DE102013213448A1 - Elektronikbaugruppe mit Leistungshalbleiter - Google Patents

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Abstract

Elektronikbaugruppe (1), aufweisend ein Substrat (2), mindestens einen an dem Substrat (2) angebrachten Leistungshalbleiter (7), mindestens einen mit dem Substrat (2) thermisch verbundenen Kühlkörper (6) und mindestens einen Temperatursensor (14), wobei der mindestens eine Temperatursensor (14) einen ersten Wärmewiderstand zu mindestens einem abzufühlenden Leistungshalbleiter (7) aufweist, welcher geringer ist als ein zweiter Wärmewiderstand zu dem Kühlkörper (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe, aufweisend ein Substrat, mindestens einen an dem Substrat angebrachten Leistungshalbleiter, mindestens einen mit dem Substrat thermisch verbundenen Kühlkörper und mindestens einen Temperatursensor.
  • Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar für elektrisch betriebene Fahrzeuge, z.B. für Elektrofahrzeuge oder Fahrzeuge auf der Basis von Hybridtechnik. Die Erfindung ist auch besonders vorteilhaft anwendbar in der Bahntechnik, beispielsweise für Unterflurwägen, oder der Luft- und Raumfahrt. Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar bei Verwendung mit einer Leistungselektronik mit schnell (d.h., im Bereich einer thermischen Zeitkonstanten) schwankender Last. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei der Windenergienutzung, z.B. mit Windkrafträdern, insbesondere für Umrichter in Windkrafträdern
  • Eine Temperatur bzw. ein Temperaturwert eines Leistungshalbleiters einer Elektronikbaugruppe der betreffenden Art wird bisher so gemessen, dass der Temperatursensor direkt an dem Kühlkörper oder an einem als Substrat dienenden Schaltungsträger angebracht ist. Der dort abgefühlte Temperaturwert wird als repräsentativ für einen Temperaturwert des mindestens einen Leistungshalbleiters angesehen. Nachteilig hierbei ist, dass ein Temperaturanstieg des mindestens einen Leistungshalbleiters aufgrund der Wärmewiderstände und Wärmekapazitäten zwischen dem Leistungshalbleiter, dem Kühlkörper und dem Temperatursensor nur verzögert und verringert von dem Temperatursensor aufgenommen wird. Ist der Wärmewiderstand von dem Temperatursensor zu dem Kühlkörper wesentlich geringer als zu dem abzufühlenden Leistungshalbleiter, kann der gemessene Temperaturwert auch in einem eingeschwungenen Zustand verfälscht werden. Dies gilt insbesondere bei einer Anbringung des Temperatursensors an dem Kühlkörper. Die zeitliche Verzögerung und Verringerung kann so groß sein, dass bei einem unerwarteten Ausfall der Kühlung der Leistungshalbleiter gefährdet ist oder er im Normalbetrieb nicht optimal ausgelastet werden kann.
  • Zum Aufbau von modernen Elektronikbaugruppen ist beispielsweise die sog. „SKiN"-Technologie der Fa. Semikron bekannt, wie sie beispielsweise offenbart ist in: elektronik, Mai 2011, „Einen Schritt voraus sein: Aufbau- und Verbindungstechnik optimiert Leistungselektronik", in Power Electronics Europe, ISSUE 5 – July/August 2011, „POWER MODULES: Power Electronics Packaging Revolution Without Bond Wires, Solder and Thermal Paste", oder in KEM, Oktober 2011, „Leistungselektronik: Aufbau- und Verbindungstechnik ohne Lot und Bonddraht: Klassik und Evolution".
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verzögerungsärmere und/oder verlässlichere Temperaturmessung von Leistungshalbleitern auf einfache und preiswerte Weise bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Elektronikbaugruppe, aufweisend ein Substrat, mindestens einen an dem Substrat angebrachten Leistungshalbleiter, mindestens einen mit dem Substrat thermisch verbundenen Kühlkörper und mindestens einen Temperatursensor, wobei der mindestens eine Temperatursensor einen ersten Wärmewiderstand zu mindestens einem abzufühlenden Leistungshalbleiter aufweist, welcher geringer ist als ein zweiter Wärmewiderstand zu dem Kühlkörper.
