WO2021105144A1 - Circuit carrier for an electronics module, and power electronics module having a circuit carrier - Google Patents

Circuit carrier for an electronics module, and power electronics module having a circuit carrier Download PDF

Info

Publication number
WO2021105144A1
WO2021105144A1 PCT/EP2020/083251 EP2020083251W WO2021105144A1 WO 2021105144 A1 WO2021105144 A1 WO 2021105144A1 EP 2020083251 W EP2020083251 W EP 2020083251W WO 2021105144 A1 WO2021105144 A1 WO 2021105144A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit board
conductor track
component
printed circuit
power
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/083251
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes Fetzer
Ralf Hoch
Rohit Katkar
Original Assignee
Vitesco Technologies Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies Germany Gmbh filed Critical Vitesco Technologies Germany Gmbh
Priority to DE112020005830.1T priority Critical patent/DE112020005830A5/en
Publication of WO2021105144A1 publication Critical patent/WO2021105144A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0263High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49833Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers the chip support structure consisting of a plurality of insulating substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/50Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor for integrated circuit devices, e.g. power bus, number of leads
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/14Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/141One or more single auxiliary printed circuits mounted on a main printed circuit, e.g. modules, adapters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/14Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/144Stacked arrangements of planar printed circuit boards
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/36Assembling printed circuits with other printed circuits
    • H05K3/368Assembling printed circuits with other printed circuits parallel to each other
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4685Manufacturing of cross-over conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/04Assemblies of printed circuits
    • H05K2201/041Stacked PCBs, i.e. having neither an empty space nor mounted components in between
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/04Assemblies of printed circuits
    • H05K2201/049PCB for one component, e.g. for mounting onto mother PCB
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09Shape and layout
    • H05K2201/09209Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09654Shape and layout details of conductors covering at least two types of conductors provided for in H05K2201/09218 - H05K2201/095
    • H05K2201/098Special shape of the cross-section of conductors, e.g. very thick plated conductors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10272Busbars, i.e. thick metal bars mounted on the PCB as high-current conductors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10621Components characterised by their electrical contacts
    • H05K2201/10636Leadless chip, e.g. chip capacitor or resistor
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/04Soldering or other types of metallurgic bonding
    • H05K2203/049Wire bonding
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/328Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by welding
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to circuit carriers for electronic modules and power electronics modules with a circuit carrier mentioned.
  • (Power) electrical devices with (power) electronic modules are known and are used, among other things, as part of inverters, rectifiers or DC voltage converters in electrical drive systems for electrically powered vehicles.
  • Such devices or electronic modules have electrical circuit carriers which, due to their function and compact design, have a higher conductor track density, which leads to a complex layout of the circuit boards of the electronic modules and thus to high manufacturing costs for the (power) electrical devices.
  • it is becoming increasingly difficult to maintain the required impedances in the circuit carriers which also leads to high layout costs and the associated high production costs for the (power) electrical devices.
  • the object of the present application is therefore to provide a possibility with which a (power) electronics module or a (power) electrical device with a (power) electronics module can be produced more simply and inexpensively.
  • a first circuit carrier for a (power) electronics module of a (power) electrical device is a Rectifier or a DC / DC converter, generally a converter, provided.
  • the first circuit carrier has (especially only) a first printed circuit board on which one or more electrical or electronic components, especially including one or more power electrical components, can be arranged and electrically connected to one another and to external electrical or electronic components.
  • the first printed circuit board has one or more first (current-carrying) conductor tracks which (in particular. Exclusively) for the production of current connections for the transmission of operating currents, such as. B. supply currents, rated currents, charging / discharging currents, intermediate circuit currents or phase currents, to or from one or more of the components mentioned.
  • operating currents such as. B. supply currents, rated currents, charging / discharging currents, intermediate circuit currents or phase currents, to or from one or more of the components mentioned.
  • the first circuit carrier also has one or more second printed circuit boards that are designed exclusively for establishing signal connections, in particular only one signal connection in each case, for transmitting signals (in particular control signals or data signals) to or from one or more of the above-mentioned components .
  • the second printed circuit boards each have (only) one second (signal-carrying) conductor track for establishing (only) one of the above-mentioned signal connections. Furthermore, the second circuit boards rest on a mounting surface of the (same, single) first circuit board and are physically and thermally connected to this first circuit board.
  • the second circuit board (or the second circuit boards) is not a further layer (or laminate layer) of the first circuit board, but just like the first circuit board (from the beginning or the beginning), self-sufficient, separate circuit board after the manufacturing or lamination process of the first circuit board is placed on the first circuit board and physically connected to it.
  • the second circuit board (or the second circuit boards) is produced in a separate manufacturing or lamination process (in particular in a separate production line as the first circuit board) independently of the first circuit board.
  • the first and second printed circuit boards (or the second printed circuit boards) are printed circuit boards that are equivalent to one another.
  • the first conductor tracks are (predominantly or exclusively) as power connections for power transmission, i.e. for the transmission of Operating currents or rated currents, (positive) supply currents, phase currents, intermediate circuit currents and / or charging / discharging currents, designed and accordingly dimensioned / layouted comparatively wide and / or thick.
  • the first conductor tracks each transmit a current with a nominal current of well over 100 milliamps or from 1 amp up to a few hundred amps, at a nominal voltage of 48 volts or well over 48 volts, such as. B. 400 volts or 800 volts.
  • the second conductor track is (or the second conductor tracks are) designed as a signal connection exclusively for signal or data transmission and accordingly dimensioned / laid out comparatively narrow and / or thin.
  • the second conductor track transmits control or data signals at a nominal voltage of, for example, 5 volts or 12 volts or well below 48 volts and with a nominal current strength of well below 1 ampere or below 100 milliamps, especially from a few to a few tens of milliamps.
  • the second conductor track for signal or data transmission is (exclusively) on the separate, second circuit board and is arranged via the second circuit board on the first circuit board (especially intended for power transmission) and at the same time (through the second circuit board or by their electrically insulating base material) is electrically isolated from the first printed circuit board and thus from the first printed conductors and is spatially spaced apart, the first printed conductors for power transmission on the first printed circuit board, which are free of or with comparatively few printed conductors for the signal - or data transfer is easier to dimension or layout. Accordingly, the first printed circuit board can also be designed with a comparatively low creepage resistance. For the first circuit board, simple and inexpensive circuit boards, such as. B. Inexpensive four-layer printed circuit boards can be used.
  • the separate design of the second, signal / data-transmitted conductor track on the separate, second printed circuit board enables the second conductor track to be dimensioned according to requirements without being restricted by the first conductor tracks on the first printed circuit board.
  • This provides a possibility of producing a (power) electronics module or a (power) electrical device with a (power) electronics module in a simpler and more cost-effective manner.
  • a second circuit carrier for a (power) electronics module of a (power) electrical device in particular for an electrically driven vehicle, specifically an inverter, a rectifier or a DC / DC converter, generally a power converter, is provided.
  • the second circuit carrier also has (especially only) a first printed circuit board on which one or more electrical or electronic components, especially including one or more power electrical components, can be arranged and electrically connected to one another and to external electrical or electronic components.
  • the first circuit board has one or more first (signal-carrying) conductor tracks which (unlike the first circuit carrier described above) (especially exclusively) for establishing signal connections for the transmission of signals (especially control signals or data signals) to or from or serve between the components.
  • the second circuit carrier also has one or more second circuit boards which (unlike the first circuit carrier described above) are used exclusively for the production of power connections, in particular of only one power connection each, for the transmission of operating currents, such as. B. a supply current, a nominal current, a charging / discharging current, an intermediate circuit current or a phase current, to or from one or several of the above components are executed.
  • the second circuit boards each have (only) a second (current-carrying) conductor track for producing (only) one of the above-mentioned current connections.
  • the second circuit boards rest on a mounting surface of the (same, single) first circuit board and are physically and thermally connected to it.
  • the second circuit board (or the second circuit boards) (as with the first circuit carrier described above) is not a further layer (or laminate layer) of the first circuit board, but one just like the first circuit board (from the beginning or the beginning) self-sufficient separate circuit board which is subsequently and especially after the manufacturing or lamination process of the first circuit board placed on the first circuit board and physically connected to it.
  • the second circuit board (or the second circuit boards) is produced in a separate manufacturing or lamination process (in particular in a separate production line as the first circuit board) independently of the first circuit board.
  • the first and second printed circuit boards (or the second printed circuit boards) are printed circuit boards that are equivalent to one another.
  • the first conductor tracks are designed (predominantly or exclusively) as signal connections for signal or data transmission and are accordingly dimensioned / laid out comparatively narrow and / or thin.
  • the first conductor tracks typically transmit control or data signals at a nominal voltage of, for example, 5 volts or 12 volts or well below 48 volts and with a nominal current strength of well below 1 amp or below 100 milliamps, especially from a few to a few tens of milliamps.
  • the second conductor track is (or the second conductor tracks are) as a power connection exclusively for power transmission, i.e. for the transmission of an operating current or nominal current, a (positive) supply current, a phase current, an intermediate circuit current and / or a charge / discharge current, and accordingly relatively wide and / or thick dimensioned / layouted.
  • the second conductor track transmits a current with a nominal current of well over 100 milliamps or from 1 amp up to a few hundred amps, at a nominal voltage of 48 volts or well over 48 volts, such as. B. 400 volts or 800 volts.
  • the second conductor track for current transmission of the operating current is (exclusively) carried out on the separate, second circuit board and via the second printed circuit board is arranged on the first printed circuit board (especially intended for signal transmission) and at the same time (by the second printed circuit board or its electrically insulating base material) is electrically isolated and spatially separated from the first printed circuit board and thus from the first conductor tracks , the first conductor tracks for signal transmission on the first circuit board, which is free of or with comparatively few conductor tracks for power transmission, can be dimensioned or laid out more easily.
  • the first printed circuit board can also be designed with a comparatively low resistance to leakage current.
  • simple and inexpensive circuit boards such as. B. Inexpensive four-layer printed circuit boards can be used.
  • This provides a possibility of producing a (power) electronics module or a (power) electrical device with a (power) electronics module in a simpler and more cost-effective manner.
  • the second circuit board is glued to the mounting surface of the first circuit board, in particular by means of a precured adhesive or a cold laminate.
  • the second conductor track is designed as a current-carrying conductor track, this has a layer thickness of over 1 millimeter or over 1.5 millimeters or over 2 millimeters.
  • the second conductor track is designed as a current-carrying conductor track at least five times or ten times or fifty times or a hundred times or five hundred times or a thousand times or more thicker than the first conductor track.
  • the second conductor track is glued to a surface of the second circuit board facing away from the first circuit board.
  • the second conductor track covers at least 70% or at least 80% or at least 90% or at least 95% of the surface of the second circuit board facing away from the first circuit board.
  • the first and / or the second conductor track are each punched or cut or laser-cut from a metal sheet or a metal alloy sheet or a copper sheet or a copper alloy sheet, or forged or pressed from a metal part or a metal alloy part or a copper sheet or a copper alloy sheet.
  • the first conductor track is embedded or laminated into the first circuit board (as an intermediate layer).
  • the first and / or the second printed circuit board are made with Teflon, aluminum oxide, ceramic and / or glass fiber mats (FR4) impregnated with epoxy resin as the base material.
  • the circuit boards have the generally known circuit board materials such as Teflon, aluminum oxide, ceramic and / or glass fiber mats (FR4) impregnated with epoxy resin as the base material.
  • the first and the second circuit board consist of one and the same base material.
  • a first power electronics module for a power electrical device in particular for an electrically driven vehicle, specifically an inverter, a rectifier or a DC / DC converter, generally a power converter, is provided.
  • the first power electronics module has at least one power electrical component which has at least one signal connection for transmitting a (Above) signal and at least one power connection for transmitting an (above) operating current.
  • the first power electronics module also has at least one previously described first circuit carrier, the component being electrically connected to the second conductor track of the second circuit board of the circuit carrier via the signal connection for signal transmission and to the first conductor track of the first circuit board of the circuit carrier via the power connection for transmitting the operating current is electrically connected.
  • the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board.
  • the signal connection of the component is electrically connected to the second conductor track, for example via a bond connection of the first power electronics module.
  • the component is designed as a housing-less component (bare chip) and has an extensive electrical contact surface that forms the power connection of the component. Via the contact surface, the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board (or on the first (surface) conductor track of the first printed circuit board) and is electrically and thermally connected to the first conductor track over a large area.
  • the contact surface of the component is soldered, sintered, welded or glued onto the surface of the first conductor track.
  • a second power electronics module for a power electrical device in particular for an electrically driven vehicle, specifically an inverter, a rectifier or a DC / DC converter, generally a power converter, is provided.
  • the second power electronics module has at least one power electrical component which has at least one power connection for transmitting an (above) operating current and at least one signal connection for transmitting a (above) signal.
  • the power electronics module also has at least one circuit carrier described above, the component via the power connection for transmitting the operating current with the second conductor track of the second Circuit board of the circuit carrier is electrically connected and is electrically connected to the first conductor track of the first circuit board of the circuit carrier via the signal connection for signal transmission.
  • the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board.
  • the power connection of the component is electrically connected to the second conductor track via a bond connection of the second power electronics module.
  • the component is designed as a housing-free component (bare chip) and has an extensive electrical contact surface that forms the signal connection of the component. Via the contact surface, the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board (or on the first (surface) conductor track of the first printed circuit board) and is electrically and thermally connected to the first conductor track over a large area.
  • the contact surface of the component is soldered, sintered, welded or glued onto the surface of the first conductor track.
  • the first or the second power electronics module has a cooler body.
  • the first printed circuit board of the respective power electronics module rests on a two-dimensional cooling surface of the first printed circuit board facing away from the second printed circuit board on the cooler body or on a likewise two-dimensional surface of the heat sink and is thermally contacted with it.
  • FIG. 1 shows, in a first schematic representation, a section of a power electronics module according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows, in a second schematic illustration, a section of a power electronics module according to a second exemplary embodiment of the invention. Detailed description of the drawings;
  • FIG. 1 shows a section of a first power electronics module LM1 with a first circuit carrier ST1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the power electronics module LM1 is designed as part of an inverter of an electric drive of an electrically driven vehicle.
  • the power electronics module LM1 has further conventional printed circuit boards LP on which, for example, control or logic electronics circuits of the power electronics module LM1 are formed.
  • the power electronics module LM1 also has a heat sink KK made of aluminum or a comparable material and a thermally conductive and at the same time electrically insulating insulating layer IS of a known type.
  • the insulating layer IS rests on a two-dimensionally extended cooling surface of the cooling body KK and is physically and thermally connected to it.
  • the circuit carrier ST1 and the further printed circuit boards LP in turn lie next to one another on a flat, extended surface of the insulating layer IS facing away from the cooling body KK and are physically and thermally connected to the cooling body KK via the insulating layer IS.
  • the circuit carrier ST1 has a first printed circuit board LP11 as a carrier for electrical components or electrical components, including (at least) one power semiconductor switch BE1, the power electronics module LM1, which is also used for mechanical fastening and also for the production of mainly power connections for the transmission of operating currents or rated currents such as B. supply currents or phase currents, from, to or between the components, in particular to or from the power semiconductor switch BE1 described above.
  • the circuit carrier ST1 rests on the cooling surface of the heat sink KK via the first printed circuit board LP11, the first printed circuit board LP11 being physically and thermally connected to the heat sink KK via the insulating layer IS.
  • the first printed circuit board LP11 is an ordinary printed circuit board with a composite material made of epoxy resin and glass fiber fabric (FR4) as the base material formed and has first conductor tracks LB11, which are mainly designed to produce the aforementioned power connections.
  • the first conductor tracks LB11 are partly or predominantly embedded or laminated between the FR4 layers of the first circuit board LP1 and have a specific layer thickness of over 1 millimeter, typically about 1.5 millimeters or approx. 2 millimeters.
  • the first conductor tracks LB11 can be produced by means of a manufacturing process generally used for circuit board technology, such as, for. B. etching or electrodeposition.
  • the first conductor tracks LB11 can be punched or laser-cut from a correspondingly thick copper sheet or a copper alloy sheet in corresponding predetermined shapes and laminated between the FR4 layers of the first circuit board LP1 or on an assembly surface OF11 of the first circuit board LP11 facing away from the heat sink KK by means of a thermally conductive Adhesive be stuck on.
  • the electrical components or the electrical components, including the power semiconductor switch BE1, of the power electronics module LM1 are arranged and via the first conductor tracks LB11 with each other and with external electrical components of the power electronics module LM1, such.
  • the power semiconductor switch BE1 is designed, for example, as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) and has a power connection on its underside facing the mounting surface OF11, such as. B. a collector connection in the case of the IGBT, which is electrically connected to one of the first conductor tracks LB11 via a soldered, welded or sintered connection (and optionally also via a through-hole plating).
  • IGBT insulated gate electrode
  • the circuit carrier ST1 also has (at least) one second circuit board LP12, which rests on the mounting surface OF11 of the first circuit board LP11 (and thus next to the above-mentioned electrical components or electrical components, including the power semiconductor switch BE1) and physically and on the mounting surface OF11 is thermally connected.
  • the second printed circuit board LP12 rests on an area of the mounting surface OF11 on which no other electrical components are mounted.
  • the second printed circuit board LP12 is in this case on the by means of a pre-cured thermally conductive adhesive or a thermally conductive cold laminate Assembly surface OF11 glued on and thus thermally connected to the first printed circuit board LP11.
  • the second printed circuit board LP12 is used exclusively to produce a (in particular a single) signal connection for the transmission of control signals to or from the above-mentioned power semiconductor switch BE1.
  • the second circuit board LP12 is also designed as a self-sufficient circuit board with the composite material of epoxy resin and fiberglass fabric (FR4) as the base material.
  • the second circuit board LP12 has only one (single) second conductor track LB12, which is implemented on a surface of the second circuit board LP12 facing away from the first circuit board LP11 and which establishes the above-mentioned signal connection to the power semiconductor switch BE.
  • the second conductor track LB2 covers the surface of the second circuit board LP2 almost completely (or over 90%). Accordingly, the second printed circuit board LP2 has one and the same U-shaped profile as the second printed conductor LB2.
  • the second conductor track LB2 also has a layer thickness of approximately 35 micrometers or less than 35 micrometers, which is specific for its function of the signal connection.
  • the second conductor track LB2 is punched or laser-cut from a correspondingly thick copper foil (or a correspondingly thick copper sheet) or a copper alloy foil (or a copper alloy sheet) and glued to the surface of the second circuit board LP2 by means of a thermally conductive adhesive.
  • the second circuit board LP2 has no further conductor tracks, in particular no conductor tracks that are embedded or laminated into the second circuit board LP2 or between composite layers of the second circuit board LP2.
  • the second conductor track LB2 is spatially and electrically isolated from the first conductor track LB1 or is not electrically connected.
  • the power semiconductor switch BE1 described above also has a control signal connection SA1, such as, for. B. a gate connection in the case of the IGBT.
  • the control signal connection SA is electrically connected to the second conductor track LB2 via a bond connection BV1 of the power electronics module LM1.
  • the power semiconductor switch BE1 (or the IGBT) is designed as a bare chip without a housing and has an extensive contact surface on its underside, which forms the power connection of the power semiconductor switch BE1 (or the collector connection in the case of the IGBT).
  • the power semiconductor switch BE1 rests on a first conductor track LB11 (implemented on the top) via the contact surface and is physically, thermally and electrically connected to it over a large area.
  • the power semiconductor switch BE1 is, for example, soldered, welded or sintered onto the first conductor track LB1.
  • FIG. 2 shows a section of a second power electronics module LM2 with a second circuit carrier ST2 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the power electronics module LM2 is also designed as part of an inverter of an electric drive of an electrically driven vehicle.
  • the second power electronics module LM2 differs from the first power electronics module LM1 shown in FIG. 1 primarily in that the functions of its first circuit board LP21 and its second circuit board LP22 in terms of power or signal transmission are largely exchanged for the second circuit carrier ST2 is the case with the first circuit carrier ST1 of the first power electronics module LM1.
  • the first printed circuit board LP21 of the second circuit carrier ST2 is used, inter alia, mainly to produce signal connections from, to or between the components, including from or to a power semiconductor switch BE2 of the second power electronics module LM2.
  • the first printed circuit board LP21 has first conductor tracks LB21 which are predominantly, especially exclusively, designed to produce signal or data connections for the transmission of control signals or data signals to, from or between the components including the power semiconductor switch BE2.
  • the first conductor tracks LB21 are partly or predominantly embedded or laminated between FR4 layers of the first circuit board LP21 and have a layer thickness of approximately 35 micrometers or less than 35 micrometers specific for their function of signal or data transmission.
  • the first conductor tracks are accordingly LB21 also by means of a manufacturing process generally used for printed circuit board technology, such as e.g. B. etching or electrodeposition.
  • the electrical components or the electrical components, including the power semiconductor switch BE2, of the second power electronics module LM2 are arranged on an assembly surface OF21 of the first printed circuit board LP21 and are electrically connected to one another and to external electrical components of the inverter via the first conductor tracks LB21.
  • the power semiconductor switch BE2 is designed, for example, as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) and has a signal connection on its underside facing the mounting surface OF21, such as e.g. B. a gate connection in the case of the IGBT, which is electrically connected to one of the first conductor tracks LB21 via a soldered, welded or sintered connection (and possibly also via a through-hole contact).
  • IGBT insulated gate electrode
  • the second printed circuit board LP22 rests next to the above-mentioned electrical components or electrical components on the mounting surface OF21 of the first printed circuit board LP21 and is physically and thermally connected to it.
  • the second printed circuit board LP22 is used exclusively to produce a (especially. Single) power connection for the transmission of an operating current, such as. B. a supply current or a phase current to or from the power semiconductor switch BE described above.
  • the second circuit board LP22 accordingly has only one (single) second conductor track LB22, which is implemented on a surface of the second circuit board LP22 facing away from the first circuit board LP21 and which establishes the above-mentioned power connection to the power semiconductor switch BE2.
  • the second conductor track LB22 has a layer thickness of over 1 millimeter, typically about 1.5 millimeters or about 2 millimeters, which is specific for its function of current transmission.
  • the second conductor track LB22 is punched or laser-cut from a correspondingly thick copper sheet or a copper alloy sheet and glued to the surface of the second circuit board LP22 by means of a thermally conductive adhesive.
  • the second circuit board LP22 has no further conductor tracks, in particular no conductor tracks that are embedded or laminated into the second circuit board LP22 or between composite layers of the second circuit board LP22.
  • the second conductor track LB22 is also spatially and electrically isolated from the first conductor track LB21 or is not electrically connected.
  • the power semiconductor switch BE described above also has a power connection SA2, such as, for. B. a collector connection in the case of the IGBT.
  • the power connection SA2 is the second via a bond connection BV2
  • Power electronics module LM2 electrically connected to the second conductor track LB22.

