Titel

Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene und korrespondierende Leistungsschaltung

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene nach Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Leistungsschaltung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 11 mit mindestens einer solchen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene.

Aus Leistungstransistoren, Lotverbindern, Stromschienen, Kondensatoren und Drosseln bestehende leistungselektronische Baugruppen werden in der Regel auf geschichteten DBC-Schaltungsträgern (DBC: Directly Bonded Copper) oder auch Hochstromleiterplatten aufgebaut. Insbesondere für Leistungsschaltungen mit hohen und höchsten Verlustleistungen, die mit geringem thermischen Durchgangswiderstand an potentialfreien Wärmesenken entwärmt werden, werden solche DBC-Schaltungsträger eingesetzt. Der keramische Träger einer DBC- Baugruppe liegt im Wärmepfad und hat eine wesentlich geringere thermische Leitfähigkeit als Kupfer. Zur besseren Spreizung des Wärmestroms ist zwischen

Keramikträger und Wärmesenke in der Regel eine sich nahezu über den gesamten Wärmestromquerschnitt erstreckende Kupferschicht aufgebracht. Diese Kupferschicht wird in der Regel mittels Wärmeleitpaste oder Folie auf die Wärmesenke aufgebracht, die etwa aus Aluminium oder (seltener) aus Kupfer besteht. Die Wärmeleitpaste lässt laterale thermomechanische Dehnungen des DBC-

Schaltungsträgers zu und erlaubt die Aufbringung der Kupferschicht auf Materialien mit erheblich verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit stellt die Wärmeleitpaste oder Wärmeleitfolie nach der Keramik eine weitere thermische Barriere dar, die ein signifikan- tes Temperaturgefälle im Wärmepfad hervorrufen kann. Der Verringerung dieses Temperaturgefälles mittels Ausbildung eines möglichst kleinen Spaltmaßes zwischen der Kupferschicht und der Wärmsenke sind einerseits wegen vorgegebener Fertigungs- und Fügetoleranzen der Baugruppe, andererseits kraft thermischer Oberflächenwiderstände zwischen unebenen Füge- flächen mit typischen technischen Rauigkeiten Grenzen gesetzt. Diese Kontaktwiderstände können insbesondere bei Verwendung körniger Wärmeleitpasten oder steifer Wärmeleitfolien und Ausbildung geringer Spaltweiten kleiner 200 μηη dominant werden.

Aus der DE 10 2013 203 532 AI ist eine Bauteilkühlung eines auf einer Grundplatte sitzenden elektrischen Leistungsbauteils in Form eines Chips bekannt. Der Chip ist über eine DBC-Schicht sowie eine Lotschicht auf der Grundplatte angeordnet. Diese Grundplatte weist an der dem Chip abgewandten Rückseite einen Kühlkörper auf, der über eine Wärmeleitpaste in thermischen Kontakt mit der Grundplatte ist und über Schrauben mit der Grundplatte verbunden ist. Über als Stromschienen ausgeführte Anschlüsse wird der Chip mit externen Komponenten elektrisch verbunden. Diese als Stromschienen ausgeführten Anschlüsse sind im Querschnitt und durch Materialauswahl für einen Wärmetransport entsprechend gestaltet. Die als Stromschienen ausgeführten Anschlüsse weisen einen aus Kunststoff gefertigten Grundkörper auf, in welchem zwei Leiterbahnen und drei Kühlmittelkanäle angeordnet sind. Die von einem Kühlmittel durchflos- senen Kühlmittelkanäle sind mit einem Kühlsystem verbunden und führen die Wärmenergie des Chips ab.

Aus der DE 10 2004 018 469 B3 ist eine Leistungshalbleiterschaltung bekannt, welche ein Leistungshalbleitermodul umfasst und als flache Baugruppe ausgebildet ist, indem mindestens ein elektronisches Bauelement auf einem Substrat angeordnet und über eine oberseitige Kontaktfläche mit einer Anschlussfläche einer Folie kontaktiert ist. Zudem umfasst die Leistungshalbleiterschaltung eine stromzuführende und/oder abführende Verschienung, auf deren einen Deckschiene das Leistungshalbleitermodul angeordnet ist, und eine Kühleinrichtung, welche in die Verschienung integriert ist.