  • Dadurch ist der mindestens eine Temperatursensor thermisch signifikant stärker mit dem mindestens einen Leistungshalbleiter gekoppelt als mit dem Kühlkörper. Der bisher vorliegende störende Einfluss des Kühlkörpers auf die Temperaturmessung des Temperatursensors kann auf ein geringes Maß reduziert werden. Dadurch ist eine Temperaturänderung des Leistungshalbleiters schneller und verlässlicher durch den mindestens einen Temperatursensor feststellbar.
  • Die Temperatur des Temperatursensors weicht (im eingeschwungenen Zustand seiner eigenen Wärmekapazität) entsprechend dem Verhältnis des ersten Wärmewiderstands zwischen dem Leistungshalbleiter und dem Temperatursensor zu dem zweiten Wärmewiderstand zwischen dem Temperatursensor und dem Kühlkörper von der Temperatur des Leistungshalbleiters ab. Je geringer das Verhältnis ist, desto geringer ist der Messfehler. Typischerweise weist der mindestens eine Kühlkörper eine erhebliche Wärmekapazität auf. Daraus folgt, dass die Temperatur des Kühlkörpers später einschwingt als die des Leistungshalbleiters. Während dieser Zeit ist die Temperaturdifferenz zwischen Leistungshalbleiter und Kühlkörper entsprechend größer.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass das Substrat eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist und der mindestens eine Leistungshalbleiter an der Vorderseite angebracht ist.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Kühlkörper mit der Rückseite thermisch verbunden ist und der mindestens eine Temperatursensor in einem Bereich der Vorderseite des Substrats angeordnet ist.
  • Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass der erste Wärmewiderstand nicht größer ist als der zweite Wärmewiderstand Insbesondere mag der erste Wärmewiderstand zumindest ungefähr so groß sein wie der zweite Wärmewiderstand, aber nicht signifikant größer. In diesem Fall wird die Temperatur-Abweichung bereits halbiert und so sichergestellt, dass der Wärme(ab)fluss von dem Temperatursensor zu dem Kühlkörper den Wärmefluss zwischen dem Temperatursensor und dem zugehörigen mindestens einen abzufühlenden Leistungshalbleiter nicht dominiert.
  • Dieser Vorteil wird noch erheblich ausgeprägter, wenn der erste Wärmewiderstand um mindestens 50% geringer, insbesondere um mindestens 75% geringer, insbesondere um mindestens 90% geringer ist als der zweite Wärmewiderstand. Der Wärmefluss zwischen dem Temperatursensor und dem zugehörigen mindestens einen abzufühlenden Leistungshalbleiter dominiert dann sicher gegenüber dem Wärme(ab)fluss von dem Temperatursensor zu dem Kühlkörper.
  • Mindestens ein Temperatursensor mag insbesondere dazu vorgesehen sein, eine Temperatur eines bestimmten Leistungshalbleiters abzufühlen. Alternativ oder zusätzlich mag mindestens ein Temperatursensor dazu vorgesehen sein, eine „kollektive“, gemittelte Temperatur von zweien oder noch mehr Leistungshalbleitern abzufühlen, z.B. durch eine Anordnung zwischen zwei oder noch mehr Leistungshalbleitern. Mehrere Temperatursensoren mögen insbesondere dazu vorgesehen sein, Temperaturen jeweiliger Leistungshalbleiter und/oder mindestens eine kollektive Temperatur abzufühlen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein Temperatursensor an einem Leistungshalbleiter befestigt ist, ohne das Substrat zu berühren, und zwar in direktem Kontakt zu dem Leistungshalbleiter oder über einen gut wärmeleitenden Kontaktvermittler, insbesondere Haftvermittler wie eine Wärmeleitpaste, eine Wärmeleitfolie, ein Wärmeleitkissen usw. Dadurch wird eine besonders geringe Verzögerung und/oder Abweichung der Temperaturmessung erreicht.