Abstract

The invention relates to a circuit carrier (ST1) for an electronics module (LM1), comprising: a first circuit board (LP11) for the arranging of an electrical or electronic component (BE1), which first circuit board has a first conducting track (LB11) for establishing a current connection for transferring an operating current to the component (BE1); a second circuit board (LP12), which is designed exclusively to establish a signal connection for transferring a signal to the component (BE1) and has a second conducting track (LB12) for establishing the signal connection for transferring the signal; wherein the second circuit board (LP12) lies on a component-mounting surface (OF11) of the first circuit board (LP11) and is physically and thermally connected thereto. The invention further relates to a power electronics module (LM1) having a circuit carrier (ST1) of this type.

Description

Beschreibung description
Schaltungsträger für ein Elektronikmodul, Leistungselektronikmodul mit einem Schaltungsträger Circuit carrier for an electronic module, power electronics module with a circuit carrier
Technisches Gebiet: Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltungsträger für Elektronikmodule und Leistungselektronikmodule mit einem genannten Schaltungsträger. The present invention relates to circuit carriers for electronic modules and power electronics modules with a circuit carrier mentioned.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung: State of the art and object of the invention:
(Leistungs-)elektrische Vorrichtungen mit (Leistungs-)Elektronikmodulen sind bekannt und werden unter anderem als Teil von Wechselrichtern, Gleichrichtern oder Gleichspannungswandlern in elektrischen Antriebssystemen elektrischer angetriebenen Fahrzeuge verwendet. Derartige Vorrichtungen bzw. Elektronikmodule weisen elektrische Schaltungsträger auf, die funktionsbedingt und aufgrund der kompakten Bauweise eine höhere Leiterbahndichte aufweisen, was zu einem aufwendigen Layout der Leiterplatten der Elektronikmodule und somit zu hohen Herstellungskosten bei den (leistungs-)elektrischen Vorrichtungen führt. Darüber hinaus wird die Einhaltung von erforderlichen Impedanzen bei den Schaltungsträgern zunehmend schwieriger, was zusätzlich zu hohen Layout-Aufwand und damit gebundenen hohen Herstellungskosten bei den (leistungs-)elektrischen Vorrichtungen führt. (Power) electrical devices with (power) electronic modules are known and are used, among other things, as part of inverters, rectifiers or DC voltage converters in electrical drive systems for electrically powered vehicles. Such devices or electronic modules have electrical circuit carriers which, due to their function and compact design, have a higher conductor track density, which leads to a complex layout of the circuit boards of the electronic modules and thus to high manufacturing costs for the (power) electrical devices. In addition, it is becoming increasingly difficult to maintain the required impedances in the circuit carriers, which also leads to high layout costs and the associated high production costs for the (power) electrical devices.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der ein (Leistungs-)Elektronikmodul bzw. eine (leistungs-)elektrische Vorrichtung mit einem (Leistungs-)Elektronikmodul einfacher und kostengünstig hergestellt werden können. The object of the present application is therefore to provide a possibility with which a (power) electronics module or a (power) electrical device with a (power) electronics module can be produced more simply and inexpensively.
Beschreibung der Erfindung: Description of the invention:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the subclaims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein erster Schaltungsträger für ein (Leistungs-)Elektronikmodul einer (leistungs-)elektrischen Vorrichtung, insb. für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, speziell eines Wechselrichters, eines Gleichrichters oder eines Gleichspannungswandlers, im Allgemeinen eines Stromrichters, bereitgestellt. According to a first aspect of the invention, a first circuit carrier for a (power) electronics module of a (power) electrical device, in particular for an electrically driven vehicle, especially an inverter, is a Rectifier or a DC / DC converter, generally a converter, provided.
Der erste Schaltungsträger weist (insb. nur) eine erste Leiterplatte auf, auf der ein oder mehrere elektrischen oder elektronischen Bauelemente, insb. einschließlich einem oder mehreren leistungselektrischen Bauelementen, angeordnet und miteinander und mit externen elektrischen oder elektronischen Bauelementen elektrisch verbunden werden können. The first circuit carrier has (especially only) a first printed circuit board on which one or more electrical or electronic components, especially including one or more power electrical components, can be arranged and electrically connected to one another and to external electrical or electronic components.
Die erste Leiterplatte weist eine oder mehrere ersten (stromführenden) Leiterbahnen auf, die (insb. ausschließlich) zur Herstellung von Stromverbindungen zur Übertragung von Betriebsströmen, wie z. B. Versorgungsströmen, Nennströmen, Lade-/Entladeströmen, Zwischenkreisströmen bzw. Phasenströmen, zu oder von einem oder mehreren der genannten Bauelementen dienen. The first printed circuit board has one or more first (current-carrying) conductor tracks which (in particular. Exclusively) for the production of current connections for the transmission of operating currents, such as. B. supply currents, rated currents, charging / discharging currents, intermediate circuit currents or phase currents, to or from one or more of the components mentioned.
Der erste Schaltungsträger weist ferner eine oder mehrere zweiten Leiterplatten auf, die ausschließlich zur Herstellung von Signalverbindungen, insb. von jeweils nur einer Signalverbindung, zur Übertragung von Signalen (insb. Steuersignalen oder Datensignalen) zu oder von einem oder mehreren der oben genannten Bauelementen ausgeführt sind. Dabei weisen die zweiten Leiterplatten jeweils (nur) eine zweite (signalführende) Leiterbahn zur Herstellung (nur) einer oben genannten Signalverbindung auf. Ferner liegen die zweiten Leiterplatten auf einer Bestückungsoberfläche der (selben, einzigen) ersten Leiterplatte auf und sind mit dieser ersten Leiterplatte körperlich und thermisch verbunden. The first circuit carrier also has one or more second printed circuit boards that are designed exclusively for establishing signal connections, in particular only one signal connection in each case, for transmitting signals (in particular control signals or data signals) to or from one or more of the above-mentioned components . The second printed circuit boards each have (only) one second (signal-carrying) conductor track for establishing (only) one of the above-mentioned signal connections. Furthermore, the second circuit boards rest on a mounting surface of the (same, single) first circuit board and are physically and thermally connected to this first circuit board.
Dabei ist die zweite Leiterplatte (bzw. sind die zweiten Leiterplatten) keine weitere Schicht (bzw. Laminatschicht) der ersten Leiterplatte, sondern eine genauso wie die erste Leiterplatte (von Anfang an bzw. am Anfang) autarke separate Leiterplatte, die nachträglich und insb. nach dem Herstellungs- bzw. Laminierungsvorgang der ersten Leiterplatte auf die erste Leiterplatte aufgelegt und mit dieser körperlich verbunden ist. Dabei wird die zweite Leiterplatte (bzw. werden die zweiten Leiterplatten) in einem separaten Herstellungs- bzw. Laminierungsvorgang (insb. in einer separaten Fertigungslinie als die erste Leiterplatte) unabhängig von der ersten Leiterplatte hergestellt. Insb. sind die erste und die zweite Leiterplatte (bzw. die zweiten Leiterplatten) zueinander gleichwertige Leiterplatten. The second circuit board (or the second circuit boards) is not a further layer (or laminate layer) of the first circuit board, but just like the first circuit board (from the beginning or the beginning), self-sufficient, separate circuit board after the manufacturing or lamination process of the first circuit board is placed on the first circuit board and physically connected to it. The second circuit board (or the second circuit boards) is produced in a separate manufacturing or lamination process (in particular in a separate production line as the first circuit board) independently of the first circuit board. In particular, the first and second printed circuit boards (or the second printed circuit boards) are printed circuit boards that are equivalent to one another.
Die ersten Leiterbahnen sind (überwiegend bzw. ausschließlich) als Stromverbindungen zur Stromübertragung, also zur Übertragung von Betriebsströmen bzw. Nennströmen, (positiven) Versorgungsströmen, Phasenströmen, Zwischenkreisströmen und/oder Lade-/Entladeströmen, ausgebildet und dementsprechend vergleichsweise breit und/oder dick dimensioniert/gelayoutet. Typischerweise übertragen die ersten Leiterbahnen jeweils einen Strom mit einer Nennstromstärke von weit über 100 Milliampere bzw. ab 1 Ampere bis zu einigen Hundert Ampere, bei einer Nennspannung von 48 Volt oder weit über 48 Volt, wie z. B. 400 Volt oder 800 Volt. The first conductor tracks are (predominantly or exclusively) as power connections for power transmission, i.e. for the transmission of Operating currents or rated currents, (positive) supply currents, phase currents, intermediate circuit currents and / or charging / discharging currents, designed and accordingly dimensioned / layouted comparatively wide and / or thick. Typically, the first conductor tracks each transmit a current with a nominal current of well over 100 milliamps or from 1 amp up to a few hundred amps, at a nominal voltage of 48 volts or well over 48 volts, such as. B. 400 volts or 800 volts.
Die zweite Leiterbahn ist (bzw. die zweiten Leiterbahnen sind) als Signalverbindung ausschließlich zur Signal- oder Datenübertragung ausgebildet und dementsprechend vergleichsweise schmal und/oder dünn dimensioniert/gelayoutet. Typischerweise überträgt die zweite Leiterbahn Steuer oder Datensignale bei einer Nennspannung von bspw. 5 Volt oder12 Volt bzw. weit unter 48 Volt und mit einer Nennstromstärke von weit unter 1 Ampere bzw. unter 100 Milliampere, insb. von einigen bis einigen Zehn Milliampere. The second conductor track is (or the second conductor tracks are) designed as a signal connection exclusively for signal or data transmission and accordingly dimensioned / laid out comparatively narrow and / or thin. Typically, the second conductor track transmits control or data signals at a nominal voltage of, for example, 5 volts or 12 volts or well below 48 volts and with a nominal current strength of well below 1 ampere or below 100 milliamps, especially from a few to a few tens of milliamps.
Dadurch, dass die zweite Leiterbahn zur Signal- oder Datenübertragung (ausschließlich) auf der separaten, zweiten Leiterplatte ausgeführt ist und über die zweite Leiterplatte auf der ersten ((insb. ausschließlich) zur Stromübertragung vorgesehenen) Leiterplatte angeordnet ist und gleichzeitig (durch die zweite Leiterplatte bzw. durch deren elektrisch isolierendes Basismaterial) von der ersten Leiterplatte und somit von den ersten Leiterbahnen elektrisch isoliert und räumlich beabstandet ausgeführt ist, lassen sich die ersten Leiterbahnen zur Strom Übertragung auf der ersten Leiterplatte, die frei von bzw. mit vergleichsweise wenigen Leiterbahnen zur Signal- oder Datenübertragung ist, einfacher dimensionieren bzw. layouten. Entsprechend lässt sich die erste Leiterplatte auch mit einer vergleichsweise geringen Kriechstromfestigkeit ausführen. Für die erste Leiterplatte können somit einfache und kostengünstige Leiterplatten, wie z. B. kostengünstige vierlagige Leiterplatten, verwendet werden. The fact that the second conductor track for signal or data transmission is (exclusively) on the separate, second circuit board and is arranged via the second circuit board on the first circuit board (especially intended for power transmission) and at the same time (through the second circuit board or by their electrically insulating base material) is electrically isolated from the first printed circuit board and thus from the first printed conductors and is spatially spaced apart, the first printed conductors for power transmission on the first printed circuit board, which are free of or with comparatively few printed conductors for the signal - or data transfer is easier to dimension or layout. Accordingly, the first printed circuit board can also be designed with a comparatively low creepage resistance. For the first circuit board, simple and inexpensive circuit boards, such as. B. Inexpensive four-layer printed circuit boards can be used.
Dies erhöht Design-Flexibilität des gesamten Elektronikmoduls und somit der gesamten elektrischen Vorrichtung und senkt entsprechend auch deren Herstellungskosten. This increases the design flexibility of the entire electronic module and thus of the entire electrical device and accordingly also lowers its production costs.
