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DE102022211818A1 - Electronic assembly and method for producing an electronic assembly - Google Patents

Electronic assembly and method for producing an electronic assembly Download PDF

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DE102022211818A1
DE102022211818A1 DE102022211818.9A DE102022211818A DE102022211818A1 DE 102022211818 A1 DE102022211818 A1 DE 102022211818A1 DE 102022211818 A DE102022211818 A DE 102022211818A DE 102022211818 A1 DE102022211818 A1 DE 102022211818A1
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power semiconductor
temperature sensor
electronic assembly
semiconductor element
substrate
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Oliver Rang
Jan Schmäling
Samy Arnaout
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe, umfassend
- mindestens ein Leistungshalbleiterelement (6),
- mindestens einen Temperatursensor (7) und
- mindestens ein Substrat (5), wobei der mindestens eine Temperatursensor (7) und das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat (5) oder an verschiedenen Substraten (5) befestigt sind, wobei das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) und der mindestens eine Temperatursensor (7) über mindestens ein thermisches Verbindungselement (8) verbunden sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe.

Figure DE102022211818A1_0000
The invention relates to an electronic assembly comprising
- at least one power semiconductor element (6),
- at least one temperature sensor (7) and
- at least one substrate (5), wherein the at least one temperature sensor (7) and the at least one power semiconductor element (6) are attached to the substrate (5) or to different substrates (5) in different sections from one another, wherein the at least one power semiconductor element (6) and the at least one temperature sensor (7) are connected via at least one thermal connection element (8), and a method for producing an electronic assembly.
Figure DE102022211818A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe und ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe.The invention relates to an electronic assembly and a method for producing an electronic assembly.

Leistungshalbleiterelemente wie beispielsweise IGBT oder MOSFET werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Z.B. werden solche Leistungshalbleiterelemente zur Wechselrichtung einer Gleichspannung eingesetzt, beispielsweise um eine elektrische Antriebsmaschine eines Fahrzeugs zu betreiben.Power semiconductor elements such as IGBT or MOSFET are used for a variety of applications. For example, such power semiconductor elements are used to change the direction of a direct current, for example to operate an electric drive motor in a vehicle.

Leistungshalbleiterelemente sind auf einen vorbestimmten Betriebstemperaturbereich ausgelegt. So darf beispielsweise eine maximal zulässige Betriebstemperatur des Leistungshalbleiterelements nicht überschritten werden, da dann eine Funktionalität des Leistungshalbleiterelements beeinträchtigt werden kann. Um eine Temperaturüberwachung, insbesondere während des Betriebs eines Leistungshalbleiterelements, durchzuführen, werden in bekannter Weise Temperatursensoren eingesetzt.Power semiconductor elements are designed for a predetermined operating temperature range. For example, a maximum permissible operating temperature of the power semiconductor element must not be exceeded, as this could impair the functionality of the power semiconductor element. Temperature sensors are used in a known manner to monitor the temperature, particularly during operation of a power semiconductor element.

Aus dem Stand der Technik bekannt ist die US 2014/0233708 A1 , die ein medizinisches Gerät mit einer Leistungseinrichtung und einem Temperatursensor offenbart. Der Temperatursensor ist hierbei außerhalb des Leistungsgeräts, aber in dessen Nähe angeordnet.Known from the state of the art is the US 2014/0233708 A1 , which discloses a medical device with a power device and a temperature sensor. The temperature sensor is arranged outside the power device, but in its vicinity.

Weiter bekannt ist die US 2013/0228890 A1 , die ein Leistungshalbleitermodul und Temperatursensoren offenbart, wobei ein Temperatursensor in elektrisch isolierender Weise auf einem DBC-Substrat gesintert ist.Also known is the US 2013/0228890 A1 which discloses a power semiconductor module and temperature sensors, wherein a temperature sensor is sintered in an electrically insulating manner on a DBC substrate.

Weiter bekannt ist die DE 196 30 902 B4 , die eine Einrichtung zur Temperaturüberwachung einer Leistungshalbleiteranordnung offenbart.Also known is the DE 196 30 902 B4 which discloses a device for temperature monitoring of a power semiconductor device.

Problematisch ist, dass bei den im Stand der Technik bekannten Anordnungen eines Temperatursensors relativ zu einem Leistungshalbleiterelement Störeinflüsse auftreten können und somit eine ungenaue Temperaturmessung eines ausgewählten Leistungshalbleiterelements erfolgt. Beispielsweise kann die Temperaturmessung eines ausgewählten Leistungshalbleiterelements durch die Wärmeabstrahlung anderer Leistungshalbleiterelemente beeinflusst werden. Ferner entsteht durch die Temperatursensoren, die direkt auf einem Substrat angeordnet werden, die Problematik, dass ein großer Bauraumbedarf entsteht, der zusätzlich auch hohe Herstellungskosten bedingt.The problem is that in the arrangements of a temperature sensor relative to a power semiconductor element known in the prior art, interference can occur and thus an inaccurate temperature measurement of a selected power semiconductor element occurs. For example, the temperature measurement of a selected power semiconductor element can be influenced by the heat radiation of other power semiconductor elements. Furthermore, the temperature sensors, which are arranged directly on a substrate, create the problem that a large installation space is required, which also results in high manufacturing costs.

Auch nachteilig ist, dass eine Ungenauigkeit in der Temperaturmessung oder -bestimmung höhere Kosten und auch erhöhten Bauraumbedarf verursacht, da Toleranzen bei der Temperaturbestimmung sich auf den Bauraumbedarf des Leistungshalbleiterelements auswirken. Hierbei gilt, dass je höher die Ungenauigkeit, desto höher der Bauraumbedarf und insbesondere der Chipflächenbedarf des Leistungshalbleiterelements auf einem entsprechenden Substrat. Dies ist unerwünscht, da insbesondere ein hoher Chipflächenbedarf, z.B. auf einem SiC-Substrat, zu hohen Herstellungskosten führt.Another disadvantage is that an inaccuracy in temperature measurement or determination causes higher costs and also increased installation space requirements, since tolerances in temperature determination affect the installation space required for the power semiconductor element. The greater the inaccuracy, the greater the installation space required and in particular the chip area required for the power semiconductor element on a corresponding substrate. This is undesirable, since a high chip area requirement, e.g. on a SiC substrate, leads to high manufacturing costs.

Es stellt sich daher das technische Problem, eine Elektronikbaugruppe sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe zu schaffen, die eine möglichst genaue Erfassung der Temperatur eines Leistungshalbleiterelements ermöglichen, wobei insbesondere ein Bauraumbedarf nicht erhöht wird.The technical problem therefore arises of creating an electronic assembly and a method for producing an electronic assembly which enable the temperature of a power semiconductor element to be detected as accurately as possible, whereby in particular the installation space requirement is not increased.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the subject matter having the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.

Vorgeschlagen wird eine Elektronikbaugruppe, umfassend mindestens ein Leistungshalbleiterelement, mindestens einen Temperatursensor und mindestens ein Substrat. Das Leistungshalbleiterelement kann Teil eines Wechselrichters, insbesondere eines Pulswechselrichters, sein. Der Pulswechselrichter wiederum kann zur Bereitstellung einer Betriebs(wechsel)spannung einer elektrischen Maschine dienen, die insbesondere eine Antriebsmaschine eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sein kann. Somit wird auch ein Wechselrichter mit einer solchen Elektronikbaugruppe sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Wechselrichter bzw. mit einer solchen Elektronikbaugruppe beschrieben. Der mindestens eine Temperatursensor dient zur Erfassung einer Temperatur des Leistungshalbleiterelements, insbesondere während eines Betriebs des Leistungshalbleiterelements. Der Temperatursensor, der zur Erfassung der Temperatur eines ausgewählten Leistungshalbleiterelements dient, kann auch als Temperatursensor bezeichnet werden, der diesem (ausgewählten) Leistungshalbleiterelement zugeordnet ist. Der Temperatursensor kann als Kontakt-Temperatursensor ausgebildet sein, wobei ein Kontaktbereich durch ein thermische Verbindungselement kontaktiert wird. Allerdings ist die Art des Temperatursensors grundsätzlich nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. So kann der Temperatursensor auch als Kaltleiter, Widerstandsthermometer oder Thermoelement ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Temperatursensor als Heißleiter oder sogenanntes NTC-Element ausgebildet.An electronic assembly is proposed, comprising at least one power semiconductor element, at least one temperature sensor and at least one substrate. The power semiconductor element can be part of an inverter, in particular a pulse inverter. The pulse inverter in turn can serve to provide an operating (alternating) voltage of an electrical machine, which can in particular be a drive motor of an electric or hybrid vehicle. Thus, an inverter with such an electronic assembly and a vehicle with such an inverter or with such an electronic assembly are also described. The at least one temperature sensor serves to detect a temperature of the power semiconductor element, in particular during operation of the power semiconductor element. The temperature sensor, which serves to detect the temperature of a selected power semiconductor element, can also be referred to as a temperature sensor that is assigned to this (selected) power semiconductor element. The temperature sensor can be designed as a contact temperature sensor, with a contact area being contacted by a thermal connection element. However, the type of temperature sensor is not fundamentally limited to this embodiment. The temperature sensor can also be designed as a PTC thermistor, resistance thermometer or thermocouple. Preferably, the temperature sensor is designed as a thermistor or so-called NTC element.

