Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatine sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatine gemäß den Hauptansprüchen.

Üblicherweise werden bei Projekten im Bereich der Leistungselektronik für Automobile die Verbindungsleitungen zwischen Batterieversorgung, Zwischenkreiskon- densator und den IGBT's, die sog. Busbars (wie sie aus der perspektivischen Darstellung nach Fig. 1 ersichtlich sind) als massive Metallschienen (üblicherweise Kupferoder Aluminiumschienen) ausgeführt. Die beiden Metallschienen sind dabei mit einer Isolierschicht überzogen um Kurzschlüsse zu vermeiden. Allerdings ergeben sich aus der Verwendung von solchen Metallschienen einige Nachteile. Beispielsweise sind Metallschienen teuer und schwer und benötigen viel Platz auf einer entsprechenden Leiterplatine. Zusätzlich erfordern sie einen hohen mechanischen Aufwand und sind schwierig zu montieren, wobei weiterhin eine Gefahr der Beschädigung der elektrischen Isolation bei der Montage besteht. In Bezug auf elektronische Eigenschaften von solchen Leiterplatinen wäre zum einen, dass sie sehr hohe elektrische Felder emittieren und sich eine hohe Leitungsinduktivität ergibt, welche extrem hohe Spannungsspitzen induziert. Dies führte dazu, dass sich das Busbarsystem stark erwärmen kann. Besonders die auf die vorstehend genannten elektronischen Eigenschaften bezogenen Probleme stellen eine große Herausforderung dar und müssen mit aufwändiger Schutztechnik so weit wie möglich eingegrenzt werden.

Die DE 20 2007 003 815 U1 zeigt einen Leiterplatten-Mehrschichtaufbau mit einer oder mehreren übereinanderliegenden Innenlagen mit je einer elektrisch isolierenden Trägerschicht die ein- oder beidseitig wenigstens bereichsweise mit einer Leiterschicht versehen ist, wobei wenigstens eine Innenlage wenigstens einen ersten und einen von dem ersten separat in einem anderen lateralen Bereich angeordneten zweiten Innenlageteil umfasst, die sich in ihrer Trägerschichtdicke und/oder ihrer Leiterschichtdicke voneinander unterscheiden.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Leiterplatine zur Versorgung von zumindest einem Leistungselektro- nik-Bauelement sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ansatzes ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Leiterplatine zur Versorgung von zumindest einem Leistungselektronik-Bauelement, wobei die Leiterplatine zumindest einen ersten Kontaktbereich und einen vom ersten Kontaktbereich isolierten zweiten Kontaktbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatine einen Überlappungsbereich aufweist, der durch den ersten und zweiten Kontaktbereich seitlich begrenzt ist, wobei in dem Überlappungsbereich im Inneren der Leiterplatine zumindest eine elektrisch leitfähige erste Lage und eine elektrisch leitfähige zweite Lage angeordnet sind, wobei die erste Lage vom ersten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich vom ersten Kontaktbereich aus in Richtung des zweiten Kontaktbereichs hin erstreckt und wobei die die zweite Lage vom zweiten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich vom zweiten Kontaktbereich aus in Richtung des ersten Kontaktbereichs hin erstreckt, und wobei sich die erste und die zweite Lage teilweise überlappen.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatine zur Versorgung von zumindest einem Leistungselektronik-Bauelement, wobei das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Platinengrundkörpers aufweist, der einen ersten Kontaktbereich und einen vom ersten Kontaktbereich elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:

- Anordnen einer elektrisch leitfähigen ersten Lage in einem Überlappungsbereich der durch den ersten und zweiten Kontaktbereich seitlich begrenzt ist, wobei die erste Lage von dem ersten Kontaktbereich aus kontaktierbar ist und sich von dem ersten Kontaktbereich aus in Richtung des zweiten Kontaktbereichs hin erstreckt; - Aufbringen einer Isolationslage auf die erste Lage, wobei die Isolationslage derart aufgebracht wird, dass die erste Lage von dem zweiten Kontaktbereich elektrisch isoliert wird; und

- Einbringen einer elektrisch leitfähigen zweiten Lage auf der Isolationslage, wobei die zweite Lage von dem zweiten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich von dem zweiten Kontaktbereich aus in Richtung des ersten Kotaktbereichs hin erstreckt, wobei die zweite Lage derart eingebracht wird, dass sie teilweise die erste Lage überlappt.

