WO2021110362A1 - Power electronics system - Google Patents

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WO2021110362A1
WO2021110362A1 PCT/EP2020/081450 EP2020081450W WO2021110362A1 WO 2021110362 A1 WO2021110362 A1 WO 2021110362A1 EP 2020081450 W EP2020081450 W EP 2020081450W WO 2021110362 A1 WO2021110362 A1 WO 2021110362A1
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WO
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film
power electronics
electronic components
circuit board
cooling
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PCT/EP2020/081450
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Ganz
Jessica Kansy
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to power electronics with a circuit board and electronic components arranged thereon according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a cooling arrangement with a cooling circuit with an electrically non-insulating cooling fluid and such power electronics.
  • the invention also relates to a method for housing such power electronics.
  • Power electronics with a circuit board and electronic components arranged on it are used in many ways today, in particular to monitor, control or regulate the most varied of processes.
  • heat is generated, for example through switching losses or a current flow, and depending on the heat generated, it may be necessary to cool the power electronics in order to be able to keep them in a temperature window that is optimal for operation.
  • cooling fluid requires its own cooling circuit with the classic components for this, such as a cooling fluid pump, a filter or valves.
  • a separate heat exchanger for example a cooling plate, is attached to the object to be tempered, in this case to the power electronics, and connected to it in a heat transferring manner.
  • cooling fluids can also be used.
  • a water-glycol mixture for example, which has optimal material properties, can be used for this purpose. Since a low-temperature circuit is often already provided in motor vehicles in particular, only a few additional components need to be inserted into this low-temperature circuit in purely theoretical terms. Disadvantages of such indirect cooling, however, are the comparatively high thermal resistance in the heat transfer path and the connection of the heat exchanger to the object to be cooled, here for example to the power electronics.
  • the present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for power electronics of the generic type in which the disadvantages known from the prior art can be overcome.
  • the present invention is based on the general idea, the respective advantages of direct cooling, namely a low thermal resistance in relation to the heat-transferring path, and indirect cooling, namely the use of a water-glycol mixture.
  • power electronics according to the invention with a Pla tine and electronic components arranged thereon are housed in a fluid-tight manner by means of an electrically insulating and very thin film.
  • the electrically insulating film which can only be a few ⁇ m thick, enables direct or quasi-direct cooling of the electronic components with, for example, an electrically conductive cooling fluid, in particular with a water-glycol mixture, without fear of a short circuit to have to.
  • the "wafer-thin" electrically insulating film thus represents a cooling plate of an indirect cooling system, which allows the use of an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid and thus a cooling fluid with significantly improved material properties, but also electrical separation or insulation of the electronic components made possible by the cooling fluid.
  • an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid and thus a cooling fluid with significantly improved material properties, but also electrical separation or insulation of the electronic components made possible by the cooling fluid.
  • the film is resistant to a water-glycol mixture. This makes it possible to use such a water-glycol mixture with optimal material properties, in particular with regard to specific heat capacity, density and usable temperature range, without having to fear that the film will be attacked and possibly destroyed in the long term by the water-glycol mixture. Additionally or alternatively, it can be provided that the film has a thickness of approx. 20 ⁇ m. A particularly low thermal resistance in the heat transfer path and thus particularly efficient cooling of the power electronics or their electronic components can be achieved through such a small thickness. In an advantageous further development of the solution according to the invention, the film has a melting or decomposition temperature of greater than 90.degree. C., preferably greater than 120.degree. This can ensure that the film is not damaged even at higher temperatures of the cooling fluid, that is, for example, the water-glycol mixture, and reliably enables electrical insulation of the electronic components from the cooling fluid over the long term.
  • the film can expediently be formed from plastic, in particular from Polyvi nylchlorid (PVC) or from silicone. Both such plastics offer the possibility of a very thin formation of the film with high temperature resistance and high resistance to the water-glycol mixture at the same time.
  • PVC Polyvi nylchlorid
  • silicone silicone
  • polyvinyl chloride for example, has an electrical dielectric strength of approx. 30 kV / mm, which means that even extremely thin PVC films have a high electrical dielectric strength.
  • Silicone rubber for example, has an electrical breakdown strength of approx. 20 kV / mm and thus also represents an optimal electrical insulator that enables extremely thin foils.
  • the circuit board and / or the electronic components have / has rounded corner areas.
  • the circuit boards and / the electronic components are therefore preferably designed without sharp edges and corners. In this way, in particular, unintentional and, above all, undesirable piercing of the film when housing the power electronics can be reliably avoided.
  • the electronic components are expediently arranged on the circuit board according to their height. Such a grouping of the individual electronic components is recommended in order to achieve a topology that is as locally homogeneous as possible, which also at least reduces the risk of undesired piercing of the film when the power electronics are housed.
  • the film has a dielectric strength of at least 4 kV.
  • the power electronics expediently has a connection cable for connection to, for example, a power supply, which is enclosed in a fluid-tight manner by means of the electrically insulating film at least at the transition to the circuit board and / or at the transition to at least one electronic component.
  • cable routing places high demands on the housing with the foil, which must always ensure that gaps between the respective connection cable and the foil are also closed.
  • reinforcement of the sealing seam in the area of the entry is recommended.
  • An accumulation of material can fill the gaps between the connection cable and the sealing seam with melting material.
  • connection cable is formed from the same material as the film and thus has similar material properties, such as melting temperature and molecular structure, and thus enables a good material connection.
  • material properties such as melting temperature and molecular structure
  • the film has a permeability P of P ⁇ 10 g / (m 2 d).
  • permeability can in particular mean a gas permeability.
  • the permeability P of the film used has two different effects on the functionality, i.e. the tightness, of the housing.
  • the permeability of plastics to gases should be mentioned here, which reduces the negative pressure prevailing between, for example, the electronic components and the foils and can thus lead to a long-term detachment of the foil from the electronic components or the circuit board. This can lead to a higher thermal resistance, which increases the operating temperature of the power electronics, which can damage them in the long term.
  • the second point also relates to the permeability of gases, which can penetrate the smallest spaces between the electrically insulating film and the power electronics and condense there, which can lead to a short circuit and thus to failure of the power electronics. Due to the required limit value of the permeability P, both a detachment of the foil from the power electronics and a condensation of water vapor between the foil and the power electronics can be reliably avoided.
  • the present invention is further based on the general idea of specifying a cooling arrangement with a cooling circuit, in particular in a motor vehicle, with an electrically non-insulating cooling fluid, for example a water-glycol mixture, and power electronics according to the preceding paragraphs, with the power electronics is separated only by the film from the cooling fluid, that is to say here from the water-glycol mixture.
  • non-electrically insulating cooling fluid is intended to mean a cooling fluid be that has a conductivity that is too high to use the cooling fluid for a conventional direct cooling her.
  • a cooling arrangement By means of such a cooling arrangement, on the one hand, a short thermal path and thus a low thermal resistance and optimal heat transfer can be achieved and, on the other hand, the use of a cooling fluid that is optimal in terms of specific heat capacity and density, for example.
  • Another particular advantage of such a cooling arrangement is that the power electronics can be connected to a low-temperature cooling circuit that is already present on the motor vehicle and therefore does not require its own cooling circuit with its own pump, filter, etc. As a result, a significantly more cost-effective and at the same time effective solution with regard to temperature control and cooling can be created.
  • the present invention is further based on the general idea of specifying a method for housing power electronics described in the previous paragraphs, in which the film is applied to the power electronics by means of one of the following methods:
  • the film In the thermoplastic process with subsequent negative pressure, the film is first pulled or placed over the power electronics and warms that it is in the flow area or in an easily deformable state. Subsequently, a negative pressure is applied between the film and the power electronics, for example a vacuum, whereupon the film adapts to a contour of the power electronics, in particular the circuit board and the electronic components. The film is then cooled and solidified here and thereby enables the fluid-tight housing of the power electronics, which are now only separated from the cooling fluid by the very thin film and thus virtually directly with an electrically conductive cooling fluid, for example a water-glycol mixture, can be cooled.
  • an electrically conductive cooling fluid for example a water-glycol mixture
  • the advantage of this method is, in particular, that the adaptation of the film to the contour of the power electronics is no longer given exclusively by the negative pressure, but rather by a permanent shaping of the film along this contour. Even if the negative pressure drops over a longer period of time, the thermal contact is maintained as best as possible.
  • the film is also first drawn or placed over the power electronics and then a negative pressure between the film and the power electronics is generated, whereupon it adapts to the contour of the power electronics, for example the electronic components.
  • the electronic components can be, for example, transistors, MOSFETs or IGBTs.
  • the film is then heated to such an extent that it is in the flow area and is therefore particularly close to the components to be cooled. After the film has cooled and solidified, the power electronics are reliably enclosed in a fluid-tight manner in this alternative method as well.
  • This process is similar to putting on a shrink tube, whereby the pulling together of the film during heating adapts even more closely to the contour or surface of the power electronics, that is to say, for example, its electronic components, thus enabling optimal heat transfer.
  • a permanent shaping of the film along the contour can be achieved, which maintains the thermal contact as best as possible even if the negative pressure decreases over time.
  • an electrically insulating film made of material that is not yet fully polymerized is first pulled or slipped or placed over the power electronics and then a negative pressure between the film and the power electronics is generated, whereupon this becomes an outer contour of the power electronics adapts.
  • the film is then cured, for example by means of UV light, heating or the application of an oxygen atmosphere. This also makes it possible to achieve a long-term, tight fit of the film on the electronic components to be cooled and a fluid-tight housing of the same.
