DE102015111204B4 - Leistungselektronisches Modul mit Lastanschlusselementen - Google Patents

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Abstract

Leistungselektronisches Modul (1) mit einer Grundplatte (4, 400, 402), mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger (5, 500, 502, 504) der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte (4) elektrisch isolierten, Leiterbahnen (52) aufweist, wobei auf einer dieser Leiterbahnen (52) ein Leistungshalbleiterbauelement (6) angeordnet ist, und mit einem Lastanschlusselement (7), wobei die Grundplatte (4) eine durchgehende erste Ausnehmung (48) und der Schaltungsträger (5) eine durchgehende zweite Ausnehmung (58) aufweist, wobei die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) zueinander fluchtend angeordnet sind, wobei das Lastanschlusselement (7, 700, 702) eine erste Kontakteinrichtung (72), die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche (530) der der Grundplatte (4) abgewandten Seite der Leiterbahn (52) befindet, eine zweite Kontakteinrichtung (76) zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers (5) und einen durch die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) hindurchreichenden Verbindungsabschnitt (74) zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (72, 76) aufweist und wobei um den Verbindungsabschnitt (74) des Lastanschlusselements (7), diesen umschließend ein Stromsensor (9) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein leistungselektronisches Modul mit einer Grundplatte, einem Gehäuse sowie Lastanschlusselementen, die bevorzugt auch als Steckkontakte ausgeführt sein können.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der DE 10 2004 025 609 A1 ist eine Anordnung in Schraub- Druckkontaktierung mit einer Leiterplatte und einem Leistungshalbleitermodul bekannt. Die Leiterplatte weist ein isolierendes Substrat mit darauf angeordneten Leiterbahnen auf. Das Leistungshalbleitermodul weist ein isolierendes Kunststoffgehäuse, ein hierin angeordnetes Substrat mit Leiterbahnen und hierauf angeordneten und schaltungsgerecht verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen auf. Weiterhin weist das Leistungshalbleitermodul Leistungs- und Hilfsanschlüsse wie Gate-, Hilfsemitter- oder Sensoranschlüsse auf. Die Leistungsanschlüsse sind hierbei als Schraubanschlüsse ausgebildet und die Hilfsanschlüsse sind druckkontaktiert mit Kontaktfedern ausgebildet. Die Schrauben der Schraubkontaktierung der Leistungsanschlüsse reichen durch Ausnehmungen der Leiterplatte hindurch und bilden die Druckeinleitung für die Hilfsanschlüsse. Wie hier dargestellt und im übrigen fachüblich reichen die Lastanschlüsse seitlich oder an der Oberseite durch das Gehäuse, fachüblich ein Kunststoffgehäuse, des Leistungshalbleitermoduls hindurch.
  • Aus der DE 199 00 603 A1 ist ein elektronisches Halbleitermodul bekannt, welches ein Trägersubstrat mit einer elektrisch isolierenden Schicht, einer auf der Oberseite der isolierenden Schicht angeordneten Metallschicht, in der durch Strukturieren Leiterbahnen ausgebildet sind, und einen auf die Unterseite der isolierenden Schicht aufgebrachten metallischen Kühlkörper sowie wenigstens ein auf dem Trägersubstrat angeordnetes Halbleiterbauelement aufweist. Die elektrisch isolierende Schicht ist mit wenigstens einer Aussparung versehen, weiterhin ist wenigstens eine auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberseite des Halbleiterbaulementes vorgesehene Anschlußfläche mit einem Kontaktelement elektrisch verbunden, welches durch die Aussparung hindurch direkt auf den metallischen Kühlkörper kontaktiert ist.
  • Die US 2005 / 0 087 849 A1 , die DE 198 07 718 A1 und die US 2007 / 0 188 692 A1 offenbare allesamt Durchkontaktierungen durch eine Leiterplatte oder einen Kühlkörper, wobei die jeweiligen Anordnungen zur Schaltung bzw. Verarbeitung kleiner elektrischer Leistungen vorgesehen sind.