Offenbarung der Erfind Die Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und die Leistungsschaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 haben den Vorteil, dass im Gegensatz zu einer Leistungsschaltung mit einem herkömmlichen Kühlkörper, welcher die von lokalen Verlustleistungsquellen eingetragene Wärme spreizt und etwa über Kühlrippen an eine erzwungene Luftströmung abgibt, die Abwärme der mindestens einen Stromschiene und/oder der Leistungsschaltung überwiegend durch die thermisch und elektrisch impedanzarm ausgelegte mindestens eine als Kühlrippe ausgebildete Stromschiene fließt, deren Oberflächen der erzwungenen entwärmenden Fluidströmung ausgesetzt sind.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene mit einem Grundkörper und mindestens einer Kühlrippe zur Verfügung. Hierbei ist die mindestens eine Stromschiene als Kühlrippe ausgebildet, wobei mindestens ein Kühlkörper als Strömungskammer ausgebildet ist, welche eine korrespondierende Stromschiene zumindest teilweise aufnimmt und deren Wandungen einen Strömungskanal bilden, wobei eine innerhalb der Strömungskammer erzwungene Fluidströmung Wärmenergie von der in die Strömungskammer ragenden Oberfläche der als Kühlrippe ausgebildeten Stromschiene aufnimmt und abführt.

Zudem wird eine Leistungsschaltung vorgeschlagen, welche mindestens einen Leistungshalbleiter und mindestens zwei Stromschienen, welche unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen, und eine Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene umfasst. Hierbei ragen die als Kühlrippen ausgebildeten mindestens zwei Stromschienen vereinzelt und galvanisch getrennt zumindest teilweise in jeweils einen als Strömungskammer ausgebildeten Kühlkörper hinein.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene und der im unabhängigen Patentanspruch 11 angegebenen Leistungsschaltung möglich. Die in die kühlende Fluidströmung hineinragenden Oberflächen von mehreren Stromschienen können in vereinzelten Strömungskanälen untergebracht werden, wobei die Stromschienen und die die Stromschienen umstreichenden Kühlströmungen mittels elektrisch isolierenden Strömungskammerwandungen voneinander getrennt werden können. Im Inneren dieser Strömungskammern können sich entlang der Stromschienen Kanalströmungen ausbilden, welche von einem oder mehreren Gebläsen oder auch von natürlicher Konvektion angetrieben werden können. Die Ein- und Austrittsöffnungen dieser Strömungskammern können von den umschlossenen Stromschienen soweit abgesetzt werden, dass im Fall einer Beaufschlagung mit elektrisch schwach leitfähigen Aerosolströmungen wie Nassdampf (Nebel), salzhaltigem Spritz- oder Regenwasser in allen elektrischen Betriebszuständen eine sichere galvanische Trennung der Potentialunterschiede aufweisenden Stromschienen gewährleistet ist. An den Aus- und Eintrittsöffnungen der Strömungskammern können Tropfenfänger und Tropfenabscheider angebracht werden, welche die von Kohäsionskräften hervorgerufene Koagulation elektrisch leitfähiger Flüssigkeitstropfen zu Rinnsalen auf den Kanalinnenwandungen und damit elektrische Nebenschlüsse zwischen Stromschienen verhindert können, welche unterschiedliche Potentiale führen. Geeignete Ausführungen solcher Tropfenabscheider sind beispielsweise in Verbindung mit elektronischen Heißfilmluftmassenmessern (HFM) bekannt, welche im Luftsystem von Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt werden können.

Aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit eines elektrischen Leiters aus Kupfer oder Aluminium, können die Stromschienen bei technisch vorteilhafter elekt- rothermischer Auslegung auch als thermische Stromschienen mit geringem Wärmewiderstand wirken und die Verlustleistung der Leistungsschaltung unmittelbar durch hohe Wärmeströme an deren Strömungsumgebung ableiten. Zum Betrieb in aggressiven Strömungsumgebungen, wie hochkonzentrierten Salznebeln, eignen sich korrosionsbeständige Stromschienen aus vernickeltem, verzinntem oder passiviertem Kupfer oder hartanodisiertem Aluminium. Am Eintritt und/oder Austritt der Strömungskammern angeordnete Tropfenabscheider können die elektrische Potentialtrennung zwischen den Stromschienen auch in korrosiven Strömungsumgebungen wirksam verstärken. Die thermische Kapazität des Systems kann mit geringem thermischen Durchgangswiderstand an die Verlustleistungsquellen der Leistungsschaltung angebunden werden, was insbesondere der Wärmespreizung und Wärmepufferung im Fall transienter elektrothermischer Lastprofile mit ausgeprägten Lastspitzen zugutekommt.

