WO2022199898A1 - Stanzgitter und leistungsmodul umfassend ein solches stanzgitter - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a stamped grid for a power module, the stamped grid being made of sheet metal which is made up of at least two sheet metal parts, namely at least a first sheet metal part and at least a second sheet metal part, which are firmly connected to one another by means of a material joining process. Furthermore, the invention relates to a power module comprising such a stamped grid.
- stamped grids are used as connecting structures for electronic or electrical components, such as circuit carriers, integrated circuits, sensors, resistors, capacitors, etc.
- power modules have signal connections and power connections for electrical contacting.
- Certain mechanical properties of the lead frame are required for the production of a plug-in or press-fit contact between the signal connections of the lead frame and an electronic component, such as a circuit carrier. These properties are achieved through the use of special alloys, especially copper alloys. Since the stamped grid is usually made from a single piece of sheet metal, in this case it is not only the signal connections that are inevitably the power connections of the stamped grid are also made of this special alloy. Compared to the pure copper that can otherwise be used in the area of the power connections, higher specific resistances and, for example, restrictions in the material thickness are accepted for the power connections. This leads to increased electrical losses, a high use of expensive alloys and thus increased costs.
- the stamped grid according to the invention is used in particular in a power module.
- the stamped grid is made of sheet metal, which is composed of at least two sheet metal parts, namely at least one first sheet metal part and at least one second sheet metal part, which are firmly connected to one another by means of a material joining process.
- a cohesive joining method is understood to mean, for example, welding, soldering, gluing, etc.
- the first sheet metal part is at least partially made of a first Material and the second sheet metal part are made at least partially from a second material that differs from the first material in its composition.
- the first sheet metal part and the second sheet metal part can be of different thicknesses.
- the first sheet metal part is preferably made of copper.
- the second sheet metal part preferably consists of a copper alloy, such as CuSn4, CuSns, CuSn6, CuNiSi, CuCrAgFeTiSi, CuNiaSiiMg.
- the second sheet metal part can also be made of aluminum.
- the power connections of the module can be connected to aluminum components in this way.
- the first sheet metal part and the second sheet metal part are preferably bonded to one another along one of their lateral end faces in relation to a longitudinal axis of the stamped grid.
- the stamped grid forms at least one power connection and at least one signal connection, the power connection being formed in the area of the first sheet metal part and the signal connection being formed in the area of the second sheet metal part.
- the power module comprises at least one circuit carrier and a stamped grid that forms at least one power connection and at least one signal connection, the power connection being formed in the area of the first sheet metal part and the signal connection being formed in the area of the second sheet metal part.
- the circuit carrier can be understood as a separate component but also as an integral part of the stamped grid.
- the circuit carrier is electrically connected to the pressed screen via the power connection and the signal connection.
- the power connection and the signal connection are preferably each designed as a plug-in or press-fit contact in the stamped grid.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a power module in a plan view. Detailed description of the invention
- Fig. 1 is a plan view of an exemplary power module 2 is shown schematically.
- the power module 2 has a circuit carrier 5 and a pressed screen 1 .
- the stamped grid 1 is made from sheet metal, which is composed of three sheet metal parts, namely a first sheet metal part 3 and two second sheet metal parts 4 .
- the first sheet metal part 3 and the second sheet metal parts 4 are welded to one another longitudinally along their lateral end faces in relation to a longitudinal axis 8 of the stamped grid 1, with the first sheet metal part 3 being arranged in the middle and a second sheet metal part 4 being arranged on the outside - as follows So an arrangement of second sheet metal part 4-first sheet metal part 3-second sheet metal part 4.
- the stamped grid 1 forms four power terminals 6 and four signal terminals 7 , the power terminals 6 being formed in the area of the first sheet metal part 3 and the signal terminals 7 being formed in the area of the second sheet metal part 4 .
- the first sheet metal part 3 consists of copper with a thickness of 0.8 mm without a coating. This results in an improvement in performance on both the electrical and thermal levels.
