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DE102017208925A1 - Power Electronic Packaging - Google Patents

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DE102017208925A1
DE102017208925A1 DE102017208925.3A DE102017208925A DE102017208925A1 DE 102017208925 A1 DE102017208925 A1 DE 102017208925A1 DE 102017208925 A DE102017208925 A DE 102017208925A DE 102017208925 A1 DE102017208925 A1 DE 102017208925A1
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DE
Germany
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power electronics
cooling system
power
inverter
electronics packaging
Prior art date
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Application number
DE102017208925.3A
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English (en)
Inventor
Wei Liu
Xiaoguang LIANG
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
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Publication date
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Priority to PCT/EP2018/062382 priority patent/WO2019011506A2/en
Priority to EP18724541.0A priority patent/EP3631853A2/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4093Snap-on arrangements, e.g. clips
    • HELECTRICITY
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    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
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    • H05K7/1432Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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Abstract

Leistungselektronik-Packaging, das Folgendes umfasst:ein Kühlsystem, das einen ersten Teil, mindestens einen zweiten Teil, der den ersten und einen dritten Teil verbindet, aufweist, wobei der erste und der dritte Teil parallel sind.- Ein erster Teil der Leistungselektronik ist mit mindestens einer Seite des mindestens einen zweiten Teils des Kühlsystems verbunden.- Ein zweiter Teil der Leistungselektronik ist am mindestens einen zweiten Teil des Kühlsystems befestigt, sodass der erste Teils der Leistungselektronik senkrecht zum zweiten Teil der Leistungselektronik ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungselektronik-Packaging gemäß dem unabhängigen Anspruch.
  • Hintergrund
  • US 8,432,030 B2 offenbart ein Leistungselektronik-Packaging, das zwei Substrate mit mehreren Halbleiterchips und elektronischen Komponenten aufweist. Eine Kühlung der Siliziumkarbid(SiC)-Vorrichtungen wird auch offenbart.
  • Kurzdarstellung
  • Das Leistungselektronik-Packaging gemäß dem unabhängigen Anspruch weist die folgenden Vorteile gegenüber dem oben angeführten Stand der Technik auf: Gemäß der Erfindung wird eine dreidimensionale Struktur zum Platzieren der Leistungselektronik in einem geeigneten Kühlsystem verwendet. Das Kühlsystem weist einen ersten Teil auf, der durch einen mindestens einen zweiten Teil mit einem dritten Teil verbunden wird. Der erste und der dritte Teil sind parallel. Der erste Teil der Leistungselektronik ist mit mindestens einer Seite des mindestens einen zweiten Teils des Kühlsystems verbunden. Es ist möglich, den ersten Teil der Leistungselektronik mit beiden Seiten des zweiten Teils des Kühlsystems zu verbinden. Der zweite Teil der Leistungselektronik ist am mindestens einen zweiten Teil des Kühlsystems befestigt, sodass die größte Ebene des ersten Teils der Leistungselektronik senkrecht zur größten Ebene des zweiten Teils der Leistungselektronik ist, zumindest hinsichtlich der Platzierung der elektrischen und elektronischen Vorrichtungen und/oder der Leiterplatten, die Teile des ersten bzw. des zweiten Teils der Leistungselektronik sind. Diese Verwendung der dreidimensionalen Struktur zum Platzieren der Leistungselektronik führt zu einer Verringerung in der Größe und daher auch im Gewicht. Zusätzlich dazu wird eine sehr effiziente Kühlung der Leistungselektronik erzielt.
  • Der erste und der dritte Teil des Kühlsystems könnten ein Kuboid sein, die jeweils mehr oder weniger das Endstück des Kühlsystems an jeder Seite sind. Der mindestens eine zweite Teil des Kühlsystems ist auch ein Kuboid, aber mit zwei gegenüberliegenden Seiten, die in der Länge und Breite viel länger als die anderen Seiten dieses Kuboids sind. Er ist wie eine Platine. Der erste, der zweite und der dritte Teil des Kühlsystems könnten ein Kühlsystem bilden, das als ein Einzelteil hergestellt wird. Das bedeutet, dass sie nicht zusammengebaut werden, sondern aus einem Teil gefertigt werden. Alternativ dazu könnten sie durch Kleben, Schweißen oder eine beliebige andere ähnliche Technologie miteinander fixiert werden. Wie im Folgenden erläutert, könnte das Kühlsystem, und folglich seine Teile, derart gefertigt werden, dass ein Fluid durch sie fließt, um die Wärme wegzutransportieren. Alternativ dazu könnte die Kühlung durch ein Peltier-System erzielt werden, das die Kühlung an der Stelle umsetzt, an der die Leistungselektronik die Wärme erzeugt. Andere Technologien könnten eingesetzt werden, um die Kühlung zu erzielen.