Das Substrat kann insbesondere ein DBC-Substrat sein. Ein solches Substrat kann insbesondere mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere eine Kupferschicht und eine Trägerschicht, beispielsweise eine Keramikschicht, umfassen. Auf dem Substrat können Leiterbahn-Strukturen und Kontaktflächen hergestellt sein, um Bauelemente zu befestigen, insbesondere durch Löten, Sintern oder Kleben, beispielsweise die erläuterten Leistungshalbleiterelemente.The substrate can in particular be a DBC substrate. Such a substrate can in particular have at least one electrically conductive layer, in particular a copper layer and a carrier layer, for example a ceramic layer. Conductor track structures and contact surfaces can be produced on the substrate in order to attach components, in particular by soldering, sintering or gluing, for example the power semiconductor elements explained.

Der mindestens eine Temperatursensor und das mindestens eine Leistungshalbleiterelement sind in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat befestigt, insbesondere an oder in voneinander verschiedenen Abschnitten der Substratoberfläche. Insbesondere ist also der Temperatursensor nicht an dem Leistungshalbleiterelement befestigt. Eine Anordnung in verschiedenen Abschnitten kann insbesondere gegeben sein, wenn das Leistungshalbleiterelement und der diesem Leistungshalbleiterelement zugeordnete Temperatursensor in einer gemeinsamen Projektionsebene, die parallel zu einer Oberfläche des Substrats orientiert sein kann, sich nicht überlappen, also in disjunkter Weise angeordnet sind. Somit können also der Temperatursensor und das Leistungshalbleiterelement am gleichen Träger, nämlich an dem Substrat, befestigt sein. Alternativ können der Temperatursensor und das Leistungshalbleiterelement auch an verschiedenen Substraten befestigt sein.The at least one temperature sensor and the at least one power semiconductor element are attached to the substrate in different sections, in particular on or in different sections of the substrate surface. In particular, the temperature sensor is not attached to the power semiconductor element. An arrangement in different sections can be provided in particular if the power semiconductor element and the temperature sensor assigned to this power semiconductor element do not overlap in a common projection plane, which can be oriented parallel to a surface of the substrate, i.e. are arranged in a disjoint manner. The temperature sensor and the power semiconductor element can therefore be attached to the same carrier, namely to the substrate. Alternatively, the temperature sensor and the power semiconductor element can also be attached to different substrates.

Erfindungsgemäß sind das mindestens eine Leistungshalbleiterelement und der mindestens eine Temperatursensor, nämlich der dem Leistungshalbleiterelemente zugeordnete Temperatursensor, über mindestens ein thermisches Verbindungselement verbunden. Das thermische Verbindungselement dient zur Übertragung thermischer Energie von dem Leistungshalbleiterelement zum Temperatursensor. Das thermische Verbindungselement besteht insbesondere aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer Wärmeleitfähigkeit größer als die Wärmeleitfähigkeit von Luft, vorzugsweise größer als die Wärmeleitfähigkeit einer Moldmasse, in die das Leistungshalbleiterelement eingebettet ist, z.B. größer als 0,5, weiter vorzugsweise größer als 1, weiter vorzugsweise größer als 100. Insbesondere kann das thermische Verbindungselement aus einem Metall wie z.B. Kupfer ausgebildet sein. Die Wärmeleitfähigkeit wird hierbei in W/mK angegeben und repräsentiert den Wärmestrom durch ein Material auf Grund der Wärmeleitung. Es ist möglich, dass ein Bauvolumen, in dem das mindestens eine Leistungshalbleiterelement angeordnet ist, mit einer Moldmasse gefüllt ist. Ein angeordnetes Bauvolumen, in dem der Temperatursensor angeordnet ist, kann ebenfalls mit einer Moldmasse gefüllt sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. In diesem Fall kann sich das thermische Verbindungselement durch die Moldmasse hindurch erstrecken.According to the invention, the at least one power semiconductor element and the at least one temperature sensor, namely the temperature sensor assigned to the power semiconductor element, are connected via at least one thermal connecting element. The thermal connecting element serves to transfer thermal energy from the power semiconductor element to the temperature sensor. The thermal connecting element consists in particular of a material with good thermal conductivity, in particular a thermal conductivity greater than the thermal conductivity of air, preferably greater than the thermal conductivity of a molding compound in which the power semiconductor element is embedded, e.g. greater than 0.5, more preferably greater than 1, more preferably greater than 100. In particular, the thermal connecting element can be made of a metal such as copper. The thermal conductivity is given in W/mK and represents the heat flow through a material due to thermal conduction. It is possible for a construction volume in which the at least one power semiconductor element is arranged to be filled with a molding compound. An arranged construction volume in which the temperature sensor is arranged can also be filled with a molding compound. However, this is not mandatory. In this case, the thermal interface element can extend through the molding compound.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine gute thermische Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiterelement und dem diesem zugeordneten Temperatursensor, der somit die Temperatur des Leistungshalbleiterelements sehr genau erfassen kann. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine genaue Temperaturerfassung.This advantageously results in a good thermal connection between the power semiconductor element and the temperature sensor assigned to it, which can thus measure the temperature of the power semiconductor element very precisely. This in turn advantageously enables precise temperature measurement.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperatursensor über ein Ständerelement mit dem Substrat verbunden. Der Temperatursensor oder mehrere Temperatursensoren kann/können an einem freien Ende des Ständerelements angeordnet, insbesondere befestigt, sein, wobei ein weiteres Ende des Ständerelements an dem Substrat, insbesondere an dessen Oberfläche, befestigt wird. Somit kann also ein Ständerelement zur Halterung/Befestigung von einem oder mehreren Temperatursensor(en) am Substrat dienen. Insbesondere kann der Temperatursensor durch die Befestigung an einem Ständerelement in einem Bauvolumen angeordnet werden, das in einer Richtung orthogonal zur Substratoberfläche und von dieser weg orientiert über einem Bauvolumen liegt, in der das Leistungshalbleiterelement angeordnet ist. Das Ständerelement ermöglicht somit eine Anordnung des Temperatursensors mit einem Abstand von dem Substrat, insbesondere der Substratoberfläche, der größer als der Abstand des Leistungshalbleiterelements ist, wobei der Abstand entlang der erläuterten Richtung erfasst werden kann.In a preferred embodiment, the temperature sensor is connected to the substrate via a stator element. The temperature sensor or several temperature sensors can be arranged, in particular fastened, to a free end of the stator element, with another end of the stator element being fastened to the substrate, in particular to its surface. Thus, a stator element can be used to hold/fasten one or more temperature sensors to the substrate. In particular, by being fastened to a stator element, the temperature sensor can be arranged in a construction volume that lies in a direction orthogonal to the substrate surface and oriented away from it above a construction volume in which the power semiconductor element is arranged. The stator element thus enables the temperature sensor to be arranged at a distance from the substrate, in particular the substrate surface, that is greater than the distance of the power semiconductor element, wherein the distance can be detected along the direction explained.

