DE102019009143A1 - Power electronic submodule with direct and alternating potential connection surfaces and arrangement herewith - Google Patents

Power electronic submodule with direct and alternating potential connection surfaces and arrangement herewith Download PDF

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Abstract

Vorgestellt wird eine Anordnung und ein Submodul hierfür mit einer Schalteinrichtung mit einem Substrat, das eine erste Gleichpotentialleiterbahn mit einer hierauf angeordneten erste Gleichpotentialverbindungsfläche und mit einer zweiten Gleichpotentialleiterbahn mit einer hierauf angeordneten zweiten Gleichpotentialverbindungsfläche, wobei die Gleichpotentialverbindungsflächen vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, sowie eine Wechselpotentialleiterbahn und hierauf eine Wechselpotentialverbindungsfläche aufweist, mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen, mit einer internen Verbindungseinrichtung und mit einer Druckeinrichtung, die ein Druckelement, das einen formstabilen Druckkörper und eine Mehrzahl starrer oder elastischer Druckelemente aufweist, wobei die erste und zweite Gleichpotentialverbindungsfläche wie auch die Wechselpotentialverbindungsfläche dazu ausgebildet und vorgesehen sind mittels einer Klemmeinrichtung direkt, polaritätsrichtig und elektrisch leitend mit externen, nicht zum Submodul gehörigen, Gleichpotential- bzw. Wechselpotentialverbindungselementen verbunden zu werden, wodurch gleichzeitig das Substrat in den Abschnitten der Gleichpotentialverbindungsflächen wie auch der Wechselpotentialverbindungsfläche auf eine Auflageeinrichtung gepresst wird und wobei das Druckelement zusätzliche Druckkörper aufweist, die jeweils auf die dem Substrat abgewandten Seite des Wechselpotentialverbindungselements wie auch des Gleichpotentialverbindungselements drücken.An arrangement and a submodule for this are presented with a switching device with a substrate, which has a first DC potential conductor track with a first DC potential connection surface arranged thereon and with a second DC potential conductor track with a second DC potential connection surface arranged thereon, the DC potential connection surfaces preferably being arranged directly adjacent to one another, and an AC potential conductor track and thereon has an alternating potential connection area, with a plurality of power semiconductor components, with an internal connection device and with a pressure device which has a pressure element, which has a dimensionally stable pressure body and a plurality of rigid or elastic pressure elements, the first and second direct potential connection area as well as the alternating potential connection area being designed for this purpose and are provided by means of a clamping device directly, polarity correct and nd to be electrically conductively connected to external direct potential or alternating potential connection elements that do not belong to the submodule, whereby at the same time the substrate in the sections of the direct potential connection areas as well as the alternating potential connection area is pressed onto a support device and wherein the pressure element has additional pressure bodies that are respectively applied to the the substrate facing away from the alternating potential connection element as well as the direct potential connection element press.

Description

Die Erfindung beschreibt ein leistungselektronisches Submodul mit einer Schalteinrichtung mit einem Substrat, das eine erste Gleichpotentialleiterbahn eine zweite Gleichpotentialleiterbahn, sowie eine Wechselpotentialleiterbahn aufweist, mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen und mit einer internen Verbindungseinrichtung. Die Erfindung beschreibt weiterhin eine Anordnung mit einem derartigen Submodul oder einer Mehrzahl hiervon und mit einer Auflageeinrichtung hierfür, die insbesondere als eine Kühleinrichtung ausgebildet sein kann.The invention describes a power electronic submodule with a switching device with a substrate which has a first direct potential conductor track, a second direct potential conductor track and an alternating potential conductor track, with a plurality of power semiconductor components and with an internal connection device. The invention further describes an arrangement with such a submodule or a plurality thereof and with a support device for this, which can in particular be designed as a cooling device.

Die DE 10 2017 115 883 A1 offenbart als Stand der Technik ein Submodul und eine Anordnung hiermit, wobei das Submodul eine Schalteinrichtung mit einem Substrat und hierauf angeordneten Leiterbahnen aufweist. Das Submodul weist eine erste und eine zweite Gleichspannungsleiterbahn und hiermit elektrisch leitend verbunden ein erstes und ein zweites Gleichspannungsanschlusselement, sowie eine Wechselpotentialleiterbahn und hiermit elektrisch leitend verbunden ein Wechselpotentialanschlusselement auf. Das Submodul weist weiterhin einen Isolierstoffformkörper auf, der die Schalteinrichtung rahmenartig umschließt. Hierbei liegt das erste Gleichspannungsanschlusselement mit einem ersten Kontaktabschnitt auf einem ersten Auflagekörper des Isolierstoffformkörpers auf, das Wechselpotentialanschlusselement liegt mit einem zweiten Kontaktabschnitt auf einem zweiten Auflagekörper des Isolierstoffformkörpers auf. Eine erste Klemmeinrichtung ist dazu ausgebildet elektrisch isoliert durch eine erste Ausnehmung des ersten Auflagekörpers hindurchzureichen und eine elektrisch leitende Klemmverbindung zwischen dem ersten Gleichspannungsanschlusselement und einem zugeordneten ersten Gleichspannungsverbindungselement auszubilden und eine zweite Klemmeinrichtung ist dazu ausgebildet elektrisch isoliert durch eine zweite Ausnehmung des zweiten Auflagekörpers hindurchzureichen und eine elektrisch leitende Klemmverbindung zwischen dem Wechselpotentialanschlusselement und einem zugeordneten Wechselpotentialverbindungselement auszubilden.The DE 10 2017 115 883 A1 discloses, as prior art, a submodule and an arrangement therewith, the submodule having a switching device with a substrate and conductor tracks arranged thereon. The submodule has a first and a second DC voltage conductor track and, electrically conductively connected thereto, a first and a second DC voltage connection element, as well as an alternating potential conductor track and, electrically conductively connected to this, an AC potential connection element. The submodule also has a molded insulating material which surrounds the switching device like a frame. In this case, the first direct voltage connection element rests with a first contact section on a first support body of the molded insulating body, the alternating potential connection element rests with a second contact section on a second support body of the molded insulating material. A first clamping device is designed to reach electrically insulated through a first recess of the first support body and to form an electrically conductive clamping connection between the first DC voltage connection element and an associated first DC voltage connection element and a second clamping device is designed to reach electrically insulated through a second recess of the second support body and a to form an electrically conductive clamp connection between the alternating potential connection element and an associated alternating potential connection element.

