insbesonde ⁇ can thus be influenced a mechanical property of at least one Bauele ⁇ mentes.
  • a change in state that is to say a change in particular of a thermal and / or mechanical state of a component or the assembly, is to be understood as a change, that is to say influencing a corresponding thermal and / or mechanical property.
  • the Actuator can thus, for example, a position, location and / or shape of at least one of the elements influenced or to be modified, which means an embedding ⁇ pound ung a mechanical property of the at least one component.
  • Component be brought, for example, in direct mechanical, in particular heat-conducting, contact with another component of the assembly or such contact is interrupted or canceled.
  • Adjustment of a heat flow or cooling path within the electrical assembly By means of the actuator, therefore, a respective current preferred direction for a heat flow within the assembly can be set. This in turn allowed ⁇ light an adjustment of a temperature gradient or temperature distribution within the electrical assembly, which may be utilized to avoid or minimize the expansion difference.
  • the at least one component or another component mechanically coupled thereto can be brought into contact with a cooling element or such contact can be interrupted or a corresponding contact surface can be increased or reduced.
  • a mechanical deformation for example bending of at least one component within the electrical assembly
  • This bending or deformation can be done by means of the Actuator be counteracted.
  • the actuator can thus exert a mechanical stress, a mechanical pressure or a mechanical tension on the at least one component in order to avoid or compensate for the deformation or the bending.
  • the use of the actuator thus advantageously enables a particularly precise and flexible active influencing of the thermo-mechanical properties or of the thermomechanical behavior of the electrical assembly.
  • the senor has several, at different
  • Components of the assembly arranged sensors. These plurality of sensors are adapted to a respective thermal and / or mechanical state, that a respective thermal and / or various ⁇ to detect the components which mechanical property.
  • a temperature gradient or a temperature field and / or a mechanical stress field or a profile or gradient of a mechanical stress or stress within the electrical assembly can thus advantageously be detected or determined by means of the sensor system. This allows a particularly accurate evaluation of a respective current thermo-mechanical state of the electrical assembly as well as a particularly flexible and particularly precise influencing of the respective thermo-mechanical state, ie the respective thermo-mechanical property or properties of the electrical assembly.
  • an optimal influence on the electrical assembly or its thermo-mechanical properties can be achieved.
  • An optimum here for example, a minimization of one or more expansion differences within the electrical assembly, minimizing a thermomechanical stress, minimizing aging or aging phenomena of the electrical assembly, maximizing a thermomechanical and / or electrical damage-free achievable load capacity of the electrical assembly, maximizing the life of the electrical assembly or the like more or to be.
  • Another aspect of the present invention in addition to the electrical assembly according to the invention is a method for controlling an electrical assembly, in particular an electrical assembly according to the invention.
  • These measurement data are processed by means of the control unit to a control signal for at least one active influencing element of the module.
  • the at least one active Beeinflus ⁇ sungs is then influenced by active manipulation Wenig ⁇ least a component of the module in response to the control signal, the thermal and / or mechanical property of the assembly and thereby a difference in expansion, so a faulty extension between at least two components of the assembly minimized.
  • a thermal and / or mechanical Verhal ⁇ th of the module is mathematically modeled, and generates the control signal as a function of the modeled behavior.
  • a model description of components and / or functional units of the module is made or provided.
  • a given model can be used, for example, where the measurement data detected by the sensors are supplied as input or state variables.
  • a modeling device which may be part of the control unit, are used.
  • the modeling device can-like the control device-have, for example, a processor device and a memory device connected to it.
  • a purely mathematical model can be used.
  • determined behaviors of the assembly under predetermined and / or known thermomechanical and / or electrical conditions can be used or taken into consideration, for example, by means of experimental methods, ie concrete measurements.
  • a knowledge or prediction of a past, current and / or future behavior or state of the electrical assembly associated with the given model or modeling advantageously enables a particularly accurate, reliable, effective and efficient control of the electrical assembly, ie a correspondingly advantageous minimization of the expansion difference - Approximately the expansion differences within the electrical ⁇ rule module.
  • thermomechanical inertia that can delay an influence or an effect of the control signal, that is to say the activation of the active influencing element, can be considered or compensated.
  • thermomechanical behavior can also effectively and efficiently control even ermögli ⁇ chen, for example, when not every single component of the assembly is monitored by an individual sensor. This is the case because, by means of the model, a The number of measured data, for example, on a thermo-mechanical state, can also be concluded from those components or partial areas of the module that are not detected or monitored by the sensor system.
  • this integration or combination of the local sensor system in or on the module makes it possible to the modeling of the thermo-mechanical behavior of the assembly and the actively controlled influencing ⁇ tion of the module by means of the active influencing element in dependence on the modeled behavior and the measurement data of the sensor, an electrical assembly with improved thermo-mechanical behavior, improved
  • the actively influenced component can be influenced independently of a possible electrical and / or signal and / or data processing functionality of this component.
  • the model or the modeled behavior of the module takes into account a respective influence of the sensor system and the at least one active influencing element on the thermal and / or mechanical behavior of the module.
  • a real thermo-mechanical state and a real thermo-mechanical behavior of the electrical assembly can be modeled with particular accuracy, ie be imaged and / or predicted.
  • Particularly advantageous ⁇ way can this modeling, development process, for example, in an unloading or a manufacturing method for the electrical assembly, are used to an optimum arrangement or positioning of the sensor system and / or the at least one active control element to determ ⁇ men, for example, a performance or belast ⁇ bility to maximize the electrical assembly.
  • the sensors can have a plurality of individual sensors in order to detect or determine a spatial and temporal course of the detected measured variables. This can advantageously enable a particularly accurate and effective influencing of the thermo-mechanical properties of the assembly, ie a particularly effective and efficient control of the electrical assembly.
  • the detection of a temperature gradient is particularly advantageous, since temperature gradients form a significant influencing factor or a significant cause of expansion differences within assemblies. Detecting the shape and / or dimensional change can for example be particularly advantageous if the respective temperature of its Forum and / or dimension changing device can not or can not be accurately detected and / or beispielswei ⁇ se varied within the device and / or then when the thermal expansion coefficient of the respective Bauele ⁇ mentes is not known.
  • the detection of the change in shape and / or dimension may be possible, for example, by means of a sensor arranged on respective outer sides of the component. For a precise temperature measurement, however, for example, an arrangement of a temperature sensor in a central region of the respective component necessary which, for example, due to a Packagings
  • a respective temperature ⁇ tur is detected by the sensor.
  • the relative changes in length of the two components should therefore be the same.
  • the thermal expansion caused by the respective temperature change can be positive for heating and negative for cooling.
  • a negative thermal expansion here means example ⁇ , a contraction or contractiveConnectn Masse ⁇ tion.
  • the actively influenced at least one component can be one of the at least two components, between which the contact is made or interrupted.
  • approximately a second component is indirectly influenced and brought into contact with a third component or such a contact between the second and the third
  • Component is interrupted.
  • a mechanical contact in this sense exists when the at least two Bauelemen ⁇ te, in particular directly, touch.
  • the present invention can be particularly advantageous for power electronic assemblies, electric drives, inverters and the like and be used profitably.
  • the properties and refinements of the electrical assembly according to the invention and the corresponding advantages given heretofore and hereinafter are mutatis mutandis applicable to the method according to the invention and / or components or devices used or usable for carrying out the method according to the invention and vice versa.
  • the invention also includes such developments of the electrical assembly according to the invention and of the method according to the invention which have configurations which are not explicitly described here in the respective combination. Further features, details and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
  • the single figure shows a schematic and marnit ⁇ tene side view of an electrical assembly with a sensor and several controllable active influencing elements for actively influencing a thermal and / or mechanical property of the assembly.
  • the single FIGURE shows a schematic and sectional side view of an electrical or electronic see assembly 1 in an exemplary construction.
  • the electrical assembly 1 has a base element 2, which may be, for example, a cooling element or heat sink.
  • a base element 2 In the vertical direction of the electrical assembly 1 on or above the base element 2 is a
  • Ceramic member 3 is arranged, which may be, for example, be a ceramic substrate for a direct bonded copper structure structural ⁇ (DBC, English “Direct Bonded Copper”, also DCB, “Direct Bonded Copper”).
  • the ceramic element 3 can be used as the main heating path for dissipating heat from overlying parts of the electrical assembly 1 towards the
  • Base element 2 serve. It is particularly advantageous that the ceramic element 3 can have a high thermal conductivity and at the same time as an electrical insulator, such as can serve over the example metallic base element 2.
  • a power semiconductor element 4 is arranged in the present case, which is bordered laterally by elekt ⁇ driven insulating support members. 5
  • Support elements 5 can serve as supporting surfaces for an arranged above the power semiconductor element 4 Hauptverdrah ⁇ tung carrier 6 of the electric module. 1 By the mechanically stable support elements 5 can be avoided that the power semiconductor element 4 is damaged for example in a joining of the electrical assembly by mechanical pressure.
  • the main wiring carrier 6 serves in particular as a carrier or substrate for an electrical line network 7, which in the present case and also further
  • Line network 7 two contacts 8 for a above the main wiring substrate 6 arranged surface-mounted device (SMD, "surface-mounted device”) 9 is arranged and labeled ⁇ .
  • SMD surface-mounted device
  • the electrical assembly 1 has a sensor with a plurality of spatially distributed in or on different components of the electrical assembly 1 arranged sensors 10.
  • the sensors 10 may be the same or different types, for example temperature sensors, pressure sensors or sensors for detecting mechanical stresses,
  • Sensors 10 for example, a temperature field and / or mechanical variables such as bends or contractions within the electrical assembly 1 can be detected spatially and temporally resolved.
  • Corresponding measured values or measured data acquired by the sensors 10 are transmitted to a control unit, not shown here.
  • the control unit can, for example, wise be designed as a microchip or microcontroller and / or be part of the power semiconductor element 4.
  • parts of the pipeline network 7 of the electrical module 1 can be used to transmit the measured data.
  • Appropriate contacts or connections of the individual sensors 10 are here for reasons of clarity is not explicitly Darge is ⁇ .
  • a wireless transmission of the measured data to the control unit may be possible.
  • the measurement data detected by the sensors 10 characterize a thermal and / or mechanical, thermomechanical so short, the electrical property compo ⁇ pe 1 and of the respective component in or on which a respective one of the sensors 10 is arranged.
  • a thermomechanical property of the electrical assembly 1 or of the respective component can be influenced by means of the active influencing elements 17.
  • the control unit can generate respective control signals for the active influencing elements 17 as a function of the measurement data provided by the sensors 10 and transmit them to them. Also here are appropriate
  • Control signals may be possible.
  • a first sensor 11 and a first active influencing element 18 are integrated in the base element 2.
  • a first sensor 11 and a first active influencing element 18 are integrated in the base element 2.
  • a first sensor 11 and a first active influencing element 18 are integrated in the base element 2.
  • a first sensor 11 and a first active influencing element 18 are integrated in the base element 2.
  • the ceramic element 3 is a second
  • Temperature gradient can be determined, which can extend, for example, from the power semiconductor element 4 through the ceramic member 3 into the base member 2 in. Due to their different functions and consequent different material compositions that can
  • the second active influencing element 19 can be designed as a heating element and be used to heat the ceramic element 3, by a difference of the thermal expansion coefficients of the
  • the second active influencing element 19 increased temperature of the ceramic element 3 so then the otherwise possible incorrect expansion can be avoided or reduced so far that it does not damage the electrical assembly 1.
  • the temperatures or the temperature field can be detected or determined not only locally, but also in time.
  • an active temperature or temperature field management may be provided to achieve a minimization of effective mis-expansion by reducing local expansion differences.
  • the goal of the appropriate control or regulation can be achieved or fulfilled the condition
  • the main wiring substrate 6 and the SMD 9 may have different thermal expansion coefficients.