  • Fig. 2 is a sectional view through an area of the power electronics shown in Fig. 1 Darge,
  • connection cable 4 shows a sectional illustration through a connection cable
  • FIG. 5 shows a representation as in FIG. 4, but with an optimized connection cable designed as a flat cable.
  • power electronics 1 have a circuit board 2 and electronic components 3 arranged thereon.
  • Such electronic components can be, for example, transistors or MOSFETs.
  • it was designed in such a way that it can be operated directly or quasi by means of an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4, for example a water-glycol mixture 5 can be cooled directly.
  • an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4 for example a water-glycol mixture 5 can be cooled directly.
  • This can be achieved in that the power electronics 1 with its circuit board 2 and the electronic components 3 are coated or enclosed in a fluid-tight manner by means of an extremely thin electrically insulating film 6.
  • a cooling fluid 4 with a high specific heat capacity optimized density and a wide temperature range can be used.
  • the very thin film 6 can achieve an extremely low thermal resistance in the heat transfer path, so that the power electronics 1 as a whole at a lower temperature. turn level and thus their service life can be extended or the risk of failures can be reduced. Brief exceeding of individual operating parameters is also possible.
  • the film 6 is resistant to the water-glycol mixture 5 and can have a thickness of only 20 ⁇ m. As a result, the heat transfer path is extremely reduced compared to the cooling plates previously used for indirect cooling. The resistance of the film 6 to the water-glycol mixture is of course given over the entire temperature range and under the additional influence of oxygen.
  • the film 6 can have a melting or decomposition temperature of greater than 90 ° C., preferably even greater than 120 ° C., and can therefore be used in the total temperature range of the cooling fluid 4.
  • the temperature resistance requirements of the film 6 can be adapted to the operating temperatures of the power electronics 1 occurring.
  • the film 6 can be made of plastic, in particular of polyvinyl chloride (PVC), of polypropylene or of silicone, such plastics having a comparatively high dielectric strength of greater than 20 kV / mm.
  • PVC polyvinyl chloride
  • silicone such plastics having a comparatively high dielectric strength of greater than 20 kV / mm.
  • the film should have a dielectric strength of at least 4 kV in order to be able to exclude short circuits in the long term.
  • a polypropylene film with a thickness of 20 ⁇ m is advisable because it fits well against the outer contour of the power electronics, in particular the electronic components 3, and also neither melts nor decomposes at least up to an operating temperature of 100 ° C.
  • the film 6 should have the lowest possible thermal resistance. This is achieved, among other things, by keeping the film thickness d as small as possible.
  • the thermal resistance R th of the film 6 and its thickness d depends on the power loss Q, the electronic components 3, the temperature T F of the cooling fluid 4, the thermal conductivity l of the film 6 and the maximum permissible surface temperature T 0 of the electronic components 3, from which the following relationship arises:
  • corner areas 7 of the electronic components 3 and / or the circuit board 2 are rounded, as shown in FIGS Foil 6 can be avoided when applied to the power electronics 1.
  • the electronic components 3 can be grouped according to their height on the board 2, as shown, for example, according to FIG. 1 is Darge, where flat designs and designs are preferred over high Baufor men. In order to achieve a local homogeneous topology, it makes sense to combine or place electronic components 3 of the same height.
  • the power electronics 1 has a connection cable 8 for connection to, for example, an electrical power supply, which by means of the electrically insulating film 6 at least at the transition to the circuit board 2 and / or at least at the transition to at least one electronic component 3 is housed in a fluid-tight manner (cf. in particular FIGS. 2 and 4 and 5.
  • a cross-section of the connection cable 8 for example in terms of its diameter, can also be reduced, whereby the connection cable is also conceivable 8 in several small cables allocate, whereby in particular gaps 9, which may have to be filled or sealed with a material, can be reduced.
  • a reinforcement for example a sealed seam 11 in the area of the implementation, is recommended.
  • the spaces 9 between the connecting cable 8 and the sealed seam 11 can be filled with melting material.
  • the material of an insulation of the connection cable 8 for example polypropylene, PVC or silicone-containing plastics, is adapted to the material of the sealing seam 11 or the film 6 or is identical to this.
  • the same material or a suitable combination of materials enable an optimized bonded connection.
  • the film 6 can have a permeability P of less than 10 g / (m 2 d) in order to be able to reliably prevent diffusion of gases or water into an interspace between the film 6 and the power electronics 1.
  • the permeability P of the plastic used for the film 6 affects the functionality of the power electronics in two different ways: The first point is the permeability of the film 6 for gases, which reduces a negative pressure between, for example, the electronic components 3 and the film and thus in the long term can lead to the film 6 becoming detached from the component contour of the power electronics 1. This can lead to a higher thermal resistance, which increases the temperature of the electronics and thus reduces their service life in the long term.
  • the second point also relates to the permeability of gases, as these condense in the space between the electronic components 3 and the film 6. can reduce, which in the long term can lead to a short circuit and thus a failure of the power electronics 1. In particular, the diffusion of water vapor and the condensation of water should be mentioned here. If the permeability P of the material of the film 6 is too high, it can have a coating 12 or a protective layer in order to comply with the previously described required limit value for the permeability P. A multilayer film 6 is of course also conceivable.
  • the power electronics 1 are used, for example, in a motor vehicle 13 with a cooling circuit, with an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4, for example a water-glycol mixture 5, which flows over the film 6 and thus due to the very small thickness of the film 6 is almost directly with the temperature to be controlled, in particular special with the power electronics to be cooled 1 in heat-transferring contact.
  • an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4 for example a water-glycol mixture 5
  • an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4 can be made possible by the film 6, so that the power electronics 1 can be embedded without problems in a cooling arrangement 14 of the motor vehicle 1, for example in a low-temperature cooling circuit, which has the great advantage offers that no separate, electrically non-conductive cooling fluid has to be used together with a separate pump, a separate filter, etc.
  • the film 6 is fluid-tight and fluid-tight, for example by means of a thermoplastic process, by means of a shape memory method or by means of shape fixing by post-polymerization is applied tightly to the power electronics 1.
  • the film 6 is first pulled or turned over the power electronics 1, it being understood that two films 6 can also be used, between which the power electronics 1 is inserted.
  • the film 6 is then heated to the extent that it is in the flow area, whereupon a negative pressure is applied between the film 6 and the power electronics 1 and the film 6 is attached to an outer contour of the power electronics 1, for example the electronic components 3 and the circuit board 2 adapts.
  • the film 6 is then allowed to cool or cool, whereupon it solidifies.
  • the film 6 is first pulled over the power electronics 1 and then a negative pressure is applied between the film 6 and the power electronics 1, whereupon the film 6 adapts to an outer contour of the power electronics 1.
  • the film 6 is then heated up to the flow area, as a result of which it is applied even more closely to the surface or contour of the power electronics 1, similar to a shrink tube.
  • the film 6 can have shape memory properties.
  • a film 6 made of not yet fully polymerized material is drawn over the power electronics 1 or the power electronics 1 are packed in such a film 6, whereupon a negative pressure is applied between the film 6 and the power electronics 1 and as a result, the film 6 rests against the contour of the power electronics 1 or the electronic components 3 and the Pla tine 2, true to the contour.
  • the film 6 is then cured, for example by irradiation with UV light, heating or the application of an oxygen atmosphere, whereby permanent plastic deformation of the film 6 can also be achieved, so that even if the negative pressure between the electronic components 3 and the Foil 6 a tight fit of the foil 6 on the power electronics 1 or on the circuit board 2 and the electronics components 3 and thus an optimal heat transfer is maintained.

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Abstract

The invention relates to a power electronics system (1) comprising a circuit board (2) and electronics components (3) arranged thereon. It is essential to the invention that the power electronics system (1) together with the circuit board (2) and the electronics components (3) is enclosed in a fluid-tight manner by means of an electrically insulating film (6). This makes it possible to combine the advantages of direct cooling and indirect cooling.

Description

Leistungselektronik Power electronics
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronik mit einer Platine und darauf angeordneten Elektronikkomponenten gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kühlanordnung mit einem Kühl kreislauf mit einem elektrisch nicht isolierenden Kühlfluid und einer solchen Leis tungselektronik. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Einhausen einer solchen Leistungselektronik. The present invention relates to power electronics with a circuit board and electronic components arranged thereon according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a cooling arrangement with a cooling circuit with an electrically non-insulating cooling fluid and such power electronics. The invention also relates to a method for housing such power electronics.
Eine Leistungselektronik mit Platine und darauf angeordneten Elektronikkompo nenten wird heute vielfältig eingesetzt, insbesondere um unterschiedlichste Pro zesse überwachen, steuern oder regeln zu können. Beim Betrieb der Leistungs elektronik entsteht dabei jedoch Wärme, beispielsweise durch Schaltverluste o- der einen Stromfluss, wobei es je nach entstehender Wärme erforderlich sein kann, die Leistungselektronik zu kühlen, um diese in einem für den Betrieb opti malen Temperaturfenster halten zu können. Power electronics with a circuit board and electronic components arranged on it are used in many ways today, in particular to monitor, control or regulate the most varied of processes. When operating the power electronics, however, heat is generated, for example through switching losses or a current flow, and depending on the heat generated, it may be necessary to cool the power electronics in order to be able to keep them in a temperature window that is optimal for operation.
