DE102019209829A1

DE102019209829A1 - Apparatus comprising a heat sink and a motor vehicle

Info

Publication number: DE102019209829A1
Application number: DE102019209829.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Ruppert
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-01-07

Abstract

Vorrichtung umfassend einen Kühlkörper (5), wenigstens ein an dem Kühlkörper (5) angeordnetes Halbleitermodul (6, 7, 8) sowie ein an dem Kühlkörper (5) angeordnetes passives elektronisches Bauteil (9), wobei das Halbleitermodul (6, 7, 8) ein Gehäuse (13) und wenigstens einen ersten aus dem Gehäuse (13) herausragenden Anschluss (10) sowie wenigstens einen zweiten aus dem Gehäuse (13) herausragenden Anschluss (11, 12, 19) umfasst, wobei der wenigstens eine zweite Anschluss (11, 12, 19) des wenigstens einen Halbleitermoduls (6, 7, 8) mit dem elektronischen Bauteil (9) verbunden ist, wobei das Gehäuse (13) und das elektronische Bauteil (9) sowie der wenigstens eine erste Anschluss (10) und/oder der wenigstens eine zweite Anschluss (11, 12, 19) des wenigstens einen Halbleitermoduls (6, 7, 8) thermisch mit dem Kühlkörper (5) gekoppelt sind.Device comprising a heat sink (5), at least one semiconductor module (6, 7, 8) arranged on the heat sink (5) and a passive electronic component (9) arranged on the heat sink (5), wherein the semiconductor module (6, 7, 8 ) comprises a housing (13) and at least one first connection (10) protruding from the housing (13) and at least one second connection (11, 12, 19) protruding from the housing (13), the at least one second connection (11 , 12, 19) of the at least one semiconductor module (6, 7, 8) is connected to the electronic component (9), the housing (13) and the electronic component (9) as well as the at least one first connection (10) and / or the at least one second connection (11, 12, 19) of the at least one semiconductor module (6, 7, 8) are thermally coupled to the heat sink (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend einen Kühlkörper, wenigstens ein an dem Kühlkörper angeordnetes Halbleitermodul sowie ein an dem Kühlkörper angeordnetes passives elektronisches Bauteil, wobei das Halbleitermodul ein Gehäuse und wenigstens einen ersten aus dem Gehäuse herausragenden Anschluss sowie wenigstens einen zweiten aus dem Gehäuse herausragenden Anschluss umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a device comprising a heat sink, at least one semiconductor module arranged on the heat sink and a passive electronic component arranged on the heat sink, the semiconductor module comprising a housing and at least one first connection protruding from the housing and at least one second connection protruding from the housing . The invention also relates to a motor vehicle.

Fahrzeuge mit einem elektrischen Traktionsmotor weisen zum Antreiben des Traktionsmotors in der Regel einen Traktionsumrichter auf, über welchen ein Gleichstrom aus einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeuges in einen Wechselstrom zum Betreiben des elektrischen Traktionsmotors gewandelt wird. In einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs ist auch ein Wandeln eines von dem Traktionsmotor im Generatorbetrieb erzeugten Wechselstroms in einen Gleichstrom zum Aufladen der Traktionsbatterie möglich.Vehicles with an electric traction motor usually have a traction converter to drive the traction motor, via which a direct current from a traction battery of the motor vehicle is converted into an alternating current for operating the electric traction motor. In a recuperation mode of the motor vehicle, it is also possible to convert an alternating current generated by the traction motor in generator mode into a direct current for charging the traction battery.

Wesentliche Komponenten des Traktionsumrichters sind in der Regel eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern, ein Zwischenkreiskondensator, eine Treiberplatine und eine Controllerplatine. Aufgrund der hohen, im Traktionsumrichter umgesetzten elektrischen Leistung ist in der Regel eine aktive Kühlung der Leistungshalbleiter sowie des Zwischenkreiskondensators erforderlich. Die Leistungshalbleiter und/oder der Zwischenkreiskondensator können dazu an eine Kühlvorrichtung angebunden werden, über welchen die im Betrieb des Traktionsumrichters entstehende Wärme abgeführt werden kann. Insbesondere die Leistungshalbleiter, welche durch Leitverluste und/oder Schaltverluste während des Betriebs des Traktionsumrichters eine erhebliche Wärmemenge abgeben können, können so gekühlt werden. Zur Kühlung von Leistungshalbleitern sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.Essential components of the traction converter are usually a plurality of power semiconductors, an intermediate circuit capacitor, a driver board and a controller board. Due to the high electrical power converted in the traction converter, active cooling of the power semiconductors and the intermediate circuit capacitor is usually necessary. For this purpose, the power semiconductors and / or the intermediate circuit capacitor can be connected to a cooling device, via which the heat generated during operation of the traction converter can be dissipated. In particular, the power semiconductors, which can give off a considerable amount of heat due to conduction losses and / or switching losses during the operation of the traction converter, can be cooled in this way. Various approaches are known from the prior art for cooling power semiconductors.

In DE 10 2009 045 181 A1 wird ein Leistungshalbleiterbauteil zum Einsatz in einem Umrichter beschrieben. Das Leistungshalbleiterbauteil umfasst zwei in einem Gehäuse angeordnete Leistungshalbleiterchips, welche über eine Bodenplatte des Gehäuses gekühlt werden.In DE 10 2009 045 181 A1 describes a power semiconductor component for use in a converter. The power semiconductor component comprises two power semiconductor chips which are arranged in a housing and which are cooled via a base plate of the housing.

US 2009/0302444 A1 beschreibt ein in Kunstharz vergossenes Halbleiterbauteil, welches an einer Kühlplatte angeordnet ist. Neben dem Bauteil selbst kann über eine thermische Verbindung eines Kontaktes des Halbleiterbauteils zu einer Kühlplatte des durch Vergießen hergestellten Gehäuses auch der Kontakt gekühlt werden. Die thermische Verbindung zwischen dem Kontakt und der Kühlplatte wird dabei über wärmeleitende und elektrisch isolierende Schichten, welche zwischen dem Kontakt in der Kühlplatte angeordnet sind, erzeugt. US 2009/0302444 A1 describes a semiconductor component encapsulated in synthetic resin, which is arranged on a cooling plate. In addition to the component itself, the contact can also be cooled via a thermal connection of a contact of the semiconductor component to a cooling plate of the housing produced by potting. The thermal connection between the contact and the cooling plate is generated via thermally conductive and electrically insulating layers which are arranged between the contact in the cooling plate.