  • Die DE 10 2009 024 369 A1 offenbart ein leistungselektronisches System mit einer Umhausung, einer Kühleinrichtung, einer Stromrichterschaltung, einem Kondensator sowie ersten und zweiten internen und externen Verbindungseinrichtungen, wobei die Stromrichterschaltung ein Substrat mit einer Mehrzahl hierauf angeordneter und mittels der ersten internen Verbindungseinrichtung schaltungsgerecht verbundener Leistungshalbleiterbauelemente aufweist. Die erste interne Verbindungseinrichtung ist mit zugeordneten Anschlusselementen der Kondensatoren und zweiten internen Verbindungseinrichtungen verbunden. Die Umhausung umschließt zusammen mit der Kühleinrichtung die Stromrichterschaltung, die Kondensatoren und die internen Verbindungseinrichtungen, wobei der hierbei entstandene Innenraum mittels eines Isolierstoffes gefüllt ist. Weiterhin sind die Öffnungen an denen die ersten und zweiten Verbindungseinrichtungen die Umhausung oder die Kühleinrichtung durchdringen gegen Umwelteinflüsse abgedichtet.
  • In Kenntnis der genannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes leistungselektronisches Modul vorzustellen, wobei die Lastanschlusselemente als Steckkontakte ausgebildet sein können und zudem im Inneren des Leistungshalbleitermoduls zusätzlicher Raum für weitere Komponenten geschaffen werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein leistungselektronisches Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße leistungselektronische Modul ist in einer ersten Alternative ausgebildet mit einer Grundplatte, mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger, der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte elektrisch isolierten, Leiterbahnen ausbildet, wobei auf einer dieser Leiterbahnen ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, und mit einem Lastanschlusselement. Hierbei weist die Grundplatte eine durchgehende erste Ausnehmung und der Schaltungsträger eine durchgehende zweite Ausnehmung auf, wobei die erste und zweite Ausnehmung zueinander fluchtend angeordnet sind. Das Lastanschlusselement weist eine erste Kontakteinrichtung, die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche der der Grundplatte abgewandten Seite der Leiterbahn befindet, eine zweite Kontakteinrichtung zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers und einen durch die erste und zweite Ausnehmung hindurchreichenden Verbindungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung auf.
  • Das erfindungsgemäße leistungselektronische Modul ist in einer zweiten Alternative ausgebildet mit einer Grundplatte, mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger, der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte elektrisch isolierten, Leiterbahnen, wobei auf einer dieser Leiterbahnen ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, mit einer internen Verbindungseinrichtung, die ausgebildet ist als ein Folienverbund einer elektrisch isolierenden und einer in sich strukturierten und Leiterbahnen ausbildenden elektrisch leitenden Folie, und mit einem Lastanschlusselement. Hierbei weist die Grundplatte eine durchgehende erste Ausnehmung und die Verbindungseinrichtung eine durchgehende dritte Ausnehmung aufweist, wobei die erste und dritte Ausnehmung zueinander fluchtend angeordnet sind. Das Lastanschlusselement weist eine erste Kontakteinrichtung, die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche der der Grundplatte abgewandten Seite der Leiterbahn der Verbindungseinrichtung befindet, eine zweite Kontakteinrichtung zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers und einen durch die erste und dritte Ausnehmung hindurchreichenden Verbindungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung auf.
  • Grundsätzlich können bei Vorliegen mehrerer Lastanschlusselemente auch bei genannten Alternativen in einem leistungselektronischen Modul vorhanden sein.
  • Unter einer durchgehenden Ausnehmung soll hier und im Folgenden eine Ausnehmung verstanden werden, die durch einen Gegenstand von einer zur gegenüber liegenden Seite hindurch reicht.
  • Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere das Leistungshalbleitermodul und das Lastanschlusselement, mehrfach in dem jeweiligen erfindungsgemäßen Modul vorhanden sein.
  • Durch die Ausgestaltung des leistungselektronischen Modul gemäß einer der beiden Alternativen ist es einfach möglich die zweite Kontakteinrichtung als Steckverbindung auszubilden. Zudem ist nun sehr einfach möglich im Bauraum oberhalb des Schaltungsträgers weitere Komponenten, insbesondere eine Kondensatoreinrichtung, anzuordnen.