Die Stromschienen können mit einem elektrisch leitenden Grundkörper der elektronischen Leistungsschaltung betriebsfest und galvanisch getrennt verklebt werden. Somit kann der Grundkörper sowohl als elektrischer Rückleiter ausgeführt werden als auch potentialfrei bleiben. Die Stromschienen können im Fall eines als elektrischer Rückleiter ausgebildeten metallischen Grundkörpers bzw. Gehäuses eine geringe Schleifen- und Streuinduktivität ausbilden. Werden die Stromschienen mit genügend hoher Wärmekapazität sowie geringem Wärmewiderstand zur in der korrespondierenden Strömungskammer erzwungenen Flu- idströmung hin ausgelegt, so kann auf einen schweren metallischen Grundkörper verzichtet und die Leistungsschaltung mit einem Grundkörper aus Kunststoff o- der einem anderen elektrisch nicht leitenden Werkstoff ausführt werden. Darin können Abschnitte der Stromschienen beispielsweise mittels eines Kunststoff- Spritzgießvorgangs oder mittels einer Fließ-Press-Verbindung stoffschlüssig in das Material des Grundkörpers eingeschlossen werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene können die Strömungskammerwandungen profiliert ausgeführt werden und entlang der Stromschiene eine stetige Verjüngung des Strömungskanals bewirken und die Fluidströmung zur Hinterkante der

Stromschiene beschleunigen. Dadurch kann in vorteilhafte Weise ein reibungsbedingter Impulsverlust verringern und die Ablösung der oberflächennahen Laminarströmung von der Stromschienenoberfläche vermieden werden. Zudem kann an einer Vorderkante und/oder einer Hinterkante der in die Strömungs- kammer ragenden Stromschiene ein aerodynamisch widerstandsarmer Verdrängungskörper angeordnet werden, welcher eine weitgehend laminare Umströ- mung der in die Strömungskammer ragenden Oberfläche der Stromschiene bewirken kann. Die Ablösung der laminaren Grenzschicht kommt erst nahe der Hinterkante des stromabwärts liegenden Verdrängungskörpers zustande. Folglich bilden sich durch den Verdrängungskörper in der wandnahen Kanalströmung in vorteilhafter Weise eine gleichmäßig dünne turbulent-viskose Grenzschicht und ein höherer Wärmestrom in die Kanalströmung aus, als bei stumpfen Kanten. Die Verdrängungskörper können beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, welcher vorzugsweise in einem Spritzgießverfahren auf die Vor- der- und Hinterkante der Stromschienen stoffschlüssig aufgebracht werden kann.

Dies erfolgt vorzugweise im selben Fertigungsschritt zusammen mit der Fertigung der Strömungskammerwandungen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene kann der mindestens eine Kühlkörper als separates Bauteil gefertigt und beispielsweise mittels Kleben und/oder Schrauben mit dem Grundkörper verbunden werden. Alternativ kann der mindestens eine Kühlkörper an den Grundkörper angeformt werden, d.h. einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leistungsschaltung können die Stromschienen jeweils zwei Schenkel aufweisen, wobei ein erster Schenkel der jeweiligen Stromschiene in den Grundkörper der Kühlvorrichtung eingebettet und parallel zu einer Aufbauebene der Leistungsschaltung in einem Schaltungsraum verlaufen kann. Zudem kann ein zweiter Schenkel der jeweiligen Stromschiene als Kühlrippe senkrecht zum ersten Schenkel ausgebildet werden und in die korrespondierende Strömungskammer des Kühlkörpers ragen.