  • Der erste, zweite und dritte Teil des Kühlsystems sind vorwiegend aus Kunststoffen hergestellt.
  • Der erste Teil der Leistungselektronik ist ein Teil einer Vorrichtung, wie eines Wechselrichters. Aufgrund der Größe der Leistungselektronik, die größere Vorrichtungen als andere Anwendungen in der Elektronik erfordert, ist die Leistungselektronik in zwei Teile unterteilt. Ein Teil ist mit dem zweiten Teil des Kühlsystems verbunden und der andere ist an diesem zweiten Teil befestigt. Das bedeutet, dass der erste und der zweite Teil der Leistungselektronik senkrecht zueinander sind. Letztlich führt dies zu den oben erwähnten Vorteilen. Der erste Teil mit beispielsweise Vorrichtungen aus Siliziumkarbid, wie Transistoren, ist mit der größeren Seite des zweiten Teils des Kühlsystems verbunden. Dies ermöglicht, jene Einrichtungen direkt zu kühlen, die den größten Teil der Wärme erzeugen. Der zweite Teil der Leistungselektronik ist an einer kleineren Seite des zweiten Teils des Kühlsystems befestigt. Dieser zweite Teil der Leistungselektronik erzeugt viel weniger Wärme als der erste Teil der Leistungselektronik.
  • Leistungselektronik sind Schaltungen, die mit Leistungsanwendungen umgehen, wie etwa ein Wechselrichter oder Ansteuerschaltungen für Leistungsanwendungen wie einen Elektromotor oder beim Schalten hoher Ströme. Leistungselektronik ist die Anwendung von Festkörperelektronik bei der Steuerung und Umwandlung von elektrischer Leistung. Alle möglichen geeigneten Halbleitermaterialien könnten verwendet werden, aber Siliziumkarbid und die Nitride, wie Galliumnitrid, werden bevorzugt, da diese Halbleiter größere Ströme und höhere Wärme als Silizium schalten können.
  • Die Ebenen könnten reelle Ebenen sein, wie Leiterplatten oder Platinen zum Aufstecken der Leistungselektronik. Zusätzlich dazu könnten sie auch Ebenen sein, die durch eine Vielzahl von Vorrichtungen definiert werden.
  • Gemäß den abhängigen Ansprüchen sind weitere Vorteile der oben beschriebenen Erfindungen möglich. Die abhängigen Ansprüche stellen weitere Ausführungsformen der Erfindung dar.
  • Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der erste Teil der Leistungselektronik durch mindestens eine Klammer an mindestens einem zweiten Teil des Kühlsystems fixiert wird. Die Befestigung unter Verwendung einer Klammer kann sehr leicht hergestellt werden und könnte auch bei der Reparatur derartiger Leistungselektronik behilflich sein, wenn der erste Teil der Leistungselektronik vom Kühlsystem entfernt wird. Aufgrund geringerer Kosten und leichterer Herstellung ist dies somit ein erheblicher Vorteil. Eine Klammer ist eine Befestigungsvorrichtung, die Druck verwendet, um etwas an einer bestimmten Position zu halten.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine zweite Teil des Kühlsystems eine Kerbe für ein Ende der mindestens einen Klammer aufweist. Diese Kerbe wird im zweiten Teil des Kühlsystems hergestellt, sodass die Klammer mit einem Ende durch Druck in der Kerbe fixiert wird, und es mit dem anderen Ende möglich ist, den ersten Teil der Leistungselektronik an seiner Stelle zu halten. Die Klammer könnte aus einem duktilen Material hergestellt sein.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine zweite Teil des Kühlsystems senkrecht zum ersten und zum dritten Teil des Kühlsystems ist. Das bedeutet insbesondere, dass die zwei größeren Seiten des Kuboids, das heißt der zweite Teil des Kühlsystems, senkrecht zum ersten und zum dritten Teil des Kühlsystems sind. Dann ist es möglich, dass diese größeren Seiten des zweiten Teils zum Platzieren des ersten Teils der Leistungselektronik an diesen Seiten verwendet werden könnten.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass drei zweite Teile des Kühlsystems den ersten und den zweiten Teil des Kühlsystems verbinden, wobei die drei zweiten Teile parallel sind. Dies scheint eine optimale Gestaltung des Kühlsystems zu sein, da es dann möglich ist, diese drei Teile, die wie drei Zweige sind, für drei Phasen des Wechselstroms, den zum Beispiel ein Wechselrichter von einem aus einer Batterie kommenden Gleichstrom umwandelt, zu verwenden.