用于换流器的电子组件的制作方法
【专利说明】用于换流器的电子组件
[0001]相关申请
[0002]本文件(包括附图)基于35 U.S.C § 119(e)，要求基于2014年3月28日提交的美国临时申请61/971，590号的提交日期的优先权和权益，其中在此通过引用将该临时申请结合在本文中。
技术领域
[0003]本公开内容涉及一种用于换流器的电子组件。
【背景技术】
[0004]在某些现有技术中，电子组件可能具有不充分的散热，这种不充分的散热减小了功率半导体开关的寿命或最大功率输出。因此，需要用于换流器的具有改进散热的电子组件。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，用于换流器的电子组件包括具有介质层和金属电路布线的基板。多个端子布置成连接到直流电源。第一半导体和第二半导体在直流电源的端子之间连接到一起。第一金属岛(例如，条带)位于第一半导体和第二半导体之间的第一区域中。第一金属岛具有大于金属电路布线的高度或厚度。第一金属岛提供散热器以散热。
【附图说明】
[0006]图1是用于换流器的电子组件的一个实施例的透视图。
[0007]图2是图1的电子组件的透视分解图，其进一步图示了上壳体组件和下壳体组件。
[0008]图3是图2的被装配的电子组件的透视图。
[0009]图4是图3的沿着图3的参考线4-4的第一横截面，其中图1和图2也示出了参考线4-4。
[0010]图5是图3的沿着图3的参考线5-5的第二横截面，其中图1和图2也示出了参考线5-5。
[0011]图6是图3的沿着图3的参考线6-6的第三横截面，其中图1和图2也示出了参考线6-6。
[0012]图7是电子组件的一个实施例的横截面，该横截面图示了图4的矩形区7的放大部分。
[0013]图8是另一实施例的类似于图4的矩形区7的小的放大部分的横截面，其中呈现了热界面材料。
[0014]图9是又一实施例的类似于图5的矩形区7的小的放大部分的横截面，其中呈现了传导通路和接地层。
[0015]图10是包含图1的电子组件的流体冷却系统的说明性示例。
[0016]不同的附图中的类似附图标记指示类似的元件。
【具体实施方式】
[0017]在一个实施例中，图1示出了用于换流器的电子组件200的电路板组件11。电子组件200的电路板组件11包括基板34，该基板34具有介质层54和在基板34的一侧或两侧上的一条或多条金属电路布线。直流端子布置成连接到直流电源。第一半导体20和第二半导体22在直流电源的端子之间连接到一起。第一金属岛24 (例如，条带)位于第一半导体20和第二半导体22之间的第一区域(primary zone)中。第一金属岛24具有大于金属电路布线的高度或厚度。第一金属岛24提供用于散热的散热器。
[0018]在一个实施例中，直流端子(42、44)包括表面安装式连接器，如大致圆柱形并且包括金属材料或合金材料的表面安装式母连接器。每个连接器(36、38、40、42、44)都可以包括表面安装式连接器。每个连接器(36、38、40、42、44)都可以在一端处具有用于安装到基板34上对应的导电垫片50的安装垫片48，其中所述导电垫片50与一条或多条导电布线(例如，406)相关或电连接到所述一条或多条导电布线。
[0019]如图所示，电子组件200示出了三个相或三个开关部，其中每个相都具有连接到第二半导体22的第一半导体20。在每个开关部的输入端处，第一直流端子42和第二直流端子44为每个相或开关部提供直流电流。每个开关部的输出由一组交流连接器限定。
[0020]对于每个相，第一半导体20可以包括半导体开关(例如，低压侧半导体开关)，该半导体开关具有至少一个连接到给直流端子供电的直流总线或直流电源的一侧(例如，低压侧或负端子)的开关端子。例如，如果第一半导体20包括晶体管，则所述开关端子可以指发射极和集电极，或如果第一半导体20包括场效应晶体管，则所述开关端子可以指源极和漏极。第一开关晶体管的控制端子(例如，基极或栅极)连接到未示出的控制电路或驱动器。
[0021]对于每个相，第二半导体22可以包括半导体开关(例如，高压侧半导体开关)，该半导体开关具有至少一个连接到给直流端子供电的直流总线或直流电源的一侧(例如，高压侧或正端子)的开关端子。例如，如果第一半导体20包括晶体管，则该开关端子可以指发射极和集电极，或如果第一半导体20包括场效应晶体管，则开关端子可以指源极和漏极。第一开关晶体管的控制端子(例如，基极或栅极)连接到未示出的控制电路或驱动器。
[0022]每个开关部的输出由一组交流(AC)连接器(36、38、40)限定。如图1所示，交流连接器包括分别用于第一相开关部、第二相开关部和第三相开关部的第一交流连接器36、第二交流连接器38和第三交流连接器40。在一个实施例中，交流连接器(36、38、40)包括表面安装式连接器，如大致圆柱形并且包括金属材料或合金材料的表面安装式母连接器。每个表面安装式连接器(36、38、40)都可以在一端处具有用于安装到基板34上对应的导电垫片50的安装垫片48，其中所述导电垫片50与一条或多条导电布线相关或电连接到所述一条或多条导电布线(例如，406)。