Bei einem elektrisch leitenden Grundkörper kann der zweite Schenkel durch eine Öffnung im Grundkörper in die korrespondierende Strömungskammer ragen

Hierbei kann der zweite Schenkel über eine Siegelschicht von den Wandungen der korrespondierende Strömungskammer getrennt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leistungsschal- tung kann ein erster Anschluss des mindestens einen Leistungshalbleiters direkt mit dem ersten Schenkel einer der Stromschienen verbunden werden. Ein zweiter Anschluss des mindestens einen Leistungshalbleiters kann über einen Bonddraht mit dem ersten Schenkel einer der Stromschienen verbunden werden. Dadurch kann die Abwärme des mindestens einen Leistungshalbleiters über die mindestens eine als Kühlrippe ausgebildete Stromschiene in die umgebende Kühlströmung abgeleitet werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leistungsschal- tung können eine erste Stromschiene mit einem ersten elektrischen Potential, eine zweite Stromschiene mit einem zweiten elektrischen Potential und eine dritte Stromschiene mit einem dritten elektrischen Potential verbunden werden, wobei diese elektrischen Potentiale voneinander verschieden sein können. Die Leistungsschaltung kann beispielsweise als B2-Brücke ausgeführt werden, welche ein Paar in Reihe geschalteter Leistungstransistoren umfasst, an deren Mittenabgriff eine pulsweitenmodulierte Phasenspannung zur Speisung etwa einer induktiven Last erregt wird. Daher kann die erste Stromschiene mit einem Lowside- Potential einer Festspannungsquelle oder eines Zwischenkreises eines Pulswechselrichters verbunden werden, und an der zweiten Stromschiene kann ein Phasenpotential der B2-Brücke abgegriffen werden. Die dritte Stromschiene kann mit einem Highside-Potential der Festspannungsquelle oder des Zwischenkreises des Pulswechselrichters verbunden werden. Der Drain- oder Kollektoran- schluss eines ersten Leistungshalbleiters kann über eine Lötschicht direkt mit dem ersten Schenkel der ersten Stromschiene verbunden werden, und ein Source- oder Emitteranschluss des ersten Leistungshalbleiters kann über einen

Bonddraht mit dem ersten Schenkel der zweiten Stromschiene verbunden werden. Zudem kann der Drain- oder Kollektoranschluss eines zweiten Leistungshalbleiters über eine Lötschicht direkt mit dem ersten Schenkel der zweiten Stromschiene verbunden werden, und ein Source- oder Emitteranschluss des zweiten Leistungshalbleiters kann über einen Bonddraht mit dem ersten Schenkel der dritten Stromschiene verbunden werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leistungsschaltung kann in einem Hohlraum des Grundkörpers zwischen dem zweiten Schenkel der ersten Stromschiene und dem zweiten Schenkel der dritten Stromschiene ein

Elektrodenstapel eines ungehäusten Folienkondensators angeordnet werden, dessen erste Kontaktschicht an den zweiten Schenkel der ersten Stromschiene und dessen zweite Kontaktschicht an den zweiten Schenkel der dritten Stromschiene anschließen kann, wobei eine Siegelschicht den Elektrodenstapel von den Strömungskammern abtrennt. Dadurch kann der ungehäuste Folienkonden- sator in vorteilhafter Weise elektrisch impedanzarm an die zweiten Stromschie- nenschenkel anschließen, was insbesondere im Betrieb als Zwischenkreis- Kapazität eines Pulswechselrichters von Bedeutung ist. Die Verbindung kann beispielsweise mittels Schweißen oder Löten hergestellt werden. Da die ohm- sche Verlustleistungsdichte im Elektrodenstapel unmittelbar an den Anschlussschichten am größten ist, fließt die Abwärme des Elektrodenstapels in vorteilhafter Weise mit geringem thermischen Widerstand in die zweiten Stromschienenschenkel, an deren Oberflächen die Abwärme von den Fluidströmungen in den korrespondierenden Strömungskammern abgetragen wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungsschaltung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungsschaltung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene.

Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungsschaltung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kühlkörpers der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene aus Fig. 1 bis 3. Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kühlkörpers der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung mindestens einer Stromschiene aus Fig. 1 bis 3.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 bis 5 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 7, 7A, 7B, 7C zur Kühlung mindestens einer Stromschiene 10, 11, 12 jeweils einen Grundkörper 20, 20A, 20B, 20C und mindestens eine Kühlrippe. Hierbei ist die mindestens eine Stromschiene 10, 11, 12 als Kühlrippe ausgebildet. Zudem ist mindestens ein Kühlkörper 30, 30A, 30B, 30C als Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C ausgebildet, welche eine korrespondierende Stromschiene 10, 11, 12 zumindest teilweise aufnimmt und deren Wandungen 31, 31A, 31B, 31C einen Strömungskanal bilden. Eine innerhalb der Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C erzwungene Fluidströmung nimmt Wärmenergie von der in die Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C ragenden Oberfläche der als Kühlrippe ausgebildeten Stromschiene 10, 11, 12 auf und führt die Wärmeenergie ab.

Zur Erzeugung bzw. Erzwingung der Fluidströmung innerhalb der Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C kann beispielsweise mindestens ein nicht dargestelltes Gebläse und/oder eine natürliche Konvektion verwendet werden.

Wie aus Fig. 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele der Leistungsschaltungen 1, 1A, 1B, IC jeweils mindestens einen Leistungshalbleiter 13, 14 und mindestens zwei Stromschienen 10, 11, 12, welche unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen, und eine Vorrichtung 7, 7A, 7B, 7C zur Kühlung von mindestens einer Stromschiene 10, 11, 12. Hierbei ragen die als Kühlrippen ausgebildeten mindestens zwei Stromschienen 10, 11, 12 vereinzelt und galvanisch getrennt zumindest teilweise in jeweils einen als Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C ausgebildeten Kühlkörper 30, 30A, 30B, 30C hinein. Wie aus Fig. 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, sind die dargestellten Ausführungsbeispiele einer Leistungsschaltung 1, 1A, 1B, IC jeweils als B2-Brücke ausgeführt, welche ein Paar in Reihe geschalteter als Leistungstransistoren ausgeführte Leistungshalbleiter 13, 14 umfasst, an deren Mittenabgriff bzw. Gate eine puls- weitenmodulierte Phasenspannung beispielsweise zur Speisung einer induktiven

Last erregt wird. Die Anschlussverbindungen der B2-Brücke an eine Spannungsversorgung oder den Zwischenkreises eines Pulswechselrichters sind nicht dargestellt. Die Stromschienen 10, 11, 12 weisen in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils zwei Schenkel 10.1, 10.2, 11.1, 11.2, 12.1, 12.2 auf. Hierbei ist ein erster Schenkel 10.1, 11.1, 12.1 der jeweiligen Stromschiene 10, 11, 12 in den Grundkörper 20, 20A, 20B, 20C der Kühlvorrichtung 7, 7A, 7B, 7C eingebettet und verläuft parallel zu einer Aufbauebene der Leistungsschaltung 1, 1A, 1B, IC in einem Schaltungsraum 3. Der Schaltungsraum 3 liegt in der Darstellung oberhalb des Grundkörpers 20, 20A, 20B, 20C und wird von einem nicht darge- stellten Gehäuse begrenzt. Ein zweiter Schenkel 10.2, 11.2, 12.2 der jeweiligen

Stromschiene 10, 11, 12 ist als Kühlrippe senkrecht zum ersten Schenkel 10.1, 11.1, 12.1 ausgebildet und ragt in den korrespondierenden als Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C ausgebildeten Kühlkörper 30, 30A, 30B, 30C hinein. Die Kühlkörper 30, 30A, 30B, 30C erstrecken sich in eine Außenströmung 5, welche die Leistungsschaltung 1, 1A, 1B, IC unterhalb des Grundkörpers 20, 20A, 20B,

20C umgibt und die aus den Strömungskammern 32, 32A, 32B, 32C austretenden Kühlströmungen mitsamt der darin aufgenommenen Abwärme aufnimmt.

