Leistungsmodul Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul.

In der Leistungselektronik, insbesondere bei Leistungsmodu ^¬ len, werden regelmäßig elektronische Bauelemente auf Substra ^¬ ten, wie insbesondere Leiterplatten oder DCB-Keramiken oder Anschlussrahmen fixiert und mittels Drahtbondens elektrisch kontaktiert. Die Drahtbonds verbinden dabei Kontaktflächen der Bauelemente mit elektrischen Kontaktflächen des Substrats. Solche Drahtbonds sind typischerweise fragil und be ^¬ grenzen die Lebensdauer von Leistungselektroniken und Leis- tungsmodulen . Ferner ist mittels Drahtbondens die räumliche

Gestaltung von Leistungselektroniken nur wenig flexibel. Weiterhin erfordert das Drahtbonden eine aufwändige Montage, so dass eine kostengünstige Automatisierung nur schwer möglich ist. Die Montage ist daher regelmäßig vergleichsweise teuer.

Auch eine thermische Kontaktierung von Teilen von Leistungsmodulen, etwa von Kühlkörpern, ist regelmäßig aufwendig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Leis- tungsmodul zu schaffen, bei welchem insbesondere die elektri ^¬ sche und/oder thermische Kontaktierung vereinfacht ist. Ins ^¬ besondere soll eine leichtere Montage sowie eine erhöhte Le ^¬ bensdauer erreicht werden können. Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben .

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist zumindest zwei Tei ^¬ le auf, welche miteinander elektrisch kontaktierend und/oder thermisch kontaktierend klemm- und/oder steckbar sind. Bevor- zugt sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die zumin ^¬ dest zwei Teile miteinander, insbesondere zu einem einstückig handhabbaren Modul, elektrisch und/oder thermisch kontaktierend geklemmt und/oder gesteckt.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul lassen sich infolge der klemmbaren Ausbildung der zumindest zwei Teile die zwei Teile miteinander elektrisch und/oder thermisch kontaktieren, indem diese miteinander geklemmt und/oder gesteckt werden. Folglich ist die Montage bei dem erfindungsgemäßen Leistungs ^¬ modul deutlich vereinfacht. Anders als bei bekannten Leis ^¬ tungsmodulen ist es nicht erforderlich, die zumindest zwei Teile in einem ersten Schritt zueinander zu positionieren und nachfolgend etwa stoffschlüssig miteinander elektrisch und/oder thermisch zu kontaktieren. Vielmehr sind die miteinander zu kontaktierenden Teile einfach zueinander bringbar und infolge der Klemmung elektrisch und/oder thermisch kontaktierbar . Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die zumindest zwei Teile elektronische oder elektrische Bau ^¬ teile; insbesondere sind eines oder mehrere oder sämtliche der Teile des Leistungsmoduls mit einem Bauteil der Gruppe Halbleiterbauteil, insbesondere Transistor und/oder Diode, und/oder Kühler und/oder Kühlkörper und/oder Anschlussrahmen und/oder Steuereinrichtung gebildet. Gerade eines oder mehrere der vorgenannten Bauteile sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul einfach zueinander positioniert montierbar und miteinander elektrisch und/oder thermisch kontaktierbar.

Bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul eines oder mehrere oder sämtliche der Teile, insbesondere fluid- dicht, umhaust. Auf diese Weise können die Teile zu einem größeren Modul geklemmt und/oder gesteckt sein, ohne dass nachfolgend eine Umhausung um dieses Modul herum vorzusehen ist. Vielmehr können aufgrund der Umhausung einzelner Teile zusätzliche Umhausungen entfallen. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist daher die Fertigung und insbesondere die Montage des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls deutlich vereinfacht .

Zweckmäßig weisen bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die zumindest zwei Teile miteinander korrespondierende Klemm ^¬ profile auf, mittels welchen die Teile, insbesondere als Klemmbausteine, klemmbar und zweckmäßig auch steckbar, sind. Insbesondere sind solche Klemmprofile vom Verbindungsprinzip her gleichartig ausgebildet wie etwa Klemmprofile von Klemm- bausteinen im Spielzeugbereich, etwa von Klemmbausteinen, die unter dem Markennamen "LEGO" bekannt sind. Folglich müssen die Teile lediglich mit ihren Klemmprofilen zueinander bewegt werden, um die Teile miteinander mechanisch zu arretieren und zugleich elektrisch und/oder thermisch zu kontaktieren.