Zur Kühlung einer solchen Leistungselektronik stehen dabei prinzipiell zwei un terschiedliche Möglichkeiten zur Auswahl, nämlich eine indirekte Kühlung, bei welcher die Leistungselektronik mit beispielsweise einer Kühlplatte wärmeüber tragend verbunden und diese Kühlplatte mittels eines Kühlfluids gekühlt wird, o- der eine direkte Kühlung über ein elektrisch nicht leitendes Fluid. Bei der direkten Kühlung steht somit das Kühlfluid mit der Wärmequelle, das heißt hier also der Leistungselektronik bzw. den elektronischen Komponenten in direktem Kontakt. Der thermische Widerstand der wärmeübertragenden Strecke kann somit klein gehalten werden, wobei elektrisch nicht leitende Fluide zumeist ungeeignete Stof feigenschaften hinsichtlich ihres thermischen Verhaltens aufweisen, wie bei spielsweise eine geringe spezifische Wärmekapazität, Dichte sowie einen einge- schränkten Temperaturbereich. Des Weiteren bedingt der Einsatz eines solchen Kühlfluids einen eigenen Kühlkreislauf mit den hierfür klassischen Komponenten, wie beispielsweise eine Kühlfluidpumpe, einen Filter bzw. Ventile. Bei der indirek ten Kühlung wird - wie eingangs erwähnt - ein separater Wärmeübertrager, bei spielsweise eine Kühlplatte, an das zu temperierende Objekt, hier also an die Leistungselektronik, angebracht und wärmeübertragend mit dieser verbunden.To cool such power electronics, there are basically two different options to choose from, namely indirect cooling, in which the power electronics are connected to, for example, a cooling plate in a heat transferring manner and this cooling plate is cooled by means of a cooling fluid, or direct cooling via an electrically not conductive fluid. In the case of direct cooling, the cooling fluid is therefore in direct contact with the heat source, that is to say here with the power electronics or the electronic components. The thermal resistance of the heat-transferring path can thus be kept small, with electrically non-conductive fluids mostly having unsuitable material properties with regard to their thermal behavior, such as, for example, a low specific heat capacity, density and a low limited temperature range. Furthermore, the use of such a cooling fluid requires its own cooling circuit with the classic components for this, such as a cooling fluid pump, a filter or valves. In indirect cooling - as mentioned at the beginning - a separate heat exchanger, for example a cooling plate, is attached to the object to be tempered, in this case to the power electronics, and connected to it in a heat transferring manner.
Da das Kühlfluid räumlich getrennt von der Leistungselektronik strömt, können auch elektrisch nicht isolierende, insbesondere elektrisch leitende, Kühlfluide ein gesetzt werden. Hierfür kommt beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch in Frage, welches optimale Stoffeigenschaften aufweist. Da insbesondere in Kraft fahrzeugen oftmals bereits ein Niedertemperaturkreislauf vorgesehen ist, müssen rein theoretisch nur wenige zusätzliche Komponenten in diesen Niedertempera turkreislauf eingefügt werden. Nachteilig bei einer derartigen indirekten Kühlung sind jedoch der vergleichsweise hohe thermische Widerstand in der wärmeüber tragenden Strecke sowie die Anbindung des Wärmeübertragers an das zu küh lende Objekt, hier also beispielsweise an die Leistungselektronik. Since the cooling fluid flows spatially separated from the power electronics, electrically non-insulating, in particular electrically conductive, cooling fluids can also be used. A water-glycol mixture, for example, which has optimal material properties, can be used for this purpose. Since a low-temperature circuit is often already provided in motor vehicles in particular, only a few additional components need to be inserted into this low-temperature circuit in purely theoretical terms. Disadvantages of such indirect cooling, however, are the comparatively high thermal resistance in the heat transfer path and the connection of the heat exchanger to the object to be cooled, here for example to the power electronics.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Leis tungselektronik der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden können. The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for power electronics of the generic type in which the disadvantages known from the prior art can be overcome.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängi gen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die jeweiligen Vorteile einer direkten Kühlung, nämliche eines geringen thermischen Widerstan des in Bezug auf die wärmeübertragende Strecke, und einer indirekten Kühlung, nämlich dem Einsatz eines Wasser-Glykol-Gemisches, zu kombinieren. Um dies zu verwirklichen wird eine erfindungsgemäßen Leistungselektronik mit einer Pla tine und darauf angeordneten Elektronikkomponenten mittels einer elektrisch iso lierenden und sehr dünnen Folien fluiddicht eingehaust. Durch die elektrisch iso lierende Folie, welche nur wenige pm dick sein kann, kann somit eine direkte bzw. eine quasi direkte Kühlung der Elektronikkomponenten mit beispielsweise einem elektrisch leitenden Kühlfluid, insbesondere mit einem Wasser-Glykol- Gemisch, erreicht werden, ohne einen Kurzschluss befürchten zu müssen. Die "hauchdünne" elektrisch isolierende Folie stellt somit eine Kühlplatte eines indi rekten Kühlsystems dar, welches den Einsatz eines elektrisch nicht isolierenden, insbesondere eines elektrisch leitenden, Kühlfluids und damit eines Kühlfluids mit deutlichen verbesserten Stoffeigenschaften erlaubt, jedoch ebenso eine elektri sche Trennung bzw. Isolierung der Elektronikkomponenten von dem Kühlfluid ermöglicht. Somit können die Vorteile einer direkten und einer indirekten Kühlung bei einer solchen Leistungselektronik kombiniert werden, wodurch diese prinzipi ell auf einem geringeren Temperaturniveau betrieben und dadurch deren Le bensdauer verlängert werden kann. The present invention is based on the general idea, the respective advantages of direct cooling, namely a low thermal resistance in relation to the heat-transferring path, and indirect cooling, namely the use of a water-glycol mixture. In order to achieve this, power electronics according to the invention with a Pla tine and electronic components arranged thereon are housed in a fluid-tight manner by means of an electrically insulating and very thin film. The electrically insulating film, which can only be a few μm thick, enables direct or quasi-direct cooling of the electronic components with, for example, an electrically conductive cooling fluid, in particular with a water-glycol mixture, without fear of a short circuit to have to. The "wafer-thin" electrically insulating film thus represents a cooling plate of an indirect cooling system, which allows the use of an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid and thus a cooling fluid with significantly improved material properties, but also electrical separation or insulation of the electronic components made possible by the cooling fluid. In this way, the advantages of direct and indirect cooling can be combined in such power electronics, whereby these can in principle be operated at a lower temperature level and their lifespan can be extended as a result.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Folie beständig gegenüber einem Wasser-Glykol-Gemisch. Hierdurch ist der Einsatz eines derartigen Wasser-Glykol-Gemisches mit optimalen Stoffeigenschaften, insbesondere hinsichtlich spezifischer Wärmekapazität, Dichte und einsetzbarem Temperaturbereich, möglich, ohne dass befürchtet werden muss, dass die Folie langfristig durch das Wasser-Glykol-Gemisch angegriffen und gegebenenfalls zerstört wird. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Folie eine Dicke von ca. 20pm aufweist. Durch eine derartige geringe Dicke können ein be sonders geringer thermischer Widerstand in der Wärmeübertragungsstrecke und damit eine besonders effiziente Kühlung der Leistungselektronik bzw. deren Elektronikkomponenten erreicht werden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Folie eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur von größer als 90°C, bevorzugt von größer als 120°C auf. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Folie auch bei höheren Temperaturen des Kühlfluids, das heißt beispielsweise des Wasser-Glykol-Gemisches, keinen Schaden nimmt und zuverlässig langfristig eine elektrische Isolierung der Elektronikkomponenten von dem Kühlfluid ermög licht. In an advantageous further development of the solution according to the invention, the film is resistant to a water-glycol mixture. This makes it possible to use such a water-glycol mixture with optimal material properties, in particular with regard to specific heat capacity, density and usable temperature range, without having to fear that the film will be attacked and possibly destroyed in the long term by the water-glycol mixture. Additionally or alternatively, it can be provided that the film has a thickness of approx. 20 μm. A particularly low thermal resistance in the heat transfer path and thus particularly efficient cooling of the power electronics or their electronic components can be achieved through such a small thickness. In an advantageous further development of the solution according to the invention, the film has a melting or decomposition temperature of greater than 90.degree. C., preferably greater than 120.degree. This can ensure that the film is not damaged even at higher temperatures of the cooling fluid, that is, for example, the water-glycol mixture, and reliably enables electrical insulation of the electronic components from the cooling fluid over the long term.
Zweckmäßig kann dabei die Folie aus Kunststoff, insbesondere aus Polyvi nylchlorid (PVC) oder aus Silikon ausgebildet sein. Beide derartige Kunststoffe bieten dabei die Möglichkeit einer sehr dünnen Ausbildung der Folie bei gleich zeitig hoher Temperaturbeständigkeit und hoher Beständigkeit gegenüber dem Wasser-Glykol-Gemisch. Zudem besitzt beispielsweise Polyvinylchlorid eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von ca. 30 kV/mm, wodurch selbst hauchdün ne PVC-Folien eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit besitzen. Silikon kautschuk beispielsweise hat eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von ca. 20 kV/mm und stellt somit ebenfalls einen optimalen elektrischen Isolator dar, der äußerst dünne Folien ermöglicht. The film can expediently be formed from plastic, in particular from Polyvi nylchlorid (PVC) or from silicone. Both such plastics offer the possibility of a very thin formation of the film with high temperature resistance and high resistance to the water-glycol mixture at the same time. In addition, polyvinyl chloride, for example, has an electrical dielectric strength of approx. 30 kV / mm, which means that even extremely thin PVC films have a high electrical dielectric strength. Silicone rubber, for example, has an electrical breakdown strength of approx. 20 kV / mm and thus also represents an optimal electrical insulator that enables extremely thin foils.