  • Der Kühlkörper mag insbesondere (direkt) an dem Substrat angebracht sein, insbesondere an dessen Rückseite, z.B. mittels eines wärmeleitenden Haftvermittlers oder durch Sintern usw. Der Kühlkörper mag ein dedizierter Kühlkörper mit mindestens einer Kühlstruktur (z.B. Kühlrippen, Kühlstiften usw.) sein oder mag beispielsweise ein wärmeleitfähiger Träger für die Elektronikbaugruppe sein, z.B. ein Gehäuse oder eine andere tragende Unterlage. Der Kühlkörper mag z.B. aus Kupfer, Aluminium oder Keramik bestehen.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Temperatursensor durch eine Platine getrennt direkt oberhalb eines abzufühlenden Leistungshalbleiters angeordnet ist. In anderen Worten sitzt mindestens ein Temperatursensor über eine Platine auf einem Leistungshalbleiter auf. Der mindestens eine Temperatursensor und der mindestens eine Leistungshalbleiter sind an unterschiedlichen Seiten der Platine angeordnet. Mittels der Platine kann erstens eine besonders einfache, auch automatisierbare, Kontaktierung des mindestens einen Leistungshalbleiters und/oder des mindestens einen Temperatursensors erreicht werden. Zweitens kann durch die Platine eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem mindestens einen Leistungshalbleiter und dem mindestens einen Temperatursensor bereitgestellt werden. Die Platine weist hingegen in ihrer typischerweise geringen Dickenerstreckung einen nur geringen Wärmewiderstand auf.
  • Es ist eine Weiterbildung davon, dass die Platine eine mechanisch flexible Platine ist. Dies vereinfacht eine Befestigung der Platine und ermöglicht zudem ohne weiteren Aufwand einen Höhenausgleich zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung von Bauelementen unterschiedlicher Höhe. Insbesondere die mechanisch flexible Platine bzw. deren Grundkörper mag eine Folie sein.
  • Es ist eine zusätzliche oder alternative Ausgestaltung, dass mindestens ein Temperatursensor durch eine Platine getrennt oberhalb und zumindest teilweise neben einem Leistungshalbleiter angeordnet ist. Unter einer Anordnung „neben dem Leistungshalbleiter“ wird insbesondere eine Anordnung seitlich neben dem Leistungshalbleiter verstanden. Der Temperatursensor mag also insbesondere auf der dem Leistungshalbleiter abgewandten Seite der Platine (also „oberhalb“ des Leistungshalbleiters) angeordnet sein, und zudem seitlich so versetzt sein, dass der Temperatursensor den Leistungshalbleiter nur teilweise oder nicht überdeckt. Wird der Leistungshalbleiter nicht von dem Temperatursensor überdeckt, wird die Wärme zumindest überwiegend seitlich durch die Platine übertragen. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil einer vielseitigen Positionierbarkeit des Temperatursensors auf. Sie kann der Temperaturabfühlung eines bestimmten Leistungshalbleiters dienen. Alternativ oder zusätzlich mag ein Temperatursensor zur „kollektiven“ oder gemeinsamen Temperaturabfühlung zwischen zwei oder noch mehr Leistungshalbleitern an der Platine angeordnet sein, z.B. mittig zwischen den Leistungshalbleitern.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Temperatursensor elektrisch an die Platine angeschlossen ist. Dazu mag die Platine an der dem mindestens einen Temperatursensor zugewandten Seite eine Leiterbahnstruktur aufweisen. Diese ist vorzugsweise auf den mindestens einen Temperatursensor abgestimmt, z.B. durch Vorsehen entsprechender Kontaktfelder zum elektrischen und mechanischen Kontaktieren des mindestens einen Temperatursensors. Das Kontaktieren kann beispielsweise durch Aufkleben oder Auflöten geschehen, insbesondere durch Auflöten in einem Reflow-Prozess. Der mindestens eine Temperatursensor mag insbesondere zur Durchführung des Reflow-Prozesses ein oberflächenmontierbares Bauelement („Surface Mounted Device“; SMD) sein. Insbesondere falls der Temperatursensor versetzt zu dem Leistungshalbleiter auf der Platine angeordnet ist (wie z.B. oben beschrieben), kann durch eine geeignete Gestaltung der Leiterbahnen (z.B. breit von dem Temperatursensor bis auf eine Fläche über dem Leistungshalbleiter) der Wärmewiderstand zwischen dem Temperatursensor und dem Leistungshalbleiter weiter verringert werden.