Unter eine Leiterplatine kann dabei ein beispielsweise plattenförmiges Element verstanden werden, an oder auf dem elektronische Bauelemente befestigt und mit elektrischer Energie und/oder Signalen versorgt oder beaufschlagt werden können. Ein Leistungselektronik-Bauelement kann dabei ein Bauelement sein, welches eine hohe elektrische Energie, beispielsweise in Form einer hohen Spannungen oder eines großen Stroms verarbeiten kann. Üblicherweise können Leistungselektronik-Bauelemente eine elektrische Leistung im Bereich von mehr als 500 W verarbeiten oder diese schalten. Unter einem Kontaktbereich kann ein Bereich der Leiterplatine verstanden werden, in dem Versorgungsleitungen oder -stränge verlegt sind oder verlegt werden können, die zur Versorgung von mit der Leiterplatine kontaktierten elektrischen Bauelementen mit elektrischer Energie oder mit Signalen ausgebildet sind. Insbesondere können die Kontaktbereiche ausgebildet sein, um entsprechend hohe Ströme und Spannungen zu liefern, welche von dem Leistungselektronik-Bauelement benötigt werden. Unter einem Überlappungsbereich ist ein begrenzter Teilbereich der Leiterplatine zu verstehen, in dem sich zumindest zwei elektrische voneinander isolierte Lagen im Inneren der Leiterplatine teilweise überlappen. Unter einem Überlappen ist eine Anordnung zu verstehen, bei der die Lagen in Bezug zu einer Normale auf eine Hauptoberfläche der Platine übereinander angeordnet sind, ohne dass sie sich dabei berühren brauchen. Insbesondere ist zwischen den sich überlappenden Lagen eine Isolationsschicht angeordnet, die ein Kurzschließen der beiden überlappend angeordneten Lagen verhindert. Unter einer Lage kann vorliegend beispielsweise eine Schicht, eine Folie oder ein anderes streifenförmiges Element aus einem elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise Metall verstanden werden. Beispielsweise können die Lagen Metallstreifen sein, die beim Herstellen der Leiterplatine in den Überlappungsbereich eingelegt werden. Die Lage sollte jedoch so beschaffen sein, dass sie beispielsweise manuell in die Leiterplatine im Überlappungsbereich eingelegt werden kann, da ansonsten eine ausreichende Fähigkeit zur Führung von hohen Leistungen in diesen Lagen nicht gewährleistet ist. Insbesondere ist das Verwenden von Halbleiter-Produktionsverfahren wie beispielsweise ein Aufdampfen, Sputtern oder ähnliches nicht geeignet, die Lagen in dem Überlappungsbereich auszubilden oder zu erstellen.

Dabei ist eine erste der Lagen vom ersten Kontaktbereich aus kontaktierbar, während eine zweite der Lagen vom zweiten Kontaktbereich aus kontaktierbar ist. Dies bedeutet, dass die erste Lage an einem Rand des Überlappungsbereichs im Bereich des ersten Kontaktbereichs eine elektrische Kontaktierungsmoglichkeit bietet, während die zweite Lage am Rand des Überlappungsbereichs im Bereich des zweiten Kontaktbereichs eine elektrische Kontaktierungsmoglichkeit bietet. Insbesondere sind dabei die erste und zweite Lage elektrisch voneinander isoliert. Ein teilweises Überlappen heißt in der vorliegenden Anmeldung, dass auch besteht ein (zumindest kleiner) Bereich besteht, in dem sich die beispielsweise erste und zweite Lage nicht überlappen. Dieser Bereich, in dem die erste und zweite Lage sich nicht überlappen kann jedoch günstigerweise wesentlich kleiner sein als ein Bereich, in dem sich die erste und zweite Lage überlappen. Günstigerweise erstreckt sich die erste Lage auch nicht in den zweiten Kontaktbereich und/oder die zweite Lage nicht in den ersten Kontaktbereich der Leiterplatine.

Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass nun durch das Überlappen der ersten und zweiten Lage, die beide jeweils von den entsprechenden unterschiedlichen Kontaktbereichen aus kontaktierbar sind, sehr einfach eine Erhöhung des kapazitiven Anteils in einer Energiezuleitung für das Leistungselektronik-Bauelement möglich wird. Das Überlappen der ersten und zweiten Lage in Überlappungsbereich wirkt dabei als eine Art Plattenkondensator, der elektrisch zwischen die beiden Kontaktbereiche geschaltet ist. Zugleich lässt sich durch ein solches Überlappen der ersten und zweiten Lage auch eine Reduzierung des induktiven Anteils in der Energiezuleitung erreichen. Durch den hier vorgestellten Ansatz ist es ferner auch möglich, den mechanischen Aufwand so weit wie möglich zu reduzieren (beispielsweise extern an die Leiterplatine anzuschließende Kapazitäten zu vermeiden oder und zumindest kleiner auszulegen) und zum anderen ein System zu entwerfen, welches aus elektronischer Sicht möglichst optimal gestaltet ist. Zugleich kann eine möglichst niederimpedante Anbindung und Ausführung des Busbahnsystems und der angeschlossenen Bauteile sowie eine gute Schirmung bzw. Auslöschung der von Strom durchflossenen Leiter erzeugten elektromagnetischen Felder erreicht werden.