Bei einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weisen/weist die Platine und/oder die elektronischen Komponenten abgerundete Eckbereiche auf. Bei der Einhausung der Leistungselektronik mit der elektrisch isolierenden Folie darf letztere nicht beschädigt werden, um die elektrisch isolie rende Wirkung aufrecht zu erhalten. Zur Vermeidung von Schäden sind deshalb die Platinen und/die Elektronikkomponenten vorzugsweise ohne scharfe Kanten und Ecken ausgeführt. Hierdurch kann insbesondere ein unbeabsichtigtes und vor allem unerwünschtes Durchstechen der Folie beim Einhausen der Leistungs elektronik zuverlässig vermieden werden. Zweckmäßig sind die Elektronikkomponenten nach ihrer Höhe gruppiert auf der Platine angeordnet. Eine derartige Gruppierung der einzelnen Elektronikkompo nenten ist empfehlenswert, um eine möglichst lokal homogene Topologie zu er zielen, die ebenfalls die Gefahr eines unerwünschten Durchstechens der Folie beim Einhausen der Leistungselektronik zumindest reduziert. In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, the circuit board and / or the electronic components have / has rounded corner areas. When enclosing the power electronics with the electrically insulating film, the latter must not be damaged in order to maintain the electrically insulating effect. To avoid damage, the circuit boards and / the electronic components are therefore preferably designed without sharp edges and corners. In this way, in particular, unintentional and, above all, undesirable piercing of the film when housing the power electronics can be reliably avoided. The electronic components are expediently arranged on the circuit board according to their height. Such a grouping of the individual electronic components is recommended in order to achieve a topology that is as locally homogeneous as possible, which also at least reduces the risk of undesired piercing of the film when the power electronics are housed.
Zusätzlicher oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Folie eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von zumindest 4 kV aufweist. In addition or as an alternative, it can be provided that the film has a dielectric strength of at least 4 kV.
Zweckmäßig weist die Leistungselektronik ein Anschlusskabel zum Anschluss an beispielsweise eine Energieversorgung auf, das mittels der elektrisch isolieren den Folie zumindest am Übergang zur Platine und/oder am Übergang zu zumin dest einer elektronischen Komponente fluiddicht eingehaust ist. Insbesondere eine Kabelführung stellt dabei hohe Anforderungen an die Einhausung mit der Folie dar, die stets gewährleisten muss, dass auch Zwischenräume zwischen dem jeweiligen Anschlusskabel und der Folie geschlossen sind. Um beispiels weise eine dichte Kabeldurchführung zu ermöglichen, ist eine Verstärkung der Siegelnaht im Bereich der Durchführung empfohlen. Eine Materialanhäufung kann dabei die Zwischenräume zwischen dem Anschlusskabel und der Siegel naht mit Schmelzgut füllen. Besonders bevorzugt ist hierbei, sofern eine elektri sche Isolierung des Anschlusskabels aus demselben Material ausgebildet ist wie die Folie und dadurch ähnliche Materialeigenschaften, wie beispielsweise Schmelztemperatur und molekularen Aufbau besitzt und dadurch eine gute stoff schlüssige Verbindung ermöglicht. Darüber hinaus ist auch empfehlenswert, eine an die Siegelnaht angepasste Kabelgeometrie, beispielsweise in der Art eines Flachkabels für das Anschlusskabel, auszuwählen und dadurch die fluiddichte Einhausung zu erleichtern. Auch eine Durchmesserreduzierung des durchzufüh- renden Anschlusskabels oder die Aufteilung des Anschlusskabels in mehrere kleine Anschlussteilkabel erzielt hierbei gleichwertige Effekte. The power electronics expediently has a connection cable for connection to, for example, a power supply, which is enclosed in a fluid-tight manner by means of the electrically insulating film at least at the transition to the circuit board and / or at the transition to at least one electronic component. In particular, cable routing places high demands on the housing with the foil, which must always ensure that gaps between the respective connection cable and the foil are also closed. For example, to enable a tight cable entry, reinforcement of the sealing seam in the area of the entry is recommended. An accumulation of material can fill the gaps between the connection cable and the sealing seam with melting material. It is particularly preferred here if an electrical insulation of the connection cable is formed from the same material as the film and thus has similar material properties, such as melting temperature and molecular structure, and thus enables a good material connection. In addition, it is also advisable to select a cable geometry that is adapted to the sealing seam, for example in the manner of a flat cable for the connection cable, and thereby to facilitate the fluid-tight housing. A reduction in the diameter of the The connecting cable or the division of the connecting cable into several small connecting part cables achieve equivalent effects.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Folie eine Permeabi lität P von P < 10 g/(m2d) auf. Mit Permeabilität kann hierbei insbesondere eine Gaspermeabiltät gemeint sein. Die Permeabilität P der verwendeten Folie wirkt sich dabei auf zwei unterschiedliche Arten auf die Funktionstüchtigkeit, das heißt die Dichtheit, der Einhausung aus. Zum einen ist hier die Durchlässigkeit von Kunststoffen gegenüber Gasen zu nennen, welche einen zwischen, beispielswei se den Elektronikkomponenten und der Folien herrschenden Unterdrück verrin gert und dadurch längerfristig zu einer Ablösung der Folie von den Elektronik komponenten bzw. der Platine führen kann. Dies kann zu einem höheren thermi schen Widerstand führen, der eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Leis tungselektronik zur Folge hat, was diese langfristig schädigen kann. Der zweite Punkt bezieht sich ebenfalls auf die Durchlässigkeit von Gasen, welche in kleins te Räume zwischen der elektrisch isolierenden Folie und der Leistungselektronik eindringen und dort kondensieren können, was unter Umständen zu einem Kurz schluss und damit zu einem Ausfall der Leistungselektronik führen kann. Durch den geforderten Grenzwert der Permeabilität P, kann sowohl ein Ablösen der Fo lie von der Leistungselektronik als auch ein Kondensieren von Wasserdampf zwi schen der Folie und der Leistungselektronik zuverlässig vermieden werden. In an advantageous development of the invention, the film has a permeability P of P <10 g / (m 2 d). In this context, permeability can in particular mean a gas permeability. The permeability P of the film used has two different effects on the functionality, i.e. the tightness, of the housing. On the one hand, the permeability of plastics to gases should be mentioned here, which reduces the negative pressure prevailing between, for example, the electronic components and the foils and can thus lead to a long-term detachment of the foil from the electronic components or the circuit board. This can lead to a higher thermal resistance, which increases the operating temperature of the power electronics, which can damage them in the long term. The second point also relates to the permeability of gases, which can penetrate the smallest spaces between the electrically insulating film and the power electronics and condense there, which can lead to a short circuit and thus to failure of the power electronics. Due to the required limit value of the permeability P, both a detachment of the foil from the power electronics and a condensation of water vapor between the foil and the power electronics can be reliably avoided.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kühlanordnung mit einem Kühlkreislauf anzugeben, insbesondere in einem Kraft fahrzeug, mit einem elektrisch nicht isolierenden Kühlfluid, beispielsweise einem Wasser-Glykol-Gemisch, und einer Leistungselektronik entsprechend den voran gegangenen Absätzen, wobei die Leistungselektronik lediglich durch die Folie vom Kühlfluid, hier also von dem Wasser-Glykol-Gemisch getrennt ist. Mit der Begrifflichkeit „nicht elektrisch isolierendem Kühlfluid“ soll ein Kühlfluid gemeint sein, das eine Leitfähigkeit hat, die zu hoch ist, um das Kühlfluid für eine her kömmliche direkte Kühlung einzusetzen. Mittels einer derartigen Kühlanordnung können einerseits eine geringe thermische Wegstrecke und damit ein geringer thermischer Widerstand und eine optimale Wärmeübertragung erreicht werden und andererseits der Einsatz eines hinsichtlich beispielsweise spezifischer Wär mekapazität und Dichte optimalen Kühlfluids. Von besonderem Vorteil bei einer derartigen Kühlanordnung ist darüber hinaus, dass die Leistungselektronik in ei nen ohnehin bereits am Kraftfahrzeug vorhandenen Niedertemperaturkühlkreis lauf angeschlossen werden kann und deshalb keinen eigenen Kühlkreislauf mit eigener Pumpe, eigenem Filter etc. erfordert. Hierdurch kann eine deutliche kos tengünstigere und zugleich hinsichtlich der Temperierung bzw. Kühlung effektive re Lösung geschaffen werden. The present invention is further based on the general idea of specifying a cooling arrangement with a cooling circuit, in particular in a motor vehicle, with an electrically non-insulating cooling fluid, for example a water-glycol mixture, and power electronics according to the preceding paragraphs, with the power electronics is separated only by the film from the cooling fluid, that is to say here from the water-glycol mixture. The term “non-electrically insulating cooling fluid” is intended to mean a cooling fluid be that has a conductivity that is too high to use the cooling fluid for a conventional direct cooling her. By means of such a cooling arrangement, on the one hand, a short thermal path and thus a low thermal resistance and optimal heat transfer can be achieved and, on the other hand, the use of a cooling fluid that is optimal in terms of specific heat capacity and density, for example. Another particular advantage of such a cooling arrangement is that the power electronics can be connected to a low-temperature cooling circuit that is already present on the motor vehicle and therefore does not require its own cooling circuit with its own pump, filter, etc. As a result, a significantly more cost-effective and at the same time effective solution with regard to temperature control and cooling can be created.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Ver fahren zum Einhausen einer in den vorherigen Absätzen beschrieben Leistungs elektronik anzugeben, bei dem die Folie mittels einer der nachfolgenden Verfah ren auf die Leistungselektronik aufgebracht wird: The present invention is further based on the general idea of specifying a method for housing power electronics described in the previous paragraphs, in which the film is applied to the power electronics by means of one of the following methods:
- thermoplastisches Verfahren mit nachfolgendem Unterdrück, oder - thermoplastic process with subsequent negative pressure, or
- thermoplastisches Verfahren mit vorhergehendem Unterdrück, oder - thermoplastic process with previous negative pressure, or
- Formfixierung durch Nachpolymerisation. - Shape fixing by post-polymerization.