  • Bevorzugt ist es, wenn die Grundplatte als eine Kühleinrichtung, vorzugsweise als eine Luftkühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlfingern oder Kühlfinnen, ausgebildet ist. Alternativ kann, insbesondere bei hohen Leistungen oder einem hohen Integrationsgrad des Schaltungsträger, die Grundplatte auch als Flüssigkeitskühleinrichtung ausgebildet sein. In der einfachsten Ausgestaltung der Grundplatte ist diese dazu ausgebildet auf einer externen Kühleinrichtung angeordnet zu werden.
  • Der Schaltungsträger ist bevorzugt ausgebildet als ein Substrat mit keramischer Isolationseinrichtung, insbesondere als ein AMB- oder ein DCB-Substrat, oder als ein Leadframe, der zur elektrischen Isolation zur Grundplatte eine Isolationsfolie aufweist. Alternativ hierzu kann die Grundplatte und der Schaltungsträger gemeinsam als ein IMS-Substrat ausgebildet sind. Hierbei bilden die Grundplatte und der Schaltungsträger eine integrale Einheit.
  • Das leistungselektronische Modul weist bevorzugt ein auf der Grundplatte angeordnetes ein- oder mehrteiliges, vorzugsweise becherartiges, Gehäuse auf.
  • Insbesondere bevorzugt ist es, wenn eine Isolationseinrichtung zur elektrischen Isolierung des Lastanschlusselements, insbesondere dessen Verbindungsabschnitts, zur Grundplatte im Bereich der ersten Ausnehmung angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt und damit das Lastanschlusselement selbst mittels einer Befestigungseinrichtung zur Grundplatte fixiert. Hierbei kann die Befestigungseinrichtung eine kraftschlüssige Verbindung des ersten Kontaktabschnitts mit der zugeordneten Kontaktfläche der Leiterbahn ausbilden. Vorzugsweise ist die Befestigungseinrichtung als eine Schraube ausgebildet, die auf ein Schraubgewinde des Verbindungsabschnitts des Lastanschlusselements einwirkt. Durch diese Ausgestaltung kann der Schaltungsträger auf die Grundplatte gedrückt werden, wodurch der Wärmeübergang aus dem Schaltungsträger zur Grundplatte wesentlich verbessert wird.
  • Erfindungsgemäß ist um den Verbindungsabschnitt des Lastanschlusselements, diesen vorzugsweise teilweise umschließend, ein Stromsensor angeordnet. Unter teilweise umschließen ist hier insbesondere zu verstehen, dass der Verbindungsabschnitt nicht in seiner gesamten Länge von dem Stromsensor umschlossen wird.
  • Es kann hierbei vorteilhaft sein, wenn der Stromsensor auf der der Grundplatte abgewandten Seite des Schaltungsträgers oder der Verbindungseinrichtung angeordnet ist. Hierzu kann die erste Kontakteinrichtung becherförmig ausgebildet sein, wodurch diese den Stromsensor somit umschließt. Alternativ hierzu kann die erste Kontakteinrichtung jochartig, U-förmig oder bügelförmig ausgebildet ist, wodurch diese den Stromsensor nur teilweise umschließt.
  • Es kann außerdem vorteilhaft sein, wenn der Stromsensor teilweise oder vollständig in einer, vorzugsweise nicht durchgängigen, Erweiterung der ersten Ausnehmung der Grundplatte angeordnet ist.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Erläuterung der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Moduls oder von Teilen hiervon.
    • 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine erste Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls in Explosionsdarstellung.
    • 2 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine zweite Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls.
    • 3 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine dritte Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls.
    • 4 und 5 zeigen Ausgestaltungen der ersten Alternative des leistungselektronischen Moduls jeweils mit einem Stromsensor.
    • 6 und 7 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des Schaltungsträgers eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls.
    • 8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der ersten Alternative des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls.