Günstig ist es, wenn der Überlappungsbereich an einer ersten Seite durch den ersten Kontaktbereich und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durch den zweiten Kontaktbereich begrenzt ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die Leiterplatine durch eine möglichst weit voneinander entfernte Anordnung der Kontaktbereiche eine möglichst optimale Verteilung der Ströme in der ersten und zweiten Lage möglich ist, so dass die Wirkung der hier vorgestellten Struktur besonders hoch ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Leiterplatine einen Isolationsbereich auf, der zwischen der ersten und zweiten Lage angeordnet ist, und der im Überlappungsbereich die erste Lage seitlich gegen den zweiten Kontaktbereich isoliert und der die zweite Lage seitlich gegen den ersten Kontaktbereich isoliert. Unter einem Isolationsbereich können eine oder mehrere Lage(n) oder Abschnitte der Leiterplatine verstanden werden, die aus Material bestehet, das elektrisch isolierend wirkt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer möglichst guten und damit sicheren Isolation der ersten Lage gegen den zweiten Kontaktbereich sowie der zweiten Lage seitlich gegen den ersten Kontaktbereich. Hierdurch kann eine möglichst hohe Spannung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich angelegt werden, so dass die Leiterplatine auch bei hohen zu übertragenden Leistungen noch zuverlässig funktioniert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Überlappungsbereich ein Isolationsbereich zumindest zwischen der ersten und zweiten Lage vorgesehen ist, der eine Ausnehmung aufweist, in die die erste Lage oder die zweite Lage eingebettet ist. Eine solche Ausnehmung kann beispielsweise eine Vertiefung in dem Isolationsbereich sein. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders positionssicheren Einbringung der ersten Lage oder der zweiten Lage, so dass eine zuvor beispielsweise simulativ als optimal bestimmte Position der ersten oder zweiten Lage in Bezug auf die jeweils andere Lage und/oder den ersten und/oder zweiten Kontaktbereich zuverlässig realisiert werden kann.

Um eine Wirkung sowie die sich ergebenden Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes noch weiter zu erhöhen, kann die Leiterplatine in dem Überlappungsbereich zumindest eine dritte elektrisch leitfähige Lage aufweisen, die von dem ersten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich vom ersten Kontaktbereich aus in Richtung des zweiten Kontaktbereichs hin erstreckt, wobei die dritte Lage an einer der ersten Lage gegenüberliegenden Seite der zweiten Lage angeordnet ist, und wobei sich die zweite und dritte Lage teilweise überlappen.

Eine nochmals erhöhte Wirkung, insbesondere eine Erhöhung des kapazitiven Anteils sowie der Reduzierung des induktiven Anteils der Energiezuleitung für das Leistungselektronik-Bauelement kann erreicht werden, wenn die Leiterplatine in dem Überlappungsbereich zumindest eine vierte elektrisch leitfähige Lage aufweist, die von dem zweiten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich vom zweiten Kontaktbereich aus in Richtung des ersten Kontaktbereichs hin erstreckt, wobei die vierte Lage an einer der zweiten Lage gegenüberliegenden Seite der dritten Lage angeordnet ist, und wobei sich die dritte und vierte Lage teilweise überlappen.

Eine besonders hohe effektive Fläche, die als Fläche zwischen entsprechenden Lagen wirkt und die als Fläche eines entsprechenden Plattenkondensators mit ineinandergreifenden Elektroden wirken kann, kann realisiert werden, wenn im Überlappungsbereich ein elektrischer Isolationsbereich angeordnet ist, welcher sich aus Richtung einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatine in Richtung einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatine erstreckt und zumindest die erste, zweite und dritte Lage mäanderförmig umgibt.

Um eine möglichst große Fläche zu erreichen, in der die erste und zweite Lage überlappen und die somit einen hohen Beitrag zur ausgebildeten Kapazität zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich ausbilden, kann die erste und zweite Lage im Wesentlichen parallel zu einer Hauptoberfläche der Leiterplatine ausgerichtet sein. In diese Richtung besteht eine große Erstreckungsmöglichkeit, so dass bei einer solchen Erstreckung oder Ausrichtung der ersten und/oder zweiten Lage eine maximale Wirkung des hier beschriebenen Ansatzes erreicht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann an oder auf zumindest einer Hauptoberfläche der Leiterplatine im Überlappungsbereich eine elektrisch leitfähige Masselage angeordnet sein, die von der ersten und/oder zweiten Lage elektrisch isoliert ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer möglichst guten Schirmung bzw. Auslöschung der vom Strom durchflossenen Lagen im Überlappungsbereich, insbesondere in Bezug auf durch Stromfluss in den Lagen erzeugte elektromagnetische Felder.

Um einen hohen Stromfluss und somit eine hohe Leistung zu erreichen, die von der Leiterplatine geführt werden soll, kann im ersten Kontaktbereich ein mit zumindest der ersten Lage elektrisch leitfähig verbundener erster Versorgungsleiter angeordnet sein, wobei in dem zweiten Kontaktbereich ein mit zumindest der zweiten Lage elektrisch verbundener zweiter Versorgungsleiter angeordnet sein kann, wobei der erste Versorgungsleiter eine größere Dicke aufweist, als die erste Lage und/oder wobei der zweite Versorgungsleiter eine größere Dicke aufweist, als die zweite Lage. Diese(r) Versorgungsleiter führen den größten Teil des Stromes, so dass die mit dem Versorgungsleiter verbundenen Lagen für die elektronische Hauptwirkung, nämlich als kapazi- tätserhöhender Abschnitt zu wirken entsprechend ausgelegt sein können.

