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DE102022211818B4 - Electronic assembly and method for manufacturing an electronic assembly - Google Patents

Electronic assembly and method for manufacturing an electronic assembly

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Publication number
DE102022211818B4
DE102022211818B4 DE102022211818.9A DE102022211818A DE102022211818B4 DE 102022211818 B4 DE102022211818 B4 DE 102022211818B4 DE 102022211818 A DE102022211818 A DE 102022211818A DE 102022211818 B4 DE102022211818 B4 DE 102022211818B4
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DE
Germany
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power semiconductor
temperature sensor
semiconductor element
electronic assembly
substrate
Prior art date
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DE102022211818.9A
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Oliver Rang
Jan Schmäling
Samy Arnaout
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Abstract

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, dadurch gekennzeichnet, dass
das thermische Verbindungselement (8) aus Metall ausgebildet ist und ein erstes Ende des thermischen Verbindungselements (8) das Leistungshalbleiterelement (6) in einem Kontaktbereich und ein weiteres Ende des thermischen Verbindungselements (8) den Temperatursensor (7) in einem Kontaktbereich kontaktiert.
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 each other, wherein the at least one power semiconductor element (6) and the at least one temperature sensor (7) are connected via at least one thermal connecting element (8), characterized in that
the thermal connecting element (8) is made of metal and a first end of the thermal connecting element (8) contacts the power semiconductor element (6) in a contact area and a further end of the thermal connecting element (8) contacts the temperature sensor (7) in a contact area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe und ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe.The invention relates to an electronic assembly and a method for manufacturing 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 devices such as IGBTs or MOSFETs are used in a wide variety of applications. For example, such power semiconductor devices are used to convert a DC voltage into an AC voltage, for instance to power an electric 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 can impair its functionality. 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.It is known from the state of the art that US 2014/0233708 A1 , which discloses a medical device with a power supply unit and a temperature sensor. The temperature sensor is located outside the power supply unit, 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.The following is also known 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.The following is also known DE 196 30 902 B4 , which discloses a device for temperature monitoring of a power semiconductor arrangement.

Die DE 101 25 694 A1 offenbart ein Halbleitermodul mit mindestens einem Temperatursensor und mit mindestens einem Leistungshalbleiter, das auf einem ersten Träger angeordnet ist.The DE 101 25 694 A1 discloses a semiconductor module comprising at least one temperature sensor and at least one power semiconductor, arranged on a first support.

Die DE 10 2008 056 846 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul, insbesondere ein Leistungshalbleitermodul mit der Fähigkeit zur Temperaturmessung.The DE 10 2008 056 846 A1 discloses a power semiconductor module, in particular a power semiconductor module with the capability for temperature measurement.

Die DE 10 2007 052 630 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit Temperatursensor.The DE 10 2007 052 630 A1 reveals a power semiconductor module with a temperature sensor.

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.A problem arises with known prior art temperature sensor arrangements relative to a power semiconductor element, as interference can occur, resulting in inaccurate temperature measurements of a selected power semiconductor element. For example, the temperature measurement of a selected power semiconductor element can be influenced by the heat radiation from other power semiconductor elements. Furthermore, temperature sensors that are mounted directly on a substrate require a large amount of installation space, which also leads to 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 inaccuracies in temperature measurement or determination lead to higher costs and increased space requirements, as tolerances in temperature determination affect the space required for the power semiconductor element. The greater the inaccuracy, the greater the space requirement and, in particular, the chip area required for the power semiconductor element on a given substrate. This is undesirable because a large chip area requirement, especially on a SiC substrate, results in 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 manufacturing an electronic assembly that enables the most accurate possible measurement of the temperature of a power semiconductor element, while in particular not increasing the space required.

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 is provided by the articles with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

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 thermisches 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.Proposed is an electronic assembly 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 (AC) voltage for an electric machine, which can be, in particular, a drive motor of an electric or hybrid vehicle. Thus, an inverter with such an electronic assembly, as well as a vehicle with such an inverter or with such an electronic assembly, is also described. The at least one temperature sensor serves to detect the temperature of the power semiconductor element, in particular during operation of the power semiconductor element. The temperature sensor used to detect the temperature of a selected power semiconductor element can also be referred to as the temperature sensor associated with that (selected) power semiconductor element. The temperature sensor can be a contact temperature sensor. The temperature sensor can be configured in such a way that a contact area is 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 configured as a PTC thermistor, resistance thermometer, or thermocouple. Preferably, the temperature sensor is configured 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, comprise at least one electrically conductive layer, especially a copper layer, and a support layer, for example, a ceramic layer. Conductive track structures and contact pads can be produced on the substrate to attach components, in particular by soldering, sintering, or bonding, for example, the power semiconductor elements described above.