In Kenntnis des genannten Standes der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein leistungselektronisches Submodul und eine Anordnung hiermit vorzustellen, wobei die jeweiligen Verbindungen zu Gleichpotentialverbindungselementen und einem Wechselpotentialverbindungselement besonders vorteilhaft ausgebildet sind.Knowing the cited prior art, the invention is based on the object of presenting a power electronic submodule and an arrangement with it, the respective connections to DC potential connection elements and an AC potential connection element being particularly advantageous.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein leistungselektronisches Submodul mit einer Schalteinrichtung mit einem Substrat, das eine ersten Gleichpotentialleiterbahn mit einer hierauf angeordneten erste Gleichpotentialverbindungsfläche und mit einer zweiten Gleichpotentialleiterbahn mit einer hierauf angeordneten zweiten Gleichpotentialverbindungsfläche, wobei die Gleichpotentialverbindungsflächen vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, sowie eine Wechselpotentialleiterbahn und hierauf eine Wechselpotentialverbindungsfläche aufweist, mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen, mit einer internen Verbindungseinrichtung und mit einer Druckeinrichtung, die ein Druckelement aufweist, das einen formstabilen Druckkörper und eine Mehrzahl starrer oder elastischer Druckelemente aufweist, wobei die erste und zweite Gleichpotentialverbindungsfläche wie auch die Wechselpotentialverbindungsfläche dazu ausgebildet und vorgesehen sind direkt, polaritätsrichtig und elektrisch leitend mit externen, nicht zum Submodul gehörigen, Gleichpotential- bzw. Wechselpotentialverbindungselementen verbunden zu werden, wodurch gleichzeitig das Substrat in den Abschnitten der Gleichpotentialverbindungsflächen wie auch der Wechselpotentialverbindungsfläche auf eine Auflageeinrichtung gepresst wird und wobei das Druckelement zusätzliche Druckkörper aufweist, die jeweils auf die dem Substrat abgewandten Seite des Wechselpotentialverbindungselements wie auch des Gleichpotentialverbindungselements drücken und wobei dieser Druck eingeleitet wird über ein Druckeinleitelement, das nicht nur zentralen Druck auf das Druckelement ausübt, sondern auch fluchtend zu den jeweiligen Verbindungsflächen der Leiterbahnen und den zugeordneten Gleich- und Wechselpotentialverbindungselementen auf diese Druck ausübt.This object is achieved according to the invention by a power electronic submodule with a switching device with a substrate, which has a first DC potential conductor track with a first DC potential connection surface arranged thereon and with a second DC potential conductor track with a second DC potential connection surface arranged thereon, the DC potential connection surfaces preferably being arranged directly adjacent to one another, and a AC potential conductor track and thereon an AC potential connection area, with a plurality of power semiconductor components, with an internal connection device and with a pressure device which has a pressure element which has a dimensionally stable pressure body and a plurality of rigid or elastic pressure elements, the first and second DC potential connection area as well as the AC potential connection area are designed and provided for directly, polaritätsri to be connected properly and electrically conductive with external direct potential or alternating potential connection elements not belonging to the submodule, whereby at the same time the substrate in the sections of the direct potential connection areas as well as the alternating potential connection area is pressed onto a support device and wherein the pressure element has additional pressure bodies, each on press the side of the alternating potential connection element facing away from the substrate as well as of the direct potential connection element and this pressure is introduced via a pressure introduction element which not only exerts central pressure on the pressure element, but also in alignment with the respective connection surfaces of the conductor tracks and the associated direct and alternating potential connection elements on them Pressure.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Isolierstoffformkörper die Schalteinrichtung rahmenartig, zumindest teilweise, umschließt.It is particularly advantageous if a molded insulating material surrounds the switching device, at least partially, like a frame.

Vorzugsweise weist das Substrat einen Isolierstoffkörper oder eine Isolierstofflage auf, auf der die erste und zweite Gleichpotentialleiterbahn, wie auch die Wechselpotentialleiterbahn stoffschlüssig angeordnet sind. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Isolierstoffkörper oder die Isolierstofflage auf einem Metallkörper oder einer Metalllage stoffschlüssig angeordnet sind. Es wird somit ein mindestens dreilagiges Substrat ausgebildet, das eine mittlere, isolierende Schicht aufweist.The substrate preferably has an insulating material body or an insulating material layer on which the first and second direct potential conductor tracks, as well as the alternating potential conductor tracks, are arranged in a materially bonded manner. It is preferred here if the insulating material body or the insulating material layer are arranged cohesively on a metal body or a metal layer. An at least three-layer substrate is thus formed which has a central, insulating layer.

Vorzugsweise kann die interne Verbindungseinrichtung ausgebildet sein als Bond-, insbesondere Drahtbondverbindungen oder als ein Folienstapel aus jeweils einer oder mehreren zumindest teilweise in sich strukturierten und abwechselnd angeordneten elektrisch isolierenden und elektrisch leitenden Folien.The internal connection device can preferably be designed as a bond, in particular wire bond, or as a film stack of one or more electrically insulating and electrically conductive films, which are at least partially structured and alternately arranged.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Anordnung, die ein oben beschriebenes leistungselektronisches Submodul und eine Auflageeinrichtung, die insbesondere als Kühleinrichtung ausgebildet ist, aufweist. Hierbei ist eine erste und eine zweite Klemmeinrichtung jeweils in der Auflageeinrichtung verankert, wobei mittels der ersten Klemmeinrichtung eine elektrisch leitende kraftschlüssige Verbindung zwischen der Wechselpotentialverbindungsfläche und dem Wechselpotentialverbindungselement ausgebildet wird und wobei mittels der zweiten Klemmeinrichtung eine elektrisch leitende kraftschlüssige Verbindung zwischen der ersten Gleichpotentialverbindungsfläche und dem ersten Gleichpotentialverbindungselement und gleichzeitig zwischen der zweiten Gleichpotentialverbindungsfläche und dem zweiten Gleichpotentialverbindungselement ausgebildet wird. Wesentlich ist somit, dass die jeweiligen Verbindungsflächen für externe Anschlüsse integraler Bestandteil des Substrats sind auf dem auch die Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet sind.The object is also achieved by an arrangement which has an above-described power electronic submodule and a support device, which is designed in particular as a cooling device. A first and a second clamping device are each anchored in the support device, an electrically conductive non-positive connection being formed between the alternating potential connection surface and the alternating potential connection element by means of the first clamping device and an electrically conductive non-positive connection between the first DC potential connection surface and the first by means of the second clamping device DC potential connection element and is formed simultaneously between the second DC potential connection area and the second DC potential connection element. It is therefore essential that the respective connection surfaces for external connections are an integral part of the substrate on which the power semiconductor components are also arranged.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl von Submodulen vorzugsweise mit einem gemeinsamen Gesamtgehäuse ein Leistungsmodul ausbilden. It can also be advantageous if a plurality of submodules preferably form a power module with a common overall housing.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se oder explizit ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere die jeweiligen Verbindungsflächen, auch mehrfach in dem erfindungsgemäßen Submodul oder der Anordnung hiermit vorhanden sein.Of course, unless this is per se or explicitly excluded, the features mentioned in the singular, in particular the respective connecting surfaces, can also be present several times in the submodule according to the invention or the arrangement herewith.

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 und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale, gleichgültig ob sie im Rahmen des Submoduls oder der Anordnung hiermit beschrieben sind, nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the various embodiments of the invention can be implemented individually or in any combination in order to achieve improvements. In particular, the features mentioned and explained above and below, regardless of whether they are described in the context of the submodule or the arrangement herewith, can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without falling within the scope of the present invention leave.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 9 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

  • 1 zeigt ein leistungselektronisches Submodul in einer Anordnung nach dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt zur Erläuterung der Erfindung ein Submodul in Draufsicht.
  • 3 bis 6 zeigen Varianten leistungselektronischerSubmodule, teils in erfindungsgemäßer Anordnung, jeweils in seitlicher Schnittansicht.
  • 7 zeigt ein weiteres Submodul in Draufsicht.
  • 8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines leistungselektronischen Submoduls.
  • 9 zeigt ein Submodul für einen Multi-Level-Stromrichter in Draufsicht.
Further explanations of the invention, advantageous details and features emerge from the following description of the FIGS 1 to 9 schematically illustrated embodiments of the invention, or of respective parts thereof.
  • 1 shows a power electronics submodule in an arrangement according to the prior art.
  • 2 shows a submodule in plan view to explain the invention.
  • 3 to 6th show variants of power electronic submodules, some in an arrangement according to the invention, each in a side sectional view.
  • 7th shows another submodule in plan view.
  • 8th shows a three-dimensional representation of a power electronics sub-module.
  • 9 shows a submodule for a multi-level converter in plan view.