Darüber hinaus ermöglicht die separate Ausführung der zweiten, signal-/datenübertragenen Leiterbahn auf der separaten, zweiten Leiterplatte eine entsprechende bedarfsangepasste Dimensionierung der zweiten Leiterbahn ohne Einschränkung durch die ersten Leiterbahnen auf der ersten Leiterplatte. Dadurch, dass die elektrische und räumliche Isolation zwischen der zweiten Leiterbahn und der ersten Leiterbahn (bzw. zwischen der zweiten Leiterbahn einerseits und den ersten Leiterbahnen andererseits) durch die zweite, elektrisch und räumlich isolierende Leiterplatte automatisch gegeben ist, bedarf es keine zusätzliche räumliche Trennung der ersten und der zweiten Leiterbahn voneinander und keine zusätzliche elektrische Isolation bzw. keine Isolation zur Reduzierung elektromagnetischer Wechselwirkungen zwischen den ersten Leiterbahnen einerseits und der zweiten Leiterbahn andererseits. Entsprechend können die erforderlichen Impedanzen bei den Leiterbahnen und somit bei dem gesamten ersten Schaltungsträger einfacher eingehalten werden. In addition, the separate design of the second, signal / data-transmitted conductor track on the separate, second printed circuit board enables the second conductor track to be dimensioned according to requirements without being restricted by the first conductor tracks on the first printed circuit board. Thereby, that the electrical and spatial insulation between the second conductor track and the first conductor track (or between the second conductor track on the one hand and the first conductor tracks on the other hand) is automatically provided by the second, electrically and spatially insulating circuit board, no additional spatial separation of the first and the second conductor track from each other and no additional electrical insulation or no insulation to reduce electromagnetic interactions between the first conductor tracks on the one hand and the second conductor track on the other. Correspondingly, the required impedances in the conductor tracks and thus in the entire first circuit carrier can be maintained more easily.
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, ein (Leistungs-)Elektronikmodul bzw. eine (leistungs-)elektrische Vorrichtung mit einem (Leistungs-)Elektronikmodul einfacher und kostengünstiger herzustellen. This provides a possibility of producing a (power) electronics module or a (power) electrical device with a (power) electronics module in a simpler and more cost-effective manner.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein zweiter Schaltungsträger für ein (Leistungs-)Elektronikmodul einer (leistungs-)elektrischen Vorrichtung, insb. für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, speziell eines Wechselrichters, eines Gleichrichters oder eines Gleichspannungswandlers, im Allgemeinen eines Stromrichters, bereitgestellt. According to a second aspect of the invention, a second circuit carrier for a (power) electronics module of a (power) electrical device, in particular for an electrically driven vehicle, specifically an inverter, a rectifier or a DC / DC converter, generally a power converter, is provided.
Der zweite Schaltungsträger weist ebenfalls (insb. nur) eine erste Leiterplatte auf, auf der ein oder mehrere elektrischen oder elektronischen Bauelemente, insb. einschließlich einem oder mehreren leistungselektrischen Bauelementen, angeordnet und miteinander und mit externen elektrischen oder elektronischen Bauelementen elektrisch verbunden werden können. Die erste Leiterplatte weist eine oder mehrere ersten (signalführenden) Leiterbahnen auf, die (anders als bei dem oben beschriebenen ersten Schaltungsträger) (insb. ausschließlich) zur Herstellung von Signalverbindungen zur Übertragung von Signalen (insb. Steuersignalen oder Datensignalen) zu oder von bzw. zwischen den Bauelementen dienen. The second circuit carrier also has (especially only) a first printed circuit board on which one or more electrical or electronic components, especially including one or more power electrical components, can be arranged and electrically connected to one another and to external electrical or electronic components. The first circuit board has one or more first (signal-carrying) conductor tracks which (unlike the first circuit carrier described above) (especially exclusively) for establishing signal connections for the transmission of signals (especially control signals or data signals) to or from or serve between the components.
Der zweite Schaltungsträger weist ferner eine oder mehrere zweiten Leiterplatten auf, die (anders als bei dem oben beschriebenen ersten Schaltungsträger) ausschließlich zur Herstellung von Stromverbindungen, insb. von jeweils nur einer Stromverbindung, zur Übertragung von Betriebsströmen, wie z. B. eines Versorgungsstromes, eines Nennstromes, eines Lade-/Entladestromes, eines Zwischenkreisstromes oder eines Phasenstromes, zu oder von einem oder mehreren der oben genannten Bauelementen ausgeführt sind. Dabei weisen die zweiten Leiterplatten jeweils (nur) eine zweite (stromführende) Leiterbahn zur Herstellung (jeweils nur) einer oben genannten Stromverbindung auf. Ferner liegen die zweiten Leiterplatten auf einer Bestückungsoberfläche der (selben, einzigen) ersten Leiterplatte auf und sind mit dieser körperlich und thermisch verbunden. The second circuit carrier also has one or more second circuit boards which (unlike the first circuit carrier described above) are used exclusively for the production of power connections, in particular of only one power connection each, for the transmission of operating currents, such as. B. a supply current, a nominal current, a charging / discharging current, an intermediate circuit current or a phase current, to or from one or several of the above components are executed. The second circuit boards each have (only) a second (current-carrying) conductor track for producing (only) one of the above-mentioned current connections. Furthermore, the second circuit boards rest on a mounting surface of the (same, single) first circuit board and are physically and thermally connected to it.
Dabei ist die zweite Leiterplatte (bzw. sind die zweiten Leiterplatten) (wie bei dem oben beschriebenen ersten Schaltungsträger) keine weitere Schicht (bzw. Laminatschicht) der ersten Leiterplatte, sondern eine genauso wie die erste Leiterplatte (von Anfang an bzw. am Anfang) autarke separate Leiterplatte, die nachträglich und insb. nach dem Herstellungs- bzw. Laminierungsvorgang der ersten Leiterplatte auf die erste Leiterplatte aufgelegt und mit dieser körperlich verbunden ist. Dabei wird die zweite Leiterplatte (bzw. werden die zweiten Leiterplatten) in einem separaten Herstellungs- bzw. Laminierungsvorgang (insb. in einer separaten Fertigungslinie als die erste Leiterplatte) unabhängig von der ersten Leiterplatte hergestellt. Insb. sind die erste und die zweite Leiterplatte (bzw. die zweiten Leiterplatten) zueinander gleichwertige Leiterplatten. The second circuit board (or the second circuit boards) (as with the first circuit carrier described above) is not a further layer (or laminate layer) of the first circuit board, but one just like the first circuit board (from the beginning or the beginning) self-sufficient separate circuit board which is subsequently and especially after the manufacturing or lamination process of the first circuit board placed on the first circuit board and physically connected to it. The second circuit board (or the second circuit boards) is produced in a separate manufacturing or lamination process (in particular in a separate production line as the first circuit board) independently of the first circuit board. In particular, the first and second printed circuit boards (or the second printed circuit boards) are printed circuit boards that are equivalent to one another.
Die ersten Leiterbahnen sind (überwiegend bzw. ausschließlich) als Signalverbindungen zur Signal- oder Datenübertragung ausgebildet und dementsprechend vergleichsweise schmal und/oder dünn dimensioniert/gelayoutet. Typischerweise übertragen die ersten Leiterbahnen Steuer- oder Datensignale bei einer Nennspannung von bspw. 5 Volt oder 12 Volt bzw. weit unter 48 Volt und mit einer Nennstromstärke von weit unter 1 Ampere bzw. unter 100 Milliampere, insb. von einigen bis einigen Zehn Milliampere. The first conductor tracks are designed (predominantly or exclusively) as signal connections for signal or data transmission and are accordingly dimensioned / laid out comparatively narrow and / or thin. The first conductor tracks typically transmit control or data signals at a nominal voltage of, for example, 5 volts or 12 volts or well below 48 volts and with a nominal current strength of well below 1 amp or below 100 milliamps, especially from a few to a few tens of milliamps.
Die zweite Leiterbahn ist (bzw. die zweiten Leiterbahnen sind) als Stromverbindung ausschließlich zur Stromübertragung, also zur Übertragung eines Betriebsstromes bzw. Nennstromes, eines (positiven) Versorgungsstromes, eines Phasenstromes, eines Zwischenkreisstromes und/oder eines Lade-/Entladestromes, ausgebildet und dementsprechend vergleichsweise breit und/oder dick dimensioniert/gelayoutet. Typischerweise überträgt die zweite Leiterbahn einen Strom mit einer Nennstromstärke von weit über 100 Milliampere bzw. ab 1 Ampere bis zu einigen Hundert Ampere, bei einer Nennspannung von 48 Volt oder weit über 48 Volt, wie z. B. 400 Volt oder 800 Volt. The second conductor track is (or the second conductor tracks are) as a power connection exclusively for power transmission, i.e. for the transmission of an operating current or nominal current, a (positive) supply current, a phase current, an intermediate circuit current and / or a charge / discharge current, and accordingly relatively wide and / or thick dimensioned / layouted. Typically, the second conductor track transmits a current with a nominal current of well over 100 milliamps or from 1 amp up to a few hundred amps, at a nominal voltage of 48 volts or well over 48 volts, such as. B. 400 volts or 800 volts.
Dadurch, dass die zweite Leiterbahn zur Strom Übertragung vom Betriebsstrom (ausschließlich) auf der separaten, zweiten Leiterplatte ausgeführt ist und über die zweite Leiterplatte auf der ersten ((insb. ausschließlich) zur Signalübertragung vorgesehenen) Leiterplatte angeordnet ist und gleichzeitig (durch die zweite Leiterplatte bzw. durch deren elektrisch isolierendes Basismaterial) von der ersten Leiterplatte und somit von den ersten Leiterbahnen elektrisch isoliert und räumlich beabstandet ausgeführt ist, lassen sich die ersten Leiterbahnen zur Signalübertragung auf der ersten Leiterplatte, die frei von bzw. mit vergleichsweise wenigen Leiterbahnen zur Stromübertragung ist, einfacher dimensionieren bzw. layouten. Entsprechend lässt sich die erste Leiterplatte auch mit einer vergleichsweise geringen Kriechstromfestigkeit ausführen. Für die erste Leiterplatte können somit einfache und kostengünstige Leiterplatten, wie z. B. kostengünstige vierlagige Leiterplatten, verwendet werden. Because the second conductor track for current transmission of the operating current is (exclusively) carried out on the separate, second circuit board and via the second printed circuit board is arranged on the first printed circuit board (especially intended for signal transmission) and at the same time (by the second printed circuit board or its electrically insulating base material) is electrically isolated and spatially separated from the first printed circuit board and thus from the first conductor tracks , the first conductor tracks for signal transmission on the first circuit board, which is free of or with comparatively few conductor tracks for power transmission, can be dimensioned or laid out more easily. Correspondingly, the first printed circuit board can also be designed with a comparatively low resistance to leakage current. For the first circuit board, simple and inexpensive circuit boards, such as. B. Inexpensive four-layer printed circuit boards can be used.
Dies erhöht Design-Flexibilität des gesamten Elektronikmoduls und somit der gesamten elektrischen Vorrichtung und senkt entsprechend auch deren Herstellungskosten. This increases the design flexibility of the entire electronic module and thus of the entire electrical device and accordingly also lowers its production costs.
Darüber hinaus ermöglicht die separate Ausführung der zweiten, In addition, the separate execution of the second,