  • the SMD 9 can be sensitive to a heat influence or a temperature increase, for example. Is then by the fifth sensor 15 and the sixth sensor 16, a Temperaturdiffe ⁇ rence between the main wiring substrate 6 and the SMD 9 determines, a without further action from the alternative ⁇ ell resulting incorrect expansion can not be compensated for by heating the SMD 9 usefully as this could lead to thermal damage of the SMD 9. However, a balancing of the respective false expansion may still be desirable to avoid, for example, a Bebuldi ⁇ supply of an electrical connection of the SMD 9 to the mains 7 to the contacts. 8 In such a case, the fifth active influencing element 22 be formed for example as a mechanical actuator.
  • a mechanical force can then be exerted on the main wiring carrier 6 in order, for example, to compensate for unequal bending of the main wiring substrate 6 resulting from a temperature difference or temperature change compared with a bending or deformation of the SMD 9 or the contacts 8.
  • the main wiring substrate 6 can thus by means of the fifth active control element 22 running in the opposite direction are bent to a caused by the change in temperature or a temperature gradient bending to maintain a straight, neutral position and shape or the Verbie ⁇ gene at a corresponding position and / or shape change of the SMD 9 and / or the contacts 8 to match.
  • An active mechanical influence by means of the active influencing elements 17 thus provides one to the thermal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to an electric assembly (1) comprising a sensor device (10) and to a method for controlling an electric assembly (1). According to the invention, measurement data provided by a control device from the sensor device (10) and which characterises a thermo-mechanical property of the assembly (1) is received and processed to generate a control signal for at least one active influencing element (17) of the assembly (1). The at least one the active influencing element (17) acts on the thermo-mechanical property by actively influencing at least one component (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the assembly (1) in accordance with the control signal, such that a difference in dilation between the at least two components (2, 3, 4, ,5, 6, 7, 9) of the assembly (1) is minimised.

Description

Beschreibung description
Elektrische Baugruppe und Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Baugruppe Electrical assembly and method for controlling an electrical assembly
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe mit einer Sensorik und ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Baugruppe . Aktuelle innovative Aufbaukonzepte für elektrische und elektronische Baugruppen zeichnen sich durch einen zunehmenden Grad an Integration und Miniaturisierung aus. Besonders problematisch gestalten sich dabei eine kontrollierte, zielgerichtete Entwärmung und eine Handhabung schädigender Ausdehnungsdifferenzen durch unterschiedliche thermischeThe invention relates to an electrical assembly with a sensor and a method for controlling an electrical assembly. Current innovative design concepts for electrical and electronic assemblies are characterized by an increasing degree of integration and miniaturization. A particularly problematic aspect is the controlled, targeted cooling and handling of damaging expansion differences due to different thermal effects
Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Bauteile oder Bauelemente . Expansion coefficients of various components or components.
Diese unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten können ebenso wie Temperaturgradienten innerhalb der Baugruppen zu thermomechanischen Spannungen führen, welche je nach Ausführung von Fügeverbindungen zwischen unterschiedlichen Bauelementen oder Funktionsmaterialien jeweilige Grenzflächen, Fügematerialien und funktionale Elemente kumulativ schädigen können. Ein prominentes Beispiel hierfür aus der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik ist die bekannte Lotermüdung infolge zyklischer Wechsellasten. As well as temperature gradients within the assemblies, these different expansion coefficients can lead to thermomechanical stresses which, depending on the design of joint connections between different components or functional materials, can cause cumulative damage to respective interfaces, joining materials and functional elements. A prominent example of this from the construction and connection technology of electronics is the known solder fatigue due to cyclic exchange loads.
Bekannte Ansätze, um diesem Problemen zu begegnen, streben typischerweise eine passive Abstimmung (Matching) von jewei¬ ligen Belastungen und jeweiliger Belastbarkeit der Betroffenen Bau- und Strukturelemente an. Es wird also versucht, jeweilige Fügepartner und Materialien so zu kombinieren, dass Ausdehnungsdifferenzen, also Fehlausdehnungen, konstruktiv bestmöglich vermieden werden. Zudem werden möglichst ermü- dungsresistente Lotwerkstoffe und/oder große Fügespalte eingesetzt, die einen Stressabbau fördern. Diese Maßnahmen stoßen heutzutage jedoch an ihre Grenzen aufgrund von zuneh- menden Miniaturisierungsnotwendigkeiten, steigende Anforderungen an eine elektrische und thermische Performanz und damit einhergehende, bei einem Betrieb entstehende Tempera¬ turgradienten. Um die heutzutage oftmals geforderte elektri- sehe und thermische Performanz zu erzielen, wird beispiels¬ weise versucht, Keramikmaterialien und Glasfaserverbundmate¬ rialien auf engstem Raum zu kombinieren, obwohl diese Materialien ein sehr unterschiedliches Ausdehnungsverhalten bei thermischer Belastung, also einen großen Ausdehnung-Mismatch aufweisen. Es sind also neue Lösungsansätze gefordert, da die auftretenden Probleme und Herausforderungen mittels der bekannten konventionellen Maßnahmen nicht mehr mit zufriedenstellender Qualität und Kosteneffizienz gehandhabt werden können . Known approaches to address this problem, typically strive for a passive tuning (matching) of jewei ¬ then loads and respective capacity of the affected building and structural elements. It is therefore attempted to combine respective joining partners and materials in such a way that expansion differences, that is to say faulty expansions, are optimally avoided in terms of design. In addition, soldering materials that are as fatigue-resistant as possible and / or large joint gaps are used that promote stress reduction. These measures, however, are reaching their limits today due to increasing Miniaturization necessities, increasing demands on an electrical and thermal performance and associated, resulting in an operating tempera ¬ turgradienten. To nowadays often required electrical see and to achieve thermal performance is example ¬, attempts ceramic materials and combine fiberglass composite mate ¬ rials in a confined space, although these materials very different expansion behavior under thermal stress, so having a large expansion mismatch. Thus, new solutions are required, since the problems and challenges that occur can no longer be handled with satisfactory quality and cost efficiency by means of the known conventional measures.
Beispielsweise stehen ein Einsatz und eine Verbesserung der bisher verwendeten passiven stofflich-geometrischen For example, there is a commitment and an improvement of the previously used passive material-geometric
Optimierungen deutlich den Entwicklungszielen der Miniaturisierung, Kosteneffizienz und Funktionalitätssteigerung entgegen. So verteuert ein Einsatz von hochgradig belastungs- resistenten Lotmaterialien ebenso wie ein Übergang zu höherwertigen Fügeverfahren - beispielsweise Löten anstelle von Sintern - ein jeweiliges Produkt signifikant. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrischeOptimizations clearly contrary to the development goals of miniaturization, cost efficiency and increased functionality. For example, the use of highly stress-resistant solder materials as well as a transition to higher-quality joining processes - for example, soldering instead of sintering - significantly increases the cost of a particular product. Object of the present invention is to provide an electrical
Baugruppe mit einem verbesserten thermomechanischen Verhalten zu schaffen. To create an assembly with an improved thermomechanical behavior.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben. Eine erfindungsgemäße elektrische Baugruppe weist eine This object is achieved by one of the subjects of the independent claims. Advantageous Substituted ¬ staltungen and developments of the invention are indicated in the dependent patent claims and in the description and in the drawing. An electrical assembly according to the invention has a
Sensorik und wenigstens ein steuerbares aktives Beeinflus¬ sungselement sowie ein mit diesem verbundenes Steuergerät auf. Das Steuergerät verarbeitet von der Sensorik bereitge- stellte Messdaten, welche eine thermische und/oder mechani¬ sche Eigenschaft der Baugruppe charakterisieren, zu einem Steuersignal für das wenigstens eine aktive Beeinflussungs¬ element. Das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement beeinflusst in Abhängigkeit von dem Steuersignal durch aktive Beeinflussung wenigstens eines Bauelementes der Baugruppe die thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe und minimiert dadurch einen Ausdehnungsunterschied, also eine Fehlausdehnung, zwischen wenigstens zwei Bauelementen der Baugruppe. Mit anderen Worten beeinflusst die elektrischeSensor and at least one controllable active influencing ¬ sungselement and connected to this control unit. The control unit processes the sensor technology presented measurement data characterizing a thermal and / or mechanical ¬ specific property of the module to a control signal for the at least one active influencing ¬ element. The at least one active influencing element influences the thermal and / or mechanical property of the assembly as a function of the control signal by actively influencing at least one component of the assembly and thereby minimizes an expansion difference, ie a faulty expansion, between at least two components of the assembly. In other words, the electrical influences
Baugruppe ihre thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften also selbst mittels eines Steuerungs- oder Regelkreises. Assembly their thermal and / or mechanical properties so even by means of a control or control circuit.
Die elektrische oder elektronische Baugruppe kann im Sinne der vorliegenden Erfindung als konstruktiver und/oder funktioneller Verbund beziehungsweise als konstruktive und/oder funktionelle Einheit aus integrierten und/oder diskreten, aktiven und/oder passiven Bauteilen oder Bauelementen verstanden werden. Diese Bauteile oder Bauelemente können durch ein elektrisches Leitungsnetz elektrisch miteinander verbunden sein. Das wenigstens eine Bauelement, das aktiv beein¬ flusst wird, muss dabei nicht notwendigerweise eine elektri¬ sche oder elektronische signal- oder datenverarbeitende oder -weiterleitende Funktion erfüllen. Das wenigstens eine For the purposes of the present invention, the electrical or electronic assembly can be understood as a constructive and / or functional composite or as a structural and / or functional unit made of integrated and / or discrete, active and / or passive components or components. These components or components may be electrically connected to each other by an electrical line network. The at least one component that is actively impressive ¬ enced, must fulfill not necessarily an electrical ¬ cal or electronic signal- or data-processing or -weiterleitende function. The at least one
Bauelement kann also ein elektrisch isolierendes Stütz- oder Strukturelement oder ein Kühlelement der Baugruppe sein. Component may therefore be an electrically insulating support or structural element or a cooling element of the assembly.
Die aktive Beeinflussung des Bauelementes kann beispielsweise bedeuten, dass eine thermische, mechanische und/oder elektri- sehe Eigenschaft des Bauelementes oder ein entsprechenderThe active influence of the component can mean, for example, that a thermal, mechanical and / or electrical property of the component or a corresponding one
Parameterwert beeinflusst, also modifiziert wird. Ebenso kann die aktive Beeinflussung beispielsweise eine Positions-, Lage-, Form- und/oder Größenänderung des Bauteils umfassen oder bedeuten. Dazu kann das aktive Beeinflussungselement beispielsweise als Mikrosystem (MEMS, Mikroelektromechani- sches System) ausgebildet sein. Das aktive Beeinflussungsele¬ ment kann auf oder an dem wenigstens einen Bauelement ange¬ ordnet, in dieses eingebettet oder integriert oder mit diesem, beispielsweise über eine elektrische Leitung oder ein mechanisches und/oder thermisches Verbindungselement, verbun¬ den beziehungsweise gekoppelt sein. Um die aktive Beeinflus¬ sung zu bewirken, kann das aktive Beeinflussungselement beispielsweise an eine Energieversorgung der elektrischen Baugruppe angeschlossen sein und hierüber mit Energie versorgt werden. Gleiches kann auch für das Steuergerät gelten. Parameter value influenced, that is modified. Likewise, the active influence, for example, include or mean a position, position, shape and / or size change of the component. For this purpose, the active influencing element can be designed, for example, as a microsystem (MEMS, microelectromechanical system). The active element can Beeinflussungsele ¬ arranged on or at the at least one component being ¬ embedded in or integrated with this or with this, for example via an electrical line or a mechanical and / or thermal connection element verbun ¬ the or be coupled. In order to bring about the active influencing, the active influencing element can be connected, for example, to a power supply of the electrical assembly and can be supplied with energy via this. The same can also apply to the control unit.