1 zeigt in seitlicher Schnittansicht eine Ausgestaltung eines Teils einer Anordnung 1 gemäß dem Stand der Technik mit einem leistungselektronischen Submoduls 2, ebenfalls gemäß dem Stand der Technik. Hierbei ist das Submodul 2 auf einer Flüssigkeitskühleinrichtung 3 angeordnet. Dies gesamte Anordnung 1 bildet eine sog. Halbbrückenschaltung aus. 1 shows a side sectional view of an embodiment of part of an arrangement 1 according to the state of the art with a power electronic submodule 2 , also according to the prior art. Here is the submodule 2 on a liquid cooling device 3 arranged. This entire arrangement 1 forms a so-called half-bridge circuit.

Die Schalteinrichtung weist zur elektrischen Isolation gegenüber der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 und zur thermischen Ankopplung an diese Flüssigkeitskühleinrichtung 3 ein Substrat 4 mit einen Isolierstoffkörper 40, ausgebildet als Keramikkörper, auf. Dieser Keramikkörper 40 weist auf seiner der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 abgewandten Seite eine Mehrzahl von Leiterbahnen 42 auf, die im Betrieb der Schalteinrichtung unterschiedliche Potentiale aufweisen.The switching device provides electrical insulation from the liquid cooling device 3 and for thermal coupling to this liquid cooling device 3 a substrate 4th with an insulating body 40 , designed as a ceramic body. This ceramic body 40 points to its the liquid cooling device 3 facing away from a plurality of conductor tracks 42 which have different potentials during operation of the switching device.

Auf mindestens einer dieser Leiterbahnen 42, die gemeinsam mit dem Isolierstoffkörper 40 das Substrat 4 der Schalteinrichtung ausbilden, sind Leistungshalbleiterbauelemente 50 fachüblich angeordnet und schaltungsgerecht verbunden. Die interne Verbindungseinrichtung ist hier als fachüblicher Folienverbund 52 aus alternierend gestapelten elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Folien ausgebildet.On at least one of these conductor tracks 42 that together with the insulating body 40 the substrate 4th of the switching device are power semiconductor components 50 professionally arranged and properly connected. The internal connection device is here as a conventional film composite 52 formed from alternately stacked electrically conductive and electrically insulating foils.

Zur externen Verbindung weist dieses Stromrichtermodul 2 zwei Gleichpotentialanschlusselemente 680,682 auf, die jeweils mit einer der Gleichpotential führenden Gleichpotentialleiterbahnen 42 elektrisch leitend verbunden sind. Diese Verbindung ist fachüblich, hier, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, als Lotverbindung, ausgebildet.This converter module has an external connection 2 two equal potential connection elements 680 , 682 on, each with one of the direct potential leading direct potential conductor tracks 42 are electrically connected. This connection is customary in the art, here, without loss of generality, as a solder connection.

Diese Gleichpotentialanschlusselemente 680,682 dienen der Verbindung zu zugeordneten Gleichpotentialverbindungselementen 60, 62, die bevorzugt mit einer Kondensatoreinrichtung verbunden sind.These DC connection elements 680 , 682 are used to connect to assigned DC connection elements 60 , 62 , which are preferably connected to a capacitor device.

Im Bereich der Verbindung, ausgebildet mittels einer Klemmeinrichtung 7, zwischen Gleichpotentialanschlusselementen 680,682 und Gleichpotentialverbindungselementen 60, 62 bilden das erste Gleichpotentialanschlusselement 680 und das zweite Gleichpotentialanschlusselement 682 einen Stapel aus, wobei zwischen den beiden Gleichpotentialanschlusselementen 680,682, allerdings hier nicht explizit dargestellt, eine Isolationseinrichtung angeordnet ist.In the area of the connection, formed by means of a clamping device 7th , between DC connection elements 680 , 682 and equipotential bonding elements 60 , 62 form the first DC potential connection element 680 and the second DC potential connection element 682 a stack, with between the two DC connection elements 680 , 682 , but not here explicitly shown, an isolation device is arranged.

Das erste Gleichpotentialanschlusselement 680 liegt auf einer Auflagefläche 240 eines nur teilweise dargestellten Gehäuses 20 des Stromrichtermoduls 2 auf. Dieses Gehäuse 20 ist in dieser Ausgestaltung nur als Teilgehäuse ausgebildet, umschließt also die Schalteinrichtung nicht vollständig, wie dies möglich und auch fachüblich wäre.The first DC connection element 680 lies on a support surface 240 a housing only partially shown 20th of the converter module 2 on. This case 20th is in this embodiment only designed as a partial housing, so it does not completely enclose the switching device, as would be possible and also customary in the art.

Das Gehäuse 20 des Stromrichtermoduls 2 ist hier ausgebildet aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, hier einem Polyphenylensulfid der zusätzlich eine hohe Biegesteifigkeit aufweist. Die Gleichpotentialanschlusselemente 680,682 sind als dünne Metallbleche, hier genauer Kupferbleche oder oberflächenbeschichtete Kupferbleche, mit einer Dicke von 700µm ausgebildet. Die Isolationseinrichtung zwischen den Gleichpotentialanschlusselementen 680,682 ist aus einem Kunststoff mit hoher elektrischer Durchschlagfestigkeit hier aus Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer oder aus Flüssigkristallpolymer mit einer Dicke von 100µm ausgebildet.The case 20th of the converter module 2 is here made of a high-temperature-resistant plastic, here a polyphenylene sulfide, which also has high flexural strength. The DC connection elements 680 , 682 are designed as thin metal sheets, here more precisely copper sheets or surface-coated copper sheets, with a thickness of 700 µm. The isolation device between the DC connection elements 680 , 682 is made from a plastic with high dielectric strength, here from ethylene-tetrafluoroethylene copolymer or from liquid crystal polymer with a thickness of 100 µm.

Im Bereich der Verbindung zwischen den Gleichpotentialanschlusselementen 680,682 und Gleichpotentialverbindungselementen 60, 62 liegt, wie beschrieben, das erste Gleichpotentialanschlusselement 680 auf einer Auflagefläche 240 des Gehäuses 20 auf und weist eine Ausnehmung 684 auf.In the area of the connection between the DC connection elements 680 , 682 and equipotential bonding elements 60 , 62 is, as described, the first DC potential connection element 680 on a support surface 240 of the housing 20th and has a recess 684 on.

Das zweite Gleichpotentialanschlusselement 682 ist gegenüber dem ersten zurückversetzt, wodurch dessen Anschlussfläche zum zweiten Gleichpotentialverbindungselement 62 in lateraler Sicht ausgehend vom Substrat diesseits der Ausnehmung 684 liegt.The second DC connection element 682 is set back in relation to the first, whereby its connection surface to the second direct potential connection element 62 in a lateral view starting from the substrate on this side of the recess 684 lies.

