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DE102023205402A1 - Base plate and single-phase module of an inverter, inverter and power electronics - Google Patents

Base plate and single-phase module of an inverter, inverter and power electronics Download PDF

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DE102023205402A1
DE102023205402A1 DE102023205402.7A DE102023205402A DE102023205402A1 DE 102023205402 A1 DE102023205402 A1 DE 102023205402A1 DE 102023205402 A DE102023205402 A DE 102023205402A DE 102023205402 A1 DE102023205402 A1 DE 102023205402A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
busbar
phase module
base plate
circuit board
temperature sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023205402.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Cornelius Weis
Markus Eissner
Venkataramana Prasad Amasbyl
Christoph Schikora
Michael Arnegger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to DE102023205402.7A priority Critical patent/DE102023205402A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H10W90/00—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Bereitgestellt wird ein Einzelphasenmodul eines Inverters eines Elektroantriebs eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, aufweisend eine Basisplatte, mindestens eine an der Basisplatte angeordnete und direkt darauf befestigte, zwei Halbleiterpackages aufweisende Halbbrücke mit einer Lowside und einer Highside, auf der oder den Halbbrücken und mit den zugehörigen Stromanschlüssen elektrisch kontaktierte und gestapelt angeordnete Stromschienen, aufweisend eine DC-Plus-Stromschiene, eine DC-Minus-Stromschiene und eine AC-Stromschiene, wobei die oberste DC-Stromschiene vollflächig über die Geometrie der Basisplatte verläuft, und wobei die DC-Plus-Stromschiene und die DC-Minus-Stromschiene jeweils eine elektrisch nicht leitende Ummantelung aufweisen, und wobei in der obersten DC-Stromschiene mindestens eine in ihrem Inneren elektrisch isolierte Öffnung vorgesehen ist, eine auf der obersten DC-Stromschiene angeordnete Leiterplatte und einen auf der Leiterplatte und einem Halbleiterpackage gegenüberliegend angeordneten und in Richtung des Halbleiterpackages (4) weisenden Temperatursensor, einen Metallpin, der durch die Öffnung geführt und derart gebildet ist, dass er an einem Endbereich mit einer Oberseite des Halbleiterpackages, dem der Temperatursensor gegenüberliegt, thermisch gekoppelt verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Endbereich mit dem Temperatursensor thermisch gekoppelt verbunden ist.

Figure DE102023205402A1_0000
A single-phase module of an inverter of an electric drive of an at least partially electrically driven vehicle is provided, comprising a base plate, at least one half-bridge arranged on the base plate and fastened directly thereto, having two semiconductor packages with a low side and a high side, busbars arranged in a stacked manner on the half-bridge(s) and with the associated power connections, comprising a DC plus busbar, a DC minus busbar and an AC busbar, wherein the uppermost DC busbar runs over the entire surface of the geometry of the base plate, and wherein the DC plus busbar and the DC minus busbar each have an electrically non-conductive sheath, and wherein at least one electrically insulated opening is provided in the uppermost DC busbar, a circuit board arranged on the uppermost DC busbar and a temperature sensor arranged opposite the circuit board and a semiconductor package and pointing in the direction of the semiconductor package (4), a metal pin which is guided through the opening and is formed in such a way that it is thermally coupled at one end region to an upper side of the semiconductor package opposite the temperature sensor and is thermally coupled at its opposite end region to the temperature sensor.
Figure DE102023205402A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.The present invention relates to the field of electromobility, in particular to electronic modules for an electric drive.

Die Verwendung von Elektronikmodulen, etwa Leistungselektronikmodulen, bei Kraftfahrzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Dies ist einerseits auf die Notwendigkeit, die Kraftstoffeinsparung und die Fahrzeugleistung zu verbessern, und andererseits auf die Fortschritte in der Halbleitertechnologie zurückzuführen. Hauptbestandteil eines solchen Elektronikmoduls, das auch als Leistungselektronik bezeichnet wird, sind eine elektronische Steuereinheit, auch als ECU (electronic control unit) bezeichnet, die mit dem oder den Fahrzeugsteuergeräten in Verbindung steht oder Teil davon ist, und Steuersignale und/oder Informationen basierend auf z.B. dem Fahrverhalten oder Signalen anderer Steuergeräte erhält, sowie ein DC/AC-Wechselrichter (Inverter), der dazu dient, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom (AC) zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie oder einem Akkumulator, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt. Zu diesem Zweck umfassen die Inverter eine Vielzahl von Elektronikbauteilen, mit denen Brückenschaltungen (etwa Halbbrücken) realisiert werden, beispielsweise Halbleiterleistungsschalter, die auch als Leistungshalbleiter bezeichnet werden. Zusätzlich kann noch ein DC/DC-Wandler in der Leistungselektronik vorhanden sein.The use of electronic modules, such as power electronics modules, in motor vehicles has increased significantly in recent decades. This is due on the one hand to the need to improve fuel economy and vehicle performance, and on the other hand to advances in semiconductor technology. The main components of such an electronic module, which is also referred to as power electronics, are an electronic control unit, also known as an ECU (electronic control unit), which is connected to or is part of the vehicle control unit(s) and receives control signals and/or information based on, for example, driving behavior or signals from other control units, and a DC/AC inverter, which is used to supply electrical machines such as electric motors or generators with a multi-phase alternating current (AC). In this case, a direct current generated by means of a DC energy source, such as a battery or accumulator, is converted into a multi-phase alternating current. For this purpose, the inverters include a large number of electronic components with which bridge circuits (such as half bridges) are implemented, for example semiconductor power switches, which are also referred to as power semiconductors. In addition, a DC/DC converter can also be present in the power electronics.

Bekannte Elektronikmodule sind zwar insoweit modular, dass Brückenschaltungen ergänzt werden können, um die Leistung zu steigern, oder dass Brückenschaltungen weggelassen werden können. Aber es ist immer noch Bedarf an einer Optimierung in verschiedensten Bereichen, z.B. an Einsparung von Bauraum, Verbesserung der Messgenauigkeit und Vibrationsfestigkeit, oder einem einfacheren Zusammenbau.Known electronic modules are modular in that bridge circuits can be added to increase performance, or bridge circuits can be omitted. But there is still a need for optimization in various areas, e.g. saving installation space, improving measurement accuracy and vibration resistance, or making assembly easier.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Elektronikmodul bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of providing an improved electronic module.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung und anhand der Figuren, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. Further features and advantages of the invention emerge from the following description of embodiments of the invention and from the figures, which show details according to the invention. The individual features can be implemented individually or in groups in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt mehrere nebeneinander angeordnete Basisplatten gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt A aus 1.
  • 3 zeigt einen Teil eines Einzelphasenmoduls mit Positionierstiften gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt einen Schnitt eines Teils eines Einzelphasenmoduls mit Positionierstiften gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt einen Schnitt eines Teils eines Einzelphasenmoduls mit einem Temperatursensor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine schräge Draufsicht auf ein Einzelphasenmodul mit einem Stromsensor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt einen Schnitt eines Teils eines Einzelphasenmoduls mit einem Stromsensor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt eine schräge Draufsicht auf ein Einzelphasenmodul mit einem Isolations-Einlegeteil und einem Niederhalter gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt eine schräge Draufsicht auf ein Einzelphasenmodul mit angedeuteter Einlegeplatine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 10 zeigt eine schräge Draufsicht auf ein Einzelphasenmodul mit Einlegeplatine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures.
  • 1 shows several base plates arranged next to each other according to an embodiment of the present invention.
  • 2 shows a section A from 1 .
  • 3 shows a portion of a single phase module with positioning pins according to an embodiment of the present invention.
  • 4 shows a section of a portion of a single phase module with positioning pins according to an embodiment of the present invention.
  • 5 shows a section of a portion of a single phase module with a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
  • 6 shows an oblique plan view of a single-phase module with a current sensor according to an embodiment of the present invention.
  • 7 shows a section of a portion of a single-phase module with a current sensor according to an embodiment of the present invention.
  • 8 shows an oblique plan view of a single-phase module with an insulation insert and a hold-down device according to an embodiment of the present invention.
  • 9 shows an oblique plan view of a single-phase module with indicated insertion board according to an embodiment of the present invention.
  • 10 shows an oblique plan view of a single-phase module with insert board according to an embodiment of the present invention.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following figure descriptions, identical elements or functions are provided with identical reference symbols.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Elektronikmodul bereitzustellen.As already mentioned at the beginning, one aim of the invention is to provide an improved electronic module.

Aktuell bekannte Elektronikmodule, welche im Bereich der Elektromobilität verwendet werden, sind als Dreiphasenmodule aufgebaut. Das heißt, dass sie eine einzelne, für alle drei Phasen gemeinsame Basisplatte 2 aufweisen, auf der Halbleiterpackages 4 angeordnet sind.Currently known electronic modules that are used in the field of electromobility are constructed as three-phase modules. This means that they have a single base plate 2 that is common to all three phases and on which semiconductor packages 4 are arranged.

Die Basisplatte 2 dient als Trägerplatte und ist aus einem ausreichend stabilen Material mit einer guten thermischen Leitfähigkeit wie z.B. Kupfer gebildet, so dass eine ausreichende Entwärmung und Fixierung der Halbeleiterpackages 4, z.B. mittels Sintern, gegeben ist. Sie ist also nicht als Leiterplatte gebildet und weist keine stromführenden oder signalführenden Leitungen auf. Sie kann aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein und somit auch Massepotential GND bereitstellen. Sie kann aber auch aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material bestehen, wobei das Massepotential GND dann auch durch eine Schraube bereitgestellt werden kann.The base plate 2 serves as a carrier plate and is made of a sufficiently stable material with good thermal conductivity, such as copper, so that sufficient heat dissipation and fixing of the semiconductor packages 4, e.g. by means of sintering, is ensured. It is therefore not made as a circuit board and does not have any current-carrying or signal-carrying lines. It can be made of an electrically conductive material and thus also provide ground potential GND. However, it can also consist of a non-electrically conductive material, in which case the ground potential GND can also be provided by a screw.

Die Halbleiterpackages 4 sind in der Regel einander gegenüberliegend angeordnet, so dass jeweils zwei davon eine Halbbrücke bilden, wobei ein Halbleiterpackage 4 als Highsideschalter und das andere als Lowsideschalter dient, von denen jeder zueinander parallel geschaltete Leistungshalbleiter, z.B. MOSFETs, IGBTs etc., aufweist. Es können aber auch Highsideschalter und Lowsideschalter in einem Halbleiterpackage 4 vorgesehen sein. Pro Phase können eine oder mehrere Halbbrücken vorgesehen sein. Oberhalb der Halbbrücken sind DC- und AC-Stromschienen 5-7 angeordnet und mit zugehörigen Stromanschlüssen der Halbbrücken elektrisch kontaktiert. Die Kommutierungszelle ist aktuell nur bei einer bestimmten Topologie, also Anzahl an Halbbrücken und Anordnung der Stromschienen, optimal. Wenn nun z.B. mehr oder weniger Halbbrücken benötigt werden, um die gewünschte Leistung einzustellen, werden diese in dem Einzelphasenmodul 1 hinzugefügt oder weggelassen, indem dessen Topologie (geometrische und elektrische Anordnung) auf jeweils nur ein bestimmtes Design, also bestimmte Halbleiterpackages 4 und darauf optimiert angeordnete Stromschienen 5-7, abgestimmt ist. Wenn sich die Art oder Anzahl der Halbleiterpackages 4 ändert, kann die Geometrie der Basisplatte 2, insbesondere deren Ausdehnung in x- und y-Richtung, und die Anordnung der Stromschienen 5-7 auf die verwendeten Halbleiterpackages 4 angepasst werden, um die Kommutierungszelle zu optimieren. Als Halbleiterpackage 4 wird ein ummantelter Leistungshalbleiter(chip) inklusive (nicht ummantelten) Anschlussbeinen zur elektrischen bzw. Signal-Kontaktierung bezeichnet.The semiconductor packages 4 are generally arranged opposite one another so that two of them form a half-bridge, with one semiconductor package 4 serving as a high-side switch and the other as a low-side switch, each of which has power semiconductors connected in parallel, e.g. MOSFETs, IGBTs, etc. However, high-side switches and low-side switches can also be provided in a semiconductor package 4. One or more half-bridges can be provided per phase. DC and AC busbars 5-7 are arranged above the half-bridges and are electrically contacted with the associated power connections of the half-bridges. The commutation cell is currently only optimal with a certain topology, i.e. number of half-bridges and arrangement of the busbars. If, for example, more or fewer half-bridges are required to set the desired power, these are added or omitted in the single-phase module 1 by adapting its topology (geometric and electrical arrangement) to only one specific design, i.e. specific semiconductor packages 4 and busbars 5-7 arranged in an optimized manner on them. If the type or number of semiconductor packages 4 changes, the geometry of the base plate 2, in particular its extension in the x and y directions, and the arrangement of the busbars 5-7 can be adapted to the semiconductor packages 4 used in order to optimize the commutation cell. A semiconductor package 4 is a coated power semiconductor (chip) including (uncoated) connection legs for electrical or signal contacting.