Wie aus Fig. 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, ist ein erster Anschluss des mindestens einen Leistungshalbleiters 13, 14 direkt mit dem ersten Schenkel 10.1, 11.1 einer der Stromschiene 10, 11, 12 verbunden. Ein zweiter Anschluss des mindestens einen Leistungshalbleiters 13, 14 ist über einen Bonddraht 16 mit dem ersten Schenkel 11.1, 12.1 einer anderen Stromschiene 10, 11, 12 verbunden. Hierbei sind eine erste Stromschiene 10 mit einem ersten elektrischen Potential, eine zweite Stromschiene 11 mit einem zweiten elektrischen Potential und eine dritte

Stromschiene 12 mit einem dritten elektrischen Potential verbunden. Für die dargestellte Ausführung der Leistungsschaltung 1, 1A, 1B, IC als B2-Brücke ist die erste Stromschiene 10 mit einem Lowside-Potential einer Festspannungsquelle oder eines Zwischenkreises eines Pulswechselrichters verbunden. An der zwei- ten Stromschiene 11 ist ein Phasenpotential der B2-Brücke abgreifbar, und die dritte Stromschiene 12 ist mit einem Highside-Potential der Festspannungsquelle oder des Zwischenkreises des Pulswechselrichters verbunden. Zudem ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Drain- oder Kollektoranschluss eines ersten als Leistungstransistor ausgeführten Leistungshalbleiters 13 über eine Lötschicht 15 direkt mit dem ersten Schenkel 10.1 der ersten Stromschiene 10 verbunden ist, und ein Source- oder Emitteranschluss des als Leistungstransistor ausgeführten ersten Leistungshalbleiters 13 ist über einen Bonddraht 16 mit dem ersten Schenkel 11.1 der zweiten Stromschiene 11 verbunden. Des Weiteren ist der Drain- oder Kollektoranschluss eines als Leistungstransistor ausgeführten zweiten Leistungshalbleiters 14 über eine Lötschicht 15 direkt mit dem ersten

Schenkel 11.1 der zweiten Stromschiene 11 verbunden, und ein Source- oder Emitteranschluss des als Leistungstransistor ausgeführten zweiten Leistungshalbleiters 14 ist über einen Bonddraht 16 mit dem ersten Schenkel 12.2 der dritten Stromschiene 12 verbunden.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist der mindestens eine Kühlkörper 30, 30A im dargestellten Ausführungsbeispiel der Leistungsschaltung 1, 1A als separates Bauteil gefertigt und mit dem Grundkörper 20, 20A beispielsweise mittels Kleben oder Schrauben oder Presspassung verbunden. Der Grundkörper 20, 20A und die Strömungskammerwandungen 31, 31A des mindestens einen Kühlkörpers

30, 30A sind im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt. Die Stromschienen 10, 11, 12 sind im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel mittels einer elektrisch isolierenden Wärmeleitkleber 21 stoffschlüssig in den elektrisch leitenden Grundkörper 20, 20A eingebettet. Mit dem jeweils als Kühlrippe ausgebildeten zweiten Schenkel 10.2, 11.2, 12.2 ragen die Stromschienen 10, 11, 12 durch entsprechende Öffnungen des Grundkörpers 20, 20A in die Strömungskammern 32, 32A der Kühlkörper 30, 30A hinein, deren Wandungen 31, 31A Strömungskanäle bilden. Die darin etwa mittels eines Gebläses in z-Richtung erzwungenen Innenströmungen überstreichen und entwär- men die in die Strömungskammern 32, 32A ragenden Oberflächen der jeweils als

Kühlrippe ausgebildeten zweiten Schenkel 10.2, 11.2, 12.2 der Stromschienen 10, 11, 12. Jeder dieser zweiten Schenkel 10.2, 11.2, 12.2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer wasserabweisenden Siegelschicht 22 von den unter Umständen feuchtebenetzten Wandungen 31, 31A der Strömungskammern 32, 32 A getrennt. Diese Siegelschicht 22 kann beispielsweise aus einem hydro- phoben Material bestehen oder eine mikrostrukturierte, wasserabstoßende Oberfläche etwa nach Art des Lotuseffekts aufweisen.

Wie aus Fig. 2 und 3 weiter ersichtlich ist, ist der mindestens eine Kühlkörper 30, 30B, 30C in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Leistungsschaltung 1,