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 to or in different sections of the substrate surface. Specifically, the temperature sensor is not attached to the power semiconductor element. An arrangement in different sections can be achieved, in particular, if the power semiconductor element and the temperature sensor associated with it do not overlap in a common projection plane, which may be oriented parallel to a surface of the substrate, i.e., if they are arranged in a disjoint manner. Thus, the temperature sensor and the power semiconductor element can be attached to the same support, namely the substrate. Alternatively, the temperature sensor and the power semiconductor element can also be attached to different substrates.

Weiter 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. Erfindungsgemäß ist das thermische Verbindungselement aus einem Metall wie z.B. Kupfer ausgebildet. 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.Furthermore, the at least one power semiconductor element and the at least one temperature sensor, namely the temperature sensor associated with the power semiconductor element, are connected via at least one thermal connection element. The thermal connection element serves to transfer thermal energy from the power semiconductor element to the temperature sensor. The thermal connection element consists, in particular, of a material with good thermal conductivity, especially a thermal conductivity greater than that of air, preferably greater than that of a molding compound in which the power semiconductor element is embedded, e.g., greater than 0.5, more preferably greater than 1, and more preferably greater than 100. According to the invention, the thermal connection element is made of a metal such as copper. The thermal conductivity is given here in W/mK and represents the heat flow through a material due to thermal conduction. It is possible that a volume in which the at least one power semiconductor element is arranged is filled with a molding compound. A 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 connecting 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 associated temperature sensor, which can therefore detect the temperature of the power semiconductor element very accurately. 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 stand element. The temperature sensor or sensors can be arranged, and in particular attached, to a free end of the stand element, with another end of the stand element being attached to the substrate, particularly to its surface. Thus, a stand element can serve to support/attach one or more temperature sensors to the substrate. In particular, by attaching the temperature sensor to a stand element, it can be arranged in a volume that is oriented orthogonally to and away from the substrate surface in a direction above a volume in which the power semiconductor element is located. The stand element thus enables the temperature sensor to be arranged at a distance from the substrate, and in particular the substrate surface, that is greater than the distance to the power semiconductor element, and this distance can be measured along the direction described.