Durch diese Anordnung wird in vorteilhafter Weise ein Störeinfluss insbesondere weiterer Leistungshalbleiterelemente auf die Temperaturmessung verringert, da durch das thermische Verbindungselement sichergestellt ist, dass thermische Energie von dem Leistungshalbleiterelement, dem der Temperatursensor zugeordnet ist, an den Temperatursensor übertragen wird, der Abstand des Temperatursensors vom Substrat und somit von weiteren Leistungshalbleiterelementen, die an der Substratoberfläche befestigt sind, jedoch deren Wärmeeintrag reduziert. Gleichzeitig wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass ein Bauraumbedarf auf der Substratoberfläche reduziert wird, da nicht der Temperatursensor, sondern nur sein Ständerelement mit der Substratoberfläche verbunden werden muss. Hierbei kann eine benötigte Befestigungsfläche des Ständerelements geringer sein als eine für den Temperatursensor benötigte Befestigungsfläche. Somit ermöglicht also die Elektronikbaugruppe eine zuverlässige und genaue Temperaturerfassung, wobei gleichzeitig wenig Bauraumbedarf auf einer Substratoberfläche besteht. Ein maximaler Durchmesser des Ständerelements kann insbesondere kleiner als 0,8 mm sein.This arrangement advantageously reduces the interference of other power semiconductor elements in particular on the temperature measurement, since the thermal connection element ensures that thermal energy is transferred from the power semiconductor element to which the temperature sensor is assigned to the temperature sensor, but the distance of the temperature sensor from the substrate and thus from other power semiconductor elements that are attached to the substrate surface reduces their heat input. At the same time, it is advantageously achieved that the installation space required on the substrate surface is reduced, since not the temperature sensor, but only its stator element, has to be connected to the substrate surface. In this case, the required fastening area of the stator element can be smaller than the fastening area required for the temperature sensor. The electronic assembly thus enables reliable and precise temperature detection, while at the same time requiring little installation space on a substrate surface. A maximum diameter of the stator element can in particular be less than 0.8 mm.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Abstand des Temperatursensors von einer Substratoberfläche größer als der Abstand des mindestens einen Leistungshalbleiterelements. Der Abstand kann hierbei entlang einer Achse gemessen werden, die orthogonal zu einer Oberfläche des Substrats, an der das Leistungshalbleiterelement befestigt ist, und von dieser wegorientiert ist. Mit anderen Worten kann der Temperatursensor in einer oberflächenferneren Ebene oder in einem oberflächenferneren Volumen als das mindestens eine Leistungshalbleiterelement angeordnet sein. Dies wurde vorgehend bereits erläutert. Insbesondere kann der Abstand des Temperatursensors von der Substratoberfläche entlang der genannten Achse größer als 0,16 mm und/oder kleiner als 10 cm sein. Es ist weiter möglich, dass der Abstand des Temperatursensors von dem mindestens einen Leistungshalbleiterelement entlang der genannten Achse größer als 1 mm ist.In a further embodiment, the distance of the temperature sensor from a substrate surface is greater than the distance of the at least a power semiconductor element. The distance can be measured along an axis that is orthogonal to a surface of the substrate to which the power semiconductor element is attached and is oriented away from this. In other words, the temperature sensor can be arranged in a plane or in a volume further away from the surface than the at least one power semiconductor element. This has already been explained above. In particular, the distance of the temperature sensor from the substrate surface along the axis mentioned can be greater than 0.16 mm and/or less than 10 cm. It is also possible that the distance of the temperature sensor from the at least one power semiconductor element along the axis mentioned is greater than 1 mm.

Es ist weiter möglich, dass ein minimaler Abstand des Temperatursensors, insbesondere von einem Referenzpunkt wie z.B. einem geometrischen Mittelpunkt des Temperatursensors, von dem mindestens einen Leistungshalbleiterelement, insbesondere einem Referenzpunkt wie z.B. einem geometrischen Mittelpunkt des Leistungshalbleiterelements, in einer gemeinsamen Projektionsebene, die parallel zur Substratoberfläche orientiert ist, größer als 4 cm ist.It is further possible that a minimum distance of the temperature sensor, in particular from a reference point such as a geometric center of the temperature sensor, from the at least one power semiconductor element, in particular a reference point such as a geometric center of the power semiconductor element, in a common projection plane oriented parallel to the substrate surface, is greater than 4 cm.

Durch einen größeren Abstand des Temperatursensors ergibt sich die vorhergehend bereits erläuterte und zuverlässigere Temperaturerfassung, da der Störeinfluss durch andere Leistungshalbleiterelemente durch die Anordnung mit größerem Abstand reduziert wird.A larger distance between the temperature sensor results in the previously explained and more reliable temperature detection, since the interference from other power semiconductor elements is reduced by the arrangement with a larger distance.

In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Leistungshalbleiterelement und zumindest ein Teil des Ständerelements in einer Moldmasse eingebettet. Die Moldmasse, die insbesondere aus Epoxidharz bestehen kann, dient zur Verkapselung des mindestens einen Halbleiterelements, also zum Schutz vor äußeren Einflüssen. Durch die Einbettung zumindest eines Teils des Ständerelements in die Moldmasse ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und stabile Befestigung des Temperatursensors in dem Substrat, da es ebenfalls in der Moldmasse verkapselt wird. Es ist möglich, aber nicht zwingend, dass das gesamte Ständerelement mit dem daran angeordneten Temperatursensor in die Moldmasse eingebettet wird.In a further embodiment, the at least one power semiconductor element and at least a part of the stator element are embedded in a molding compound. The molding compound, which can consist in particular of epoxy resin, serves to encapsulate the at least one semiconductor element, i.e. to protect it from external influences. Embedding at least a part of the stator element in the molding compound advantageously results in a reliable and stable attachment of the temperature sensor in the substrate, since it is also encapsulated in the molding compound. It is possible, but not mandatory, for the entire stator element with the temperature sensor arranged on it to be embedded in the molding compound.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Ständerelement über ein Fixierungselement mit dem Substrat verbunden. Das Fixierungselement kann insbesondere zur Befestigung an dem Substrat ausgebildet sein, wobei diese Befestigung über ein Sintern, ein Löten oder ein Verkleben in anderer Art und Weise erfolgen kann. Hierbei kann das Fixierungselement mindestens eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung des Ständerelements aufweisen oder ausbilden. In diesem Fall können das Ständerelement und das Fixierungselement als separate Elemente ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Ständerelement das Fixierungselement ausbildet, womit das Fixierungselement als ein integraler Bestandteil des Ständerelements ist. Das Fixierungselement kann hierbei zur Befestigung genau eines Ständerelements aber auch zur Befestigung mehrerer Ständerelemente dienen. Durch das Vorsehen eines Fixierungselements ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige mechanische Befestigung des Ständerelements und somit des Temperatursensors an dem Substrat.In a further embodiment, the stand element is connected to the substrate via a fixing element. The fixing element can be designed in particular for fastening to the substrate, whereby this fastening can take place via sintering, soldering or gluing in another way. In this case, the fixing element can have or form at least one fastening interface for fastening the stand element. In this case, the stand element and the fixing element can be designed as separate elements. However, it is also possible for the stand element to form the fixing element, whereby the fixing element is an integral part of the stand element. The fixing element can serve to fasten exactly one stand element or also to fasten several stand elements. The provision of a fixing element advantageously results in a reliable mechanical fastening of the stand element and thus of the temperature sensor to the substrate.