(betriebs-)strom übertragenen Leiterbahn auf der separaten, zweiten Leiterplatte eine entsprechende bedarfsangepasste Dimensionierung der zweiten Leiterbahn ohne Einschränkung durch die ersten Leiterbahnen auf der ersten Leiterplatte. Dadurch, dass die elektrische und räumliche Isolation zwischen der zweiten Leiterbahn und der ersten Leiterbahn (bzw. zwischen der zweiten Leiterbahn einerseits und den ersten Leiterbahnen andererseits) durch die zweite, elektrisch und räumlich isolierende Leiterplatte automatisch gegeben ist, bedarf es keine zusätzliche räumliche Trennung der ersten und der zweiten Leiterbahn voneinander und keine zusätzliche elektrische Isolation bzw. keine Isolation zur Reduzierung elektromagnetischer Wechselwirkungen zwischen den ersten Leiterbahnen einerseits und der zweiten Leiterbahn andererseits. (operating) current-transmitted conductor track on the separate, second printed circuit board, a corresponding dimensioning of the second conductor track adapted to requirements without being restricted by the first conductor tracks on the first circuit board. Because the electrical and spatial insulation between the second conductor track and the first conductor track (or between the second conductor track on the one hand and the first conductor tracks on the other hand) is automatically provided by the second, electrically and spatially insulating circuit board, no additional spatial separation is required first and second conductor tracks from one another and no additional electrical insulation or no insulation to reduce electromagnetic interactions between the first conductor tracks on the one hand and the second conductor track on the other.
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, ein (Leistungs-)Elektronikmodul bzw. eine (leistungs-)elektrische Vorrichtung mit einem (Leistungs-)Elektronikmodul einfacher und kostengünstiger herzustellen. This provides a possibility of producing a (power) electronics module or a (power) electrical device with a (power) electronics module in a simpler and more cost-effective manner.
Bspw. ist die zweite Leiterplatte auf die Bestückungsoberfläche der ersten Leiterplatte aufgeklebt, insb. durch einen vorausgehärteten Kleber oder ein Kaltlaminat. Bspw. und insb. im Falle, dass die zweite Leiterbahn als eine stromführende Leiterbahn ausgeführt ist, weist diese eine Schichtdicke von über 1 Millimeter oder über 1 ,5 Millimeter oder über 2 Millimeter auf. Insb. ist die zweite Leiterbahn als eine stromführende Leiterbahn mindestens fünfmal oder zehnmal oder fünfzigmal oder hundertmal oder fünfhundertmal oder tausendmal oder mehr dicker als die erste Leiterbahn ausgeführt. For example, the second circuit board is glued to the mounting surface of the first circuit board, in particular by means of a precured adhesive or a cold laminate. For example, and especially in the event that the second conductor track is designed as a current-carrying conductor track, this has a layer thickness of over 1 millimeter or over 1.5 millimeters or over 2 millimeters. In particular, the second conductor track is designed as a current-carrying conductor track at least five times or ten times or fifty times or a hundred times or five hundred times or a thousand times or more thicker than the first conductor track.
Bspw. ist die zweite Leiterbahn auf eine von der ersten Leiterplatte abgewandte Oberfläche der zweiten Leiterplatte aufgeklebt. Insb. bedeckt die zweite Leiterbahn mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90% oder mindestens 95% der von der ersten Leiterplatte abgewandten Oberfläche der zweiten Leiterplatte. For example, the second conductor track is glued to a surface of the second circuit board facing away from the first circuit board. In particular, the second conductor track covers at least 70% or at least 80% or at least 90% or at least 95% of the surface of the second circuit board facing away from the first circuit board.
Bspw. sind die erste und/oder die zweite Leiterbahn jeweils aus einem Metallblech oder einem Metalllegierungsblech oder einem Kupferblech oder einem Kupferlegierungsblech gestanzt oder geschnitten oder laserstrahlgeschnitten, oder aus einem Metallteil oder einem Metalllegierungsteil oder einem Kupferblech oder einem Kupferlegierungsblech geschmiedet oder gepresst. For example, the first and / or the second conductor track are each punched or cut or laser-cut from a metal sheet or a metal alloy sheet or a copper sheet or a copper alloy sheet, or forged or pressed from a metal part or a metal alloy part or a copper sheet or a copper alloy sheet.
Bspw. ist die erste Leiterbahn (als eine Zwischenschicht) in die erste Leiterplatte eingebettet oder einlaminiert. For example, the first conductor track is embedded or laminated into the first circuit board (as an intermediate layer).
Bspw. sind die erste und/oder die zweite Leiterplatte mit Teflon, Aluminiumoxid, Keramik und/oder mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten (FR4) als Basismaterial ausgebildet. Mit anderen Worten: die Leiterplatten weisen als Basismaterial die allgemein bekannten Leiterplatten-Materialien wie Teflon, Aluminiumoxid, Keramik und/oder mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten (FR4) auf. Insb. bestehen die erste und die zweite Leiterplatte aus einem und demselben Basismaterial. For example, the first and / or the second printed circuit board are made with Teflon, aluminum oxide, ceramic and / or glass fiber mats (FR4) impregnated with epoxy resin as the base material. In other words: the circuit boards have the generally known circuit board materials such as Teflon, aluminum oxide, ceramic and / or glass fiber mats (FR4) impregnated with epoxy resin as the base material. In particular, the first and the second circuit board consist of one and the same base material.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein erstes Leistungselektronikmodul für eine leistungselektrische Vorrichtung, insb. für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, speziell eines Wechselrichters, eines Gleichrichters oder eines Gleichspannungswandlers, im Allgemeinen eines Stromrichters, bereitgestellt. According to a third aspect of the invention, a first power electronics module for a power electrical device, in particular for an electrically driven vehicle, specifically an inverter, a rectifier or a DC / DC converter, generally a power converter, is provided.
Das erste Leistungselektronikmodul weist mindestens ein leistungselektrisches Bauelement auf, das mindestens einen Signalanschluss zur Übertragung eines (oben genannten) Signals und mindestens einen Stromanschluss zur Übertragung eines (oben genannten) Betriebsstromes aufweist. The first power electronics module has at least one power electrical component which has at least one signal connection for transmitting a (Above) signal and at least one power connection for transmitting an (above) operating current.
Das erste Leistungselektronikmodul weist ferner mindestens einen zuvor beschriebenen ersten Schaltungsträger auf, wobei das Bauelement über den Signalanschluss zur Signalübertragung mit der zweiten Leiterbahn der zweiten Leiterplatte des Schaltungsträgers elektrisch verbunden ist und über den Stromanschluss zur Übertragung des Betriebsstromes mit der ersten Leiterbahn der ersten Leiterplatte des Schaltungsträgers elektrisch verbunden ist. The first power electronics module also has at least one previously described first circuit carrier, the component being electrically connected to the second conductor track of the second circuit board of the circuit carrier via the signal connection for signal transmission and to the first conductor track of the first circuit board of the circuit carrier via the power connection for transmitting the operating current is electrically connected.
Bspw. liegt das Bauelement auf der Bestückungsoberfläche der ersten Leiterplatte auf. Dabei ist der Signalanschluss des Bauelements bspw. über eine Bondverbindung des ersten Leistungselektronikmoduls mit der zweiten Leiterbahn elektrisch verbunden. For example, the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board. In this case, the signal connection of the component is electrically connected to the second conductor track, for example via a bond connection of the first power electronics module.
Bspw. ist das Bauelement als ein gehäuseloses Bauelement (Nacktchip) ausgebildet und weist eine flächig ausgedehnte elektrische Kontaktfläche auf, die den Stromanschluss des Bauelements ausbildet. Über die Kontaktfläche liegt das Bauelement auf der Bestückungsoberfläche der ersten Leiterplatte (bzw. auf der ersten (oberflächig ausgeführten) Leiterbahn der ersten Leiterplatte) auf und ist mit der ersten Leiterbahn flächig ausgedehnt elektrisch und thermisch verbunden. Insb. ist die Kontaktfläche des Bauelements auf der Oberfläche der ersten Leiterbahn aufgelötet, aufgesintert, aufgeschweißt oder aufgeklebt. For example, the component is designed as a housing-less component (bare chip) and has an extensive electrical contact surface that forms the power connection of the component. Via the contact surface, the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board (or on the first (surface) conductor track of the first printed circuit board) and is electrically and thermally connected to the first conductor track over a large area. In particular, the contact surface of the component is soldered, sintered, welded or glued onto the surface of the first conductor track.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein zweites Leistungselektronikmodul für eine leistungselektrische Vorrichtung, insb. für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, speziell eines Wechselrichters, eines Gleichrichters oder eines Gleichspannungswandlers, im Allgemeinen eines Stromrichters, bereitgestellt. According to a fourth aspect of the invention, a second power electronics module for a power electrical device, in particular for an electrically driven vehicle, specifically an inverter, a rectifier or a DC / DC converter, generally a power converter, is provided.
Das zweite Leistungselektronikmodul weist mindestens ein leistungselektrisches Bauelement auf, das mindestens einen Stromanschluss zur Übertragung eines (oben genannten) Betriebsstromes und mindestens einen Signalanschluss zur Übertragung eines (oben genannten) Signals aufweist. The second power electronics module has at least one power electrical component which has at least one power connection for transmitting an (above) operating current and at least one signal connection for transmitting a (above) signal.
Das Leistungselektronikmodul weist ferner mindestens einen zuvor beschriebenen Schaltungsträger auf, wobei das Bauelement über den Stromanschluss zur Übertragung des Betriebsstromes mit der zweiten Leiterbahn der zweiten Leiterplatte des Schaltungsträgers elektrisch verbunden ist und über den Signalanschluss zur Signalübertragung mit der ersten Leiterbahn der ersten Leiterplatte des Schaltungsträgers elektrisch verbunden ist. The power electronics module also has at least one circuit carrier described above, the component via the power connection for transmitting the operating current with the second conductor track of the second Circuit board of the circuit carrier is electrically connected and is electrically connected to the first conductor track of the first circuit board of the circuit carrier via the signal connection for signal transmission.
Bspw. liegt das Bauelement auf der Bestückungsoberfläche der ersten Leiterplatte auf. Dabei ist der Stromanschluss des Bauelements über eine Bondverbindung des zweiten Leistungselektronikmoduls mit der zweiten Leiterbahn elektrisch verbunden. For example, the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board. In this case, the power connection of the component is electrically connected to the second conductor track via a bond connection of the second power electronics module.
Bspw. ist das Bauelement als ein gehäuseloses Bauelement (Nacktchip) ausgebildet und weist eine flächig ausgedehnte elektrische Kontaktfläche auf, die den Signalanschluss des Bauelements ausbildet. Über die Kontaktfläche liegt das Bauelement auf der Bestückungsoberfläche der ersten Leiterplatte (bzw. auf der ersten (oberflächig ausgeführten) Leiterbahn der ersten Leiterplatte) auf und ist mit der ersten Leiterbahn flächig ausgedehnt elektrisch und thermisch verbunden. Insb. ist die Kontaktfläche des Bauelements auf der Oberfläche der ersten Leiterbahn aufgelötet, aufgesintert, aufgeschweißt oder aufgeklebt. For example, the component is designed as a housing-free component (bare chip) and has an extensive electrical contact surface that forms the signal connection of the component. Via the contact surface, the component rests on the mounting surface of the first printed circuit board (or on the first (surface) conductor track of the first printed circuit board) and is electrically and thermally connected to the first conductor track over a large area. In particular, the contact surface of the component is soldered, sintered, welded or glued onto the surface of the first conductor track.