  • 1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls 1 in Explosionsdarstellung. Dargestellt ist eine Grundplatte 4, hier ausgebildet als eine Luftkühleinrichtung 400 mit einer Mehrzahl von Kühlfinnen. Die Grundplatte 4 weist weiterhin eine durchgehende erste Ausnehmung 48 auf. Diese erste Ausnehmung 48 reicht von einer Hauptfläche auf der ein Schaltungsträger 5 angeordnet ist durch die Grundplatte 4 hindurch. Auf der Hauptfläche, auf der der Schaltungsträger 5 angeordnet ist, ist zusätzlich in fachüblicher Weise eine Wärmeleitpaste 42 vorgesehen.
  • Weiterhin dargestellt ist ein Schaltungsträger 5, hier ausgebildet als ein fachübliches DCB-Substrat 500 mit einem flächigen keramischen Isolierstoffkörper 54 und auf dessen Oberflächen angeordneten metallischen Kaschierungen 52,56. Die der Grundplatte 4 abgewandte metallische Kaschierung ist in sich strukturiert und bildet die Leiterbahnen 52 des Schaltungsträgers 5 aus.
  • Auf den Leiterbahnen 52 des Schaltungsträgers 5 sind, wiederum fachüblich Leistungshalbleiterbauelemente 6 angeordnet und schaltungsgerecht mittels einer internen Verbindungseinrichtung 8 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungseinrichtung 8 ist hier ausgebildet als ein fachüblicher Folienverbund 800 zweier elektrisch leitenden Folien 82, 86, mit einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Folie 84. Die elektrisch leitenden Folien sind in sich strukturiert und bilden eigenen Leiterbahnen 82, 86 der Verbindungseinrichtung 8 aus. Es können, wenn schaltungstechnisch notwendig auf Durchkontaktierungen zwischen den leitenden Folien 82, 86 vorgesehen sein.
  • Weiterhin weist der Schaltungsträger 5 eine zweite durchgehende Ausnehmung 58 auf, die von der Oberfläche der oberen metallischen Kaschierung 52 durch den Isolierstoffkörper 54 zur Oberfläche der zweiten metallischen Kaschierung 56 reicht. Diese zweite Ausnehmung 58 fluchtet mit der ersten Ausnehmung 48 der Grundplatte 4. Hierbei ist es allerdings nicht notwendig, dass beide Ausnehmungen 48, 58 den gleichen Durchmesser aufweisen. Wesentlich ist, dass ein Lastanschlusselement 7 durch beide hindurch reichen kann. Seitlich benachbart zur zweiten Ausnehmung 58 ist eine Kontaktfläche 530 zur elektrischen Verbindung mit einem Lastanschlusselement 7 angeordnet.
  • Dieses Lastanschlusselement 7, 700 ist hier rotationssymmetrisch und im Querschnitt T-förmig ausgebildet und weist eine erste und eine zweite Kontakteinrichtung 72, 76 sowie einen diese verbindenden Verbindungsabschnitt 74 auf. Die erste Kontakteinrichtung 72 befindet sich in elektrisch leitenden Kontakt mit einer Leiterbahn 52 des Schaltungsträgers 5, indem sich die Kontaktfläche 730 der ersten Kontakteinrichtung 72 mit der zugeordneten Kontaktfläche 530 der Leiterbahn 52 in elektrische leitendem Kontakt befindet. Der Verbindungsabschnitt 74 reicht durch die erste und zweite Ausnehmung 48, 58 und somit durch den Schaltungsträger 5 und die Grundplatte 4 hindurch und endet in dem zweiten Kontaktabschnitt 76, der sich auf der dem Schaltungsträger 5 abgewandten Seite der Grundplatte 4 befindet und als Steckkontakt ausgebildet ist.
  • Zur Fixierung des Lastanschlusselements 7 ist weiterhin eine Schraube 742 dargestellt, deren exakte Funktion in der Beschreibung zur 4 erläutert ist.
  • Weiterhin dargestellt ist ein einteiliges becherartiges Gehäuse 3, das mit seitlichen Abschnitten auf der Grundplatte 4 aufliegt, wodurch der Schaltungsträger 5 im Inneren des leistungselektronischen Moduls 1 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 weist weiterhin eine Ausnehmung 30 für ein als Federkontakt 32 ausgebildetes Hilfsanschlusselement, das beispielhaft Sensorsignale überträgt, auf.