In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Signalleitung mit dem Temperatursensor verbunden. Die Signalleitung kann zur Übertragung von Ausgangssignalen, beispielsweise eines Stromsignals, dienen, wobei in Abhängigkeit des Ausgangssignals die Temperatur bestimmt werden kann. Die Signalleitung erstreckt sich hierbei weg vom Temperatursensor als auch weg vom Leistungshalbleiterelement bzw. weg von der Substratoberfläche. Insbesondere kann ein Richtungsanteil einer Erstreckungsrichtung der Signalleitung vom Temperatursensor weg, der parallel zu der Richtung, die orthogonal zur Substratoberfläche und von dieser weg orientiert ist, ungleich Null sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass vom Temperatursensor erzeugte oder bereitgestellte Ausgangssignale nicht oder nur in einem sehr reduzierten Maß von weiteren Bauelementen der Elektronikbaugruppe beeinflusst werden, z.B. durch eine Wärmeabstrahlung, wodurch eine zuverlässige und genaue Temperaturbestimmung ermöglicht wird.In a further embodiment, at least one signal line is connected to the temperature sensor. The signal line can be used to transmit output signals, for example a current signal, whereby the temperature can be determined depending on the output signal. The signal line extends away from the temperature sensor as well as away from the power semiconductor element or away from the substrate surface. In particular, a directional component of an extension direction of the signal line away from the temperature sensor that is parallel to the direction that is oriented orthogonal to the substrate surface and away from it can be non-zero. This advantageously results in output signals generated or provided by the temperature sensor not being influenced or only being influenced to a very reduced extent by other components of the electronic assembly, e.g. by heat radiation, which enables reliable and accurate temperature determination.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Elektronikbaugruppe eine Gruppe von mindestens zwei Leistungshalbleiterelementen, wobei dieser Leistungshalbleiterelement-Gruppe mindestens ein Temperatursensor, vorzugsweise eine Gruppe von mindestens zwei Temperatursensoren, zugeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Gruppe mit einer Anzahl n Leistungshalbleiterelementen einer Gruppe mit der gleichen Anzahl n Temperatursensoren zugeordnet, wobei jeweils einem Leistungshalbleiterelement der Gruppe jeweils ein Temperatursensor der Gruppe zugeordnet ist. Weiter sind die Leistungshalbleiterelemente der Leistungshalbleiterelement-Gruppe und die Temperatursensoren der ihnen zugeordneten Temperatursensor-Gruppe in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat befestigt bzw. angeordnet. Die Temperatursensoren können hierbei über ein gemeinsames oder jeweils ein Ständerelement in dem Abschnitt an dem Substrat befestigt sein. Hierbei können sich eine Begrenzungslinie der Leistungshalbleiterelement-Gruppe, die alle Leistungshalbleiterelemente der Gruppe einfasst, und eine Begrenzungslinie der Temperatursensor-Gruppe, die alle Leistungshalbleiterelemente der Gruppe einfasst, in einer gemeinsamen Projektionsebene, die parallel zur Substratoberfläche orientiert sein kann, nicht schneiden. Die Begrenzungslinie kann hierbei insbesondere eine Linie mit minimaler Länge sein, die den Bereich begrenzt, in dem alle Leistungshalbleiterelemente der entsprechenden Gruppe angeordnet sind. Gleiches gilt für die Begrenzungslinie der Temperatursensor-Gruppe. Mit anderen Worten können die von diesen Begrenzungslinien umgebenen Bereiche disjunkt in der gemeinsamen Projektionsebene angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Fertigung der Elektronikbaugruppe, da die Montagearbeiten zur Befestigung der Temperatursensoren nur in einem, nicht aber verschiedenen Bereichen erfolgen müssen.In a further embodiment, the electronic assembly comprises a group of at least two power semiconductor elements, with at least one temperature sensor, preferably a group of at least two temperature sensors, being assigned to this power semiconductor element group. Preferably, a group with a number n of power semiconductor elements is assigned to a group with the same number n of temperature sensors, with a temperature sensor of the group being assigned to each power semiconductor element of the group. Furthermore, the power semiconductor elements of the power semiconductor element group and the temperature sensors of the temperature sensor group assigned to them are attached or arranged in sections on the substrate that are different from one another. The temperature sensors can be attached to the substrate via a common or a respective stator element in the section. In this case, a boundary line of the power semiconductor element group, which encloses all the power semiconductor elements of the group, and a boundary line of the temperature sensors sensor group, which encloses all the power semiconductor elements of the group, do not intersect in a common projection plane, which can be oriented parallel to the substrate surface. The boundary line can in particular be a line with a minimum length that delimits the area in which all the power semiconductor elements of the corresponding group are arranged. The same applies to the boundary line of the temperature sensor group. In other words, the areas surrounded by these boundary lines can be arranged disjointly in the common projection plane. This advantageously results in simple production of the electronic assembly, since the assembly work for attaching the temperature sensors only has to be carried out in one area, but not in different areas.

In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Ständerelemente über ein gemeinsames Fixierungselement mit dem Substrat verbunden. Hierdurch ergibt sich ebenfalls in vorteilhafter Weise eine einfache Fertigung der Elektronikbaugruppe, da nur ein Fixierungselement zur Befestigung mehrerer Ständerelemente genutzt werden muss. Gleichfalls können hiermit Herstellungskosten reduziert werden.In a further embodiment, several stand elements are connected to the substrate via a common fixing element. This also advantageously results in simple production of the electronic assembly, since only one fixing element has to be used to attach several stand elements. This can also reduce manufacturing costs.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Temperatursensor mindestens ein Signal-Anschlussbereich für einen Signalanschluss auf. Dieser Signalanschluss kann zur elektrischen Kontaktierung durch die vorhergehend erläuterte Signalleitung dienen. Über den Signal-Anschlussbereich kann insbesondere das vorhergehend erläuterte Ausgangssignal bereitgestellt werden. Weiter weist der Temperatursensor einen Anschlussbereich für das thermische Verbindungselement auf, wobei dieser Anschlussbereich von dem mindestens einen Signalanschlussbereich verschieden ist. Insbesondere können der mindestens eine Signal-Anschlussbereich und der Anschlussbereich für das thermische Verbindungselement elektrisch isoliert voneinander angeordnet bzw. ausgebildet sein. Auch der Anschlussbereich für das thermische Verbindungselement an dem Leistungshalbleiterelement kann von einem elektrischen Anschlussbereich für einen elektrischen (Signal-)Anschluss des Leistungshalbleiterelements verschieden und insbesondere isoliert gegenüber diesem elektrischen Anschlussbereich angeordnet bzw. ausgebildet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit der Elektronikbaugruppe, da das Risiko einer Übertragung elektrischer Energie zwischen Leistungshalbleiterelement und Temperatursensor, die zumindest eines der beiden Elemente beschädigen könnte, reduziert wird.In a further embodiment, the temperature sensor has at least one signal connection area for a signal connection. This signal connection can be used for electrical contacting by the previously explained signal line. In particular, the previously explained output signal can be provided via the signal connection area. The temperature sensor also has a connection area for the thermal connection element, wherein this connection area is different from the at least one signal connection area. In particular, the at least one signal connection area and the connection area for the thermal connection element can be arranged or designed to be electrically insulated from one another. The connection area for the thermal connection element on the power semiconductor element can also be arranged or designed to be different from an electrical connection area for an electrical (signal) connection of the power semiconductor element and in particular to be insulated from this electrical connection area. This advantageously results in increased operational reliability of the electronic assembly, since the risk of electrical energy being transmitted between the power semiconductor element and the temperature sensor, which could damage at least one of the two elements, is reduced.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe, wobei mindestens ein Leistungshalbleiterelement, mindestens ein Temperatursensor und mindestens ein Substrat bereitgestellt werden, wobei der mindestens eine Temperatursensor und das mindestens eine Leistungshalbleiterelement in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat oder an verschiedenen Substraten befestigt werden, wobei das mindestens eine Leistungshalbleiterelement und der mindestens eine Temperatursensor über mindestens ein thermisches Verbindungselement verbunden werden. Das Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung einer Elektronikbaugruppe gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen mit den entsprechenden und ebenfalls bereits erläuterten technischen Vorteilen.A method for producing an electronic assembly is also proposed, wherein at least one power semiconductor element, at least one temperature sensor and at least one substrate are provided, wherein the at least one temperature sensor and the at least one power semiconductor element are attached to the substrate or to different substrates in sections that are different from one another, wherein the at least one power semiconductor element and the at least one temperature sensor are connected via at least one thermal connection element. The method advantageously enables the production of an electronic assembly according to one of the embodiments described in this disclosure with the corresponding technical advantages that have also already been explained.