Sämtliche drei Verfahren bieten dabei sowohl eine optimale und dichte Anlage der Folie an die Leistungselektronik, insbesondere an deren Elektronikkompo nenten, und dadurch einen geringen thermischen Widerstand in der Wärmeüber tragungsstrecke als auch eine automatisierte Fertigung. All three methods offer both an optimal and tight application of the film to the power electronics, in particular to their electronic components, and thus a low thermal resistance in the heat transfer path as well as automated production.
Beim thermoplastischen Verfahren mit nachfolgendem Unterdrück wird dabei die Folie zunächst über die Leistungselektronik gezogen bzw. gelegt und soweit er- wärmt, dass es sich im Fließbereich bzw. in einem leicht verformbaren Zustand befindet. Anschließend wird ein Unterdrück zwischen der Folie und der Leis tungselektronik angelegt, beispielsweise ein Vakuum, woraufhin sich die Folie an eine Kontur der Leistungselektronik, insbesondere der Platine und der Elektronik komponenten, anpasst. Anschließend wird die Folie abgekühlt und erstarrt hier bei und ermöglicht dadurch die fluiddichte Einhausung der Leistungselektronik, welche nun nur durch die sehr dünne Folie von dem Kühlfluid getrennt und damit quasi direkt mit einem elektrisch leitenden Kühlfluid, beispielsweise einem Was- ser-Glykol-Gemisch, gekühlt werden kann. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt insbesondere auch darin, dass die Anpassung der Folie an die Kontur der Leis tungselektronik nicht mehr ausschließlich durch den Unterdrück gegeben ist, sondern durch eine dauerhafte Ausformung der Folie entlang dieser Kontur. Selbst bei einem Nachlassen des Unterdrucks über längere Zeit bleibt somit der thermische Kontakt bestmöglich erhalten. In the thermoplastic process with subsequent negative pressure, the film is first pulled or placed over the power electronics and warms that it is in the flow area or in an easily deformable state. Subsequently, a negative pressure is applied between the film and the power electronics, for example a vacuum, whereupon the film adapts to a contour of the power electronics, in particular the circuit board and the electronic components. The film is then cooled and solidified here and thereby enables the fluid-tight housing of the power electronics, which are now only separated from the cooling fluid by the very thin film and thus virtually directly with an electrically conductive cooling fluid, for example a water-glycol mixture, can be cooled. The advantage of this method is, in particular, that the adaptation of the film to the contour of the power electronics is no longer given exclusively by the negative pressure, but rather by a permanent shaping of the film along this contour. Even if the negative pressure drops over a longer period of time, the thermal contact is maintained as best as possible.
Bei der zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ebenfalls die Folie über die Leistungselektronik gezogen bzw. gelegt und an schließend ein Unterdrück zwischen der Folie und der Leistungselektronik er zeugt, woraufhin sich diese an die Kontur der Leistungselektronik, beispielsweise der Elektronikkomponenten, anpasst. Derartige elektronische Komponenten kön nen beispielsweise Transistoren, MOSFETs oder IGBTs sein. Anschließend wir die Folie soweit erwärmt, dass sie sich im Fließbereich befindet und dadurch be sonders eng an die zu kühlenden Komponenten anliegt. Nach dem Abkühlen und Erstarren der Folie ist auch bei diesem alternativen Verfahren die Leistungselekt ronik zuverlässig fluiddicht eingehaust. Dieses Verfahren ähnelt dabei dem Auf bringen eines Schrumpfschlauches, wobei sich die Folie durch das Zusammen ziehen während des Erwärmens noch stärker an die Kontur bzw. Oberfläche der Leistungselektronik, das heißt beispielsweise deren elektronischen Komponen ten, anpasst und dadurch einen optimalen Wärmeübertrag ermöglicht. Auch hier kann eine dauerhafte Ausformung der Folie entlang der Kontur erreicht werden, die selbst bei einem Nachlassen des Unterdrucks über die Zeit den thermischen Kontakt bestmöglichst aufrechterhält. In the second alternative of the method according to the invention, the film is also first drawn or placed over the power electronics and then a negative pressure between the film and the power electronics is generated, whereupon it adapts to the contour of the power electronics, for example the electronic components. Such electronic components can be, for example, transistors, MOSFETs or IGBTs. The film is then heated to such an extent that it is in the flow area and is therefore particularly close to the components to be cooled. After the film has cooled and solidified, the power electronics are reliably enclosed in a fluid-tight manner in this alternative method as well. This process is similar to putting on a shrink tube, whereby the pulling together of the film during heating adapts even more closely to the contour or surface of the power electronics, that is to say, for example, its electronic components, thus enabling optimal heat transfer. Here too a permanent shaping of the film along the contour can be achieved, which maintains the thermal contact as best as possible even if the negative pressure decreases over time.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend der dritten Alternative wird zunächst eine elektrisch isolierende Folie aus noch nicht vollständig polymerisier tem Material über die Leistungselektronik gezogen bzw. gestülpt oder gelegt und anschließend ein Unterdrück zwischen der Folie und der Leistungselektronik er zeugt, woraufhin sich diese einer Außenkontur der Leistungselektronik anpasst. Anschließend wird die Folie ausgehärtet, beispielsweise mittels UV-Licht, einem Beheizen oder dem Aufbringen einer Sauerstoffatmosphäre. Auch hierdurch kann ein langfristig dichtes Anliegen der Folie an den zu kühlenden elektronischen Komponenten und eine fluiddichte Einhausung derselben erreicht werden. In the method according to the invention according to the third alternative, an electrically insulating film made of material that is not yet fully polymerized is first pulled or slipped or placed over the power electronics and then a negative pressure between the film and the power electronics is generated, whereupon this becomes an outer contour of the power electronics adapts. The film is then cured, for example by means of UV light, heating or the application of an oxygen atmosphere. This also makes it possible to achieve a long-term, tight fit of the film on the electronic components to be cooled and a fluid-tight housing of the same.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei bung anhand der Zeichnungen. Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims Un, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Kompo nenten beziehen. Preferred embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Leistungselektronik, They show, each schematically, 1 shows a side view of power electronics according to the invention,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen Bereich der in der Fig. 1 darge stellten Leistungselektronik, Fig. 2 is a sectional view through an area of the power electronics shown in Fig. 1 Darge,
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Leistungselektronik, 3 shows a further power electronics according to the invention,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch ein Anschlusskabel, 4 shows a sectional illustration through a connection cable,
Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 4, jedoch bei optimiertem und als Flach kabel ausgebildetem Anschlusskabel. FIG. 5 shows a representation as in FIG. 4, but with an optimized connection cable designed as a flat cable.
Entsprechend den Fig. 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Leistungselektronik 1 eine Platine 2, sowie darauf angeordnete Elektronikkomponenten 3 auf. Derar tige Elektronikkomponenten können beispielsweise Transistoren oder MOSFETs sein. Um eine optimierte Kühlung bzw. generell Temperierung der Leistungselekt ronik 1 erreichen zu können, wurde diese derart ausgestaltet, dass sie mittels eines elektrisch nicht isolierenden, insbesondere eines elektrisch leitenden, Kühl fluids 4, beispielsweise eines Wasser-Glykol-Gemisches 5 direkt bzw. quasi di rekt kühlbar ist. Erreicht werden kann dies dadurch, dass die Leistungselektronik 1 mit ihrer Platine 2 und den Elektronikkomponenten 3 mittels einer hauchdünnen elektrisch isolierenden Folie 6 fluiddicht überzogen bzw. eingehaust ist. Durch die Verwendung eines herkömmlichen Kühlfluids 4, beispielsweise eines Wasser- Glykol-Gemisches 5, kann ein Kühlfluid 4 mit hoher spezifischer Wärmekapazität, optimierter Dichte und breitem Temperaturanwendungsbereich verwendet wer den. Darüber hinaus kann durch die sehr dünne Folie 6 ein äußerst geringer thermischer Widerstand in der Wärmeübertragungsstrecke erreicht werden, wodurch die Leistungselektronik 1 insgesamt auf einem geringerem Tempera- turniveau betrieben und dadurch deren Lebensdauer verlängert bzw. die Gefahr von Ausfällen reduziert werden kann. Auch ist ein kurzzeitiges Überschreiten ein zelner Betriebsparameter möglich. According to FIGS. 1 to 3, power electronics 1 according to the invention have a circuit board 2 and electronic components 3 arranged thereon. Such electronic components can be, for example, transistors or MOSFETs. In order to be able to achieve an optimized cooling or general temperature control of the power electronics 1, it was designed in such a way that it can be operated directly or quasi by means of an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4, for example a water-glycol mixture 5 can be cooled directly. This can be achieved in that the power electronics 1 with its circuit board 2 and the electronic components 3 are coated or enclosed in a fluid-tight manner by means of an extremely thin electrically insulating film 6. By using a conventional cooling fluid 4, for example a water-glycol mixture 5, a cooling fluid 4 with a high specific heat capacity, optimized density and a wide temperature range can be used. In addition, the very thin film 6 can achieve an extremely low thermal resistance in the heat transfer path, so that the power electronics 1 as a whole at a lower temperature. turn level and thus their service life can be extended or the risk of failures can be reduced. Brief exceeding of individual operating parameters is also possible.