Besonders vorteilhaft ist es in Bezug auf eine Erhöhung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung sowie einer Reduzierung des induktiven Anteils in der Energiezuleitung, wenn der erste Versorgungsleiter eine Längserstreckung aufweist, die einer Längserstreckung der ersten Lage entspricht und/oder dass der zweite Versorgungsleiter eine Längserstreckung aufweist, die einer Längserstreckung der zweiten Lage entspricht. Auf diese Weise kann beispielsweise in der ersten Lage eine Stromdichte erreicht werden, die im Wesentlichen einer Stromdichte in dem ersten Versorgungsleiter entspricht und/oder in der der zweiten Lage eine Stromdichte erreicht werden, die einer Stromdichte in dem zweiten und Versorgungsleiter im Wesentlichen entspricht. Eine besonders gut zur Leitung von hohen Strömen ausgelegte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden, wenn der erste Versorgungsleiter als ein Kupferprofil-Element ausgebildet ist und/oder der zweite Versorgungsleiter als ein Kupferprofil-Element ausgebildet ist.

Um eine möglichst optimale Kontaktierung des ersten und/oder zweiten Versorgungsleiters zu erreichen, kann zumindest ein Anschlusskontaktstift vorgesehen sein, der in den ersten Versorgungsleiter eingebettet oder eingepresst ist oder der in den zweiten Versorgungsleiter eingebettet oder eingepresst ist, wobei durch den zumindest einen Anschlusskontaktstift eine elektrische Kontaktierung des ersten oder zweiten Versorgungsleiters von einer Hauptoberfläche der Leiterplatine durchführbar ist. Unter einem Anschlusskontaktstift kann ein technisch einfach zu realisierender Einpresspin, beispielsweise in der Form eines Metallstiftes gewählt werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Leistungselektronikschaltung, die zumindest ein Leistungselektronik-Bauelement und zumindest eine Kapazität aufweist, wobei ferner eine Leiterplatine gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorgesehen ist, wobei das zumindest eine Leistungselektronik-Bauelement an einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatine an der Leiterplatine angeordnet und mit der ersten Lage elektrisch verbunden ist und wobei die Kapazität an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatine angeordnet und mit der zweiten Lage elektrisch verbunden ist. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die in Bezug auf Hauptoberflächen gegenüberliegende Anordnung von Komponenten der Leistungselektronikschaltung eine günstige Wärmeabfuhreigenschaft der Leistungselektronikschaltung realisiert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatine die folgenden Schritte aufweisen:

- Aufbringen einer zweiten Isolationslage auf die zweite Lage, wobei die zweite Isolationslage derart aufgebracht wird, dass sie die zweite Lage dem ersten Kontaktbereich elektrisch isoliert; und - Einbringen einer elektrisch leitfähigen dritten Lage auf der zweiten Isolationslage, wobei die dritte Lage von dem ersten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich von dem ersten Kontaktbereich aus in Richtung des zweiten Kotaktbereichs hin erstreckt, wobei die dritte Lage derart eingebracht wird, dass sie teilweise die zweite Lage überlappt.

Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer deutlichen Erhöhung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung, da nun die zweite Lage Sandwich-artig zwischen der ersten und dritten Lage angeordnet ist. Die zweite Lage wird somit als Zwischenlage zwischen zwei gleichpoligen Lagen ausgeformt, so dass an beiden Oberflächen der Zwischenlage, das heißt der zweiten Lage, Ladungsträger angesammelt werden können, so dass die kapazitive Wirkung einer derartigen Struktur gegenüber einer Struktur ohne dritte Lage höher ist.

Gemäß einer weiter verbesserten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren ferner zumindest die folgenden Schritte aufweisen:

- Aufbringen einer dritten Isolationslage auf die dritte Lage, wobei die dritte Isolationslage derart aufgebracht wird, dass sie die dritte Lage von dem zweiten Kontaktbereich elektrisch isoliert; und

- Einbringen einer elektrisch leitfähigen vierten Lage auf der dritten Isolationslage, wobei die vierte Lage von dem zweiten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich von dem zweiten Kontaktbereich aus in Richtung des ersten Kontaktbereichs hin erstreckt, wobei die vierte Lage derart eingebracht wird, dass sie teilweise die dritte Lage überlappt.