Bei dem vorgeschlagenen Einzelphasenmodul 1 ist eine Basisplatte 2 vorgesehen, sowie mindestens zwei einander gegenüberliegende Halbleiterpackages 4, die eine Halbbrücke bilden. Jeweils eines der Halbleiterpackages 4 ist als ein Highsideschalter und das andere als ein Lowsideschalter gebildet. Alternativ kann auch ein Halbleiterpackage 4 mit darin angeordnetem Highsideschalter und Lowsideschalter vorgesehen sein.In the proposed single-phase module 1, a base plate 2 is provided, as well as at least two semiconductor packages 4 lying opposite one another, which form a half-bridge. One of the semiconductor packages 4 is formed as a high-side switch and the other as a low-side switch. Alternatively, a semiconductor package 4 with a high-side switch and a low-side switch arranged therein can also be provided.

In der in 1 gezeigten Ausführung der Basisplatte 2 können auf jeder Basisplatte 2 drei Halbbrücken, also zwei mal drei Halbleiterpackages 4 angeordnet, z.B. darauf gesintert, werden.In the 1 In the embodiment of the base plate 2 shown, three half bridges, i.e. two times three semiconductor packages 4, can be arranged on each base plate 2, e.g. sintered thereon.

In allen nachfolgend beschriebenen Ausführungen sind die Halbleiterpackages 4 einander gegenüberliegend mit einem mittigen AC-Abgriff angeordnet. Außerdem ist die DC-Minus-Stromschiene 6 zwischen der (auf Seite der Basisplatte 2 angeordneten) DC-Plus-Stromschiene 5 und der AC-Stromschiene 7 vollflächig über alle Halbbrücken geführt und der DC-Minus- und der DC-Plus-Abgriff stehen auf derselben Seite des Einzelphasenmoduls 1 heraus, während der AC-Abgriff auf der anderen Seite des Einzelphasenmoduls 1 heraussteht, wie z.B. in 3, und 8-10 zu sehen. Die beschriebene Reihenfolge entspricht einer bevorzugten Ausführung, kann aber auch anders gestaltet sein, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.In all the designs described below, the semiconductor packages 4 are arranged opposite each other with a central AC tap. In addition, the DC minus busbar 6 is routed between the DC plus busbar 5 (arranged on the side of the base plate 2) and the AC busbar 7 over the entire surface of all half bridges and the DC minus and DC plus taps protrude on the same side of the single-phase module 1, while the AC tap protrudes on the other side of the single-phase module 1, as in e.g. 3, and 8-10 The sequence described corresponds to a preferred embodiment, but can also be designed differently without deviating from the essence of the invention.

Wie bereits erwähnt, dient die Basisplatte 2 als Trägerplatte, um ein Einzelphasenmodul 1 aufzubauen und dieses in dem Gehäuse 12 des Inverters zu befestigen. Sie ist in der Regel aus Metall, und die Halbleiterpackages 4 werden auf die Aufnahmebereiche 22 gesintert. Darauf werden dann Stromschienen 5-7 und andere Komponenten aufgebracht, um letztendlich das Einzelphasenmodul 1 zu bilden.As already mentioned, the base plate 2 serves as a carrier plate for building a single-phase module 1 and for fastening it in the housing 12 of the inverter. It is usually made of metal, and the semiconductor packages 4 are sintered onto the receiving areas 22. Busbars 5-7 and other components are then applied to this to ultimately form the single-phase module 1.

Die Geometrie (Länge und Breite) jeder Basisplatte 2 eines Einzelphasenmoduls 1 kann, wie bereits erwähnt, auf die Anzahl der Halbleiterpackages 4 angepasst werden. Sie ist also sozusagen stets optimal klein, d.h. sie ist nicht größer als nötig, um die Halbleiterpackages 4 aufzunehmen. Das Einzelphasenmodul 1 ist also skalierbar, indem die Größe der Basisplatte 2 der Anzahl der Halbleiterpackages 4 angepasst wird. Besonders vorteilhaft sind drei, vier oder sechs Halbbrücken, also sechs, acht oder zwölf Halbleiterpackages 4, vorgesehen. Durch die Möglichkeit, die Geometrie der Basisplatte 2 anzupassen, können Halbleiterpackages 4 unterschiedlicher Hersteller verwendet werden, was die Verfügbarkeit erhöht. Eine Stromskalierung ist ebenso darstellbar wie die Verwendung unterschiedlicher Halbleiterpackages 4 für unterschiedliche Einzelphasenmodule 1, da die Geometrie auf die Größe und die Art der verwendeten Chips (Leistungshalbleiter) angepasst werden kann. Bisher wird lediglich über die Anzahl der Chips skaliert, die Größe der Basisplatte 2 und die benötigte Fläche der Stromschienen 5-7 bleiben unverändert.The geometry (length and width) of each base plate 2 of a single-phase module 1 can, as already mentioned, be adapted to the number of semiconductor packages 4. It is therefore always optimally small, so to speak, i.e. it is not larger than necessary to accommodate the semiconductor packages 4. The single-phase module 1 is therefore scalable by adapting the size of the base plate 2 to the number of semiconductor packages 4. Three, four or six half-bridges, i.e. six, eight or twelve semiconductor packages 4, are particularly advantageous. The ability to adapt the geometry of the base plate 2 means that semiconductor packages 4 from different manufacturers can be used, which increases availability. Current scaling is just as possible as the use of different semiconductor packages 4 for different single-phase modules 1, since the geometry can be adapted to the size and type of chips (power semiconductors) used. So far, only the number of chips is scaled; the size of the base plate 2 and the required area of the power rails 5-7 remain unchanged.

Dadurch, dass für jede Ausführung des Einzelphasenmoduls 1 eine eigene Geometrie bereitgestellt wird, wird die Modularität gesteigert. So können mehrere Einzelphasenmodule 1 zu einem Mehrphasenmodul, insbesondere einem Dreiphasenmodul, zusammengeschaltet werden. Im Falle eines Zusammenschaltens mehrerer Einzelphasenmodule 1 zu einem Mehrphasenmodul ist es ein Ziel, die Einzelphasenmodule 1 möglichst nahe aneinander anzuordnen, um Bauraum zu sparen und einen generischen Gleichteilansatz darzustellen.By providing a separate geometry for each version of the single-phase module 1, the modularity is increased. In this way, several single-phase modules 1 can be connected together to form a multi-phase module, in particular a three-phase module. In the case of a combination When connecting several single-phase modules 1 to form a multi-phase module, one aim is to arrange the single-phase modules 1 as close to each other as possible in order to save installation space and to represent a generic common part approach.

Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, die Basisplatte 2 in ihrer Form zu optimieren, wie in 1 und 2 gezeigt. In 1 ist zu erkennen, dass jede der Basisplatten 2 dieselbe Außenkontur aufweist. 2 zeigt einen Bereich zweier benachbarter Basisplatten 2 als vergrößerten Ausschnitt A aus 1. Grundsätzlich ist es ein Ziel, dass die Basisplatten 2 möglichst wenig Bauraum verbrauchen, ohne dabei die elektrischen Eigenschaften der damit gebildeten Einzelphasenmodule 1 zu beeinträchtigen.To achieve this, it is proposed to optimize the shape of the base plate 2, as shown in 1 and 2 shown. In 1 It can be seen that each of the base plates 2 has the same outer contour. 2 shows an area of two adjacent base plates 2 as an enlarged section A from 1 . Basically, the aim is for the base plates 2 to take up as little installation space as possible without impairing the electrical properties of the single-phase modules 1 formed therewith.

Zur Bereitstellung eines Mehrphasenmoduls werden mehrere Basisplatten 2 mit zwei einander über die Fläche der Basisplatte 2 (in x-Richtung) gegenüberliegenden Verbindungsseiten S1, S2 jeweils (in x-Richtung) nebeneinander angeordnet. Dabei ist eine Verbindungsseite S1 der einen Basisplatte 2 zu einer Verbindungsseite S2 der anderen Basisplatte 2 benachbart angeordnet.To provide a multi-phase module, several base plates 2 with two connecting sides S1, S2 opposite each other across the surface of the base plate 2 (in the x direction) are arranged next to each other (in the x direction). A connecting side S1 of one base plate 2 is arranged adjacent to a connecting side S2 of the other base plate 2.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Basisplatten 2 vorgesehen, wobei die mittlere Basisplatte 2 an beiden Verbindungsseiten S1 und S2 eine benachbarte Basisplatte 2 hat. An den Verbindungsseiten S1 und S2 (möglichst weit außen) sind jeweils ein oder mehrere Löcher vorgesehen, welche als Positionierungslöcher 20 oder als Befestigungslöcher 21 dienen. Vorteilhaft sind auf einer Basisplatte 2 vier Positionierungslöcher 20 und vier Befestigungslöcher 21 vorgesehen. Die Positionierungslöcher 20 jeder Basisplatte 2 liegen dabei vorteilhaft im Wesentlichen auf derselben gedachten Linie (in y-Richtung), wobei die Anordnung abhängig vom nachfolgenden Aufbau des Einzelphasenmoduls 1 abhängt. Ferner sind Positionierungslöcher 20 und Befestigungslöcher 21 entlang der zugehörigen Verbindungsseite S1, S2 (in y-Richtung) vorteilhaft abwechselnd zueinander angeordnet. Somit kann auch Bauraum gespart werden.In the 1 In the embodiment shown, three base plates 2 are provided, with the middle base plate 2 having an adjacent base plate 2 on both connection sides S1 and S2. On the connection sides S1 and S2 (as far out as possible) one or more holes are provided, which serve as positioning holes 20 or as fastening holes 21. Four positioning holes 20 and four fastening holes 21 are advantageously provided on a base plate 2. The positioning holes 20 of each base plate 2 are advantageously located essentially on the same imaginary line (in the y direction), with the arrangement depending on the subsequent construction of the single-phase module 1. Furthermore, positioning holes 20 and fastening holes 21 are advantageously arranged alternately with one another along the associated connection side S1, S2 (in the y direction). This also saves installation space.

Um Basisplatten 2 möglichst nahe aneinander platzieren zu können, weist jede Basisplatte 2 auf einer Verbindungsseite S1 und S2 eine spezielle Kontur auf, wie im vergrößerten Ausschnitt A in 2 gut zu erkennen und in 1 und 2 hervorgehoben. Die Kontur jeder Verbindungsseite S1 und S2 ist dabei jeweils so gewählt, dass die Kontur der Verbindungsseite S1 in die Kontur der Verbindungsseite S2 passt, wenn mehrere Basisplatten 2 nebeneinander angeordnet werden.In order to be able to place base plates 2 as close to each other as possible, each base plate 2 has a special contour on a connecting side S1 and S2, as shown in the enlarged section A in 2 easy to recognize and in 1 and 2 highlighted. The contour of each connecting side S1 and S2 is selected such that the contour of the connecting side S1 fits into the contour of the connecting side S2 when several base plates 2 are arranged next to one another.

Im Detail sind die Konturen der Verbindungsseiten S1 und S2 gegeneinander derart versetzt (im Wesentlichen wellenförmig) gebildet, dass abwechselnd ein Bereich weiter nach außerhalb der Basisplatte 2 (in x-Richtung) ragt (nachfolgend auch als Ausbuchtung bezeichnet), der von einem Bereich gefolgt ist, der in Richtung Inneres der Basisplatte 2 (in x-Richtung) versetzt ist, so dass er als eine Ausnehmung zur Aufnahme des Bereichs der benachbarten Basisplatte 2 gebildet ist, um deren weiter nach außerhalb reichenden Bereich (die Ausbuchtung) aufzunehmen.In detail, the contours of the connecting sides S1 and S2 are formed offset from one another (essentially wave-shaped) in such a way that an area alternately projects further outwards from the base plate 2 (in the x-direction) (hereinafter also referred to as a bulge), which is followed by an area which is offset towards the interior of the base plate 2 (in the x-direction), so that it is formed as a recess for receiving the area of the adjacent base plate 2 in order to receive its area extending further outwards (the bulge).