Die jeweiligen Anschlussflächen der Gleichpotentialanschlusselemente 680,682 liegen auf den jeweils von der Kühleinrichtung 3 abgewandten Seiten, während die jeweiligen Anschlussflächen der Gleichpotentialverbindungselement 60, 62 jeweils auf den jeweils der Kühleinrichtung 3 zugewandten Seiten liegen.The respective connection surfaces of the DC connection elements 680 , 682 lie on top of each of the cooling equipment 3 facing away sides, while the respective connection surfaces of the direct potential connection element 60 , 62 in each case on the respective cooling device 3 facing sides.

Das Gehäuse 20 weist im Bereich seiner ersten Auflagefläche 240 eine erste in z-Richtung mit der Ausnehmung 684 des ersten Gleichpotentialanschlusselements 680, fluchtende erste Ausnehmung 204 auf. In diesen und den weiteren hiermit fluchtenden Ausnehmungen 684, 620 auch derjenigen eines Wechselpotentialverbindungselements 62, ist eine Isolierstoffhülse 74 angeordnet, die der elektrischen Isolation, einschließlich ggf. notwendiger Luft- und Kriechstrecken, der jeweiligen Potentiale dient. In dieser Hülse 74 ist eine Schraube 70 angeordnet, die gemeinsam mit einer Federeinrichtung 72, die hier als Tellerfeder ausgebildet ist, die elektrisch leitende kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Gleichpotentialanschlusselement 680 und dem ersten Gleichpotentialverbindungselement 60 sowie gleichzeitig zwischen dem zweiten Gleichpotentialanschlusselement 682 und dem zweiten Gleichpotentialverbindungselement 62 ausbildet. Hierzu wird die Schraube 70 in ein mit einem Innengewinde versehenen Sackloch 32, also einer Ausnehmung der Kühleinrichtung 3 verschraubt, wodurch die erste Klemmeinrichtung 7 in der Kühleinrichtung verankert ist.The case 20th points in the area of its first contact surface 240 a first in the z-direction with the recess 684 of the first DC potential connection element 680 , aligned first recess 204 on. In these and the other recesses aligned therewith 684 , 620 also that of an alternating potential connection element 62 , is an insulating sleeve 74 arranged, which is used for electrical insulation, including any necessary air and creepage distances, of the respective potentials. In this sleeve 74 is a screw 70 arranged together with a spring device 72 , which is designed here as a plate spring, the electrically conductive non-positive connection between the first DC potential connection element 680 and the first DC connection element 60 and simultaneously between the second DC potential connection element 682 and the second DC connection element 62 trains. To do this, the screw 70 into a blind hole provided with an internal thread 32 , so a recess of the cooling device 3 screwed, whereby the first clamping device 7th is anchored in the cooling device.

2 zeigt zur Erläuterung der Erfindung ein Submodul 2 in Draufsicht. Dargestellt ist ein Isolierstoffkörper 40 des Substrats 4, hier ein flächiger Keramikkörper, der vorzugsweise und rein beispielhaft aus Aluminiumnitrit ausgebildet ist. Hervorragend geeinte Alternativen sind auch Aluminiumoxid oder Siliziumnitrit. Auf dem Keramikkörper 40 stoffschlüssig angeordnet sind drei Leiterbahnen 42,43,44, eine erste Gleichpotentialleiterbahn 42, die im Betrieb ein erstes, positives Gleichpotential führt, eine zweite Gleichpotentialleiterbahn 43, die im Betrieb ein zweites, negatives Gleichpotential führt und eine Wechselpotentialleiterbahn 44, die im Betrieb Wechselpotential führt. 2 shows a submodule to explain the invention 2 in plan view. An insulating body is shown 40 of the substrate 4th , here a flat ceramic body, which is preferably and purely exemplary made of aluminum nitrite. Well-matched alternatives are aluminum oxide or silicon nitrite. On the ceramic body 40 Three conductor tracks are arranged cohesively 42 , 43 , 44 , a first direct potential conductor 42 , which carries a first, positive DC potential during operation, a second DC potential conductor track 43 , which carries a second, negative DC potential during operation and an AC potential conductor path 44 that carries alternating potential during operation.

Auf der ersten Gleichpotentialleiterbahn 42 sind vier Leistungshalbleiterbauelemente 50, hier Siliziumkarbid-Feldeffekttransistoren, angeordnet und elektrisch leitend damit verbunden. Diese Leistungshalbleiterbauelemente 50 bilden einen ersten Leistungsschalter aus. Alternativ kann der Leistungsschalter auch mittels Leistungshalbleiterbauelementen auf Siliziumbasis ausgebildet sein, dann beispielhaft mittels Transistoren mit antiparallel geschalteten Dioden. Diese Leistungshalbleiterbauelemente 50 sind mittels Drahtbondverbindungen 54, die die interne Verbindungseinrichtung ausbilden, mit der Wechselpotentialleiterbahn 43 verbunden. Auf dieser sind wiederum vier gleichartige Leistungshalbleiterbauelemente 52 angeordnet und elektrisch leitend damit verbunden. Diese Leistungshalbleiterbauelemente 52 sind, ebenfalls mittels Drahtbondverbindungen 54, mit der zweiten Gleichpotentialleiterbahn 44 verbunden. Auf die Darstellung von Steuerleiterbahnen zur Führung von Steuerpotential samt Verbindung zu den Leistungshalbleiterbauelementen wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit hier und im Folgenden verzichtet. Insgesamt wird hiermit eine fachübliche Halbbrückenschaltung ausgebildet.On the first direct potential conductor 42 are four power semiconductor components 50 , here silicon carbide field effect transistors, arranged and electrically connected to it. These power semiconductor components 50 form a first circuit breaker. Alternatively, the circuit breaker can also be formed by means of power semiconductor components based on silicon, then, for example, by means of transistors with diodes connected in anti-parallel. These power semiconductor components 50 are by means of wire bonds 54 that form the internal connection device with the alternating potential conductor 43 connected. This in turn has four similar power semiconductor components 52 arranged and electrically connected to it. These power semiconductor components 52 are, also by means of wire bonds 54 , with the second direct potential conductor 44 connected. The representation of control conductor tracks for guiding control potential including the connection to the power semiconductor components has been omitted here and below for reasons of clarity. Overall, a half-bridge circuit that is customary in the art is formed hereby.

An einer ersten Längsende des Substrats 2 ist auf der Wechselpotentialleiterbahn 43 eine Wechselpotentialverbindungsfläche 436 angeordnet. Durch diese Wechselpotentialverbindungsfläche 436, die Wechselpotentialleiterbahn 43 und den Isolierstoffkörper 40 reicht eine erste durchgehende Ausnehmung 400 hindurch.At a first longitudinal end of the substrate 2 is on the alternating potential conductor 43 an alternating potential connection area 436 arranged. Through this alternating potential connection area 436 , the alternating potential conductor 43 and the insulating body 40 A first continuous recess is sufficient 400 through.