In DE 20 2016 002 776 U1 wird eine Umrichteranordnung offenbart, welche zwei jeweils einen Leistungshalbleiterschalter umfassende Platinen aufweist. Zwischen den beiden Platinen ist ein gemeinsamer Kühlkörper angeordnet, der mit den Leistungshalbleiterschaltern der beiden Platinen wärmeleitend gekoppelt ist.In DE 20 2016 002 776 U1 A converter arrangement is disclosed which has two circuit boards each comprising a power semiconductor switch. A common heat sink, which is coupled to the power semiconductor switches of the two boards in a thermally conductive manner, is arranged between the two boards.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche eine effizientere Kühlung eines oder mehrerer Halbleiterbauteile ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a device which enables more efficient cooling of one or more semiconductor components.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der wenigstens eine zweite Anschluss des wenigstens einen Halbleitermoduls mit dem elektronischen Bauteil verbunden ist, wobei das Gehäuse und das elektronische Bauteil sowie der wenigstens eine erste Anschluss und/oder der wenigstens eine zweite Anschluss des wenigstens einen Halbleitermoduls thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt sind.To achieve this object, the invention provides for a device of the type mentioned at the outset that the at least one second connection of the at least one semiconductor module is connected to the electronic component, the housing and the electronic component as well as the at least one first connection and / or the at least a second connection of the at least one semiconductor module are thermally coupled to the heat sink.

An dem Kühlkörper der Vorrichtung sind das wenigstens eine Halbleitermodul sowie ein passives elektronisches Bauteil angeordnet. Das Halbleitermodul umfasst ein Gehäuse, aus dem der wenigstens eine erste Anschluss sowie der wenigstens eine zweite Anschluss herausragen. Über den ersten Anschluss kann das Halbleitermodul mit einer weiteren Schaltungsanordnung verbunden werden. Über den wenigstens einen zweiten Anschluss ist das Halbleitermodul mit dem passiven elektronischen Bauteil verbunden. Das Gehäuse kann aus einem isolierenden Kunststoff, beispielsweise aus einem Kunstharz, bestehen und/oder durch einen Verguss gefertigt sein. Im Inneren des Gehäuses des Halbleitermoduls können wenigstens ein Halbleiterbauteil oder mehrere, miteinander verschaltete Halbleiterbauteile angeordnet sein, welche mit den Anschlüssen des Halbleitermoduls verbunden sind.The at least one semiconductor module and a passive electronic component are arranged on the heat sink of the device. The semiconductor module comprises a housing from which the at least one first connection and the at least one second connection protrude. The semiconductor module can be connected to a further circuit arrangement via the first connection. The semiconductor module is connected to the passive electronic component via the at least one second connection. The housing can consist of an insulating plastic, for example a synthetic resin, and / or be manufactured by potting. In the interior of the housing of the semiconductor module, at least one semiconductor component or a plurality of semiconductor components connected to one another, which are connected to the terminals of the semiconductor module, can be arranged.

Aufgrund der thermischen Kopplung zwischen dem wenigstens einen ersten Anschluss und/oder dem wenigstens einen zweiten Anschluss und dem Kühlkörper wird es vorteilhaft ermöglicht, neben dem wenigstens einen Halbleitermodul und dem passiven elektronischen Bauteil auch wenigstens einen Anschluss des Halbleitermoduls zu kühlen. Insbesondere bei einem Halbleitermodul, welches hohe elektrische Leistungen umsetzt, kann aufgrund der durch die Anschlüsse fließenden hohen Stromstärken auch eine starke Erwärmung eines oder mehrerer Anschlüsse des Halbleitermoduls auftreten. Eine Erwärmung eines oder mehrerer Anschlüsse kann auch durch eine an dem einen oder den mehreren Anschlüssen angeschlossene elektrische Maschine verursacht werden. Auch die von der elektrischen Maschine erzeugte Wärme kann aufgrund der Kopplung zwischen dem wenigstens einen ersten Anschluss und/oder dem wenigstens einen zweiten Anschluss über den Kühlkörper abgeführt werden, so dass sie nicht in das Innere des Halbleitermoduls gelangt.Due to the thermal coupling between the at least one first connection and / or the at least one second connection and the heat sink, it is advantageously possible to cool at least one connection of the semiconductor module in addition to the at least one semiconductor module and the passive electronic component. In particular in the case of a semiconductor module which converts high electrical powers, one or more connections of the semiconductor module can also become very hot due to the high currents flowing through the connections. A heating of one or more connections can can also be caused by an electrical machine connected to the one or more connections. The heat generated by the electrical machine can also be dissipated via the heat sink due to the coupling between the at least one first connection and / or the at least one second connection, so that it does not get into the interior of the semiconductor module.

Durch die thermische Kopplung zwischen einem Anschluss oder mehreren Anschlüssen des Halbleitermoduls und dem Kühlkörper wird eine effiziente Kühlung des wenigstens einen Halbleitermoduls sowie des mit dem wenigstens einen Halbleitermodul verbundenen passiven elektronischen Bauteil erreicht. Durch die Kühlung eines Anschlusses oder mehrerer Anschlüsse des Halbleitermoduls wird indirekt auch eine Erwärmung des Halbleitermoduls bzw. der Halbleiterbauteile des Halbleitermoduls weiter reduziert, was Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer des Halbleitermoduls und der Eigenschaften der Halbleiterbauteile bringen kann.The thermal coupling between one connection or several connections of the semiconductor module and the heat sink achieves efficient cooling of the at least one semiconductor module and of the passive electronic component connected to the at least one semiconductor module. By cooling one connection or several connections of the semiconductor module, heating of the semiconductor module or the semiconductor components of the semiconductor module is indirectly further reduced, which can bring advantages with regard to the service life of the semiconductor module and the properties of the semiconductor components.

Weiterhin kann die Größe bzw. der Kupferquerschnitt eines gekühlten Anschlusses verglichen mit einem ungekühlten Anschluss bei einer gleichen Stromstärke reduziert werden. Darüber hinaus kann das Einleiten von Schutzmaßnahmen, welche bei einem Übersteigen einer Grenztemperatur zum Schutz der Vorrichtung vorgesehen sein können, durch die effiziente Kühlung und die somit reduzierte Temperatur der Vorrichtung vermieden werden. Beispielsweise kann bei einem Halbleitermodul, welches Teil eines Umrichters ist, ein die Leistung des Umrichters aufgrund von Erwärmung begrenzendes Derating somit vermieden oder zumindest weniger oft notwendig werden.Furthermore, the size or the copper cross-section of a cooled connection can be reduced compared to an uncooled connection with the same current intensity. In addition, the introduction of protective measures, which can be provided to protect the device when a limit temperature is exceeded, can be avoided by the efficient cooling and the thus reduced temperature of the device. For example, in the case of a semiconductor module which is part of a converter, derating which limits the output of the converter due to heating can thus be avoided or at least less often necessary.