Wie in 2 zu erkennen, ist an der linken Verbindungsseite (hier S1) der rechten Basisplatte 2 (mittlere Basisplatte 2 in 1) an einer unteren Ecke davon ein Befestigungsloch 21 (als Ausbuchtung) vorgesehen, gefolgt von einer Ausnehmung (in Richtung Inneres der Basisplatte 2), der ein nach außen (in x-Richtung) weisender Bereich mit einem Positionierungsloch 20 folgt. In einem Abstand (in y-Richtung) dazu folgt wieder ein Befestigungsloch 21, direkt gefolgt von einem Positionierungsloch 20, so dass diese ein Paar bilden. Beide Löcher 20, 21 sind wie das untere Positionierungsloch 20 ebenfalls in einem nach außen weisenden Bereich vorgesehen, der im Wesentlichen gleich dem für das untere Positionierungsloch 20 ist. Die obere Ecke dieser linken Verbindungsseite (hier S1) weist wiederum eine geringe Ausbuchtung auf, um das Positionierungsloch 20 der rechten Verbindungsseite (hier S2) der benachbarten Basisplatte 2 aufnehmen zu können.As in 2 can be seen on the left connection side (here S1) of the right base plate 2 (middle base plate 2 in 1 ) at a lower corner thereof a fastening hole 21 (as a bulge) is provided, followed by a recess (towards the interior of the base plate 2), which is followed by an outward-facing (in the x direction) area with a positioning hole 20. At a distance (in the y direction) there is another fastening hole 21, directly followed by a positioning hole 20, so that they form a pair. Like the lower positioning hole 20, both holes 20, 21 are also provided in an outward-facing area which is essentially the same as that for the lower positioning hole 20. The upper corner of this left connection side (here S1) again has a slight bulge in order to be able to accommodate the positioning hole 20 of the right connection side (here S2) of the adjacent base plate 2.

Beide Positionierungslöcher 20 der Verbindungsseite S1 sind in einem Bereich vorgesehen, bei dem an der benachbarten Basisplatte 2 die Aufnahmebereiche 22 für die Halbleiterpackages 4 vorgesehen sind. Somit ist die maximale Ausdehnung der Ausnehmung in Richtung der Halbleiterpackages 4 (negative x-Richtung) auf der Verbindungsseite S2 vorgegeben bzw. begrenzt.Both positioning holes 20 of the connection side S1 are provided in an area in which the receiving areas 22 for the semiconductor packages 4 are provided on the adjacent base plate 2. Thus, the maximum extent of the recess in the direction of the semiconductor packages 4 (negative x-direction) on the connection side S2 is predetermined or limited.

Die rechte Verbindungsseite (hier S2) der benachbarten Basisplatte 2 ist komplementär zu der gerade beschriebenen linken Verbindungsseite (hier S1) gebildet, d.h. dort, wo bei der linken Verbindungsseite (hier S1) eine Ausnehmung in Richtung Inneres der Basisplatte 2 ist, ist auf der rechten Verbindungsseite (hier S2) eine Ausbuchtung, also ein Bereich, der nach außen weist. Die Kontur der Ausbuchtung ist derart geformt, dass sie sich in die Ausnehmung möglichst optimal einpasst, um möglichst nahe an der benachbarten Basisplatte 2 angeordnet zu werden.The right connection side (here S2) of the adjacent base plate 2 is formed complementarily to the left connection side (here S1) just described, i.e. where there is a recess on the left connection side (here S1) towards the inside of the base plate 2, there is a bulge on the right connection side (here S2), i.e. an area that points outwards. The contour of the bulge is shaped in such a way that it fits into the recess as optimally as possible in order to be arranged as close as possible to the adjacent base plate 2.

An Bereichen, bei denen an der linken Verbindungsseite (hier S1) ein Bereich nach außerhalb weist, weist die rechte Verbindungsseite (hier S2) eine entsprechende Ausbuchtung auf. Die rechte Verbindungsseite (hier S2) weist dabei an ihrer oberen Ecke ein Positionierungsloch 20 auf, das nach außerhalb weist. In einem Abstand (in y-Richtung) dazu ist ein ebenfalls nach außerhalb weisendes Befestigungsloch 21 vorgesehen. Dazwischen weist die Kontur eine Ausnehmung in Richtung Inneres der Basisplatte 2 (x-Richtung) auf, um die als Paar angeordnete Positionierungs- und Befestigungslöcher 20, 21 der linken Verbindungsseite (hier S1) aufzunehmen. In einem Abstand an das Befestigungsloch 21 ist wiederum ein Positionierungsloch 20 vorgesehen. Dazwischen ist eine Ausnehmung in Richtung Inneres der Basisplatte 2 vorgesehen, um das Positionierungsloch 20 der rechten Verbindungsseite (hier S2) aufzunehmen. Direkt anschließend an das Positionierungsloch 20 der rechten Verbindungsseite (hier S2) ist wiederum ein Befestigungsloch 21, das zwar nach unten weist, aber dennoch eine leichte Ausbuchtung aufweist, vorgesehen, das damit auch die untere Ecke der linken Verbindungsseite bildet.In areas where an area on the left connection side (here S1) points outwards, the right connection side (here S2) has a corresponding bulge. The right connection side (here S2) has a positioning hole 20 on its upper corner that points outwards. At a distance (in the y direction) for this purpose, a fastening hole 21 is also provided which points outwards. In between, the contour has a recess towards the inside of the base plate 2 (x-direction) in order to accommodate the positioning and fastening holes 20, 21 of the left connection side (here S1), which are arranged as a pair. At a distance from the fastening hole 21, a positioning hole 20 is again provided. In between, a recess is provided towards the inside of the base plate 2 in order to accommodate the positioning hole 20 of the right connection side (here S2). Directly adjacent to the positioning hole 20 of the right connection side (here S2), a fastening hole 21 is provided which points downwards but still has a slight bulge, which thus also forms the lower corner of the left connection side.

Wie in 2 oben zu sehen, bilden in einer vorteilhaften Ausgestaltung jeweils ein Positionierungsloch 20 und ein Befestigungsloch 21 auf jeder der Verbindungsseiten S1, S2 ein Paar, deren Löcher nahe aneinander liegen. In einer Ausführung ist das Paar von einer Ecke der Verbindungsseite S2 beabstandet angeordnet. Auf der anderen Verbindungsseite S1 ist durch die komplementäre Kontur deshalb ein größerer Abstand zwischen zwei benachbarten Posiitionierungslöchern 20 und Befestigungslöchern 21 gebildet, um das Paar aufzunehmen.As in 2 As can be seen above, in an advantageous embodiment, a positioning hole 20 and a fastening hole 21 on each of the connecting sides S1, S2 form a pair whose holes are located close to one another. In one embodiment, the pair is arranged at a distance from a corner of the connecting side S2. On the other connecting side S1, the complementary contour therefore forms a larger distance between two adjacent positioning holes 20 and fastening holes 21 in order to accommodate the pair.

Wie in 2 unten zu sehen, ist auf der rechten Verbindungsseite (hier S2) zwar auch ein Paar aus einem Positionierungsloch 20 und einem Befestigungsloch 21 gebildet, aber da das Paar am äußersten Ende (der Ecke) angeordnet ist, ist die komplementäre Kontur der linken Verbindungsseite S1 so gebildet, dass lediglich das Positionierungsloch 20 in die Ausbuchtung zwischen Positionierungsloch 20 und Befestigungsloch 21 passt.As in 2 As can be seen below, a pair of a positioning hole 20 and a fastening hole 21 is also formed on the right connection side (here S2), but since the pair is arranged at the outermost end (the corner), the complementary contour of the left connection side S1 is formed such that only the positioning hole 20 fits into the bulge between the positioning hole 20 and the fastening hole 21.

Durch die aneinander angepassten Konturen der nebeneinander angeordneten Verbindungsseiten S1, S2 zweier benachbarter Basisplatten 2 wird ein möglichst geringer Abstand zu der benachbarten Basisplatte 2 erreicht, wenn mehrere Basisplatten 2 nebeneinander angeordnet werden. Damit kann Bauraum eingespart werden.Due to the contours of the connecting sides S1, S2 of two adjacent base plates 2 arranged next to one another, which are adapted to one another, the smallest possible distance to the adjacent base plate 2 is achieved when several base plates 2 are arranged next to one another. This saves installation space.

Die Platzierung der Positionierungslöcher 20 und Befestigungslöcher 21 zueinander ist der Steifheit der Basisplatte 2 geschuldet. Idealerweise wären die Positionierungslöcher 20 und Befestigungslöcher 21 jeweils möglichst weit außen und möglichst weit von anderen Positionierungslöchern 20 und Befestigungslöchern 21 entfernt angeordnet, um eine möglichst große Fläche aufzuspannen, um damit eine möglichst genaue Positionierung der auf der Basisplatte 2 zu befestigenden Komponenten zu erreichen. Außerdem wäre es ideal, wenn die Positionierungslöcher 20 und Befestigungslöcher 21 möglichst nahe beieinander angeordnet wären. Als Ergebnis wurde ein Kompromiss gefunden, der sowohl die Kontur bereitstellt, um mehrere Basisplatten 2 benachbart anzuordnen, um möglichst geringen Bauraum zu benötigen, als auch die Notwendigkeit der Platzierung der Positionierungslöcher 20 und Befestigungslöcher 21 berücksichtigt, um die benötigte Positionsgenauigkeit und Steifheit bereitzustellen.The placement of the positioning holes 20 and fastening holes 21 relative to one another is due to the rigidity of the base plate 2. Ideally, the positioning holes 20 and fastening holes 21 would each be arranged as far out as possible and as far away as possible from other positioning holes 20 and fastening holes 21 in order to span as large an area as possible in order to achieve the most precise positioning of the components to be fastened to the base plate 2. In addition, it would be ideal if the positioning holes 20 and fastening holes 21 were arranged as close to one another as possible. As a result, a compromise was found that both provides the contour to arrange several base plates 2 adjacent to one another in order to require as little installation space as possible, and also takes into account the need to place the positioning holes 20 and fastening holes 21 in order to provide the required positioning accuracy and rigidity.

Wie bereits erwähnt, weist die Basisplatte 2 mehrere Positionierungslöcher 20 an Randbereichen ihrer Verbindungsseiten S1, S2 auf. Zusätzlich sind in die Positionierungslöcher 20 einbringbare Positionierstifte 3 vorgesehen. Diese dienen dazu, auf der Basisplatte 2 zu positionierende Komponenten wie DC-Stromschienen 5 und 6 (auch als Busbars bezeichnet) inkl. Ummantelung 50, 60, sowie weitere Komponenten wie z.B. ein Isolations-Einlegeteil 8 und einen darauf angeordneten Niederhalter 9 bei Montage an der Basisplatte 2 möglichst exakt zu positionieren, wie z.B. in 3 und 8-10 zu sehen.As already mentioned, the base plate 2 has several positioning holes 20 on the edge areas of its connecting sides S1, S2. In addition, positioning pins 3 are provided which can be inserted into the positioning holes 20. These serve to position components to be positioned on the base plate 2, such as DC busbars 5 and 6 (also referred to as busbars) including sheathing 50, 60, as well as other components such as an insulation insert 8 and a hold-down device 9 arranged thereon, as precisely as possible when mounting on the base plate 2, as in 3 and 8-10 to see.

Die auf und an der Basisplatte 2 zu positionierenden Komponenten 5, 6, 8, 9 weisen vorteilhaft zu den Positionierungslöchern 20 (geometrisch) korrespondierende Positionierlöcher 51, 61, 81, 91 auf, so dass ein Positionierstift 3 durch alle Löcher 20, 51, 61, 81, 91 hindurchgesteckt werden kann, um diese miteinander zu verbinden. Die Anzahl an Positionierlöchern 51, 61, 81, 91 je Komponente 5, 6, 8, 9 kann unterschiedlich sein. Auch kann nicht jede der Komponenten 5, 6, 8, 9 genauso viele Positionierlöcher 51, 61, 81, 91 wie es Positionierungslöcher 20 gibt, aufweisen, wobei dies von der Geometrie der Komponente 5, 6, 8, 9 abhängt. Beispielsweise weist die DC-Plus-Stromschiene 5 lediglich zwei Positionierlöcher 51 auf.The components 5, 6, 8, 9 to be positioned on and at the base plate 2 advantageously have positioning holes 51, 61, 81, 91 that correspond (geometrically) to the positioning holes 20, so that a positioning pin 3 can be inserted through all holes 20, 51, 61, 81, 91 to connect them to one another. The number of positioning holes 51, 61, 81, 91 per component 5, 6, 8, 9 can vary. Also, not every component 5, 6, 8, 9 can have as many positioning holes 51, 61, 81, 91 as there are positioning holes 20, whereby this depends on the geometry of the component 5, 6, 8, 9. For example, the DC plus busbar 5 has only two positioning holes 51.

