WO2017215798A1 - Leitungsintegrierter halbleiterschalter und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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flat
contact
semiconductor switch
region
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Simon BETSCHER
Wacim TAZARINE
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Auto-Kabel Management Gmbh
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    • H01L2224/83447—Copper [Cu] as principal constituent
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Definitions

  • the subject matter relates to an in-line switch and a method of fabricating a line-integrated switch.
  • the positive battery line is increasingly formed by a so-called backbone cable.
  • a so-called backbone cable often has a flat conductor and extends along the longitudinal axis of a vehicle.
  • the object was the object of a
  • line-integrated switch to provide, which is physically small and can be used in particular in automotive applications.
  • the subject line-integrated switch is preferably used in automotive applications, in particular in conjunction with a
  • the subject matter is a first and a second flat part
  • the two flat parts can be formed, for example, as connection parts for flat conductors or other electrical conductors. It is also possible that at least one of the flat parts is formed as a flat conductor. Such a flat conductor may for example be formed in particular from a solid material and as
  • Battery line in particular as a power line, within a motor vehicle serve.
  • the cable cross-section of flat parts is usually designed to carry currents of more than 10 amps permanently.
  • the flat parts have an overlapping area. In this overlapping area, the flat parts lie one above the other.
  • a semiconductor switch is arranged between the flat parts, the flat parts being interconnected in a switching manner.
  • Semiconductor switch may be a MOSFET, IGBT or the like.
  • Semiconductor switch can be formed as a transistor, thyristor, triac of the like.
  • a semiconductor switch is characterized by having a connection between two line contacts, e.g. Drain and source, can switch.
  • the voltage between the switching contact and one of the line contacts, e.g. Source can be decisive for the connection between the
  • Line contacts becomes electrically conductive or not.
  • the line-integrated switch in a vehicle electrical system, it is possible, for example, to switch from a central point various outlets from a first lead to at least a second lead as needed. This can be useful in particular for the battery and energy management within the motor vehicle. Also, for safety reasons, an on-demand switching of individual branches of a main energy train may be useful.
  • the longitudinal axes of the flat parts may intersect in the overlapping area.
  • the longitudinal axes may, for example, at an angle, in particular at a right angle to each other. That is to say that a second flat part of an initial flat part formed as a battery lead is angled, preferably can branch off at right angles. This makes it possible to realize a very flexible distribution structure within a vehicle electrical system.
  • a first of the flat parts on a side facing the second of the flat parts is at least partially coated with an insulation, wherein in the insulation in a contact region
  • Semiconductor switch is connected in the contact region with the first flat part and can be connected, for example, with a second connection to the second flat part.
  • the semiconductor switch between the two flat conductors can be arranged electrically and can switch the electrical connection between these two.
  • a semiconductor switch may be metallically, in particular metallically coated, in the region of an upper side of its housing and / or in the region of an underside of its housing, at least in the region of a contact.
  • the second line contact may be on top of the
  • semiconductor switch be provided.
  • the semiconductor switch may be sandwiched between the two flat parts.
  • semiconductor switches are usually constructed so that the surfaces of both the switching contact and the two line contacts are as close as possible to a plane in the region of a first surface.
  • the second line contact in the form of a electrical coating of the semiconductor switch is formed as a heat sink.
  • This heat sink can be used objectively to be electrically connected to a flat part, so as to realize the sandwich-like structure between the two flat parts and the semiconductor switch.
  • the semiconductor switch is soldered to the semiconductor switch in the contact area with the first flat part. It is advantageous if the contact region is tinned. According to one embodiment, it is proposed that the first flat part is coated with an at least three-layered structure, wherein a conductive layer is guided between two insulating layers.
  • the respective layers may be adhesively bonded and / or adhesively bonded together. It is particularly useful if a first, applied directly to the flat part of a layer of a
  • the printed circuit board material may in particular be a so-called prepreg (Preimpregnated Fibers). This material is usually the carrier material for printed conductors.
  • the printed circuit board material can be adhesively applied directly to the flat part.
  • Printed circuit board material is applied a conductive layer.
  • the conductive layer is preferably a copper layer.
  • the conductive layer is preferably treated so that it forms printed conductors. This can be done in particular by a
  • the protective layer may be designed such that, in particular, contact pads and solder pads for discrete components are free of the protective varnish and release the material of the conductive layer. Then a discrete component can be soldered onto it.
  • the contact region may be coated so that it terminates substantially in the plane formed by the conductive layer and / or the protective layer.
  • the contact region can be metallically coated so that the metallic coating is always spaced from the conductive layer.
  • the semiconductor switch is provided with a
  • Conductor contact in particular a source or drain contact with the
  • a semiconductor switch may be used, in which both line contacts (in particular source, drain) and the switching contact (in particular gate) are arranged in one plane. If such a semiconductor switch is placed on the first flat part, then a conductor contact come into direct connection with the contact area and the switching contact in direct connection with the Contact pad on the conducting layer. These immediate connections are made by soldering.
  • the second conductor contact which lies in the plane of the first conductor contact, is deposited according to an embodiment on the insulating layer.
  • Insulation layer and / or the conductive layer or the conductor track of the conductive layer may be designed so that in the region in which this second conductor contact rests on the insulating layer, no contact with the conductor track or the flat part is possible. Thus, this conductor contact is insulated at its bearing surface relative to the flat part.
  • a semiconductor switch may, for cooling purposes, transfer the second conductor contact via a housing part to its surface opposite the first conductor contact.
  • This surface lies opposite the surface on which the first conductor contact and the switch contact are. This surface can be used to bring the semiconductor switch with its second conductor contact with the second flat part, in particular its connection area in contact, as will be described below.
  • a semiconductor switch directly his two
  • the second flat part is metallically coated at least in the overlapping area.
  • Coating may be a tin coating.
  • the metallic coating can form a connection region.
  • this connection region is on the surface of the second flat part, which faces the first flat part in the connected state.
  • contact area and connection area are located on mutually facing side of the first and second flat part.
  • the semiconductor switch is electrically contacted with the second flat part in the terminal region.
  • Semiconductor switch a connection between the two flat parts, which is switchable via the switching contact.
  • the electrical connection between the two flat parts can now be switched on and off.
  • a plurality of semiconductor switches are arranged in parallel between two flat parts in the manner described, so that their current carrying capacity is sufficient to carry the total current flowing between the two flat parts. Also, the power loss in each individual semiconductor switch is lower, so that the heat loss generated in each semiconductor switch can be sufficiently dissipated. This is particularly useful if the flat parts are used in the region of the power lines, in particular in the region of a battery line.
  • the flat parts can also be used in flat cables, for example B +, or a B-cables.
  • cables can be two-wire or multi-core, each wire can be formed by a flat part.
  • On opposite sides of the cable can each have one of the flat parts with a third flat part in the
  • the second flat part is coated on the side facing the first flat part with an insulator, in particular an insulating varnish. Also, the second flat part is preferably coated insulating, so that a contact of the second flat part with the first flat part or with discrete components which are soldered onto the conductor track of the conductive layer is prevented.
  • the flat parts are preferably formed of aluminum material.
  • E aluminum such as aluminum 99.5 can be used.
  • Aluminum is preferably annealed so that a good plastic
  • At least one of the flat parts is formed from a copper material.
  • a flat part made of copper material and a flat part made of aluminum material can be formed.
  • connection region on the second flat part can be provided by means of roll cladding on the flat part.
  • a contact pad is rolled on the flat part by means of roll cladding.