Weiter beschrieben wird ein Verfahren zur Messung einer Temperatur von mindestens einem Leistungshalbleiterelement einer Elektronikbaugruppe gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Hierbei wird ein Ausgangssignal des mindestens einen Temperatursensors, der über ein thermisches Verbindungselement mit dem Leistungshalbleiterelement verbunden ist, erfasst, wobei in Abhängigkeit des Ausgangssignals eine Temperatur des Leistungshalbleiterelements bestimmt wird. Das Bestimmen der Temperatur kann hierbei mittels einer Auswerteeinrichtung, die einen Mikrocontroller oder eine integrierte Schaltung umfassen oder als solche(r) ausgebildet sein kann, durchgeführt werden. Diese kann mit dem Temperatursensor beispielsweise über die mindestens eine Signalleitung verbunden sein. Es ist weiter möglich, dass bei der Bestimmung eine Fehlerkorrektur durchgeführt wird. Insbesondere kann die Korrektur zur Kompensation der abstandsbedingten Verluste bei der Übertragung von thermischer Energie von dem Leistungshalbleiterelement zum Temperatursensor über das thermische Verbindungselement durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine genaue Bestimmung der Temperatur.A method for measuring a temperature of at least one power semiconductor element of an electronic assembly according to one of the embodiments described in this disclosure is also described. In this case, an output signal of the at least one temperature sensor, which is connected to the power semiconductor element via a thermal connection element, is recorded, wherein a temperature of the power semiconductor element is determined depending on the output signal. The temperature can be determined using an evaluation device that can comprise a microcontroller or an integrated circuit or can be designed as such. This can be connected to the temperature sensor, for example, via the at least one signal line. It is also possible for error correction to be carried out during the determination. In particular, the correction to compensate for the distance-related losses in the transmission of thermal energy from the power semiconductor element to the temperature sensor can be carried out via the thermal connection element. This advantageously results in an accurate determination of the temperature.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die einzelnen Figuren zeigen:

  • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe in einer ersten Ausführungsform;
  • 2 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe in einer weiteren Ausführungsform;
  • 3 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe in einer weiteren Ausführungsform;
  • 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektronikbaugruppe in einer weiteren Ausführungsform;
  • 5a eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe in einer weiteren Ausführungsform;
  • 5b eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe in einer weiteren Ausführungsform;
  • 5c eine schematische Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe in einer weiteren Ausführungsform; und
  • 6 eine schematische Draufsicht auf mehrere Elektronikbaugruppen.
The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. The individual figures show:
  • 1 a schematic cross section through an electronic assembly according to the invention in a first embodiment;
  • 2 a schematic cross section through an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 3 a schematic cross section through an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 4 a schematic perspective view of an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 5a a schematic plan view of an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 5b a schematic plan view of an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 5c a schematic plan view of another electronic assembly according to the invention in a further embodiment; and
  • 6 a schematic top view of several electronic assemblies.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.In the following, the same reference symbols designate elements with the same or similar technical features.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Elektronikbaugruppe 1 umfasst ein Substrat 5 mit einer Trägerschicht 2, insbesondere einer Keramik-Trägerschicht, welche beispielsweise aus Al2O3 oder Si3N4 ausgebildet sein kann. Auf einer Oberseite der Trägerschicht 2 ist eine erste leitfähige Schicht 3, beispielsweise eine Kupferschicht, angeordnet, wobei an einer gegenüberliegenden Seite, also einer Unterseite, der Trägerschicht 2 eine weitere leitfähige Schicht 4, beispielsweise ebenfalls eine Kupferschicht, angeordnet ist. In ihrer Gesamtheit bilden die Trägerschicht 2 und die leitfähigen Schichten 3, 4 ein Substrat. An einer Oberseite des Substrats 5, insbesondere in einer Ausnehmung der erste leitfähigen Schicht 3 und an der hierdurch freigelegten Oberfläche der Trägerschicht 2, ist ein Leistungshalbleiterelement 6 angeordnet und befestigt, beispielsweise durch Löten oder Sintern. 1 shows a schematic cross section through an electronic assembly 1 according to the invention in accordance with a first embodiment of the invention. The electronic assembly 1 comprises a substrate 5 with a carrier layer 2, in particular a ceramic carrier layer, which can be formed, for example, from Al 2 O 3 or Si 3 N 4. A first conductive layer 3, for example a copper layer, is arranged on an upper side of the carrier layer 2, with a further conductive layer 4, for example also a copper layer, being arranged on an opposite side, i.e. an underside, of the carrier layer 2. In their entirety, the carrier layer 2 and the conductive layers 3, 4 form a substrate. A power semiconductor element 6 is arranged and fastened, for example by soldering or sintering, on an upper side of the substrate 5, in particular in a recess in the first conductive layer 3 and on the surface of the carrier layer 2 exposed as a result.

Weiter umfasst die Elektronikbaugruppe 1 einen Temperatursensor 7, der ebenfalls an der Substratoberfläche, nämlich der Oberfläche der Trägerschicht 2 in einer weiteren Ausnehmung in der ersten leitfähigen Schicht 3, befestigt ist, insbesondere ebenfalls durch Löten oder Sintern. Dargestellt ist, dass der Temperatursensor 7 und das Leistungshalbleiterelement 6 in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat 5, insbesondere der Substratoberfläche, befestigt sind.The electronic assembly 1 further comprises a temperature sensor 7, which is also attached to the substrate surface, namely the surface of the carrier layer 2 in a further recess in the first conductive layer 3, in particular also by soldering or sintering. It is shown that the temperature sensor 7 and the power semiconductor element 6 are attached to the substrate 5, in particular the substrate surface, in sections that are different from one another.

Weiter dargestellt ist ein thermisches Verbindungselement 8, welches sich vom Leistungshalbleiterelement 6 zum Temperatursensor 7 erstreckt. Ein erstes Ende des thermischen Verbindungselements 8, welches beispielsweise als Kupferdraht ausgebildet sein kann, kontaktiert das Leistungshalbleiterelement 6 in einem Kontaktbereich bzw. Kontaktabschnitt. Ebenfalls kontaktiert ein weiteres Ende des thermischen Verbindungselements 8 den Temperatursensor 7 in einem entsprechenden Kontaktbereich. Die Kontaktbereiche können elektrisch isoliert gegenüber weiteren Bereichen des Leistungshalbleiterelements 6 bzw. des Temperatursensors 7 angeordnet bzw. ausgeführt sein. Das thermische Verbindungselement 8 kann aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen thermisch leitfähigen Material ausgebildet sein. Auch kann das thermische Verbindungselement als Heatpipe ausgebildet sein.Also shown is a thermal connection element 8 which extends from the power semiconductor element 6 to the temperature sensor 7. A first end of the thermal connection element 8, which can be designed as a copper wire, for example, contacts the power semiconductor element 6 in a contact area or contact section. Another end of the thermal connection element 8 also contacts the temperature sensor 7 in a corresponding contact area. The contact areas can be arranged or designed to be electrically insulated from other areas of the power semiconductor element 6 or the temperature sensor 7. The thermal connection element 8 can be made of aluminum, copper or another thermally conductive material. The thermal connection element can also be designed as a heat pipe.

Weiter dargestellt ist eine Signalleitung 9 zur elektrischen Kontaktierung des Temperatursensors 7. Diese Signalleitung 9 dient zur Übertragung insbesondere eines Stromsignals, wobei in Abhängigkeit des Stromsignals eine Temperatur des Temperatursensors 7 und somit des Leistungshalbleiterelements 6 ermittelt werden kann, beispielsweise durch eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung. Weiter ist dargestellt, dass sich die Signalleitung 9 vom Temperatur 7 als auch von der Substratoberfläche weg erstreckt.Also shown is a signal line 9 for electrically contacting the temperature sensor 7. This signal line 9 is used to transmit a current signal in particular, whereby a temperature of the temperature sensor 7 and thus of the power semiconductor element 6 can be determined depending on the current signal, for example by an evaluation device (not shown). It is also shown that the signal line 9 extends away from the temperature sensor 7 and also away from the substrate surface.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe 1 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Temperatursensor 7 über ein Ständerelement 10 mit dem Substrat 5 verbunden. Das Ständerelement 10 wird hierbei über ein Fixierungselement 11 an der Substratoberfläche, insbesondere in einer Ausnehmung der leitfähigen Schicht 3 an einer Oberfläche der Trägerschicht 2, befestigt. Insbesondere ist ein erstes Ende des Ständerelements 10 am Fixierungselement 11 befestigt. Das Fixierungselement 11 und das Ständerelement 10 können hierbei separat voneinander ausgebildete Elemente sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Fixierungselement 11 integraler Bestandteil des Ständerelements 10 ist. 2 shows a schematic cross section through an electronic assembly 1 according to the invention in a further embodiment. In contrast to the 1 In the embodiment shown, the temperature sensor 7 is connected to the substrate 5 via a stand element 10. The stand element 10 is attached to the substrate surface, in particular in a recess of the conductive layer 3 on a surface of the carrier layer 2, via a fixing element 11. In particular, a first end of the stand element 10 is attached to the fixing element 11. The fixing element 11 and the stand element 10 can be elements formed separately from one another. However, it is also possible for the fixing element 11 to be an integral part of the stand element 10.

An einem freien, nicht befestigten Ende, weist das Ständerelement 10 einen Befestigungsabschnitt 12 für den Temperatursensor 7 auf. Dieser Befestigungsabschnitt 12 kann plattenförmig ausgebildet sein, wobei der Temperatursensor 7 auf einer Oberfläche des Abschnitts 11 befestigt ist, insbesondere in stoffschlüssiger Weise wie z.B. durch Kleben.At a free, unattached end, the stand element 10 has a fastening section 12 for the temperature sensor 7. This fastening section 12 can be plate-shaped, with the temperature sensor 7 being fastened to a surface of the section 11, in particular in a materially bonded manner, such as by gluing.