Bspw. weist das erste oder das zweite Leistungselektronikmodul einen Kühlerkörper auf. Dabei liegt die erste Leiterplatte des jeweiligen Leistungselektronikmoduls über eine von der zweiten Leiterplatte abgewandte, flächig ausgedehnte Kühlungsoberfläche der ersten Leiterplatte auf dem Kühlerkörper bzw. auf einer ebenfalls flächig ausgedehnten Oberfläche des Kühlkörpers auf und ist mit diesem thermisch kontaktiert. For example, the first or the second power electronics module has a cooler body. The first printed circuit board of the respective power electronics module rests on a two-dimensional cooling surface of the first printed circuit board facing away from the second printed circuit board on the cooler body or on a likewise two-dimensional surface of the heat sink and is thermally contacted with it.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Brief description of the drawings:
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show:
Figur 1 in einer ersten schematischen Darstellung einen Abschnitt eines Leistungselektronikmoduls gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und FIG. 1 shows, in a first schematic representation, a section of a power electronics module according to a first exemplary embodiment of the invention; and
Figur 2 in einer zweiten schematischen Darstellung einen Abschnitt eines Leistungselektronikmoduls gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen; FIG. 2 shows, in a second schematic illustration, a section of a power electronics module according to a second exemplary embodiment of the invention. Detailed description of the drawings;
Figur 1 zeigt in einer ersten schematischen Darstellung einen Abschnitt eines ersten Leistungselektronikmoduls LM1 mit einem ersten Schaltungsträger ST1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist das Leistungselektronikmodul LM1 als Teil eines Wechselrichters eines elektrischen Antriebs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ausgebildet. In a first schematic illustration, FIG. 1 shows a section of a first power electronics module LM1 with a first circuit carrier ST1 according to a first exemplary embodiment of the invention. The power electronics module LM1 is designed as part of an inverter of an electric drive of an electrically driven vehicle.
Das Leistungselektronikmodul LM1 weist neben dem genannten ersten Schaltungsträger ST1 weitere herkömmliche Leiterplatten LP auf, auf der bspw. Steuer- bzw. Logikelektronikschaltungen des Leistungselektronikmoduls LM1 ausgebildet sind. In addition to the aforementioned first circuit carrier ST1, the power electronics module LM1 has further conventional printed circuit boards LP on which, for example, control or logic electronics circuits of the power electronics module LM1 are formed.
Das Leistungselektronikmodul LM1 weist zudem einen Kühlkörper KK aus Aluminium oder einem vergleichbaren Material sowie eine thermisch leitende und zugleich elektrisch isolierende Isolierschicht IS einer bekannten Art auf. Dabei liegt die Isolierschicht IS auf einer flächig ausgedehnten Kühloberfläche des Kühlkörpers KK auf und ist mit diesem körperlich wie thermisch verbunden. The power electronics module LM1 also has a heat sink KK made of aluminum or a comparable material and a thermally conductive and at the same time electrically insulating insulating layer IS of a known type. In this case, the insulating layer IS rests on a two-dimensionally extended cooling surface of the cooling body KK and is physically and thermally connected to it.
Der Schaltungsträger ST1 und die weiteren Leiterplatten LP liegen wiederum zueinander nebeneinander auf einer von dem Kühlköper KK abgewandten, flächig ausgedehnten Oberfläche der Isolierschicht IS auf und sind über die Isolierschicht IS mit dem Kühlkörper KK körperlich wie thermisch verbunden. The circuit carrier ST1 and the further printed circuit boards LP in turn lie next to one another on a flat, extended surface of the insulating layer IS facing away from the cooling body KK and are physically and thermally connected to the cooling body KK via the insulating layer IS.
Der Schaltungsträger ST1 weist eine erste Leiterplatte LP11 als Träger für elektrische Bauteile bzw. elektrische Bauelemente, einschließlich (mindestens) eines Leistungshalbleiterschalters BE1 , des Leistungselektronikmoduls LM1 auf, die auch der mechanischen Befestigung und zudem der Herstellung von hauptsächlich Stromverbindungen zur Übertragung von Betriebsströmen bzw. Nennströmen, wie z. B. Versorgungsströmen oder Phasenströmen, von, zu bzw. zwischen den Bauelementen, insb. zu bzw. von dem oben beschriebenen Leistungshalbleiterschalter BE1 , dient. Über die erste Leiterplatte LP11 liegt der Schaltungsträger ST1 auf der Kühloberfläche des Kühlkörpers KK auf, wobei die erste Leiterplatte LP11 über die Isolierschicht IS mit dem Kühlkörper KK körperlich wie thermisch verbunden ist. The circuit carrier ST1 has a first printed circuit board LP11 as a carrier for electrical components or electrical components, including (at least) one power semiconductor switch BE1, the power electronics module LM1, which is also used for mechanical fastening and also for the production of mainly power connections for the transmission of operating currents or rated currents such as B. supply currents or phase currents, from, to or between the components, in particular to or from the power semiconductor switch BE1 described above. The circuit carrier ST1 rests on the cooling surface of the heat sink KK via the first printed circuit board LP11, the first printed circuit board LP11 being physically and thermally connected to the heat sink KK via the insulating layer IS.
Dabei ist die erste Leiterplatte LP11 als eine gewöhnliche Leiterplatte mit einem Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe (FR4) als Basismaterial ausgebildet und weist erste Leiterbahnen LB11 auf, die hauptsächlich zur Herstellung der genannten Stromverbindungen ausgeführt sind. Dabei sind die ersten Leiterbahnen LB11 zum Teil oder überwiegend zwischen den FR4-Schichten der ersten Leiterplatte LP1 eingebettet bzw. einlaminiert und weisen eine für ihre Funktion der Strom Übertragung spezifische Schichtstärke von über 1 Millimeter, typischerweise von ca. 1 ,5 Millimeter oder ca. 2 Millimeter, auf. Dabei können die ersten Leiterbahnen LB11 mittels eines für die Leiterplattentechnologie allgemein angewendeten Herstellungsverfahrens, wie z. B. Ätzen oder galvanischer Abscheidung, geformt sein. Alternativ können die ersten Leiterbahnen LB11 aus einem entsprechend dicken Kupferblech oder einem Kupferlegierungsblech in entsprechenden vorbestimmten Formen gestanzt oder laserstrahlgeschnitten und zwischen den FR4-Schichten der ersten Leiterplatte LP1 einlaminiert oder auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Bestückungsoberfläche OF11 der ersten Leiterplatte LP11 mittels eines thermisch leitenden Klebestoffs aufgeklebt sein. The first printed circuit board LP11 is an ordinary printed circuit board with a composite material made of epoxy resin and glass fiber fabric (FR4) as the base material formed and has first conductor tracks LB11, which are mainly designed to produce the aforementioned power connections. The first conductor tracks LB11 are partly or predominantly embedded or laminated between the FR4 layers of the first circuit board LP1 and have a specific layer thickness of over 1 millimeter, typically about 1.5 millimeters or approx. 2 millimeters. The first conductor tracks LB11 can be produced by means of a manufacturing process generally used for circuit board technology, such as, for. B. etching or electrodeposition. Alternatively, the first conductor tracks LB11 can be punched or laser-cut from a correspondingly thick copper sheet or a copper alloy sheet in corresponding predetermined shapes and laminated between the FR4 layers of the first circuit board LP1 or on an assembly surface OF11 of the first circuit board LP11 facing away from the heat sink KK by means of a thermally conductive Adhesive be stuck on.
Auf der Bestückungsoberfläche OF11 der ersten Leiterplatte LP11 sind die elektrischen Bauteile bzw. die elektrischen Bauelemente, einschließlich des Leistungshalbleiterschalters BE1 , des Leistungselektronikmoduls LM1 angeordnet und über die ersten Leiterbahnen LB11 miteinander und mit externen elektrischen Komponenten des Leistungselektronikmoduls LM1 , wie z. B. einer Betriebsstromquelle oder einer elektrischen Maschine, elektrisch verbunden. Dabei ist der Leistungshalbleiterschalter BE1 bspw. als ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ausgeführt und weist auf dessen der Bestückungsoberfläche OF11 zugewandten Unterseite einen Stromanschluss, wie z. B. einen Kollektor-Anschluss im Falle des IGBTs, auf, der über eine Löt-, Schweiß- oder Sinterverbindung (und gegebenenfalls ferner über eine Durchkontaktierung) an einer der ersten Leiterbahnen LB11 elektrisch angeschlossen ist. On the mounting surface OF11 of the first printed circuit board LP11, the electrical components or the electrical components, including the power semiconductor switch BE1, of the power electronics module LM1 are arranged and via the first conductor tracks LB11 with each other and with external electrical components of the power electronics module LM1, such. B. an operating power source or an electrical machine, electrically connected. In this case, the power semiconductor switch BE1 is designed, for example, as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) and has a power connection on its underside facing the mounting surface OF11, such as. B. a collector connection in the case of the IGBT, which is electrically connected to one of the first conductor tracks LB11 via a soldered, welded or sintered connection (and optionally also via a through-hole plating).
Der Schaltungsträger ST1 weist ferner (mindestens) eine zweite Leiterplatte LP12 auf, die auf der Bestückungsoberfläche OF11 der ersten Leiterplatte LP11 (und somit neben den oben genannten elektrischen Bauteilen bzw. elektrischen Bauelementen, einschließlich dem Leistungshalbleiterschalter BE1 ) aufliegt und auf der Bestückungsoberfläche OF11 körperlich und thermisch verbunden ist. Die zweite Leiterplatte LP12 liegt auf einem Bereich der Bestückungsoberfläche OF11 auf, auf dem sonst keine elektrischen Bauelemente bestückt sind. Dabei ist die zweite Leiterplatte LP12 mittels eines vorausgehärteten thermisch leitenden Klebers oder eines thermisch leitenden Kaltlaminats auf der Bestückungsoberfläche OF11 aufgeklebt und somit mit der ersten Leiterplatte LP11 thermisch verbunden. The circuit carrier ST1 also has (at least) one second circuit board LP12, which rests on the mounting surface OF11 of the first circuit board LP11 (and thus next to the above-mentioned electrical components or electrical components, including the power semiconductor switch BE1) and physically and on the mounting surface OF11 is thermally connected. The second printed circuit board LP12 rests on an area of the mounting surface OF11 on which no other electrical components are mounted. The second printed circuit board LP12 is in this case on the by means of a pre-cured thermally conductive adhesive or a thermally conductive cold laminate Assembly surface OF11 glued on and thus thermally connected to the first printed circuit board LP11.
Die zweite Leiterplatte LP12 dient ausschließlich zur Herstellung einer (insb. einzigen) Signalverbindung zur Übertragung von Steuersignalen zu bzw. von dem oben genannten Leistungshalbleiterschalter BE1 . Wie die erste Leiterplatte LP11 ist die zweite Leiterplatte LP12 ebenfalls als eine autarke Leiterplatte mit dem Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe (FR4) als Basismaterial ausgebildet. The second printed circuit board LP12 is used exclusively to produce a (in particular a single) signal connection for the transmission of control signals to or from the above-mentioned power semiconductor switch BE1. Like the first circuit board LP11, the second circuit board LP12 is also designed as a self-sufficient circuit board with the composite material of epoxy resin and fiberglass fabric (FR4) as the base material.