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine zweite Teil des Kühlsystems einen Kühlkörper aufweist. In diesem Kuboid, das heißt dem zweiten Teil des Kühlsystems, könnte eine Lamellenstruktur enthalten sein, die als ein Kühlkörper dient, um die Wärme in einem größeren Volumen zu verteilen. Es ist bekannt, ein Kühlsystem unter Verwendung von Wasser anstatt unter Verwendung von Luft einzusetzen, um eine Einrichtung, die elektrische Leistung umwandelt (ein Wechselrichtersystem) und an einem Elektrofahrzeug befestigt ist, zu kühlen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kühlkörper aktiv gekühlt, indem ein Kühlmittel, wie etwa Wasser, durch den Kühlkanal des Kühlkörpers gepumpt wird. Daher werden die Leistungselektronik (SiCs) und Schaltteile, die am Kühlkörper angebracht sind, effektiv gekühlt. Daher ist es möglich, einen klein bemessenen und kompakten Wechselrichter zu erhalten, in dem die erzeugte Wärme an jeder Seite effektiv abgestrahlt wird und sich nicht thermisch untereinander beeinträchtigt.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass ein Fluid durch das Kühlsystem fließt, um die Wärme wegzutransportieren. Ein Fluid, wie zum Beispiel Wasser, könnte gezwungen werden, durch dieses Kühlsystem zu fließen. Dies funktioniert offenkundig, damit die Wärme zu zum Beispiel einem anderen Kühlkörper oder zu einem Verdichter oder irgendetwas anderem wegtransportiert wird, wo die Temperatur des Fluids herabgekühlt wird. Dies bildet ein sehr effizientes Kühlsystem.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der erste Teil der Leistungselektronik Halbleitervorrichtungen aus Siliziumkarbid aufweist. Siliziumkarbid ist ein Halbleiter, der besonders zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen für Leistungselektronik nützlich ist. Beispielsweise könnte es Transistoren aus Siliziumkarbid geben, die in Wechselrichtern zum Umwandeln von DC-Strom in AC-Strom verwendet werden.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der erste Teil und der zweite Teil der Leistungselektronik einen Wechselrichter ausbilden, der DC-Strom in AC-Strom umwandelt. Dies ist besonders bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit einer Batterie, die einen DC-Strom bereitstellt, nützlich, jedoch wird für einen Elektromotor AC-Strom zum Antreiben dieses Motors benötigt. Daher ist ein derartiger Wechselrichter ein wesentliches Element in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
  • Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der zweite Teil der Leistungselektronik mindestens einen Kondensator und mindestens eine Treiberplatine aufweist. Der Kondensator wird zum Erzeugen von welligkeitsfreiem DC verwendet. Falls sich die Spannung erhöht, wird sich der Kondensator aufladen. Während die Spannung abnimmt, gibt dann der Kondensator seine gespeicherte Energie frei, um die Ausgangsspannung so konstant wie möglich zu halten. Die Treiberplatine soll die Hauptleistungselektronik, wie etwa das SiC, gemäß einem Steuersignal ein-/ausschalten.
  • Figurenliste
  • Die Figuren und die folgende Spezifikation dieser Figuren erläutert die Erfindung ausführlich.
    • 1 stellt ein Blockdiagramm einer grundlegenden Konfiguration in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug aus einer Batterie, einem Wechselrichter und einem Elektromotor dar,
    • 2 stellt einen Schaltplan eines Wechselrichters dar,
    • 3 stellt eine erste Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 4 stellt eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 5 stellt eine dritte Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 6 stellt eine vierte Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 7 stellt eine dreidimensionale Ansicht der vierten Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 7a stellt die vierte Ausführungsform aus einem zweiten Winkel dar,
    • 7b stellt die vierte Ausführungsform aus einem dritten Winkel dar,
    • 8 stellt die Draufsicht der vierten Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 9 stellt die Unteransicht der vierten Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 10 stellt eine Seitenansicht der vierten Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 11 stellt eine Rückansicht der vierten Ausführungsform der Erfindung dar,
    • 12 stellt dar, wie die Halbleitervorrichtungen durch Klammern fixiert werden,
    • 13 stellt eine einzelne Klammer und eine Gruppe von Klammern dar,
    • 14A, B und C stellen dar, wie die Halbleitervorrichtung durch eine Klammer fixiert wird, und
    • 15 stellt eine Ausführungsform des Kühlkörpers dar.