Das Steuergerät kann beispielsweise ein Mikrochip, ein The control unit may, for example, a microchip, a
MikroController oder dergleichen sein oder einen solchen aufweisen. Das Steuergerät kann als Bauelement der elektri¬ schen Baugruppe in oder an dieser angeordnet sein. Ebenso ist es jedoch möglich, das Steuergerät räumlich beabstandet von übrigen miteinander verbundenen Bauelementen der Baugruppe anzuordnen. Während eine Anordnung des Steuergerätes zusammen mit den übrigen Bauelementen der elektrischen Baugruppe in einem herkömmlichen Verbund vorteilhaft sein kann bezüglich einer Miniaturisierung, Unabhängigkeit und vereinfachten Kontaktierbarkeit , kann eine räumlich getrennte Anordnung des Steuergerätes beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn dieses mehrere elektrische Baugruppen beziehungsweise jeweils wenigstens ein aktives Beeinflussungselement unterschiedli¬ cher elektrischer Baugruppen steuert, also mit Steuersignalen versorgt. Hierzu können das Steuergerät und die übrigen Microcontroller or the like or have such. The control unit can be arranged as a component of the electrical ¬ rule module in or on this. However, it is also possible to arrange the control unit spatially spaced from the other interconnected components of the assembly. While an arrangement of the control device together with the other components of the electrical assembly in a conventional composite may be advantageous in terms of miniaturization, independence and simplified contactability, a spatially separated arrangement of the controller, for example, be advantageous if this multiple electrical components or respectively at least one controls active influencing element unterschiedli ¬ cher electrical components, that is supplied with control signals. For this purpose, the controller and the rest
Bauelemente der elektrischen Baugruppe beziehungsweise der elektrischen Baugruppen beispielsweise auf einer größeren Platine angeordnet und/oder in ein größeres elektrisches oder elektronisches System eingebunden sein. Ein Ausdehnungsunterschied, also eine Ausdehnungsdifferenz, zwischen wenigstens zwei Bauelementen oder Teilbereichen der Baugruppe meint im Sinne der vorliegenden Erfindung eine unterschiedliche thermische Ausdehnung, also beispielsweise eine unterschiedliche Längen-, Größen- und/oder Formänderung, der wenigstens zwei Bauelemente oder Teilbereiche, welche durch unterschiedliche Temperaturen und/oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der wenigstens zwei Components of the electrical module or the electrical components, for example, arranged on a larger board and / or integrated into a larger electrical or electronic system. An expansion difference, ie an expansion difference between at least two components or sub-areas of the assembly means in the context of the present invention, a different thermal expansion, so for example a different length, size and / or shape change, the at least two components or sub-areas, which by different Temperatures and / or different thermal expansion coefficients of at least two
Bauelemente oder Teilbereiche verursacht ist beziehungsweise verursacht wird. Derartige Ausdehnungsunterschiede können zu einer Beschädigung der Beteiligten Bauelemente, eines Fügema terials beziehungsweise einer Verbindung zwischen diesen und/oder anderer Bauelemente oder Teilbereiche der elektrischen Baugruppe führen. Konkret können hierdurch beispielsweise mechanische Spannungen innerhalb der elektrischen Baugruppe entstehen, die zu einem Brechen oder Reißen von Bauelementen und/oder Verbindungen beziehungsweise Fügematerialien führen können. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden derartige Ausdehnungsunterschiede daher auch als Fehlausdehnungen bezeichnet. Components or subregions is caused respectively is caused. Such differences in expansion can lead to damage to the involved components, a Fügema terials or a connection between these and / or other components or portions of the electrical assembly. In concrete terms, this can for example result in mechanical stresses within the electrical assembly, which can lead to breakage or tearing of components and / or connections or joining materials. For the purposes of the present invention, such differences in expansion are therefore also referred to as faulty expansions.
Zu Beschädigungen durch Fehlausdehnungen kann es insbesonder bei zyklisch belasteten, also thermischen, mechanischen und/oder elektrischen Wechsellastern ausgesetzten, Bauelemen ten, Verbindungen oder Baugruppen kommen. Die vorliegende Erfindung kann also in derartigen Anwendungsgebieten besonders vorteilhaft eingesetzt werden, um Beschädigungen zu vermeiden, eine vorzeitige Alterung der Bauelemente, Verbindungen und/oder Baugruppen zu vermeiden und somit für eine verlängerte Lebensdauer und/oder eine erhöhte thermische, mechanische und/oder elektrische Belastbarkeit zu sorgen. Durch den Einsatz des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselements und dessen Steuerung zur Vermeidung oder Damage caused by incorrect expansion may occur, in particular, in the case of cyclically loaded, ie thermal, mechanical and / or electrical changeover switches, components, connections or assemblies. The present invention can therefore be used particularly advantageously in such fields of application in order to avoid damage, to prevent premature aging of the components, connections and / or assemblies and thus for a prolonged service life and / or increased thermal, mechanical and / or electrical load capacity to care. Through the use of the at least one active influencing element and its control to avoid or
Minimierung von Ausdehnungsunterschieden wird durch die vorliegende Erfindung vorteilhaft eine Belastung empfindli¬ cher Bauelemente verringert und somit ein Einsatz kostengüns tigerer Bauelemente und/oder Werkstoffe ermöglicht. Zudem können hierdurch zusätzliche Gestaltungsfreiheiten, Optimierungsspielräume und Flexibilitäten für ein Design, einen Aufbau und/oder eine Geometrie der elektrischen Baugruppe geschaffen oder ausgenutzt werden. Insgesamt kann die vorlie gende Erfindung somit vorteilhaft eine weitere Miniaturisie¬ rung, eine kostengünstigere Fertigung und/oder eine Erhöhung einer Leistungsdichte ermöglichen. Minimization of expansion differences is advantageously reduced by the present invention, a load susceptible ¬ cher components and thus allows the use kostengüns tigerer components and / or materials. In addition, additional design freedom, optimization scope and flexibility for a design, a structure and / or a geometry of the electrical assembly can be created or exploited. Overall, the vorlie ing invention thus advantageously a further Miniaturisie ¬ tion, a more cost-effective production and / or an increase in power density allow.
Während bei einer Gestaltung oder einem Aufbau herkömmlicher elektrischer Baugruppen bisher üblicherweise ein externer Einfluss, also beispielsweise eine Umgebungstemperatur an einem jeweiligen Einsatzort der elektrischen Baugruppe, als maßgebliche Einflussgröße berücksichtigt wird, ist es ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, innerhalb der elekt- rischen Baugruppe auftretende interne Bedingungen, Gegeben¬ heiten und Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Der vorliegenden Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung und Leistungssteigerung elektrischer Baugruppen bei einem Betrieb der Baugrup- pe innerhalb dieser durch deren Bauelemente selbst hervorge¬ rufene Bedingungen, insbesondere Temperaturen und Temperaturgradienten, von wesentlicher Bedeutung für eine Funktionsfähigkeit und Belastbarkeit der Baugruppe sind. Da herkömmliche Methoden, wie beispielsweise eine Anordnung eines Leistungs- halbleiterelementes in möglichst großer räumlicher Entfernung zu einem temperaturempfindlichen Bauelement, wie beispielsweise einem oberflächenmontierten Bauelement (SMD, englisch „Surface-mounted device") , aufgrund der zunehmenden Miniatu¬ risierung und einer erhöhten Packung- beziehungsweise Funkti- onsdichte keinen ausreichenden Schutz der empfindlichen While in a design or a structure of conventional electrical components usually an external Effect, so for example, an ambient temperature at a respective location of the electrical assembly, is considered as a significant influence size, it is a basic idea of the present invention, occurring within the electrical assembly internal conditions to consider If ¬ units and interactions. The present invention is therefore based on the finding that in the course of the progressive miniaturization and increase in the performance of electrical components in an operation of the module within these by the components themselves hervorge ¬ called conditions, in particular temperatures and temperature gradients, essential for a functionality and resilience of the assembly. Since conventional methods, such as an arrangement of a power semiconductor element in the greatest possible spatial distance from a temperature-sensitive component, such as a surface-mounted device (SMD, "Surface-mounted device"), due to the increasing Miniatu ¬ tion and increased packaging or functional density does not provide sufficient protection for the sensitive ones
Bauelemente mehr gewährleisten können, ist der vorliegend erfindungsgemäße Einsatz des wenigstens einen aktiven Beeinf¬ lussungselementes und dessen Steuerung unter Verwendung der der elektrischen Baugruppe eigenen Sensorik besonders effek- tiv und vorteilhaft. Components can ensure more, is the present inventive use of the at least one active influencing ¬ lussungselementes and its control using the own electrical assembly sensor technology particularly effective and advantageous.
Es kann für eine, mehrere oder alle der direkt oder indirekt mittels des aktiven Beeinflussungselement des beeinflussbaren thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften des Bauele- mentes und/oder der Baugruppe ein jeweiliger Zielwert It can for one, several or all of the directly or indirectly by means of the active influencing element of modifiable thermal and / or mechanical properties of the component and / or the assembly a respective target value
und/oder ein jeweiliger Schwellenwert vorgegeben sein. Wird ein solcher Schwellenwert überschritten - beispielsweise durch Erwärmung eines Bauelementes über eine vorgegebene Schwellentemperatur hinaus - so kann dies mittels der and / or a respective threshold value. If such a threshold is exceeded - for example, by heating a component beyond a predetermined threshold temperature - this can be done by means of
Sensorik erfasst werden. Ein Erreichen oder Überschreiten eines derartigen Schwellenwertes kann als Signal oder Auslö¬ ser für das Steuergerät dienen, welches dann das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement entsprechend ansteuert, um einen jeweils aktuellen Wert beziehungsweise Messwert einer entsprechenden Messgröße bis unterhalb des überschrittenen Schwellenwertes zu bringen. Bevorzugt kann das aktive Beeinf¬ lussungselement beispielsweise so lange entsprechend ange- steuert werden, bis der vorgegebene Zielwert für den jeweils aktuellen Wert der jeweiligen Messgröße erreicht ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein hochfrequentes Überschreiten des Schwellenwertes vermieden werden. Sensors are detected. A reaching or exceeding such a threshold value may serve as a signal or Auslö ¬ ser for the control unit, which then drives the at least one active influencing element according to to bring each current value or measured value of a corresponding measured variable below the exceeded threshold value. Preferably, the active Beeinf ¬ lussungselement controls can be adapted accordingly, for example, until the predetermined target value is reached for the current value of the respective measured variable. As a result, advantageously a high-frequency exceeding of the threshold value can be avoided.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet eine Veränderung oder Beeinflussung der thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften eines Bauelementes oder Teilbereiches der elektrischen Baugruppe gleichzeitig auch eine Veränderung oder Beeinflussung der thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften der elektrischen Baugruppe insgesamt. Die thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften werden zusammenfassend auch als thermomechanische Eigenschaften bezeichnet. Durch die Verwendung des Begriffes „thermomecha- nisch" kann Bezug genommen werden auf die jeweiligen thermischen und/oder auf die jeweiligen mechanischen Größen, For the purposes of the present invention, a change or influencing of the thermal and / or mechanical properties of a component or partial area of the electrical assembly simultaneously also means a change or influencing of the thermal and / or mechanical properties of the electrical assembly as a whole. The thermal and / or mechanical properties are collectively referred to as thermomechanical properties. Through the use of the term "thermomechanical", reference may be made to the respective thermal and / or mechanical variables,