  • the flat conductor may be formed by the first and second flat part, which are connected to each other switchable by the semiconductor switch.
  • Connecting straps, connections with bolts, connections with holes or the like are formed. Then it may be useful if, for example, at one end of a flat conductor of the semiconductor switch with a connecting element formed as
  • Flat conductor which forms the first flat part and the connection element, which forms the second flat part, be parallel to each other.
  • the line contacts of the semiconductor switch are connected on the one hand to the contact region and on the other hand to the connection region.
  • a first line contact for example source
  • second line contact for example drain
  • a further aspect is a method for producing a line-integrated switch, in particular a line-integrated switch described above.
  • the contact area and the terminal area have mutually different heat capacities.
  • its heat capacity may be higher than that of the contact region.
  • a soldering is suitable.
  • a contact region of a second flat part can be connected to a second terminal of a semiconductor switch. Again, in particular, a soldering done. In this case, it may make sense that this connection takes place with a second energy input, which is less than the first energy input.
  • the contact region may have a lower heat capacity than the connection region. This can be, in particular, for the reason that the insulating layer and the conductive layer are applied to the flat part with the contact region, which are heat-insulating to a certain extent. In this case it may be sufficient to introduce a lower heating energy in the contact area to allow a soldering.
  • Switching contact of the semiconductor switch with test terminals are applied, whereas a second conductor contact is already connected to the connection area.
  • Conductor contact can be checked that a conductive connection between the conductor contacts is generated via the switching contact and thus there is a conductive transition between the second conductor contact and the flat part.
  • 1a is a plan view of a first flat part with a connection region according to an embodiment
  • Fig. Lb is a section through a flat part according to Fig. La;
  • Fig. 2a is a plan view of a second connection area with a
  • FIG. 2b shows a section through the second flat part according to FIG. 2a;
  • Fig. 3 is a section through an on-line switching element with the
  • Fig. 5 is a sectional view of a line-integrated switch according to a
  • Fig. 6 is a view of a compound of two flat parts with a
  • line-integrated switch according to an embodiment
  • 7 is a plan view of a flat conductor with different outlets, each with line-integrated switch according to a
  • Embodiment a sectional view of a flat cable with oppositely arranged line-integrated switches according to an embodiment
  • Fig. 1 shows a first flat part 2 in a plan view.
  • the first flat part 2 may for example be made of a copper material or an aluminum material.
  • a connection region 4 can be provided in a central region of the flat part 2.
  • the connection region 4 may be, for example, a metallic coating on the flat part 2.
  • the connection area 4 can by means of
  • the connection region 4 for example a copper element or a tin element, may be roll-laminated onto the flat part 2.
  • Fig. Lb shows the section Ib through the flat part 2. It can be seen that the flat part 2 is formed of a solid material. It can also be seen that the flat part 2 has a considerably greater material thickness than the metallic coating of the
  • the material thickness of the flat part 2 is at least ten times the material thickness of the connection region 4.
  • An insulating layer 6 can be applied to the flat part 2. Also the material thickness of the
  • Insulation layer 6 may be one tenth or less than the material thickness of the flat part 2. It can also be seen that the connection area 4 is free of the
  • Insulation layer 6 is.
  • the flat part 2 may be in its longitudinal extension between two and ten inches long and be formed for example as a connection element or as a flat conductor has a length of several tens of centimeters to over one meter. This is particularly useful when the flat part 2 is used as an energy backbone in a vehicle electrical system.
  • FIG. 2a shows a second flat part 8 in a plan view.
  • the second flat part 8 has a contact region 10.
  • the contact area 10 is directly on the
  • the contact region 10 may in particular be a metallic coating already described above.
  • a printed circuit board layer 12 on the flat part 8 with a conductive layer 14, a printed circuit or traces in the form of a printed circuit
  • FIG. 2b shows the section through the flat part 8 according to FIG. 2a. It can be seen that on the material of the flat part 8, first, a circuit board layer 12 is applied. The circuit board layer 12 may be glued to the flat part 10 or attached captively in some other way. Over the circuit board layer 12, a conductive layer 14 may be applied. The conductive layer 14 is preferably a copper layer. With the conductive layer 14, the printed circuit shown in Fig. 2a can be constructed. For this purpose, conventional methods for creating PCBs can be used. Over the conductive layer 14, an insulating layer 16 is provided.
  • the height of the contact region 10 may be selected so that it terminates preferably in a same plane as the insulating layer 16 or the conductive layer 12.
  • a semiconductor switch 18 can be placed on the flat part 8 and electrically connected to the contact region 10 with a conductor contact and with a switching contact with the printed circuit board layer 12, without stressing the semiconductor switch 18 mechanical stresses ,
  • the printed circuit board layer 12 is designed so that a contact pad is provided in the region of the boundary between the printed circuit board layer 12 and the contact region 10, on which a switching contact of the semiconductor switch can be placed and electrically contacted.
  • the switching contact of the semiconductor switch can be controlled via the circuit of the circuit board layer 12 and establish the conductive connection between the two conductor contacts of the semiconductor switch.
  • the insulating layer 16 as well as the conductive layer 14 in particular have a material thickness which is at least one tenth of the material thickness of the flat part 8 and / or the printed circuit board layer 12.
  • FIG. 3 shows the flat parts 2 and 8 in a sectional view, corresponding to FIGS. 2b and 1b. Between the flat parts 2 and 8, a semiconductor switch 18 is arranged. Of the Semiconductor switch 18 has, representative of conductor contacts of semiconductor switches, a source contact 20 and a drain contact 22. In addition, the
  • Semiconductor switch 18 representative of a switching contact of semiconductor switches, a gate contact 24. It can be seen that source contact 20, drain contact 22 and gate contact 24 are substantially in a plane to each other.
  • one of the conductor contacts in this case the drain contact 22 and the switching contact, in the present case the gate contact 24 is electrically connected to the contact region 10, respectively the conductive layer 14. This can be recognized by solder pads 26.
  • the gate contact 24 is electrically conductively connected via a solder pad 26 to a contact pad on the conductive layer 14.
  • the drain contact 22 is electrically conductively connected to the contact region 10 via a solder pad 26.
  • the drain contact 22 is preferably such that it lies directly above the contact region 10 in the connected state.
  • a connection between the drain contact 22 and the conductive layer 14 is preferably prevented by a circumferential gap between the contact region 10 and the conductive layer 14.
  • a source contact 20 may be provided on the opposite side of the drain contact 22. In the illustration, which is purely exemplary, this can be done by the source contact 20 from the plane with the drain contact 22 and the gate contact 24 via a housing cover of the molded
  • Semiconductor material of the semiconductor switch 18 is guided on the opposite side of the semiconductor switch 18.
  • Semiconductor switches can be equipped with such cooling elements as housing elements and thus allow a contacting of one of the conductor contacts via the cooling element.
  • the source contacts 20, which are in the plane with the drain contact 22 and the gate contact 24, are on the insulating layer 16. This leads to a stabilization of the semiconductor switch 18 between the flat parts 2 and 8.
  • the source contact 22 is electrically conductively connected to the connection region 4 via a solder pad 26.
  • Connection area 4 and the source contact 20 made. Here is the
  • Semiconductor switch 18 is placed with the source contact 20 lying on the connection area 4 in a soldering oven and there is the solder pad 26 between the
  • Connection area 4 and the source contact 20 made. Subsequently, this connection can be electrically tested, in which by activating the gate contact 24, a conductive connection between the source contact 20 and the drain contact 22 is made and it is checked whether the drain contact 22 is electrically connected to the flat part 2.