  • Beschreibung der Figuren
  • 1 stellt in einem Blockdiagramm dar, wie ein Wechselrichter 102 an einer Seite zu einer Batterie 103 und an der anderen Seite zu einem Elektromotor 100 kontaktiert wird. Der Wechselrichter weist Leistungselektronik 103, einen Kondensator 104, einen Treiber 105 und ein Kühlsystem 106 auf.
  • Die Grundfunktion eines Wechselrichters 102 liegt darin, den von der Batterie 103 kommenden DC-Strom in einen AC-Strom zum Antreiben des Elektromotors 100 umzuwandeln. Die Hauptteile sind eine Batterie, ein Wechselrichter und ein Motor und eine Steuereinheit, die z. B. in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs platziert wird. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom von der Batterie unter Verwendung des Wechselrichters in einen Wechselstrom um, um den Motor mit elektrischer Leistung zu versorgen. Die Steuereinheit sendet Ansteuerbefehlssignale zum Gate-Treiber des Wechselrichters, um die Drehzahl und das Drehmoment des Motors zu steuern.
  • Diese Konfiguration gemäß 1 wird in Fahrzeugen mit einem elektrischen Antriebsstrang verwendet.
  • 2 stellt einen Schaltplan eines derartigen Wechselrichters dar. Eine Batterie 200 ist mit dem Wechselrichter 205 verbunden. Der Gate-Treiber 203 ist selbst mit einer Steuerplatine 204 verbunden. Diese Verbindung zwischen der Batterie 200 und dem Gate-Treiber 203 wird durch die DC-DC-Wandler-IC zum Eingang 202 hergestellt. Die Batterie ist auch mit einem Kondensator 201 verbunden, der zwischen den zwei Elektroden der Batterie geschaltet ist. Parallel zu diesem Kondensator 201 sind sechs Transistoren 206 geschaltet, die zum Bereitstellen von drei Phasen des Wechselstroms bzw. AC-Stroms verwendet werden. Daher haben wir hier einen sogenannten Dreiphasen-Wechselrichter. Dieser Dreiphasen-Wechselrichter besteht aus drei Einzelphasen-Wechselrichterschaltern, die jeweils mit einem der drei Lastanschlüsse verbunden sind. Für das grundlegendste Steuerschema wird der Betrieb der drei Schalter so koordiniert, dass ein Schalter bei jedem 60-Grad-Punkt der Grundausgangswellenform arbeitet. Dies erzeugt eine Leitung-zu-Leitung-Ausgangswellenform mit 6 Stufen. Die sechsstufige Wellenform weist eine Nullspannungsstufe zwischen den positiven und negativen Abschnitten der Rechteckwelle auf, sodass die Oberschwingungen, die Vielfache der drei sind, eliminiert werden. Wenn trägerbasierte Pulsweitenmodulation(PWM)-Techniken bei sechsstufigen Wellenformen angewendet werden, wird die grundlegende Gesamtform oder Hüllkurve der Wellenform beibehalten, sodass die dritte Oberschwingung an ihren Vielfachen aufgehoben wird. Falls höhere Ströme gewünscht werden, dann können derartige Dreiphasen-Wechselrichter parallel geschaltet werden. Es gibt andere Möglichkeiten, eine derartige Schaltung zu gestalten.
  • Die Transistoren, die die drei Schalter ausmachen, sind mit den drei Phasen verbunden, die zu einem Elektromotor 209 laufen. Dieser Motor treibt dann die Last 210 an, die zum Beispiel die Räder eines Autos ist. Ein Erfassungssignal (Stromsignal oder Positionssignal des Motors) wird zum Steuern des AC-Ausgangs 208 bereitgestellt. Die Erfassungsschaltung, z. B. ein Stromsensor, ist im Gate-Treiber 203 enthalten. Das Signal vom Sensor wird digitalisiert werden und zur Steuerplatine gesendet werden. Dort wird es verarbeitet werden.