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, particularly on the temperature measurement, because 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. The distance of the temperature sensor from the substrate, and thus from other power semiconductor elements attached to the substrate surface, reduces their heat input. At the same time, it advantageously reduces the required installation space on the substrate surface, since only the mounting element, and not the temperature sensor itself, comes into contact with the substrate surface. The required mounting surface of the stand element can be smaller than that required for the temperature sensor. Thus, the electronic assembly enables reliable and accurate temperature measurement while requiring minimal installation space on the substrate surface. In particular, the maximum diameter of the stand element can 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 another embodiment, the distance of the temperature sensor from a substrate surface is greater than the distance of the at least one power semiconductor element. This distance can be measured along an axis that is orthogonal to and oriented away from a surface of the substrate to which the power semiconductor element is attached. In other words, the temperature sensor can be located in a plane or 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 aforementioned axis can be greater than 0.16 mm and/or less than 10 cm. It is also possible for the distance of the temperature sensor from the at least one power semiconductor element along the aforementioned axis to be 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 measurement, as 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 another embodiment, the at least one power semiconductor element and at least part of the stator element are embedded in a molding compound. The molding compound, which can consist of epoxy resin in particular, serves to encapsulate the at least one semiconductor element, thus protecting it from external influences. Embedding at least part of the stator element in the molding compound advantageously results in a reliable and stable mounting of the temperature sensor in the substrate, since it is also encapsulated within the molding compound. It is possible, but not mandatory, for the entire stator element with the attached temperature sensor 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 another embodiment, the stand element is connected to the substrate via a fixing element. The fixing element can be designed, in particular, for attachment to the substrate, whereby this attachment can be achieved by sintering, soldering, or bonding in another manner. Here, the fixing element can have or form at least one attachment interface for securing 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, in which case the fixing element is an integral part of the stand element. The fixing element can serve to attach exactly one stand element or to attach several stand elements. Providing a fixing element advantageously results in a reliable mechanical attachment 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. This signal line can be used to transmit output signals, for example, a current signal, and the temperature can be determined as a function of the output signal. The signal line extends away from the temperature sensor as well as away from the power semiconductor element and away from the substrate surface. In particular, a directional component of the signal line's extension away from the temperature sensor, parallel to the direction orthogonal to and away from the substrate surface, can be non-zero. This advantageously results in the output signals generated or provided by the temperature sensor being unaffected, or only minimally affected, by other components of the electronic assembly, e.g., by heat radiation, thus enabling 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 Temperatursensoren 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, wherein at least one temperature sensor, preferably a group of at least two temperature sensors, is assigned to this power semiconductor element group. Preferably, a group with a number n power semiconductor elements is assigned to a group with the same number n temperature sensors, wherein each power semiconductor element Each power semiconductor element group is assigned a temperature sensor. Furthermore, the power semiconductor elements of the power semiconductor element group and the temperature sensors of their assigned temperature sensor group are attached to or arranged in separate sections of the substrate. The temperature sensors can be attached to the substrate in each section via a common mounting element or individual mounting elements. A boundary line of the power semiconductor element group, encompassing all power semiconductor elements of the group, and a boundary line of the temperature sensor group, also encompassing all temperature sensors of the group, cannot intersect in a common projection plane, which may be oriented parallel to the substrate surface. The boundary line can, in particular, be a line of minimal length that delimits the area in which all 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 enclosed by these boundary lines can be arranged disjointly in the common projection plane. This advantageously results in simple manufacturing of the electronic assembly, since the assembly work for attaching the temperature sensors only needs to be carried out in one area, 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 another embodiment, several stand elements are connected to the substrate via a common fixing element. This also advantageously simplifies the manufacturing of the electronic assembly, since only one fixing element is required to attach multiple stand elements. This also reduces manufacturing costs.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Temperatursensor mindestens einen 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 terminal. This signal terminal can serve for electrical contact via the signal line described above. The output signal described above can be provided via the signal connection area. Furthermore, the temperature sensor has a connection area for the thermal connector, which is distinct from the at least one signal connection area. In particular, the at least one signal connection area and the connection area for the thermal connector can be electrically isolated from each other. The connection area for the thermal connector on the power semiconductor element can also be distinct from an electrical connection area for an electrical (signal) connection of the power semiconductor element and, in particular, be isolated from this electrical connection area. This advantageously results in increased operational reliability of the electronic assembly, as the risk of electrical energy transfer 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 further proposed method for manufacturing an electronic assembly is presented, comprising providing at least one power semiconductor element, at least one temperature sensor, and at least one substrate, 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 separate sections, and 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 manufacture of an electronic assembly according to one of the embodiments described in this disclosure, with the corresponding and already explained technical advantages.

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 the temperature of at least one power semiconductor element of an electronic assembly according to one of the embodiments described in this disclosure is further described. Here, an output signal from the at least one temperature sensor, which is connected to the power semiconductor element via a thermal connector, is acquired, and the temperature of the power semiconductor element is determined as a function of the output signal. The temperature determination can be carried out using an evaluation unit, which may include or be designed as a microcontroller or an integrated circuit. This unit can be connected to the temperature sensor, for example, via the at least one signal line. It is also possible that an error correction is performed during the determination. In particular, the correction can be carried out to compensate for the distance-related losses during the transfer of thermal energy from the power semiconductor element to the temperature sensor via the thermal connector. This advantageously results in an accurate temperature determination.

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 top view of an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 5b a schematic top view of an electronic assembly according to the invention in a further embodiment;
  • 5c a schematic top view of a further 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, identical reference symbols denote elements with the same or similar technical characteristics.

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 Figure 1 shows a schematic cross-section through an electronic assembly 1 according to a first embodiment of the invention. The electronic assembly 1 comprises a substrate 5 with a support layer 2, in particular a ceramic support layer, which can be made , for example, of Al₂O₃ or Si₃N₄ . A first conductive layer 3, for example a copper layer, is arranged on a top side of the support layer 2, with a further conductive layer 4, for example also a copper layer, being arranged on an opposite side, i.e., a bottom side, of the support layer 2. Together, the support layer 2 and the conductive layers 3 and 4 form a substrate. A power semiconductor element 6 is arranged and attached, for example by soldering or sintering, to a top side of the substrate 5, in particular in a recess of the first conductive layer 3 and to the surface of the support layer 2 exposed thereby.

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 support 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 separate sections.