  • the flat part 8 can be positioned with its contact region 10 at the drain contact 22 and with the
  • Gate contact 24 and conductive layer 14 and contact area 10 and drain contact 22 are connected to Gate contact 24 and conductive layer 14 and contact area 10 and drain contact 22.
  • a lower heating energy for soldering can be introduced, which protects the semiconductor switch 18 and due to the lower
  • Heat capacity of the flat part 8 may be sufficient in the constellation shown.
  • Fig. 4 shows two flat parts 2, 8, which are formed as connection elements.
  • a flat part 2 may for example have a bore 2a which is suitable for receiving a bolt.
  • a contact part 8 may, for example, a bolt 8 a, the for example, is welded. Between the contact parts 2 and 8, a semiconductor switch 18 may be provided. Thus, the conductive connection between the flat parts 2 and 8 can be switched via the semiconductor switch 18.
  • the flat parts 2, 8 can be both or only one as a flat conductor with an extension of several tens of centimeters up to one meter. Another of the flat parts 2, 8 may for example be a connection element or a flat conductor.
  • a height offset 2b, 8b in the flat parts 2, 8 is provided in an area immediately in front of the semiconductor switch 18, for example, five to ten centimeters before the end of the respective flat part 2, 8. The height offset can amount to at least half the height of the semiconductor switch 18.
  • a height offset 2b, 8b can also be provided in only one of the flat parts 2, 8.
  • FIG. 6 shows a further embodiment.
  • a first flat part 2 can be
  • the flat conductor 2 may be insulated and be free from the insulation exclusively in the region of the connection to the second flat part 8.
  • the second flat part 8 can be electrically connected via a semiconductor switch 18 to the first flat part 2.
  • the longitudinal direction of the flat part 2 in the x direction can be at an angle to
  • Fig. 7 shows a further embodiment in which the flat part 2 is formed as a flat conductor.
  • the longitudinal direction of the flat part 2 is shown along the x-axis.
  • flat parts 8 can branch off at different points of the flat part 2, specifically in different longitudinal extension directions along different axes yi, y 2 , y 3 , y 4 . It can be seen, for example, that a flat part 8, which extends along the axis y 3 , is arranged on a surface of the flat part 2 opposite to another flat part 8.
  • the axis y 4 extends at an angle to the x axis.
  • Fig. 8 shows the possibility to provide an outlet on each surface of a flat part 2. It can be seen that a first semiconductor switch 18 connects the flat part 2 with a flat part 8 on a first surface and a second one
  • the flat part 2 connects with a flat part 8. As a result, outflows on both sides of the flat part 2 are possible.
  • On-board network potentials to be connected within a vehicle electrical system It is also possible for one of the flat conductors 2 'to be used as a B + conductor and another for the flat conductors 2 "as a ground return.
  • each of the flat parts 2 ', 2 " can be connected to a semiconductor switch 18', 18" and thus have an outlet to a flat part 8 ', 8 ".Thus it is possible to separate a great variety of potentials, in particular in an electrical system branching from each other to different consumers or components switchable.

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Abstract

Leitungsintegrierter Schalter mit zumindest einem ersten metallischen Flachteil 2, zumindest einen zweiten metallischen Flachteil 8, wobei die Flachteile in einem Überlappungsbereich mit ihren breiten Seiten übereinander angeordnet sind und in dem Überlappungsbereich ein Halbleiterschalter 18 zwischen den Flachteilen 2, 8, die Flachteile 2, 8 schaltend miteinander verbindend, angeordnet ist. Ein einfacher Aufbau ist dadurch möglich, dass zumindest im Überlappungsbereich ein erstes der Flachteile 2 auf einer dem zweiten der Flachteile 8 zugewandten Seite zumindest teilweise mit einer Isolation beschichtet ist, wobei in der Isolation in einem Kontaktbereich 10 eine Ausnehmung vorgesehen ist und der Halbleiterschalter 18 in dem Kontaktbereich 10 mit dem Flachteil 8 elektrisch kontaktiert ist.

Description

LEITUNGSINTEGRIERTER HALBLEITERSCHALTER UND VERFAHREN ZU
DESSEN HERSTELLUNG
Der Gegenstand betrifft einen leitungsintegrierten Schalter sowie ein Verfahren zum Herstellen eines leitungsintegrierten Schalters.
Im automotiven Einsatzbereich werden zunehmend Flachteile, insbesondere
Flachleiter eingesetzt. Insbesondere die Batterieplusleitung wird vermehrt durch ein sogenanntes Backbone-Kabel gebildet. Ein solches Kabel hat häufig einen Flachleiter und erstreckt sich entlang der Längsachse eines Fahrzeugs. Entlang des Verlaufs des Kabels kann es elektrische Abzweigungen geben. Diese Abzweigungen sind bisher dauerhaft mit dem Flachleiter verbunden. Ein Schalten von solchen Abzweigungen ist bisher nicht möglich, jedoch häufig erwünscht.
Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, einen
leitungsintegrierten Schalter zur Verfügung zu stellen, welcher kleinbauend ist und insbesondere in automotiven Anwendungen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gegenständlich durch einen leitungsintegrierten Schalter nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
Der gegenständliche leitungsintegrierte Schalter wird vorzugsweise in automotiven Anwendungen zum Einsatz kommen, insbesondere in Verbindung mit einer
Batterieleitung. Gegenständlich sind ein erstes und ein zweites Flachteil
vorgeschlagen. Die beiden Flachteile können beispielsweise als Anschlussteile für Flachleiter oder sonstige elektrische Leiter gebildet sein. Auch ist es möglich, dass zumindest eines der Flachteile als Flachleiter gebildet ist. Ein solcher Flachleiter kann beispielsweise insbesondere aus einem Vollmaterial gebildet sein und als
Batterieleitung, insbesondere als Energieleitung, innerhalb eines Kraftfahrzeugs dienen. Der Leitungsquerschnitt von Flachteilen ist in der Regel dazu ausgelegt, Ströme von mehr als 10 Ampere dauerhaft zu tragen.
Gegenständlich wird vorgeschlagen, dass die Flachteile einen Überlappungsbereich aufweisen. In diesem Überlappungsbereich liegen die Flachteile übereinander.
Insbesondere liegen die Flachteile mit ihren breiten Seiten übereinander.
Zum Schalten der Verbindung zwischen den beiden Flachleitern wird vorgeschlagen, dass in dem Überlappungsbereich ein Halbleiterschalter zwischen den Flachteilen, die Flachteile schaltend miteinander verbindend, angeordnet ist. Ein solcher
Halbleiterschalter kann ein MOSFET, IGBT oder dergleichen sein. Der
Halbleiterschalter kann als Transistor, Thyristor, Triac der dergleichen gebildet sein. Ein Halbleiterschalter zeichnet sich dadurch aus, dass er über einen Schaltkontakt eine Verbindung zwischen zwei Leitungskontakten, z.B. Drain und Source, schalten kann. Die Spannung zwischen dem Schaltkontakt und einem der Leitungskontakte, z.B. Source kann maßgeblich dafür sein, ob die Verbindung zwischen den
Leitungskontakten elektrisch leitend wird oder nicht.