Die Reduktion der Temperatur eines Anschlusses oder mehrerer Anschlüsse des wenigstens einen Halbleitermoduls hat weiterhin den Vorteil, dass mit dem Anschluss verbundene, weitere Komponenten ebenfalls einer geringeren Temperatur ausgesetzt sind. Beispielsweise können mit dem wenigstens einen ersten Anschluss des wenigstens einen Halbleitermoduls verbundene weitere Komponenten wie Stromsensoren, Filtereinrichtungen oder Ähnliches für geringere Temperaturen ausgelegt und somit kostengünstiger realisiert werden. Bei der Kühlung des wenigstens einen zweiten Anschlusses, welcher das Halbleitermodul mit dem passiven elektronischen Bauteil verbindet, wird ebenfalls die thermische Belastung des passiven elektronischen Bauteils reduziert, so dass es über den Kühlkörper effizienter gekühlt werden kann.The reduction in the temperature of a connection or a plurality of connections of the at least one semiconductor module has the further advantage that further components connected to the connection are also exposed to a lower temperature. For example, further components connected to the at least one first connection of the at least one semiconductor module, such as current sensors, filter devices or the like, can be designed for lower temperatures and thus implemented more cost-effectively. When cooling the at least one second connection, which connects the semiconductor module to the passive electronic component, the thermal load on the passive electronic component is also reduced, so that it can be cooled more efficiently via the heat sink.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Kühlkörper und dem wenigstens einen ersten Anschluss und/oder dem wenigstens einen zweiten Anschluss zur thermischen Kopplung wenigstens ein thermisch leitfähiges und elektrisch isolierendes Element, insbesondere ein Gap-Pad oder ein Gap-Filler, angeordnet ist. Durch die Anordnung des wenigstens einen thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Elements zwischen einem zu kühlenden Anschluss des Halbleitermoduls und dem Kühlkörper wird vermieden, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem zu kühlenden Anschluss und dem Kühlkörper entsteht. Insbesondere bei der Kühlung mehrerer Anschlüsse kann so ein Kurzschluss der Anschlüsse über den Kühlkörper vermieden werden. Es ist auch möglich, dass das am Kühlkörper angeordnete Halbleitermodul ebenfalls über wenigstens ein thermisch leitfähiges und elektrisch isolierendes Element mit dem Kühlkörper gekoppelt ist. Alternativ ist auch eine direkte Anbindung des Halbleitermoduls an den Kühlkörper möglich, beispielsweise, wenn das Gehäuse des Halbleitermoduls elektrisch isolierend ist und/oder falls eine gegebenenfalls vorhandene Kühlplatte des Gehäuses elektrisch nicht mit den weiteren im Gehäuse des Halbleitermoduls aufgenommenen Komponenten verbunden ist.According to the invention it can be provided that at least one thermally conductive and electrically insulating element, in particular a gap pad or a gap filler, is arranged between the heat sink and the at least one first connection and / or the at least one second connection for thermal coupling. The arrangement of the at least one thermally conductive and electrically insulating element between a connection to be cooled of the semiconductor module and the heat sink prevents an electrical connection from being created between the connection to be cooled and the heat sink. In particular when cooling several connections, a short circuit of the connections via the heat sink can thus be avoided. It is also possible that the semiconductor module arranged on the heat sink is also coupled to the heat sink via at least one thermally conductive and electrically insulating element. Alternatively, a direct connection of the semiconductor module to the heat sink is also possible, for example if the housing of the semiconductor module is electrically insulating and / or if a cooling plate of the housing that may be present is not electrically connected to the other components accommodated in the housing of the semiconductor module.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Anschluss des Halbleitermoduls eine Anschlusslasche, insbesondere eine im Betrieb des Halbleitermoduls einen Wechselstrom führende Anschlusslasche, ist und/oder dass der wenigstens eine zweite Anschluss des Halbleitermoduls eine Anschlusslasche, insbesondere eine im Betrieb des Halbleitermoduls einen Gleichstrom führende Anschlusslasche, ist. Ein als Anschlusslasche ausgebildeter Anschluss kann zur Verschraubung mit einer Stromschiene ausgebildet sein und dazu beispielsweise ein Loch zur Durchführung einer Schraube umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein als Anschlusslasche ausgebildeter Anschluss auch eine Schweißzone aufweisen, über welche der Anschluss beispielsweise mit einer Stromschiene verschweißt werden kann.In a preferred embodiment of the invention it can be provided that the at least one first connection of the semiconductor module is a connection lug, in particular a connection lug carrying an alternating current during operation of the semiconductor module, and / or that the at least one second connection of the semiconductor module is a connection lug, in particular one in Operation of the semiconductor module is a direct current carrying connection strap. A connection designed as a connection lug can be designed for screwing to a busbar and, for this purpose, can include, for example, a hole through which a screw can pass. In addition or as an alternative to this, a connection embodied as a connection lug can also have a welding zone, via which the connection can be welded to a busbar, for example.

Bei einem in einem Stromrichter eingesetzten Halbleitermodul kann der zur Verbindung mit weiteren Komponenten verwendete wenigstens eine erste Anschluss einen Phasenanschluss einer Wechselstromseite des Stromrichters darstellen und beispielsweise über eine Stromschiene mit einem Elektromotor verbunden werden. Der wenigstens eine zweite Anschluss kann im Betrieb des Halbleitermoduls einen Gleichstrom führen und beispielsweise mit einem als Zwischenkreiskondensator der Gleichstromseite des Umrichters ausgebildeten passiven elektronischen Bauteil verbunden sein. Der wenigstens eine zweite Anschluss kann auch zur Verbindung des Halbleitermoduls mit einer Gleichstromquelle, beispielsweise mit einer Batterie, verwendet werden und dazu beispielsweise auch jeweils mit einer Stromschiene verbunden sein.In the case of a semiconductor module used in a power converter, the at least one first connection used to connect to further components can represent a phase connection of an alternating current side of the power converter and can be connected to an electric motor, for example, via a busbar. The at least one second connection can carry a direct current when the semiconductor module is in operation and can be connected, for example, to a passive electronic component embodied as an intermediate circuit capacitor on the direct current side of the converter. The at least one second connection can also be used to connect the semiconductor module to a direct current source, for example to a battery and for this purpose, for example, each connected to a busbar.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Halbleitermodul an einer ersten Seitenfläche des Kühlkörpers angeordnet ist und das passive elektronische Bauteil an einer weiteren Seitenfläche des Kühlkörpers angeordnet ist, wobei die weitere Seitenfläche insbesondere angrenzend oder gegenüberliegend zu der ersten Seitenfläche ist. Die Anordnung des wenigstens einen Halbleitermoduls und des passiven elektronischen Bauteils auf angrenzenden oder gegenüberliegenden Seitenflächen ermöglicht eine kompakte Ausführung des Kühlkörpers und somit auch einen kompakten Aufbau der Vorrichtung. Eine Anordnung des Halbleitermoduls auf einer ersten Seitenfläche sowie eine Anordnung des passiven elektronischen Bauteils auf einer weiteren Seitenfläche, welche der ersten Seitenfläche gegenüberliegt, ist insbesondere bei einem Kühlkörper, welcher von einem Kühlmittel durchströmt wird, vorteilhaft, da auf diese Weise ein flacher Kühlkörper verwendet werden kann.According to the invention it can be provided that the at least one semiconductor module is arranged on a first side surface of the heat sink and the passive electronic component is arranged on a further side surface of the heat sink, the further side surface being in particular adjacent or opposite to the first side surface. The arrangement of the at least one semiconductor module and the passive electronic component on adjoining or opposite side surfaces enables a compact design of the heat sink and thus also a compact design of the device. An arrangement of the semiconductor module on a first side surface and an arrangement of the passive electronic component on a further side surface, which is opposite the first side surface, is particularly advantageous in the case of a heat sink through which a coolant flows, since a flat heat sink is used in this way can.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper einen Grundabschnitt, an welchem das Gehäuse des wenigstens einen Halbleitermoduls anliegt, und wenigstens einen Vorsprung aufweist, wobei sich der wenigstens eine Vorsprung zumindest teilweise unterhalb des wenigstens einen ersten Anschlusses und/oder des wenigstens einen zweiten Anschlusses erstreckt. Da die Anschlüsse eines Halbleitermoduls in der Regel kleiner als das Gehäuse des Halbleitermoduls sind, wird durch den Vorsprung des Kühlkörpers eine möglichst kompakte Ausgestaltung des Kühlkörpers ermöglicht, welche dennoch eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse und einem oder mehreren Anschlüssen des wenigstens einen Halbleitermoduls und dem Kühlkörper ermöglicht.In a preferred embodiment of the invention it can be provided that the heat sink has a base section, on which the housing of the at least one semiconductor module rests, and at least one projection, the at least one projection at least partially below the at least one first connection and / or the at least one second connector extends. Since the connections of a semiconductor module are usually smaller than the housing of the semiconductor module, the projection of the cooling body enables the cooling body to be as compact as possible, which nevertheless has the largest possible contact area between the housing and one or more connections of the at least one semiconductor module and the Heat sink allows.