  • 3 stellt eine erste Ausführungsform der Erfindung dar. Ein erster Teil des Kühlsystems 300 wird durch einen zweiten Teil des Kühlsystems 301 mit einem dritten Teil des Kühlsystems 302 verbunden. Diese drei Teile könnten integrale Teile eines Kühlsystems sein, somit werden sie zusammen hergestellt. Es gibt einen Einlass 303 und einen Auslass 304 zum Durchlaufen des Fluids durch das Kühlsystem. Der zweite Teil 301 des Kühlsystems weist an jeder Seite mit diesem verbundene Leistungselektronik 305 und 306 auf. In diesem Bild ist nicht dargestellt, dass der zweite Teil der Leistungselektronik auf dem zweiten Teil des Kühlsystems 301 befestigt ist. Dann sind der erste Teil der Leistungselektronik und der zweite Teil der Leistungselektronik bezüglich ihrer jeweiligen größten Ebene senkrecht zueinander.
  • 4 stellt eine zweite Ausführungsform der Erfindung dar. Die gleichen Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Teile der Erfindung. In 4 haben wir anstelle eines zweiten Teils zwei zweite Teile, nämlich 308 und 307 anstelle von 301. Daher weisen sowohl 308 als auch 307 an beiden Seiten den mit ihm verbundenen ersten Teil der Leistungselektronik auf. 307 weist die Verbindung zur Leistungselektronik 309 und 310 auf, wohingegen 311 und 312 mit 308 verbunden sind. Wiederum ist der zweite Teil der Leistungselektronik an 307 und 308 auf die oben beschriebene Art und Weise befestigt.
  • 5 stellt eine dritte Ausführungsform der Erfindung dar. Hier haben wir jetzt drei zweite Teile des Kühlsystems, die zwischen dem ersten Teil 300 und dem dritten Teil 302 liegen. Wir haben wiederum 301 mit dem ersten Teil der Leistungselektronik 305 und 306 und jetzt zusätzlich dazu einen anderen zweiten Teil des Kühlsystems 313 mit der Leistungselektronik 315 und 316 und 314 parallel zu 301 mit der Leistungselektronik 317 und 318. Wiederum oben sind diese zweiten Teile des Kühlsystems 301, 313 und 314 an einem zweiten Teil der Leistungselektronik befestigt worden.
  • Das bedeutet, dass hier, in der Ebene des dargestellten Papiers, der zweite Teil der Leistungselektronik befestigt ist.
  • Es ist möglich, dass sich die Leistungselektronik nur an einer Seite des zweiten Teils des Kühlsystems befindet.
  • 6 stellt das Kühlsystem einer vierten Ausführungsform der Erfindung dar. Nur das Kühlsystem ist dargestellt. Es wird durch 602 bezeichnet. Ein Wassereinlass 600 fließt durch die drei Zweige des Kühlsystems und fließt am Punkt 601 heraus. Da die Hauptanwendung hier für die Leistungselektronik der Wechselrichter ist und drei Phasen vorliegen, die vom DC-Strom umgewandelt werden, scheint dies eine geeignete Gestaltung der Erfindung für diesen Zweck zu sein.
  • 7 stellt diese Ausführungsform von 6 in einer dreidimensionalen Zeichnung dar. Das Kühlsystem 706 ist wie in 6. Der erste Teil der Leistungselektronik 703, hauptsächlich Siliziumkarbid-Vorrichtungen, wird unter Verwendung von Klammern 702 mit einem zweiten Teil des Kühlsystems 706 verbunden. Die Klammern werden in einer Kerbe 701 fixiert. Der erste Teil dieser Leistungselektronik 703 ist mit dem zweiten Teil der Leistungselektronik, die aus zumindest der Gate-Treiberplatine 705 und den Kondensatoren 704 besteht, verbunden.
  • 7a und 7b stellen Folgendes dar: Eine Kondensatorplatine 707 verbindet eine Gate-Treiberplatine 705 mit Kupferzylindern und -schrauben 708. Die Gate-Treiberplatine 705 wird mit Kunststoffzylindern und -schrauben 709 am Kühlsystem 706 fixiert. Die SiC-Vorrichtung 703 wird an die Gate-Treiberplatine 705 gelötet.
  • 8 stellt eine Draufsicht dieser Ausführungsform der Erfindung dar. Die Kondensatoren 800 und die Platine, auf der die Kondensatoren platziert sind, 801 sind dargestellt.