Durch den Einsatz des leitungsintegrierten Schalters in einem Bordnetz ist es beispielsweise möglich, von einer zentralen Stelle aus verschiedenste Abgänge von einem ersten Flachleiter zu zumindest einem zweiten Flachleiter bedarfsgerecht zu schalten. Dies kann insbesondere für das Batterie- und Energiemanagement innerhalb des Kraftfahrzeugs sinnvoll sein. Auch aus sicherheitstechnischen Gründen kann ein bedarfsweises Schalten von einzelnen Abzweigungen eines Hauptenergiestrangs sinnvoll sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können sich die Längsachsen der Flachteile im Überlappungsbereich kreuzen. Dabei können die Längsachsen beispielsweise winklig, insbesondere in einem rechten Winkel zueinander liegen. D.h., dass ein zweites Flachteil von einem ersten, als Batterieleitung gebildeten Flachteil winklig, vorzugsweis rechtwinklig abzweigen kann. Dies ermöglicht es, eine sehr flexible Verteilstruktur innerhalb eines Bordnetzes zu realisieren.
Um die Verbindung zwischen den beiden Flachteilen schaltbar zu machen, wird vorgeschlagen, dass zumindest im Überlappungsbereich ein erstes der Flachteile auf einer dem zweiter der Flachteile zugewandten Seite zumindest teilweise mit einer Isolation beschichtet ist, wobei in der Isolation in einem Kontaktbereich eine
Ausnehmung vorgesehen ist und der Halbleiterschalter in dem Kontaktbereich mit dem Flachteil elektrisch kontaktiert ist. Durch die Isolation wird eine unmittelbare Verbindung zwischen den Flachteilen untereinander verhindert. Der
Halbleiterschalter ist in dem Kontaktbereich mit dem ersten Flachteil verbunden und kann beispielsweise mit einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Flachteil verbunden werden. Hierdurch lässt sich der Halbleiterschalter zwischen den beiden Flachleiten elektrisch anordnen und kann die elektrische Verbindung zwischen diesen beiden schalten.
Ein Halbleiterschalter kann im Bereich einer Oberseite seines Gehäuses und/der im Bereich einer Unterseite seines Gehäuses zumindest im Bereich eines Kontaktes metallisch, insbesondere metallisch beschichtet, sein. Insbesondere ist es möglich, an einer Unterseite, vorzugsweise planparallel zueinander, zwei Kontakte insbesondere einen Schaltkontakt auch einen Leitungskontakt an dem Halbleiterschalter vorzusehen. Der zweite Leitungskontakt kann auf der Oberseite des
Halbleiterschalters vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Halbleiterschalter sandwichartig zwischen den beiden Flachteilen angeordnet sein.
Heutzutage werden Halbleiterschalter in der Regel so gebaut, dass die Flächen von sowohl dem Schaltkontakt als auch der beiden Leitungskontakte möglichst in einer Ebene im Bereich einer ersten Oberfläche liegen. Für die gegenständliche Anwendung kann es notwendig sein, dass einer der beiden Leitungskontakte elektrisch an einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweite Oberfläche des Halbleiterschalters geführt ist. Dies kann erreicht werden, dass der zweite Leitungskontakt in Form einer elektrischen Beschichtung des Halbleiterschalters als Kühlkörper geformt ist. Dieser Kühlkörper kann gegenständlich dafür verwendet werden, mit einem Flachteil elektrisch verbunden zu werden, um somit den sandwichartigen Aufbau zwischen den beiden Flachteilen und dem Halbleiterschalter zu realisieren.
Für eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Flachteil und dem
Halbleiterschalter ist der Halbleiterschalter in dem Kontaktbereich mit dem ersten Flachteil verlötet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Kontaktbereich verzinnt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das erste Flachteil mit einem zumindest dreilagigen Aufbau beschichtet ist, wobei eine leitende Schicht zwischen zwei Isolationsschichten geführt ist.
Bei diesem dreiteiligen Aufbau können die jeweiligen Schichten haftend und/oder klebend miteinander verbunden sein. Dabei ist es insbesondere sinnvoll, wenn eine erste, unmittelbar auf dem Flachteil aufgebrachte Schicht ein aus einem
Leiterplattenmaterial gebildet ist. Das Leiterplattenmaterial kann insbesondere ein sogenanntes Prepreg (Preimpregnated Fibers) sein. Dieses Material ist in der Regel das Trägermaterial für Leiterbahnen. Das Leiterplattenmaterial kann klebend unmittelbar auf dem Flachteil aufgebracht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass auf das
Leiterplattenmaterial eine leitende Schicht aufgebracht ist. Die leitende Schicht ist vorzugsweise eine Kupferschicht. Die leitende Schicht ist dabei vorzugsweise so behandelt, dass sie Leiterbahnen bildet. Dies kann insbesondere durch ein
herkömmliches Herstellungsverfahren für Leiterplatten erfolgen, indem ein Belichten und Ätzen der Kupferschicht erfolgt, so dass Leiterbahnen aus der Kupferschicht gebildet werden können. Anschließend können die Leiterbahnen bzw. die leitende Schicht mit einer
Schutzschicht versehen sein, insbesondere einem Lötstopplack, wie dies gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen ist. Die Schutzschicht kann so gestaltet sein, dass insbesondere Kontaktpads und Lötpads für diskrete Bauteile frei von dem Schutzlack sind und das Material der leitenden Schicht freigeben. Dann kann hierauf ein diskretes Bauteil aufgelötet werden.
Insbesondere ist es sinnvoll, wenn auf der leitenden Schicht ein Kontaktpad für einen Schaltkontakt des Halbleiterschalters gebildet ist.
Der Kontaktbereich kann so beschichtet sein, dass er im Wesentlichen in der Ebene abschließt, die durch die leitende Schicht und/oder die Schutzschicht gebildet ist. Dabei kann der Kontaktbereich metallisch so beschichtet werden, dass die metallische Beschichtung stets beabstandet von der leitenden Schicht ist. Insbesondere ist es möglich, durch gezieltes Beschichten den Kontaktbereich umlaufend beabstandet zu dem dreilagigen Aufbau zu gestalten. Hierdurch wird verhindert, dass ein Kurzschluss zwischen dem Kontaktbereich und der leitenden Schicht die Funktion des
Halbleiterschalters bzw. des leitungsintegrierten Schalters beeinträchtigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Halbleiterschalter mit einem
Leiterkontakt, insbesondere einem Source- oder Drainkontakt mit dem
Kontaktbereich in Verbindung gebracht und gleichzeitig mit seinem Schaltkontakt, insbesondere seinem Gatekontakt mit einem Kontaktpad auf der leitenden Schicht. Andere, vorzugsweise nichtleitende Teile des Gehäuses des Halbleiterschalters können auf der Schutzschicht aufliegen.
Insbesondere kann ein Halbleiterschalter zum Einsatz kommen, bei dem in einer Ebene beide Leitungskontakte (insbesondere Source, Drain) und der Schaltkontakt (insbesondere Gate) angeordnet sind. Wird ein solcher Halbleiterschalter auf das erste Flachteil aufgelegt, so kommen ein Leiterkontakt in unmittelbare Verbindung mit dem Kontaktbereich und der Schaltkontakt in unmittelbarer Verbindung mit dem Kontaktpad auf der leitenden Schicht. Diese unmittelbaren Verbindungen werden mittels Löten hergestellt.