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.A thermal connection element 8 is further shown, extending from the power semiconductor element 6 to the temperature sensor 7. A first end of the thermal connection element 8, which can be, for example, a copper wire, contacts the power semiconductor element 6 in a contact area or contact section. Likewise, another end of the thermal connection element 8 contacts the temperature sensor 7 in a corresponding contact area. The contact areas can 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 Temperatursensor 7 als auch von der Substratoberfläche weg erstreckt.A signal line 9 for electrically contacting the temperature sensor 7 is also shown. This signal line 9 serves to transmit, in particular, a current signal, whereby the temperature of the temperature sensor 7, and thus of the power semiconductor element 6, can be determined as a function of the current signal, for example by an evaluation device (not shown). It is further shown that the signal line 9 extends from both the temperature sensor 7 and 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 one in 1 In the illustrated embodiment, 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, specifically in a recess of the conductive layer 3 on a surface of the support layer 2, by means of 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 separate components. 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 mounting section 12 for the temperature sensor 7. This mounting section 12 can be plate-shaped, with the temperature sensor 7 being attached to a surface of the section 11, in particular by a material bond such as 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 connecting 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 This results in the thermal connecting element 8 being 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.It is evident that the distance of the temperature sensor 7 from a substrate surface, in particular a surface of the support 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 is in 2 The distance is symbolized by an arrow. The distance can denote a distance between a side (underside) of the temperature sensor 7/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 orthogonally to the z-direction z and parallel to a plane of the substrate surface. Not shown is a transverse direction, which can be oriented orthogonally to both the x-direction x and the z-direction z and which, together with the x-direction x, spans a plane that is oriented parallel to the substrate surface.

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. Along the z-direction, the distance between temperature sensor 7 and the substrate surface can be greater than 1 cm, for example. Along the x-direction, the distance between the power semiconductor element 6 and the temperature sensor 7 can be greater than 4 cm, in particular.

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 build volume 13, enclosed by a dashed line, contains the power semiconductor element 6 and at least part of the stator element 7. This first build volume 13 can be filled with a molding compound. A second build volume 14, also enclosed by a dashed line, contains the remaining part of the stator element 10 and the temperature sensor 7. This second build volume 14 is located above/after the first build volume 13 along the z-direction.

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 Figure 1 shows a schematic cross-section through an electronic assembly according to a further embodiment of the invention. It shows that the fixing element 11 is attached to the substrate surface, which is formed by the carrier layer 2 in the mounting section for the stand element 10, via a bonding layer 15, for example an adhesive layer or a sintered layer.

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 Figure 1 shows a perspective view of an electronic assembly 1 in a further embodiment. Six power semiconductor elements 6 are shown, along with temperature sensors 7 assigned to each of these power semiconductor elements 6, each mounted on a stator element 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. The substrate 5 is also shown, to which both the power semiconductor elements 6 and the temperature sensors 7 are attached via the stator elements 10. For clarity, only one stator element 10 and signal lines 9 of a signal line pair for connecting a temperature sensor 7 are marked 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. Similarly, the temperature sensors 7 form elements of a temperature sensor group. It is evident 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 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 Figure 1 shows a schematic top view of an electronic assembly 1 according to the invention, comprising a substrate 5 to which temperature sensors 7 and power semiconductor elements 6 are attached. Thermal connection elements 8 are also shown, each thermally connecting a power semiconductor element to a temperature sensor 7. The figure further shows that the temperature sensor 7 associated with each power semiconductor element 6 is attached to the substrate surface spatially adjacent to the area of the corresponding power semiconductor element 6. The figure also shows that the temperature sensors 7 are each individually attached to the substrate surface in different areas via a stator element 10 and a fixing element 11, wherein the distance between a power semiconductor element 6 and its associated temperature sensor 7 is smaller than any 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 Figure 1 shows a further schematic top 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, wherein each 3 temperature sensors 7 via a common fixing element 11 (see e.g. 4 ) are attached to the substrate surface. A first power semiconductor element group with three power semiconductor elements 6 is associated with a first temperature sensor group with three temperature sensors 7, 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, the common fixing element 11 being 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, the further common fixing element 11 being in turn attached to the substrate surface. All temperature sensors 7 and power semiconductor elements 6 of the respective groups are attached to the substrate surface in different areas.