Weiterhin dargestellt sind jeweilige Anschlussflächen, die aus Abschnitten der Oberflächen von Leiterbahnen ausgebildet sind. Eine erste Gleichpotentialverbindungsfläche 426 ist auf der ersten Gleichpotentialleiterbahn 42 an einem zweiten Längsende des Substrats 2 angeordnet. Eine zweite Gleichpotentialverbindungsfläche 446 ist unmittelbar benachbart zur ersten Gleichpotentialverbindungsfläche 426 auf der zweiten Gleichpotentialleiterbahn 44 an dem zweiten Längsende des Substrats 4 angeordnet. Zwischen diesen Gleichpotentialverbindungsflächen 426,446 ist eine durch den Isolierstoffkörper 40 hindurchreichende zweite 402 Ausnehmung angeordnet.Also shown are respective connection surfaces which are formed from sections of the surfaces of conductor tracks. A first equal potential connection area 426 is on the first direct potential conductor 42 at a second longitudinal end of the substrate 2 arranged. A second equal potential connection area 446 is immediately adjacent to the first constant potential connection area 426 on the second direct potential conductor 44 at the second longitudinal end of the substrate 4th arranged. Between these constant potential connection surfaces 426, 446 there is one through the insulating body 40 arranged through second 402 recess.

Die erste und zweite Ausnehmung 400,402 sind auf einer gedachten Spiegellinie B des Substrats 4, genauer dessen Isolierstoffkörpers 40 angeordnet.The first and second recesses 400, 402 are on an imaginary mirror line B of the substrate 4th , more precisely its insulating body 40 arranged.

3 bis 6 zeigen Varianten leistungselektronischer Submodule 2, teils in erfindungsgemäßer Anordnung, in seitlicher Schnittansicht, wobei die Schnittlinie jeweils einer Linie A-A in Analogie zu 2 verläuft. Diese Analogie betrifft die Position der Leiterbahnen, der Halbleiterbauelemente und der Ausnehmungen, sie betrifft nicht zwangsläufig die technische Ausgestaltung des Substrats bezüglich seine Materialien und seines Aufbaus. 3 to 6th show variants of power electronic submodules 2 , partly in an arrangement according to the invention, in a side sectional view, the cutting line in each case being a line AA analogously to 2 runs. This analogy relates to the position of the conductor tracks, the semiconductor components and the recesses; it does not necessarily apply to the technical configuration of the substrate with regard to its materials and its structure.

3 zeigt, teilweise in Explosionsdarstellung, einen Teil einer Anordnung 1, wobei das Substrat 4 hier im Aufbau auch bezüglich der Materialien demjenigen gemäß 2 entspricht. Dieses Substrat 4 ist auf einer Flüssigkeitskühleinrichtung 3, die hier die Auflageeinrichtung ausbildet, angeordnet. 3 shows, partly in an exploded view, part of an arrangement 1 , the substrate 4th here in the structure also with regard to the materials according to the one 2 corresponds. This substrate 4th is on a liquid chiller 3 , which forms the support device here, arranged.

Auf dem Substrat 4 sind wiederum die gleichen Leistungshalbleiterbauelemente 50 angeordnet wie unter 2 beschrieben. Allerdings ist die interne Verbindungseinrichtung hier nicht als Drahtbondverbindungen, sondern als ein Stapel 52 aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Folien ausgebildet. Dieser fachübliche Folienstapel 52 besteht hier aus zwei elektrisch leitenden Folien, die zudem strukturiert ausgebildet sein können und einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Folie.On the substrate 4th are again the same power semiconductor components 50 arranged as below 2 described. However, the internal connection device is not here as wire bonds, but as a stack 52 formed from cohesively interconnected foils. This customary stack of foils 52 consists here of two electrically conductive foils, which can also be structured, and an electrically insulating foil arranged in between.

Auf der der Wasserkühleinrichtung 3 abgewandten Seite des Substrats 4, das auch in diesem Bereich auf der Wasserkühleinrichtung 3 aufliegt ist, die Wechselpotentialverbindungsfläche 436 angeordnet und als Bereich der Oberfläche der Wechselpotentialleiterbahn 43 ausgebildet. Das gesamte Substrat 4 weist innerhalb dieser Fläche die erste durchgehende Ausnehmung 400 auf. Die Anordnung weist weiterhin ein Wechselpotentialverbindungselement 60 auf, das nicht Teil des Submoduls 2 ist. Dieses Wechselpotentialverbindungselement 60 dient der Verbindung zu einer elektrischen Maschine, in der Regel ausgebildet als Elektromotor, der mittels des Submoduls 2 angetrieben wird. Das Wechselpotentialverbindungselement 60 weist eine zur Ausnehmung 400 des Substrats 4 fluchtende durchgehende Ausnehmung 600 auf.On the of the water cooling device 3 facing away from the substrate 4th that is also in this area on the water cooling device 3 is on, the alternating potential connection surface 436 arranged and as a region of the surface of the alternating potential conductor path 43 educated. The entire substrate 4th has the first continuous recess within this area 400 on. The arrangement also has an alternating potential connection element 60 on that is not part of the submodule 2 is. This alternating potential connection element 60 is used to connect to an electrical machine, usually designed as an electric motor, which by means of the submodule 2 is driven. The alternating potential connection element 60 has one to the recess 400 of the substrate 4th aligned continuous recess 600 on.

Zu diesen beiden Ausnehmungen 400,600 korrespondierend und fluchtend ist in der Wasserkühleinrichtung 3 ein Sackloch 32 mit Innengewinde angeordnet, das das Klemmgegenelement einer Klemmeinrichtung 7 ausbildet.To these two recesses 400,600 is corresponding and aligned in the water cooling device 3 a blind hole 32 arranged with an internal thread that the clamping counter element of a clamping device 7th trains.

Das Klemmelement der Klemmeinrichtung 7 ist ausgebildet als eine Schraube 70, die durch die Ausnehmung des Wechselpotentialverbindungselements 600 und des Substrats 400 hindurch in das Sackloch 32 hineinreicht. Durch diese Ausgestaltung und Anwendung der Klemmeinrichtung 7 wird eine Anschlussfläche 606 des Wechselpotentialverbindungselements 60 auf die Wechselpotentialverbindungsfläche 436 gedrückt und der elektrisch leitende Kontakt zwischen dem Wechselpotentialverbindungselement 60 und der Wechselpotentialleiterbahn 43 ausgebildet. Zur elektrischen Isolation zwischen der metallischen Schraube 70 und dem Wechselpotentialverbindungselement 60 wie auch der Wechselpotentialleiterbahn 43 ist eine Isolierstoffhülse 74 angeordnet. Zur Verbesserung der Druckeinleitung ist hier zusätzlich ein Federelement, ausgebildet als Tellerfeder 72 durch die die Schraube 701 hindurchreicht, zwischen Schraubenkopf und Isolierstoffhülse 74 angeordnet.The clamping element of the clamping device 7th is designed as a screw 70 through the recess of the alternating potential connection element 600 and the substrate 400 through into the blind hole 32 reaches in. This configuration and use of the clamping device 7th becomes a pad 606 of the alternating potential connection element 60 on the alternating potential connection area 436 pressed and the electrically conductive contact between the alternating potential connection element 60 and the alternating potential conductor 43 educated. For electrical insulation between the metallic screw 70 and the alternating potential connection element 60 as well as the alternating potential conductor 43 is an insulating sleeve 74 arranged. To improve the introduction of pressure, there is also a spring element designed as a disc spring 72 through which the screw 701 extends through, between screw head and insulating sleeve 74 arranged.