  • In 9 wird die Unteransicht dargestellt. Das Kühlsystem 900 und die Leistungselektronik 901 sind am zweiten Teil des Kühlsystems, nämlich den Zweigen zwischen den Endstücken, fixiert. Jeder Zweig repräsentiert eine Phase, nämlich eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase. Die Größe dieser Ausführungsform ist eine Länge von 330 mm und eine Breite von 70 mm, was für diese Anwendung sehr klein ist. Außerdem kann die Gate-Treiberplatine 902 gesehen werden.
  • 10 stellt eine Seitenansicht dieser Ausführungsform dar. Die Kondensatoren 800 sind an einer Platine 801 fixiert, die mit dem zweiten Teil des Kühlsystems 900 verbunden und an diesem befestigt ist. An der Seite des zweiten Teils des Kühlsystems ist ein erster Teil der Leistungselektronik 901 verbunden. Der zweite Teil besitzt eine Höhe von 25 mm. Andere Längen, Breiten und Höhen sind möglich.
  • 11 stellt eine Rückansicht dieser Ausführungsform dar. Wiederum wird dargestellt, dass die Kondensatoren 800 an einer Platine 801 und der Treiberplatine 902, dem Kühlsystem 900 und der Leistungselektronik 901 fixiert sind.
  • 12 stellt dar, wie die Klammern zur Kerbe 121 fixiert werden, wobei die Klammern durch 122 bezeichnet sind. Sie fixieren die Halbleitervorrichtung 901 an einer Platine 122. Diese Klammern 120 sind in einer Großansicht und in einer Übersicht dargestellt. Außerdem ist das Kühlsystem 900 sowie die Halbleitervorrichtung 901 dargestellt.
  • 13 stellt eine einzelne Klammer 130 und eine Gruppe von Klammern 131 dar. Es ist dargestellt, dass die Struktur der einzelnen Klammer derart ist, dass sie zwischen die Halbleitervorrichtungen drückt, sodass sie in ihrer Position fixiert werden.
  • 14 stellt dar, wie die Halbleitervorrichtung aus Siliziumkarbid durch die Klammer fixiert wird.
  • In 14A wird dargestellt, wie die Klammer mit einem Ende in die Kerbe gesetzt wird. Dies führt zur Befestigung der Klammer am Kühlsystem 141 mit der Kerbstruktur 140. Die Klammer wird durch 142 bezeichnet. Die Kraft zum Einführen der Klammer wird durch 143 bezeichnet.
  • In 14B wird dargestellt, dass die Klammer in der Aufspießstruktur 140 durch einen Druck 147 fixiert wird. Die Klammer 142 wird so durch die Kraft 144 geöffnet, dass die Halbleitervorrichtung 146 unter Verwendung der Kraft 145 eingeführt werden kann.
  • In 14C wird dargestellt, dass die Klammer 142 weiterhin in der Kerbe durch 140 und 141 fixiert wird, und an der anderen Seite fixiert die Klammer 142 die Halbleitervorrichtung 146 durch Druck in ihrer Position. Der Druck wird durch 147 bezeichnet.
  • 16 stellt eine Ausführungsform des Kühlkörpers dar. Es wird dargestellt, dass sich der Kühlkörper im zweiten Teil des Kühlsystems 152 befindet. Er weist eine Lamellenstruktur 151 auf und außerdem ist der Abschluss 152 dargestellt. Durch die Bezugsziffer 150 wird die komplette Struktur der drei Zweige dargestellt.