Der zweite Leiterkontakt, der in der Ebene des ersten Leiterkontaktes liegt, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel auf der Isolationsschicht abgesetzt. Die
Isolationsschicht und/oder die leitende Schicht bzw. die Leiterbahn der leitenden Schicht kann so gestaltet sein, dass in dem Bereich, in dem dieser zweite Leiterkontakt auf der Isolationsschicht aufliegt, kein Kontakt mit der Leiterbahn bzw. dem Flachteil möglich ist. Somit ist dieser Leiterkontakt an seiner Auflagefläche gegenüber dem Flachteil isoliert.
Ein Halbleiterschalter kann zu Kühlungszwecken den zweiten Leiterkontakt über ein Gehäuseteil auf seine dem ersten Leiterkontakt gegenüberliegende Oberfläche überführen. Diese Oberfläche liegt gegenüber der Oberfläche, auf der der erste Leiterkontakt und der Schalterkontakt sind. Diese Oberfläche kann dazu genutzt werden, den Halbleiterschalter mit seinem zweiten Leiterkontakt mit dem zweiten Flachteil, insbesondere dessen Anschlussbereich, in Kontakt zu bringen, wie nachfolgend beschrieben wird. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Halbleiterschalter unmittelbar seine beiden
Leiterkontakte auf einander gegenüberliegenden Oberflächen hat und das Abstützen des zweiten Leiterkontakts, wie zuvor beschrieben, nicht notwendig ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das zweite Flachteil zumindest im Überlappungsbereich metallisch beschichtet ist. Diese metallische
Beschichtung kann eine Zinn Beschichtung sein. Die metallische Beschichtung kann einen Anschlussbereich bilden. Insbesondere ist dieser Anschlussbereich auf der Oberfläche des zweiten Flachteils, welche im verbundenen Zustand dem ersten Flachteil zugewandt ist. Somit liegen Kontaktbereich und Anschlussbereich an einander zuwandten Seite des ersten und zweiten Flachteils. Der Halbleiterschalter ist mit dem zweiten Flachteil in dem Anschlussbereich elektrisch kontaktiert. Insbesondere ist einer der Leiterkontakte des
Halbleiterschalters in dem Anschlussbereich elektrisch kontaktiert. Diese elektrische Kontaktierung kann insbesondere mittels Löten erfolgen. Somit bildet der
Halbleiterschalter eine Verbindung zwischen den beiden Flachteilen, welche über den Schaltkontakt schaltbar ist. Über eine geeignete Ansteuerung des Schaltkontakt über die Leiterbahnen der leitenden Schicht können nunmehr die elektrische Verbindung zwischen den beiden Flachteilen ein- und ausgeschaltet werden.
Vorteilhafterweise sind mehrere Halbleiterschalter parallel zwischen zwei Flachteilen in der beschriebenen Art und Weise angeordnet, so dass deren Stromtragfähigkeit ausreichend ist, um den Gesamtstrom, der zwischen den beiden Flachteilen fließt, zu tragen. Auch wird die Verlustleistung in jedem einzelnen Halbleiterschalter geringer, so dass die in jedem Halbleiterschalter erzeugte Verlustwärme ausreichend abgeführt werden kann. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Flachteile im Bereich der Energieleitungen, insbesondere im Bereich einer Batterieleitung zum Einsatz kommen.
Die Flachteile können auch in Flachkabeln, beispielsweise B+, oder eine B- Kabeln, eingesetzt sein. Auch können Kabel zweiadrig oder mehradrig sein, wobei jede Ader durch ein Flachteil gebildet sein kann. An einander gegenüberliegenden Seiten des Kabels kann jeweils eines der Flachteile mit einem dritten Flachteil in der
beschriebenen weise über einen Halbleiterschalter verbunden sein. Somit können Abgänge von beiden Adern, insbesondere einer Plusleitung und einer Minusleitung, sehr leicht gestaltet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest im
Überlappungsbereich das zweite Flachteil auf der dem ersten Flachteil zugewandten Seite mit einem Isolator, insbesondere einem Isolationslack beschichtet ist. Auch das zweite Flachteil ist vorzugsweise isolierend beschichtet, so dass eine Kontaktierung des zweiten Flachteils mit dem ersten Flachteil oder mit diskreten Bauelementen, welche auf der Leiterbahn der leitenden Schicht aufgelötet sind, verhindert wird.
Die Flachteile sind vorzugsweise aus Aluminiumwerkstoff gebildet. Insbesondere E- Aluminium, beispielsweise Aluminium 99,5 kann zum Einsatz kommen. Das
Aluminium ist vorzugsweise weichgeglüht, so dass eine gute plastische
Verformbarkeit gegeben ist. Auch ist es möglich, dass zumindest eines der Flachteile aus einem Kupferwerkstoff gebildet ist. Je nach Einsatzbereich, kann auch ein Flachteil aus Kupferwerkstoff und ein Flachteil aus Aluminiumwerkstoff gebildet sein.
Insbesondere der Anschlussbereich auf dem zweiten Flachteil, jedoch auch der Kontaktbereich kann mittels Walzplattieren auf dem Flachteil vorgesehen sein. So ist es möglich, dass ein Kontaktpad mittels Walzplattieren auf das Flachteil aufgewalzt wird.
Vorzugsweise sind die Längsachsen der Flachteile im Bereich des
Überlappungsbereichs parallel bzw. gleichgerichtet zueinander. Dies ist dann sinnvoll, wenn im Verlauf eines Flachleiters, insbesondere im Längsverlauf eines Flachleiters, ein Schaltelement vorgesehen sein soll. Dann kann der Flachleiter durch das erste und zweite Flachteil gebildet sein, welche zueinander durch den Halbleiterschalter schaltbar verbunden sind.
In diesem Zusammenhang ist auch erwähnt, dass es sinnvoll sein kann, wenn die Flachteile als Anschlusselemente, beispielsweise als Crimpanschlüsse,
Anschlusslaschen, Anschlüsse mit Bolzen, Anschlüsse mit Bohrungen oder dergleichen gebildet sind. Dann kann es sinnvoll sein, wenn beispielsweise an einem Ende eines Flachleiters der Halbleiterschalter mit einem als Anschlusselement gebildeten
Flachteil angeschlossen ist. In diesem Fall können auch die Längsachsen des
Flachleiters, der das erste Flachteil bildet und des Anschlusselements, welches das zweite Flachteil bildet, parallel zueinander sein. Insbesondere sind die Leitungskontakte des Halbleiterschalters einerseits mit dem Kontaktbereich und andererseits mit dem Anschlussbereich verbunden. Das bedeutet, dass ein erster Leitungskontakt, beispielsweise Source, mit dem Kontaktbereich oder dem Anschlussbereich verbunden ist und der jeweils korrespondierende, dazu zweite Leitungskontakt, beispielsweise Drain, entweder mit dem Kontaktbereich oder dem Anschlussbereich verbunden ist. Dann ist es möglich, durch Aktivierung über den Schaltkontakt, eine leitende Verbindung zwischen den beiden Leitungskontakten herzustellen und somit auch eine leitende Verbindung zwischen dem Kontaktbereich und dem Anschlussbereich, mithin zwischen den beiden Flachteilen.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines leitungsintegrierten Schalters, insbesondere eines zuvor beschriebenen leitungsintegrierten Schalters. Es ist erkannt worden, dass der Kontaktbereich und der Anschlussbereich voneinander unterschiedliche Wärmekapazitäten aufweisen. Insbesondere kann aufgrund der Konstruktion des Anschlussbereichs dessen Wärmekapazität höher sein, als die des Kontaktbereichs. In diesem Fall kann es sinnvoll sein und wird vorgeschlagen, dass zunächst ein erster Anschluss eines Halbleiterschalters mit dem Anschlussbereich verbunden wird. Hierbei eignet sich insbesondere ein Löten. Bei dem Verbinden des Anschlussbereiches mit dem ersten Anschluss des
Halbleiterschalters ist es sinnvoll, wenn ein erster Energieeintrag erfolgt, welcher zum Verlöten des Anschlussbereichs mit dem ersten Anschluss ausreichend ist.