Eigenschaften, Komponenten oder Bedingungen. Properties, components or conditions.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement ein Heizelement auf. Durch Steuerung oder Ansteuerung diesesIn an advantageous embodiment of the present invention, the at least one active influencing element has a heating element. By controlling or controlling this
Heizelementes kann das wenigstens eine Bauelement beheizt, also erwärmt werden. Durch das Heizelement kann das wenigs¬ tens eine Bauelement also in seiner Temperatur und somit zumindest indirekt auch in seiner Ausdehnung beeinflusst werden. Mittels des Heizelementes kann also beispielsweise die Temperatur des wenigstens einen Bauelementes an eine Temperatur eines anderen, insbesondere eines benachbarten, Bauelements der Baugruppe angeglichen werden. Ebenso ist es beispielsweise möglich, dass wenigstens eine Bauelement mittels des Heizelementes soweit gesteuert zu erwärmen, also auf eine bestimmte, beispielsweise von dem Steuergerät ermittelte Temperatur zu bringen, dass hierdurch die tatsächliche thermische Ausdehnung, also beispielsweise eine Längen- änderung, des wenigstens einen Bauteils an eine thermische Ausdehnung wenigstens eines weiteren, insbesondere benachbarten, Bauelements der Baugruppe angeglichen wird. Dies kann zur Vermeidung von Fehlausdehnungen beispielsweise dann notwendig und vorteilhaft sein, wenn das wenigstens eine Bauelement und das weitere Bauelement unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die hierfür notwendige Erwärmung beziehungsweise Temperatur kann von dem Steuergerät beispielsweise durch Abgleich der mittels der Sensorik ermittelten Temperaturen des wenigstens einen Heating element, the at least one component heated, so be heated. Through the heating element, the Wenig ¬ least one component can thus in its temperature and thus at least an indirect influence in its expansion. Thus, for example, the temperature of the at least one component can be adjusted to a temperature of another, in particular of an adjacent, component of the assembly by means of the heating element. Likewise, it is possible, for example, for at least one component to be heated to a controlled extent by means of the heating element, that is to bring it to a specific temperature determined, for example, by the control unit, so that the actual thermal expansion, that is, for example, a length Change, the at least one component is matched to a thermal expansion of at least one further, in particular adjacent, component of the assembly. This can be necessary and advantageous, for example, to avoid incorrect expansion if the at least one component and the further component have different thermal expansion coefficients. The heating or temperature required for this purpose can be determined by the control unit, for example by balancing the temperatures of the at least one determined by means of the sensor system
Bauelementes und des weiteren Bauelementes mit einem Kennfeld oder einer jeweilige Materialeigenschaften der Bauelemente der Baugruppe beschreibenden oder enthaltenden Datenbank bestimmt werden. Zur Vermeidung oder Minimierung einer thermischen Belastung und eines Alterns des wenigstens einen Bauelementes beziehungsweise der Baugruppe mag das zusätzli¬ che Aufheizen des wenigstens einen Bauelementes unabhängig von beispielsweise einer signalverarbeitenden Funktion oder Funktionalität zunächst kontraintuitiv erscheinen. Der durch das Heizen erzielbare positive Effekt der Vermeidung oder Minimierung einer Fehlausdehnung überwiegt jedoch, sodass sich insgesamt eine positive Wirkung ergibt, beispielsweise in Form einer Vermeidung von Beschädigungen, einer reduzier- ten oder verlangsamten Alterung und/oder einer verlängerten Lebensdauer der elektrischen Baugruppe. Component and the other component with a characteristic field or a respective material properties of the components of the assembly descriptive or containing database are determined. To avoid or minimize thermal stress and aging of the at least one component or of the assembly, the zusätzli ¬ che heating the at least one component independently may, for example, a signal-processing function or functions at first appear counter-intuitive. However, the positive effect of avoiding or minimizing a faulty expansion that can be achieved by heating outweighs, so that overall a positive effect results, for example in the form of avoiding damage, reduced or slowed aging and / or an extended life of the electrical assembly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das wenigstens eine aktive Beeinflussungsele- ment einen Aktuator auf, insbesondere ein Piezoelement und/oder ein Bimetallelement. Hierdurch kann also insbesonde¬ re eine mechanische Eigenschaft des wenigstens einen Bauele¬ mentes beeinflusst werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Zustandsveränderung, also eine Veränderung insbesondere eines thermischen und/oder mechanischen Zustan- des eines Bauelementes oder der Baugruppe als Veränderung, also Beeinflussung einer entsprechenden thermischen und/oder mechanischen Eigenschaft zu verstehen. Durch Steuerung des Aktuators kann also beispielsweise eine Position, Lage und/oder Form des wenigstens einen Bauelemente des beein- flusst beziehungsweise modifiziert werden, was eine Beein¬ flussung einer mechanischen Eigenschaft des wenigstens einen Bauelements bedeutet. Hierdurch kann das wenigstens eineIn a further advantageous embodiment of the present invention, the at least one active influencing element has an actuator, in particular a piezoelectric element and / or a bimetallic element. Thereby re insbesonde ¬ can thus be influenced a mechanical property of at least one Bauele ¬ mentes. For the purposes of the present invention, a change in state, that is to say a change in particular of a thermal and / or mechanical state of a component or the assembly, is to be understood as a change, that is to say influencing a corresponding thermal and / or mechanical property. By controlling the Actuator can thus, for example, a position, location and / or shape of at least one of the elements influenced or to be modified, which means an embedding ¬ flussung a mechanical property of the at least one component. As a result, the at least one
Bauelement beispielsweise in direkten mechanischen, insbesondere wärmeleitenden, Kontakt mit einem weiteren Bauelement der Baugruppe gebracht werden oder ein solcher Kontakt unterbrochen beziehungsweise aufgehoben werden. Component be brought, for example, in direct mechanical, in particular heat-conducting, contact with another component of the assembly or such contact is interrupted or canceled.
Dies ermöglicht vorteilhaft eine aktive Steuerung oder This advantageously allows active control or
Anpassung eines Wärmefluss- oder Kühlpfades innerhalb der elektrischen Baugruppe. Mittels des Aktuators kann also eine jeweils aktuelle Vorzugsrichtung für einen Wärmefluss inner- halb der Baugruppe eingestellt werden. Dies wiederum ermög¬ licht eine Anpassung eines Temperaturgradienten oder einer Temperaturverteilung innerhalb der elektrischen Baugruppe, was zur Vermeidung oder Minimierung des Ausdehnungsunterschiedes ausgenutzt werden kann. Ebenso kann mittels des Aktuators das wenigstens eine Bauelement oder ein weiteres, mit diesem mechanisch gekoppeltes Bauelement in Kontakt mit einem Kühlelement gebracht werden oder ein derartiger Kontakt unterbrochen oder eine entsprechende Kontaktfläche vergrößert oder verringert werden. Es ist dabei möglich, beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation, und/oder durch Anpassen einer Größe einer Kontaktfläche zwischen zwei Bauelementen nicht nur eine binäre Besteuerung vorzunehmen, sondern einen Wert, beispielsweise eines Wärmedurchsatzes eines bestimmten Wärmefluss- oder Kühlpfades innerhalb der elektrischen Adjustment of a heat flow or cooling path within the electrical assembly. By means of the actuator, therefore, a respective current preferred direction for a heat flow within the assembly can be set. This in turn allowed ¬ light an adjustment of a temperature gradient or temperature distribution within the electrical assembly, which may be utilized to avoid or minimize the expansion difference. Likewise, by means of the actuator, the at least one component or another component mechanically coupled thereto can be brought into contact with a cooling element or such contact can be interrupted or a corresponding contact surface can be increased or reduced. It is possible, for example by means of a pulse width modulation, and / or by adjusting a size of a contact surface between two components not only perform a binary tax, but a value, for example, a heat flow rate of a specific heat flow or cooling path within the electrical
Baugruppe in mehreren Stufen oder stufenlos anzupassen beziehungsweise einzustellen. Assembly in several stages or steplessly adapt or adjust.
Ebenso kann beispielsweise aufgrund von Temperaturdifferenzen beziehungsweise Temperaturgradienten und/oder unterschiedli- chen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine mechanische Verformung, beispielsweise ein Verbiegen wenigstens eines Bauelementes innerhalb der elektrischen Baugruppe verursacht werden. Diesem Verbiegen oder Verformen kann mittels des Aktuators entgegengewirkt werden. Der Aktuator kann also eine mechanische Spannung, einen mechanischen Druck oder einen mechanischen Zug auf das wenigstens eine Bauteil ausüben, um die Verformung beziehungsweise das Verbiegen zu vermeiden beziehungsweise auszugleichen. Die Verwendung des Aktuators ermöglicht somit vorteilhaft eine besonders präzise und flexible aktive Beeinflussung der thermomechanischen Eigenschaften beziehungsweise des thermomechanischen Verhaltens der elektrischen Baugruppe. Likewise, due to temperature differences or temperature gradients and / or different coefficients of thermal expansion, for example, a mechanical deformation, for example bending of at least one component within the electrical assembly, may be caused. This bending or deformation can be done by means of the Actuator be counteracted. The actuator can thus exert a mechanical stress, a mechanical pressure or a mechanical tension on the at least one component in order to avoid or compensate for the deformation or the bending. The use of the actuator thus advantageously enables a particularly precise and flexible active influencing of the thermo-mechanical properties or of the thermomechanical behavior of the electrical assembly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Sensorik mehrere, an verschiedenen In a further advantageous embodiment of the present invention, the sensor has several, at different
Bauelementen der Baugruppe angeordnete Sensoren auf. Diese mehreren Sensoren sind dazu eingerichtet, einen jeweiligen thermischen und/oder mechanischen Zustand, also eine jeweilige thermische und/oder mechanische Eigenschaft, der verschie¬ denen Bauelemente zu erfassen. Mittels der Sensorik kann somit also vorteilhaft ein Temperaturgradient beziehungsweise ein Temperaturfeld und/oder ein mechanisches Spannungsfeld beziehungsweise ein Verlauf oder Gradient einer mechanischen Spannung oder Belastung innerhalb der elektrischen Baugruppe erfasst oder ermittelt werden. Dies ermöglicht eine besonders genaue Bewertung eines jeweiligen aktuellen thermomechanischen Zustandes der elektrischen Baugruppe ebenso wie eine besonders flexible und besonders präzise Beeinflussung des jeweiligen thermomechanischen Zustandes, also der jeweiligen thermomechanischen Eigenschaft oder Eigenschaften der elektrischen Baugruppe. Components of the assembly arranged sensors. These plurality of sensors are adapted to a respective thermal and / or mechanical state, that a respective thermal and / or various ¬ to detect the components which mechanical property. Thus, a temperature gradient or a temperature field and / or a mechanical stress field or a profile or gradient of a mechanical stress or stress within the electrical assembly can thus advantageously be detected or determined by means of the sensor system. This allows a particularly accurate evaluation of a respective current thermo-mechanical state of the electrical assembly as well as a particularly flexible and particularly precise influencing of the respective thermo-mechanical state, ie the respective thermo-mechanical property or properties of the electrical assembly.