Die Länge der Positionierstifte 3 ist dabei derart gewählt, dass sie mindestens der gesamten Dicke (y-Richtung) des Einzelphasenmoduls 1 mit allen darauf und daran zu positionierenden Komponenten 5, 6, 8, 9 entspricht (also der Summe der Dicken in y-Richtung der Komponenten 5, 6, 8, 9), wie in 3 und 4 zu sehen. Diese Länge ist als L1 in 4 eingezeichnet. Vorteilhaft ist die Länge noch etwas länger, um oberhalb der obersten Komponente ein Befestigungselement 11 als Endbefestigung anzubringen, wie in 8 und 9 gezeigt.The length of the positioning pins 3 is selected such that it corresponds at least to the total thickness (y-direction) of the single-phase module 1 with all components 5, 6, 8, 9 to be positioned on it and on it (i.e. the sum of the thicknesses in the y-direction of the components 5, 6, 8, 9), as in 3 and 4 This length is shown as L1 in 4 The length is advantageously a little longer in order to attach a fastening element 11 as an end fastening above the uppermost component, as shown in 8 and 9 shown.

In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Länge der Positionierstifte 3 so gewählt ist, dass diese auch nach unterhalb der Basisplatte 2 reichen und dort in eine Positionierstruktur 121 des Gehäuses 12 eingreifen, in welchem die Basisplatte 2 (genauer das fertige Einzelphasenmodul 1) letztendlich angeordnet ist. Die Länge unterhalb der Basisplatte 2 ist als L2 in 4 eingezeichnet.In one embodiment, the length of the positioning pins 3 is selected such that they also extend below the base plate 2 and engage there in a positioning structure 121 of the housing 12 in which the base plate 2 (more precisely the finished single-phase module 1) is ultimately arranged. The length below the base plate 2 is indicated as L2 in 4 marked.

Die Gesamtlänge L eines Positionierstifts 3 ist die Summe der beiden Längen L1 und L2, oder nur L1 (wenn der Positionierstift 3 nicht durch die Basisplatte 2 hindurchgeht).The total length L of a positioning pin 3 is the sum of the two lengths L1 and L2, or only L1 (if the positioning pin 3 does not pass through the base plate 2).

Die Positionierstifte 3 sind vorteilhaft aus einem harten Metall gebildet und werden in die Positionierlöcher 51, 61, 81, 91 und die Positionierungslöcher 20 z.B. durch Einpressen eingebracht. Somit wird sichergestellt, dass eine möglichst kleine Toleranz (ein möglichst kleines Spiel) zwischen den Komponenten 5, 6, 8, 9 herrscht und diese damit exakt positioniert werden können.The positioning pins 3 are advantageously made of a hard metal and are inserted into the positioning holes 51, 61, 81, 91 and the positioning holes 20, e.g. by pressing in. This ensures that the tolerance (the smallest possible play) between the components 5, 6, 8, 9 is as small as possible and that they can therefore be positioned precisely.

Um eine elektrische Isolierung bereitzustellen, sind die Positionierlöcher 51, 61, 81, 91 in ihrem Inneren mit einem elektrisch nicht leitenden Material wie Kunststoff (Mold) ummantelt. Diese Schutzschicht kann Teil der Ummantelung 50, 60 der DC-Stromschienen 5, 6 sein, wie in 4 angedeutet.In order to provide electrical insulation, the positioning holes 51, 61, 81, 91 are coated in their interior with an electrically non-conductive material such as plastic (mold). This protective layer can be part of the sheath 50, 60 of the DC busbars 5, 6, as shown in 4 indicated.

Die vorgeschlagenen Positionierstifte 3 dienen für alle an der Basisplatte 2 auszurichtenden Einzelkomponenten des Einzelphasenmoduls 1 als gemeinsame Positionierhilfe. Somit werden die Einzelkomponenten miteinander in Bezug gebracht und können somit bei der Montage exakt aneinander ausgerichtet werden. Dies ist insbesondere wichtig, da Sensoren wie z.B. Stromsensoren 14 (insbesondere Hall-Sensoren) und Temperatursensoren 13 im Einzelphasenmodul 1 zur Anwendung kommen, bei denen eine möglichst genaue Positionierung erfolgen sollte, um (möglichst) keine Beeinträchtigung oder Beeinflussung der Messgenauigkeit zu erzeugen.The proposed positioning pins 3 serve as a common positioning aid for all individual components of the single-phase module 1 that are to be aligned on the base plate 2. The individual components are thus related to one another and can therefore be precisely aligned with one another during assembly. This is particularly important because sensors such as current sensors 14 (in particular Hall sensors) and temperature sensors 13 are used in the single-phase module 1, which should be positioned as precisely as possible in order to (as far as possible) not impair or influence the measurement accuracy.

Wie bereits erwähnt, sind Sensoren unterschiedlichster Art in einem beschriebenen Einzelphasenmodul 1 vorgesehen. Aktuell ist das gesamte Sensorsystem als ein separates Modul vorgesehen, das auf der AC-Stromschiene 7 angeordnet und mit einer Leiterplatte des Einzelphasenmoduls 1 über Leitungen verbunden ist. Problematisch ist hier, dass zwei miteinander zu verbindende Subsysteme vorhanden sind, die entsprechend zu kontaktieren und zu montieren sind, was aufwändig sein kann.As already mentioned, sensors of various types are provided in a single-phase module 1 described. Currently, the entire sensor system is provided as a separate module that is arranged on the AC busbar 7 and connected to a circuit board of the single-phase module 1 via cables. The problem here is that there are two subsystems that need to be connected to one another, which need to be contacted and mounted accordingly, which can be complex.

Auch gibt es bereits Ansätze, das Sensorsystem direkt auf einer Platine oberhalb des Einzelphasenmoduls 1 anzuordnen. Hier ist allerdings das Problem, die sehr große AC-Stromschiene 7 mit einer Ummantelung zu umgeben, die aber gleichzeitig in dem Bereich der Sensoren dünn genug ist. Auch ist aktuell die Positioniergenauigkeit der Sensoren, insbesondere von Stromsensoren (Hall-Sensoren), mit hohen Toleranzen behaftet. Durch die dynamischen Toleranzen aufgrund Temperaturschwankungen und Vibrationen ändert sich der Luftspalt, was zu einem Problem für die Messgenauigkeit der Sensoren werden kann.There are also already approaches to arranging the sensor system directly on a circuit board above the single-phase module 1. However, the problem here is to surround the very large AC busbar 7 with a sheath that is at the same time thin enough in the area of the sensors. The positioning accuracy of the sensors, especially current sensors (Hall sensors), is currently subject to high tolerances. The dynamic tolerances due to temperature fluctuations and vibrations change the air gap, which can become a problem for the measurement accuracy of the sensors.

Das Problem der Positioniergenauigkeit und dessen Lösung wurde bereits in Zusammenhang mit den Positionierstiften 3 beschrieben und wird deshalb nicht mehr wiederholt. Durch die vorgeschlagenen Positionierstifte 3 in Kombination mit den Positionierungslöchern 20 und den Positionierlöchern 51, 61, 81, 91 ist eine deutlich verbesserte Positionierung der Sensoren möglich. Dies gilt insbesondere für die nachfolgend beschriebene Integration der Sensoren in das Einzelphasenmodul 1. Es wird also vorgeschlagen, das Sensorsystem oder Teile davon in das Einzelphasenmodul 1 zu integrieren.The problem of positioning accuracy and its solution has already been described in connection with the positioning pins 3 and will therefore not be repeated. The proposed positioning pins 3 in combination with the positioning holes 20 and the positioning holes 51, 61, 81, 91 enable significantly improved positioning of the sensors. This applies in particular to the integration of the sensors into the single-phase module 1 described below. It is therefore proposed to integrate the sensor system or parts of it into the single-phase module 1.

Um die Signalwege und Messwege zu verkürzen und zu verbessern, wird vorgeschlagen, die bisher an oberster Stelle des Einzelphasenmoduls 1 vorgesehene Leiterplatte in das Einzelphasenmodul 1 zu integrieren. Es wird also eine als Einlegeplatine gebildete Leiterplatte 10 vorgeschlagen, die dazu dient, Sensorsignale zu sammeln und innerhalb des Einzelphasenmoduls 1 zu übertragen. Hierfür ist sie z.B. als einlagige, zweilagige oder mehrlagige Leiterplatte 10 gebildet, z.B. als FR4-Leiterplatte.In order to shorten and improve the signal paths and measurement paths, it is proposed to integrate the circuit board previously provided at the top of the single-phase module 1 into the single-phase module 1. A circuit board 10 formed as an insert board is therefore proposed, which serves to collect sensor signals and transmit them within the single-phase module 1. For this purpose, it is formed, for example, as a single-layer, two-layer or multi-layer circuit board 10, e.g. as an FR4 circuit board.

Vorteilhaft werden die Sensorsignale an einen Übergabebereich für Sensorsignale übertragen, um diese nach außerhalb des Einzelphasenmoduls 1 zu übergeben. Dieser Übergabebereich kann z.B. als Signalpins 15 gebildet sein, wie in 8-10 angedeutet.Advantageously, the sensor signals are transmitted to a transfer area for sensor signals in order to transfer them outside the single-phase module 1. This transfer area can be formed, for example, as signal pins 15, as in 8-10 indicated.

Die Leiterplatte 10 ist auf der obersten Ummantelung, hier der Ummantelung 60 der DC-Minus-Stromschiene, angeordnet. Sie kann, je nach Ausführung, auch bis zur AC-Stromschiene 7 reichen und ist dann auch oberhalb der AC-Stromschiene 7 angeordnet, wie in 8-10 zu sehen bzw. angedeutet.The circuit board 10 is arranged on the topmost casing, here the casing 60 of the DC minus busbar. Depending on the design, it can also reach up to the AC busbar 7 and is then arranged above the AC busbar 7, as in 8-10 to be seen or indicated.

Die mechanische Befestigung kann auf unterschiedlichste Art erfolgen, z.B. kann sie geklebt, geschraubt, heißverstemmt oder mittels einer Kombination davon befestigt werden. In den Figuren sind jeweils Fixierungspunkte F gezeigt, die eine Heißverstemmung darstellen.The mechanical fastening can be carried out in a variety of ways, e.g. it can be glued, screwed, hot-stamped or a combination of these. The figures show fixing points F which represent hot-stamping.

Durch die nunmehr in das Einzelphasenmodul 1 integrierte Leiterplatte 10 können Sensorsignale direkt abgegriffen und andere Signale innerhalb des Einzelphasenmoduls 1 übertragen werden.Thanks to the circuit board 10 now integrated into the single-phase module 1, sensor signals can be picked up directly and other signals can be transmitted within the single-phase module 1.

Ein weiterer Vorteil der Einlegeplatine (integrierte Leiterplatte 10) wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Anordnung von Sensoren beschrieben.A further advantage of the insert board (integrated circuit board 10) is described below in connection with the arrangement of sensors.

Die Leiterplatte 10 weist vorteilhafterweise Löcher auf, durch welche eine zusätzliche Moldmasse mit der Ummantelung 60 verbunden werden kann, z.B. durch Heißverstemmung, so dass die Leiterplatte 10 fest und positionsgenau befestigt ist. Vorteilhaft sind mehrere Löcher und damit Fixierungspunkte F vorgesehen, je nach Größe der Leiterplatte 10, wie z.B. in 9 und 10 zu sehen.The circuit board 10 advantageously has holes through which an additional molding compound can be connected to the casing 60, e.g. by hot caulking, so that the circuit board 10 is firmly and precisely attached. Advantageously, several holes and thus fixing points F are provided, depending on the size of the circuit board 10, as e.g. in 9 and 10 to see.

In Einzelphasenmodulen 1 sind ein oder mehrere Temperatursensoren 13 vorgesehen, um die Temperatur der Halbleiterpackages 4 zu überprüfen, damit diese nicht überhitzen. Bisher sind Temperatursensoren 13 nicht in der Nähe der Halbleiterpackages 4 angeordnet. Vielmehr sind sie z.B. auf einer Platine oberhalb der obersten Stromschiene, oder sogar eines Niederhalters 9 des Einzelphasenmoduls 1 vorgesehen, von der aus sie über z.B. Ausnehmungen in der über die Halbleiterpackages 4 führenden DC-Minus-Stromschiene 6 mit Ummantelung 60 zu den Halbleiterpackages 4 geführt werden. Allerdings sind sie dort nicht in direktem Kontakt. Somit ist die Genauigkeit der Temperaturmessung aktuell immer noch verbesserungswürdig.In single-phase modules 1, one or more temperature sensors 13 are provided to check the temperature of the semiconductor packages 4 so that they do not overheat. So far, temperature sensors 13 have not been arranged near the semiconductor packages 4. Instead, they are provided, for example, on a circuit board above the top busbar, or even a hold-down device 9 of the single-phase module 1, from which they are guided to the semiconductor packages 4 via, for example, recesses in the DC minus busbar 6 with sheath 60 leading over the semiconductor packages 4. However, they are not in direct contact there. Thus, the accuracy of the temperature measurement currently still needs improvement.