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 evident that the arrangement of power semiconductor elements 6 of a group and the temperature sensors 7 associated with them is such that the distances between the power semiconductor elements 6 (of a selected group) and the temperature sensors 7 associated with 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 evident that the power semiconductor elements 6 of a group and the temperature sensors 7 associated with them are arranged such that a thermal connection element 8, which connects a selected power semiconductor element 6 to a temperature sensor 7, does not extend 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 Figure 1 shows a schematic top view of an electronic assembly 1 according to the invention in a further embodiment. In contrast to the one shown in 5b In the illustrated embodiment, the arrangement of power semiconductor elements 6 of a group and the temperature sensors 7 associated with them is such that a thermal connecting 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 1b 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 1a 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 Figure 1 shows a schematic perspective view of several electronic assemblies 1, each comprising 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 attached to a substrate surface of the substrate 5 of this first electronic assembly 1a via stator elements 10. For clarity, only one temperature sensor 7, one stator element 10, and one fixing element 11 are labeled with a reference symbol. The figure shows that a first group of six temperature sensors 7 are attached to the substrate surface of the substrate 5 of the first electronic assembly 1a via a first fixing element 11. These temperature sensors 7 are associated with power semiconductor elements 6 of a second electronic assembly 1b and are connected to each power semiconductor element 6 of this second electronic assembly 1b via thermal connectors 8. The power semiconductor elements 6 of the second electronic assembly 1b are attached to a substrate 5 of the second electronic assembly (which differs from the substrate 5 of the first electronic assembly 1a). A second group of temperature sensors 7 is also shown. These sensors are connected to the substrate surface of the substrate 5 of the first electronic assembly 1a via a second fixing element 11b and are associated with the power semiconductor elements 6 of a third electronic assembly 1c. These temperature sensors 7 are each thermally connected to one of these power semiconductor elements 6 via a thermal connector 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 1a 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.A third group of temperature sensors 7 is also shown. These sensors are connected to the substrate surface of the substrate 5 of the first electronic assembly 1a via a third fixing element 11c and are assigned to the power semiconductor elements 6 of the first electronic assembly 1a, each of which is 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 combination of 5a , 5b and 5c and also 6 It follows that a number and the arrangement of the temperature sensors 7 or temperature sensor groups can be freely chosen.

BezugszeichenlisteReference symbol list

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
Substratsubstrate
66
LeistungshalbleiterelementPower semiconductor element
77
Temperatursensortemperature sensor
88
thermisches Verbindungselementthermal connecting element
99
SignalleitungSignal line
1010
StänderelementStand element
1111
FixierungselementFixing element
1212
BefestigungsabschnittFastening section
1313
erster Volumenbereichfirst volume range
1414
zweiter Volumenbereichsecond volume range
1515
VerbindungsschichtCompound layer
zz
z-Richtungz-direction
xx
x-Richtungx-direction

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, wobei das mindestens eine Leistungshalbleiterelement (6) und der mindestens eine Temperatursensor (7) über mindestens ein thermisches Verbindungselement (8) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Verbindungselement (8) aus Metall ausgebildet ist und ein erstes Ende des thermischen Verbindungselements (8) das Leistungshalbleiterelement (6) in einem Kontaktbereich und ein weiteres Ende des thermischen Verbindungselements (8) den Temperatursensor (7) in einem Kontaktbereich kontaktiert.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 each other, wherein the at least one power semiconductor element (6) and the at least one temperature sensor (7) are connected via at least one thermal connecting element (8), characterized in that the thermal connecting element (8) is made of metal and a first end of the thermal connecting element (8) contacts the power semiconductor element (6) in a contact area and a further end of the thermal connecting element (8) contacts the temperature sensor (7) in a contact area. 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 stand 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 2 bis 4, 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 2 until 4 , characterized in that the stand 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) einer 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 a temperature sensor group are attached to the substrate (5) in different sections from each other. 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 connecting 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, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Verbindungselement (8) aus Metall ausgebildet ist und ein erstes Ende des thermischen Verbindungselements (8) das Leistungshalbleiterelement (6) in einem Kontaktbereich und ein weiteres Ende des thermischen Verbindungselements (8) den Temperatursensor (7) in einem Kontaktbereich kontaktiert.Method for manufacturing 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 in different Sections are attached to the substrate (5) or to different substrates (5), wherein the at least one power semiconductor element (6) is connected to the temperature sensor (7) via at least one thermal connecting element (8), characterized in that the thermal connecting element (8) is made of metal and a first end of the thermal connecting element (8) contacts the power semiconductor element (6) in a contact area and a further end of the thermal connecting element (8) contacts the temperature sensor (7) in a contact area.
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