  • Kühlkörper umfassen verlängerte Oberflächen, die zum Verbessern einer Kühlung von wärmeabführenden Oberflächen verwendet werden. Durch das Erhöhen des Gesamtflächenbereichs, der einem Kühlmittel (Fluid) ausgesetzt ist, kann die Rate der Wärmeübertragung erhöht werden. Kühlkörper können unter Verwendung einer Vielfalt von Materialien gefertigt werden, die eine Anzahl von Gestaltungen einsetzen, die zum Verbessern der Kühlung der wärmeabführenden Oberflächen agieren. Allgemein wird beabsichtigt, dass die Gestaltungen der Kühlkörper die Impedanz des Fluidflusses durch den Kühlkörper verringern. Die Lamellenstruktur 151, die durch eine dünne Aluminiumfolie hergestellt wird, sollte mit den Abschlüssen 152 verbunden werden, um eine Kühlung der Oberfläche des Abschlusses 152 zu gewährleisten.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Elektromotor
    102
    Wechselrichter
    103
    Leistungselektronik
    104
    Kondensator
    105
    Treiber
    106
    Kühlsystem
    200
    Batterie
    201
    Kondensator
    202
    DC-Eingang
    203
    Gate-Treiber
    204
    Steuerplatine
    205
    Wechselrichter
    206
    Transistor
    208
    AC-Ausgang
    209
    Elektromotor
    210
    Platine
    300
    erster Teil des Kühlsystems
    301
    zweiter Teil des Kühlsystems
    302
    dritter Teil des Kühlsystems
    303
    Einlass
    304
    Auslass
    305
    Leistungselektronik
    306
    Leistungselektronik
    307
    zweiter Teil des Kühlsystems
    308
    zweiter Teil des Kühlsystems
    309
    Leistungselektronik
    310
    Leistungselektronik
    311
    Leistungselektronik
    312
    Leistungselektronik
    313
    zweiter Teil des Kühlsystems
    314
    Leistungselektronik
    315
    Leistungselektronik
    316
    Leistungselektronik
    317
    Leistungselektronik
    318
    Leistungselektronik
    600
    Wassereinlass
    601
    Punkt
    602
    Kühlsystem
    701
    Kerbe
    702
    Klammern
    703
    erster Teil des Kühlsystems
    704
    Kondensatoren
    705
    Treiberplatine
    706
    Kühlsystem
    707
    Kondensatorplatine
    708
    Kupferzylinder und -schrauben
    709
    Kunststoffzylinder und -schrauben
    800
    Kondensatoren
    801
    Platine
    900
    Kühlsystem
    901
    Leistungselektronik
    902
    Gate-Treiber
    130
    einzelne Klammer
    131
    Gruppe von Klammern
    140
    Kerbstruktur
    141
    Kühlsystem
    142
    Klammer
    143
    Kraft
    144
    Kraft
    145
    Kraft
    146
    Halbleitervorrichtung
    147
    Druck
    150
    Kühlkörperstruktur
    151
    Lamellenstruktur
    152
    Abschluss
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8432030 B2 [0002]

Claims (10)

  1. Leistungselektronik-Packaging, das Folgendes umfasst: - ein Kühlsystem, das einen ersten Teil (300), mindestens einen zweiten Teil (301), der den ersten Teil und einen dritten Teil (302) verbindet, aufweist, wobei der erste (300) und der dritte (302) Teil parallel sind - einen ersten Teil (305) der Leistungselektronik, der mit mindestens einer Seite des mindestens einen zweiten Teils (301) des Kühlsystems verbunden ist - einen zweiten Teil der Leistungselektronik, der am mindestens einen zweiten Teil (301) des Kühlsystems befestigt ist, sodass die größte Ebene des ersten Teils (305) der Leistungselektronik senkrecht zur größten Ebene des zweiten Teils der Leistungselektronik ist.
  2. Leistungselektronik-Packaging nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (305) der Leistungselektronik durch mindestens eine Klammer (142) am mindestens einen zweiten Teil (301) des Kühlsystems fixiert wird.
  3. Leistungselektronik-Packaging nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Teil (301) des Kühlsystems eine Kerbe (140) für ein Ende der mindestens einen Klammer (142) aufweist.
  4. Leistungselektronik-Packaging nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Teil (301) des Kühlsystems senkrecht zum ersten (300) und zum dritten Teil (302) des Kühlsystems ist.
  5. Leistungselektronik-Packaging nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei zweite Teile (301) des Kühlsystems den ersten (300) und den dritten Teil (302) des Kühlsystems verbinden, wobei die drei zweiten Teile parallel sind.
  6. Leistungselektronik-Packaging nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Teil (301) des Kühlsystems einen Kühlkörper (150) aufweist.
  7. Leistungselektronik-Packaging nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid zum Kühlsystem fließt, um die Wärme wegzutransportieren.
  8. Leistungselektronik-Packaging nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil der Leistungselektronik Halbleitervorrichtungen aus Siliziumkarbid aufweist.
  9. Leistungselektronik-Packaging nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil und der zweite Teil der Leistungselektronik einen Wechselrichter (102) zum Umwandeln von DC-Strom in AC-Strom ausbilden.
  10. Leistungselektronik-Packaging nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil der Leistungselektronik mindestens einen Kondensator (800) und mindestens eine Treiberplatine (801) aufweist.
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