1B, IC an den Grundkörper 20, 20B, 20C angeformt, dergestalt, dass die Wandungen 31, 31B, 31C der Strömungskammern 32, 32B, 32C als Bestandteile des Grundkörpers 20, 20B, 20C ausgebildet sind. Der Grundkörper 20, 20B, 20C und die Strömungskammerwandungen 31, 31B, 31C des mindestens einen Kühlkör- pers 30, 30B, 30C sind im dargestellten Ausführungsbeispiel aus ein und demselben elektrisch isolierenden Material vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Die Stromschienen 10, 11, 12 sind im dargestellten zweiten und dritten Ausführungsbeispiel in den Grundkörper 20, 20B, 20C eingebettet und die ersten Schenkel 10.1, 11.1, 12.1 sind vom Grundkörpermaterial stoffschlüssig umgeben. Mit dem jeweils als Kühlrippe ausgebildeten zweiten Schenkel 10.2, 11.2, 12.2 ragen die

Stromschienen 10, 11, 12 in die Strömungskammern 32, 32B, 32C der Kühlkörper 30, 30B, 30C hinein, deren Wandungen 31, 31B, 31C Strömungskanäle bilden. Die darin beispielsweise mittels eines Gebläses in z-Richtung erzwungenen Innenströmungen überstreichen und entwärmen die in die Strömungskammern 32, 32B, 32C ragenden Oberflächen der als Kühlrippen ausgebildeten zweiten

Schenkel 10.2, 11.2, 12.2 der Stromschienen 10, 11, 12. Durch die Anformung der Strömungskammerwandungen 31, 31B, 31C der Kühlkörper 30, 30B, 30C an den Grundkörper 20, 20B, 20C und die Verwendung des elektrisch isolierenden Materials für die Herstellung des Grundkörpers 20, 20B, 20C und der Strö- mungskammerwandungen 31, 31B, 31C der Kühlkörper 30, 30B, 30C ist keine weitere Siegelschicht erforderlich.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel die zweite Stromschiene 11 gegenüber der ersten Stromschiene 10 und der dritten Stromschiene 12 in z-Richtung versetzt angeordnet und liegt daher nicht in der betrachteten x-y-Querschnittsebene. Der somit freiwerdende Bauraum zwischen dem zweiten Schenkel 10.2 der ersten Stromschiene 10 und dem zweiten Schenkel 12.2 der dritten Stromschiene 12 wird für einen Hohlraum verwendet, welcher einen Elektrodenstapel 41 eines ungehäusten Folienkondensators 40 aufnimmt. Eine als impedanzarme Schoopschicht ausgebildete erste Kontakt- schicht 42 des Folienkondensators 40 schließt an den zweiten Schenkel 10.2 der ersten Stromschiene 10 an. Eine als impedanzarme Schoopschicht ausgebildete zweite Kontaktschicht 43 des Folienkondensators 40 schließt an den zweiten Schenkel 12.2 der dritten Stromschiene 12 an. Zudem ist eine Siegelschicht 22 vorgesehen, welche den Elektrodenstapel 41 von den Strömungskammern 32, 32C abtrennt. Der Folienkondensator kann beispielsweise als Zwischenkreiska- pazität eines Pulswechselrichters eingesetzt werden. Die Verbindung zwischen der jeweiligen elektrischen Kontaktschicht 42, 43 und dem korrespondierenden zweiten Schenkel 10.2, 12.2 kann beispielsweise mittels Schweißen oder Löten hergestellt werden. Die ohmsche Verlustleistungsdichte im Elektrodenstapel 41 ist unmittelbar an den Kontaktflächen 42, 43 am größten. Folglich fließt die Wärme des Elektrodenstapels 41 mit geringem thermischem Widerstand in die zweiten Stromschienenschenkel 10.2, 12.2, an deren Oberflächen sie von den Flu- idströmungen in den Strömungskammern 32, 32C abgetragen wird. Die Siegelschicht 22 schützt den Elektrodenstapel 41 vor Luftfeuchtigkeit und anderen schädigenden Umwelteinflüssen.

In Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung II-II einer ersten Ausführungsform eines als Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C ausgeführten Kühlkörpers 30, 30A, 30B, 30C mit den Wandungen 31, 31A, 31B, 31C des Strömungskanals und des in die Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C hineinragenden als Kühlrippe ausgebildeten zweiten Schenkels 10.1 der ersten Stromschiene 10 dargestellt. Die weiteren Strömungskammern 32, 32A, 32B, 32C und die in die Strömungskammern 32, 32A, 32B, 32C hineinragenden zweiten Schenkel 11.2, 12.2 der zweiten und dritten Stromschiene 11, 12 sind entsprechend ausgeführt. Die Schnittebene liegt parallel zur inneren Fluidströmung, deren Richtung durch einen Blockpfeil dargestellt ist. Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, weist jede Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C eine stromaufwärts gelegene Eintrittsöffnung sowie eine stromabwärts gelegene Austrittsöffnung auf. Diese beiden Öffnungen sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Tropfenabscheidern 33, 34 versehen, wie sie beispielsweise von elektronischen Heißfilmluftmassenmessern (H FM) bekannt sind. Dadurch kann die Ausbildung zusammenhängender, elektrisch leitfähiger Rinnsale aus niedergeschlagenen (salzhaltigen) Flüssigkeitstropfen entlang der Wandungen 31, 31A, 31B, 31C und damit elektrische Nebenschlüsse zwischen den Stromschienen 10,11, 12 von Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C zu Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C verhindert werden.

In Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung II-II einer alternativen zweiten Ausführungsform eines als Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C ausgeführten Kühlkörpers 30, 30A, 30B, 30C mit den Wandungen 31, 31A, 31B, 31C des Strömungskanals und des in die Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C hineinragenden als Kühlrippe ausgebildeten zweiten Schenkels 10.1 der ersten Stromschiene 10 dargestellt. Die weiteren Strömungskammern 32, 32A, 32B, 32C und die in die Strömungskammern 32, 32A, 32B, 32C hineinragenden zweiten Schenkel 11.2, 12.2 der zweiten und dritten Stromschiene 11, 12 sind entsprechend ausgeführt. Die Schnittebene liegt ebenfalls parallel zur inneren Fluidströmung, deren Richtung durch einen Blockpfeil dargestellt ist. Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, weist die Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C profilierte Wandungen 31, 31A, 31B, 31C auf, welche eine stetige Verjüngung des Strömungskanals bewirken und somit die Fluidströmung zur Hinterkante des zweiten Stromschienenschenkels 10.2 hin beschleunigen, um den reibungsbedingten Impulsverlust auszugleichen und die Ablösung der oberflächennahen Laminarströmung von der Stromschienenoberfläche zu vermeiden. Die Vorder- und Hinterkanten des in die Strömungskammer 32, 32A, 32B, 32C hineinragenden als Kühlrippe ausgebildeten zweiten Stromschienenschenkels 10.2, 11.2, 12.2 sind zudem mit aerodynamisch widerstandsarmen Verdrängungskörpern 35, 36 aus Kunststoff verkleidet, welche eine weitgehend laminare Umströmung der Stromschienenoberfläche bewirken. Die Ablösung der laminaren Grenzschicht kommt erst nahe der Hinterkante des stromabwärts liegenden Verdrängungskörpers 36 zustande. Dadurch bilden sich in der wandnahen Fluidströmung eine gleichmäßig dünne turbulentviskose Grenzschicht und ein höherer Wärmestrom in die Fluidströmung als bei stumpfen Kanten aus. Die Verdrängungskörper 35, 36 bestehen etwa aus thermoplastischem Kunststoff und werden vorzugsweise in einem Spritzgießverfahren auf die Vorder- und Hinterkante der zweiten Stromschienenschenkel 10.2 ,11.2, 12.2 stoffschlüssig aufgebracht. In vorteilhafter Weise werden die Verdrängungskörper 35, 36 zusammen mit den Wandungen 31, 31A, 31B, 31C im selben Fertigungsschritt hergestellt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Entwärmung von Stromschienen, Leistungshalbleitern, Drosseln, Kondensatoren und anderer verlustleistungsbehafteter Bauelemente in leistungselektronischen Schaltungen bzw. Steuergeräten, die mittels erzwungener Luftkonvektion entwärmt werden können. Zudem wird die Aufgabe der Spreizung und Ableitung der Abwärme von

Leistungshalbleitern, Drosseln und weiterer Bauelemente mit hoher Verlustleistungsdichte, insbesondere im Fall hochfrequenter elektrischer Lastprofile gelöst. Zudem verringern Ausführungsformen der Erfindung die elektrische Impedanz (ohmscher Widerstand, Eigen- und Streuinduktivität) und Verlustleistung der leis- tungselektronischen Aufbau- und Verbindungsglieder der Leistungsschaltung bzw. des Steuergeräts in einem weiten Frequenzbereich.