Wie z.B. in 5 gezeigt, wird deshalb vorgeschlagen, dass auf einer Oberseite (der Seite, die nicht an der Basisplatte 2 befestigt ist) eines oder mehrerer, auch aller, Halbleiterpackages 4 ein Metallpin 41 mittels einer Wärmeleitpaste WLP befestigt und damit mit dem Halbleiterpackage 4 thermisch gekoppelt ist. Besonders bevorzugt ist der Metallpin 41 an einem Halbleiterpackage 4 der Highside angeordnet. Der Metallpin 41 stößt durch eine Öffnung 67 in der DC-Minus-Stromschiene 6, genauer der Ummantelung 60, um mit dem Temperatursensor 13 thermisch gekoppelt zu werden, vorzugsweise wiederum über eine Wärmeleitplaste WLP. Der Metallpin 41 ist vorteilhaft derart auf dem Halbleiterpackage 4 angeordnet, dass er sich möglichst exakt über den darin enthaltenen Leistungshalbleitern befindet. Die DC-Minus-Stromschiene 6 weist hierfür eine Öffnung 67 auf, um den Metallpin 41 zu ihrer Unterseite durchzulassen, wobei die Öffnung 67 auch mit einer Ummantelung 60 umgeben ist, um eine elektrische Isolierung bereitzustellen.For example in 5 As shown, it is therefore proposed that a metal pin 41 is attached to a top side (the side that is not attached to the base plate 2) of one or more, even all, semiconductor packages 4 by means of a thermally conductive paste WLP and is thus thermally coupled to the semiconductor package 4. The metal pin 41 is particularly preferably arranged on a semiconductor package 4 of the high side. The metal pin 41 penetrates through an opening 67 in the DC minus busbar 6, more precisely the casing 60, in order to be thermally coupled to the temperature sensor 13, preferably again via a thermally conductive plastic WLP. The metal pin 41 is advantageously arranged on the semiconductor package 4 in such a way that it is located as precisely as possible above the power semiconductors contained therein. For this purpose, the DC minus busbar 6 has an opening 67 to allow the metal pin 41 to pass through to its underside, wherein the opening 67 is also surrounded by a sheath 60 to provide electrical insulation.

Die Wärmeleitpaste WLP dient als Lückenfiüller (zur Überbrückung von Unebenheiten) und zur thermischen Kopplung zwischen Halbleiterpackage 4 und Temperatursensor 13.The thermal paste WLP serves as a gap filler (to bridge unevenness) and for thermal coupling between semiconductor package 4 and temperature sensor 13.

Ferner ist mindestens ein Temperatursensor 13 vorgesehen, der an einer oberhalb der DC-Minus-Stromschiene 6 vorgesehenen Leiterplatte 10 derart befestigt ist, dass er mit seinem zugehörigen Metallpin 41 kontaktiert werden kann. Er ist also zwischen Metallpin 41 und Leiterplatte 10 angeordnet. Der Temperatursensor 13 ist dabei vorteilhaft exakt oberhalb des Metallstifts 41 (insbesondere mittig darauf) angeordnet, um eine möglichst optimale Wärmeübertragung zu gewährleisten. Die Leiterplatte 10 ist oberhalb der Ummantelung 60 der obersten DC-Stromschiene, hier der DC-Minus-Stromschiene 6, vorgesehen und vorzugsweise als integrierte Leiterplatte 10 (Einlegeplatine) gebildet, wie oben beschrieben.Furthermore, at least one temperature sensor 13 is provided, which is attached to a circuit board 10 provided above the DC minus busbar 6 in such a way that it can be contacted with its associated metal pin 41. It is therefore arranged between the metal pin 41 and the circuit board 10. The temperature sensor 13 is advantageously arranged exactly above the metal pin 41 (in particular in the middle of it) in order to ensure the best possible heat transfer. The circuit board 10 is provided above the casing 60 of the uppermost DC busbar, here the DC minus busbar 6, and is preferably formed as an integrated circuit board 10 (insert board), as described above.

In einer Ausführung ist ein Temperatursensor 13 auf einem oder mehreren Halbleiterpackages 4 auf einer oder auf beiden Seiten der Halbbrücke (also der Highside und/oder der Lowside) vorgesehen, wobei er vorzugsweise auf einem Halbleiterpackage 4 der Highside vorgesehen ist.In one embodiment, a temperature sensor 13 is provided on one or more semiconductor packages 4 on one or both sides of the half-bridge (i.e. the high side and/or the low side), wherein it is preferably provided on a semiconductor package 4 of the high side.

Die Leiterplatte 10 ist als eine Sensorplatine gebildet, um vom Temperatursensor 13 oder anderen, daran angebundenen Sensoren, wie z.B. einem später beschriebenen Stromsensor 14, Sensorsignale zu erhalten und innerhalb des Einzelphasenmoduls 1, welches auch als Powerpack bezeichnet wird, zu erfassen, zu sammeln und über Übergabeschnittstellen nach außerhalb des Einzelphasenmoduls 1, z.B. zu einer externen Verarbeitungseinrichtung, zu übergeben.The circuit board 10 is designed as a sensor board in order to receive sensor signals from the temperature sensor 13 or other sensors connected thereto, such as a current sensor 14 described later, and to detect and collect them within the single-phase module 1, which is also referred to as a power pack, and to transfer them via transfer interfaces to the outside of the single-phase module 1, e.g. to an external processing device.

In einer Ausführung werden alle Sensorsignale, die mittels der Leiterplatte 10 gesammelt werden, an einem einzigen Übergabebereich nach extern geführt. Dieser Übergabebereich ist z.B. in 4 und 8 bis 10 als auf der Leiterplatte 10 vorgesehene Signalpins 15 in einem äußeren Bereich des Einzelphasenmoduls 1 oberhalb der DC-Stromschienen 5, 6 dargestellt.In one embodiment, all sensor signals collected by the circuit board 10 are routed externally to a single transfer area. This transfer area is, for example, 4 and 8 to 10 as signal pins 15 provided on the circuit board 10 in an outer region of the single-phase module 1 above the DC busbars 5, 6.

Wie ebenfalls bereits beschrieben, weist die Leiterplatte 10 vorteilhafterweise Löcher auf, durch welche eine zusätzliche Moldmasse mit der Ummantelung 60 verbunden werden kann, z.B. durch Heißverstemmung, so dass die Leiterplatte fest und positionsgenau befestigt ist. Vorteilhaft sind vier Löcher und damit Fixierungspunkte F vorgesehen, wie z.B. in 9 und 10 zu sehen.As already described, the circuit board 10 advantageously has holes through which an additional molding compound can be connected to the casing 60, eg by hot caulking, so that the circuit board is firmly and precisely attached. Advantageously, four holes and thus fixing points F are provided, as eg in 9 and 10 to see.

In Einzelphasenmodulen 1 sind ein oder mehrere Stromsensoren 14 (in der Regel Hall-Sensoren) vorgesehen, die auf einer Leiterplatte oberhalb einer Verengung der AC-Schiene 7 angeordnet werden. Es ist hinlänglich bekannt, dass Hall-Sensoren oberhalb einer solchen Verengung angeordnet werden, um Strom zu messen. Auch ist bekannt, dass die Positionierung des Stromsensors 14 sehr genau sein muss, damit keine Fehlmessung entsteht.In single-phase modules 1, one or more current sensors 14 (usually Hall sensors) are provided, which are arranged on a circuit board above a constriction of the AC rail 7. It is well known that Hall sensors are arranged above such a constriction in order to measure current. It is also known that the positioning of the current sensor 14 must be very precise so that no incorrect measurement occurs.

Um eine bessere Positioniergenauigkeit zu erreichen, wird vorgeschlagen, die beschriebene integrierte Leiterplatte 10 mit dem Stromsensor 14 zu bestücken. Dies kann zusätzlich oder alternativ zum bereits beschriebenen Temperatursensor 13 erfolgen.In order to achieve better positioning accuracy, it is proposed to equip the described integrated circuit board 10 with the current sensor 14. This can be done additionally or alternatively to the temperature sensor 13 already described.

Hierfür ist die (starre) Leiterplatte 10 zumindest teilweise oberhalb der AC-Stromschiene 7 angeordnet, wobei sie insbesondere oberhalb einer Verengung der AC-Stromschiene 7 angeordnet ist, oberhalb derer der Stromsensor 14 platziert werden muss. Der Stromsensor 14, welcher in der Regel ein Hall-Sensor ist, ist an dem Bereich der Leiterplatte 10 angeordnet, der sich oberhalb der Verengung (auch als Kerbe oder Nut zu bezeichnen) der AC-Stromschiene 7 befindet. Er befindet sich - im Gegensatz zum Temperatursensor 13 -- auf der Oberseite der Leiterplatte 10, also der Seite, die den Stromschienen 5-7 abgewandt ist. Die Leiterplatte 10 dient dazu, die Sensorsignale des Stromsensors 14 an die Übergabebereiche, also die Signalpins 15, zu übertragen.For this purpose, the (rigid) circuit board 10 is arranged at least partially above the AC busbar 7, in particular above a narrowing of the AC busbar 7, above which the current sensor 14 must be placed. The current sensor 14, which is usually a Hall sensor, is arranged in the area of the circuit board 10 that is above the narrowing (also referred to as a notch or groove) of the AC busbar 7. In contrast to the temperature sensor 13, it is located on the top side of the circuit board 10, i.e. the side facing away from the busbars 5-7. The circuit board 10 serves to transmit the sensor signals of the current sensor 14 to the transfer areas, i.e. the signal pins 15.

Die Leiterplatte 10 weist - wie bereits für die Fixierung des Temperatursensors 13 beschrieben - vorteilhafterweise Löcher auf, durch welche eine zusätzliche Moldmasse mit einer AC-Isolation 70 auf der Unterseite der AC-Stromschiene 7 verbunden werden kann, z.B. mittels Heißverstemmung, so dass die Leiterplatte 10 und damit der Stromsensor 14 fest und positionsgenau befestigt ist. Vorteilhaft sind vier Fixierungspunkte F vorgesehen, wie z.B. in 6 zu sehen.The circuit board 10 has - as already described for the fixing of the temperature sensor 13 - advantageously holes through which an additional molding compound can be connected to an AC insulation 70 on the underside of the AC busbar 7, e.g. by means of hot caulking, so that the circuit board 10 and thus the current sensor 14 are firmly and precisely fixed. Four fixing points F are advantageously provided, as e.g. in 6 to see.

Vorteilhaft an der Anordnung des Stromsensors 14 an der Leiterplatte 10 ist, dass er nicht nur durch die Fixierung der Leiterplatte in x- und y-Richtung fixiert ist, sondern dass auch eine genau definierte Dicke in z-Richtung durch die bekannte Dicke der Leiterplatte 10 vorhanden ist, wie in 7 zu sehen. Durch die nunmehr mögliche exakte Positionierung, genauer die Kenntnis der exakten Position, des Stromsensors 14, kann eine genauere Messung des Stroms in der AC-Schiene 7 erfolgen.The advantage of the arrangement of the current sensor 14 on the circuit board 10 is that it is not only fixed in the x and y directions by the fixing of the circuit board, but that a precisely defined thickness in the z direction is also present due to the known thickness of the circuit board 10, as in 7 can be seen. Due to the now possible exact positioning, or more precisely the knowledge of the exact position, of the current sensor 14, a more precise measurement of the current in the AC rail 7 can be carried out.

Außerdem ist ein Vorteil, dass keine Isolierung gegenüber der AC-Stromschiene 7 mehr nötig ist, da die Leiterplatte 10 als Isolierung dient.Another advantage is that insulation from the AC busbar 7 is no longer necessary, since the circuit board 10 serves as insulation.

Da auf der Leiterplatte 10 sowohl Temperatursensoren 13 oberhalb der DC-Stromschienen 5, 6 zur Überwachung der Temperatur der Halbleiterpackages 4 als auch Stromsensoren 14 oberhalb der AC-Stromschiene 7 vorgesehen sein können, kann die Leiterplatte 10 im Wesentlichen über die gesamte Länge (y-Richtung) des Einzelphasenmoduls 1 reichen, wie z.B. in 9 und 10 gezeigt. Da sich die Leiterplatte 10 dann über eine größere Fläche erstreckt, insbesondere wenn sie von der obersten DC-Stromschiene 6 auf die AC-Stromschiene 7 übergeht, kann es aufgrund der Länge, als auch aufgrund von Temperaturschwankungen und Vibration zu Verspannungen in der Leiterplatte 10 kommen.Since both temperature sensors 13 above the DC busbars 5, 6 for monitoring the temperature of the semiconductor packages 4 and current sensors 14 above the AC busbar 7 can be provided on the circuit board 10, the circuit board 10 can extend essentially over the entire length (y-direction) of the single-phase module 1, as in 9 and 10 shown. Since the circuit board 10 then extends over a larger area, especially when it passes from the uppermost DC busbar 6 to the AC busbar 7, tension can occur in the circuit board 10 due to the length as well as due to temperature fluctuations and vibration.