Ebenfalls dargestellt ist das thermische Verbindungselement 8, welches das Leistungshalbleiterelement 6 und den Temperatursensor 7 thermisch verbindet. Aus dem Vergleich der Ausführungsformen in 1 und 2 ergibt sich, dass das thermische Verbindungselement 8 gekrümmt, aber auch geradlinig ausgebildet sein kann.Also shown is the thermal connection element 8, which thermally connects the power semiconductor element 6 and the temperature sensor 7. From the comparison of the embodiments in 1 and 2 It follows that the thermal connection element 8 can be curved, but also straight.

Ersichtlich ist, dass der Abstand des Temperatursensors 7 von einer Substratoberfläche, insbesondere eine Oberfläche der Trägerschicht 2 bzw. eine Oberfläche der ersten leitfähigen Schicht 3, größer ist als der Abstand des mindestens einen Leistungshalbleiterelements 6, wobei der Abstand entlang einer z-Richtung z gemessen werden kann, die in 2 durch einen Pfeil symbolisiert ist. Der Abstand kann eine Distanz zwischen einer der Substratoberfläche zugewandten Seite (Unterseite) des Temperatursensors 7/des Leistungshalbleiterelements 6 oder die Distanz zwischen einem Referenzpunkt, z.B. einem geometrischen Mittelpunkt, des jeweiligen Elements und der Substratoberfläche bezeichnen. Ebenfalls dargestellt ist eine x-Richtung x, die orthogonal zur z-Richtung z orientiert ist und parallel zu einer Ebene der Substratoberfläche orientiert ist. Nicht dargestellt ist eine Querrichtung, die orthogonal zur x-Richtung x und zur z-Richtung z orientiert sein kann und die mit der x-Richtung x eine Ebene aufspannt, die parallel zur Substratoberfläche orientiert ist. Entlang der z-Richtung kann ein Abstand zwischen Temperatursensor 7 und Substratoberfläche beispielsweise größer als 1 cm sein. Entlang der x-Richtung x kann ein Abstand zwischen dem Leistungshalbleiterelement 6 und dem Temperatursensor 7 insbesondere größer als 4 cm sein.It can be seen that the distance of the temperature sensor 7 from a substrate surface, in particular a surface of the carrier layer 2 or a surface of the first conductive layer 3, is greater than the distance of the at least one power semiconductor element 6, wherein the distance can be measured along a z-direction z, which in 2 is symbolized by an arrow. The distance can denote a distance between a side (underside) of the temperature sensor 7/the power semiconductor element 6 facing the substrate surface or the distance between a reference point, e.g. a geometric center, of the respective element and the substrate surface. Also shown is an x-direction x which is oriented orthogonal to the z-direction z and is oriented parallel to a plane of the substrate surface. Not shown is a transverse direction which can be oriented orthogonal to the x-direction x and the z-direction z and which, with the x-direction x, spans a plane which is oriented parallel to the substrate surface. Along the z-direction, a distance between the temperature sensor 7 and the substrate surface can, for example, be greater than 1 cm. Along the x-direction x, a distance between the power semiconductor element 6 and the temperature sensor 7 can in particular be greater than 4 cm.

Durch eine Strichlinie eingefasst dargestellt ist ein erstes Bauvolumen 13, in dem das Leistungshalbleiterelement 6 und zumindest ein Teil des Ständerelements 7 angeordnet ist. Dieses erste Bauvolumen 13 kann mit einer Moldmasse gefüllt werden. Weiter dargestellt ist ein ebenfalls durch eine Strichlinie umfasstes zweites Bauvolumen 14, in dem der verbleibende Teil des Ständerelements 10 und der Temperatursensor 7 angeordnet sind. Dieses zweite Bauvolumen 14 ist entlang der z-Richtung z über/nach dem ersten Bauvolumen 13 angeordnet.A first construction volume 13 in which the power semiconductor element 6 and at least part of the stator element 7 are arranged is shown enclosed by a dashed line. This first construction volume 13 can be filled with a molding compound. Also shown is a second construction volume 14, also enclosed by a dashed line, in which the remaining part of the stator element 10 and the temperature sensor 7 are arranged. This second construction volume 14 is arranged along the z-direction z above/after the first construction volume 13.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt ist, dass das Fixierungselement 11 über eine Verbindungsschicht 15, beispielsweise eine Klebeschicht oder eine Sinterschicht, an der Substratoberfläche, die in dem Befestigungsabschnitt für das Ständerelement 10 von der Trägerschicht 2 ausgebildet wird, befestigt ist. 3 shows a schematic cross section through an electronic assembly according to the invention according to a further embodiment. It is shown that the fixing element 11 is fastened via a connecting layer 15, for example an adhesive layer or a sintered layer, to the substrate surface which is formed in the fastening section for the stand element 10 by the carrier layer 2.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektronikbaugruppe 1 in einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt sind sechs Leistungshalbleiterelemente 6 und diesen Leistungshalbleiterelementen 6 jeweils zugeordnete Temperatursensoren 7, die jeweils auf Ständerelementen 10 angeordnet sind. Ebenfalls dargestellt ist, dass alle Ständerelemente 10 an einem gemeinsamen Fixierungselement 11 befestigt sind. 4 shows a perspective view of an electronic assembly 1 in a further embodiment. Shown are six power semiconductor elements 6 and temperature sensors 7 assigned to these power semiconductor elements 6, which are each arranged on stator elements 10. It is also shown that all stator elements 10 are attached to a common fixing element 11.

Ebenfalls dargestellt sind thermische Verbindungselemente 8, die jeweils ein Leistungshalbleiterelement 6 mit jeweils einem Temperatursensor 7 thermisch verbinden. Ebenfalls dargestellt ist das Substrat 5, an dem sowohl die Leistungshalbleiterelemente 6 als auch die Temperatursensoren 7 über die Ständerelemente 10 befestigt sind. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Ständerelement 10 und Signalleitungen 9 eines Signalleitungspaars zum Anschluss eines Temperatursensors 7 mit einem Bezugszeichen versehen.Also shown are thermal connection elements 8, each of which thermally connects a power semiconductor element 6 to a temperature sensor 7. Also shown is the substrate 5, to which both the power semiconductor elements 6 and the temperature sensors 7 are attached via the stator elements 10. For the sake of clarity, only one stator element 10 and signal lines 9 of a signal line pair for connecting a temperature sensor 7 are provided with a reference symbol.

Die Leistungshalbleiterelemente 6 bilden Elemente einer Leistungshalbleiterelement-Gruppe. Genauso bilden die Temperatursensoren 7 die Elemente einer Temperatursensor-Gruppe. Ersichtlich ist, dass die Leistungshalbleiterelemente 6 der Gruppe und die Temperatursensoren 7 der Gruppe in jeweils verschiedenen Bereichen der Substratoberfläche angeordnet bzw. in verschiedenen Bereichen der Substratoberfläche an dieser befestigt sind.The power semiconductor elements 6 form elements of a power semiconductor element group. The temperature sensors 7 also form the elements of a temperature sensor group. It can be seen that the power semiconductor elements 6 of the group and the temperature sensors 7 of the group are arranged in different areas of the substrate surface or are attached to it in different areas of the substrate surface.

5a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe 1 mit einem Substrat 5, an dem Temperatursensoren 7 und Leistungshalbleiterelemente 6 befestigt sind. Dargestellt sind ebenfalls thermische Verbindungselemente 8, die jeweils ein Leistungshalbleiterelement mit einem Temperatursensor 7 thermisch verbinden. Weiter ist dargestellt, dass der jeweils einem Leistungshalbleiterelement 6 zugeordnete Temperatursensor 7 räumlich neben dem Bereich des entsprechenden Leistungshalbleiterelements 6 an der Substratoberfläche befestigt ist. Hierbei ist dargestellt, dass die Temperatursensoren 7 jeweils einzeln über ein Ständerelement 10 und ein Fixierungselement 11 in voneinander verschiedenen Bereichen an der Substratoberfläche befestigt sind, wobei der Abstand zwischen einem Leistungshalbleiterelement 6 und dem diesem zugeordneten Temperatursensor 7 kleiner ist als jeder der Abstände zwischen dem Temperatursensor 7 und den verbleibenden Leistungshalbleiterelementen 6. 5a shows a schematic plan view of an electronic assembly 1 according to the invention with a substrate 5 to which temperature sensors 7 and power semiconductor elements 6 are attached. Also shown are thermal connection elements 8, which each thermally connect a power semiconductor element to a temperature sensor 7. It is also shown that the temperature sensor 7 assigned to a power semiconductor element 6 is attached to the substrate surface spatially next to the area of the corresponding power semiconductor element 6. It is shown here that the temperature sensors 7 are each individually attached to the substrate surface via a stator element 10 and a fixing element 11 in different areas, wherein the distance between a power semiconductor element 6 and the temperature sensor 7 assigned to it is smaller than each of the distances between the temperature sensor 7 and the remaining power semiconductor elements 6.