Die Folie 6 ist dabei beständig gegenüber dem Wasser-Glykol-Gemisch 5 und kann eine Dicke von lediglich 20pm aufweisen. Hierdurch wird die Wärmeüber tragungsstecke extrem reduziert im Vergleich zu bislang bei einer indirekten Küh lung verwendeten Kühlplatten. Die Beständigkeit der Folie 6 gegenüber dem Wasser-Glykol-Gemisch ist selbstverständlich über den gesamten Temperaturbe reich gegeben sowie unter zusätzlichem Einfluss von Sauerstoff. The film 6 is resistant to the water-glycol mixture 5 and can have a thickness of only 20 μm. As a result, the heat transfer path is extremely reduced compared to the cooling plates previously used for indirect cooling. The resistance of the film 6 to the water-glycol mixture is of course given over the entire temperature range and under the additional influence of oxygen.
Die Folie 6 kann eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur von größer als 90°C, bevorzugt sogar von größer als 120°C aufweisen und dadurch im gesam ten Temperaturbereich des Kühlfluids 4 eingesetzt werden. Selbstverständlich können dabei die Temperaturbeständigkeitsanforderungen der Folie 6 an die auf tretenden Betriebstemperaturen der Leistungselektronik 1 angepasst werden. Die Folie 6 kann aus Kunststoff, insbesondere aus Polyvinylchlorid (PVC), aus Polyp ropylen oder aus Silikon ausgebildet sein, wobei derartige Kunststoffe eine ver gleichsweise hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit von größer als 20 kV/mm aufweisen. Als unterer Grenzwert sollte die Folie eine elektrische Durchschlags festigkeit von zumindest 4 kV aufweisen, um langfristig Kurzschlüsse ausschlie ßen zu können. Insbesondere die Verwendung eine Polypropylenfolie mit 20pm Dicke bietet sich dabei an, da sich diese gut an die Außenkontur der Leistungs elektronik, insbesondere der Elektronikkomponenten 3 anlegt und zudem zumin dest bis zu einer Betriebstemperatur von 100°C weder schmilzt noch sich zer setzt. The film 6 can have a melting or decomposition temperature of greater than 90 ° C., preferably even greater than 120 ° C., and can therefore be used in the total temperature range of the cooling fluid 4. Of course, the temperature resistance requirements of the film 6 can be adapted to the operating temperatures of the power electronics 1 occurring. The film 6 can be made of plastic, in particular of polyvinyl chloride (PVC), of polypropylene or of silicone, such plastics having a comparatively high dielectric strength of greater than 20 kV / mm. As a lower limit, the film should have a dielectric strength of at least 4 kV in order to be able to exclude short circuits in the long term. In particular, the use of a polypropylene film with a thickness of 20 μm is advisable because it fits well against the outer contour of the power electronics, in particular the electronic components 3, and also neither melts nor decomposes at least up to an operating temperature of 100 ° C.
Die Folie 6 sollte einen möglichst geringen thermischen Widerstand aufweisen. Dies wird unter anderem durch eine möglichst geringe Foliendicke d erreicht. Der thermische Widerstand Rth der Folie 6 sowie deren Dicke d hängt mit der Verlust leistung Q, der Elektronikkomponenten 3, der Temperatur TF des Kühlfluids 4, der Wärmeleitfähigkeit l der Folie 6 und der maximal zulässigen Oberflächen temperatur T0 der Elektronikkomponenten 3 zusammen, woraus sich folgender Zusammenhang ergibt: The film 6 should have the lowest possible thermal resistance. This is achieved, among other things, by keeping the film thickness d as small as possible. The thermal resistance R th of the film 6 and its thickness d depends on the power loss Q, the electronic components 3, the temperature T F of the cooling fluid 4, the thermal conductivity l of the film 6 and the maximum permissible surface temperature T 0 of the electronic components 3, from which the following relationship arises:
Rm = pp- und d = Rth KA R m = pp- and d = R th KA
Zum weiteren Schutz der Folie 6 beim Aufbringen auf die Leistungselektronik 1 kann vorgesehen sein, dass Eckbereiche 7 der Elektronikkomponenten 3 und/oder der Platine 2 abgerundet sind, wie dies gemäß den Fig. 1 und 3 darge stellt ist, wodurch insbesondere ein unbeabsichtigtes Durchstechen der Folie 6 beim Aufbringen auf die Leistungselektronik 1 vermieden werden kann. Darüber hinaus können die elektronischen Komponenten 3 nach ihrer Höhe gruppiert auf der Platine 2 angeordnet sein, wie dies beispielsweise gemäß der Fig. 1 darge stellt ist, wobei flache Ausführungen und Bauformen gegenüber hohen Baufor men zu bevorzugen sind. Um dabei eine lokale homogene Topologie zu erzielen, ist es sinnvoll, Elektronikkomponenten 3 gleicher Höhe zusammenzufassen bzw. zu platzieren. To further protect the film 6 when it is applied to the power electronics 1, it can be provided that corner areas 7 of the electronic components 3 and / or the circuit board 2 are rounded, as shown in FIGS Foil 6 can be avoided when applied to the power electronics 1. In addition, the electronic components 3 can be grouped according to their height on the board 2, as shown, for example, according to FIG. 1 is Darge, where flat designs and designs are preferred over high Baufor men. In order to achieve a local homogeneous topology, it makes sense to combine or place electronic components 3 of the same height.
Betrachtet man die Fig. 1 , 2 sowie 4 und 5, so kann man erkennen, dass die Leistungselektronik 1 ein Anschlusskabel 8 zum Anschluss an beispielsweise eine elektrische Energieversorgung aufweist, das mittels der elektrisch isolieren den Folie 6 zumindest am Übergang zur Platine 2 und/oder zumindest am Über gang zu zumindest einer Elektronikkomponente 3 fluiddicht eingehaust ist (vgl. insbesondere die Fig. 2 sowie 4 und 5. Dabei kann auch ein Querschnitt des An schlusskabels 8 beispielsweise hinsichtlich seines Durchmessers reduziert wer den, wobei auch denkbar ist, das Anschlusskabel 8 in mehrere kleine Kabel auf- zuteilen, wodurch insbesondere Zwischenräume 9, die gegebenenfalls mit einem Material aufgefüllt bzw. versiegelt werden müssen, reduziert werden können. Um eine dichte Kabeldurchführung zu ermöglichen, ist eine Verstärkung, beispiels weise einer Siegelnaht 11 im Bereich der Durchführung zu empfehlen. Über eine Materialanhäufung 10 lassen sich die Zwischenräume 9 zwischen dem An schlusskabel 8 und der Siegelnaht 11 mit Schmelzgut füllen. Hierzu kann bei spielsweise vorgesehen sein, dass das Material einer Isolierung des Anschluss kabels 8, beispielsweise Polypropylen, PVC oder silikonhaltige Kunststoffe, an das Material der Siegelnaht 11 bzw. der Folie 6 angepasst bzw. gleich zu diesem ist. Ein gleiches Material bzw. eine geeignete Materialkombination (ähnliche Ei genschaften, Schmelztemperatur und molekularer Aufbau) ermöglichen eine op timierte stoffschlüssige Verbindung. Besonders die Verwendung von als Flachka beln ausgebildeten Anschlusskabeln 8, wie dies gemäß der Fig. 5 dargestellt ist, verringert die Zwischenräume 9 und vereinfacht dadurch das fluiddichte Einhau sen bzw. Einbinden des Anschlusskabels 8 in die Folie 6. 1, 2 and 4 and 5, it can be seen that the power electronics 1 has a connection cable 8 for connection to, for example, an electrical power supply, which by means of the electrically insulating film 6 at least at the transition to the circuit board 2 and / or at least at the transition to at least one electronic component 3 is housed in a fluid-tight manner (cf. in particular FIGS. 2 and 4 and 5. In this case, a cross-section of the connection cable 8, for example in terms of its diameter, can also be reduced, whereby the connection cable is also conceivable 8 in several small cables allocate, whereby in particular gaps 9, which may have to be filled or sealed with a material, can be reduced. In order to enable a tight cable duct, a reinforcement, for example a sealed seam 11 in the area of the implementation, is recommended. Via an accumulation of material 10, the spaces 9 between the connecting cable 8 and the sealed seam 11 can be filled with melting material. For this purpose, it can be provided, for example, that the material of an insulation of the connection cable 8, for example polypropylene, PVC or silicone-containing plastics, is adapted to the material of the sealing seam 11 or the film 6 or is identical to this. The same material or a suitable combination of materials (similar properties, melting temperature and molecular structure) enable an optimized bonded connection. In particular, the use of connecting cables 8 designed as Flachka cables, as shown in FIG. 5, reduces the spaces 9 and thereby simplifies the fluid-tight housing or integration of the connecting cable 8 into the film 6.