Besonders bevorzugt können ebenso mehrere an verschiedenen Bauelementen der Baugruppe angeordnete aktive Beeinflussungs¬ elemente vorgesehen sein. Im Zusammenspiel der mehreren Particularly preferred as a plurality of spaced at various components of the module active influencing ¬ elements may be provided. In interaction of the several
Sensoren und der mehreren aktiven Beeinflussungselemente kann eine optimale Beeinflussung der elektrischen Baugruppe beziehungsweise von deren thermomechanischen Eigenschaften erzielt werden. Ein Optimum kann dabei beispielsweise eine Minimierung des einen oder mehrerer Ausdehnungsunterschiede innerhalb der elektrischen Baugruppe, eine Minimierung einer thermomechanischen Belastung, eine Minimierung einer Alterung beziehungsweise von Alterungserscheinungen der elektrischen Baugruppe, eine Maximierung einer thermomechanischen und/oder elektrischen beschädigungsfrei erreichbaren Belastbarkeit der elektrischen Baugruppe, eine Maximierung der Lebensdauer der elektrischen Baugruppe oder dergleichen mehr meinen beziehungsweise sein. Sensors and the plurality of active influencing elements, an optimal influence on the electrical assembly or its thermo-mechanical properties can be achieved. An optimum here, for example, a minimization of one or more expansion differences within the electrical assembly, minimizing a thermomechanical stress, minimizing aging or aging phenomena of the electrical assembly, maximizing a thermomechanical and / or electrical damage-free achievable load capacity of the electrical assembly, maximizing the life of the electrical assembly or the like more or to be.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe ist ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Baugruppe, insbesondere einer erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mittels eines Steuergerätes von einer Sensorik der Baugruppe bereitgestellte Messda¬ ten empfangen, welche eine thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe charakterisieren. Diese Messdaten werden mittels des Steuergerätes zu einem Steuersignal für wenigstens ein aktives Beeinflussungselement der Baugruppe verarbeitet. Mittels des wenigstens einen aktiven Beeinflus¬ sungselementes wird dann durch aktive Beeinflussung wenigs¬ tens eines Bauelements der Baugruppe in Abhängigkeit von dem Steuersignal die thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe beeinflusst und dadurch ein Ausdehnungsunterschied, also eine Fehlausdehnung, zwischen wenigstens zwei Bauelementen der Baugruppe minimiert. Another aspect of the present invention in addition to the electrical assembly according to the invention is a method for controlling an electrical assembly, in particular an electrical assembly according to the invention. In the inventive method Messda ¬ th received by means of a control device provided by a sensor of the assembly, which characterize a thermal and / or mechanical property of the assembly. These measurement data are processed by means of the control unit to a control signal for at least one active influencing element of the module. By means of the at least one active Beeinflus ¬ sungselementes is then influenced by active manipulation Wenig ¬ least a component of the module in response to the control signal, the thermal and / or mechanical property of the assembly and thereby a difference in expansion, so a faulty extension between at least two components of the assembly minimized.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein thermisches und/oder mechanisches Verhal¬ ten der Baugruppe rechnerisch modelliert und das Steuersignal in Abhängigkeit von dem modellierten Verhalten erzeugt. Es wird also eine modellhafte Beschreibung von Bauelementen und/oder Funktionseinheiten der Baugruppe vorgenommen beziehungsweise bereitgestellt. Zum Modellieren des thermomechani¬ schen Verhaltens der Baugruppe kann beispielsweise ein vorgegebenes Modell genutzt werden, welchem die mittels der Sensorik erfassten Messdaten als Eingangs- oder Zustandsgrö- ßen zugeführt werden. Für das Modellieren kann beispielsweise eine Modellierungseinrichtung, welche Teil des Steuergerätes sein kann, verwendet werden. In an advantageous development of the inventive method, a thermal and / or mechanical Verhal ¬ th of the module is mathematically modeled, and generates the control signal as a function of the modeled behavior. Thus, a model description of components and / or functional units of the module is made or provided. For modeling of the thermomechanical behavior of the rule assembly ¬ a given model can be used, for example, where the measurement data detected by the sensors are supplied as input or state variables. For example, for modeling a modeling device, which may be part of the control unit, are used.
Die Modellierungseinrichtung kann - ebenso wie das Steuerge- rät - beispielsweise eine Prozessoreinrichtung und eine an diese angebundene Speichereinrichtung aufweisen. Zum Modellieren des Verhaltens kann dabei ein rein rechnerisch bestimmtes Modell verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können beispielsweise mittels experimenteller Methoden, also konkreter Messungen, ermittelte Verhaltensweisen der Baugruppe unter vorgegebenen und/oder bekannten thermomechanischen und/oder elektrischen Bedingungen verwendet oder berücksichtigt werden. Eine mit dem vorgegebenen Modell beziehungsweise der Modellierung einhergehende Kenntnis oder Vorhersage eines vergangenen, aktuellen und/oder zukünftigen Verhaltens oder Zustandes der elektrischen Baugruppe ermöglicht vorteilhaft eine besonders genaue, zuverlässige, effektive und effiziente Steuerung der elektrischen Baugruppe, also eine entsprechend vorteilhafte Minimierung des Ausdehnungsunterschiedes bezie- hungsweise der Ausdehnungsunterschiede innerhalb der elektri¬ schen Baugruppe. The modeling device can-like the control device-have, for example, a processor device and a memory device connected to it. To model the behavior, a purely mathematical model can be used. Additionally or alternatively, determined behaviors of the assembly under predetermined and / or known thermomechanical and / or electrical conditions can be used or taken into consideration, for example, by means of experimental methods, ie concrete measurements. A knowledge or prediction of a past, current and / or future behavior or state of the electrical assembly associated with the given model or modeling advantageously enables a particularly accurate, reliable, effective and efficient control of the electrical assembly, ie a correspondingly advantageous minimization of the expansion difference - Approximately the expansion differences within the electrical ¬ rule module.
So kann beispielsweise mittels der Modellierung ein zukünfti¬ ges Verhalten der Baugruppe vorhergesagt oder abgeschätzt werden. Dies ermöglicht wiederum eine präventive Ansteuerung des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselementes, um beispielsweise antizipierte thermomechanische Belastungsspit¬ zen zu vermeiden oder deren Auswirkungen abzufangen. Es kann beispielsweise eine thermomechanische Trägheit, die einen Einfluss oder eine Auswirkung des Steuersignals, also des Ansteuerns des aktiven Beeinflussungselementes, verzögern kann, berücksichtigt beziehungsweise ausgeglichen werden. Now the future as a ¬ ges behavior of the assembly can for instance be predicted or estimated by means of modeling. This in turn allows a preventive control of the at least one active control element, in order to avoid, for example, anticipated thermomechanical Belastungsspit ¬ zen or intercept their effects. For example, a thermomechanical inertia that can delay an influence or an effect of the control signal, that is to say the activation of the active influencing element, can be considered or compensated.
Das Modellieren des thermomechanischen Verhaltens kann zudem eine effektive und effiziente Steuerung auch dann ermögli¬ chen, wenn beispielsweise nicht jedes einzelne Bauelement der Baugruppe mittels eines individuellen Sensors überwacht wird. Dies ist der Fall, da mittels des Modells aus einer begrenz- ten Anzahl von Messdaten beispielsweise auf einen thermome- chanischen Zustand auch von solchen Bauelementen oder Teilbereichen der Baugruppe geschlossen werden kann, die nicht mittels der Sensorik erfasst beziehungsweise überwacht werden Insgesamt ermöglicht es diese erfindungsgemäße Integration beziehungsweise Kombination aus der lokalen Sensorik in oder an der Baugruppe, der Modellierung des thermomechanischen Verhaltens der Baugruppe und der aktiv gesteuerten Beeinflus¬ sung der Baugruppe mittels des aktiven Beeinflussungselemen- tes in Abhängigkeit von dem modellierten Verhalten und den Messdaten der Sensorik, eine elektrische Baugruppe mit verbessertem thermomechanischen Verhalten, verbesserter The modeling of the thermomechanical behavior can also effectively and efficiently control even ermögli ¬ chen, for example, when not every single component of the assembly is monitored by an individual sensor. This is the case because, by means of the model, a The number of measured data, for example, on a thermo-mechanical state, can also be concluded from those components or partial areas of the module that are not detected or monitored by the sensor system. Overall, this integration or combination of the local sensor system in or on the module makes it possible to the modeling of the thermo-mechanical behavior of the assembly and the actively controlled influencing ¬ tion of the module by means of the active influencing element in dependence on the modeled behavior and the measurement data of the sensor, an electrical assembly with improved thermo-mechanical behavior, improved
Leistungsfähigkeit beziehungsweise Belastbarkeit und/oder verlängerter Lebensdauer zu realisieren. Achieve performance or resilience and / or extended life.
Es sei hier explizit darauf hingewiesen, dass das aktiv beeinflusste Bauelement unabhängig von einer möglichen elektrischen und/oder signal- und/oder datenverarbeitenden Funktionalität dieses Bauelementes beeinflusst werden kann. Somit können beispielsweise auch solche Bauelemente aktiv beeinflusst werden, die nicht aktiv und unmittelbar an einer elektrischen Aktivität und/oder einer Signal- oder Datenverarbeitung innerhalb der elektrischen Baugruppe beteiligt sind. Dies unterscheidet die vorliegende Erfindung deutlich von bisherigen Ansätzen eines bloßen Lastmanagements, welche beispielsweise eine Taktfrequenz einer Rechen- oder Prozessoreinheit (CPU, englisch „Central Processing Unit") in It should be explicitly noted here that the actively influenced component can be influenced independently of a possible electrical and / or signal and / or data processing functionality of this component. Thus, it is also possible for example to actively influence those components which are not actively and directly involved in electrical activity and / or signal or data processing within the electrical assembly. This clearly distinguishes the present invention from previous approaches of a mere load management, which, for example, a clock frequency of a computing or processing unit (CPU, Central Processing Unit) in
Abhängigkeit von einer Temperatur dieser Rechen- oder Prozessoreinrichtung variieren oder regeln. Depending on a temperature of this arithmetic or processor device vary or regulate.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt das Modell beziehungsweise das modellierte Verhalten der Baugruppe einen jeweiligen Einfluss der Sensorik und des wenigstens einen aktiven Beeinflussungs- elements auf das thermische und/oder mechanische Verhalten der Baugruppe. Hierdurch können ein realer thermomechanische Zustand und ein reales thermomechanisches Verhalten der elektrischen Baugruppe besonders genau modelliert, also abgebildet und/oder vorhergesagt werden. Besonders vorteil¬ haft kann diese Modellierung, beispielsweise in einem Ent- wicklungsprozess oder einem Herstellungsverfahren für die elektrische Baugruppe, eingesetzt werden, um eine optimale Anordnung oder Positionierung der Sensorik und/oder des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselementes zu bestim¬ men, um beispielsweise eine Leistungsfähigkeit oder Belast¬ barkeit der elektrischen Baugruppe zu maximieren. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the model or the modeled behavior of the module takes into account a respective influence of the sensor system and the at least one active influencing element on the thermal and / or mechanical behavior of the module. As a result, a real thermo-mechanical state and a real thermo-mechanical behavior of the electrical assembly can be modeled with particular accuracy, ie be imaged and / or predicted. Particularly advantageous ¬ way can this modeling, development process, for example, in an unloading or a manufacturing method for the electrical assembly, are used to an optimum arrangement or positioning of the sensor system and / or the at least one active control element to determ ¬ men, for example, a performance or belast ¬ bility to maximize the electrical assembly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als die Messdaten wenigstens ein Tempera¬ turgradient innerhalb der Baugruppe und/oder eine Form¬ und/oder Abmessungsänderung wenigstens eines Bauelementes der Baugruppe räumlich und zeitlich aufgelöst erfasst. Dazu kann die Sensorik mehrere Einzelsensoren aufweisen, um einen räumlichen und zeitlichen Verlauf der erfassten Messgrößen zu erfassen beziehungsweise zu bestimmen. Dies kann vorteilhaft eine besonders genaue und effektive Beeinflussung der thermo- mechanischen Eigenschaften der Baugruppe, also eine besonders effektive und effiziente Steuerung der elektrischen Baugruppe ermöglichen . In a further advantageous embodiment of the inventive method are detected spatially and temporally resolved at least one tempera ¬ turgradient within the assembly and / or a shape ¬ and / or dimensional change of at least one component of the assembly as the measurement data. For this purpose, the sensors can have a plurality of individual sensors in order to detect or determine a spatial and temporal course of the detected measured variables. This can advantageously enable a particularly accurate and effective influencing of the thermo-mechanical properties of the assembly, ie a particularly effective and efficient control of the electrical assembly.