Mittels der Klemmeinrichtung 7 wird das gesamte Substrat 4 auf die Flüssigkeitskühleinrichtung 3 gedrückt, wodurch die thermische Anbindung zwischen diesen beiden ausgebildet wird. Zwischen Substrat 4 und Flüssigkeitskühleinrichtung 3 kann fachüblich noch eine Wärmeleitschicht, insbesondere eine Wärmeleitpaste, angeordnet sein.By means of the clamping device 7th becomes the entire substrate 4th on the liquid cooling device 3 pressed, whereby the thermal connection between these two is formed. Between substrate 4th and liquid cooling device 3 a heat-conducting layer, in particular a heat-conducting paste, can also be arranged as is customary in the art.

4 zeigt eine der 3 ähnliche Ausgestaltung der Anordnung 1, wobei hier auf die Darstellung einer Auflageeinrichtung verzichtet wurde. Das Substrat 4 ist hier allerdings ausgebildet als ein Metallkörper 48, vorzugsweise aus Aluminium, einer hierauf stoffschlüssig angeordneten Isolierstofflage 41, hier ausgebildet als Isolierstofffolie und wiederum hierauf stoffschlüssig angeordneten Leiterbahnen 43, vorzugsweise ausgebildet aus Aluminium oder Kupfer. Alle weiteren Komponenten und der Funktion sind identisch denjenigen gemäß 3. 4th shows one of the 3 similar configuration of the arrangement 1 , whereby a support device was not shown here. The substrate 4th is here, however, designed as a metal body 48 , preferably made of aluminum, an insulating material layer arranged thereon 41 , here designed as an insulating film and in turn cohesively arranged conductor tracks thereon 43 , preferably made of aluminum or copper. All other components and the function are identical to those according to 3 .

5 zeigt eine Anordnung 1, wobei das Substrat 4 des Submoduls 2 gemäß demjenigen aus 3 ausgebildet ist. Auch die Leistungshalbleiterbauelemente 50 und die interne Verbindungseinrichtung 52 sind hier die gleichen. Zudem dargestellt ist ein Gleichpotentialverbindungselement, hier ein erstes Gleichpotentialverbindungselement 60, das im Betrieb negatives Potential führt. 5 shows an arrangement 1 , the substrate 4th of the submodule 2 according to that 3 is trained. The power semiconductor components too 50 and the internal connector 52 are the same here. A constant potential connection element is also shown, here a first constant potential connection element 60 that has negative potential during operation.

Das Submodul 2 weist hier eine im Grunde fachübliche Druckeinrichtung 9 auf, die ihrerseits ein Druckelement 92 aus einem formstabilen Druckkörper 920 und einer Mehrzahl elastischer Druckelemente 922 aufweist. Diese Druckeinrichtung 92 wird mittels eines Druckeinleitelements 90 mit Druck beaufschlagt. Die Druckeinleitung erfolgt hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit zentral auf die Druckeinrichtung 9. Die Druckelemente 922 der Druckeinrichtung 9 drücken auf Abschnitte der Verbindungseinrichtung 52, die mit den Leistungshalbleiterbauelementen 50 fluchten. Somit wird, zur kraftschlüssigen Verbindung, das Substrat 4 an denjenigen Stellen auf die Flüssigkeitskühleinrichtung 3 gedrückt an denen die meiste Wärme entsteht.The submodule 2 has a printing facility that is basically customary in the field 9 on, which in turn is a pressure element 92 from a dimensionally stable pressure body 920 and a plurality of elastic pressure elements 922 having. This printing facility 92 is by means of a pressure introduction element 90 pressurized. In this case, the pressure is introduced centrally to the pressure device, without restricting the generality 9 . The printing elements 922 the printer 9 press on sections of the connector 52 with the power semiconductor components 50 cursing. The substrate thus becomes a force-fit connection 4th at those points on the liquid cooling device 3 pressed where most of the heat is generated.

Die Einleitung des Drucks erfolgt mittels des Druckeinleitelements 90, wobei dieses erfolgt durch zwei Klemmeinrichtungen 7, die im übrigen der jeweiligen kraftschlüssigen Verbindung der Wechselpotentialleiterbahn 43 an der Wechselpotentialverbindungsfläche 436 mit der zugeordneten Anschlussfläche des Wechselpotentialverbindungselements 60 wie der ersten Gleichpotentialleiterbahn 42 an der ersten Gleichpotentialverbindungsfläche 426 mit der zugeordneten Anschlussfläche des ersten Gleichpotentialverbindungselements 64 dienen. Diese jeweiligen Verbindungen sind im Weiteren, wie oben bereits ausgeführt, ausgebildet.The pressure is introduced by means of the pressure introduction element 90 This is done by two clamping devices 7th , the rest of the respective non-positive connection of the alternating potential conductor path 43 at the alternating potential connection area 436 with the associated connection surface of the alternating potential connection element 60 like the first direct potential conductor 42 at the first equal potential connection area 426 with the assigned connection surface of the first direct potential connection element 64 serve. These respective connections are further developed, as already stated above.

6 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einer Flüssigkeitskühleinrichtung 3, einem hierauf angeordneten erfindungsgemäßen Submodul 2, sowie ein Wechselpotentialverbindungselement 60 und ein erstes Gleichpotentialverbindungselement 64. 6th shows an arrangement according to the invention 1 with a liquid cooling device 3 , a submodule according to the invention arranged thereon 2 , as well as an alternating potential connection element 60 and a first DC connection element 64 .

Das Substrat 4 ist hier ausgebildet mit einem keramischen Isolierstoffkörper 40 und mit einer auf dessen der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 zugewandten Seite stoffschlüssig mit dem Isolierstoffkörper 40 verbunden Metalllage 49, vorzugsweise ausgebildet aus Aluminium oder Kupfer. Auf der der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 abgewandten Seite sind eine Mehrzahl von Leiterbahnen 42,43 stoffschlüssig angeordnet. Dargestellt sind wiederum drei Leistungshalbleiterbauelemente 50, hier Siliziumkarbid-Feldeffekttransistoren, auf der Wechselpotentialleiterbahn 43. Diese weist im Bereich der Wechselpotentialanschlussfläche 436 zu dem Wechselpotentialverbindungselement 60 eine zur Leiterbahn gehörige Aufdoppelung 438 auf. Weiterhin dargestellt ist die erste Gleichpotentialleiterbahn 42 samt erster Gleichpotentialverbindungsfläche 426.The substrate 4th is formed here with a ceramic insulating body 40 and with one on its of the liquid cooling device 3 facing side cohesively with the insulating body 40 connected metal layer 49 , preferably made of aluminum or copper. On that of the liquid cooling device 3 facing away are a plurality of conductor tracks 42 , 43 cohesively arranged. Again, three power semiconductor components are shown 50 , here silicon carbide field effect transistors, on the alternating potential conductor path 43 . This points in the area of the alternating potential connection surface 436 to the alternating potential connection element 60 a doubling belonging to the conductor track 438 on. The first direct potential conductor track is also shown 42 including the first equal potential connection area 426 .