Auch für eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lassen sich die vorstehend in genannten Gründe bezüglich einer Verbesserung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung für das Leistungselektronik-Bauelement anführen, wobei nun auch auf beiden Hauptoberflächen der dritten Lage Ladungsträger angesammelt werden können. Hierdurch weist eine derartige Struktur des Überlappungsbereichs der Leiterplatine gegenüber einer Struktur des Überlappungsbereichs, bei der keine vierte Lage vorgesehen ist ein noch besseres Verhalten in Bezug auf die Erhöhung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung auf. Besonders positionssicher kann die erste oder zweite Lage aufgebracht werden, wenn in einem Schritt des Aufbringens der Isolationslage die Isolationslage (d.h. ein Isolationsbereich) aufgebracht wird, die eine Ausnehmung aufweist, wobei das Aufbringen derart erfolgt, dass die erste Lage in der Ausnehmung angeordnet wird oder wobei der Schritt des Einbringens der zweiten Lage derart erfolgt, dass die zweite Lage in die Ausnehmung eingebracht wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren zumindest einen Schritt des Platzierens aufweist, in dem ein erster Versorgungsleiter im ersten Kontaktbereich und ein zweiter Versorgungsleiter im zweiten Kontaktbereich platziert werden wobei das Verfahren ferner einen Schritt des elektrischen Kontaktierens aufweist, in dem der erste Versorgungsleiter mit der ersten Lage kontaktiert wird und in dem der zweite Versorgungsleiter mit der zweiten Lage kontaktiert wird. Speziell kann im Schritt des elektrischen Kontaktierens ein stoffschlüssiges Verbinden, speziell ein Verschweißen, insbesondere einen Infrarot-Verschweißen durchgeführt werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer sicheren elektrischen Kontak- tierung des ersten Versorgungsleiters mit der ersten Lage und/oder des zweiten Versorgungsleiters mit der zweiten Lage. Auf diese Weise kann zuverlässig sichergestellt werden, dass die mit der hier vorgestellten Struktur gewünschte Erhöhung des kapazitiven Anteils sowie die gewünschte Reduzierung des induktiven Anteils in der Energiezuleitung auch erreicht werden kann.

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindungen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Halterung für Busbars gemäß dem

Stand der Technik;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch eine Leiterplatine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem angeschlossenen IGBT als Leistungselektronik-Bauelement;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines im Überlappungsbereich aufgeschnittenen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leiterplatine; Fig. 4 einen Blockschaltbild für das Funktionsprinzip eines Leistungsflusses bei einer Leistungselektronik für Hybridtechnologie;

Fig. 5a und 5b perspektivische Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer Leistungselektronikschaltung unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäße Leiterplatine; und

Fig.6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweiten Merkmal/ Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal / den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal /den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal /Schritt oder nur das zweite Merkmal /Schritt aufweist.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Leiterplatine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem angeschlossenen IGBT als Leistungselektronik-Bauelement. Dabei ist in der Fig. 2 die Leiterplatine 200 dargestellt, die einen ersten Kontaktbereich 205, einen zweiten Kontaktbereich 210 sowie einen Überlappungsbereich 215 aufweist. Der Überlappungsbereich 215 ist auf der linken Seite durch den ersten Kontaktbereich 205 und auf der rechten Seite durch den zweiten Kontaktbereich 210 begrenzt. Im ersten Kontaktbereich 205 ist beispielsweise ein Kupferprofil als erster Versorgungsleiter 220 eingebracht, über welches beispielsweise ein po- sitives Gleichspannungspotenzial DC+ in der Leiterplatine 200 geführt werden kann, das zur Versorgung eines Leistungselektronik-Bauelementes verwendet wird. Analog hierzu ist im zweiten Kontaktbereich 210 beispielsweise ebenfalls ein Kupferprofil als zweiter Versorgungsleiter 225 eingebracht, über welches beispielsweise ein negatives Gleichspannungspotenzial DC- in der Leiterplatine 200 geführt werden kann, welches ebenfalls zur Versorgung eines Leistungselektronik-Bauelementes verwendet wird. Im ersten Kontaktbereich 205 ist ein erster Einpresspin 230a angeordnet, der sich von einer in Fig. 2 oben dargestellten ersten Hauptoberfläche der Leiterplatine 200 ausgehend durch den ersten Versorgungsleiter 220 nach unten hindurch erstreckt und auf einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte 200 aus der Leiterplatine 200 hervor tritt und elektrisch mit einem IGBT 235 als Beispiel für ein Leistungselektronik-Bauelement verbunden ist. Entsprechend ist auch im zweiten Versorgungsleiter 225 ein zweiter Einpresspin 230b eingebracht oder eingebettet, der sich jedoch nicht der vom ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte 200 sondern von einem Innenbereich des Versorgungsleiters 225 aus durch die zweite Hauptoberfläche der Leiterplatte 200 hinaus erstreckt und elektrisch mit einem weiteren Kontakt des IGBT 235 verbunden ist. Unter Verwendung der beiden Einpresspins 230a und 230b kann somit elektrische Energie von unterschiedlichen Versorgungsleitern 220 bzw. 225 an den IGBT 235 als Leistungselektronik-Bauelement übertragen werden.