5b zeigt eine weitere schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe 1. Dargestellt sind sechs Leistungshalbleiterelemente 6, die jeweils über thermische Verbindungselemente 8 mit jeweils einem Temperatursensor 7 verbunden sind, wobei jeweils 3 Temperatursensoren 7 über ein gemeinsames Fixierungselement 11 (siehe z.B. 4) an der Substratoberfläche befestigt sind. Einer ersten Leistungshalbleiterelement-Gruppe mit drei Leistungshalbleiterelementen 6 ist eine erste Temperatursensor-Gruppe mit drei Temperatursensoren 7 zugeordnet, wobei die Leistungshalbleiterelemente 6 dieser ersten Leistungshalbleiterelement-Gruppe jeweils über thermische Verbindungselemente 8 mit den Temperatursensoren 7 dieser ersten Temperatursensor-Gruppe verbunden sind und diese Temperatursensoren 7 über Ständerelemente 10 an einem gemeinsamen Fixierungselement 11 befestigt sind, wobei das gemeinsame Fixierungselement 11 wiederum an der Substratoberfläche befestigt ist. 5b shows a further schematic plan view of an electronic assembly 1 according to the invention. Shown are six power semiconductor elements 6, each of which is connected to a temperature sensor 7 via thermal connection elements 8, whereby 3 temperature sensors 7 are connected via a common fixing element 11 (see e.g. 4 ) are attached to the substrate surface. A first temperature sensor group with three temperature sensors 7 is assigned to a first power semiconductor element group with three power semiconductor elements 6, wherein the power semiconductor elements 6 of this first power semiconductor element group are each connected to the temperature sensors 7 of this first temperature sensor group via thermal connection elements 8 and these temperature sensors 7 are attached to a common fixing element 11 via stator elements 10, wherein the common fixing element 11 is in turn attached to the substrate surface.

Eine zweite Leistungshalbleiterelement-Gruppe umfasst ebenfalls drei Leistungshalbleiterelemente 6, die jeweils über ein thermisches Verbindungselement 8 mit Temperatursensoren 7 einer zweiten Temperatursensor-Gruppe, die ebenfalls drei Temperatursensoren 7 umfasst, thermisch verbunden sind. Diese Temperatursensoren 7 sind über Ständerelemente 10 an einem weiteren gemeinsamen Fixierungselement 11 befestigt, wobei das weitere gemeinsame Fixierungselement 11 wiederum an der Substratoberfläche befestigt ist. Alle Temperatursensoren 7 und Leistungshalbleiterelemente 6 der entsprechenden Gruppen sind in verschiedenen Bereichen der Substratoberfläche an dieser befestigt.A second power semiconductor element group also comprises three power semiconductor elements 6, each of which is thermally connected via a thermal connection element 8 to temperature sensors 7 of a second temperature sensor group, which also comprises three temperature sensors 7. These temperature sensors 7 are attached via stator elements 10 to a further common fixing element 11, wherein the further common fixing element 11 is in turn attached to the substrate surface. All temperature sensors 7 and power semiconductor elements 6 of the corresponding groups are attached to the substrate surface in different areas of the latter.

Es ist ersichtlich, dass die Anordnung von Leistungshalbleiterelementen 6 einer Gruppe und den diesen zugeordneten Temperatursensoren 7 derart erfolgt, dass die Abstände zwischen den Leistungshalbleiterelementen 6 (einer ausgewählten Gruppe) und den diesen zugeordneten Temperatursensoren 7 kleiner sind als die Abstände zwischen den weiteren Leistungshalbleiterelementen (der verbleibenden Gruppe(n)) und diesen Temperatursensoren 7. Auch ersichtlich ist, dass die Leistungshalbleiterelemente 6 einer Gruppe und die diesen zugeordneten Temperatursensoren 7 derart angeordnet sind, dass ein thermisches Verbindungselement 8, welches ein ausgewähltes Leistungshalbleiterelement 6 mit einem Temperatursensor 7 verbindet, nicht über ein weiteres Leistungshalbleiterelement 6 geführt wirdIt is clear that the arrangement of power semiconductor elements 6 of a group and the temperature sensors 7 assigned to them is such that the distances between the power semiconductor elements 6 (of a selected group) and the temperature sensors 7 assigned to them are smaller than the distances between the other power semiconductor elements (of the remaining group(s)) and these temperature sensors 7. It is also clear that the power semiconductor elements 6 of a group and the temperature sensors 7 assigned to them are arranged such that a thermal connection element 8, which connects a selected power semiconductor element 6 to a temperature sensor 7, is not guided over another power semiconductor element 6.

5c zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektronikbaugruppe 1 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 5b dargestellten Ausführungsform erfolgt die Anordnung von Leistungshalbleiterelementen 6 einer Gruppe und den diesen zugeordneten Temperatursensoren 7 derart, dass ein thermisches Verbindungselement 8, welches ein ausgewähltes Leistungshalbleiterelement 6 mit einem Temperatursensor 7 verbindet, über ein weiteres Leistungshalbleiterelement 6 geführt wird. 5c shows a schematic plan view of an electronic assembly 1 according to the invention in a further embodiment. In contrast to the 5b In the embodiment shown, the arrangement of power semiconductor elements 6 of a group and the temperature sensors 7 assigned to them is such that a thermal connection element 8, which connects a selected power semiconductor element 6 to a temperature sensor 7, is guided over another power semiconductor element 6.

6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von mehreren Elektronikbaugruppen 1, die jeweils ein Substrat 5 sowie sechs Halbleiterelemente 6 umfassen. Eine erste Elektronikbaugruppe 1a dieser mehreren Elektronikbaugruppen 1 umfasst achtzehn Temperatursensoren 7, die jeweils über Ständerelemente 10 an einer Substratoberfläche des Substrats 5 dieser ersten Elektronikbaugruppe 1a befestigt sind. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Temperatursensor 7, ein Ständerelement 10 und ein Fixierungselement 11 mit einem Bezugszeichen versehen. Dargestellt ist, dass eine erste Gruppe von sechs Temperatursensoren 7 über ein erstes Fixierungselement 11 an der Substratoberfläche des Substrats 5 der ersten Elektronikbaugruppe 1a befestigt sind, wobei die Temperatursensoren 7 dieser ersten Temperatursensor-Gruppe Leistungshalbleiterelementen 6 einer zweiten Elektronikbaugruppe 1 b zugeordnet sind und über thermische Verbindungselemente 8 mit jeweils einem Leistungshalbleiterelement 6 dieser zweiten Elektronikbaugruppe 1b verbunden sind, wobei die Leistungshalbleiterelemente 6 der zweiten Elektronikbaugruppe 1b an einem Substrat 5 der zweiten Elektronikbaugruppe befestigt sind (welches vom Substrat 5 der ersten Elektronikbaugruppe 1 a verschieden ist). Weiter dargestellt ist eine zweite Gruppe von Temperatursensoren 7, die über ein zweites Fixierungselement 11b mit der Substratoberfläche des Substrats 5 der ersten Elektronikbaugruppe 1a verbunden sind und die den Leistungshalbleiterelementen 6 einer dritten Elektronikbaugruppe 1c zugeordnet sind, wobei diese Temperatursensoren 7 jeweils über ein thermisches Verbindungselement 8 mit einem dieser Leistungshalbleiterelemente 6 thermisch verbunden sind. Die Leistungshalbleiterelemente 6 der dritten Elektronikbaugruppe 1c sind an einem Substrat 5 der dritten Elektronikbaugruppe 1c befestigt sind (welches vom Substrat 5 der ersten Elektronikbaugruppe 1a und vom Substrat 5 der zweiten Elektronikbaugruppe 1b verschieden ist). 6 shows a schematic perspective view of several electronic assemblies 1, each of which comprises a substrate 5 and six semiconductor elements 6. A first electronic assembly 1a of these several electronic assemblies 1 comprises eighteen temperature sensors 7, each of which is attached to a substrate surface of the substrate 5 of this first electronic assembly 1a via stand elements 10. For the sake of clarity, only one temperature sensor 7, one stand element 10 and one fixing element 11 are provided with a reference number. It is shown that a first group of six temperature sensors 7 are fastened to the substrate surface of the substrate 5 of the first electronic assembly 1a via a first fixing element 11, wherein the temperature sensors 7 of this first temperature sensor group are assigned to power semiconductor elements 6 of a second electronic assembly 1b and are each connected to a power semiconductor element 6 of this second electronic assembly 1b via thermal connecting elements 8, wherein the power semiconductor elements 6 of the second electronic assembly 1b are fastened to a substrate 5 of the second electronic assembly (which is different from the substrate 5 of the first electronic assembly 1a). Also shown is a second group of temperature sensors 7 which are connected to the substrate surface of the substrate 5 of the first electronic assembly 1a via a second fixing element 11b and which are assigned to the power semiconductor elements 6 of a third electronic assembly 1c, wherein these temperature sensors 7 are each thermally connected to one of these power semiconductor elements 6 via a thermal connecting element 8. The power semiconductor elements 6 of the third electronic assembly 1c are attached to a substrate 5 of the third electronic assembly 1c (which is different from the substrate 5 of the first electronic assembly 1a and from the substrate 5 of the second electronic assembly 1b).