[0023]对于每个相，第一金属岛24 (例如，条带)位于第一半导体20和第二半导体22之间的第一区域中。在一个构造中，每个第一金属岛24通常都具有大于金属电路布线的高度或厚度。例如，第一金属岛24提供散热器，以向第一外壳部分100或第一壳体组件132的内部散热或导热。第一外壳部分100可以将被散发的热或被传导的热传递到将冷却剂循环或传送穿过第一外壳部分100的导管或转换部。在一个实施例中，第一金属岛24包括覆铜(copper pour)。
[0024]第二金属岛26 (例如，条带)定位在邻近的表面安装式连接器之间或任何直流端子(42、44)和任何邻近的交流连接器(36、38、40)之间的第二区域中。例如，第二金属岛26提供散热器，以向第一外壳部分100或第一壳体组件132的内部散热/导热。第一外壳部分100可以将被散发的热或被传导的热传递到将冷却剂循环或传送穿过第一外壳部分100的导管或转换部(transit1n)。在一个实施例中，第二金属岛26包括覆铜。
[0025]第三金属岛28在第二半导体开关22和对应的交流连接器之间，或更一般地，在第二半导体开关22和表面安装式连接器之间，定位在基板34上。在一个构造中，每个第三金属岛28通常都具有大于金属电路布线的高度或厚度。例如，第三金属岛28提供散热器，以向第一外壳部分100或第一壳体组件132的内部散热或导热。第一外壳部分100可以将被散发的热或被传导的热传递到将冷却剂循环或传送穿过第一外壳部分100的导管或转换部。在一个实施例中，第三金属岛28包括覆铜。
[0026]第四金属岛30接近(例如，用于每个相的)第一半导体开关20地定位在基板34上。在一个构造中，每个第四金属岛30通常都具有大于金属电路布线的高度或厚度。例如，第四金属岛30提供散热器，以向第一外壳部分100或第一壳体组件132的内部散热或导热。第一外壳部分100可以将被散发的热或被传导的热传递到将冷却剂循环或传送穿过第一外壳部分100的导管或转换部。在一个实施例中，第四金属岛30包括覆铜。
[0027]在一个实施例中，第一半导体开关20和第二半导体开关22包括由硅、碳化硅、氮化镓或其它的半导体材料构成的、被以平面芯片组的形式封装的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。这些芯片组可以被实现为平面形状，并被封装和准备用于在基板上进行的贴装制造过程。热调节通过(具有位于(图4中的)第一外壳部分100内的一体式冷却剂通道的)壳体得到增强，并且第二外壳部分102提供了增加大致平面的第一半导体开关20和第二半导体开关22(例如，M0SFET/IGBT芯片组)的电流密度(A/cm2)的机会。因此，在电子组件200的规定的额定电流的情况下，根据在换流器设计中使用的开关装置的类型，可以使用的模具尺寸比可以以其他方式用于第一半导体开关20第二半导体开关22所用的半导体材料的模具尺寸更小。
[0028]由被连接成通过电互连件侧向引出热流的大致平面的芯片组的双侧热调节支持半导体的模具尺寸或第一半导体开关20和第二半导体开关22的封装尺寸的减少。因此，第一半导体开关20和第二半导体开关22被放置在允许每个半导体模具在较低的结区温度(Tj)下操作的热调节环境中。本文中，热调节环境可以称为功率开关装置(20、22)的多侧热调节。Tj在规定的功率条件下的较低值在没有损害或降低换流器能力的情况下，提供了减小第一半导体开关20和第二半导体开关22的模具尺寸和封装尺寸的机会。减小半导体开关(20、22)中S1、SiC和GaN材料的模具的尺寸可以在每个芯片组上按比例地增加导电布线区、岛、散热器区或母线的面积，使得热流从模具到第一外壳部分100(图4)和第二外壳部分102中的冷却剂通道的侧向流动更有效。
[0029]在一构造中，一组电容器56可以安装在或到基板34上。例如，如图1所示，第一阵列的电容器56安装在基板34的第一侧上，而第二阵列的电容器56安装在基板34的与第一侧相反的第二侧上。虽然在基板34的每侧示出了两列的四个电容器56，但可以使用任何适当数量的电容器56。如图所不，每个电容器56都具有第一端子58和第二端子60。在一个构造中，每个电容器56都可以包括电解电容器56。
[0030]在一个实施例中，电容器包括表面安装式、低轮廓的薄膜电容器。通过高表面积的导电端子(58、60)和围绕电容器56的热界面材料对于电容器56的封装，便于针对滤波后的每安培电流的较低的温度上升和所需要或使用的每单位电容(例如，微法(uF))的较高安培电流进行热传导管理。热界面材料包括固化(例如