Das Gehäuse des wenigstens einen Halbleitermoduls kann insbesondere gänzlich an dem Grundabschnitt des Kühlkörpers anliegen. Der wenigstens eine erste Anschluss und/oder der wenigstens eine zweite Anschluss des Halbleitermoduls können an dem Vorsprung des Kühlkörpers anliegen. Es ist auch möglich, dass der Vorsprung sich zumindest teilweise unterhalb des Anschlusses erstreckt, wobei zwischen dem Anschluss und dem Vorsprung wenigstens ein thermisch leitfähiges und elektrisch isolierendes Element angeordnet wird.The housing of the at least one semiconductor module can in particular lie completely against the base section of the heat sink. The at least one first connection and / or the at least one second connection of the semiconductor module can rest on the projection of the cooling body. It is also possible for the projection to extend at least partially below the connection, at least one thermally conductive and electrically insulating element being arranged between the connection and the projection.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper wenigstens einen zumindest teilweise von dem Kühlkörper begrenzten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Der Kühlkörper kann mit dem Kühlkanal kommunizierende Anschlüsse aufweisen, durch welche das Kühlmittel dem Kühlkanal zugeführt bzw. abgeführt werden kann. Ein teilweise durch den Kühlkörper begrenzter Kühlkanal kann ebenfalls teilweise durch eines oder mehrere Halbleitermodule begrenzt werden, so dass der Kühlkanal insgesamt durch den Kühlkörper und das oder die Halbleitermodule begrenzt ist.According to the invention it can be provided that the cooling body has at least one cooling channel which is at least partially delimited by the cooling body, the cooling channel being able to be flowed through by a cooling medium. The heat sink can have connections communicating with the cooling channel, through which the coolant can be supplied to or removed from the cooling channel. A cooling channel partially delimited by the heat sink can also be partially delimited by one or more semiconductor modules, so that the cooling channel is delimited as a whole by the heat sink and the semiconductor module or modules.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse des wenigstens einen Halbleitermoduls eine insbesondere eine Mehrzahl von Finnen umfassende Kühlstruktur aufweist, welche in den wenigstens einen Kühlkanal hineinragt. Der Kühlkanal kann insbesondere von dem Kühlkörper und der Kühlstruktur und/oder dem Gehäuse des wenigstens einen Halbleitermoduls begrenzt werden. Weiterhin ist es möglich, dass zwischen dem Gehäuse des Halbleitermoduls und dem Kühlkörper eine Dichtung angeordnet ist. Bei einer Vorrichtung, welche mehrere Halbleitermodule umfasst, kann jedes der Halbleitermodule eine Kühlstruktur aufweisen, welche in denselben Kühlkanal hineinragt, oder welche in verschiedene Kühlkanäle des Kühlkörpers hineinragen. Durch den Kontakt der Kühlstruktur mit einem in dem Kühlkanal zirkulierenden Kühlmittel kann eine effiziente Kühlung des Halbleitermoduls erreicht werden. Insbesondere bei einer Kühlstruktur, welche eine Mehrzahl von Finnen umfasst, wird eine große Kontaktfläche zwischen der Kühlstruktur und dem Kühlmittel im Kühlkanal erzielt, so dass eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem die Kühlstruktur aufweisenden Halbleitermodul ermöglicht wird.According to the invention it can be provided that the housing of the at least one semiconductor module has a cooling structure, in particular comprising a plurality of fins, which protrudes into the at least one cooling channel. The cooling channel can in particular be delimited by the heat sink and the cooling structure and / or the housing of the at least one semiconductor module. It is also possible for a seal to be arranged between the housing of the semiconductor module and the heat sink. In a device which comprises a plurality of semiconductor modules, each of the semiconductor modules can have a cooling structure which protrudes into the same cooling channel or which protrude into different cooling channels of the heat sink. The contact of the cooling structure with a coolant circulating in the cooling channel enables efficient cooling of the semiconductor module to be achieved. In particular in the case of a cooling structure which comprises a plurality of fins, a large contact area is achieved between the cooling structure and the coolant in the cooling channel, so that efficient heat dissipation from the semiconductor module having the cooling structure is made possible.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Halbleitermodul mit dem Kühlkörper laserverschweißt ist. Durch das Laserverschweißen des wenigstens einen Halbleitermoduls mit dem Kühlkörper wird eine stabile und robuste Befestigung des wenigstens einen Halbleitermoduls an dem Kühlkörper erreicht. Die Laserverschweißung zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper kann zwischen dem Gehäuse des wenigstens einen Halbleitermoduls und dem Kühlkörper vorgenommen werden. Durch die Laserverschweißung ist es möglich, eine gegenüber einem im Kühlkörper zirkulierenden Kühlmittel dichte Verbindung zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper zu schaffen, so dass beispielsweise bei einem Halbleitermodul mit einer in einen Kühlkanal hineinragenden Kühlstruktur ein Austreten des Kühlmittels zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse des Halbleitermoduls vermieden werden kann.According to the invention it can be provided that the at least one semiconductor module is laser-welded to the heat sink. The laser welding of the at least one semiconductor module to the heat sink achieves a stable and robust attachment of the at least one semiconductor module to the heat sink. The laser welding between the semiconductor module and the heat sink can be carried out between the housing of the at least one semiconductor module and the heat sink. The laser welding makes it possible to create a tight connection between the semiconductor module and the heat sink with respect to a coolant circulating in the heat sink, so that, for example, in a semiconductor module with a cooling structure protruding into a cooling channel, the coolant can escape between the heat sink and the housing of the semiconductor module can be avoided.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Halbleitermodul wenigstens ein Halbleiterbauelement aus Siliziumcarbid, insbesondere einen MOSFET aus Siliziumcarbid, aufweist. Die Verwendung eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) aus Siliziumcarbid hat den Vorteil, dass mit diesem hohe Schaltgeschwindigkeiten erreicht werden können. Weiterhin kann beispielsweise bei dem Einsatz eines MOSFETs auf Siliziumcarbidbasis in einem Umrichter auf eine parallel zu dem Transistor angeordnete Freilaufdiode verzichtet werden, da der MOSFET aufgrund seines Halbleiteraufbaus bereits eine intrinsische Bodydiode aufweist. Durch den Wegfall einer externen Diode kann vorteilhaft der für das Halbleitermodul benötigte Bauraum reduziert werden, so dass beispielsweise ein Umrichter mit einer vergleichsweise hohen Leistungsdichte realisiert werden kann. Weiterhin zeichnen sich MOSFETs aus Siliziumcarbid durch hohe zulässige Temperaturen, hohe Schaltfrequenzen sowie eine hohe Sperrspannung aus. Neben der Verwendung von MOSFETs aus Siliziumcarbid ist auch die Verwendung von MOSFETs aus anderen Materialien, insbesondere anderen Wide-Band-Gap-Halbleitern, möglich.According to the invention it can be provided that the at least one semiconductor module has at least one semiconductor component made of silicon carbide, in particular a MOSFET made of silicon carbide. The use of a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) made of silicon carbide has the advantage that with this high Switching speeds can be achieved. Furthermore, when using a MOSFET based on silicon carbide in a converter, for example, a freewheeling diode arranged parallel to the transistor can be dispensed with, since the MOSFET already has an intrinsic body diode due to its semiconductor structure. By eliminating an external diode, the installation space required for the semiconductor module can advantageously be reduced, so that, for example, a converter with a comparatively high power density can be implemented. Furthermore, MOSFETs made of silicon carbide are characterized by high permissible temperatures, high switching frequencies and a high reverse voltage. In addition to the use of MOSFETs made of silicon carbide, the use of MOSFETs made of other materials, in particular other wide band gap semiconductors, is also possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Halbleitermodul eine Halbbrücke umfasst. Die Halbbrücke kann dabei durch zwei ausgangsseitig in Reihe geschaltete Transistoren, insbesondere MOSFETs aus Siliziumcarbid, gebildet sein. Zur Ansteuerung der Halbbrücke bzw. der die Halbbrücke bildenden Transistoren kann das Gehäuse des wenigstens einen Halbleitermoduls weitere Anschlüsse, beispielsweise Gate-Anschlüsse, aufweisen. Es ist auch möglich, dass das Halbleitermodul Sensoranschlüsse zur Bestimmung der Temperatur des Halbleitermoduls und/oder von im Halbleitermodul verwendeten Halbleiterbauelementen, insbesondere der Transistoren, aufweist.In a preferred embodiment of the invention it can be provided that the at least one semiconductor module comprises a half bridge. The half-bridge can be formed by two transistors connected in series on the output side, in particular MOSFETs made of silicon carbide. To control the half-bridge or the transistors forming the half-bridge, the housing of the at least one semiconductor module can have further connections, for example gate connections. It is also possible for the semiconductor module to have sensor connections for determining the temperature of the semiconductor module and / or of semiconductor components used in the semiconductor module, in particular the transistors.

Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Vorrichtung drei jeweils eine Halbbrücke umfassende Halbleitermodule aufweist, wobei die Halbleitermodule zur Bildung eines Stromrichters verschaltet sind und jeweils über ihren wenigstens einen zweiten Anschluss mit dem als Kondensator ausgebildeten elektronischen Bauteil verbunden sind. Bei dem Stromrichter kann es sich insbesondere um einen Brückengleichrichter bzw. einen Brückenwechselrichter handeln. Die Halbleitermodule können dazu parallel verschaltet werden. Der Stromrichter kann insbesondere zur Wechselrichtung eines Hochvoltgleichstroms mit einer Spannung zwischen 400 V und 1000 V eingesetzt werden. Weiterhin kann der Stromrichter bevorzugt für Stromstärken des Gleichstroms und/oder des Wechselstroms zwischen 500 A und 2 kA und/oder für eine elektrische Leistung zwischen 20 kW und 1000 kW, insbesondere zwischen 50 kW und 500 kW, ausgelegt sein.Furthermore, it can be provided according to the invention that the device has three semiconductor modules each comprising a half bridge, the semiconductor modules being interconnected to form a converter and each being connected to the electronic component designed as a capacitor via their at least one second connection. The converter can in particular be a bridge rectifier or a bridge inverter. The semiconductor modules can be connected in parallel for this purpose. The converter can be used in particular to invert a high-voltage direct current with a voltage between 400 V and 1000 V. Furthermore, the converter can preferably be designed for currents of direct current and / or alternating current between 500 A and 2 kA and / or for electrical power between 20 kW and 1000 kW, in particular between 50 kW and 500 kW.

Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Die Vorrichtung kann dabei insbesondere einen Traktionswechselrichter des Kraftfahrzeugs darstellen. Es ist möglich, dass der Kühlkörper der Vorrichtung mit einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges verbunden ist, wobei dem Kühlkörper durch den Kühlkreislauf ein Kühlmittel zugeführt werden kann. Bei dem Kühlkreislauf kann es sich beispielsweise um den Kühlkreislauf einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeuges und/oder eines Traktionselektromotors des Kraftfahrzeugs handeln.For a motor vehicle according to the invention it is provided that it comprises at least one device according to the invention. The device can in particular represent a traction inverter of the motor vehicle. It is possible for the heat sink of the device to be connected to a cooling circuit of the motor vehicle, with a coolant being able to be supplied to the heat sink through the cooling circuit. The cooling circuit can be, for example, the cooling circuit of a traction battery of the motor vehicle and / or a traction electric motor of the motor vehicle.

Sämtliche vorangehend im Bezug zur erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.All of the advantages and configurations described above in relation to the device according to the invention apply accordingly to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
2 eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine perspektivische Darstellung eines Halbleitermoduls, und
5 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Further advantages and details of the invention emerge from the exemplary embodiments described below and with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:

1 a motor vehicle according to the invention,
2 a plan view of a first embodiment of a device according to the invention,
3 a side view of the first embodiment of the device according to the invention,
4th a perspective view of a semiconductor module, and
5 a side view of a second embodiment of a device according to the invention.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine als Traktionswechselrichter ausgebildete Vorrichtung 2. Über die Vorrichtung 2 kann ein von einer Traktionsbatterie 3 des Kraftfahrzeugs 1 erzeugter Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betrieb eines Traktionsmotors 4 des Kraftfahrzeuges 1 gewandelt werden. Umgekehrt kann in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 ein von dem Traktionsmotor 4 erzeugter Wechselstrom durch die Vorrichtung 2 in einen Gleichstrom zum Laden der Traktionsbatterie 3 gewandelt werden. Die Vorrichtung 2 kann mit der Traktionsbatterie 3 und/oder dem Traktionsmotor 4 über Stromschienen verbunden sein.In 1 is a motor vehicle 1 shown. The car 1 comprises a device designed as a traction inverter 2 . About the device 2 can be one from a traction battery 3 of the motor vehicle 1 generated direct current into an alternating current for operating a traction motor 4th of the motor vehicle 1 to be converted. Conversely, in a recuperation mode of the motor vehicle 1 one from the traction motor 4th alternating current generated by the device 2 into a direct current to charge the traction battery 3 to be converted. The device 2 can with the traction battery 3 and / or the traction motor 4th be connected via busbars.