Weiter dargestellt ist eine dritte Gruppe von Temperatursensoren 7, die über ein drittes Fixierungselement 11c mit der Substratoberfläche des Substrats 5 der ersten Elektronikbaugruppe 1a verbunden sind und die den Leistungshalbleiterelementen 6 der ersten Elektronikbaugruppe 1 a zugeordnet und jeweils über ein thermisches Verbindungselement 8 mit diesen verbunden sind. Die Leistungshalbleiterelemente 6 der ersten Elektronikbaugruppe 1a sind an einem Substrat 5 der ersten Elektronikbaugruppe 1a befestigt.Also shown is a third group of temperature sensors 7, which are connected to the substrate surface of the substrate 5 of the first electronic assembly 1a via a third fixing element 11c and which are assigned to the power semiconductor elements 6 of the first electronic assembly 1a and are each connected to them via a thermal connection element 8. The power semiconductor elements 6 of the first electronic assembly 1a are attached to a substrate 5 of the first electronic assembly 1a.

Aus der Zusammenschau von 5a, 5b und 5c und auch 6 ergibt sich, dass eine Anzahl und Anordnung der Temperatursensoren 7 bzw. Temperatursensor-Gruppen frei gewählt werden kann.From the overview of 5a , 5b and 5c and also 6 This means that the number and arrangement of the temperature sensors 7 or temperature sensor groups can be freely selected.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ElektronikbaugruppeElectronic assembly
22
TrägerschichtCarrier layer
33
erste leitfähige Schicht des Substratsfirst conductive layer of the substrate
44
zweite leitfähige Schicht des Substratssecond conductive layer of the substrate
55
SubstratSubstrat
66
LeistungshalbleiterelementPower semiconductor element
77
TemperatursensorTemperature sensor
88th
thermisches Verbindungselementthermal connector
99
SignalleitungSignal line
1010
StänderelementStand element
1111
FixierungselementFixing element
1212
BefestigungsabschnittMounting section
1313
erster Volumenbereichfirst volume range
1414
zweiter Volumenbereichsecond volume range
1515
VerbindungsschichtConnection layer
zz
z-Richtungz-direction
xx
x-Richtungx-direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 20140233708 A1 [0004]US 20140233708 A1 [0004]
  • US 20130228890 A1 [0005]US 20130228890 A1 [0005]
  • DE 19630902 B4 [0006]DE 19630902 B4 [0006]

Claims (10)

Elektronikbaugruppe, umfassend - mindestens ein Leistungshalbleiterelement (6), - mindestens einen Temperatursensor (7) und - mindestens ein Substrat (5), wobei der mindestens eine Temperatursensor (7) und das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat (5) oder an verschiedenen Substraten (5) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) und der mindestens eine Temperatursensor (7) über mindestens ein thermisches Verbindungselement (8) verbunden sind.Electronic assembly, comprising - at least one power semiconductor element (6), - at least one temperature sensor (7) and - at least one substrate (5), wherein the at least one temperature sensor (7) and the at least one power semiconductor element (6) are attached to the substrate (5) or to different substrates (5) in sections that are different from one another, characterized in that the at least one power semiconductor element (6) and the at least one temperature sensor (7) are connected via at least one thermal connection element (8). Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (7) über ein Ständerelement (10) mit dem Substrat (5) verbunden ist.Electronic assembly according to Claim 1 , characterized in that the temperature sensor (7) is connected to the substrate (5) via a stator element (10). Elektronikbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Temperatursensors (7) von einer Substratoberfläche größer ist als der Abstand des mindestens einen Leistungshalbleiterelements (6) von der Substratoberfläche.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the distance of the temperature sensor (7) from a substrate surface is greater than the distance of the at least one power semiconductor element (6) from the substrate surface. Elektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) und zumindest ein Teil des Ständerelements (10) in einer Moldmasse eingebettet sind.Electronic assembly according to one of the Claims 2 until 3 , characterized in that the at least one power semiconductor element (6) and at least a part of the stator element (10) are embedded in a molding compound. Elektronikbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ständerelement (10) über ein Fixierungselement (11) mit dem Substrat (5) verbunden ist.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the stator element (10) is connected to the substrate (5) via a fixing element (11). Elektronikbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Signalleitung (9) mit dem Temperatursensor (7) verbunden ist, wobei die mindestens eine Signalleitung (9) sich weg vom Temperatursensor (7) als auch weg vom Leistungshalbleiterelement (6) erstreckt.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that at least one signal line (9) is connected to the temperature sensor (7), wherein the at least one signal line (9) extends away from the temperature sensor (7) as well as away from the power semiconductor element (6). Elektronikbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikbaugruppe (1) eine Gruppe von mindestens zwei Leistungshalbleiterelementen (6) umfasst, wobei dieser Leistungshalbleiterelement-Gruppe mindestens ein Temperatursensor (7) zugeordnet ist, wobei die Leistungshalbleiterelemente (6) der Leistungshalbleiterelement-Gruppe und die Temperatursensoren (7) der Temperatursensor-Gruppe in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat (5) befestigt sind.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic assembly (1) comprises a group of at least two power semiconductor elements (6), wherein at least one temperature sensor (7) is assigned to this power semiconductor element group, wherein the power semiconductor elements (6) of the power semiconductor element group and the temperature sensors (7) of the temperature sensor group are attached to the substrate (5) in mutually different sections. Elektronikbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ständerelemente (10) über ein gemeinsames Fixierungselement (11) mit dem Substrat (5) verbunden sind.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that several stand elements (10) are connected to the substrate (5) via a common fixing element (11). Elektronikbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (7) mindestens einen Signal-Anschlussbereich für einen Signalanschluss aufweist, wobei ein Anschlussbereich für das thermische Verbindungselement (8) von dem mindestens eine Signal-Anschlussbereich verschieden ist.Electronic assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (7) has at least one signal connection area for a signal connection, wherein a connection area for the thermal connection element (8) is different from the at least one signal connection area. Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe (1), wobei mindestens ein Leistungshalbleiterelement (6), mindestens ein Temperatursensor (7) und mindestens ein Substrat (5) bereitgestellt werden, wobei das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) und der mindestens eine Temperatursensor (7) in voneinander verschiedenen Abschnitten an dem Substrat (5) oder an verschiedenen Substraten (5) befestigt werden, wobei das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) über mindestens ein thermisches Verbindungselement (8) mit dem Temperatursensor (7) verbunden wird.Method for producing an electronic assembly (1), wherein at least one power semiconductor element (6), at least one temperature sensor (7) and at least one substrate (5) are provided, wherein the at least one power semiconductor element (6) and the at least one temperature sensor (7) are attached to the substrate (5) or to different substrates (5) in sections different from one another, wherein the at least one power semiconductor element (6) is connected to the temperature sensor (7) via at least one thermal connection element (8).
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