Die Folie 6 kann eine Permeabilität P von weniger als 10 g/(m2d) aufweisen, um ein Eindiffundieren von Gasen bzw. Wasser in einen Zwischenraum zwischen der Folie 6 und der Leistungselektronik 1 zuverlässig verhindern zu können. Die Permeabilität P des für die Folie 6 verwendeten Kunststoffs wirkt sich dabei auf zwei unterschiedliche Arten auf die Funktionstüchtigkeit der Leistungselektronik aus: Der erste Punkt ist die Durchlässigkeit der Folie 6 für Gase, die einen Unter drück zwischen beispielsweise den Elektronikkomponenten 3 und der Folie ver ringert und dadurch langfristig zu einer Ablösung der Folie 6 von der Bauteilkon tur der Leistungselektronik 1 führen kann. Dies kann zu einem höheren thermi schen Widerstand führen, der eine Erhöhung der Elektroniktemperatur und dadurch eine langfristig Reduzierung deren Lebensdauer zur Folge hat. Der zwei te Punkt bezieht sich ebenso auf die Durchlässigkeit von Gasen, da diese in dem Zwischenraum zwischen den Elektronikkomponenten 3 und der Folie 6 konden- sieren können, was langfristig zu einem Kurzschluss und damit einem Ausfall der Leistungselektronik 1 führen kann. Hier ist insbesondere die Diffusion von Was serdampf und das Kondensieren von Wasser zu nennen. Ist die Permeabilität P des Materials der Folie 6 zu hoch, so kann diese eine Beschichtung 12 bzw. eine Schutzschicht aufweisen, um den zuvor beschriebenen geforderten Grenzwert für die Permeabilität P einzuhalten. Selbstverständlich ist auch eine mehrschichtige Folie 6 denkbar. The film 6 can have a permeability P of less than 10 g / (m 2 d) in order to be able to reliably prevent diffusion of gases or water into an interspace between the film 6 and the power electronics 1. The permeability P of the plastic used for the film 6 affects the functionality of the power electronics in two different ways: The first point is the permeability of the film 6 for gases, which reduces a negative pressure between, for example, the electronic components 3 and the film and thus in the long term can lead to the film 6 becoming detached from the component contour of the power electronics 1. This can lead to a higher thermal resistance, which increases the temperature of the electronics and thus reduces their service life in the long term. The second point also relates to the permeability of gases, as these condense in the space between the electronic components 3 and the film 6. can reduce, which in the long term can lead to a short circuit and thus a failure of the power electronics 1. In particular, the diffusion of water vapor and the condensation of water should be mentioned here. If the permeability P of the material of the film 6 is too high, it can have a coating 12 or a protective layer in order to comply with the previously described required limit value for the permeability P. A multilayer film 6 is of course also conceivable.
Eingesetzt wird die erfindungsgemäße Leistungselektronik 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 13 mit einem Kühlkreislauf, mit einem elektrisch nicht isolie renden, insbesondere einem elektrisch leitenden, Kühlfluid 4, beispielsweise ei nem Wasser-Glykol-Gemisch 5, welches über die Folie 6 und damit aufgrund der sehr geringen Dicke der Folie 6 quasi direkt mit der zu temperierenden, insbe sondere mit der zu kühlenden Leistungselektronik 1 in wärmeübertragendem Kontakt steht. Durch die Folie 6 kann insbesondere die Verwendung eines elektrisch nicht isolierenden, insbesondere eines elektrisch leitenden, Kühlfluids 4 ermöglicht werden, so dass die Leistungselektronik 1 in eine Kühlanordnung 14 des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise in einen Niedertemperaturkühlkreislauf, problemlos eingebettet werden kann, was den großen Vorteil bietet, dass kein separates, elektrisch nicht leitendes Kühlfluid zusammen mit einer separaten Pumpe, einem separatem Filter etc. eingesetzt werden muss. The power electronics 1 according to the invention are used, for example, in a motor vehicle 13 with a cooling circuit, with an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4, for example a water-glycol mixture 5, which flows over the film 6 and thus due to the very small thickness of the film 6 is almost directly with the temperature to be controlled, in particular special with the power electronics to be cooled 1 in heat-transferring contact. In particular, the use of an electrically non-insulating, in particular an electrically conductive, cooling fluid 4 can be made possible by the film 6, so that the power electronics 1 can be embedded without problems in a cooling arrangement 14 of the motor vehicle 1, for example in a low-temperature cooling circuit, which has the great advantage offers that no separate, electrically non-conductive cooling fluid has to be used together with a separate pump, a separate filter, etc.
Im Folgenden werden noch kurz drei unterschiedliche Verfahren zum Einhausen der Leistungselektronik 1 bzw. der Anschlusskabel 8 mittels einer elektrisch nicht leitenden Folie 6 beschrieben, bei dem die Folie 6 beispielsweise mittels thermo plastischem Verfahren, mittels Verfahren mit Formgedächtnis oder mittels einer Formfixierung durch Nachpolymerisation fluiddicht und enganliegend auf die Leis tungselektronik 1 aufgebracht wird. Bei einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die Folie 6 über die Leistungselektronik 1 gezogen bzw. gestülpt, wobei selbst verständlich auch zwei Folien 6 verwendet werden können, zwischen denen die Leistungselektronik 1 eingelegt wird. Anschließend wird die Folie 6 soweit er wärmt, dass sie sich im Fließbereich befindet, woraufhin ein Unterdrück zwischen der Folie 6 und der Leistungselektronik 1 angelegt wird und sich die Folie 6 an eine Außenkontur der Leistungselektronik 1 , beispielsweise der Elektronikkom ponenten 3 und der Platine 2 anpasst. Anschließend lässt man die Folie 6 abküh len bzw. kühlt diese ab, woraufhin diese erstarrt. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Anpassung der Folie 6 bzw. der Folien 6 an die Kontur der Elektronikkomponenten 3 bzw. generell an die Kontur der Leistungselektronik 1 nicht mehr ausschließlich durch den Unterdrück gegeben ist, sondern durch die dauerhafte plastische Verformung der Folie 6 entlang der Kontur. Selbst bei ei nem Nachlassen des Unterdrucks zwischen Leistungselektronik 1 und Folie 6 über die Zeit bleibt der thermische Kontakt und damit eine optimale Wärmeüber tragung bestmöglich erhalten. In the following, three different methods for housing the power electronics 1 or the connection cables 8 by means of an electrically non-conductive film 6 are briefly described, in which the film 6 is fluid-tight and fluid-tight, for example by means of a thermoplastic process, by means of a shape memory method or by means of shape fixing by post-polymerization is applied tightly to the power electronics 1. In a first alternative of the method according to the invention, the film 6 is first pulled or turned over the power electronics 1, it being understood that two films 6 can also be used, between which the power electronics 1 is inserted. The film 6 is then heated to the extent that it is in the flow area, whereupon a negative pressure is applied between the film 6 and the power electronics 1 and the film 6 is attached to an outer contour of the power electronics 1, for example the electronic components 3 and the circuit board 2 adapts. The film 6 is then allowed to cool or cool, whereupon it solidifies. The advantage of this method is that the adaptation of the foil 6 or the foils 6 to the contour of the electronic components 3 or generally to the contour of the power electronics 1 is no longer given exclusively by the negative pressure, but by the permanent plastic deformation of the foil 6 along the contour. Even if the negative pressure between the power electronics 1 and the film 6 decreases over time, the thermal contact and thus optimal heat transfer is maintained as best as possible.
Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens wird zunächst die Folie 6 über die Leistungselektronik 1 gezogen und an schließend ein Unterdrück zwischen der Folie 6 und der Leistungselektronik 1 angelegt, woraufhin sich die Folie 6 an eine Außenkontur der Leistungselektronik 1 anpasst. Anschließend wird die Folie 6 bis in den Fließbereich erwärmt, wodurch sie sich ähnlich einem Schrumpfschlauch noch stärker an die Oberflä che bzw. Kontur der Leistungselektronik 1 anlegt. Die Folie 6 kann Formgedächt niseigenschaften aufweisen. Mittels dieser Verfahrensvariante kann somit ein äußerst dichtes Einhausen, das heißt ein äußerst geringer Abstand zwischen der Folie 6 und der Leistungselektronik 1 bzw. der Platine 2 und den Elektronikkom ponenten 3 an nahezu allen Stellen und damit ein optimaler Wärmeübertrag er reicht werden. Bei einer dritten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Folie 6 aus noch nicht vollständig polymerisiertem Material über die Leistungselektronik 1 gezogen bzw. die Leistungselektronik 1 in eine derartige Folie 6 eingepackt, woraufhin ein Unterdrück zwischen der Folie 6 und der Leis tungselektronik 1 angelegt wird und sich dadurch die Folie 6 konturtreu an eine Kontur der Leistungselektronik 1 bzw. der Elektronikkomponenten 3 und der Pla tine 2 anliegt. Anschließend wird beispielsweise durch ein Bestrahlen mittels UV- Licht, ein Beheizen oder das Aufbringen einer Sauerstoffatmosphäre die Folie 6 ausgehärtet, wodurch ebenfalls eine dauerhafte plastische Verformung der Folie 6 erreicht werden kann, so dass selbst bei einem Nachlassen des Unterdrucks zwischen den Elektronikkomponenten 3 und der Folie 6 ein enges Anliegen der Folie 6 an der Leistungselektronik 1 bzw. an der Platine 2 und den Elektronik komponenten 3 und damit ein optimaler Wärmeübertrag erhalten bleibt. In a second alternative embodiment of the method according to the invention, the film 6 is first pulled over the power electronics 1 and then a negative pressure is applied between the film 6 and the power electronics 1, whereupon the film 6 adapts to an outer contour of the power electronics 1. The film 6 is then heated up to the flow area, as a result of which it is applied even more closely to the surface or contour of the power electronics 1, similar to a shrink tube. The film 6 can have shape memory properties. By means of this variant of the method, an extremely tight housing, that is, an extremely small distance between the film 6 and the power electronics 1 or the circuit board 2 and the electronic components 3 at almost all points and thus an optimal heat transfer it can be achieved. In a third alternative embodiment of the method according to the invention, a film 6 made of not yet fully polymerized material is drawn over the power electronics 1 or the power electronics 1 are packed in such a film 6, whereupon a negative pressure is applied between the film 6 and the power electronics 1 and as a result, the film 6 rests against the contour of the power electronics 1 or the electronic components 3 and the Pla tine 2, true to the contour. The film 6 is then cured, for example by irradiation with UV light, heating or the application of an oxygen atmosphere, whereby permanent plastic deformation of the film 6 can also be achieved, so that even if the negative pressure between the electronic components 3 and the Foil 6 a tight fit of the foil 6 on the power electronics 1 or on the circuit board 2 and the electronics components 3 and thus an optimal heat transfer is maintained.