  • 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls 1, die im Wesentlichen analog derjenigen gemäß 1 ist. Der wesentliche Unterschied besteht in der Ausgestaltung des Schaltungsträgers 5 und der davon grundsätzlich unabhängigen unterschiedlichen Ausgestaltung der internen Verbindungseinrichtung 8.
  • Der Schaltungsträger 5 ist hier ausgebildet als ein Leadframe 502, also als ein dünner flächiger und in sich strukturierter Metallformkörper, der durch diese Strukturierung einzelne Leiterbahnen 52 ausbildet. Zur elektrischen Isolation insbesondere zur Grundplatte ist eine, im Wesentlichen unstrukturierte, Isolationsfolie 54 zwischen der Grundplatte 4 und den Leiterbahnen 52 angeordnet. Eine dieser Leiterbahnen 52 und somit auch die Isolationsfolie 54 weist eine zweite Ausnehmung 58, diejenige des Schaltungsträgers 5 auf. Diese zweite Ausnehmung 58 fluchtet wiederum mit der ersten Ausnehmung 48 der Grundplatte 4.
  • Die interne Verbindungseinrichtung 8 ist hier in fachüblicher Weise als Drahtbondverbindung 802 ausgebildet.
  • 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls 2. Hierbei sind wiederum die Grundplatte 4, das Gehäuse 3 und das Lastanschlusselement 6 wie zu 1 beschrieben ausgebildet. Der Schaltungsträger 5 weist eine Isolierkeramik 54 und darauf angeordnete Leiterbahnen 52 auf. Auf diesen Leiterbahnen 52 sind Leistungshalbleiterbauelemente 6 angeordnet und grundsätzlich gleich zu 1 schaltungsgerecht mittels eines Folienverbunds 800 elektrisch leitend verbunden.
  • Dieser Folienverbund 800 dient hier allerdings zusätzlich auch der Verbindung mit dem Lastanschlusselement 7. Hierzu überragt der Folienverbund 800 den Schaltungsträger 5 seitlich. In diesem Bereich, in dem der Folienverbund 800 den Schaltungsträger 5 überragt, dient die elektrisch isolierende Folie 84 der Isolation der ersten, oberen elektrisch leitenden Folie 82 zur Grundplatte 4. Durch diese beiden Folien 82, 84 reicht nun eine durchgehende dritte Ausnehmung 88, fluchten mit der ersten Ausnehmung 48 der Grundplatte 4 zur Anordnung des Lastanschlusselements 7.
  • Die Kontaktfläche 730 der ersten Kontakteinrichtung 72 befindet sich hierbei in elektrisch leitendem Kontakt mit der zugeordneten Kontaktfläche 830 der Leiterbahn 82 der Verbindungseinrichtung 800.
  • 4 und 5 zeigen Ausgestaltungen der ersten Alternative des leistungselektronischen Moduls 1 jeweils mit einem Stromsensor 9. In 4 ist wiederum eine Grundplatte 4 ausgebildet als Luftkühleinrichtung 400 dargestellt. Diese weist die bereits beschriebene durchgehende erste Ausnehmung 48 auf. Der Schaltungsträger 5 ist analog demjenigen zu 3 ausgebildet, während die interne Verbindungseinrichtung 8 analog derjenigen gemäß 2 ausgebildet ist.
  • Zusätzlich dargestellt ist eine Isolationseinrichtung 46 die durch die erste und zweite Ausnehmung 48, 58 hindurchreicht und der elektrischen Isolation des Verbindungsabschnitts 74 des Lastanschlusselements 7 zur Grundplatte 4 dient. Hierbei ist ein gewisser Überlapp der Isolationseinrichtung 46 dargestellt, der zur Sicherstellung notwendiger Isolationsabstände, sog. Luft- und Kriechstrecken, dient.