Um nun die besonderen Vorteile des hier vorgestellten Ansatz zu realisieren, insbesondere eine Erhöhung des kapazitiven Anteils sowie eine Reduzierung des induktive Anteils in der Energiezuleitung für das Leistungselektronik-Bauelement zu realisieren, ist der Überlappungsbereich 215 der Leiterplatine 200 besonders aus geformt. Hierbei sind im Überlappungsbereich 215 mehrere elektrisch leitfähige Lagen angeordnet, die elektrisch wirksam mit dem im ersten Kontaktbereich 205 angeordneten ersten Versorgungsleiter 220 verbunden sind. Beispielsweise ist dabei im Überlappungsbereich 215 eine erste Lage 240a, eine dritte Lage 240c sowie eine fünfte Lage 240e angeordnet. Zwischen diesen, mit dem ersten Versorgungsleiter 220 verbundenen Lagen sind weitere elektrisch leitfähige Lagen angeordnet, die über einen Isolationsbereich 245, der beispielsweise aus Schichten oder Abschnitten eines herkömmlichen Leiterplattenmaterials wie FR4 gebildet sein kann, voneinander elektrisch isoliert sind. Diese weiteren elektrisch leitfähigen Lagen, wie die zwischen der ersten Lage 240a und der dritten Lage 240c angeordnete zweite Lage 240b, die zwischen der dritten Lage 240c und der fünften Lage 240e angeordnete vierte Lage 240d sind mit dem zweiten Versorgungsleiter 225 elektrisch wirksam verbunden, der im zweiten Kontaktbereich 210 angeordnet ist. Ferner kann noch eine sechste Lage 240f vorgesehen sein, die sich zwischen der fünften Lage 240e und der zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte 200 erstreckt. Die erste bis sechsten Lage kann dabei beispielsweise aus einer Dickkupfereinlagen bestehen, die während des Herstellungsprozesses schichtweise abwechselnd mit dazwischen eingebrachten Isolationslagen des Isolationsbereichs 245 angeordnet sind. Die erste, dritte und fünfte Lage erstrecken sich dabei ausgehend vom ersten Kontaktbereich 205 in Richtung des zweiten Kontaktbereichs 210 hin, wobei sie den zweiten Kontaktbereich 210 nicht vollständig erreichen, sondern zwischen ihrem Ende und dem zweiten Kontaktbereich 210 bzw. dem dort angeordneten zweiten Versorgungsleiter 225 zumindest ein Teilbereich oder -abschnitt des Isolationsbereichs 245 verbleibt, um eine möglichst gute elektrische Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsleiter 220 bzw. 225 zu erreichen. Zugleich erstrecken sich die zweite, vierte und sechste Lage ausgehend vom zweiten Versorgungsleiter 225 im zweiten Kontaktbereich 210 in Richtung des ersten Kontaktbereichs 205 bzw. dem darin angeordneten ersten Versorgungsleiter 220, wobei ebenfalls zwischen einem Ende der zweiten, vierten und sechsten Lage und dem ersten Kontaktbereich 205 bzw. dem dort angeordneten ersten Versorgungsleiter 220 zumindest einen Teilbereich des Isolationsbereichs verbleibt, um eine möglichst gute elektrische Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsleiter 220 bzw. 225 zu erreichen.

Die erste bis sechste Lage erstreckt sich dabei im Wesentlichen parallel zu einer Hauptoberfläche der Leiterplatte 200. Somit kann der Isolationsbereich 245 derart beschrieben werden, dass er sich mäanderförmig zwischen den einzelnen jeweils benachbarten Lagen im Überlappungsbereich 215 zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche erstreckt. Gemäß der vorstehend beschriebenen Abfolge von elektrisch leitfähigen Lagen 240 und dazwischen angeordneten Isolationsschichten des Isolationsbereichs 245 wird somit erreicht, dass benachbart angeordnete elektrisch leitfähige Lagen sich teilweise überlappen und eine ineinander verzahnte Struktur bilden. Dabei müssen nicht alle vorliegend dargestellten Lagen realisiert werden, vielmehr ist es auch ausreichend, wenn beispielsweise nur die erste bis dritte Lage oder die zweite bis vierte Lage im Überlappungsbereich angeordnet werden. Weitere Lagen erhöhen natürlich die Wirkung des hier vorgestellten Ansatzes.

Ferner kann noch im Überlappungsbereich 215 auf oder an der ersten Hauptoberfläche und/oder an oder auf der zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte 200 eine Masselage 250, das heißt eine elektrisch leitfähige Lage angeordnet sein, die zur Kon- taktierung mit einem Massepotenzial vorgesehen ist.