Diese sind unerwünscht, da sie die Genauigkeit der Messungen der Sensoren beeinträchtigen können. Deshalb wird vorgeschlagen, die Leiterplatte 10 an mindestens einem Bereich davon mit einer Struktur 101 zu versehen, die eine mechanische Entkopplung zwischen verschiedenen Bereichen der Leiterplatte 10 ermöglicht. These are undesirable because they can affect the accuracy of the measurements of the sensors. It is therefore proposed to provide the circuit board 10 in at least one area thereof with a structure 101 that enables mechanical decoupling between different areas of the circuit board 10.

Insbesondere ist die Struktur 101 an einem Übergang zwischen DC-Stromschiene 6 und AC-Stromschiene 7 vorgesehen. Dabei ist die Struktur 101 vorteilhaft nur auf der DC-Stromschiene 6 vorgesehen. Sie könnte sich aber auch nur auf der AC-Stromschiene 7 oder im Übergangsbereich befinden.In particular, the structure 101 is provided at a transition between the DC busbar 6 and the AC busbar 7. The structure 101 is advantageously provided only on the DC busbar 6. However, it could also be located only on the AC busbar 7 or in the transition area.

Die Struktur 101 ist geschwungen, vorteilhaft in Form eines C oder eines (einfachen oder mehrfachen) S gebildet, entweder mit abgerundeten oder eckigen Bögen (Form eines Rechtecksignals oder eines Mäanders), wie in 9-10 zu sehen. Andere Formen wie Dreiecke sind auch denkbar, solange sie die anwendungsspezifisch benötigte mechanische Entkopplung zwischen vorgegebenen Bereichen der Leiterplatte 10 bereitstellen können.The structure 101 is curved, advantageously formed in the shape of a C or an (single or multiple) S, either with rounded or angular arches (shape of a square signal or a meander), as in 9-10 Other shapes such as triangles are also conceivable as long as they can provide the application-specific mechanical decoupling required between given areas of the circuit board 10.

Das Einzelphasenmodul 1 ist also gebildet aus einer in einem Gehäuse 12 des Inverters befestigten Basisplatte 2, die Aufnahmebereiche 22 für Halbleiterpackages 4 einer Halbbrücke (also jeweils mindestens einen Lowside- und einen Highside-Schalter) aufweist. Auf den Halbleiterpackages 4 und damit elektrisch kontaktiert sind übereinander gestapelte Stromschienen 5, 6, 7 vorgesehen, von denen die DC-Stromschienen 5 und 6 jeweils eine Ummantelung aufweisen. Oberhalb der obersten DC-Stromschiene, hier der DC-Minus-Stromschiene 6, ist in einem Endbereich des Moduls die AC-Stromschiene 7 vorgesehen. Auf der obersten DC-Stromschiene 6 und/oder der AC-Stromschiene 7 ist die Einlegeplatine (Leiterplatte 10) angeordnet und daran befestigt. Dort sind ein oder mehrere Sensoren, z.B. Temperatursensoren 13 und/oder Stromsensoren 14, angeordnet. Oberhalb der Leiterplatte 10 sind vorteilhaft noch ein Isolations-Einlegeteil 8, das aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, zur elektrischen Isolierung der elektronischen Komponenten der Leiterplatte 10 und ein darauf angeordneter Niederhalter 9 aus Metall vorgesehen, der im Wesentlichen als EMV-Schutz dient.The single-phase module 1 is therefore formed from a base plate 2 which is fastened in a housing 12 of the inverter and which has receiving areas 22 for semiconductor packages 4 of a half-bridge (i.e. at least one low-side and one high-side switch). Busbars 5, 6, 7 stacked on top of each other are provided on the semiconductor packages 4 and are thus electrically contacted, of which the DC busbars 5 and 6 each have a sheath. Above the top DC busbar, here the DC minus busbar 6, the AC busbar 7 is provided in an end area of the module. The insert board (printed circuit board 10) is arranged on the top DC busbar 6 and/or the AC busbar 7 and is fastened to it. One or more sensors, e.g. temperature sensors 13 and/or current sensors 14, are arranged there. Above the circuit board 10, an insulation insert 8, which is made of an electrically insulating material, is advantageously provided for electrically insulating the electronic components of the circuit board 10 and a metal hold-down device 9 arranged thereon, which essentially serves as EMC protection.

Gemäß einer Ausführung weist die Basisplatte 2 ein oder mehrere Positionierungslöcher 20 auf, und die Komponenten DC-Stromschienen 5 und 6, Isolations-Einlegeteil 8 und Niederhalter 9 weisen ebenfalls jeweils Positionierlöcher 51, 61, 81, 91 auf, die bei Montage mit den Positionierungslöchern 20 der Basisplatte 2 in Überdeckung gebracht werden. Um ein Verrutschen der Komponenten zu vermeiden, wird ein Positionierstift 3 durch alle Löcher 20, 51, 61, 81, 91 gesteckt und vorteilhaft auch noch durch die Positionierungslöcher 20 bis in eine Positionierstruktur 121 des Gehäuses 12 geführt. In einer Ausführung wird der Positionierstift 3 in die Löcher 20, 51, 61, 81 und 91 eingepresst, so dass eine minimale Bewegungstoleranz (Spielfreiheit) vorhanden ist. Vorzugsweise ist die Verbindung völlig spielfrei.According to one embodiment, the base plate 2 has one or more positioning holes 20, and the components DC busbars 5 and 6, insulation insert 8 and hold-down device 9 also each have positioning holes 51, 61, 81, 91, which are aligned with the positioning holes 20 of the base plate 2 during assembly. To prevent the components from slipping, a positioning pin 3 is inserted through all holes 20, 51, 61, 81, 91 and partly also guided through the positioning holes 20 into a positioning structure 121 of the housing 12. In one embodiment, the positioning pin 3 is pressed into the holes 20, 51, 61, 81 and 91 so that there is a minimal movement tolerance (freedom from play). Preferably, the connection is completely free from play.

Selbst ohne diese Positionierhilfen ist die Einlegeplatine (Leiterplatte 10) vorteilhaft, da sie es nunmehr ermöglicht, Sensorsignale (und gegebenenfalls auch andere Signale) innerhalb des Einzelphasenmoduls 1 zu sammeln und an einen oder mehrere Übergabebereiche nach außerhalb des Einzelphasenmoduls 1 zu übertragen. Es ist somit keine Platine mehr außerhalb des Einzelphasenmoduls 1, also oberhalb des Niederhalters 9, mehr vorgesehen. Auf der Einlegeplatine (Leiterplatte 10) können zudem ein oder mehrere Sensoren angeordnet sein, deren Signale zu einem (zentralen) Übergabebereich nach extern, z.B. zu einer Verarbeitungseinheit, übertragen (dort abgegriffen) werden können. Die Leiterplatte 10 kann auch als vorgefertigte, also bereits mit den Sensoren bestückte, Platine gebildet sein, um bei Montage mit weniger Aufwand als bisher in das Einzelphasenmodul 1 integriert zu werden.Even without these positioning aids, the insert board (printed circuit board 10) is advantageous because it now makes it possible to collect sensor signals (and possibly other signals) within the single-phase module 1 and to transmit them to one or more transfer areas outside the single-phase module 1. There is therefore no longer a board outside the single-phase module 1, i.e. above the hold-down device 9. One or more sensors can also be arranged on the insert board (printed circuit board 10), the signals of which can be transmitted to (tapped off) an external (central) transfer area, e.g. to a processing unit. The printed circuit board 10 can also be designed as a prefabricated board, i.e. already equipped with the sensors, in order to be integrated into the single-phase module 1 during assembly with less effort than before.

Durch die Integration der Leiterplatte 10 in das Einzelphasenmodul 1 wird es möglich, Signale innerhalb des Einzelphasenmoduls 1 zu übertragen. Auch wird es möglich, Sensorsignale näher an den Sensoren 13, 14 abzugreifen, was die Messgenauigkeit alleine schon aufgrund geringerer Übertragungsverluste erhöht. Insgesamt ist das Einzelphasenmodul 1 nunmehr auch deutlich kompakter, da kein externes Sensorsystem oder angebaute Platinen etc. mehr benötigt werden. Somit wird Bauraum eingespart.By integrating the circuit board 10 into the single-phase module 1, it is possible to transmit signals within the single-phase module 1. It is also possible to tap sensor signals closer to the sensors 13, 14, which increases the measurement accuracy simply due to lower transmission losses. Overall, the single-phase module 1 is now also significantly more compact, as no external sensor system or attached circuit boards, etc. are required. This saves installation space.

Um das Einzelphasenmodul 1 noch kompakter zu machen, sind Konturen von zwei einander gegenüberliegenden Verbindungsseiten S1, S2 der Basisplatte 2 komplementär zueinander gebildet, wie bereits beschrieben. Dies ermöglicht es, nebeneinander angeordnete Basisplatten 2 (und damit auch Einzelphasenmodule 1) näher aneinander anzuordnen ohne dabei den für die Halbleiterpackages 4 benötigten Platz einzuschränken. Somit kann ein Mehrphasenmodul, insbesondere ein Dreiphasenmodul, sehr kompakt gebaut werden.In order to make the single-phase module 1 even more compact, contours of two opposing connection sides S1, S2 of the base plate 2 are formed complementarily to one another, as already described. This makes it possible to arrange base plates 2 arranged next to one another (and thus also single-phase modules 1) closer to one another without restricting the space required for the semiconductor packages 4. A multi-phase module, in particular a three-phase module, can thus be built very compactly.

Der Vollständigkeit halber wird hier nochmals auf Einzelheiten der Komponenten eingegangen, die für den Zusammenbau des Einzelphasenmoduls 1 beachtet werden sollten.For the sake of completeness, details of the components that should be considered for the assembly of the single-phase module 1 are discussed here again.

Die DC-Minus-Stromschiene 6 weist vorteilhaft isolierte Durchführungen auf, damit Hochspannungs- und/oder Signalpins der Halbleiterpackages 4 und/oder Spannungspins der darunter befindlichen DC-Plus-Stromschiene 5 nach oberhalb (auf die Oberseite) der DC-Minus-Stromschiene 6 geführt werden können, und damit die AC-Stromanschlüsse der über der DC-Minus-Stromschiene 6 befindlichen AC-Schiene 7 zu den AC-Abgriffen der Halbleiterpackages 4 auf die Unterseite der DC-Minus-Stromschiene 6 durchgeführt werden können. Außerdem kann ein HV-Minus Spannungsanschlusspin aus der DC-Minus-Stromschiene 6 heraus nach oben (von den Halbleiterpackages 4 weg) gebogen sein, um DC-Minus-Potential für auf der Leiterplatte 10 angeordnete Komponenten wie Treiberversorgung oder Entstörkondensatoren bereitzustellen.The DC minus busbar 6 advantageously has insulated feedthroughs so that high voltage and/or signal pins of the semiconductor packages 4 and/or voltage pins of the DC plus busbar 5 located underneath can be routed above (to the top) of the DC minus busbar 6, and so that the AC power connections of the AC busbar 7 located above the DC minus busbar 6 can be routed to the AC taps of the semiconductor packages 4 on the underside of the DC minus busbar 6. In addition, an HV minus voltage connection pin can be bent upwards out of the DC minus busbar 6 (away from the semiconductor packages 4) in order to provide DC minus potential for components arranged on the circuit board 10, such as driver supplies or interference suppression capacitors.

Da die DC-Minus-Stromschiene 6 vollflächig über den Halbleiterpackages 4 platziert ist, können unerwünschte elektrische Wechselwirkungen mit darüber oder darunter platzierten Bauteilen, insbesondere den DC-Plus- und AC-Stromschienen 5, 7 auftreten. Deshalb ist eine vollständige Ummantelung 60 der DC-Minus-Stromschiene 6 an Bereichen, an denen sie die anderen Stromschienen 5, 7 überdeckt, also an denen sie nicht elektrisch kontaktiert wird, vorgesehen, um eine elektrische Isolierung zu ihrer Umgebung, insbesondere den DC-Plus- und AC-Stromschienen 5, 7, bereitzustellen. Die Ummantelung 60 ist also lediglich am DC-Minus-Abgriff, an dem aus der DC-Minus-Stromschiene 6 heraus nach oben gebogenen HV-Minus Spannungsanschlusspin, und an den DC-Minus-Stromanschlüssen der Halbleiterpackages 4 nicht vorhanden.Since the DC minus busbar 6 is placed over the entire surface of the semiconductor packages 4, undesirable electrical interactions can occur with components placed above or below it, in particular the DC plus and AC busbars 5, 7. Therefore, a complete sheath 60 of the DC minus busbar 6 is provided in areas where it covers the other busbars 5, 7, i.e. where it is not electrically contacted, in order to provide electrical insulation from its surroundings, in particular the DC plus and AC busbars 5, 7. The sheath 60 is therefore only absent at the DC minus tap, at the HV minus voltage connection pin bent upwards out of the DC minus busbar 6, and at the DC minus current connections of the semiconductor packages 4.