In 2 ist eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 gezeigt. Die Vorrichtung 2 umfasst einen Kühlkörper 5, drei Halbleitermodule 6, 7, 8 sowie ein als Zwischenkreiskondensator ausgebildetes passives elektronisches Bauteil 9. Das als Zwischenkreiskondensator ausgebildete passive elektronische Bauteil 9 sowie die drei Halbleitermodule 6, 7, 8 sind an zwei angrenzenden Seitenflächen des Kühlkörpers 5 angeordnet. Jedes der Halbleitermodule 6, 7, 8 umfasst einen ersten Anschluss 10 sowie zwei zweite Anschlüsse 11, 12, welche jeweils aus einem Gehäuse 13 des Halbleitermoduls 6, 7, 8 herausragen.In 2 is a plan view of a first embodiment of a device 2 shown. The device 2 includes a heat sink 5 , three semiconductor modules 6th , 7th , 8th and a passive electronic component designed as an intermediate circuit capacitor 9 . The passive electronic component designed as an intermediate circuit capacitor 9 as well as the three semiconductor modules 6th , 7th , 8th are on two adjacent side surfaces of the heat sink 5 arranged. Each of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th includes a first port 10 as well as two second connections 11 , 12 , which each consist of a housing 13 of the semiconductor module 6th , 7th , 8th stick out.

Die Halbleitermodule 6, 7, 8 sind mit dem Kühlkörper 5 thermisch gekoppelt. Auch das passive elektronische Bauteil 9 ist mit dem Kühlkörper 5 thermisch gekoppelt. Der Kühlkörper 5 weist zwei Anschlüsse 14 auf, welche mit einem im Inneren des Kühlkörpers 5 verlaufenden Kühlkanal (nicht dargestellt) kommunizieren. Durch die Anschlüsse 14 kann dem im Inneren des Kühlkörpers 5 verlaufenden Kühlkanal ein Kühlmittel zugeführt bzw. abgeführt werden.The semiconductor modules 6th , 7th , 8th are with the heat sink 5 thermally coupled. Also the passive electronic component 9 is with the heat sink 5 thermally coupled. The heat sink 5 has two connectors 14th on which one with one inside the heat sink 5 communicate running cooling channel (not shown). Through the connections 14th can be done inside the heat sink 5 running cooling channel a coolant can be supplied or discharged.

Jedes der Halbleitermodule 6, 7, 8 ist über seine zwei zweiten Anschlüsse 11, 12 mit dem als Zwischenkreiskondensator ausgebildeten passiven elektrischen Bauteil 9 verbunden. Die Halbleitermodule 6, 7, 8 umfassen jeweils eine Halbbrücke, welche durch zwei MOSFETs aus Siliziumcarbid gebildet ist. Die Halbleitermodule 6, 7, 8 sind über ihre zweiten Anschlüsse 11,12 parallel geschaltet. Durch die drei Halbleitermodule 6, 7, 8 wird ein als B6-Brückengleichrichter ausgebildeter Stromrichter gebildet. Durch diesen kann ein an den zweiten Anschlüssen 11, 12 und/oder dem elektronischen Bauteil 9 eingespeister Gleichstrom in einen über die ersten Anschlüsse 10 der Halbleitermodule 6, 7, 8 abgebbaren Wechselstrom gewandelt werden. Dabei kann an jedem der ersten Anschlüsse 10 der Halbleitermodule eine Phase des Wechselstroms anliegen.Each of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th is about its two second ports 11 , 12 with the passive electrical component designed as an intermediate circuit capacitor 9 connected. The semiconductor modules 6th , 7th , 8th each comprise a half bridge, which is formed by two MOSFETs made of silicon carbide. The semiconductor modules 6th , 7th , 8th are about their second connectors 11 , 12 connected in parallel. Through the three semiconductor modules 6th , 7th , 8th a converter designed as a B6 bridge rectifier is formed. Through this one can connect to the second connections 11 , 12 and / or the electronic component 9 direct current fed into one via the first connections 10 of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th deliverable alternating current are converted. At each of the first connections 10 of the semiconductor modules apply one phase of the alternating current.

Um eine effiziente Kühlung der Halbleitermodule 6, 7, 8 sowie des als Zwischenkreiskondensator ausgebildeten passiven elektronischen Bauteils 9 zu realisieren, sind das Bauteil 9 sowie die Halbleitermodule 6, 7, 8 mit dem Kühlkörper 5 gekoppelt. Weiterhin sind auch die ersten Anschlüsse 10 sowie die zweiten Anschlüsse 11, 12 der Halbleitermodule 6, 7, 8 mit dem Kühlkörper 5 thermisch gekoppelt, so dass auch eine Erwärmung der Anschlüsse 10, 11, 12 aufgrund hoher Gleichstrom- und/oder Wechselstromstärken vermieden werden kann. Um einen elektrischen Kurzschluss zwischen den im Betrieb der Vorrichtung einen Gleichstrom führenden zweiten Anschlüssen 11, 12 und/oder den im Betrieb der Vorrichtung 2 einen Wechselstrom führenden ersten Anschlüsse 10 der Halbleitermodule 6, 7, 8 zu vermeiden, ist zwischen den ersten Anschlüssen 10 sowie den zweiten Anschlüssen 11, 12 und dem Kühlkörper 5 jeweils ein thermisch leitfähiges und elektrisch isolierendes Element 15 angeordnet, wie in 3 ersichtlich ist.For efficient cooling of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th as well as the passive electronic component designed as an intermediate circuit capacitor 9 to realize are the component 9 as well as the semiconductor modules 6th , 7th , 8th with the heat sink 5 coupled. The first connections are also there 10 as well as the second connections 11 , 12 of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th with the heat sink 5 thermally coupled, so that the connections are also heated 10 , 11 , 12 can be avoided due to high DC and / or AC currents. To create an electrical short circuit between the second terminals carrying a direct current during operation of the device 11 , 12 and / or the operation of the device 2 an alternating current carrying first connection 10 of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th should be avoided between the first connections 10 as well as the second connections 11 , 12 and the heat sink 5 each a thermally conductive and electrically insulating element 15th arranged as in 3 can be seen.