Eine gemäß der Darstellung aus Fig. 2 aufgebaute Leiterplatte 200 ermöglicht nun, dass die Abfolge von elektrisch leitfähigen Lagen 240 im Überlappungsbereich 215 eine Art Interdigital-Kapazität zwischen dem ersten Versorgungsleiter 220 und dem zweiten Versorgungsleiter 225 ausbildet. Insbesondere bei großem Leistungsbedarf des Leistungselektronik-Bauelements 235 und der damit einhergehenden großen Strömen im ersten und zweiten Versorgungsleiter kann somit eine Erhöhung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung erreicht werden. Zugleich kann er durch das dicht benachbarte Führen von unterschiedlichen Strömen in den hier beschriebenen benachbarten Lagen im Überlappungsbereich eine Reduzierung des induktive Anteils in der Energiezuleitung erreicht werden, da sich entstehende Magnetfelder gegenseitig wieder aufheben. Zugleich kann durch die Vergrößerung des Leitungsquerschnitts der Versorgungsleiter durch die Querschnittsfläche der jeweils mit den betreffenden Versorgungsleitern verbundenen elektrisch leitfähigen Lage ein eine möglichst niederimpedante Anbindung und Ausführung des Busbarsystems und der angeschlossenen Bauteile erreicht werden. Insbesondere durch das Vorsehen der Masselage(n) 250, die günstigerweise im Betrieb der Leiterplatine mit einem Massepotenzial verbunden sich, kann ferner eine möglichst gute Schirmung bzw. Auslöschung der von Strom durchflossenen Leiter erzeugten elektromagnetischen Felder erreicht werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass nicht zwangsläufig ein Aufbau oder eine Schichtung von elektrische leitfähigen Lagen gemäß der Darstellung aus Fig. 2 ausgeführt werden braucht, um die genannten besonderen Vorteile des hier vorgestellten Ansatz zu realisieren. Vielmehr kann der beispielsweise auch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bei der lediglich eine elektrisch leitfähige Lage, die vom ersten Kontaktbereich 205 elektrisch kontaktierbar ist, teilweise überlappend gegenüber einer zweiten elektrisch leitfähigen Lage angeordnet ist, welche Form erzeugten Kontaktbereich 210 elek- trisch leitfähig kontaktierbar ist. In diesem Fall lässt sich beispielsweise ebenfalls eine Erhöhung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung realisieren, auch wenn eine Abfolge von mehreren ineinander verzahnt angeordneten elektrisch leitfähigen Lagen natürlich den Effekt beispielsweise eine Erhöhung des kapazitiven Anteils in der Energiezuleitung deutlich verbessert.

Das vorstehend dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich somit auf die Umsetzung einer Energiezuführung über mehrere Lagen einer Leiterplatte. Die Verteilung beispielsweise der Plus- und Minusspannungslage erfolgt dabei abwechselnd, analog der Anordnung eines mehrlagigen Plattenkondensators. Das Energiezuleitungssystem in der Leiterplatine steht somit als zusätzlicher Kondensator zur Verfügung. Dabei werden beispielsweise abwechselnd Plus-bzw. Minusspannungslagen angeordnet. Dadurch entsteht eine Art„Verzahnung" der Spannungslagen. Aus diesem Grund ist es für einen solchen Aufbau besonders vorteilhaft, mindestens je zwei positive und zwei negative Spannungslagen abwechselnd überlappend (verzahnt) anzuordnen.

Durch das überlappende Anordnen der Spannungslagen wird erreicht, dass sich die entstehenden Magnetfelder gegenseitig wieder aufheben. Dadurch wird das Gesamtsystem positiv beeinflusst. Um eine möglichst komplette Kapselung zu erreichen, kann auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte noch eine Schicht aufgebracht werden, welche mit der Masse verbunden ist. Somit erreicht man vorteilhaft eine absolut gekapselte Spannungslagenanordnung, die sämtlichen Nachteile aus dem Stand der Technik (Busbaranordnung) verbessert.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines im Überlappungsbereich aufgeschnittenen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leiterplatine. Hierbei wird ersichtlich, dass im Überlappungsbereich 215 die elektrische leitfähigen Lagen 240 derart angeordnet sind, dass sie sich einerseits parallel zur (oben dargestellten) ersten Hauptoberfläche der Leiterplatine 200 erstrecken und ferner auch parallel zu dem links dargestellten ersten Versorgungsleiter 220 erstrecken. Die Lagen weisen somit eine Längserstreckung auf, die der Längserstreckung des ersten Versorgungsleiters 220 entspricht. Entsprechendes gilt analog auch für die Erstreckung der elektrischen Lagen in Bezug zum in Fig. 3 nicht dargestellten zweiten Versorgungsleiter. Ferner ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass die Leiterplatine vollständig von Isolationsmaterial 245, beispielsweise dem bekannten Leiterplattenmaterial, eingeschlossen ist, so dass an möglichst wenigen Stellen an der Oberfläche der Leiterplatine 200 eine Gefährdung durch freiliegende spannungsführende Bereiche besteht.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild für das Funktionsprinzip eines Leistungsflusses bei einer Leistungselektronik für Hybridtechnologie. Hierbei wird insbesondere eine Leiterplatine 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet, wie sie beispielsweise mit Bezug zu den Figuren 2 und 3 beschrieben wurde, um eine Hochvolt-Batterie 400 ein Zwischenkreiskondensator 410 sowie ein Leistungselektronik-Bauelement (beispielsweise den IGBT 235) miteinander zu verbinden. In dem Blockschaltbild aus Fig. 4 ist die vorstehend beschriebene Leiterplatine in Form des am oberen Bildrand dargestellten Verbindungsbusses 200 wiedergegeben, wobei durch die beiden dargestellten Leitungen beispielsweise der erste Verbindungsleiter 220 und der zweite Verbindungsleiter 225 repräsentiert ist. Das Leistungselektronik-Bauelement 235 kann beispielsweise aus einer Gleichspannung DC-, die ihm unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Leiterplatine 200 zugeführt wird, einen dreiphasigen Wechselstrom oder eine dreiphasige Wechselspannung AC~ erzeugen, welche für den Betrieb eines Motors 420 verwendet wird.