Das Erfassen eines Temperaturgradienten ist besonders vorteilhaft, da Temperaturgradienten einen wesentlichen Ein- flussfaktor oder eine wesentliche Ursache für Ausdehnungsunterschiede innerhalb von Baugruppen bilden. Das Erfassen der Form- und/oder Abmessungsänderung kann beispielsweise dann besonders vorteilhaft sein, wenn die jeweilige Temperatur des seine Forum und/oder Abmessung ändernden Bauelementes nicht oder nicht präzise erfasst werden kann und/oder beispielswei¬ se innerhalb des Bauelementes variiert und/oder dann, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des jeweiligen Bauele¬ mentes nicht bekannt ist. Das Erfassen der Form- und/oder Abmessungsänderung kann beispielsweise mittels einer an jeweiligen Außenseiten des Bauelementes angeordneten Sensorik möglich sein. Für eine präzise Temperaturmessung kann hingegen beispielsweise eine Anordnung eines Temperatursensors in einem Zentralbereich des jeweiligen Bauelementes notwendig sein, welche beispielsweise aufgrund eines Packagings The detection of a temperature gradient is particularly advantageous, since temperature gradients form a significant influencing factor or a significant cause of expansion differences within assemblies. Detecting the shape and / or dimensional change can for example be particularly advantageous if the respective temperature of its Forum and / or dimension changing device can not or can not be accurately detected and / or beispielswei ¬ se varied within the device and / or then when the thermal expansion coefficient of the respective Bauele ¬ mentes is not known. The detection of the change in shape and / or dimension may be possible, for example, by means of a sensor arranged on respective outer sides of the component. For a precise temperature measurement, however, for example, an arrangement of a temperature sensor in a central region of the respective component necessary which, for example, due to a Packagings
und/oder einer hohen Funktionsdichte nicht immer realisierbar ist. Ebenso kann es schwierig sein, bei innerhalb des jewei¬ ligen Bauelementes variierenden Temperaturen und/oder bei einem Aufbau des Bauelements aus mehreren unterschiedlichen Materialien einen effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bauelements zu bestimmen. Diese Schwierigkeiten können durch das Erfassen der Form- und/oder Abmessungsänderung vorteilhaft umgangen werden. and / or a high functional density is not always feasible. Likewise, it may be difficult to determine an effective coefficient of thermal expansion of the device at varying within the jewei ¬ age device temperature and / or in a structure of the device of a plurality of different materials. These difficulties can be avoided by detecting the changes in shape and / or dimension.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der Sensorik eine jeweilige Tempera¬ turänderung des wenigstens einen Bauelements und eines zweiten Bauelements der Baugruppe erfasst. Durch die aktive Beeinflussung wenigstens eines dieser beiden Bauelemente werden deren thermische Ausdehnungen aneinander angepasst. Mit anderen Worten wird also beispielsweise bei einer Tempe¬ raturänderung zweier Bauelemente durch die aktive Beeinflus¬ sung die BedingungIn a further advantageous embodiment of the inventive method a respective temperature ¬ turänderung the at least one component and a second component of the assembly is detected by the sensor. By actively influencing at least one of these two components, their thermal expansions are adapted to each other. In other words, for example, at a Tempe ¬ raturänderung two components through the active Beeinflus ¬ solution the condition
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für die beiden Bauelemente eingestellt oder sichergestellt, wobei oii den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Bauelements, 2 den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Bauelements, ΔΘι die Temperaturänderung des ersten Bauelements und ΔΘ2 die Temperaturänderung des zweiten set or ensured for the two components, where oii the coefficient of thermal expansion of the first component, 2 the thermal expansion coefficient of the second component, ΔΘι the temperature change of the first component and ΔΘ 2 the temperature change of the second
Bauelements angibt. Die relativen Längenänderungen der beiden Bauelemente sollen also gleich sein. Die durch die jeweilige Temperaturänderung verursachte thermische Ausdehnung kann bei einer Erwärmung positiv und bei einer Abkühlung negativ sein. Eine negative thermische Ausdehnung bedeutet dabei beispiels¬ weise ein Zusammenziehen oder eine kontraktive Längenände¬ rung. Durch das separate Erfassen der jeweiligen Temperaturänderungen der beiden Bauelemente kann eine besonders genaue Anpassung, also Angleichung der thermischen Ausdehnungen der beiden Bauelemente erreicht werden. Durch das Anpassen oder Angleichen der thermischen Ausdehnungen wird also der Ausdehnungsunterschied zwischen den beiden Bauelementen minimiert, insbesondere idealerweise zu null. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels des aktiven Beeinflussungs¬ elements in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein wärmelei- tender, mechanischer Kontakt zwischen wenigstens zwei Bauele¬ menten der Baugruppe hergestellt oder unterbrochen. Das aktiv beeinflusste wenigstens eine Bauelement kann dabei eines der wenigstens zwei Bauelemente sein, zwischen denen der Kontakt hergestellt oder unterbrochen wird. Es ist jedoch ebenso möglich, dass durch die aktive Beeinflussung des wenigstens einen Bauteils etwa ein zweites Bauteil indirekt beeinflusst und in Kontakt mit einem dritten Bauteil gebracht oder ein derartiger Kontakt zwischen dem zweiten und dem dritten Indicates component. The relative changes in length of the two components should therefore be the same. The thermal expansion caused by the respective temperature change can be positive for heating and negative for cooling. A negative thermal expansion here means example ¬, a contraction or contractive Längenände ¬ tion. By separately detecting the respective temperature changes of the two components, a particularly accurate adaptation, ie approximation of the thermal expansions of the two components can be achieved. By adapting or equalizing the thermal expansions, therefore, the expansion difference between the two components is minimized, in particular ideally to zero. In a further advantageous embodiment of the inventive mechanical contact between at least two Bauele ¬ elements of the assembly by means of the active influencing ¬ elements in response to the control signal, a heat-conducting sealing, established or interrupted. The actively influenced at least one component can be one of the at least two components, between which the contact is made or interrupted. However, it is also possible that, as a result of the active influencing of the at least one component, approximately a second component is indirectly influenced and brought into contact with a third component or such a contact between the second and the third
Bauteil unterbrochen wird. Ein mechanischer Kontakt in diesem Sinne besteht dann, wenn sich die wenigstens zwei Bauelemen¬ te, insbesondere unmittelbar, berühren. Component is interrupted. A mechanical contact in this sense exists when the at least two Bauelemen ¬ te, in particular directly, touch.
Da der mittels der vorliegenden Erfindung minimierte Ausdehnungsunterschied insbesondere bei hohen Temperaturen, Tempe- raturänderungen, Temperaturgradienten und/oder Leistungsdichten für den Betrieb der elektrischen Baugruppe besonders relevant ist, kann die vorliegende Erfindung beispielsweise für Leistungselektronische Baugruppen, elektrische Antriebe, Inverter und dergleichen mehr besonders vorteilhaft und nutzbringend eingesetzt werden. Since the expansion difference minimized by means of the present invention is particularly relevant for the operation of the electrical assembly, especially at high temperatures, temperature changes, temperature gradients and / or power densities, the present invention can be particularly advantageous for power electronic assemblies, electric drives, inverters and the like and be used profitably.
Die bisher und im Folgenden angegebenen Eigenschaften und Weiterbildungen der erfindungsgemäße elektrischen Baugruppe sowie die entsprechenden Vorteile sind jeweils sinngemäß auf das erfindungsgemäßen Verfahren und/oder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete oder verwendbare Bauteile und Einrichtungen übertragbar und umgekehrt. Es gehören also zu der Erfindung auch solche Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe und des erfindungs- gemäßen Verfahrens, welche Ausgestaltungen aufweisen, die hier nicht explizit in der jeweiligen Kombination beschrieben sind . Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische und geschnit¬ tene Seitenansicht einer elektrischen Baugruppe mit einer Sensorik und mehreren steuerbaren aktiven Beeinflussungselementen zum aktiven Beeinflussen einer thermischen und/oder mechanischen Eigenschaft der Baugruppe. The properties and refinements of the electrical assembly according to the invention and the corresponding advantages given heretofore and hereinafter are mutatis mutandis applicable to the method according to the invention and / or components or devices used or usable for carrying out the method according to the invention and vice versa. Thus, the invention also includes such developments of the electrical assembly according to the invention and of the method according to the invention which have configurations which are not explicitly described here in the respective combination. Further features, details and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The single figure shows a schematic and geschnit ¬ tene side view of an electrical assembly with a sensor and several controllable active influencing elements for actively influencing a thermal and / or mechanical property of the assembly.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhän- gig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausfüh- rungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments in each case represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
Die einzige Figur zeigt eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer elektrischen beziehungsweise elektroni- sehen Baugruppe 1 in einem beispielhaften Aufbau. Vorliegend weist die elektrische Baugruppe 1 ein Basiselement 2 auf, welches beispielsweise ein Kühlelement oder Kühlkörper sein kann. In Hochrichtung der elektrischen Baugruppe 1 auf beziehungsweise oberhalb des Basiselement 2 ist ein The single FIGURE shows a schematic and sectional side view of an electrical or electronic see assembly 1 in an exemplary construction. In the present case, the electrical assembly 1 has a base element 2, which may be, for example, a cooling element or heat sink. In the vertical direction of the electrical assembly 1 on or above the base element 2 is a
Keramikelement 3 angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um ein Keramiksubstrat für eine direkt gebondete Kupferstruk¬ tur (DBC, englisch „Direct Bonded Copper", auch DCB, „Direct Copper Bonded") handeln kann. Das Keramikelement 3 kann dabei als Hauptentwärmungspfad zur Abführung Wärme von darüber liegenden Teilen der elektrischen Baugruppe 1 hin zu demCeramic member 3 is arranged, which may be, for example, be a ceramic substrate for a direct bonded copper structure structural ¬ (DBC, English "Direct Bonded Copper", also DCB, "Direct Bonded Copper"). The ceramic element 3 can be used as the main heating path for dissipating heat from overlying parts of the electrical assembly 1 towards the
Basiselement 2 dienen. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Keramikelement 3 eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen kann und gleichzeitig als elektrischer Isolator, etwa gegen- über dem beispielsweise metallischen Basiselement 2, dienen kann . Base element 2 serve. It is particularly advantageous that the ceramic element 3 can have a high thermal conductivity and at the same time as an electrical insulator, such as can serve over the example metallic base element 2.
Oberhalb des Keramikelements 3 ist vorliegend ein Leistungs- halbleiterelement 4 angeordnet, welches seitlich von elekt¬ risch isolierenden Stützelementen 5 eingefasst ist. Die Above the ceramic member 3, a power semiconductor element 4 is arranged in the present case, which is bordered laterally by elekt ¬ driven insulating support members. 5 The
Stützelemente 5 können als Auflageflächen für einen oberhalb des Leistungshalbleiterelements 4 angeordneten Hauptverdrah¬ tungsträger 6 der elektrischen Baugruppe 1 dienen. Durch die mechanisch stabilen Stützelemente 5 kann vermieden werden, dass das Leistungshalbleiterelement 4 beispielsweise bei einem Fügen der elektrischen Baugruppe durch mechanischen Druck beschädigt wird. Der Hauptverdrahtungsträger 6 dient insbesondere als Träger oder Substrat für ein elektrisches Leitungsnetz 7, welches vorliegend diesen und auch weitereSupport elements 5 can serve as supporting surfaces for an arranged above the power semiconductor element 4 Hauptverdrah ¬ tung carrier 6 of the electric module. 1 By the mechanically stable support elements 5 can be avoided that the power semiconductor element 4 is damaged for example in a joining of the electrical assembly by mechanical pressure. The main wiring carrier 6 serves in particular as a carrier or substrate for an electrical line network 7, which in the present case and also further
Teilbereiche der elektrischen Baugruppe 1 durchsetzt. Es sei angemerkt, dass hier nicht alle einzelnen Teile oder Teilbe¬ reiche des Leitungsnetzes 7 einschließlich aller Kontaktie¬ rungen und dergleichen explizit gekennzeichnet sind. Auf dem Hauptverdrahtungsträger 6 sind jedoch als Bestandteile desSubareas of the electrical assembly 1 interspersed. It should be noted here that not all individual parts or Teilbe ¬ rich of the pipeline network, including all seven PLEASE CONTACT ¬ stanchions and the like explicitly identified. On the main wiring substrate 6, however, are as components of the
Leitungsnetzes 7 zwei Kontaktierungen 8 für ein oberhalb des Hauptverdrahtungsträgers 6 angeordnetes oberflächenmontiertes Bauelement (SMD, englisch „Surface-mounted Device") 9 ange¬ ordnet und gekennzeichnet. Line network 7 two contacts 8 for a above the main wiring substrate 6 arranged surface-mounted device (SMD, "surface-mounted device") 9 is arranged and labeled ¬ .