  • Die erste Kontakteinrichtung 72 des Lastanschlusselements 7 ist hier rotationssymmetrisch und becherartig ausgebildet. Die erste Kontakteinrichtung 72 weist somit einen zylindermantelförmige 730 Kontaktfläche zur zugeordneten Kontaktfläche 530 der Leiterbahn 52 des Schaltungsträgers 5 auf. Von dieser ersten Kontakteinrichtung 72 steht mittig der Verbindungsabschnitt 74 des Lastanschlusselements 7 weg, der durch einen Stromsensor 9 hindurchreicht. Dieser Stromsensor 9 ist somit in der becherartigen ersten Kontakteinrichtung 72 oberhalb des Schaltungsträgers 5 angeordnet. Die notwendigen Anschüsse des Stromsensor 9 werden entweder über den Schaltungsträger 5 oder mittels isolierter Durchführung durch die becherartige ersten Kontakteinrichtung 72 ausgebildet.
  • Der Stromsensor 9 umschließt wie beschrieben den Verbindungsabschnitt 74 teilweise. In seinem weiteren Verlauf reicht der Verbindungsabschnitt 74 durch die erste und zweite Ausnehmung 48, 58 hindurch. Im Anschluss daran weist der Verbindungsabschnitt 74 ein Schraubgewinde 744 auf, das annährend bis an die zweite Kontakteinrichtung 76 des Lastanschlusselements 7 heranreicht.
  • Zur sicheren elektrischen Druckkontaktierung der jeweiligen Kontaktflächen 530, 730 der ersten Kontakteinrichtung 72 und der Leiterbahn 52 des Schaltungsträgers 5 wird der Verbindungsabschnitt 74 zur Grundplatte 4 fixiert. Hierzu wirkt eine Schraubenmutter 742 auf das Schraubgewinde 744 des Verbindungsabschnitts 74 ein. Vorzugweise um eine dauerhafte Krafteinwirkung sicher zu stellen ist eine Feder 746, hier eine Tellerfeder, als Druckspeicher zwischen Schraubenmutter 742 und Isolationseinrichtung 46 und damit der Grundplatte 4 angeordnet. Zusätzlich wird hierdurch, falls erforderlich oder falls vorteilhaft, der Schaltungsträger 5 gegen die Grundplatte 4 gedrückt, wodurch ein hervorragender thermischer Kontakt ausgebildet wird, durch den Abwärme vom Schaltungsträger 5 auf die Grundplatte 4 abgeführt werden kann.
  • 5 zeigt ein Modul 1, das im Wesentlichen analog demjenigen gemäß 4 ausgebildet ist. Unterschiedlich, allerdings funktional nicht notwendigerweise zusammenwirkend, unterscheidet sich der Schaltungsträger 5, die Lage des Stromsensors 9 und damit die Form der ersten Kontakteinrichtung 72 des Lastanschlusselements 7, sowie die Ausbildung der Grundplatte 4 von derjenigen gemäß 4. Der Schaltungsträger 5 ist hier analog demjenigen gemäß 2 ausgebildet, während die Grundplatte 4 als Flüssigkeitskühleinrichtung 402 ausgebildet ist. Dargestellt sind exemplarisch drei Kühlflüssigkeitskanäle.
  • Der Stromsensor 9 ist in einer die erste Ausnehmung 48 der Grundplatte 4 erweiternden jedoch selbst nicht durchgehenden weiteren Ausnehmung 480 angeordnet. Der Stromsensor 9 kann hierbei vollständig, wie dargestellt, in dieser weiteren Ausnehmung 480 angeordnet sein oder, wie nicht dargestellt, in Richtung des Schaltungsträger 5 aus der Grundplatte 4 hervorstehen.
  • Bei der dargestellten Ausgestaltung kann die erste Kontakteinrichtung 72 einfacher als gemäß 4 ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass die erste Kontakteinrichtung 72 sicher elektrisch kontaktierend auf einer Leiterbahn 52 des Schaltungsträgers 5 aufliegt. Sie muss allerdings nicht notwendigerweise nur auf Leiterbahnen 52 aufliegen.
  • 6 und 7 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des Schaltungsträgers 5 eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls 1. Dargestellt ist jeweils eine Draufsicht auf die Grundplatte 4 mit angeordnetem Schaltungsträger 5.