- the second sheet metal part 4 consists of a copper alloy, namely CuSn6, with a thickness of 0.64 mm and tinning over a nickel barrier layer. Choosing a thickness of 0.64 mm results in a design that is optimized in terms of installation space and costs.
- the circuit carrier 5 includes electronic components such as electronic switching elements, sensors and passive electronic components.
- the circuit carrier 5 is electrically connected to the lead frame 1 via the power connections 6 and the signal connections 7 .
- the connections 6 , 7 are each designed as a press-fit contact in the stamped grid 1 .
- the circuit carrier 5 is fixedly arranged on the pressed screen 1 .
- the circuit carrier 5, some of the power connections 6 and some of the signal connections 7 are coated with a polymer compound, namely a plastic compound.
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Abstract
Stanzgitter (1) für eine Leistungsmodul (2), wobei das Stanzgitter (1) aus einem Blech gefertigt ist, das sich aus zumindest zwei Blechteilen, nämlich zumindest einem ersten Blechteil (3) und zumindest einem zweiten Blechteil (4), zusammensetzt, die mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens miteinander fest verbunden sind, wobei das erste Blechteil (3) zumindest teilweise aus einem ersten Werkstoff und das zweite Blechteil (4) zumindest teilweise aus einem sich von dem ersten Werkstoff in seiner Zusammensetzung unterscheidenden zweiten Werkstoff besteht sowie Leistungsmodul (2) umfassend ein solches Stanzgitter (1).
Description
Stanzqitter und Leistunqsmodul umfassend ein solches
Stanzqitter
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stanzgitter für ein Leistungsmodul, wobei das Stanzgitter aus einem Blech gefertigt ist, das sich aus zumindest zwei Blech teilen, nämlich zumindest einem ersten Blechteil und zumindest einem zweiten Blechteil, zusammensetzt, die mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens fest miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Leistungsmodul umfassend ein solches Stanzgitter.
Stand der Technik
Im Bereich der Leistungselektronik dienen Stanzgitter als Verbindungsstrukturen elektronischer bzw. elektrischer Bauteile, wie beispielsweise von Schaltungsträ gern, integrierte Schaltungen, Sensoren, Widerständen, Kondensatoren etc.
Im Allgemeinen weisen Leistungsmodule zur elektrischen Kontaktierung Signalan schlüsse und Leistungsanschlüsse auf. Für die Darstellung einer Steck- oder Pressfitkontaktierung zwischen den Signalanschlüssen des Stanzgitters und einer elektronischen Komponente, wie beispielsweise einem Schaltungsträger, werden bestimmte mechanische Eigenschaften des Stanzgitters benötigt. Diese Eigen schaften werden durch den Einsatz spezieller Legierungen, insbesondere Kupfer- Legierungen, erzielt. Da das Stanzgitter in der Regel aus einem einzigen Blech hergestellt wird, sind in diesem Fall nicht nur die Signalanschlüsse, sondern
unweigerlich auch die Leistungsanschlüsse des Stanzgitters aus dieser speziellen Legierung gefertigt. Gegenüber dem ansonsten im Bereich der Leistungsan schlüsse verwendbaren reinen Kupfer werden so bei den Leistungsanschlüssen höhere spezifische Widerstände und weiterhin zum Beispiel Einschränkungen in der Materialstärke in Kauf genommen. Dies führt zu erhöhten elektrischen Verlus ten, einem hohen Materialeinsatz von teuren Legierungen und somit zu erhöhten Kosten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Stanzgitter für elektronische Anwendungen anzugeben. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Leistungsmodul mit zumindest einem Schaltungsträger und ei nem Stanzgitter anzugeben.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Stanzgitter findet insbesondere in einem Leistungsmodul Verwendung.
Das Stanzgitter ist entsprechend der vorliegenden Erfindung aus einem Blech gefertigt, das sich aus zumindest zwei Blechteilen, nämlich zumindest einem ers ten Blechteil und zumindest einem zweiten Blechteil, zusammensetzt, die mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens miteinander fest verbunden sind. Unter einem stoffschlüssigen Fügeverfahren ist in diesem Zusammenhang beispielswei se Schweißen, Löten, Kleben etc. zu verstehen.