Besonders bevorzugt weist bei dem erfindungsgemäßen Leis ^¬ tungsmodul jeweils ein erstes Klemmprofil Vorsprünge und ein zweites Klemmprofil Ausnehmungen auf, welche mit den Vor ^¬ sprüngen korrespondieren. Auf diese Weise können die Vor- sprünge des ersten Klemmprofils in die Ausnehmungen geklemmt werden, so dass die Klemmprofile miteinander reibschlüssig verbunden sind. Zweckmäßigerweise weisen bei dem erfindungs ^¬ gemäßen Leistungsmodul die Vorsprünge und/oder Ausnehmungen elektrisch und/oder thermisch leitende Seitenwände auf. Auf diese Weise können Vorsprünge und Ausnehmungen der Klemmpro ^¬ file leicht elektrisch und/oder thermisch kontaktierend aus ^¬ gebildet werden. Zweckmäßigerweise sind Vorsprünge und/oder Ausnehmungen mit metallenen Seitenwänden ausgebildet. Es versteht sich, dass Vorsprünge und/oder Ausnehmungen nicht not- wendigerweise vollständig elektrisch und/oder thermisch lei ^¬ tende Seitenwände aufweisen müssen, sondern Seitenwände auch aus mehreren Materialien, von welchen lediglich eines oder ein Teil leitend ausgebildet ist/sind, gefertigt werden kön ^¬ nen .

Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die Klemmprofile zumindest bereichsweise elektrisch isoliert. Auf diese Weise ist bei der Montage des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ein weiterer Schritt nach der Arretierung der Teile zur elektrischen Isolierung nicht erforderlich. Vielmehr ist die Isolierung der Teile infolge der Ausbildung der Klemmprofile bereits nach dem Klemmen und/oder Stecken der zumindest zwei Teile miteinander gegeben.

Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul zumindest drei Teile auf, welche zumindest in einer Richtung betrachtet aufeinanderfolgend geklemmt und/oder gesteckt sind. Gerade mittels der einfachen Montage können sehr auf ^¬ wändige und individuelle Geometrien von Teile des Leistungs ^¬ moduls montiert und zugleich elektrisch und/oder thermisch kontaktiert werden. Geeigneterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul zusätzlich zumindest ein weiteres Verbindungsmittel vorhan ^¬ den. So können die Teile des Leistungsmoduls vorzugsweise, nachdem sie miteinander geklemmt sind, zusätzlich miteinander verschraubt, zusammengezwängt, genietet oder geklebt sein. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Leistungsmo ^¬ dul auch für raue Betriebsbedingungen, wie etwa mechanischen Vibrationen, geeignet ausbilden.

Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungs- modul die zumindest zwei Teile sowohl elektrisch als auch thermisch miteinander kontaktiert. Insbesondere ist somit mittels metallischer Materialien eine zugleich elektrisch leitende und eine wärmeleitende Kontaktierung leicht unauf- wändig realisierbar. Vorteilhafterweise können mittels zweck- mäßig vorgesehener Klemmprofile flächige Kontaktierungen rea ^¬ lisiert werden, welche einen effizienten und insbesondere wärmespreizenden Wärmeabtransport ermöglichen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei ^¬ gen : Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Leistungsmoduls in einer Explosionsdarstel ^¬ lung schematisch in Längsschnitt sowie Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsge ^¬ mäßen Leistungsmoduls in einer Explosionsdarstel ^¬ lung schematisch in Längsschnitt.

Das in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Leistungsmodul 10 weist in an sich bekannter Weise ein Substrat 20 in Ge ^¬ stalt eines Flachteils, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Aluminiumnitrid-AMB-Substrat (AMB = engl.: „Active metal braze") , auf. Das Substrat 20 weist an zwei einander abge ^¬ wandten Flachseiten 30, 40 jeweils Kupfermetallisierungen 50, 60 auf, an welche weitere Bauteile des Leistungsmoduls 10 elektrisch kontaktiert sind.