Die Ummantelung 60 ist, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt und deshalb nicht näher beschrieben, aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise als Mold-Material gebildet, also zum Umspritzen oder Ummolden (Flussprozess) geeignet. Unter der Formulierung, dass die Ummantelung 50, 60 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, ist in Bezug auf die nachfolgend beschriebene Komponente Isolations-Einlegeteil 8 des Einzelphasenmoduls 1 sowohl zu verstehen (bevorzugte Ausführung), dass die Ummantelung um eine Basisstruktur, z.B. ein Blech, aufgebracht ist, z.B. mittels Umspritzen, als auch, dass die Komponente des Einzelphasenmoduls 1 vollständig aus dem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.The sheath 60 is, as already known from the prior art and therefore not described in more detail, made of an electrically insulating material, preferably formed as a mold material, i.e. suitable for overmolding or molding (flow process). The formulation that the sheath 50, 60 is made of an electrically insulating material is to be understood with regard to the component insulation insert 8 of the single-phase module 1 described below both to mean (preferred embodiment) that the sheath is applied around a base structure, e.g. a sheet metal, e.g. by means of overmolding, and that the component of the single-phase module 1 is formed completely from the electrically insulating material.

Die Ummantelung 60 weist vorteilhaft Vias zur Durchführung diverser Komponenten von ihrer zu der Basisplatte 2 weisenden Unterseite auf ihre gegenüberliegende Oberseite (oder vice versa) auf. Die Vias korrespondieren selbstverständlich mit den Vias in der DC-Minus-Stromschiene 6, liegen also übereinander.The casing 60 advantageously has vias for the passage of various components from its underside facing the base plate 2 to its opposite upper side (or vice versa). The vias naturally correspond to the vias in the DC minus power rail 6, i.e. they lie one above the other.

Im Detail können eine oder mehrere Vias vorhanden sein, um den AC-Stromanschluss der AC-Schiene 7 zu den AC-Abgriffen der Halbbrücken zu führen. Auch sind mehrere (mindestens eine) Vias vorhanden, um HV-Plus Stromanschlusspins der in einer bevorzugten Ausführung unterhalb der der DC-Minus-Stromschiene 6 angeordneten DC-Plus-Stromschiene 5 auf die Oberseite der DC-Minus-Stromschiene 6 zu führen. Auf der Unterseite ist selbstverständlich kein Via für den HV-Minus Stromanschlusspin vorgesehen, da dieser aus der Oberseite der DC-Minus-Stromschiene 6 gebogen und in der Ummantelung 60 eingebettet ist.In detail, one or more vias can be present to connect the AC power connection of the AC rail 7 to the AC taps of the half bridges. There are also several (at least one) vias to guide HV plus power connection pins of the DC plus power rail 5, which in a preferred embodiment is arranged below the DC minus power rail 6, to the top of the DC minus power rail 6. Of course, no via is provided on the underside for the HV minus power connection pin, since this is bent out of the top of the DC minus power rail 6 and embedded in the casing 60.

Die Ummantelung 60 auf der Oberseite der DC-Minus-Stromschiene 6 weist in einer Ausführung (anstatt einer Öffnung) nach oberhalb der Oberseite herausragende und als Tunnel für die Pins dienende Dome 62 auf, wie z.B. in 8 und 9 dargestellt. Die Pins werden bei der Montage durch die Tunnel geführt. Die Dome 62 sind also Teil der Ummantelung 60 (daraus im selben Prozess gebildet, keine Anbaustrukturen) und aus demselben Material gebildet. Sie sind im Inneren hohl, um die Pins durchführen zu können und dienen damit als Tunnel. Diese Tunnel erfüllen damit sowohl die Aufgabe, eine elektrische Isolierung der Pins zum Niederspannungspotential bereitzustellen, als auch eine Positionierung und Fixierung der Pins bereitzustellen. Die Tunnel ragen dabei so weit aus der Oberseite heraus, dass sie auch über die Oberseite des in einer weiteren Ausführung vorhandenen und nachfolgend beschriebenen flächigen Bauteils (Niederhalter 9) reichen.The casing 60 on the top side of the DC minus busbar 6 has, in one embodiment (instead of an opening), domes 62 protruding above the top side and serving as a tunnel for the pins, as in 8 and 9 The pins are guided through the tunnels during assembly. The domes 62 are therefore part of the casing 60 (formed from it in the same process, not add-on structures) and made of the same material. They are hollow on the inside so that the pins can pass through and thus serve as tunnels. These tunnels therefore fulfill the task of providing electrical insulation of the pins from the low-voltage potential, as well as positioning and fixing the pins. The tunnels protrude so far from the top that they also reach over the top of the flat component (hold-down device 9), which is present in another embodiment and described below.

Ferner ist in einer Ausführung ein Isolations-Einlegeteil 8 vorgesehen, das (mit seiner Unterseite) oberhalb der AC-Stromschiene 7 auf diese aufgebracht, genauer aufgelegt, ist, wie in 8 zu sehen. Das Isolations-Einlegeteil 8 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und dient als eine elektrische Isolierung. In der gezeigten Ausführung ist die AC-Stromschiene 7 oberhalb der DC-Minus-Stromschiene 6 angeordnet und liegt auf dieser auf. Um keine unerwünschten elektrischen Wechselwirkungen zu verursachen, ist die DC-Minus-Stromschiene 6 mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung 60, wie bereits weiter oben beschrieben, umgeben und auch in 8 gezeigt. Auf diese wird die AC-Stromschiene 7 aufgelegt, wie in 9 und 10 zu sehen. Erst dann wird das Isolations-Einlegeteil 8 aufgebracht. Das Isolations-Einlegeteil 8 weist an seiner Oberseite (die nicht auf der Stromschiene 6 aufliegt) vorteilhaft eine oder mehrere Öffnungen auf, um über aus der DC-Minus-Stromschiene 6 herausragende Dome 62 (wenn vorhanden) aufgesteckt zu werden. Die Öffnungen und Dome 62 dienen dabei auch als Positionierungshilfe für das Isolations-Einlegeteil 8.Furthermore, in one embodiment, an insulation insert 8 is provided, which (with its underside) is applied, or more precisely placed, above the AC busbar 7, as in 8 The insulation insert 8 is made of an electrically insulating material and serves as an electrical insulation. In the embodiment shown, the AC busbar 7 is arranged above the DC minus busbar 6 and rests on it. In order not to cause any undesirable electrical interactions, the DC minus busbar 6 is surrounded by an electrically insulating sheath 60, as already described above, and also in 8 The AC busbar 7 is placed on this as shown in 9 and 10 to be seen. Only then is the insulation insert 8 applied. The insulation insert 8 advantageously has one or more openings on its upper side (which does not rest on the busbar 6) in order to be plugged over domes 62 (if present) protruding from the DC minus busbar 6. The openings and domes 62 also serve as a positioning aid for the insulation insert 8.

Das Isolations-Einlegeteil 8 könnte mittels Befestigungsmitteln befestigt werden. In einer weiteren Ausführung ist allerdings ein flächiges Bauteil als Niederhalter 9 vorgesehen, welches sowohl als Niederhalter 9 für den gesamten Blechstapel (Stromschienen 5-7) und für das Isolations-Einlegeteil 8, als auch als EMV-Schild dient. Ein solches flächiges Bauteil (Niederhalter 9) ist z.B. in 8 dargestellt. Im Wesentlichen ist es so gebildet, dass es die Oberseite des beschriebenen Einzelphasenmoduls 1 bildet, also im Wesentlichen auf dem Stromschienenstapel (inkl. Isolations-Einlegeteil 8) aufliegt. Es liegt also auf der Oberseite der Ummantelung 60 der DC-Minus-Stromschiene 6 und des Isolations-Einlegeteils 8 auf. In einer alternativen Ausführung kann auch die Unterseite des Niederhalters 9 eine elektrisch isolierende Ummantelung aufweisen.The insulation insert 8 could be attached using fastening means. In another embodiment, however, a flat component is provided as a hold-down device 9, which serves both as a hold-down device 9 for the entire sheet stack (busbars 5-7) and for the insulation insert 8, as well as an EMC shield. Such a flat component (hold-down device 9) is used, for example, in 8 shown. Essentially, it is designed in such a way that it forms the top of the described single-phase module 1, i.e. essentially rests on the busbar stack (including insulation insert 8). It therefore rests on the top of the sheath 60 of the DC minus busbar 6 and the insulation insert 8. In an alternative embodiment, the underside of the hold-down device 9 can also have an electrically insulating sheath.

Das Isolations-Einlegeteil 8 und der Niederhalter 9 weisen vorteilhaft mit den Positionierungslöchern 20 und Positionierlöchern 51, 61 korrespondierende Öffnungen an ihren Außenbereichen auf, damit ein Positionierstift 3 dort eingebracht werden kann und als Positionierhilfe dient, so dass die DC-Stromschienen 5, 6 und das Isolations-Einlegeteil 8 und der Niederhalter 9 über den oder die Positionierstifte 3 an der Basisplatte 2 positioniert ist. Durch die Positionierstifte 3 werden also alle Komponenten 5, 6, 8, 9 miteinander in Bezug gebracht und aneinander exakt positioniert bzw. ausgerichtet. Damit sind auch die Einlegeplatine (Leiterplatte 10) und darauf angeordnete Komponenten wie Sensoren 13, 14 exakt positioniert.The insulation insert 8 and the hold-down device 9 advantageously have openings on their outer areas that correspond to the positioning holes 20 and positioning holes 51, 61, so that a positioning pin 3 can be inserted there and serves as a positioning aid, so that the DC busbars 5, 6 and the insulation insert 8 and the hold-down device 9 are positioned on the base plate 2 via the positioning pin(s) 3. The positioning pins 3 thus bring all components 5, 6, 8, 9 into relation with one another and position or align them precisely with one another. This also ensures that the insert board (printed circuit board 10) and components arranged on it, such as sensors 13, 14, are positioned precisely.

Das Isolations-Einlegeteil 8 und der Niederhalter 9 weisen vorteilhaft mit dem oder den Übergabebereichen korrespondierende Öffnungen auf, damit die Signalpins 15 nach außerhalb des Einzelphasenmoduls 1 geführt werden können. Weitere Öffnungen zur Durchführung von Pins und anderen Bauteilen können selbstverständlich ebenfalls vorgesehen sein.The insulation insert 8 and the hold-down device 9 advantageously have openings corresponding to the transfer area(s) so that the signal pins 15 can be guided outside the single-phase module 1. Further openings for the passage of pins and other components can of course also be provided.

Der Niederhalter 9 sollte möglichst flächig aufliegen, insbesondere um eine gute EMV-Schirmung zu gewährleisten, aber auch zum Fixieren der darunter befindlichen Komponenten, um z.B. ein Klappern zu verhindern. Dafür ist auch seine Kontur bestmöglich an die abzudeckende Kontur angepasst. Um den Niederhalter 9 und damit den gesamten Aufbau zu fixieren, ist vorgesehen, dass die Positionierstifte 3 aus dem Positionierloch 91 des Niederhalters 9 herausragen und ein Metallring als Befestigungselement 11 darüber aufgebracht wird, wie in 8 und 9 gezeigt. Dieser wird mit dem Positionierstift 3 vorteilhaft verschweißt. Somit ist das Einzelphasenmodul 1 auch in z-Richtung fixiert.The hold-down device 9 should lie as flat as possible, in particular to ensure good EMC shielding, but also to fix the components underneath, for example to prevent rattling. For this purpose, its contour is adapted as best as possible to the contour to be covered. In order to fix the hold-down device 9 and thus the entire structure, the positioning pins 3 protrude from the positioning hole 91 of the hold-down device 9 and a metal ring is applied over it as a fastening element 11, as shown in 8 and 9 This is advantageously welded to the positioning pin 3. Thus, the single-phase module 1 is also fixed in the z-direction.