Anschließend kann ein Kontaktbereich eines zweiten Flachteils mit einem zweiten Anschluss eines Halbleiterschalters verbunden werden. Auch hier kann insbesondere ein Löten erfolgen. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, dass dieses Verbinden mit einem zweiten Energieeintrag erfolgt, welcher geringer ist als der erst Energieeintrag.
Insbesondere kann der Kontaktbereich eine geringere Wärmekapazität als der Anschlussbereich aufweisen. Dies kann insbesondere aus dem Grund sein, dass auf dem Flachteil mit dem Kontaktbereich die Isolationsschicht und die leitende Schicht aufgebracht sind, die zu einem gewissen Grad wärmeisolierend sind. In diesem Fall kann es ausreichend sein, eine geringere Heizenergie in den Kontaktbereich einzubringen, um ein Verlöten zu ermöglichen.
Um den Ausschuss in dem Herstellungsverfahren möglichst gering zu halten, kann es sinnvoll sein, die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterschalter und dem Anschlussbereich vor dem Verbinden mit dem Kontaktbereich elektrisch zu prüfen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Leiterkontakt und ein
Schaltkontakt des Halbleiterschalters mit Testanschlüssen beaufschlagt werden, wohingegen ein zweiter Leiterkontakt bereits mit dem Anschlussbereich verbunden ist. Eine Verbindung zwischen dem ersten Leiterkontakt und dem zweiten
Leiterkontakt kann dadurch geprüft werden, dass über den Schaltkontakt eine leitende Verbindung zwischen den Leiterkontakten erzeugt wird und somit ein leitender Übergang zwischen dem zweiten Leiterkontakt und dem Flachteil vorliegt. Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. la eine Draufsicht auf ein erstes Flachteil mit einem Anschlussbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. lb ein Schnitt durch ein Flachteil gemäß Fig. la;
Fig. 2a eine Draufsicht auf ein zweites Anschlussbereich mit einem
Kontaktbereich;
Fig. 2b ein Schnitt durch das zweite Flachteil gemäß Fig. 2a;
Fig. 3 ein Schnitt durch ein leitungsintegriertes Schaltelement mit den
Flachteilen gemäß Fig. la und 2a sowie einem Halbleiterschalter gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 4 eine Ansicht eines leitungsintegrierten Schalters mit zwei Anschlüssen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines leitungsintegrierten Schalters gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine Ansicht einer Verbindung zweier Flachteile mit einem
leitungsintegrierten Schalter gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Flachleiter mit verschiedenen Abgängen mit jeweils leitungsintegrierten Schalters gemäß einem
Ausführungsbeispiel; eine Schnittansicht einer Flachleitung mit gegenüberliegend angeordneten leitungsintegrierten Schaltern gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 eine Schnittansicht eines Doppelleiters mit jeweils einem
leitungsintegrierten Schalter an jeweils einem der Leiter gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt ein erstes Flachteil 2 in einer Draufsicht. Das erste Flachteil 2 kann beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff sein. In einem zentralen Bereich des Flachteils 2 kann ein Anschlussbereich 4 vorgesehen sein. Der Anschlussbereich 4 kann beispielsweise eine metallische Beschichtung auf dem Flachteil 2 sein. Insbesondere kann der Anschlussbereich 4 mittels
Walzplattierung als metallische Beschichtung auf das Flachteil 2 aufgebracht worden sein. Bei der Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs für das Flachteil 2 kann der Anschlussbereich 4, beispielsweise ein Kupferelement oder ein Zinnelement, auf das Flachteil 2 walzplattiert sein. Fig. lb zeigt den Schnitt Ib durch das Flachteil 2. Zu erkennen ist, dass das Flachteil 2 aus einem Vollmaterial gebildet ist. Ferner ist zu erkennen, dass das Flachteil 2 eine erheblich größere Materialstärke hat, als die metallische Beschichtung des
Anschlussbereiches 4. Insbesondere ist die Materialstärke des Flachteils 2 zumindest das Zehnfache der Materialstärke des Anschlussbereiches 4. Auf dem Flachteil 2 kann eine Isolationsschicht 6 aufgebracht sein. Auch die Materialstärke der
Isolationsschicht 6 kann ein Zehntel oder weniger als die Materialstärke des Flachteils 2 sein. Auch ist zu erkennen, dass der Anschlussbereich 4 frei von der
Isolationsschicht 6 ist.
Das Flachteil 2 kann in seiner Längserstreckung zwischen zwei und zehn Zentimeter lang sein und beispielsweise als Anschlusselement gebildet sein oder als Flachleiter eine Länge von mehreren zehn Zentimetern bis über einen Meter haben. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Flachteil 2 als Energy Backbone in einem Bordnetz zum Einsatz kommt.
Die Ausführungen zu dem Material, der Struktur und der Ausdehnung zu dem
Flachteil 2 gelten sinngemäß auch für das Flachteil 8, welches in der Fig. 2a gezeigt ist. Fig. 2a zeigt ein zweites Flachteil 8 in einer Draufsicht. Das zweite Flachteil 8 weist einen Kontaktbereich 10 auf. Der Kontaktbereich 10 ist unmittelbar auf dem
Werkstoff des Flachteils 8 aufgebracht. Der Kontaktbereich 10 kann insbesondere eine oben bereits beschriebene metallische Beschichtung sein. Auf einer Leiterplattenschicht 12 kann an dem Flachteil 8 mit einer leitenden Schicht 14 eine Leiterbahn bzw. Leiterbahnen in der Form einer gedruckten Schaltung
(Printed Circuit Board PCB) aufgebracht sein. Hierbei können diskrete elektrische und elektronische Bauelemente an der gedruckten Schaltung angeordnet sein. Fig. 2b zeigt den Schnitt durch das Flachteil 8 gemäß Fig. 2a. Zu erkennen ist, dass auf dem Material des Flachteils 8 zunächst eine Leiterplattenschicht 12 aufgebracht ist. Die Leiterplattenschicht 12 kann auf dem Flachteil 10 aufgeklebt oder in einer sonstigen Weise verliersicher angebracht sein. Über der Leiterplattenschicht 12 kann eine leitende Schicht 14 aufgebracht sein. Die leitende Schicht 14 ist vorzugsweise eine Kupferschicht. Mit der leitenden Schicht 14 kann die in der Fig. 2a gezeigte gedruckte Schaltung aufgebaut werden. Hierzu können herkömmliche Verfahren zum Erstellen von PCBs zum Einsatz kommen. Über der leitenden Schicht 14 ist eine Isolationsschicht 16 vorgesehen.
In der Fig. 2b ist zu erkennen, dass der Kontaktbereich 10 mit einem Spalt
beabstandet von zumindest der leitenden Schicht 14 auf den Flachteil 8 aufgebracht ist. Die Höhe des Kontaktbereichs 10 kann so gewählt sein, dass dieser vorzugsweise in einer gleichen Ebene wie die Isolationsschicht 16 oder die leitende Schicht 12 abschließt. Insbesondere wenn Kontaktbereichs 10 und leitenden Schicht 14 planparallel zueinander sind, kann ein Halbleiterschalter 18 auf das Flachteil 8 aufgesetzt werden und mit einem Leiterkontakt mit dem Kontaktbereich 10 elektrisch verbunden werden und mit einem Schaltkontakt mit der Leiterplattenschicht 12, ohne dass mechanische Spannungen den Halbleiterschalter 18 belasten.