  • In 6 ist der Schaltungsträger 5 analog zu 4 ausgebildet und weist einem keramische Isolierstoffkörper 54 mit drei hierauf angeordneten Leiterbahnen 52 auf. Jeder dieser Leiterbahnen 52 weist hier zwei Kontaktflächen 530 auf, die benachbart zu den ersten und zweiten Ausnehmungen 48, 58 angeordnet sind.
  • In 7 ist der Schaltungsträger 5 grundsätzlich gemäß 5 ausgebildet, weist hier allerdings einzelne Isolationsfolien 54 auf, auf denen sich die Leiterbahnen 52 des Leadframes 502 befinden. Links und benachbart neben den zueinander flüchtenden ersten und zweiten Ausnehmungen 48, 58 ist je Ausnehmung ebenfalls jeweils eine Isolationsfolie 54 mit hierauf befindlicher Leiterbahn 52 angeordnet. Diese Leiterbahnen 52 befinden sich allerdings nicht in elektrisch leitendem Kontakt mit einem Leistungshalbleiterbauelement 6 oder weiteren Leiterbahnen des Schaltungsträgers. Auch eine derartige Ausgestaltung soll im Rahmen dieser Erfindung unter dem Begriff der durch den Schaltungsträger durchgehenden zweiten Ausnehmung verstanden werden.
  • 8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der ersten Alternative des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls 1, zur Übersichtlichkeit ohne Gehäuse. Dargestellt ist eine als Luftkühleinrichtung 400 ausgebildete Grundplatte 4. Auf dieser Grundplatte 4 ist ein Schaltungsträger 5 in Form eines DCB-Substrats 500 angeordnet, auf dessen Leiterbahnen 52 sich Leistungshalbleiterbauelemente 6 befinden und schaltungsgerecht verbunden sind.
  • Weiterhin dargestellt ist eine Kondensatoreinrichtung 34 zur Gleichspannungsversorgung der auf dem Schaltungsträger 5 ausgebildeten leistungselektronischen Schaltung, sowie eine Ansteuereinrichtung 36 zur Steuerung der Leistungshalbleiterbauelemente 6.
  • Zur externen Kontaktierung der leistungselektronischen Schaltung sind drei Lastanschlusselemente 7 angeordnet, die jeweils durch eine zweite Ausnehmung 58 des Substratträger 58 wie auch durch eine hierzu fluchtende erste Ausnehmung 48 der Grundplatte 4, hier der Luftkühleinrichtung 400, nach außen hindurchreichen.
  • Zur Kontaktierung mit den jeweiligen Leiterbahnen 52 weisen die Lastanschlusselemente 7 bügelförmige erste Kontakteinrichtungen 72 auf. Zwei dieser ersten Kontakteinrichtungen 72 umgreifen jeweils einen zugeordneten Stromsensor 9. Durch diesen Stromsensor 9 hindurch reicht der von der ersten Kontakteinrichtung 72 ausgehende Verbindungsabschnitt 74 des jeweiligen Lastanschlusselements 7. Im weiteren sind die Lastanschlusselement 7 ausgebildet wie zu 4 beschrieben.

Claims (14)

  1. Leistungselektronisches Modul (1) mit einer Grundplatte (4, 400, 402), mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger (5, 500, 502, 504) der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte (4) elektrisch isolierten, Leiterbahnen (52) aufweist, wobei auf einer dieser Leiterbahnen (52) ein Leistungshalbleiterbauelement (6) angeordnet ist, und mit einem Lastanschlusselement (7), wobei die Grundplatte (4) eine durchgehende erste Ausnehmung (48) und der Schaltungsträger (5) eine durchgehende zweite Ausnehmung (58) aufweist, wobei die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) zueinander fluchtend angeordnet sind, wobei das Lastanschlusselement (7, 700, 702) eine erste Kontakteinrichtung (72), die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche (530) der der Grundplatte (4) abgewandten Seite der Leiterbahn (52) befindet, eine zweite Kontakteinrichtung (76) zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers (5) und einen durch die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) hindurchreichenden Verbindungsabschnitt (74) zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (72, 76) aufweist und wobei um den Verbindungsabschnitt (74) des Lastanschlusselements (7), diesen umschließend ein Stromsensor (9) angeordnet ist.