Die zweite Leiterplatte LP12 weist nur eine (einzige) zweite Leiterbahn LB12 auf, die auf einer von der ersten Leiterplatte LP11 abgewandten Oberfläche der zweiten Leiterplatte LP12 ausgeführt ist und die oben genannte Signalverbindung zu dem Leistungshalbleiterschalter BE herstellt. Dabei bedeckt die zweite Leiterbahn LB2 die Oberfläche der zweiten Leiterplatte LP2 nahezu vollständig (bzw. über 90%). Dementsprechend weist die zweite Leiterplatte LP2 einen und denselben U-förmigen Verlauf wie die zweite Leiterbahn LB2 auf. Die zweite Leiterbahn LB2 weist ferner eine für ihre Funktion der Signalverbindung spezifische Schichtstärke von ca. 35 Mikrometer oder weniger als 35 Mikrometer auf. Dabei ist die zweite Leiterbahn LB2 aus einer entsprechend dicken Kupferfolie (bzw. einem entsprechend dicken Kupferblech) oder einer Kupferlegierungsfolie (bzw. einem Kupferlegierungsblech) gestanzt oder laserstrahlgeschnitten und auf der Oberfläche der zweiten Leiterplatte LP2 mittels eines thermisch leitenden Klebestoffs aufgeklebt. Außer der einzigen, zweiten Leiterbahn LB2 weist die zweite Leiterplatte LP2 keine weiteren Leiterbahnen auf, insb. keine Leiterbahnen, die in die zweite Leiterplatte LP2 bzw. zwischen Verbundwerkstoff-Schichten der zweiten Leiterplatte LP2 eingebettet bzw. einlaminiert sind. Die zweite Leiterbahn LB2 ist dabei von den ersten Leiterbahnen LB1 räumlich wie elektrisch isoliert bzw. nicht elektrisch verbunden. The second circuit board LP12 has only one (single) second conductor track LB12, which is implemented on a surface of the second circuit board LP12 facing away from the first circuit board LP11 and which establishes the above-mentioned signal connection to the power semiconductor switch BE. The second conductor track LB2 covers the surface of the second circuit board LP2 almost completely (or over 90%). Accordingly, the second printed circuit board LP2 has one and the same U-shaped profile as the second printed conductor LB2. The second conductor track LB2 also has a layer thickness of approximately 35 micrometers or less than 35 micrometers, which is specific for its function of the signal connection. The second conductor track LB2 is punched or laser-cut from a correspondingly thick copper foil (or a correspondingly thick copper sheet) or a copper alloy foil (or a copper alloy sheet) and glued to the surface of the second circuit board LP2 by means of a thermally conductive adhesive. Apart from the single, second conductor track LB2, the second circuit board LP2 has no further conductor tracks, in particular no conductor tracks that are embedded or laminated into the second circuit board LP2 or between composite layers of the second circuit board LP2. The second conductor track LB2 is spatially and electrically isolated from the first conductor track LB1 or is not electrically connected.
Der zuvor beschriebene Leistungshalbleiterschalter BE1 weist auf dessen von der Bestückungsoberfläche OF11 abgewandten Oberseite ferner einen Steuersignalanschluss SA1 , wie z. B. einen Gate-Anschluss im Falle des IGBTs, auf. Dabei ist der Steuersignalanschluss SA über eine Bondverbindung BV1 des Leistungselektronikmoduls LM1 an der zweiten Leiterbahn LB2 elektrisch angeschlossen. In einer alternativen Ausführungsform ist der Leistungshalbleiterschalter BE1 (bzw. der IGBT) als ein gehäuseloses Nacktchip ausgebildet und weist auf dessen Unterseite eine flächig ausgedehnte Kontaktoberfläche auf, die den Stromanschluss des Leistungshalbleiterschalters BE1 (bzw. den Kollektor-Anschluss im Falle des IGBTs) ausbildet. Der Leistungshalbleiterschalter BE1 liegt in diesem Fall über die Kontaktoberfläche auf einer (oberseitig ausgeführten) ersten Leiterbahn LB11 auf und ist mit dieser flächig ausgedehnt körperlich, thermisch wie elektrisch verbunden. Dabei ist der Leistungshalbleiterschalter BE1 bspw. auf die erste Leiterbahn LB1 aufgelötet, aufgeschweißt oder aufgesintert. The power semiconductor switch BE1 described above also has a control signal connection SA1, such as, for. B. a gate connection in the case of the IGBT. The control signal connection SA is electrically connected to the second conductor track LB2 via a bond connection BV1 of the power electronics module LM1. In an alternative embodiment, the power semiconductor switch BE1 (or the IGBT) is designed as a bare chip without a housing and has an extensive contact surface on its underside, which forms the power connection of the power semiconductor switch BE1 (or the collector connection in the case of the IGBT). In this case, the power semiconductor switch BE1 rests on a first conductor track LB11 (implemented on the top) via the contact surface and is physically, thermally and electrically connected to it over a large area. In this case, the power semiconductor switch BE1 is, for example, soldered, welded or sintered onto the first conductor track LB1.
Figur 2 zeigt in einer zweiten schematischen Darstellung einen Abschnitt eines zweiten Leistungselektronikmoduls LM2 mit einem zweiten Schaltungsträger ST2 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist das Leistungselektronikmodul LM2 ebenfalls als Teil eines Wechselrichters eines elektrischen Antriebs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ausgebildet. In a second schematic illustration, FIG. 2 shows a section of a second power electronics module LM2 with a second circuit carrier ST2 according to a second exemplary embodiment of the invention. The power electronics module LM2 is also designed as part of an inverter of an electric drive of an electrically driven vehicle.
Dabei unterscheidet sich das zweite Leistungselektronikmodul LM2 von dem in Figur 1 dargestellten ersten Leistungselektronikmodul LM1 vor allem dadurch, dass bei dem zweiten Schaltungsträger ST2 die Funktionen dessen ersten Leiterplatte LP21 und dessen zweiten Leiterplatte LP22 hinsichtlich der Strom- bzw. Signalübertragung weitgehend ausgetauscht sind, als dies bei dem ersten Schaltungsträger ST1 des ersten Leistungselektronikmoduls LM1 der Fall ist. The second power electronics module LM2 differs from the first power electronics module LM1 shown in FIG. 1 primarily in that the functions of its first circuit board LP21 and its second circuit board LP22 in terms of power or signal transmission are largely exchanged for the second circuit carrier ST2 is the case with the first circuit carrier ST1 of the first power electronics module LM1.
Die erste Leiterplatte LP21 des zweiten Schaltungsträgers ST2 dient unter anderem hauptsächlich der Herstellung von Signalverbindungen von, zu bzw. zwischen den Bauelementen, einschließlich von bzw. zu einem Leistungshalbleiterschalter BE2 des zweiten Leistungselektronikmoduls LM2. The first printed circuit board LP21 of the second circuit carrier ST2 is used, inter alia, mainly to produce signal connections from, to or between the components, including from or to a power semiconductor switch BE2 of the second power electronics module LM2.
Dabei weist die erste Leiterplatte LP21 erste Leiterbahnen LB21 auf, die überwiegend, insb. ausschließlich, zur Herstellung von Signal- bzw. Datenverbindungen zur Übertragung von Steuersignalen oder Datensignalen zu, von bzw. zwischen den Bauelementen einschließlich dem Leistungshalbleiterschalter BE2 ausgeführt sind. Dabei sind die ersten Leiterbahnen LB21 zum Teil oder überwiegend zwischen FR4-Schichten der ersten Leiterplatte LP21 eingebettet bzw. einlaminiert und weisen eine für ihre Funktion der Signal- bzw. Datenübertragung spezifische Schichtstärke von ca. 35 Mikrometer oder weniger als 35 Mikrometer auf. Entsprechend sind die ersten Leiterbahnen LB21 auch mittels eines für die Leiterplattentechnologie allgemein angewendeten Herstellungsverfahrens, wie z. B. Ätzen oder galvanischer Abscheidung, geformt. The first printed circuit board LP21 has first conductor tracks LB21 which are predominantly, especially exclusively, designed to produce signal or data connections for the transmission of control signals or data signals to, from or between the components including the power semiconductor switch BE2. The first conductor tracks LB21 are partly or predominantly embedded or laminated between FR4 layers of the first circuit board LP21 and have a layer thickness of approximately 35 micrometers or less than 35 micrometers specific for their function of signal or data transmission. The first conductor tracks are accordingly LB21 also by means of a manufacturing process generally used for printed circuit board technology, such as e.g. B. etching or electrodeposition.
Auf einer Bestückungsoberfläche OF21 der ersten Leiterplatte LP21 sind die elektrischen Bauteile bzw. die elektrischen Bauelemente, einschließlich des Leistungshalbleiterschalters BE2, des zweiten Leistungselektronikmoduls LM2 angeordnet und über die ersten Leiterbahnen LB21 miteinander und mit externen elektrischen Komponenten des Wechselrichters elektrisch verbunden. Dabei ist der Leistungshalbleiterschalter BE2 bspw. als ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ausgeführt und weist auf dessen der Bestückungsoberfläche OF21 zugewandten Unterseite einen Signalanschluss, wie z. B. einen Gate-Anschluss im Falle des IGBTs, auf, der über eine Löt-, Schweiß oder Sinterverbindung (und gegebenenfalls ferner über eine Durchkontaktierung) an einer der ersten Leiterbahnen LB21 elektrisch angeschlossen ist. The electrical components or the electrical components, including the power semiconductor switch BE2, of the second power electronics module LM2 are arranged on an assembly surface OF21 of the first printed circuit board LP21 and are electrically connected to one another and to external electrical components of the inverter via the first conductor tracks LB21. In this case, the power semiconductor switch BE2 is designed, for example, as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) and has a signal connection on its underside facing the mounting surface OF21, such as e.g. B. a gate connection in the case of the IGBT, which is electrically connected to one of the first conductor tracks LB21 via a soldered, welded or sintered connection (and possibly also via a through-hole contact).
Die zweite Leiterplatte LP22 liegt neben den oben genannten elektrischen Bauteilen bzw. elektrischen Bauelementen auf der Bestückungsoberfläche OF21 der ersten Leiterplatte LP21 auf und ist mit dieser körperlich und thermisch verbunden. Die zweite Leiterplatte LP22 dient ausschließlich zur Herstellung einer (insb. einzigen) Stromverbindung zur Übertragung eines Betriebsstromes, wie z. B. eines Versorgungsstromes oder eines Phasenstromes, zu bzw. von dem oben beschriebenen Leistungshalbleiterschalter BE. The second printed circuit board LP22 rests next to the above-mentioned electrical components or electrical components on the mounting surface OF21 of the first printed circuit board LP21 and is physically and thermally connected to it. The second printed circuit board LP22 is used exclusively to produce a (especially. Single) power connection for the transmission of an operating current, such as. B. a supply current or a phase current to or from the power semiconductor switch BE described above.
Die zweite Leiterplatte LP22 weist entsprechend nur eine (einzige) zweite Leiterbahn LB22 auf, die auf einer von der ersten Leiterplatte LP21 abgewandten Oberfläche der zweiten Leiterplatte LP22 ausgeführt ist und die oben genannte Stromverbindung zu dem Leistungshalbleiterschalter BE2 herstellt. Die zweite Leiterbahn LB22 weist eine für ihre Funktion der Stromübertragung spezifische Schichtstärke von über 1 Millimeter, typischerweise von ca. 1 ,5 Millimeter oder ca. 2 Millimeter, auf. Dabei ist die zweite Leiterbahn LB22 aus einem entsprechend dicken Kupferblech oder einem Kupferlegierungsblech gestanzt oder laserstrahlgeschnitten und auf der Oberfläche der zweiten Leiterplatte LP22 mittels eines thermisch leitenden Klebestoffs aufgeklebt. Außer der einzigen, zweiten Leiterbahn LB22 weist die zweite Leiterplatte LP22 keine weiteren Leiterbahnen auf, insb. keine Leiterbahnen, die in die zweite Leiterplatte LP22 bzw. zwischen Verbundwerkstoff-Schichten der zweiten Leiterplatte LP22 eingebettet bzw. einlaminiert sind. Die zweite Leiterbahn LB22 ist dabei ebenfalls von den ersten Leiterbahnen LB21 räumlich wie elektrisch isoliert bzw. nicht elektrisch verbunden. Der zuvor beschriebene Leistungshalbleiterschalter BE weist auf dessen der Bestückungsoberfläche OF1 abgewandten Oberseite ferner einen Stromanschluss SA2, wie z. B. einen Kollektor-Anschluss im Falle des IGBTs, auf. Dabei ist der Stromanschluss SA2 über eine Bondverbindung BV2 des zweitenThe second circuit board LP22 accordingly has only one (single) second conductor track LB22, which is implemented on a surface of the second circuit board LP22 facing away from the first circuit board LP21 and which establishes the above-mentioned power connection to the power semiconductor switch BE2. The second conductor track LB22 has a layer thickness of over 1 millimeter, typically about 1.5 millimeters or about 2 millimeters, which is specific for its function of current transmission. The second conductor track LB22 is punched or laser-cut from a correspondingly thick copper sheet or a copper alloy sheet and glued to the surface of the second circuit board LP22 by means of a thermally conductive adhesive. Apart from the single, second conductor track LB22, the second circuit board LP22 has no further conductor tracks, in particular no conductor tracks that are embedded or laminated into the second circuit board LP22 or between composite layers of the second circuit board LP22. The second conductor track LB22 is also spatially and electrically isolated from the first conductor track LB21 or is not electrically connected. The power semiconductor switch BE described above also has a power connection SA2, such as, for. B. a collector connection in the case of the IGBT. The power connection SA2 is the second via a bond connection BV2