Mit der erfindungsgemäßen Leistungselektronik 1 und der erfindungsgemäßen Kühlanordnung 14 ist es erstmals möglich, die Vorteile einer quasi direkten Küh lung mit einem geringen thermischen Widerstand in der Wärmeübertragungsstre cke mit den Vorteilen einer indirekten Kühlung mit einem elektrisch leitenden Kühlfluid 4 zu kombinieren und dadurch die Kühlung der Leistungselektronik 1 erheblich zu verbessern. With the power electronics 1 according to the invention and the cooling arrangement 14 according to the invention, it is for the first time possible to combine the advantages of a quasi direct cooling with a low thermal resistance in the heat transfer path with the advantages of indirect cooling with an electrically conductive cooling fluid 4, thereby cooling the Power electronics 1 to improve significantly.
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Claims

Ansprüche Expectations
1. Leistungselektronik (1 ) mit einer Platine (2) und darauf angeordneten Elektro nikkomponenten (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (1) mit Platine (2) und Elektronikkomponenten (3) mittels einer elektrisch isolierenden Folie (6) fluiddicht eingehaust ist. 1. Power electronics (1) with a circuit board (2) and electronic components (3) arranged thereon, characterized in that the power electronics (1) with circuit board (2) and electronic components (3) housed in a fluid-tight manner by means of an electrically insulating film (6) is.
2. Leistungselektronik nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 2. Power electronics according to claim 1, characterized in that
- dass die Folie (6) beständig gegenüber einem Wasser-Glykol-Gemisch (5) ist, und/oder - That the film (6) is resistant to a water-glycol mixture (5), and / or
- dass die Folie (6) eine Dicke von <150 pm, bevorzugt <100 pm, besonders bevorzugt ca. 20 pm, aufweist. - That the film (6) has a thickness of <150 μm, preferably <100 μm, particularly preferably approx. 20 μm.
3. Leistungselektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 3. Power electronics according to claim 1 or 2, characterized in that
- dass die Folie (6) eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur von größer als 90 °C, bevorzugt von größer als 120 °C, aufweist, und/oder - That the film (6) has a melting or decomposition temperature of greater than 90 ° C., preferably greater than 120 ° C., and / or
- dass die Folie (6) aus Kunststoff, insbesondere aus Polyvinylchlorid (PVC), aus Polypropylen oder aus Silikon, ausgebildet ist. - That the film (6) is made of plastic, in particular of polyvinyl chloride (PVC), of polypropylene or of silicone.
4. Leistungselektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (2) und/oder die Elektronikkomponenten (3) abgerundete Eckbe reiche (7) aufweisen/aufweist. 4. Power electronics according to one of the preceding claims, characterized in that that the circuit board (2) and / or the electronic components (3) have rounded corner regions (7).
5. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 5. Power electronics according to one of claims 1 to 4, characterized in that
- dass die Elektronikkomponenten (3) nach ihrer Höhe gruppiert auf der Platine (2) angeordnet sind, und/oder - That the electronic components (3) are grouped according to their height on the circuit board (2), and / or
- dass die Folie (6) eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von zumindest 4 kV aufweist. - That the film (6) has a dielectric strength of at least 4 kV.
6. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (1) ein Anschlusskabel (8) aufweist, das mittels der elektrisch isolierenden Folie (6) zumindest am Übergang zur Platine (2) und/oder zu zumindest einer elektronischen Komponente (3) fluiddicht eingehaust ist. 6. Power electronics according to one of claims 1 to 5, characterized in that the power electronics (1) has a connection cable (8) which by means of the electrically insulating film (6) at least at the transition to the board (2) and / or to at least one electronic component (3) is housed in a fluid-tight manner.
7. Leistungselektronik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Isolierung des Anschlusskabels (8) aus demselben Material ausgebildet ist wie die Folie (6). 7. Power electronics according to claim 6, characterized in that an electrical insulation of the connecting cable (8) is formed from the same material as the film (6).
8. Leistungselektronik nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 8. Power electronics according to one of the preceding claims, characterized in that
- dass die Folie (6) eine Permeabilität P von P < 10 g/(m2d) aufweist, und/oder- That the film (6) has a permeability P of P <10 g / (m 2 d), and / or
- dass die Folie (6) eine Beschichtung (12) und/oder eine Schicht zur Reduzie rung einer Gaspermeabilität aufweist. - That the film (6) has a coating (12) and / or a layer for reducing gas permeability.
9. Kühlanordnung (14) mit einem Kühlkreislauf, insbesondere in einem Kraft fahrzeug (13), mit einem Kühlfluid (4) und einer Leistungselektronik (1) nach ei nem der vorangehenden Ansprüche, 9. Cooling arrangement (14) with a cooling circuit, in particular in a motor vehicle (13), with a cooling fluid (4) and power electronics (1) according to one of the preceding claims,
- wobei die Leistungselektronik (1) direkt durch das Kühlfluid (4) gekühlt ist und- The power electronics (1) being cooled directly by the cooling fluid (4) and
- wobei sich zwischen den Elektronikkomponenten (3) und dem Kühlfluid (4) nur die elektrisch isolierende Folie (6) befindet und - Only the electrically insulating film (6) being located between the electronic components (3) and the cooling fluid (4), and
- wobei das Kühlfluid (4) nicht elektrisch isolierend ist. - wherein the cooling fluid (4) is not electrically insulating.
10. Kühlanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (4) ein Wasser-Glykol-Gemisch (5) ist. 10. Cooling arrangement according to claim 9, characterized in that the cooling fluid (4) is a water-glycol mixture (5).
11. Verfahren zum Einhausen einer Leistungselektronik (1 ) nach einem der An sprüche 1 bis 8, mittels einer elektrisch nicht leitenden Folie (6), bei dem die Folie (6) mittels einer der nachfolgenden Verfahren auf die Leistungselektronik (1) auf gebracht ist, 11. A method for housing power electronics (1) according to one of claims 1 to 8, by means of an electrically non-conductive film (6), in which the film (6) is applied to the power electronics (1) by means of one of the following methods ,
- thermoplastisches Verfahren mit nachfolgendem Unterdrück, oder - thermoplastic process with subsequent negative pressure, or
- thermoplastisches Verfahren mit vorhergehendem Unterdrück, oder - thermoplastic process with previous negative pressure, or
- Formfixierung durch Nachpolymerisation. - Shape fixing by post-polymerization.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , erste Alternative, dadurch gekennzeichnet, dass 12. The method according to claim 11, first alternative, characterized in that
- die Folie (6) über die Leistungselektronik (1 ) gezogen wird, - the film (6) is pulled over the power electronics (1),
- die Folie (6) soweit erwärmt wird, dass sie sich im Fließbereich befindet,- the film (6) is heated so far that it is in the flow area,
- ein Unterdrück zwischen der Folie (6) und der Leistungselektronik (1 ) angelegt wird und sich die Folie (1) an eine Kontur der Platine (2) und der Elektronik komponenten (3), das heißt der Leistungselektronik (1), anpasst, - A negative pressure is applied between the film (6) and the power electronics (1) and the film (1) adapts to a contour of the circuit board (2) and the electronic components (3), i.e. the power electronics (1),
- die Folie (6) abgekühlt wird und erstarrt. - The film (6) is cooled and solidified.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , zweite Alternative, dadurch gekennzeichnet, 13. The method according to claim 11, second alternative, characterized in that
- die Folie (6) über die Leistungselektronik (1) gezogen wird, - the film (6) is pulled over the power electronics (1),
- ein Unterdrück zwischen der Folie (6) und der Leistungselektronik (1 ) angelegt wird und sich die Folie (1) an eine Kontur der Platine (2) und der Elektronik komponenten (3), das heißt der Leistungselektronik (1), anpasst, - A negative pressure is applied between the film (6) and the power electronics (1) and the film (1) adapts to a contour of the circuit board (2) and the electronic components (3), i.e. the power electronics (1),
- die Folie (6) soweit erwärmt wird, dass sie sich im Fließbereich befindet,- the film (6) is heated so far that it is in the flow area,
- die Folie (6) abgekühlt wird und erstarrt. - The film (6) is cooled and solidified.
14. Verfahren nach Anspruch 11 , dritte Alternative, dadurch gekennzeichnet, 14. The method according to claim 11, third alternative, characterized in that
- eine Folie (6) aus noch nicht vollständig polymerisiertem Material über die Leistungselektronik (1) gezogen wird, - a film (6) made of not yet fully polymerized material is drawn over the power electronics (1),
- ein Unterdrück zwischen der Folie (6) und der Leistungselektronik (1 ) angelegt wird und sich die Folie (1) an eine Kontur der Platine (2) und der Elektronik komponenten (3), das heißt der Leistungselektronik (1), anpasst, - A negative pressure is applied between the film (6) and the power electronics (1) and the film (1) adapts to a contour of the circuit board (2) and the electronic components (3), i.e. the power electronics (1),
- die Folie (6) ausgehärtet wird, beispielsweise durch UV-Licht, Beheizen oder das Aufbringen einer Sauerstoffatmosphäre. - The film (6) is cured, for example by UV light, heating or the application of an oxygen atmosphere.
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