Die Leiterplattenschicht 12 ist so gestaltet, dass im Bereich der Grenze zwischen der Leiterplattenschicht 12 und dem Kontaktbereich 10 ein Kontaktpad vorgesehen ist, auf dem ein Schaltkontakt des Halbleiterschalters aufgesetzt und elektrisch kontaktiert werden kann. Somit lässt sich der Schaltkontakt des Halbleiterschalters über die Schaltung der Leiterplattenschicht 12 ansteuern und die leitende Verbindung zwischen den beiden Leiterkontakten des Halbleiterschalters herstellen.
Die Isolationsschicht 16 als auch die leitende Schicht 14 haben insbesondere eine Materialstärke, die zumindest ein Zehntel der Materialstärke des Flachteils 8 und/oder der Leiterplattenschicht 12 ist. Fig. 3 zeigt die Flachteile 2 und 8 in einer Schnittansicht, entsprechend den Fig. 2b und lb. Zwischen den Flachteilen 2 und 8 ist ein Halbleiterschalter 18 angeordnet. Der Halbleiterschalter 18 hat, repräsentativ für Leiterkontakte von Halbleiterschaltern, einen Sourcekontakt 20 und einen Drainkontakt 22. Darüber hinaus hat der
Halbleiterschalter 18, repräsentativ für einen Schaltkontakt von Halbleiterschaltern, einen Gatekontakt 24. Zu erkennen ist, dass Sourcekontakt 20, Drainkontakt 22 und Gatekontakt 24 im Wesentlichen in einer Ebene zueinander liegen.
Innerhalb einer Ebene sind einer der Leiterkontakte, vorliegend der Drainkontakt 22 und der Schaltkontakt, vorliegend der Gatekontakt 24 elektrisch leitende mit dem Kontaktbereich 10, respektive der leitenden Schicht 14 verbunden. Zu erkennen ist dies durch Lötkontaktstellen 26.
Der Gatekontakt 24 ist über eine Lötkontaktstelle 26 mit einem Kontaktpad auf der leitenden Schicht 14 elektrisch leitend verbunden. Ungefähr in der gleichen Ebene ist der Drainkontakt 22 über eine Lötkontaktstelle 26 mit dem Kontaktbereich 10 elektrisch leitend verbunden. Der Drainkontakt 22 ist dabei vorzugsweise derart, dass dieser unmittelbar über dem Kontaktbereich 10 im verbundenen Zustand liegt. Eine Verbindung zwischen dem Drainkontakt 22 und der leitenden Schicht 14 ist vorzugsweise durch einen umlaufenden Spalt zwischen dem Kontaktbereich 10 und der leitenden Schicht 14 verhindert.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Drainkontaktes 22 kann ein Sourcekontakt 20 vorgesehen sein. In der Darstellung, welche jedoch rein beispielhaft ist, kann dies dadurch erfolgen, dass der Sourcekontakt 20 aus der Ebene mit dem Drainkontakt 22 und dem Gatekontakt 24 über eine Gehäuseabdeckung des vergossenen
Halbleitermaterials des Halbleiterschalters 18 auf die gegenüberliegende Seite des Halbleiterschalters 18 geführt ist.
Halbleiterschalter können mit solchen Kühlelementen als Gehäuseelementen ausgestattet sein und erlauben so, eine Kontaktierung eines der Leiterkontakte über das Kühlelement. In einer solchen Konstellation liegen die Sourcekontakte 20, die in der Ebene mit dem Drainkontakt 22 und dem Gatekontakt 24 sind, auf der Isolationsschicht 16 auf. Dies führt zu einer Stabilisierung des Halbleiterschalters 18 zwischen den Flachteilen 2 und 8.
Der Sourcekontakt 22 ist über eine Lötkontaktstelle 26 mit dem Anschlussbereich 4 elektrisch leitend verbunden.
Bei der Herstellung wird vorzugsweise zunächst die Verbindung zwischen dem
Anschlussbereich 4 und dem Sourcekontakt 20 hergestellt. Hierbei wird der
Halbleiterschalter 18 mit dem Sourcekontakt 20 auf dem Anschlussbereich 4 liegend in einen Lötofen verbracht und dort wird die Lötkontaktstelle 26 zwischen dem
Anschlussbereich 4 und dem Sourcekontakt 20 hergestellt. Anschließend kann diese Verbindung elektrisch geprüft werden, in dem durch Aktivierung des Gatekontaktes 24 eine leitenden Verbindung zwischen dem Sourcekontakt 20 und dem Drainkontakt 22 hergestellt wird und überprüft wird, ob der Drainkontakt 22 elektrisch leitend mit dem Flachteil 2 verbunden ist.
Anschließend, wenn die Überprüfung erfolgreich war, kann das Flachteil 8 mit seinem Kontaktbereich 10 an dem Drainkontakt 22 positioniert werden und mit dem
Kontaktpad für den Gatekontakt 24 in Verbindung gebracht werden.
Anschließend erfolgt ein erneutes Löten der Lötkontaktstellen 26 zwischen
Gatekontakt 24 und leitender Schicht 14 sowie Kontaktbereich 10 und Drainkontakt 22. Hierbei kann insbesondere eine geringere Heizenergie zum Löten eingebracht werden, was den Halbleiterschalter 18 schont und aufgrund der geringeren
Wärmekapazität des Flachteils 8 in der gezeigten Konstellation ausreichend sein kann.