An einer ersten 30 der Flachseiten 30, 40 des Leistungsmoduls 10 sind elektronische Bauteile 70, 80, im dargestellten Aus- führungsbeispiel ein IGBT-Transistor (IGBT = engl. „Insulated Gate Bipolar Transistor") sowie eine Diode, angebunden. Die Bauteile 70, 80 weisen jeweils eine dem Substrat 20 zugewand ^¬ te Flachseite auf, die jeweils eine Kontaktfläche 84 auf ^¬ weist, an welcher das jeweilige Bauteil 70, 80 mittels Löt- schichten 90 an die Kupfermetallisierungen 50 des Substrats 20 des Leistungsmoduls 10 angebunden und elektrisch kontaktiert ist. Die Bauteile 70, 80 sind mittels eines an das Sub ^¬ strat 20 angespritzten Gehäuses 100, welches entlang der flä ^¬ chigen Erstreckungen der ersten Flachseite 30 mit dem Sub- strat 20 fluiddicht abschließt, eingehaust.

Mit einer zweiten, der ersten 30 abgewandten, Flachseite 40 ist mittels einer Lötschicht 110 eine Grundplatte 120 ther ^¬ misch verbunden, die zur thermischen Anbindung des Substrats 20 an ein Kühlmodul ausgebildet ist.

Das Substrat 20 bildet gemeinsam mit den Bauteilen 70, 80 und den Lötschichten 90, 110 sowie dem Gehäuse 100 und der Grund- platte 120 eine Leistungselektronikbaugruppe 130 des Leis ^¬ tungsmoduls 10.

Das Leistungsmodul 10 umfasst zudem ein Kühlmodul 140 mit ei- nem Kühlkanal 150, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus ^¬ gebildet zur Wasserkühlung.

Ferner ist ein Steuer- und Anschlussmodul 160 vorhanden, wel ^¬ ches zum einen eine Steuereinrichtung 170, sowie einen An- schlussrahmen 180 aufweist, wobei der Anschlussrahmen 180 zur elektrischen Kontaktierung an die Diode und die Steuereinrichtung 170 zur elektrischen Kontaktierung an den IGBT- Transistor vorgesehen ist. Sowohl das Kühlmodul 140 als auch das Steuer- und Anschluss ^¬ modul 160 sind jeweils als Flachteil ausgebildet, welche sich im betriebsbereiten Leistungsmodul 10 jeweils mit ihren flä ^¬ chigen Erstreckungen entlang der flächigen Erstreckungsrich- tungen der Flachseiten 30, 40 des Substrats 20 des Leistungs- moduls 10 erstrecken und senkrecht dazu eine um mehr als ei ^¬ nen Faktor 10 geringere Abmessungen aufweisen. Bei dem Steuer- und Anschlussmodul 160 sind Anschlussrahmen 180 und Steu ^¬ ereinrichtung 170 in Richtung der flächigen Erstreckungsrich- tungen der Flachseiten 30, 40 des Substrats 20 des Leistungs- moduls 10 versetzt angeordnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul 10 sind sowohl die Leistungselektronikbaugruppe 130 als auch das Kühlmodul 140 sowie das Steuer- und Anschlussmodul 160 als miteinander klemm- und steckbar und mittels Aneinandersteckens zugleich elektrisch und thermisch kontaktierbar ausgebildet.

Dazu weisen Leistungselektronikbaugruppe 130 und Kühlmodul 140 und Steuer- und Anschlussmodul 160 im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel an den im erfindungsgemäßen Leistungsmodul 10 aneinander anliegenden Seiten die Gestalt von Klemmprofilen von Klemmbausteinen auf. So weist das Gehäuse 100 der Leis ^¬ tungselektronikbaugruppe 130 Noppen 200 auf, welche sich senkrecht zu den flächigen Erstreckungen der Flachseiten 30, 40 des Substrats 20 vom Substrat 20 Wegstrecken. Die Noppen weisen eine Kegelstumpfartige Form auf, welche mit ihren sich verjüngenden Enden vom Substrat 20 fortweisen.