Weiterhin dargestellt ist eine Druckeinrichtung 9, die im Grunde derjenigen gemäß 5 gleicht, allerdings eine erweiterte Funktionalität aufweist. Das Druckelement 92 weist zusätzliche Druckkörper 922 auf, die jeweils auf die dem Substrat 4 abgewandten Seite des Wechselpotentialverbindungselements 60 wie auch des Gleichpotentialverbindungselements 64 drücken. Eingeleitet wird dieser Druck über ein Druckeinleitelement 90, das nicht nur zentralen Druck auf das Druckelement 92 ausübt, sondern, auch fluchtend zu den jeweiligen Verbindungsflächen 426,436 der Leiterbahnen und den zugeordneten Verbindungselementen auf diese.A printing device is also shown 9 that basically correspond to those 5 is the same, but has an extended functionality. The pressure element 92 has additional pressure hull 922 on, each on the the substrate 4th facing away from the alternating potential connection element 60 as well as the direct potential connection element 64 to press. This pressure is introduced via a pressure introduction element 90 that is not just central pressure on the printing element 92 exerts, but also in alignment with the respective connection surfaces 426, 436 of the conductor tracks and the associated connection elements on them.

Die Klemmeinrichtungen selbst sind hier nicht dargestellt und sind nicht in unmittelbarer Umgebung zu den jeweiligen dargestellten Verbindungsflächen angeordnet.The clamping devices themselves are not shown here and are not arranged in the immediate vicinity of the respective connection surfaces shown.

7 zeigt ein weiteres Submodul 2 in Draufsicht. Dieses gleicht im Grunde demjenigen gemäß 2, weist allerdings keine Drahtbondverbindungen 54 als interne Verbindungseinrichtung auf. Vielmehr weist dieses Substrat 4 einen bereits beschriebenen Folienstapel 52 als interne Verbindungseinrichtung auf. Dieser Folienstapel 52 ist allerdings nur gestrichelt und transparent und somit nur angedeutet dargestellt. Dargestellt ist eine zentrale, dritte durchgehende Ausnehmung 404 des Substrats 4, deren Funktion in Zusammenhang mit der folgenden 8 beschrieben wird. Alle durchgehenden Ausnehmungen 400,402,404 sind auf einer Linie angeordnet, die eine Spiegelachse der Grundfläche des Substrats 4, also des Isolierstoffkörpers 40 definiert. 7th shows another submodule 2 in plan view. This is basically the same as the one according to 2 , but has no wire bonds 54 as an internal connection device. Rather, this substrate has 4th a stack of foils already described 52 as an internal connection device. This stack of foils 52 However, it is only shown in dashed lines and transparent and therefore only indicated. A central, third continuous recess is shown 404 of the substrate 4th whose function is related to the following 8th is described. All through recesses 400, 402, 404 are arranged on a line which is a mirror axis of the base area of the substrate 4th , so the insulating body 40 Are defined.

8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines leistungselektronischen Submoduls 2. Das Substrat 4 ist funktional identisch demjenigen gemäß 7, weist allerdings geometrische Abweichungen an den Längsenden auf. Das Substrat 4 wird rahmenartig fast vollständig umschlossen durch einen Isolierstoffformkörper 20, der somit ein Teilgehäuse des Submoduls 2 ausbildet. 8th shows a three-dimensional representation of a power electronics sub-module 2 . The substrate 4th is functionally identical to that according to 7th , however, shows geometrical deviations at the longitudinal ends. The substrate 4th is almost completely enclosed in a frame-like manner by a molded insulating body 20th , which is thus a part of the housing of the submodule 2 trains.

Weiterhin weist das Submodul 2 eine Druckeinrichtung 9 mit einem Druckelement 92 auf, das einen formstabilen Druckkörper 920 und eine Mehrzahl starrer, nicht sichtbarer Druckelemente aufweist, die auf Bereiche des Substrats 4 drücken an denen keine Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet sind. Das Substrat 4 weist, wie bereits in 7 dargestellt, eine dritte, zentral angeordnete, durchgehende Ausnehmung auf, die mit einer Ausnehmung der Druckeinrichtung fluchtet. Diese Ausnehmungen sind dazu ausgebildet und vorgesehen, dass ein Druckeinleitelement 90, das hier als eine Schraube mit einer Tellerfeder ausgebildet ist, durch diese hindurchreicht und das Substrat 4 mittels der Druckeinrichtung 9 auf die Auflageeinrichtung presst.Furthermore, the submodule 2 a printing device 9 with a pressure element 92 on, which is a dimensionally stable pressure body 920 and a plurality of rigid, invisible printing elements that are applied to areas of the substrate 4th press on which no power semiconductor components are arranged. The substrate 4th shows, as in 7th shown, a third, centrally arranged, continuous recess which is aligned with a recess of the printing device. These recesses are designed and provided that a pressure introduction element 90 , which is designed here as a screw with a plate spring, extends through this and the substrate 4th by means of the printing device 9 pressed onto the support device.

9 zeigt ein Submodul 2 für einen Multi-Level-Stromrichter in Draufsicht. Die erste Gleichpotentialleiterbahn 42 ist hier nicht ausgebildet negatives Potential, sondern Neutralpotential zu führen. 9 shows a submodule 2 for a multi-level converter in plan view. The first direct potential conductor 42 is not designed to have a negative potential here, but rather a neutral potential.

Drei Leistungshalbleiterbauelemente 50, ihrerseits wiederum ohne Beschränkung der Allgemeinheit ausgebildet als Siliziumkarbid-Feldeffekttransistoren, sind auf der zweiten Gleichpotentialleiterbahn 44, die hier im Betrieb positives Potential führt angeordnet. Diese Leistungshalbleiterbauelemente 50 bilden in einer Drei-Level-Schaltung den oberen Leistungsschalter des oberen Zweiges aus. Weitere drei Leistungshalbleiterbauelemente 50, wiederum Siliziumkarbid-Feldeffekttransistoren, sowie eine Leistungsdiode 51 sind auf einer weiteren Leiterbahn 46 angeordnet. Diese drei Siliziumkarbid-Feldeffekttransistoren bilden den unteren Leistungsschalter des oberen Zweiges der Drei-Level-Schaltung aus, während die Leistungsdiode 51 die obere Diode ausbildet, die das Potential zwischen den oberen Schaltern mit dem Neutralpotential verbindet.Three power semiconductor components 50 , in turn, without loss of generality, designed as silicon carbide field effect transistors, are on the second direct potential conductor track 44 , which here leads to positive potential during operation. These power semiconductor components 50 form the upper circuit breaker of the upper branch in a three-level circuit. Another three power semiconductor components 50 , again silicon carbide field effect transistors, and a power diode 51 are on another track 46 arranged. These three silicon carbide field effect transistors form the lower power switch of the upper branch of the three-level circuit, while the power diode 51 the upper diode forms, which connects the potential between the upper switches with the neutral potential.