Erfindungsgemäß ist das erste Blechteil zumindest teilweise aus einem ersten
Werkstoff und das zweite Blechteil zumindest teilweise aus einem sich von dem ersten Werkstoff in seiner Zusammensetzung unterscheidenden zweiten Werkstoff gefertigt.
Das erste Blechteil und das zweite Blechteil können unterschiedlich dick ausge führt sein.
Das erste Blechteil besteht bevorzugt aus Kupfer. Das zweite Blechteil besteht bevorzugt aus einer Kupfer-Legierung, wie beispielsweise CuSn4, CuSns, CuSn6, CuNiSi, CuCrAgFeTiSi, CuNiaSiiMg. Alternativ kann das zweite Blechteil auch aus Aluminium gefertigt sein. Derart lassen sich insbesondere die Leistungsanschlüs se des Moduls an Komponenten aus Aluminium anbinden.
Vorzugsweise sind das erste Blechteil und das zweite Blechteil in Bezug auf eine Längsachse des Stanzgitters längs einer ihrer seitlichen Stirnseiten miteinander stoffschlüssig verbunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung bildet das Stanzgitter zumindest einen Leistungsanschluss sowie zumindest einen Signalanschluss aus, wobei der Leistungsanschluss im Bereich des ersten Blech teils ausgebildet ist und wobei der Signalanschluss im Bereich des zweiten Blech teils ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Leistungsmodul umfasst zumindest einen Schaltungsträ ger sowie ein Stanzgitter das zumindest einen Leistungsanschluss sowie zumin dest einen Signalanschluss ausbildet, wobei der Leistungsanschluss im Bereich des ersten Blechteils ausgebildet ist und wobei der Signalanschluss im Bereich des zweiten Blechteils ausgebildet ist. Der Schaltungsträger kann in diesem Zu sammenhang als separates Bauteil aber auch als integratives Teil des Stanzgitters verstanden werden.
Erfindungsgemäß ist der Schaltungsträger über den Leistungsanschluss und den Signalanschluss elektrisch mit dem Stanzgitter verbunden.
Bevorzugt sind der Leistungsanschluss und der Signalanschluss jeweils als eine Steck- oder Pressfitkontaktierung in dem Stanzgitter ausgeführt.
Über die Ausbildung des erfindungsgemäßen Stanzgitters können unterschiedli che Materialeigenschaften in einem Bauteil kombiniert werden.
So ergeben sich in einer elektronischen Anordnung niedrigere Verlustleistung und Temperaturen, was sich wiederum positiv auf die Lebensdauer auswirkt, an den Leistungsanschlüssen. Weiterhin kann die Wahl der Materialstärken zwischen Signal- und Leistungsanschlüssen frei, also unabhängig voneinander, getroffen werden. Darüber hinaus wird der Materialeinsatz an hochfesten Legierungen re duziert, was zu einer Kosteneinsparung führt. Weiterhin kann der Bauraum für die Kontaktierung der Signalanschlüsse reduziert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls in einer Draufsicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Draufsicht eines beispielhaften Leistungsmoduls 2 schematisch- dargestellt.
Das Leistungsmodul 2 weist einen Schaltungsträger 5 und ein Stanzgitter 1 auf.
Das Stanzgitter 1 ist aus einem Blech gefertigt, das sich aus drei Blechteilen, nämlich einem ersten Blechteil 3 und zwei zweiten Blechteilen 4, zusammensetzt. Das erste Blechteil 3 und die zweiten Blechteile 4 sind in Bezug auf eine Längs achse 8 des Stanzgitters 1 längs entlang ihrer seitlichen Stirnseiten miteinander verschweißt, wobei das erste Blechteil 3 in der Mitte und jeweils ein zweites Blech teil 4 außenliegend angeordnet sind - es ergibt sich also eine Anordnung zweites Blechteil 4-erstes Blechteil 3-zweites Blechteil 4.