Leistungselektronikmoduls LM2 an der zweiten Leiterbahn LB22 elektrisch angeschlossen. Power electronics module LM2 electrically connected to the second conductor track LB22.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Schaltungsträger (ST 1 ) für ein Elektronikmodul (LM1 ), aufweisend: eine erste Leiterplatte (LP11 ) zum Anordnen eines elektrischen oder elektronischen Bauelements (BE1), die eine erste Leiterbahn (LB11) zur Herstellung einer Stromverbindung zur Übertragung eines Betriebsstromes zu dem Bauelement (BE1) aufweist; eine zweite Leiterplatte (LP12), die ausschließlich zur Herstellung einer Signalverbindung zur Übertragung eines Signals zu dem Bauelement (BE1) ausgeführt ist und eine zweite Leiterbahn (LB12) zur Herstellung der Signalverbindung zur Übertragung des Signals aufweist; wobei die zweite Leiterplatte (LP12) auf einer Bestückungsoberfläche (OF11 ) der ersten Leiterplatte (LP11 ) aufliegt und mit dieser körperlich und thermisch verbunden ist. 1. Circuit carrier (ST 1) for an electronic module (LM1), comprising: a first printed circuit board (LP11) for arranging an electrical or electronic component (BE1), which has a first conductor track (LB11) for establishing a power connection for transmitting an operating current to the Having component (BE1); a second printed circuit board (LP12) which is designed exclusively for establishing a signal connection for transmitting a signal to the component (BE1) and has a second conductor track (LB12) for establishing the signal connection for transmitting the signal; wherein the second printed circuit board (LP12) rests on a mounting surface (OF11) of the first printed circuit board (LP11) and is physically and thermally connected to it.
2. Schaltungsträger (ST2) für ein Elektronikmodul (LM2), aufweisend: eine erste Leiterplatte (LP21 ) zum Anordnen eines elektrischen oder elektronischen Bauelements (BE2), die eine erste Leiterbahn (LB21) zur Herstellung einer Signalverbindung zur Übertragung eines Signals zu dem Bauelement (BE2) aufweist; eine zweite Leiterplatte (LP22), die ausschließlich zur Herstellung einer Stromverbindung zur Übertragung eines Betriebsstromes zu dem Bauelement (BE2) ausgeführt ist und eine zweite Leiterbahn (LB22) zur Herstellung der Stromverbindung zur Übertragung des Betriebsstromes aufweist; wobei die zweite Leiterplatte (LP22) auf einer Bestückungsoberfläche (OF21) der ersten Leiterplatte (LP21) aufliegt und mit dieser körperlich und thermisch verbunden ist. 2. Circuit carrier (ST2) for an electronic module (LM2), comprising: a first printed circuit board (LP21) for arranging an electrical or electronic component (BE2), which has a first conductor track (LB21) for establishing a signal connection for transmitting a signal to the component (BE2); a second printed circuit board (LP22) which is designed exclusively for establishing a power connection for transmitting an operating current to the component (BE2) and has a second conductor track (LB22) for establishing the power connection for transmitting the operating current; wherein the second printed circuit board (LP22) rests on a mounting surface (OF21) of the first printed circuit board (LP21) and is physically and thermally connected to it.
3. Schaltungsträger (ST1 , ST2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Leiterplatte (LP12, LP22) auf die Bestückungsoberfläche (OF11, OF21) der ersten Leiterplatte (LP11, LP21) aufgeklebt ist. 3. circuit carrier (ST1, ST2) according to claim 1 or 2, wherein the second circuit board (LP12, LP22) is glued to the mounting surface (OF11, OF21) of the first circuit board (LP11, LP21).
4. Schaltungsträger (ST 1 , ST2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterbahn (LB12, LB22) eine Schichtdicke von über 1 Millimeter oder über 1 ,5 Millimeter oder über 2 Millimeter aufweist. 4. circuit carrier (ST 1, ST2) according to one of the preceding claims, wherein the second conductor track (LB12, LB22) has a layer thickness of over 1 millimeter or over 1, 5 millimeters or over 2 millimeters.
5. Schaltungsträger (ST 1 , ST2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterbahn (LB12, LB22) auf eine von der ersten Leiterplatte (LP11, LP21) abgewandte Oberfläche der zweiten Leiterplatte (LP12, LP22) aufgeklebt ist. 5. circuit carrier (ST 1, ST2) according to any one of the preceding claims, wherein the second conductor track (LB12, LB22) is glued to a surface of the second circuit board (LP12, LP22) facing away from the first circuit board (LP11, LP21).
6. Schaltungsträger (ST 1 , ST2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterbahn (LB12, LB22) mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90% oder mindestens 95% der von der ersten Leiterplatte (LP11, LP21) abgewandten Oberfläche der zweiten Leiterplatte (LP12, LP22) bedeckt. 6. circuit carrier (ST 1, ST2) according to any one of the preceding claims, wherein the second conductor track (LB12, LB22) at least 70% or at least 80% or at least 90% or at least 95% of the first printed circuit board (LP11, LP21) facing away Surface of the second printed circuit board (LP12, LP22) covered.
7. Schaltungsträger (ST 1 , ST2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Leiterbahn (LB11 , LB21 ) und/oder die zweite Leiterbahn (LB12, LB22) jeweils aus einem Metallblech oder einem Metalllegierungsblech oder einem Kupferblech oder einem Kupferlegierungsblech gestanzt oder geschnitten oder laserstrahlgeschnitten, oder aus einem Metallteil oder einem Metalllegierungsteil oder einem Kupferblech oder einem Kupferlegierungsblech geschmiedet oder gepresst sind. 7. circuit carrier (ST 1, ST2) according to any one of the preceding claims, wherein the first conductor track (LB11, LB21) and / or the second conductor track (LB12, LB22) each punched from a metal sheet or a metal alloy sheet or a copper sheet or a copper alloy sheet cut or laser beam cut, or forged or pressed from a metal part or a metal alloy part or a copper sheet or a copper alloy sheet.
8. Schaltungsträger (ST 1 , ST2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Leiterplatte (LP11 , LP21 ) und/oder die zweite Leiterplatte (LP12, LP22) mit Teflon, Aluminiumoxid, Keramik und/oder mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten als Basismaterial ausgebildet sind. 8. circuit carrier (ST 1, ST2) according to one of the preceding claims, wherein the first printed circuit board (LP11, LP21) and / or the second printed circuit board (LP12, LP22) with Teflon, aluminum oxide, ceramic and / or glass fiber mats impregnated with epoxy resin as the base material are trained.
9. Leistungselektronikmodul (LM1), aufweisend: mindestens ein leistungselektrisches Bauelement (BE1), das mindestens einen Signalanschluss (SA1) zur Übertragung eines Signals und mindestens einen Stromanschluss zur Übertragung eines Betriebsstromes aufweist; mindestens einen Schaltungsträger (ST 1 ) nach Anspruch 1 , oder nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 8; wobei das Bauelement (BE1 ) über den Signalanschluss (SA1 ) mit der zweiten Leiterbahn (LB12) des Schaltungsträgers (ST1) elektrisch verbunden ist und über den Stromanschluss mit der ersten Leiterbahn (LB11) des Schaltungsträgers (ST1) elektrisch verbunden ist. 9. Power electronics module (LM1), comprising: at least one power electrical component (BE1) which has at least one signal connection (SA1) for transmitting a signal and at least one power connection for transmitting an operating current; at least one circuit carrier (ST 1) according to claim 1, or according to claim 1 and one of claims 3 to 8; wherein the component (BE1) is electrically connected to the second conductor track (LB12) of the circuit carrier (ST1) via the signal connection (SA1) and is electrically connected to the first conductor track (LB11) of the circuit carrier (ST1) via the power connection.
10. Leistungselektronikmodul (LM1) nach Anspruch 9, wobei das Bauelement (BE1 ) auf der Bestückungsoberfläche (OF11 ) der ersten Leiterplatte (LP11) aufliegt; wobei das Leistungselektronikmodul (LM1) ferner eine Bondverbindung (BV1) aufweist, die den Signalanschluss (SA1) mit der zweiten Leiterbahn (LB12) elektrisch verbindet. 10. Power electronics module (LM1) according to claim 9, wherein the component (BE1) rests on the mounting surface (OF11) of the first printed circuit board (LP11); wherein the power electronics module (LM1) furthermore has a bond connection (BV1) which electrically connects the signal connection (SA1) to the second conductor track (LB12).
11. Leistungselektronikmodul (LM1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei das Bauelement (BE1) als ein gehäuseloses Bauelement ausgebildet ist und eine flächig ausgedehnte elektrische Kontaktfläche aufweist, die den Stromanschluss des Bauelements (BE1) ausbildet, wobei das Bauelement (BE1 ) über die Kontaktfläche auf der Bestückungsoberfläche (OF11 ) der ersten Leiterplatte (LP11 ) aufliegt und mit der ersten Leiterbahn (LB11 ) elektrisch und thermisch verbunden ist. 11. Power electronics module (LM1) according to one of claims 9 to 10, wherein the component (BE1) is designed as a housing-less component and has an extensive electrical contact surface which forms the power connection of the component (BE1), the component (BE1) rests on the mounting surface (OF11) of the first circuit board (LP11) via the contact surface and is electrically and thermally connected to the first conductor track (LB11).
12. Leistungselektronikmodul (LM2), aufweisend: mindestens ein leistungselektrisches Bauelement (BE2), das mindestens einen Stromanschluss (SA2) zur Übertragung eines Betriebsstromes und mindestens einen Signalanschluss zur Übertragung eines Signals aufweist; mindestens einen Schaltungsträger (ST2) nach Anspruch 2, oder nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 8; wobei das Bauelement (BE2) über den Stromanschluss (SA2) mit der zweiten Leiterbahn (LB22) des Schaltungsträgers (ST2) elektrisch verbunden ist und über den Signalanschluss mit der ersten Leiterbahn (LB21) des Schaltungsträgers (ST2) elektrisch verbunden ist. 12. Power electronics module (LM2), comprising: at least one power electrical component (BE2) which has at least one power connection (SA2) for transmitting an operating current and at least one signal connection for transmitting a signal; at least one circuit carrier (ST2) according to claim 2, or according to claim 2 and one of claims 3 to 8; wherein the component (BE2) is electrically connected to the second conductor track (LB22) of the circuit carrier (ST2) via the power connection (SA2) and is electrically connected to the first conductor track (LB21) of the circuit carrier (ST2) via the signal connection.
13. Leistungselektronikmodul (LM2) nach Anspruch 12, wobei das Bauelement (BE2) auf der Bestückungsoberfläche (OF21 ) der ersten Leiterplatte (LP21) aufliegt; wobei das Leistungselektronikmodul (LM2) ferner eine Bondverbindung (BV2) aufweist, die den Stromanschluss (SA2) mit der zweiten Leiterbahn (LB22) elektrisch verbindet. 13. Power electronics module (LM2) according to claim 12, wherein the component (BE2) rests on the mounting surface (OF21) of the first printed circuit board (LP21); wherein the power electronics module (LM2) furthermore has a bond connection (BV2) which electrically connects the power connection (SA2) to the second conductor track (LB22).
14. Leistungselektronikmodul (LM2) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei das Bauelement (BE2) als ein gehäuseloses Bauelement ausgebildet ist und eine flächig ausgedehnte elektrische Kontaktfläche aufweist, die den Signalanschluss des Bauelements (BE2) ausbildet, wobei das Bauelement (BE2) über die Kontaktfläche auf der Bestückungsoberfläche (OF21) der ersten Leiterplatte (LP21) aufliegt und mit der ersten Leiterbahn (LB21) elektrisch und thermisch verbunden ist. 14. Power electronics module (LM2) according to one of claims 12 to 13, wherein the component (BE2) is designed as a housing-less component and has an extensive electrical contact surface which forms the signal connection of the component (BE2), the component (BE2) via the contact area on the mounting surface (OF21) of the first printed circuit board (LP21) rests and is electrically and thermally connected to the first conductor track (LB21).
15. Leistungselektronikmodul (LM1, LM2) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner aufweisend: einen Kühlerkörper (KK) zur Kühlung des Leistungselektronikmoduls (LM1 , LM2); wobei die erste Leiterplatte (LP11 , LP21 ) über eine von der zweiten Leiterplatte (LP12, LP22) abgewandte, flächig ausgedehnte Kühlungsoberfläche auf dem Kühlerkörper (KK) aufliegt und ist mit dem15. Power electronics module (LM1, LM2) according to one of claims 9 to 14, further comprising: a cooler body (KK) for cooling the power electronics module (LM1, LM2); wherein the first printed circuit board (LP11, LP21) rests on the cooler body (KK) via a flat, extensive cooling surface facing away from the second printed circuit board (LP12, LP22) and is connected to the
Kühlerkörper (KK) thermisch kontaktiert ist. Cooler body (KK) is thermally contacted.
PCT/EP2020/083251 2019-11-28 2020-11-24 Circuit carrier for an electronics module, and power electronics module having a circuit carrier WO2021105144A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112020005830.1T DE112020005830A5 (en) 2019-11-28 2020-11-24 Circuit carrier for an electronic module, power electronics module with a circuit carrier