Die Wechselpotentialverbindungsfläche 436 ist im Grund gleich angeordnet und ausgebildet wie diejenige gemäß 7. Die beiden Gleichpotentialverbindungsflächen 426,446 sind ebenfalls gleich angeordnet und ausgebildet wie diejenigen gemäß 7. Die zentrale Ausnehmung 404 ist ebenfalls angeordnet und funktional ausgebildet wie diejenige gemäß 7.The alternating potential connection area 436 is basically arranged and designed the same as that according to 7th . The two equal potential connection areas 426, 446 are likewise arranged and designed in the same way as those according to FIG 7th . The central recess 404 is also arranged and functionally designed like that according to 7th .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017115883 A1 [0002]DE 102017115883 A1 [0002]

Claims (7)

Leistungselektronisches Submodul (2) mit einer Schalteinrichtung mit einem Substrat (4), das eine erste Gleichpotentialleiterbahn (42) mit einer hierauf angeordneten ersten Gleichpotentialverbindungsfläche (426) und mit einer zweiten Gleichpotentialleiterbahn (44) mit einer hierauf angeordneten zweiten Gleichpotentialverbindungsfläche (446), wobei die Gleichpotentialverbindungsflächen (426,446) vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, sowie eine Wechselpotentialleiterbahn (43) und hierauf eine Wechselpotentialverbindungsfläche (436) aufweist, mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterbauelementen (50), mit einer internen Verbindungseinrichtung (52,54) und mit einer Druckeinrichtung (9), die ein Druckelement (92) aufweist, das einen formstabilen Druckkörper (920) und eine Mehrzahl starrer oder elastischer Druckelemente (922) aufweist, wobei die erste und zweite Gleichpotentialverbindungsfläche (426,446) wie auch die Wechselpotentialverbindungsfläche (436) dazu ausgebildet und vorgesehen sind direkt, polaritätsrichtig und elektrisch leitend mit externen, nicht zum Submodul (2) gehörigen, Gleichpotential- bzw. Wechselpotentialverbindungselementen (60,64) verbunden zu werden, wodurch gleichzeitig das Substrat (4) in den Abschnitten der Gleichpotentialverbindungsflächen (426,446) wie auch der Wechselpotentialverbindungsfläche (436) auf eine Auflageeinrichtung (3) gepresst wird und wobei das Druckelement (92) zusätzliche Druckkörper (922) aufweist, die jeweils auf die dem Substrat (4) abgewandten Seite des Wechselpotentialverbindungselements (60) wie auch des Gleichpotentialverbindungselements (64) drücken und wobei dieser Druck eingeleitet wird über ein Druckeinleitelement (90), das nicht nur zentralen Druck auf das Druckelement (92) ausübt, sondern auch fluchtend zu den jeweiligen Verbindungsflächen (426,436) der Leiterbahnen und den zugeordneten Gleich- und Wechselpotentialverbindungselementen (60,64) auf diese Druck ausübt.Power electronic submodule (2) with a switching device with a substrate (4) which has a first DC potential conductor track (42) with a first DC potential connection surface (426) arranged thereon and with a second DC potential conductor track (44) with a second DC potential connection surface (446) arranged thereon, wherein the direct potential connection areas (426, 446) are preferably arranged directly adjacent to one another, and also have an alternating potential conductor track (43) and thereon an alternating potential connection area (436), with a plurality of power semiconductor components (50), with an internal connection device (52, 54) and with a printing device ( 9), which has a pressure element (92) which has a dimensionally stable pressure body (920) and a plurality of rigid or elastic pressure elements (922), the first and second DC potential connection area (426, 446) as well as the AC potential connection area (436) for this purpose are formed and intended to be connected directly, with correct polarity and electrically conductive, to external direct potential or alternating potential connection elements (60,64) not belonging to the submodule (2), whereby at the same time the substrate (4) in the sections of the direct potential connection surfaces (426,446) as well as the alternating potential connection surface (436) is pressed onto a support device (3) and the pressure element (92) has additional pressure bodies (922), which are each on the side of the alternating potential connection element (60) and the DC potential connection element (60) facing away from the substrate (4). 64) and this pressure is initiated via a pressure introduction element (90), which not only exerts central pressure on the pressure element (92), but also in alignment with the respective connecting surfaces (426, 436) of the conductor tracks and the associated direct and alternating potential connecting elements (60 , 64) puts pressure on them. Submodul nach Anspruch 1, wobei ein Isolierstoffformkörper (20), der die Schalteinrichtung rahmenartig zumindest teilweise umschließt.Submodule after Claim 1 wherein a molded insulating body (20) which at least partially encloses the switching device like a frame. Submodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (4) einen Isolierstoffkörper (40) oder eine Isolierstofflage (41) aufweist auf der die erste und zweite Gleichpotentialleiterbahn (42,44), wie auch die Wechselpotentialleiterbahn (43) stoffschlüssig angeordnet sind.Submodule according to one of the preceding claims, wherein the substrate (4) has an insulating material body (40) or an insulating material layer (41) on which the first and second DC potential conductor tracks (42, 44) as well as the AC potential conductor tracks (43) are cohesively arranged. Submodul nach Anspruch 3, wobei der Isolierstoffkörper (40) oder die Isolierstofflage (41) auf einem Metallkörper (48) oder einer Metalllage (49) stoffschlüssig angeordnet sind.Submodule after Claim 3 wherein the insulating material body (40) or the insulating material layer (41) are cohesively arranged on a metal body (48) or a metal layer (49). Submodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die interne Verbindungseinrichtung ausgebildet ist als Bond-, insbesondere Drahtbondverbindungen (54) oder als ein Folienstapel (52) aus jeweils einer oder mehreren zumindest teilweise in sich strukturierten und abwechselnd angeordneten elektrisch isolierenden und elektrisch leitenden Folien.Submodule according to one of the preceding claims, wherein the internal connection device is designed as bond, in particular wire bond connections (54) or as a film stack (52) each of one or more at least partially self-structured and alternately arranged electrically insulating and electrically conductive films. Anordnung (1) mit einem leistungselektronisches Submodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Auflageeinrichtung (3), insbesondere ausgebildet als eine Kühleinrichtung, mit einer ersten und einer zweiten Klemmeinrichtung (7), die jeweils in der Auflageeinrichtung (3) verankert ist, wobei mittels der ersten Klemmeinrichtung (7) eine elektrisch leitende kraftschlüssige Verbindung zwischen der Wechselpotentialverbindungsfläche (436) und dem Wechselpotentialverbindungselement (60) ausgebildet wird und wobei mittels der zweiten Klemmeinrichtung (7) eine elektrisch leitende kraftschlüssige Verbindung zwischen der ersten Gleichpotentialverbindungsfläche (426) und dem ersten Gleichpotentialverbindungselement (64) und gleichzeitig zwischen der zweiten Gleichpotentialverbindungsfläche (446) und dem zweiten Gleichpotentialverbindungselement ausgebildet wird.Arrangement (1) with a power electronic submodule (2) according to one of the preceding claims, with a support device (3), in particular designed as a cooling device, with a first and a second clamping device (7), each anchored in the support device (3) is, wherein by means of the first clamping device (7) an electrically conductive non-positive connection is formed between the alternating potential connection surface (436) and the alternating potential connection element (60) and wherein by means of the second clamping device (7) an electrically conductive non-positive connection between the first DC potential connection surface (426) and the first constant potential connection element (64) and simultaneously between the second constant potential connection area (446) and the second constant potential connection element is formed. Anordnung nach Anspruch 6, wobei eine Mehrzahl von Submodulen (2) vorzugsweise mit einem gemeinsamen Gesamtgehäuse ein Leistungsmodul ausbilden.Arrangement according to Claim 6 , wherein a plurality of sub-modules (2) preferably form a power module with a common overall housing.
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