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Platine eine doppelseitige Platine ist und der Temperatursensor an der dem Leistungshalbleiter abgewandten Seite der Platine elektrisch angeschlossen ist. Dadurch kann die Platine sowohl zur elektrischen Kontaktierung des mindestens einen Leistungshalbleiters als auch zur Kontaktierung des mindestens einen Temperatursensors verwendet werden. Bevorzugt ist, dass die beiden Seiten, insbesondere deren Leiterbahnstrukturen, der Platine elektrisch voneinander getrennt sind, z.B. durch die Grundplatte der Platine. Dadurch können die beiden Seiten auf unterschiedlichen Spannungsniveaus gehalten werden, z.B. ein Leistungshalbleiter auf einer Hochspannung und ein Temperatursensor auf einer Kleinspannung.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Temperatursensor neben einem davon abzufühlenden Leistungshalbleiter auf der Vorderseite des Substrats wärmeisoliert angeordnet ist und der Temperatursensor mit diesem Leistungshalbleiter über ein Kontaktelement (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „erstes Kontaktelement“ bezeichnet) gut wärmeleitend verbunden ist. Der Leistungshalbleiter und der Wärmesensor sind also insbesondere auf dem gleichen Untergrund, insbesondere dem Substrat, angebracht. In dieser Ausgestaltung werden der mindestens eine Temperatursensor und der mindestens eine Leistungshalbleiter an der gleichen Seite des Substrats angebracht, und zwar seitlich zueinander beabstandet, insbesondere benachbart zueinander. Während der Temperatursensor und der Kühlkörper bei üblicher Befestigung an dem gemeinsamen Substrat darüber in thermischen Kontakt stehen, wird bei der vorliegenden Erfindung durch die wärmeisolierte Befestigung des Temperatursensors eine Beeinflussung durch den Wärmefluss durch das Substrat vermieden. Die Temperaturmessung nutzt bei dieser Ausgestaltung vielmehr die gut wärmeleitende Verbindung über das erste Kontaktelement aus. Soll der Temperatursensor mit diesem Leistungshalbleiter nicht elektrisch verbunden sein und soll das erste Kontaktelement nur als thermisches Kontaktelement oder thermische Brücke verwendet werden, mag zur Herstellung einer elektrischen Verbindung ein weiteres, schwach wärmeleitendes elektrisches Kontaktelement vorgesehen sein.
  • Es ist eine Ausgestaltung davon, dass der Temperatursensor mit diesem Leistungshalbleiter über das erste Kontaktelement wärmeleitend und elektrisch verbunden ist. Diese Nutzung des ersten Kontaktelements sowohl als Wärmebrücke als auch als elektrisches Kontaktelement ermöglicht eine Einsparung eines dedizierten elektrischen Kontaktelements und ist herstellungstechnisch vorteilhaft.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Temperatursensor mittels eines zweiten Kontaktelements, das nicht mit diesem Leistungshalbleiter verbunden ist, elektrisch anschließbar ist, wobei das zweite Kontaktelement einen signifikant höheren Wärmewiderstand bzw. eine wesentlich schlechtere Wärmeleitung aufweist als das erste Kontaktelement. Das erste Kontaktelement und/oder das zweite Kontaktelement mag bzw. mögen insbesondere aus Metall bestehen, z.B. aus gleichem Metall oder aus unterschiedlichem Metall mit einer unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit.
  • Es ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltung davon, dass das erste Kontaktelement ein vergleichsweise kurzer Bonddraht ist und das zweite Kontaktelement ein vergleichsweise langer Bonddraht ist. Dies ist eine insbesondere bei ansonsten gleicher Ausgestaltung (z.B. bei gleicher Querschnittsfläche und gleichem Material) besonders leicht umsetzbare Ausgestaltung, da die Bonddrähte nur mit unterschiedlicher Länge konfektioniert zu werden brauchen.
  • Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass das erste Kontaktelement ein vergleichsweise dicker Bonddraht ist und das zweite Kontaktelement ein vergleichsweise dünner Bonddraht ist. So kann ein signifikant höherer Wärmewiderstand des zweiten Kontaktelements auch bei großer Länge des ersten Kontaktelements erreicht werden.
  • Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Substrat ein DBC („Direct Bonded Copper“)-Substrat oder ein IMS („Insulated Metal Substrate“)-Substrat ist. Diese Substrate weisen den Vorteil auf, dass sie weitaus wärmeleitfähiger sind als herkömmliche Substrate, z.B. mit einer Grundplatte aus FR4. Ein solches Substrat ist folglich besonders geeignet zur Verwendung mit Leistungshalbleitern.
  • Die Art des Temperatursensors ist grundsätzlich nicht beschränkt und kann z.B. Kaltleiter, Widerstandsthermometer (z.B. aus Platin wie PT100), Thermoelemente usw. umfassen. Der Temperatursensor mag allgemein ein Kontakt-Temperatursensor sein, welcher eine Temperatur eines Materialvolumens durch Kontakt damit abfühlen kann. Es ist eine bevorzugte Ausgestaltung, dass mindestens ein Temperatursensor ein Heißleiter ist, insbesondere ein Thermistor.
  • Die Leistungshalbleiter können z.B. Leistungsdioden, Thyristoren, Triacs, Leistungs-MOSFETs und/oder IGBT-Bauteile sein.
  • Die Elektronikbaugruppe kann insbesondere einen herkömmlichen Grundaufbau, einen SKiN-Aufbau oder einem sog. SiPLIT (Siemens Planar Interconnect Technology)-Aufbau aufweisen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
  • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Elektronikbaugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Elektronikbaugruppe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Elektronikbaugruppe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Die Elektronikbaugruppe 1 weist ein Substrat in Form eines plattenförmigen DBC-Substrats 2 auf. Das DBC-Substrat 2 weist insbesondere eine plattenförmige keramische Mittenlage 3 auf, an welcher vorderseitig eine strukturierte Kupferlage 4 angebracht ist, z.B. durch Sintern. Rückseitig ist an der keramischen Mittenlage 3 eine großflächige Kupferlage 5 angebracht, z.B. durch Sintern. An seiner Rückseite 16 und damit an der großflächigen Kupferlage 5 ist das DBC-Substrat 2 flächig mit einer Wärmesenke oder einem Kühlkörper 6 verbunden.
  • Vorderseitig, d.h. auf der strukturierten Kupferlage 4, sind mehrere Leistungshalbleiter 7 angeordnet, insbesondere mechanisch und elektrisch damit verbunden, z.B. durch Sintern oder Verlöten. Die Leistungshalbleiter 7 können z.B. IGBTs sein. Die Leistungshalbleiter 7 sind an ihrer dem DBC-Substrat 2 abgewandten Vorderseite 8 von einer gemeinsamen flexiblen Platine 9 bedeckt.
  • Die flexible Platine 9 weist eine flexible, elektrisch isolierende Folie 10 auf, die doppelseitig mit Leiterbahnenstrukturen 11, 12 versehen ist. Die den Leistungshalbleitern 7 zugewandte, untere Leiterbahnenstruktur 11 dient einer elektrischen Kontaktierung der Leistungshalbleiter 7 und ggf. weiterer davon belegter Bauelemente (o. Abb.), bevorzugt einschließlich Verbindungen direkt zur der Vorderseite 15 des DBC-Substrats 2. An der den Leistungshalbleitern 7 abgewandten, oberen Seite 13 der flexiblen Platine 9 mit der zugehörigen oberen Leiterbahnenstruktur 12 ist ein Temperatursensor in Form eines oberflächenmontierbaren Heißleiters oder NTC-Bauelements 14 angeordnet. Das NTC-Bauelement 14 ist also in einem Bereich einer Vorderseite 15 des DBC-Substrats 2 abgeordnet, insbesondere oberhalb beabstandet zu dieser Vorderseite 15.