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019218424.3 2019-11-28
DE102019218424 2019-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021105144A1 true WO2021105144A1 (en) 2021-06-03

Family

ID=73654772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/083251 WO2021105144A1 (en) 2019-11-28 2020-11-24 Circuit carrier for an electronics module, and power electronics module having a circuit carrier

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE112020005830A5 (en)
WO (1) WO2021105144A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4418426A1 (en) * 1993-09-08 1995-11-30 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor power modules for motor control inverter
US20140185242A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power semiconductor module
US10475786B1 (en) * 2018-05-23 2019-11-12 Texas Instruments Incorporated Packaged semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4418426A1 (en) * 1993-09-08 1995-11-30 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor power modules for motor control inverter
US20140185242A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power semiconductor module
US10475786B1 (en) * 2018-05-23 2019-11-12 Texas Instruments Incorporated Packaged semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
DE112020005830A5 (en) 2022-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015110653A1 (en) Double sided cooling chip package and method of making same
DE102011078811B3 (en) Power electronic system with a cooling device
EP2272090A2 (en) Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes
DE212018000087U1 (en) Semiconductor device
EP0805494A2 (en) Semiconductor multilayer power module having high package density
EP2849549B1 (en) Arrangement of electronic components and drive motor with such an arrangement
DE102008023451A1 (en) Electrical connection arrangement
DE102018104972B4 (en) Printed circuit board element with an integrated electronic switching element, power converter and method for producing a printed circuit board element
DE102016206233A1 (en) Power module with a Ga semiconductor switch and method for its production, inverter and vehicle drive system
WO2014173801A1 (en) Power module, power converter and drive arrangement with a power module
DE112015006489T5 (en) power converters
DE102008057833B4 (en) Power semiconductor module with control functionality and integrated transformer
DE102011078806B4 (en) Manufacturing method for a power electronic system with a cooling device
DE102016112602A1 (en) Low-inductance power module design
WO2021105144A1 (en) Circuit carrier for an electronics module, and power electronics module having a circuit carrier
DE102013104237B4 (en) circuitry
DE102020205109A1 (en) Electrical circuit arrangement for a power converter
DE102016214310B4 (en) Circuit carrier, power circuit arrangement with a circuit carrier, method for producing a circuit carrier
DE102017217354A1 (en) MULTILAYER POWER RAIL ARRANGEMENT AND POWER MODULE
WO2018001617A1 (en) Circuit board assembly in which components are arranged between a carrier plate and a circuit board, and inverter and motor-vehicle drive system having such a circuit board assembly
DE102011089740A1 (en) Power module for use in inverter for three-phase alternating-current motor utilized as drive motor in e.g. electric car, has strip conductors partially overlapped along direction of vertical axis, and insulation layer made of ceramic
DE102020203145B4 (en) circuit board arrangement
CN102576695B (en) Assemblies and methods for directly connecting integrated circuits to electrically conductive sheets
DE102022208580A1 (en) HALF BRIDGE MODULE
DE102022209564A1 (en) POWER MODULE AND METHODS OF MOUNTING A POWER MODULE

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20816910

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112020005830

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20816910

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1