Die Figuren 5a und 5b zeigen perspektivische Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer Leistungselektronikschaltung unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leiterplatine 200. Hierbei ist in Fig. 5a eine Ansicht auf eine Unterseite der Leistungselektronikschaltung dargestellt, wobei mehrere Leistungselektronik-Bauelemente 235 abgebildet sind. Dabei sind die Leistungselektronik-Bauelemente 235 mit dem ersten und zweiten Versorgungsleiter 220 bzw. 225 verbunden, welche wiederum mit entsprechend verbundenen Lagen im Überlappungsbereich 215 kontaktiert sind. In der Fig. 5b ist eine Ansicht auf eine Oberseite der Leistungselektronikschaltung dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass ein Zwischenkreis-Kondensator 410 auf der Oberseite der Leiterplatine 200 angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine auch räumliche Trennung der Leistungselektronik-Bauelemente 235 sowie des Zwischenkreis-Kondensators 410 erfolgen, was unter anderem zu einer verbesserten Wärmeabfuhr-Möglichkeit führt. Eine solche Anordnung erfordert aber eine möglichst gute, verlustarme und wenig abstrahlende Energieführung in der Leiterplatine, die gerade durch die vorstehend vorgeschlagene Leiterplatine erreichbar ist.

Der vorstehend vorgeschlagene Ansatz in für den Aufbau einer Leiterplatine bietet daher gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile. Beispielsweise lässt sich ein niederimpedantes Busbardesign realisieren, bei dem eine ideale Anbindung des Zwischenkreiskondensators möglich ist. Weiterhin lassen sich niedrige Verlust im Busbarsystem realisieren, so dass es in lediglich zu einer geringeren Wärmeentwicklung als bei Ansätzen im Stand der Technik kommt. Zugleich wird durch die verbesserte Positionierungsmöglichkeit der Komponenten der Schaltung eine verbesserte Wärmeableitung möglich. Da nun auch geringere Wechselspannungsanteile auf dem Gleichspannungsleiter zu erwarten sind, wird ferner auch eine an die hier vorgestellte Schaltung angeschlossenen Batterie geschont. Auf Grund des vorstehend beschrieben einen Lagen- aufbaus ergibt sich ferner eine zusätzliche Kapazität in der Energiezuleitung der Leiterplatine, was sich in einem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten EMV- Verhalten auszeichnet. Dies ermöglicht vorteilhaft die Verwendung von zukünftig höheren Taktfrequenzen.

Fig.6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 600 zur Herstellung einer Leiterplatine zur Versorgung von zumindest einem Leistungselektronik-Bauelement. Das Verfahren weist einen Schritt des Bereitstellens 610 eines Platinengrundkörpers, der einen ersten Kontaktbereich und einen vom ersten Kontaktbereich elektrisch isolierten zweiten Kontaktbereich umfasst. Ferner umfasst das Verfahren 600 zumindest einen Schritt des Anordnens 620 einer elektrisch leitfähigen ersten Lage in einem Überlappungsbereich der durch den ersten und zweiten Kontaktbereich begrenzt ist, wobei die erste Lage von dem ersten Kontaktbereich aus kontaktierbar ist und sich von dem ersten Kontaktbereich aus in Richtung des zweiten Kontaktbereichs hin erstreckt. Weiterhin umfasst das Verfahren 600 einen Schritt des Aufbringens 630 einer Isolationslage auf die erste Lage, wobei die Isolationslage derart aufgebracht wird, dass die erste Lage von dem zweiten Kontaktbereich elektrisch isoliert ist. Schließlich umfasst das Verfahren 600 einen Schritt des Einbringens einer elektrisch leitfähigen zweiten Lage auf der Isolationslage, wobei die zweite Lage von dem zweiten Kontaktbereich aus elektrisch kontaktierbar ist und sich von dem zweiten Kontaktbereich aus in Richtung des ersten Kotaktbereichs hin erstreckt, wobei die zweite Lage derart eingebracht wird, dass sie teilweise die erste Lage überlappt.

Bezuqszeichen

200 Leiterplatine

205 erster Kontaktbereich

210 zweiter Kontaktbereich

215 Überlappungsbereich

220 erster Versorgungsleiter

225 zweiter Versorgungsleiter

230a erster Einpresspin

230b zweiter Einpresspin

235 Leistungselektronik-Bauelement, IGBT

240a erste Lage

240b zweite Lage

240c dritte Lage

240d vierte Lage

240e fünfte Lage

240f sechste Lage

245 Isolationsbereich, Isolationslage

250 Metalllage, Abschirmungslage

400 Hochvolt-Batterie

410 Zwischenkreis-Kondensator

420 Motor

600 Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatine

610 Schritt des Bereitstellens eines Platinengrundkörpers

620 Schritt des Anordnens einer elektrisch leitfähigen ersten Lage

630 Schritt des Aufbringens einer Isolationslage auf die erste Lage

640 Schritt des Einbringens einer elektrisch leitfähigen zweiten Lage