In 3 ist eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 2 dargestellt. Der Kühlkörper 5 umfasst einen Grundabschnitt 16, an welchem das Gehäuse 13 des dargestellten Halbleitermoduls 8 in direktem Kontakt angeordnet ist. Das Gehäuse 13 des Halbleitermoduls 8 kann aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehen und/oder eine elektrisch nicht mit dem im Inneren des Gehäuses 13 angeordneten Komponenten verbundene Kühlplatte zur Abgabe von Wärme an den Kühlkörper 5 aufweisen.In 3 Figure 3 is a side view of the first embodiment of the device 2 shown. The heat sink 5 includes a basic section 16 on which the housing 13 of the semiconductor module shown 8th is arranged in direct contact. The case 13 of the semiconductor module 8th may consist of an electrically insulating plastic and / or one not electrically connected to that inside the housing 13 arranged components connected cooling plate for dissipating heat to the heat sink 5 exhibit.

Weiterhin umfasst der Kühlkörper 5 drei Vorsprünge 17, welche sich jeweils unterhalb eines der ersten Anschlüsse 10 der Halbleitermodule 6, 7, 8 erstrecken. Dies ist ebenfalls in der Aufsicht in 2 zu erkennen. Zwischen dem aus dem Gehäuse 13 herausragenden ersten Anschluss 10 sowie dem dargestellten, ebenfalls aus dem Gehäuse 13 herausragenden zweiten Anschluss 12 und dem Kühlkörper 5 ist jeweils ein thermisch leitfähiges, elektrisch isolierendes Element 15 angeordnet. Auch unter den ersten und zweiten Anschlüssen der Halbleitermodule 6, 7 ist jeweils ein Element 15 angeordnet. Die Elemente 15 sind als Gap-Pad oder als Gap-Filler ausgebildet. Über die thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Elemente 15 wird eine Kühlung der ersten Anschlüsse 10 sowie der zweiten Anschlüsse 11, 12 der Halbleitermodule 6, 7, 8 ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die Elemente 15 eine elektrische Isolierung zwischen dem Kühler 5 und den Anschlüssen 10, 11, 12 der Halbleitermodule 6, 7, 8 erzielt.The heat sink also includes 5 three ledges 17th , which are located below one of the first connections 10 of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th extend. This is also under supervision in 2 to recognize. Between the out of the case 13 outstanding first connection 10 as well as the one shown, also from the housing 13 outstanding second connector 12 and the heat sink 5 is a thermally conductive, electrically insulating element 15th arranged. Also under the first and second connections of the semiconductor modules 6th , 7th is always an element 15th arranged. The Elements 15th are designed as gap pads or as gap fillers. About the thermally conductive and electrically insulating elements 15th is a cooling of the first connections 10 as well as the second connections 11 , 12 of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th enables. At the same time is through the elements 15th electrical insulation between the cooler 5 and the connections 10 , 11 , 12 of the semiconductor modules 6th , 7th , 8th achieved.

In 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 6, 7, 8 dargestellt. Das dargestellte Halbleitermodul 6 weist an der Außenfläche seines Gehäuses 13 eine Kühlstruktur 18 auf. Das Halbleitermodul 6 umfasst weiterhin einen ersten Anschluss 10, drei zweite Anschlüsse 11, 12, 19 sowie mehrere Kontakte 20, über welche beispielsweise ein Gate vom im Inneren des Gehäuses 13 des Halbleitermoduls 6 angeordneten Transistoren angesteuert und/oder eine Temperatur dieser Transistoren oder weitere Bauteile ausgelesen werden kann. Bei den drei zweiten Anschlüssen 11, 12, 19 kann beispielsweise ein positiver oder ein negativer Gleichstromanschluss doppelt vorhanden sein. Die Kühlstruktur 18 des Gehäuses 13 umfasst eine Mehrzahl von Finnen 21. Die Anordnung des Halbleitermoduls 6 auf den Kühlkörper 5 kann derart erfolgen, dass die Kühlstruktur 18 in einen Kühlkanal des Kühlkörpers 5 hineinragt, so wie es im zweiten Ausführungsbeispiel in Bezug zu 5 beschrieben wird.In 4th Figure 13 is a perspective view of one embodiment of a semiconductor module 6th , 7th , 8th shown. The semiconductor module shown 6th points on the outer surface of its housing 13th a cooling structure 18th on. The semiconductor module 6th further comprises a first port 10 , three second connections 11 , 12th , 19th as well as several contacts 20th via which, for example, a gate from inside the housing 13th of the semiconductor module 6th arranged transistors controlled and / or a temperature of these transistors or other components can be read out. At the three second connections 11 , 12th , 19th For example, there may be a duplicate positive or negative DC connection. The cooling structure 18th of the housing 13th includes a plurality of fins 21st . The arrangement of the semiconductor module 6th on the heat sink 5 can be done in such a way that the cooling structure 18th into a cooling channel of the heat sink 5 protrudes, as in the second embodiment in relation to 5 is described.

5 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 2. Dargestellt ist ein gemäß 4 ausgebildetes Halbleitermodul 6. Die Kühlstruktur 18 des Halbleitermoduls 6 ragt in einen Kühlkanal 22 hinein, welcher von dem Kühlkörper 5 und dem Gehäuse 13 des Halbleitermoduls 6 begrenzt wird. Das Gehäuse 13 des Halbleitermoduls 6 und der Kühlkörper 5 sind laserverschweißt. Durch die Laserverschweißung ist das Halbleitermodul 6 an dem Kühlkörper befestigt und es wird ein dichter Abschluss des Kühlkanals erzielt. Zusätzlich oder alternativ zu der Laserverschweißung kann zwischen dem Kühlkörper 5 und dem Gehäuse 13 auch eine Dichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein, welche das Austreten von im Kühlkanal 22 zirkulierenden Kühlmittels verhindert. 5 shows a side view of a second embodiment of a device 2 . An according to is shown 4th formed semiconductor module 6th . The cooling structure 18th of the semiconductor module 6th protrudes into a cooling channel 22nd into which one from the heat sink 5 and the case 13th of the semiconductor module 6th is limited. The case 13th of the semiconductor module 6th and the heat sink 5 are laser welded. The semiconductor module is through the laser welding 6th attached to the heat sink and a tight seal of the cooling channel is achieved. In addition or as an alternative to the laser welding, between the heat sink 5 and the case 13th also a seal (not shown) can be arranged, which the Leakage in the cooling duct 22nd prevents circulating coolant.

In diesem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 ist das passive elektronische Bauteil 9 an einer weiteren Seitenfläche des Kühlkörpers 5 angeordnet, welcher der ersten Seitenfläche des Kühlkörpers 5, an welcher das Halbleitermodul 6 angeordnet ist, gegenüberliegt. Das Halbleitermodul 6 ist über den dargestellten zweiten Anschluss 11 sowie die nicht dargestellten zweiten Anschlüsse 12, 19 mit dem Bauteil 9 verbunden. Sowohl der zweite Anschluss 11 als auch der ersten Anschluss 10 sind als Anschlusslaschen ausgeführt, welche jeweils ein Loch 23 umfassen, mit welchem der erste Anschluss 10 bzw. der zweite Anschluss 11 mit einer Stromschiene verschraubt werden können. Zusätzlich oder alternativ dazu können die als Anschlusslaschen ausgebildeten Anschlüsse 10, 11 jeweils auch eine Schweißzone aufweisen, über welche sie jeweils mit einer Stromschiene verschweißt werden können.In this embodiment of the device 2 is the passive electronic component 9 on another side surface of the heat sink 5 arranged, which of the first side surface of the heat sink 5 at which the semiconductor module 6th is arranged opposite. The semiconductor module 6th is via the second connection shown 11 and the second connections, not shown 12 , 19th with the component 9 connected. Both the second connector 11 as well as the first connection 10 are designed as connection lugs, each with a hole 23 include, with which the first connector 10 or the second connection 11 can be screwed to a power rail. In addition or as an alternative to this, the connections designed as connection lugs can 10 , 11 each also have a welding zone via which they can each be welded to a busbar.