Das Stanzgitter 1 bildet vier Leistungsanschlüsse 6 sowie vier Signalanschlüsse 7 aus, wobei die Leistungsanschlüsse 6 im Bereich des ersten Blechteils 3 und die Signalanschlüsse 7 im Bereich des zweiten Blechteils 4 ausgebildet sind.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das erste Blechteil 3 aus Kupfer mit einer Dicke von 0,8 mm ohne Beschichtung. Daraus ergibt sich sowohl auf elektrischer wie auch thermischer Ebene eine Leistungsverbesserung. Das zweite Blechteil 4 besteht aus eine Kupfer-Legierung, nämlich CuSn6, mit einer Dicke von 0,64 mm und einer Verzinnung über einer Nickelsperrschicht. Aus der Wahl einer Dicke von 0,64 mm ergibt sich ein hinsichtlich Bauraum und Kosten optimier ter Aufbau.
Der Schaltungsträger 5 umfasst elektronische Komponenten, wie beispielsweise elektronische Schaltelemente, Sensoren sowie passive elektronische Bauteile.
Der Schaltungsträger 5 ist über die Leistungsanschlüsse 6 und die Signalan schlüsse 7 elektrisch mit dem Stanzgitter 1 verbunden. Die Anschlüsse 6, 7 sind jeweils als eine Pressfitkontaktierung in dem Stanzgitter 1 ausgeführt. Der Schal- tungsträger 5 ist fest auf dem Stanzgitter 1 angeordnet.
Der Schaltungsträger 5, teilweise die Leistungsanschlüsse 6 sowie teilweise die Signalanschlüsse 7 sind von einer Polymermasse, nämlich einer Kunststoffmasse, umspritzt.
Bezuqszeichenliste
1 Stanzgitter 2 Leistungsmodul
3 Erstes Blech
4 Zweites Blech
5 Schaltungsträger
6 Leistungsanschluss 7 Signalanschluss
8 Längsachse (des Stanzgitters)
Claims
1. Stanzgitter (1 ) für ein Leistungsmodul (2), wobei das Stanzgitter (1 ) aus einem Blech gefertigt ist, das sich aus zumindest zwei Blechteilen, nämlich zumindest einem ersten Blechteil (3) und zumindest einem zweiten Blech teil (4), zusammensetzt, die mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens miteinander fest verbunden sind, wobei das erste Blechteil (3) zumindest teilweise aus einem ersten Werkstoff und das zweite Blechteil (4) zumindest teilweise aus einem sich von dem ersten Werkstoff in seiner Zusammenset zung unterscheidenden zweiten Werkstoff besteht.
2. Stanzgitter (1 ) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Blechteil (3) und das zweite Blechteil (4) unterschiedlich dick ausgeführt sind.
3. Stanzgitter (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Blechteil (3) aus Kupfer besteht.
4. Stanzgitter (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zweite Blechteil (4) aus einer Kupfer-Legierung besteht.
5. Stanzgitter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Blechteil (3) und das zweite Blechteil (4) in Bezug auf eine Längsachse (8) des Stanzgitters (1) längs ihrer Stirnseiten miteinander stoffschlüssig ver bunden sind.
6. Stanzgitter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Stanzgitter (1) zumindest einen Leistungsanschluss (6) sowie zumindest einen Sig- nalanschluss (7) ausbildet, wobei der Leistungsanschluss (6) im Bereich des ersten Blechteils (3) ausgebildet ist und wobei der Signalanschluss (7) im Bereich des zweiten Blechteils (4) ausgebildet ist.
7. Leistungsmodul (2) umfassend zumindest einen Schaltungsträger (5) sowie ein Stanzgitter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schal tungsträger (5) überden Leistungsanschluss (6) und den Signalanschluss (7) elektrisch mit dem Stanzgitter (1) verbunden ist.
8. Leistungsmodul (2) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leistungs anschluss (6) und der Signalanschluss (7) jeweils als eine Steck- oder Pressfitkontaktierung ausgebildet sind.
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