Fig. 4 zeigt zwei Flachteile 2, 8, die als Anschlusselemente gebildet sind. Ein Flachteil 2 kann beispielsweise eine Bohrung 2a aufweisen, die zur Aufnahme eines Bolzens geeignet ist. Ein Kontaktteil 8 kann beispielsweise ein Bolzen 8a aufweisen, der beispielsweise aufgeschweißt ist. Zwischen den Kontaktteilen 2 und 8 kann ein Halbleiterschalter 18 vorgesehen sein. Somit lässt sich über den Halbleiterschalter 18 die leitende Verbindung zwischen den Flachteilen 2 und 8 schalten.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch zwei Flachteile 2, 8 mit einem Halbleiterschalter 18. Die Flachteile 2, 8 können beide oder nur eines als Flachleiter mit einer Ausdehnung von mehreren zehn Zentimetern bis zu einem Meter sein. Ein anderes der Flachteile 2, 8 kann beispielsweise ein Anschlusselement oder auch ein Flachleiter sein. Wie zu erkennen ist, ist in einem Bereich unmittelbar vor dem Halbleiterschalter 18, beispielsweise fünf bis zehn Zentimeter vor dem Ende des jeweiligen Flachteils 2, 8 ein Höhenversatz 2b, 8b in den Flachteilen 2, 8 vorgesehen. Der Höhenversatz kann mindestens die Hälfte der Höhe des Halbleiterschalters 18 betragen. Ein Höhenversatz 2b, 8b kann auch in nur einem der Flachteile 2, 8 vorgesehen sein. Durch den
Höhenversatz ist es möglich, dass die Ebene, in denen die Flachleiter 2, 8 verlaufen, eine gleiche Ebene ist, und nur im Bereich des Halbleiterschalters 18 ein Versatz in der Leitungsebene vorgesehen sein muss. Dies führt zu einem geringeren Platzbedarf des leitungsintegrierten Schalters.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Ein erstes Flachteil 2 kann
beispielsweise als Flachleiter gebildet sein. Der Flachleiter 2 kann isoliert sein und ausschließlich im Bereich der Verbindung mit dem zweiten Flachteil 8 frei von der Isolierung sein. Das zweite Flachteil 8 kann über einen Halbleiterschalter 18 mit dem ersten Flachteil 2 elektrisch schaltbar verbunden sein. Die Längserstreckungsrichtung des Flachteils 2 in x-Richtung kann winklig zur
Längserstreckungsrichtung des Flachteils 8 in y-Richtung sein. Insbesondere können die Längsachsen x, y rechtwinklig zueinander sein. Diese Konstellation ermöglicht einen Abgang eines Flachteils 8 entlang eines als Flachleiter gebildeten Flachteils 2 zu möglichen Verbrauchern. Dies ist insbesondere in automotiven Anwendungen vorteilhaft. Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Flachteil 2 als Flachleiter gebildet ist. Die Längserstreckungsrichtung des Flachteils 2 ist entlang der x-Achse dargestellt. Quer hierzu können Flachteile 8 an verschiedenen Punkten des Flachteils 2 abzweigen und zwar in verschiedenen Längserstreckungsrichtungen entlang verschiedener Achsen yi, y2, y3, y4. Zu erkennen ist beispielsweise, dass ein Flachteil 8, welches sich entlang der Achse y3 erstreckt, auf eine einem anderen Flachteil 8 gegenüberliegenden Oberfläche des Flachteils 2 angeordnet ist.
Auch ist zu erkennen, dass die Achse y4 winklig zu der x Achse verläuft. Die
Darstellung in Fig. 7 soll deutlich machen, dass verschiedenste Abgangsrichtungen und verschiedene Abgangspositionen von einem Flachleiter 2 mit Hilfe des
leitungsintegrierten Schalters möglich sind.
Fig. 8 zeigt die Möglichkeit, einen Abgang an jeweils einer Oberfläche eines Flachteils 2 vorzusehen. Zu erkennen ist, dass ein erster Halbleiterschalter 18 an einer ersten Oberfläche das Flachteil 2 mit einem Flachteil 8 verbindet und ein zweiter
Halbleiterschalter 18 an einer dieser Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche das Flachteil 2 mit einem Flachteil 8 verbindet. Hierdurch sind Abgänge auf beiden Seiten des Flachteils 2 möglich.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Flachteile 2', 2" jeweils als Flachleiter in einer gemeinsamen Isolation 28 geführt sind und ein zweiadriges Flachkabel bilden. Die Flachteile 2', 2" können mit unterschiedlichen
Bordnetzpotentialen innerhalb eines Fahrzeugbordnetzes verbunden sein. Auch ist es möglich, dass einer der Flachleiter 2' als B+ Leiter und ein anderer der Flachleiter 2" als Masserückleitung zum Einsatz kommt.
Im Bereich eines leitungsintegrierten Schalters kann die Isolation 28 entfernt sein. Jedes der Flachteile 2', 2" kann mit einem Halbleiterschalter 18', 18" verbunden sein und somit einen Abgang zu einem Flachteil 8', 8" haben. Somit ist es möglich, unterschiedlichste Potentiale, insbesondere in einem Bordnetz jeweils getrennt voneinander zu verschiedenen Verbrauchern oder Komponenten schaltbar zu verzweigen.
Bezugszeichenliste
2 Flachteil
4 Anschlussbereich
6 Isolationsschicht
8 Flachteil
10 Kontaktbereich
12 Leiterplattenschicht
14 leitende Schicht 16 Isolationsschicht
18 Halbleiterschalter
20 Sourcekontakt
22 Drainkontakt
24 Gatekontakt 26 Lötkontaktstelle
28 Isolation

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Leitungsintegrierter Schalter mit
zumindest einem ersten metallischen Flachteil,
zumindest einen zweiten metallischen Flachteil,
wobei die Flachteile in einem Überlappungsbereich mit ihren breiten Seiten übereinander angeordnet sind und in dem Überlappungsbereich ein
Halbleiterschalter zwischen den Flachteilen, die Flachteile schaltend miteinander verbindend, angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest im Überlappungsbereich ein erstes der Flachteile auf einer dem zweiten der Flachteile zugewandten Seite zumindest teilweise mit einer Isolation beschichtet ist, wobei in der Isolation in einem Kontaktbereich eine Ausnehmung vorgesehen ist und der Halbleiterschalter in dem Kontaktbereich mit dem
Flachteil elektrisch kontaktiert ist.
Leitungsintegrierter Schalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterschalter in dem Kontaktbereich mit dem ersten Flachteil verlötet ist und/oder dass der Kontaktbereich verzinnt ist.
Leitungsintegrierter Schalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Flachteil mit einem zumindest dreilagigen Aufbau beschichtet ist, wobei eine leitende Schicht zwischen zwei Isolationsschichten geführt ist.
Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation zumindest aus einem Leiterplattenmaterial gebildet ist und das Leiterplattenmaterial unmittelbar auf das Flachteil aufgebracht ist.
Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass auf das Leiterplattenmaterial eine leitende Schicht aufgebracht ist, insbesondere dass die leitende Schicht eine Kupferschicht ist, wobei die leitende Schicht insbesondere Leiterbahnen bildet.
Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass auf die leitende Schicht eine Schutzschicht, insbesondere ein Lötstopplack aufgebracht ist.
Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die leitende Schicht eine Kontaktpad für einen Gate Kontakt des
Halbleiterschalters aufweist.
Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest im Überlappungsbereich der zweite Flachteil auf einer dem ersten Flachteil zugewandten Seite zumindest teilweise mit einer metallischen Beschichtung, insbesondere mit Zinn, einen Anschlussbereich bildend
beschichtet ist, wobei der Halbleiterschalters mit dem zweiten Flachteil in dem Anschlussbereich elektrisch kontaktiert ist, insbesondere mit dem
Anschlussbereich verlötet ist.
Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Überlappungsbereich das zweite Flachteil auf der dem ersten Flachteil zugewandten Seite mit einem Isolator, insbesondere einem
Isolationslack beschichtet ist. 10. Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eines der Flachteile aus einem Aluminiumwerkstoff oder einem Kupferwerkstoff gebildet ist. 11. Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine metallische Beschichtung auf dem Flachteil walzplattiert ist.
12. Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachsen der Flachteile im Bereich des Überlappungsbereichs parallel, insbesondere kollinear gebildet sind.
13. Leitungsintegrierter Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterschalter mit seinen Source und Drain Kontakten mit dem Kontaktbereich und dem Anschlussbereich verbunden ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines leitungsintegrierten Schalters, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem
ein Kontaktbereich eines ersten Flachteils mit einer metallischen Beschichtung beschichtet wird,
ein erster Anschluss eines Halbleiterschalters mit dem Anschlussbereich insbesondere mittels Löten elektrisch verbunden wird, und ein Kontaktbereich eines zweiten Flachteils anschließend mit einem zweiten Anschluss des Halbleiterschalters insbesondere mittels Löten elektrisch verbunden wird. 15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Verbindung zwischen dem Halleiterschalter und dem Anschlussbereich vor dem Verbinden mit dem Kontaktbereich elektrisch geprüft wird.
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