In einer Ausführung hat der Niederhalter 9 auch eine elektrisch isolierende Funktion und dient als EMV-Schild (EMV= Elektromagnetische Verträglichkeit). Hierfür sind die Öffnungen, durch welche die oben beschriebenen Tunnel (Dome 62) geführt werden, größer als nur für das Durchführen benötigt. Der Abstand zu den Tunneln, in welchen Strom- und/oder Signalpins der Halbleiterpackages 4 geführt werden, und die so hoch sind, dass die Strom- und/oder Signalpins erst oberhalb des Niederhalters 9 herausstehen und kontaktiert werden können, hängt von der für die Anwendung benötigten Luftstrecke ab, welche vom Fachmann nach bekannten Vorschriften bestimmt wird. Die Öffnungen, durch welche Tunnel geführt sind, sind also derart gebildet, dass eine vorgegebene Luftstrecke zwischen durchgeführten Pins und dem Niederhalter 9 eingehalten ist.In one version, the hold-down device 9 also has an electrically insulating function and serves as an EMC shield (EMC = Electromagnetic Compatibility). For this purpose, the openings through which the tunnels (domes 62) described above are guided are larger than required just for the passage. The distance to the tunnels in which power and/or signal pins of the semiconductor packages 4 are guided, and which are so high that the power and/or signal pins only protrude and can be contacted above the hold-down device 9, depends on the air gap required for the application, which is determined by the expert according to known regulations. The openings through which tunnels are guided are thus formed in such a way that a predetermined air gap is maintained between the pins passed through and the hold-down device 9.

Durch die Öffnungen und die durchgeführten Komponenten der darunter liegenden Schichten dient der Niederhalter 9 als Schranke (EMV-Schild) zwischen Hochvoltbereich (Unterseite) und Signalbereich (Oberseite). Gleichzeitig dient er als Fixierung (Niederhalter im Wortsinn). Da der Niederhalter 9 aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist und mit der Basisplatte 2 über die Positionierstifte 3 verbunden ist, kann es auch als Massepotential (GND) für damit verbundene Bauteile dienen.Through the openings and the components of the underlying layers, the hold-down device 9 serves as a barrier (EMC shield) between the high-voltage area (bottom side) and the signal area (top side). At the same time, it serves as a fixation (hold-down device in the literal sense). Since the hold-down device 9 is made of an electrically conductive material and is connected to the base plate 2 via the positioning pins 3, it can also serve as a ground potential (GND) for components connected to it.

Das vorgeschlagene Einzelphasenmodul 1 ist Teil eines Inverters, also eines DC/AC-Wechselrichters, der bevorzugt drei Phasen aufweist, die aus jeweils einem Einzelphasenmodul 1 gebildet sind. Der Inverter wird vorteilhaft in einer Leistungselektronik zum Betrieb eines dreiphasigen Elektromotors eines Fahrzeugs verwendet und ist mit einer als Treiber dienenden elektronischen Steuereinheit, kurz ECU, signaltechnisch verbunden. Die ECU dient dazu, den Inverter und den Elektromotor anzusteuern und zu regeln.The proposed single-phase module 1 is part of an inverter, i.e. a DC/AC inverter, which preferably has three phases, each of which is formed from a single-phase module 1. The inverter is advantageously used in power electronics for operating a three-phase electric motor of a vehicle and is connected in terms of signals to an electronic control unit, or ECU for short, which serves as a driver. The ECU is used to control and regulate the inverter and the electric motor.

Das Einzelphasenmodul 1, genauer die Basisplatte 2, kann außerdem eine nicht gezeigte Kühlvorrichtung in Form von z.B. Lamellen oder Finnen aufweisen oder mit einer separaten Kühlvorrichtung an der Unterseite der Basisplatte 2 (gegenüberliegende Seite der Seite mit den Halbbrücken) verbunden sein.The single-phase module 1, more precisely the base plate 2, can also have a cooling device (not shown) in the form of e.g. lamellae or fins or can be connected to a separate cooling device on the underside of the base plate 2 (opposite side of the side with the half-bridges).

Die Leistungselektronik wird vorzugsweise in einem Elektroantrieb eines Fahrzeugs verwendet, der einen dreiphasigen Elektromotor und einen Akkumulator aufweist, wobei die Leistungselektronik mit beiden verbunden ist, um vom Akkumulator eingehenden Gleichstrom in für den Elektromotor verwendbaren Wechselstrom mittels des Inverters zu erzeugen, um den Elektromotor damit anzutreiben. Der Elektromotor ist dabei insbesondere ein elektrischer Achsantrieb. Vorteilhaft weist ein Fahrzeug, z.B. ein PKW oder ein NKW, mindestens einen solchen Antrieb auf.The power electronics are preferably used in an electric drive of a vehicle that has a three-phase electric motor and a battery, the power electronics being connected to both in order to generate direct current from the battery into alternating current that can be used for the electric motor by means of the inverter in order to drive the electric motor with it. The electric motor is in particular an electric axle drive. A vehicle, e.g. a passenger car or a commercial vehicle, advantageously has at least one such drive.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Einzelphasenmodulsingle-phase module
22
Basisplattebase plate
2020
Positionierungslöcherpositioning holes
2121
Befestigungslöchermounting holes
2222
Aufnahmebereich für 4Recording area for 4
33
Positionierstiftpositioning pin
LL
Länge Positionierstiftlength of positioning pin
L1L1
Länge oberer Bereich, Positionierung KomponentenLength of upper area, positioning components
L2L2
Länge unterer Bereich, Positionierung an GehäuseLength of lower area, positioning on housing
44
Halbleiterpackagessemiconductor packages
4040
Metallträger mit Wärmeleitpaste WLP auf Oberseite von 4Metal carrier with thermal paste WLP on top of 4
4141
Metallstiftmetal pin
5, 65, 6
Stromschiene (DC+), Stromschienen (DC-)Busbar (DC+), Busbar (DC-)
5050
Ummantelung DC-Plus-StromschieneDC-Plus busbar sheath
5151
Positionierlöcherpositioning holes
6060
Ummantelung DC-Minus-StromschieneDC-minus power rail sheath
6161
Positionierlöcherpositioning holes
6262
Domcathedral
6767
Öffnung in 6opening in 6
77
Stromschiene (AC)busbar (AC)
7070
AC-Isolation UnterseiteAC insulation bottom
88
Isolations-Einlegeteil zu Niederhalterinsulation insert for hold-down device
99
flächiges Bauteil als Niederhalter und EMV Schildflat component as hold-down device and EMC shield
1010
Leiterplattecircuit board
101101
Struktur in 10structure in 10
1111
Befestigungselementfastener
1212
GehäuseHousing
121121
Positionierstrukturpositioning structure
1313
Temperatursensortemperature sensor
1414
Stromsensorcurrent sensor
1515
Signalpins (Übergabebereich Sensorsignale nach extern)Signal pins (transfer area of sensor signals to external)
S1, S2S1, S2
Verbindungsseiten von 2connecting pages of 2
AA
Ausschnitt (1)excerpt ( 1 )
WLPWLP
Wärmeleitpastethermal paste
FF
Fixierungspunktefixation points

Claims (11)

Einzelphasenmodul (1) eines Inverters eines Elektroantriebs eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, aufweisend - eine Basisplatte (2) - mindestens eine an der Basisplatte (2) angeordnete und direkt darauf befestigte, zwei Halbleiterpackages (4) aufweisende Halbbrücke mit einer Lowside und einer Highside, - auf der oder den Halbbrücken und mit den zugehörigen Stromanschlüssen elektrisch kontaktierte und gestapelt angeordnete Stromschienen (5, 6, 7), aufweisend eine DC-Plus-Stromschiene (5), eine DC-Minus-Stromschiene (6) und eine AC-Stromschiene (7), wobei die oberste DC-Stromschiene (5, 6) vollflächig über die Geometrie der Basisplatte (2) verläuft, und wobei die DC-Plus-Stromschiene (5) und die DC-Minus-Stromschiene (6) jeweils eine elektrisch nicht leitende Ummantelung (50, 60) aufweisen, und wobei in der obersten DC-Stromschiene (5, 6) mindestens eine in ihrem Inneren elektrisch isolierte Öffnung (67) vorgesehen ist, - eine auf der obersten DC-Stromschiene (5, 6) angeordnete Leiterplatte (10) und einen auf der Leiterplatte (10) und einem Halbleiterpackage (4) gegenüberliegend angeordneten und in Richtung des Halbleiterpackages (4) weisenden Temperatursensor (13), - einen Metallpin (41), der durch die Öffnung (67) geführt und derart gebildet ist, dass er an einem Endbereich mit einer Oberseite des Halbleiterpackages (4), dem der Temperatursensor (13) gegenüberliegt, thermisch gekoppelt verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Endbereich mit dem Temperatursensor (13) thermisch gekoppelt verbunden ist.Single-phase module (1) of an inverter of an electric drive of an at least partially electrically driven vehicle, comprising - a base plate (2) - at least one half-bridge arranged on the base plate (2) and fastened directly thereto, having two semiconductor packages (4) with a low side and a high side, - busbars (5, 6, 7) arranged in a stacked manner and electrically contacted on the half-bridge(s) and with the associated power connections, comprising a DC plus busbar (5), a DC minus busbar (6) and an AC busbar (7), wherein the uppermost DC busbar (5, 6) runs over the entire surface of the geometry of the base plate (2), and wherein the DC plus busbar (5) and the DC minus busbar (6) each have an electrically non-conductive sheath (50, 60), and wherein at least one electrically insulated opening (67) is provided in the uppermost DC busbar (5, 6) in its interior is, - a circuit board (10) arranged on the uppermost DC power rail (5, 6) and a temperature sensor (13) arranged on the circuit board (10) and opposite a semiconductor package (4) and pointing in the direction of the semiconductor package (4), - a metal pin (41) which is guided through the opening (67) and is formed such that it is thermally coupled at one end region to an upper side of the semiconductor package (4) opposite which the temperature sensor (13) is located, and is thermally coupled at its opposite end region to the temperature sensor (13). Einzelphasenmodul (1) nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor (13) mit der Leiterplatte (10) in Signalverbindung ist.Single phase module (1) according to claim 1 , wherein the temperature sensor (13) is in signal connection with the circuit board (10). Einzelphasenmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei je Lowside und/oder je Highside der Halbbrücke oder je Halbleiterpackage (4) ein Temperatursensor (13) vorgesehen ist.Single phase module (1) according to claim 1 or 2 , wherein a temperature sensor (13) is provided for each low side and/or each high side of the half-bridge or each semiconductor package (4). Einzelphasenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die thermische Ankopplung mittels einer Wärmeleitpaste erfolgt.Single-phase module (1) according to one of the Claims 1 until 3 , whereby the thermal coupling is achieved by means of a thermal paste. Einzelphasenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Temperatursensor (13) mittig auf dem Metallpin (41) und direkt über einem in dem Halbleiterpackage (4) angeordneten Leistungshalbleiter angeordnet ist.Single-phase module (1) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the temperature sensor (13) is arranged centrally on the metal pin (41) and directly above a power semiconductor arranged in the semiconductor package (4). Einzelphasenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leiterplatte (10) dazu eingerichtet ist, Sensorsignale zu sammeln und innerhalb des Einzelphasenmoduls (1) und nach außerhalb des Einzelphasenmoduls (1) über Signalpins (15) zu übertragen.Single-phase module (1) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the circuit board (10) is adapted to collect sensor signals and to transmit them within the single-phase module (1) and outside the single-phase module (1) via signal pins (15). Einzelphasenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei weitere Sensoren, insbesondere ein Stromsensor (14), auf der Leiterplatte angeordnet sind.Single-phase module (1) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein further sensors, in particular a current sensor (14), are arranged on the circuit board. Einzelphasenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Leiterplatte (10) eine Struktur (101) aufweist, die als mechanische Entkopplung wirkt.Single-phase module (1) according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the circuit board (10) has a structure (101) which acts as a mechanical decoupling. Leistungselektronik zum Betrieb eines dreiphasigen Elektromotors eines Fahrzeugs, wobei die Leistungselektronik aufweist: - einen Inverter, der je Phase gebildet ist aus einem Einzelphasenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie - mindestens eine ECU, die mit dem Elektromotor zu dessen Steuerung und Regelung und mit dem Inverter verbunden ist.Power electronics for operating a three-phase electric motor of a vehicle, the power electronics comprising: - an inverter, which is formed for each phase from a single-phase module (1) according to one of the preceding claims, and - at least one ECU, which is connected to the electric motor for its control and regulation and to the inverter. Elektroantrieb eines Fahrzeugs, aufweisend einen dreiphasigen Elektromotor und einen Akkumulator, sowie eine mit beiden verbundene Leistungselektronik nach Anspruch 9.Electric drive of a vehicle, comprising a three-phase electric motor and a battery, as well as power electronics connected to both according to claim 9 . Fahrzeug, aufweisend einen Elektroantrieb nach Anspruch 10, der als elektrischer Achsantrieb gebildet ist.Vehicle having an electric drive according to claim 10 , which is designed as an electric axle drive.
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