Zwischen dem zweiten Anschluss 11 und dem Kühlkörper 5 ist ein thermisch leitfähiges und elektrisch isolierendes Element 15 angeordnet. Ebenso ist ein thermisch leitfähiges und elektrisch isolierendes Element 15 zwischen dem ersten Anschluss 10 und dem Vorsprung 17 des Kühlkörpers 5 angeordnet.Between the second port 11 and the heat sink 5 is a thermally conductive and electrically insulating element 15th arranged. It is also a thermally conductive and electrically insulating element 15th between the first port 10 and the lead 17th of the heat sink 5 arranged.

Der erste Anschluss 10 des Halbleitermoduls 6 ist über eine Schraube 24 mit einer Stromschiene 25 verbunden. An der Stromschiene 25 ist ein weiteres Bauteil 26 angeordnet. Bei dem weiteren Bauteil 26 kann es sich beispielsweise um einen Stromsensor und/oder um einen Filter, beispielsweise zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen, handeln. Durch die thermische Kopplung des ersten Anschlusses 10 an den Kühlkörper 5 wird eine im Betrieb des Halbleitermoduls 6 entstehende Erwärmung des ersten Anschlusses 10 reduziert. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das weitere Bauelement 26 aus, da auch dieses somit im Betrieb der Vorrichtung 2 einer reduzierten Temperatur aufweist, ohne dass eine direkte Anbindung des weiteren Bauelements 26 an den Kühlkörper 5 nötig ist. Die Vorrichtung 2 kann neben dem Halbleitermodul 6 zwei weitere Halbleitermodule 7, 8 umfassen, welche zusammen mit einem Zwischenkreiskondensator ausgebildeten passiven elektronischen Bauteil 9 einen Stromrichter, wie vorangehend in Bezug zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bilden.The first connection 10 of the semiconductor module 6th is about a screw 24 with a power rail 25th connected. On the power rail 25th is another component 26th arranged. With the other component 26th it can be, for example, a current sensor and / or a filter, for example to suppress electromagnetic interference. Due to the thermal coupling of the first connection 10 to the heat sink 5 becomes one in the operation of the semiconductor module 6th resulting heating of the first connection 10 reduced. This has an advantageous effect on the further component 26th off, since this too is therefore in operation of the device 2 a reduced temperature, without a direct connection of the further component 26th to the heat sink 5 is necessary. The device 2 can next to the semiconductor module 6th two more semiconductor modules 7th , 8th include, which formed together with an intermediate circuit capacitor passive electronic component 9 a power converter, as described above in relation to the first embodiment, form.

Die Vorrichtung 2 gemäß des ersten und/oder des zweiten Ausführungsbeispiels kann zur Wechselrichtung eines Hochvoltgleichstroms mit einer Spannung zwischen 400 V und 1000 V ausgebildet sein. Weiterhin kann die Vorrichtung 2 bevorzugt für Stromstärken eines Gleichstroms und/oder eines Wechselstroms zwischen 500 A und 2 kA und/oder für eine elektrische Leistung zwischen 20 kW und 1000 kW, insbesondere zwischen 50 kW und 500 kW, ausgelegt sein.The device 2 According to the first and / or the second exemplary embodiment, a high-voltage direct current with a voltage between 400 V and 1000 V can be inverted. Furthermore, the device 2 be preferably designed for currents of a direct current and / or an alternating current between 500 A and 2 kA and / or for an electrical power between 20 kW and 1000 kW, in particular between 50 kW and 500 kW.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims

Device comprising a heat sink (5), at least one semiconductor module (6, 7, 8) arranged on the heat sink (5) and a passive electronic component (9) arranged on the heat sink (5), wherein the semiconductor module (6, 7, 8 ) comprises a housing (13) and at least one first connection (10) protruding from the housing (13) and at least one second connection (11, 12, 19) protruding from the housing (13), characterized in that the at least one second Terminal (11, 12, 19) of the at least one semiconductor module (6, 7, 8) is connected to the electronic component (9), the housing (13) and the electronic component (9) as well as the at least one first terminal (10 ) and / or the at least one second connection (11, 12, 19) of the at least one semiconductor module (6, 7, 8) are thermally coupled to the heat sink (5).

Device according to Claim 1 , characterized in that between the heat sink (5) and the at least one first connection (10) and / or the at least one second connection (11, 12, 19) for thermal coupling at least one thermally conductive and electrically insulating element (15), in particular a gap pad or a gap filler is arranged.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one first connection (10) of the semiconductor module (6, 7, 8) is a connection lug, in particular a connection lug carrying an alternating current during operation of the semiconductor module, and / or that the at least one second connection (11, 12 19) of the semiconductor module is a connection lug, in particular a connection lug carrying a direct current during operation of the semiconductor module.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one semiconductor module (6, 7, 8) is arranged on a first side surface of the cooling body (5) and the passive electronic component (9) is arranged on a further side surface of the cooling body (5) is arranged, wherein the further side surface is in particular adjacent or opposite to the first side surface.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink (5) has a base section (16) on which the housing (13) of the at least one semiconductor module (6, 7, 8) rests, and at least one projection (17) wherein the at least one projection (17) extends at least partially below the at least one first connection (10) and / or the at least one second connection (11, 12, 19).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling body (5) has at least one cooling channel (22) which is at least partially delimited by the cooling body (5), the cooling channel (22) allowing a cooling medium to flow through it.

Device according to Claim 6 , characterized in that the housing (13) of the at least one semiconductor module (6, 7, 8) has a cooling structure (18), in particular comprising a plurality of fins (21), which protrudes into the at least one cooling channel (22).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one semiconductor module (6, 7, 8) is laser-welded to the heat sink (5).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one semiconductor module (6, 7, 8) has at least one semiconductor component made of silicon carbide, in particular a MOSFET made of silicon carbide.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one semiconductor module (6, 7, 8) comprises a half bridge.

Device according to Claim 10 , characterized in that it has three semiconductor modules (6, 7, 8) each comprising a half-bridge, the semiconductor modules (6, 7, 8) being interconnected to form a converter and each via their at least one second connection (11, 12, 19) are connected to the electronic component (9) designed as a capacitor.

Motor vehicle, comprising at least one device (2) according to one of the preceding claims.