  2. Leistungselektronisches Modul (2) mit einer Grundplatte (4, 400, 402), mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger (5, 500, 502, 504), der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte (4) elektrisch isolierten, Leiterbahnen (52) aufweist, wobei auf einer dieser Leiterbahnen (52) ein Leistungshalbleiterbauelement (6) angeordnet ist, mit einer internen Verbindungseinrichtung (8, 800, 802), die ausgebildet ist als ein Folienverbund einer elektrisch isolierenden (84) und einer in sich strukturierten und Leiterbahnen ausbildenden elektrisch leitenden Folie (82, 86), und mit einem Lastanschlusselement (7, 700, 702), wobei die Grundplatte (4) eine durchgehende erste Ausnehmung (48) und die Verbindungseinrichtung (8) eine durchgehende dritte Ausnehmung (88) aufweist, wobei die erste und dritte Ausnehmung (48, 88) zueinander fluchtend angeordnet sind, wobei das Lastanschlusselement (7) eine erste Kontakteinrichtung (72), die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche (830) der der Grundplatte (4) abgewandten Seite der Leiterbahn (82) der Verbindungseinrichtung (8) befindet, eine zweite Kontakteinrichtung (76) zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers (5) und einen durch die erste und dritte Ausnehmung (48, 88) hindurchreichenden Verbindungsabschnitt (74) zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (72, 76) aufweist und wobei um den Verbindungsabschnitt (74) des Lastanschlusselements (7), diesen umschließend ein Stromsensor (9) angeordnet ist.
  3. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundplatte (4) als eine Kühleinrichtung (400, 402), vorzugsweise eine Luftkühleinrichtung (400) mit einer Mehrzahl von Kühlfingern oder Kühlfinnen, ausgebildet ist.
  4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (5) ausgebildet ist als ein Substrat (500, 504) mit keramischer Isolationseinrichtung, insbesondere als ein AMB- oder ein DCB-Substrat, oder als ein Leadframe (502), der zur elektrischen Isolation zur Grundplatte (4) eine Isolationsfolie (54) aufweist.
  5. Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grundplatte (4) und der Schaltungsträger (5) gemeinsam als ein IMS-Substrat ausgebildet sind.
  6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul ein auf der Grundplatte (4) angeordnetes ein- oder mehrteiliges, vorzugsweise becherartiges, Gehäuse (3) aufweist.
  7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Isolationseinrichtung (46) zur elektrischen Isolierung des Lastanschlusselements (7), insbesondere dessen Verbindungsabschnitts (74), zur Grundplatte (4) im Bereich der ersten Ausnehmung (48) angeordnet ist.
  8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsabschnitt (74) und damit das Lastanschlusselement (7) mittels einer Befestigungseinrichtung (742, 744) zur Grundplatte (4) fixiert ist.
  9. Modul nach Anspruch 8, wobei die Befestigungseinrichtung (742, 744) eine kraftschlüssige Verbindung der Kontaktfläche (730) der ersten Kontakteinrichtung (72) mit der zugeordneten Kontaktfläche (530) der Leiterbahn (52, 82) ausbildet.
  10. Modul nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Befestigungseinrichtung (742, 744) als eine Schraubverbindung ausgebildet ist, wobei eine Schraubenmutter (742) auf ein Schraubgewinde (744) des Verbindungsabschnitts (74) des Lastanschlusselements (7) einwirkt.
  11. Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stromsensor (9) auf der der Grundplatte (4) abgewandten Seite des Schaltungsträgers (5) oder der Verbindungseinrichtung (800) angeordnet ist.
  12. Modul nach Anspruch 1, 2 oder 11, wobei die erste Kontakteinrichtung (72) becherförmig ausgebildet ist und den Stromsensor (9) umschließt.
  13. Modul nach Anspruch 1, 2 oder 11, wobei die erste Kontakteinrichtung (72) jochartig, U-förmig oder bügelförmig ausgebildet ist und den Stromsensor (9) teilweise umschließt.
  14. Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stromsensor (9) in einer, vorzugsweise nicht durchgängigen, Erweiterung (480) der ersten Ausnehmung (48) der Grundplatte (4) angeordnet ist.
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