Korrespondierend mit den Noppen 200 weist das Steuer- und An ^¬ schlussmodul 160 korrespondierende Klemmkanäle 210 auf, wel ^¬ che sich senkrecht in das Steuer- und Anschlussmodul 160 hineinstrecken und welche die Noppen 200 im zusammengesetzten Zustand des Leistungsmoduls 10 klemmend aufnehmen, d.h. die

Noppen 200 sind reibschlüssig in den Klemmkanälen 210 festge ^¬ legt, sodass sich die Noppen 200 nur mit deutlichem und im Normalbetrieb des Leistungsmoduls 10 typischerweise nicht auftretenden Kräften aus den Klemmkanälen 210 lösen lassen. Somit sind das Steuer- und Anschlussmodul 160 und die Leis ^¬ tungselektronikbaugruppe 130 in der Art von Klemmbausteinen, wie sie beispielsweise im Spielzeugbereich unter dem Markennamen „Lego" seit Jahrzehnten bis heute im Wesentlichen unverändert vertrieben werden, miteinander festgelegt und so mechanisch miteinander verbunden. Grundsätzlich können die

Noppen 200 in nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispie ^¬ len auch in derselben Weise wie bei solchen Klemmbausteinen geformt sein und die Klemmkanäle können als zwischen geraden Seitenwänden und zylindrischen Hülsen befindliche Zwischen- räume gebildet sein.

Die Grundplatte 120 der Leistungselektronikbaugruppe 130 weist an ihrer dem Substrat 20 abgewandten Seite ebenfalls Klemmkanäle 210 auf, welche sich senkrecht in die Grundplatte 120 hineinstrecken. Korrespondierend mit diesen Klemmkanälen 120 weist das Kühlmodul 140 an seiner der Leistungselektro ^¬ nikbaugruppe 130 zugewandten Seite ebenfalls Noppen 200 auf, welche ausgebildet sind wie oben beschrieben. Die Noppen 200 sind im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit Metall, hier aus Kupfer, gebildet. Die Noppen 200 sind dabei mittels einer aus Kupfer gefertigten Noppengrundplatte 230, von der sie sich fortstrecken, miteinander verbunden. Die Noppengrundplatte 230 erstreckt sich als

Flachteil mit ihren flächigen Erstreckungen parallel zu den flächigen Erstreckungen der Flachseiten 30, 40 des Substrats 20. Die Noppengrundplatte 230 ist dabei mittels eines elekt- risch isolierenden Kunststoffs, mit welchem die Noppengrund ^¬ platte 230 umspritzt ist, elektrisch isoliert (nicht explizit dargestellt) . Die Klemmkanäle 210 sind jeweils mit kupfernen Seitenwänden gebildet, welche sich jeweils von einem ebenfalls mit isolierendem Kunststoff umspritzten Stirnende in die Leistungselektronikbaugruppe 130 und/oder das Steuer- und Anschlussmodul 160 hineinstrecken. Auf diese Weise ist mit ^¬ tels der Noppen 200 und der Klemmkanäle 210 eine elektrisch leitende Verbindung gewährleistet. Zugleich ist aufgrund des Kupfermaterials mittels der Noppen 200 und der Klemmkanäle 210 eine gute thermische Anbindung insbesondere der Leis ^¬ tungselektronikbaugruppe 130 und des Kühlmoduls 140 reali ^¬ siert .

Damit kann das erfindungsgemäße Leistungsmodul 10 erfindungs- gemäß leicht gefertigt werden, indem das Steuer- und An ^¬ schlussmodul 160, die Leistungselektronikbaugruppe 130 und das Kühlmodul 140 zusammengesteckt werden. Dazu ist es hin ^¬ reichend, Steuer- und Anschlussmodul 160 und Leistungselekt ^¬ ronikbaugruppe 130 und Kühlmodul zur jeweiligen Verbindung miteinander entlang der in Fig. 1 jeweils dargestellten Pfeile 400 aufeinander zu zubewegen und so mechanisch zu arretieren .

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass anstelle einer Wasserkühlung in Fig. 2 ein Kühlmodul 140 ausgebildet zur Luftkühlung, vorhanden ist.

Im Unterschied zum Kühlmodul 140 weist das Kühlmodul 140 ^λ Kühlrippen 300 auf, mittels welchen eine Wärmeabgabe an daran vorbeistreichender Luft erfolgen kann. Im Übrigen entspricht das in Fig. 2 dargestellte Leistungsmo ^¬ dul 10 ^λ dem in Fig. 1 dargestellten Leistungsmodul 10.

In weiteren, nicht eigens dargestellten, Ausführungsbeispie- len, welche im Übrigen dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, sind Kühlmodul 140, Leistungs ^¬ elektronikbaugruppe 130 und Steuer- und Anschlussmodul 160 zusätzlich miteinander verschraubt, zusammengezwängt, genie ^¬ tet oder verklebt, sodass das Leistungsmodul auch Vibrationen standhält.