Weiterhin weist die elektrische Baugruppe 1 eine Sensorik mit mehreren räumlich verteilt in oder an verschiedenen Bauelementen der elektrischen Baugruppe 1 angeordneten Sensoren 10 auf. Die Sensoren 10 können gleicher oder unterschiedlicher Art sein, beispielsweise Temperatursensoren, Drucksensoren oder Sensoren zum Detektieren mechanischer Spannungen, Furthermore, the electrical assembly 1 has a sensor with a plurality of spatially distributed in or on different components of the electrical assembly 1 arranged sensors 10. The sensors 10 may be the same or different types, for example temperature sensors, pressure sensors or sensors for detecting mechanical stresses,
Bewegungen, Form- oder Ausmaßveränderungen. Mittels der Movements, shape or extent changes. By means of
Sensoren 10 können beispielsweise ein Temperaturfeld und/oder mechanische Größen wie Biegungen oder Kontraktionen innerhalb der elektrischen Baugruppe 1 örtlich und zeitlich aufgelöst erfasst werden. Entsprechende von den Sensoren 10 erfasste Messwerte oder Messdaten werden an ein hier nicht dargestelltes Steuergerät übermittelt. Das Steuergerät kann beispiels- weise als Mikrochip oder MikroController ausgebildet und/oder Teil des Leistungshalbleiterelementes 4 sein. Zum Übermitteln der Messdaten können beispielsweise Teile des Leitungsnetzes 7 der elektrischen Baugruppe 1 genutzt werden. Entsprechende Kontaktierungen oder Anbindungen der einzelnen Sensoren 10 sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht explizit darge¬ stellt. Ebenso kann beispielsweise eine kabellose Übertragung der Messdaten an das Steuergerät möglich sein. Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Miniaturisierung sowie einer steigenden Funktions- und Leistungsdichte innerhalb von Einrichtungen wie der elektrischen Baugruppe 1, ist zu beobachten, dass durch Temperaturunterschiede und/oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Bauelemente der elektrischen Baugruppe 1 Fehlausdehnungen und mechanische Spannungen auftreten können, die zu Beschädigungen und/oder vorzeitiger Alterung der elektrischen Baugruppe 1 führen können. Um dieser Problematik zu begegnen, weist die elektrischeSensors 10, for example, a temperature field and / or mechanical variables such as bends or contractions within the electrical assembly 1 can be detected spatially and temporally resolved. Corresponding measured values or measured data acquired by the sensors 10 are transmitted to a control unit, not shown here. The control unit can, for example, wise be designed as a microchip or microcontroller and / or be part of the power semiconductor element 4. For example, parts of the pipeline network 7 of the electrical module 1 can be used to transmit the measured data. Appropriate contacts or connections of the individual sensors 10 are here for reasons of clarity is not explicitly Darge is ¬. Likewise, for example, a wireless transmission of the measured data to the control unit may be possible. Against the background of increasing miniaturization and an increasing functional and power density within devices such as the electrical assembly 1, it can be observed that thermal expansion and / or different coefficients of thermal expansion of the components of the electrical assembly 1 can lead to erroneous expansion and mechanical stress Damage and / or premature aging of the electrical assembly 1 can lead. To counter this problem, the electrical
Baugruppe vorliegend mehrere aktive Beeinflussungselemente 17 auf, die räumlich verteilt in oder an verschiedenen Bauelementen der elektrischen Baugruppe 1 angeordnet sind. Die mittels der Sensoren 10 erfassten Messdaten charakterisieren also eine thermische und/oder mechanische, kurz also eine thermomechanische, Eigenschaft der elektrischen Baugrup¬ pe 1 beziehungsweise des jeweiligen Bauelementes in oder an dem ein jeweiliger der Sensoren 10 angeordnet ist. Mittels der aktiven Beeinflussungselemente 17 kann hingegen eine thermomechanische Eigenschaft der elektrischen Baugruppe 1 beziehungsweise des jeweiligen Bauelementes beeinflusst werden. Dazu kann das Steuergerät in Abhängigkeit von den von den Sensoren 10 bereitgestellten Messdaten jeweilige Steuer- signale für die aktiven Beeinflussungselemente 17 erzeugen und an diese übermitteln. Auch hier sind entsprechende Assembly in the present case on several active influencing elements 17, which are spatially distributed in or on different components of the electrical assembly 1 are arranged. Thus, the measurement data detected by the sensors 10 characterize a thermal and / or mechanical, thermomechanical so short, the electrical property compo ¬ pe 1 and of the respective component in or on which a respective one of the sensors 10 is arranged. By contrast, a thermomechanical property of the electrical assembly 1 or of the respective component can be influenced by means of the active influencing elements 17. For this purpose, the control unit can generate respective control signals for the active influencing elements 17 as a function of the measurement data provided by the sensors 10 and transmit them to them. Also here are appropriate
Verbindungen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, wobei ebenso eine kabellose Übermittlung der jeweiligen Connections are not shown for the sake of clarity, where also a wireless transmission of the respective
Steuersignale möglich sein kann. Control signals may be possible.
Vorliegend sind beispielsweise in das Basiselement 2 ein erster Sensor 11 und ein erstes aktives Beeinflussungselement 18 integriert. In das Keramikelement 3 sind ein zweiter In the present case, for example, a first sensor 11 and a first active influencing element 18 are integrated in the base element 2. In the ceramic element 3 is a second
Sensor 12 und ein zweites aktives Beeinflussungselement 19 integriert. In das Leistungshalbleiterelement 4 integriert oder an diesem angeordnet sind ein dritter Sensor 13 und ein drittes aktives Beeinflussungselement 20. In den Hauptver¬ drahtungsträger 6 integriert sind ein vierter Sensor 14, ein fünfter Sensor 15, ein viertes aktives Beeinflussungselement 21 und ein fünftes aktives Beeinflussungselement 22. An dem SMD 9 sind ein sechster Sensor 16 und ein sechstes aktives Beeinflussungselement 23 angeordnet. Sensor 12 and a second active influencing element 19 integrated. In the power semiconductor element 4 is integrated or arranged on this, a third sensor 13 and a third active influencing element 20 integrated in the Annual General Meeting ¬ drahtungsträger 6, a fourth sensor 14, a fifth sensor 15, a fourth active influencing element 21, and a fifth active influencing element 22 On the SMD 9, a sixth sensor 16 and a sixth active influencing element 23 are arranged.
Es kann beispielsweise mittels des dritten Sensors 13 ein Temperaturanstieg des Leistungshalbleiterelementes 4 und durch Auswertung der von dem zweiten Sensor 12 und dem ersten Sensor 10 erfassten Messdaten ein Temperaturfeld oder einIt can, for example, by means of the third sensor 13, a temperature increase of the power semiconductor element 4 and by evaluating the detected by the second sensor 12 and the first sensor 10 measurement data, a temperature field or a
Temperaturgradient bestimmt werden, der sich beispielsweise von dem Leistungshalbleiterelement 4 durch das Keramikelement 3 bis in das Basiselement 2 hinein erstrecken kann. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Funktionen und dadurch bedingten unterschiedlichen Materialzusammensetzungen können das Temperature gradient can be determined, which can extend, for example, from the power semiconductor element 4 through the ceramic member 3 into the base member 2 in. Due to their different functions and consequent different material compositions that can
Leistungshalbleiterelement 4, das Keramikelement 3 und das Basiselement 2 signifikant unterschiedliche thermische  Power semiconductor element 4, the ceramic element 3 and the base element 2 significantly different thermal
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Der Temperaturgradient zwischen diesen Bauelementen könnte also ohne weitere Maßnah- men zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen beziehungsweise Längenänderungen dieser Bauelemente führen. Have expansion coefficients. The temperature gradient between these components could thus lead to different thermal expansions or changes in length of these components without further measures.
Um derartige Fehlausdehnungen zu vermeiden beziehungsweise auszugleichen kann beispielsweise das zweite aktive Beeinf- lussungselement 19 als Heizelement ausgebildet sein und dazu genutzt werden, das Keramikelement 3 aufzuheizen, um eine Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des In order to avoid or compensate for such erroneous expansions, for example, the second active influencing element 19 can be designed as a heating element and be used to heat the ceramic element 3, by a difference of the thermal expansion coefficients of the
Keramikelements 3 und des Leistungshalbleiterelementes 4 einerseits und/oder des Keramikelements 3 und des Basisele¬ ments 2 andererseits auszugleichen. Durch die mittels des zweiten aktiven Beeinflussungselementes 19 erhöhte Temperatur des Keramikelements 3 kann dann also die ansonsten mögliche Fehlausdehnung vermieden beziehungsweise soweit verringert werden, dass es nicht zu einer Beschädigung der elektrischen Baugruppe 1 kommt . Ceramic element 3 and the power semiconductor element 4th on the one hand and / or the ceramic element 3 and the Basisele ¬ ment 2 on the other hand compensate. By the means of the second active influencing element 19 increased temperature of the ceramic element 3 so then the otherwise possible incorrect expansion can be avoided or reduced so far that it does not damage the electrical assembly 1.
Insbesondere die können die Temperaturen beziehungsweise das Temperaturfeld nicht nur örtlich, sondern auch zeitlich aufgelöst erfasst beziehungsweise bestimmt werden. Es kann also ein aktives Temperatur- oder Temperaturfeldmanagement vorgesehen sein, um eine Minimierung einer effektiven Fehlausdehnung durch Reduzierung von lokalen Ausdehnungsunter- schieden zu erreichen. Als Ziel der entsprechenden Steuerung oder Regelung kann ein Erreichen oder Erfüllen der Bedingung In particular, the temperatures or the temperature field can be detected or determined not only locally, but also in time. Thus, an active temperature or temperature field management may be provided to achieve a minimization of effective mis-expansion by reducing local expansion differences. As the goal of the appropriate control or regulation can be achieved or fulfilled the condition
Oin · qn(t) = m · qm(t) = ... Oi n · q n (t) = m · q m (t) = ...
vorgegeben sein, wobei η, m,... die thermischen Ausdehnungs¬ koeffizienten der unterschiedlichen Bauelemente und qn(t), qm(t),... die jeweilige zeitabhängige Temperatur beziehungswei¬ se Temperaturänderung angeben. be given, where η , m , ... the thermal expansion ¬ coefficients of the different components and q n (t), q m (t), ... indicate the respective time-dependent temperature or temperature change ¬ .
In einem weiteren Beispiel können der Hauptverdrahtungsträger 6 und das SMD 9 unterschiedliche thermische Ausdehnungskoef- fizienten aufweisen. Das SMD 9 kann dabei beispielsweise empfindlich gegenüber einem Wärmeeinfluss beziehungsweise einer Temperaturerhöhung sein. Wird dann mittels des fünften Sensors 15 und des sechsten Sensors 16 eine Temperaturdiffe¬ renz zwischen dem Hauptverdrahtungsträger 6 und dem SMD 9 ermittelt, so kann eine ohne weitere Maßnahmen daraus eventu¬ ell resultierende Fehlausdehnung sinnvollerweise nicht durch eine Erwärmung des SMD 9 ausgeglichen werden, da dies zu einer thermischen Beschädigung des SMD 9 führen könnte. Ein Ausgleichen der entsprechenden Fehlausdehnung kann aber dennoch wünschenswert sein, um beispielsweise eine Beschädi¬ gung einer elektrischen Anbindung des SMD 9 an das Leitungsnetz 7 an den Kontaktierungen 8 zu vermeiden. In einem solchen Fall kann das fünfte aktive Beeinflussungselement 22 beispielsweise als mechanischer Aktuator gebildet sein. In another example, the main wiring substrate 6 and the SMD 9 may have different thermal expansion coefficients. The SMD 9 can be sensitive to a heat influence or a temperature increase, for example. Is then by the fifth sensor 15 and the sixth sensor 16, a Temperaturdiffe ¬ rence between the main wiring substrate 6 and the SMD 9 determines, a without further action from the alternative ¬ ell resulting incorrect expansion can not be compensated for by heating the SMD 9 usefully as this could lead to thermal damage of the SMD 9. However, a balancing of the respective false expansion may still be desirable to avoid, for example, a Beschädi ¬ supply of an electrical connection of the SMD 9 to the mains 7 to the contacts. 8 In such a case, the fifth active influencing element 22 be formed for example as a mechanical actuator.