  • Das NTC-Bauelement 14 ist hier ein reflowfähiges Bauelement, welches zwei elektrische und thermische Kontakte 14a aufweist. Das NTC-Bauelement 14 kontaktiert die flexible Platine 9 direkt oberhalb eines der Leistungshalbleiter 7 und ist folglich davon nur durch die beiden (in ihrer Dickenrichtung gut wärmeleitfähigen) Leiterbahnenstrukturen 11, 12 sowie die in ihrer Dickenrichtung einen nur geringen Wärmewiderstand aufweisende Folie 10 der flexiblen Platine 9 getrennt. Dadurch kann eine Temperatur T bzw. eine Temperaturänderung an diesem Leistungshalbleiter 7 mit einer geringen, insbesondere mit einer vernachlässigbar geringen, Zeitverzögerung von dem NTC-Bauelement 14 abgefühlt werden.
  • 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Elektronikbaugruppe 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Elektronikbaugruppe 21 weist ebenfalls ein plattenförmiges DBC-Substrat 2 auf, das aber nun über eine gut wärmeleitende, z.B. keramische oder metallische, Grundplatte 22 mit dem Kühlkörper 6 verbunden ist. Die Grundplatte 22 mag z.B. eine metallische oder keramische Platte sein, die als Wärmespreizkörper dient.
  • Vorderseitig ist ein NTC-Bauelement 23 nun auf der gleichen strukturierten Kupferlage 4 aufgebracht wie ein Leistungshalbleiter 7, und zwar beabstandet neben dem bzw. seitlich zu dem Leistungshalbleiter 7. Das NTC-Bauelement 23 ist also auch hier in einem Bereich einer Vorderseite des DBC-Substrats 2 abgeordnet. Das NTC-Bauelement 23 mag z.B. dem NTC-Bauelement 14 entsprechen.
  • Das NTC-Bauelement 23 weist elektrische Kontakte 24 auf, die auch von der dem DBC-Substrat 2 abgewandten Seite zugänglich sind. Das NTC-Bauelement 23 ist mit der strukturierten Kupferlage 4 wärmeisoliert verbunden, z.B. über ein wärmeisolierendes Haftmittel 25. Dies verhindert einen parasitären Wärmefluss von dem NTC-Bauelement 23 durch das DBC-Substrat 2 zu dem Kühlkörper 6. Der Wärmeübertrag von dem Leistungshalbleiter 7 zu dem NTC-Bauelement 23 wird vielmehr mittels eines ersten Kontaktelements in Form eines kurzen Bonddrahts 26, z.B. aus Kupfer, erreicht.
  • Der kurze Bonddraht 26 ist sowohl an dem Leistungshalbleiter 7 als auch an dem NTC-Bauelement 23 befestigt. Der kurze Bonddraht 26 mag insbesondere auch als ein elektrisches Leitungselement dienen. Bevorzugt wird dabei, dass der kurze Bonddraht 26 auf dem negativen Hochspannungsniveau liegt.
  • Der andere elektrische Kontakt 24 des NTC-Bauelements 23 kann z.B. direkt oder indirekt mit einer zugehörigen Auswerteeinrichtung (o. Abb.) verbunden sein. Dies geschieht hier mittels eines langen Bonddrahts 27, z.B. aus Kupfer, welcher wegen seiner größeren Länge einen signifikant höheren Wärmewiderstand aufweist als der kurze Bonddraht 26. Durch den höheren Wärmewiderstand des langen Bonddrahts 27 wird eine thermische Beeinflussung des NTC-Bauelements 23 darüber verringert und mag sogar praktisch verhindert werden. Seine Nutzung als elektrischer Leiter wird hingegen nicht merklich behindert.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Allgemein umfasst die Erfindung die Reduzierung einer Beeinflussung einer Temperaturmessung eines Leistungshalbleiters durch einen oder mehrere Kühlkörper bzw. Wärmesenken.
  • Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
  • Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • „POWER MODULES: Power Electronics Packaging Revolution Without Bond Wires, Solder and Thermal Paste“, oder in KEM, Oktober 2011, „Leistungselektronik: Aufbau- und Verbindungstechnik ohne Lot und Bonddraht: Klassik und Evolution“ [0004]

Claims (12)

  1. Elektronikbaugruppe (1; 21), aufweisend – ein Substrat (2), – mindestens einen an dem Substrat (2) angebrachten Leistungshalbleiter (7), – mindestens einen mit dem Substrat (2) thermisch verbundenen Kühlkörper (6) und – mindestens einen Temperatursensor (14; 23), wobei – der mindestens eine Temperatursensor (14; 23) einen ersten Wärmewiderstand zu mindestens einem abzufühlenden Leistungshalbleiter (7) aufweist, welcher geringer ist als ein zweiter Wärmewiderstand zu dem Kühlkörper (6).
  2. Elektronikbaugruppe (1) nach Anspruch 1, wobei – das Substrat (2) eine Vorderseite (15) und eine Rückseite (16) aufweist, – der mindestens eine Leistungshalbleiter (7) an der Vorderseite (15) angebracht ist, – der mindestens eine Kühlkörper (6) mit der Rückseite (16) thermisch verbunden ist und – der mindestens eine Temperatursensor (14; 23) in einem Bereich einer Vorderseite (15) des Substrats (2) angeordnet ist.
  3. Elektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der erste Wärmewiderstand nicht größer ist als der zweite Wärmewiderstand, der erste Wärmewiderstand insbesondere um mindestens 50% geringer ist, insbesondere um mindestens 75% geringer, insbesondere um mindestens 90% geringer, als der zweite Wärmewiderstand.
  4. Elektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens ein Temperatursensor (14) durch eine flexible Platine (9) getrennt direkt oberhalb eines abzufühlenden Leistungshalbleiters (7) angeordnet ist.
  5. Elektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens ein Temperatursensor (14) durch eine flexible Platine (9) getrennt oberhalb und zumindest teilweise neben einem abzufühlenden Leistungshalbleiter (7) angeordnet ist.
  6. Elektronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Temperatursensor (14) elektrisch an die Platine (9, 12) angeschlossen ist.
  7. Elektronikbaugruppe (1) nach Anspruch 6, wobei die Platine (9) eine doppelseitige Platine ist und der Temperatursensor (14) elektrisch an der dem Leistungshalbleiter (7) abgewandten Seite (13) der Platine (9, 12) elektrisch angeschlossen ist.
  8. Elektronikbaugruppe (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – mindestens ein Temperatursensor (23) neben einem davon abzufühlenden Leistungshalbleiter (7) auf der Vorderseite des Substrats (2) wärmeisoliert angeordnet ist, – der Temperatursensor (23) mit diesem Leistungshalbleiter (7) über ein erstes Kontaktelement (26) gut wärmeleitend verbunden ist.
  9. Elektronikbaugruppe (21) nach Anspruch 8, wobei der Temperatursensor (23) mit diesem Leistungshalbleiter (7) über das erste Kontaktelement (26) wärmeleitend und elektrisch verbunden ist und der Temperatursensor (23) mittels eines zweiten Kontaktelements (27), das nicht mit diesem Leistungshalbleiter (7) verbunden ist, elektrisch anschließbar ist, wobei das zweite Kontaktelement (27) einen höheren Wärmewiderstand aufweist als das erste Kontaktelement (26).
  10. Elektronikbaugruppe (21) nach Anspruch 9, wobei das erste Kontaktelement (26) ein vergleichsweise kurzer Bonddraht ist und das zweite Kontaktelement (27) ein vergleichsweise langer Bonddraht ist.
  11. Elektronikbaugruppe (1; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (2) ein DBC-Substrat oder ein IMS-Substrat ist.
  12. Elektronikbaugruppe (1; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Temperatursensor (14; 23) ein Heißleiter ist.
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