Mittels des fünften aktiven Beeinflussungselementes 22 kann dann eine mechanische Kraft auf den Hauptverdrahtungsträger 6 ausgeübt werden, um beispielsweise ein aus einer Temperaturdifferenz beziehungsweise Temperaturveränderung resultierendes ungleiches Verbiegen des Hauptverdrahtungsträgers 6 im Vergleich zu einem Verbiegen oder einer Formänderung des SMD 9 beziehungsweise der Kontaktierungen 8 auszugleichen. Der Hauptverdrahtungsträger 6 kann also mittels des fünften aktiven Beeinflussungselementes 22 aktiv in Gegenrichtung zu einer durch die Temperaturveränderung oder einen Temperaturgradienten verursachten Verbiegung gebogen werden, um eine gerade, neutrale Lage und Form beizubehalten oder das Verbie¬ gen an eine entsprechende Lage- und/oder Formveränderung des SMD 9 und/oder der Kontaktierungen 8 anzugleichen. Eine aktive mechanische Beeinflussung mittels der aktiven Beeinflussungselemente 17 stellt also eine zu der thermischen By means of the fifth active influencing element 22, a mechanical force can then be exerted on the main wiring carrier 6 in order, for example, to compensate for unequal bending of the main wiring substrate 6 resulting from a temperature difference or temperature change compared with a bending or deformation of the SMD 9 or the contacts 8. The main wiring substrate 6 can thus by means of the fifth active control element 22 running in the opposite direction are bent to a caused by the change in temperature or a temperature gradient bending to maintain a straight, neutral position and shape or the Verbie ¬ gene at a corresponding position and / or shape change of the SMD 9 and / or the contacts 8 to match. An active mechanical influence by means of the active influencing elements 17 thus provides one to the thermal
Beeinflussung alternative Möglichkeit dar, Fehlausdehnungen in der elektrischen Baugruppe 1 zu vermeiden beziehungsweise zu kompensieren. Influencing the alternative possibility to avoid missing expansions in the electrical assembly 1 or compensate.
Insgesamt ermöglicht die beschriebene Nutzung der Vermeidung oder Minimierung von Fehlausdehnungen als auf die Bauelemente der elektrischen Baugruppe 1 wirkenden Stressfaktoren durch eine thermomechanische Beeinflussung der elektrischen Baugruppe 1 oder einzelner Bauelemente zur Minimierung der Overall, the described use of avoidance or minimization of erroneous expansions as acting on the components of the electrical assembly 1 stress factors by a thermo-mechanical influence on the electrical assembly 1 or individual components to minimize the
Fehlausdehnung unter Berücksichtigung einer jeweiligen Missing expansion taking into account a respective
Temperatur beziehungsweise Temperaturveränderung beziehungsweise jeweiliger Temperaturunterschiede sowie jeweiliger Differenzen der jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dynamisch kompensierte elektrische Baugruppen beziehungs¬ weise Aufbauten, welche somit gegenüber herkömmlichen elektrischen Baugruppen beziehungsweise Aufbauten ein verbessertes thermomechanisches Verhalten aufweisen. Bezugs zeichenliste Temperature or temperature change or respective temperature differences and respective differences of the respective thermal expansion coefficients dynamically compensated electrical assemblies relationship ¬ structures, which thus have over conventional electrical assemblies or structures an improved thermo-mechanical behavior. Reference sign list
1 elektrische Baugruppe 1 electrical assembly
2 Basiselement  2 base element
3 Keramikelement  3 ceramic element
4 Leistungshalbleiterelement  4 power semiconductor element
5 Stützelemente  5 support elements
6 Hauptverdrahtungsträger  6 main wiring carrier
7 Leitungsnetz  7 line network
8 Kontaktierungen  8 contacts
9 SMD / oberflächenmontiertes Bauelement 9 SMD / Surface Mounted Device
10 Sensoren 10 sensors
11 erster Sensor  11 first sensor
12 zweiter Sensor  12 second sensor
13 dritter Sensor  13 third sensor
14 vierter Sensor  14 fourth sensor
15 fünfter Sensor  15 fifth sensor
16 sechster Sensor  16 sixth sensor
17 aktive Beeinflussungselemente  17 active influencing elements
18 erstes aktives Beeinflussungselement 18 first active influencing element
19 zweites aktives Beeinflussungselement19 second active influencing element
20 drittes aktives Beeinflussungselement20 third active influencing element
21 viertes aktives Beeinflussungselement21 fourth active influencing element
22 fünftes aktives Beeinflussungselement22 fifth active influencing element
23 sechstes aktives Beeinflussungselement 23 sixth active influencing element

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Baugruppe (1), aufweisend eine Sensorik (10), dadurch gekennzeichnet, dass 1. Electrical assembly (1), comprising a sensor (10), characterized in that
die Baugruppe (1) wenigstens ein steuerbares aktives Beeinf¬ lussungselement (17) und ein mit diesem verbundenes Steuerge¬ rät aufweist, welches von der Sensorik (10) bereitgestellte Messdaten, welche eine thermische und/oder mechanische the assembly (1) at least one controllable active Beeinf ¬ lussungselement (17) and having connected thereto Steuerge advises ¬ which from the sensor (10) provided measurement data that a thermal and / or mechanical
Eigenschaft der Baugruppe (1) charakterisieren, verarbeitet zu einem Steuersignal für das wenigstens eine aktive Beeinf¬ lussungselement (17), welches in Abhängigkeit von dem Steuer¬ signal durch aktive Beeinflussung wenigstens eines Bauele¬ ments (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) die thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe (1) beein- flusst und dadurch einen Ausdehnungsunterschied zwischen wenigstens zwei Bauelementen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Characterized characteristic of the module (1), processed to a control signal for the at least one active influencing ¬ lussungselement (17), which in response to the control ¬ signal by actively influencing at least one compo ¬ element (2, 3, 4, 5, 6 , 7, 9) of the assembly (1) influences the thermal and / or mechanical property of the assembly (1) and thereby an expansion difference between at least two components (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9)
Baugruppe (1) minimiert. Assembly (1) minimized.
2. Elektrische Baugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass das wenigstens eine aktive Beeinflussungsele¬ ment (17) ein Heizelement aufweist. 2. Electrical assembly (1) according to claim 1, characterized marked by the fact that the at least one active Beeinflussungsele ¬ element (17) comprises a heating element.
3. Elektrische Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement (17) einen Aktuator, insbesonde¬ re ein Piezoelement und/oder ein Bimetallelement, aufweist. 3. Electrical assembly (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one active-influencing element (17) comprises an actuator, ¬ re insbesonde a piezo element and / or a bimetal element.
4. Elektrische Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (10) mehrere, an verschiedenen Bauelementen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) angeordnete Sensoren (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) aufweist, welche einen jeweiligen thermischen 4. Electrical assembly (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor (10) comprises a plurality of, on different components (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the assembly (1) arranged sensors ( 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) having a respective thermal
und/oder mechanischen Zustand der verschiedenen Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) erfassen. and / or mechanical condition of the various components (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9).
5. Verfahren zum Steuern einer elektrischen Baugruppe (1), dadurch gekennzeichnet, dass - mittels eines Steuergeräts von einer Sensorik (10) der Baugruppe (1) bereitgestellte Messdaten, welche eine ther¬ mische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe (1) charakterisieren, empfangen und zu einem Steuersignal für wenigstens ein aktives Beeinflussungselement (17) der Bau¬ gruppe (1) verarbeitet werden, und 5. A method for controlling an electrical assembly (1), characterized in that - Measured by a control device of a sensor (10) of the module (1) provided measurement data, which characterize a ther ¬ mixing and / or mechanical property of the module (1) and to a control signal for at least one active influencing element (17) of the construction ¬ group (1) are processed, and
- mittels des wenigsten einen aktiven Beeinflussungselements (17) durch aktive Beeinflussung wenigstens eines Bauele¬ ments (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) in Abhängig- keit von dem Steuersignal die thermische und/oder mechani¬ sche Eigenschaft der Baugruppe (1) beeinflusst und dadurch ein Ausdehnungsunterschied zwischen wenigstens zwei Bauele¬ menten (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) minimiert. - by means of the at least one active control element (17) by actively influencing at least one Bauele ¬ member (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the assembly (1) in dependence on the control signal, the thermal and / or mechanical influences ¬ specific property of the assembly (1) and thereby a difference in expansion between at least two Bauele ¬ elements (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the module (1) is minimized.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisches und/oder mechanisches Verhalten der Baugruppe (1) rechnerisch modelliert wird und das Steuersignal in 6. The method according to claim 5, characterized in that a thermal and / or mechanical behavior of the assembly (1) is mathematically modeled and the control signal in
Abhängigkeit von dem modellierten Verhalten erzeugt wird. Depending on the modeled behavior is generated.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das modellierte Verhalten einen jeweiligen Einfluss der 7. The method according to claim 6, characterized in that the modeled behavior has a respective influence of
Sensorik (10) und des wenigstens einen aktiven Beeinflus¬ sungselements (17) auf das thermische und/oder mechanische Verhalten der Baugruppe (1) berücksichtigt. Sensor (10) and the at least one active influencing ¬ sungselements (17) on the thermal and / or mechanical behavior of the assembly (1) taken into account.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als die Messdaten wenigstens ein Tempe¬ raturgradient innerhalb der Baugruppe (1) und/oder eine Form¬ und/oder Abmessungsänderung wenigstens eines Bauelements (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe räumlich und zeitlich aufge¬ löst erfasst werden. 8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that as the measurement data of at least a Tempe ¬ raturgradient within the assembly (1) and / or a shape ¬ and / or dimensional change at least one component (2, 3, 4, 5 , 6, 7, 9) of the module positioned spatially and temporally ¬ triggers are detected.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that
- mittels der Sensorik (10) eine jeweilige Temperaturänderung des wenigstens einen Bauelements (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) und eines zweiten Bauelements (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Bau¬ gruppe (1) erfasst wird und - durch die aktive Beeinflussung wenigstens eines dieser beiden Bauelemente (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) deren thermische Ausdehnungen aneinander angepasst werden. - By means of the sensor (10) a respective change in temperature of the at least one component (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) and a second component (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the construction ¬ group (1) is recorded and - By the active influence of at least one of these two components (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) whose thermal expansions are adapted to each other.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des aktiven Beeinflussungsele¬ ments (17) in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein wärmelei¬ tender, mechanischer Kontakt zwischen wenigstens zwei Bauele¬ menten (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) hergestellt oder unterbrochen wird. 10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that by means of the active Beeinflussungsele ¬ member (17) in response to the control signal a wärmelei ¬ sealing, mechanical contact between at least two Bauele ¬ elements (2, 3, 4, 5 , 6, 7, 9) of the assembly (1) is made or broken.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1307818A (en) * 1969-04-14 1973-02-21 Electronic Components Ltd Thick film substrates
EP1811819A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Circuit board
WO2010128978A1 (en) * 2009-05-05 2010-11-11 Wavecom S.A. Pcb quick heater
CN103327671A (en) * 2012-03-19 2013-09-25 黄如金 PCB of LED lamp
US8964394B2 (en) * 2012-07-10 2015-02-24 Moxa Inc. Heating and heat dissipating multi-layer circuit board structure for keeping operating temperature of electronic components
US20170181271A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Intel Corporation Warpage mitigation in printed circuit board assemblies

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0621588A (en) * 1992-07-03 1994-01-28 Hitachi Ltd Circuit board
US6359372B1 (en) * 2000-05-03 2002-03-19 Intel Corporation Circuit card assembly having controlled expansion properties
DE102005050515A1 (en) * 2005-10-21 2007-04-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Surface substrate with electrically conductive structure
JP5195918B2 (en) * 2008-12-09 2013-05-15 富士通株式会社 Analysis apparatus, analysis method, and analysis program

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1307818A (en) * 1969-04-14 1973-02-21 Electronic Components Ltd Thick film substrates
EP1811819A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Circuit board
WO2010128978A1 (en) * 2009-05-05 2010-11-11 Wavecom S.A. Pcb quick heater
CN103327671A (en) * 2012-03-19 2013-09-25 黄如金 PCB of LED lamp
US8964394B2 (en) * 2012-07-10 2015-02-24 Moxa Inc. Heating and heat dissipating multi-layer circuit board structure for keeping operating temperature of electronic components
US20170181271A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Intel Corporation Warpage mitigation in printed circuit board assemblies

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