用于换流器的电子组件的制作方法_4

文档序号:9236703阅读:来源:国知局
240瓦特/米-开尔文并且在z方向上约为5瓦特/米-开尔文。其中,x-y平面是基板34的表面的平面,使得热传递理论上通过电子组件200中的各向异性的梯度而发生。
[0062]如图1所示,其中倒装芯片或倒装模具方法用于第一半导体开关20和第二半导体开关22,第一热界面材料层可以放在(或接合到)基板34的一侧上,并且第二热界面材料层可以放在(或接合到)第一热界面材料层上,其中多个热界面层倾向于提供减震性和减少振动应力。
[0063]在一个构造中,如果导热材料包括固化为电介质材料的树脂,则导热材料比例如导电脂向周围的部件和壳体内部提供了更好的耐磨性和更大的粘附性。
[0064]在可替换的实施例中,作为未填充的(裸基板)电路板(例如,陶瓷基板)的基板34具有热膨胀系数(CTE)界面层,以使金属岛(例如,较大的覆铜图案)的第一 CTE与基板34的第二 CTE匹配,用于进行热调节。例如,CTE界面层包括位于金属岛(例如,30、24和28)和基板34之间的聚合物、塑料或纤维填充聚合物的介质层(例如,大致平面层)。在一个说明性示例中,CTE界面层包括接合到诸如陶瓷基板(例如,FR4)的基板34上的聚酰亚胺或双马来酰亚胺三嗪(BT)材料。进一步,包括接合到基板34上的聚酰亚胺或双马来酰亚胺三嗪(BT)材料的CTE界面层可以用于在基板34和辅助基板46之间或在基板34和连接器32下面的栅极驱动电路板之间提供CTE —致性。
[0065]在一个实施例中,图9的电子组件200类似于图7的电子组件200,除图9的电子组件200进一步包括与基板34的与金属岛(24、28、30)的相反的一侧上的散热金属岛901或接地层(ground plane)热连通的导热通路900 (例如,塑料通路、聚合物通路、电介质导热通路、热塑性通路或热塑性插入件)外。一个或多个导热通路900 (例如,热塑性通路或热塑性插入件)可以由导热的但电绝缘的电介质材料构成:(I)以确保金属岛(28、24、30)不形成电连接或不便于电连接(例如,电短路,如果金属岛被构造成电漂移或处于操作电势而非地电势下),或(2)用于隔离换流器或电子组件200的不同的相输出端,在该换流器或电子组件中,共用接地层用在一个或多个金属岛(24、28、30)和对应的散热金属岛901或接地层之间。
[0066]在可替换的实施例中,图9的电子组件200类似于图7的电子组件200,除图9的电子组件200进一步包括与基板34的与金属岛(24、28、30)相反的一侧上的散热金属岛901或接地层热连通的导热通路900、传导盲孔或电镀通路外,其中导热通路900包括导电和导热的金属通路。例如,在本公开内容的某些实施例中,导热通路900可以将基板34的第一侧上的一个或多个金属岛(28、24、30)(例如,电学地和机械地)连接到基板34的第二侧上的一个或多个散热金属岛901或一个或多个接地层,其中第二侧与第一侧相反。图9大致示出了,导热通路900 (例如,电介质导热通路、导热金属通路或二者)(例如,热学地、机械地、或电学地、或以前述的连接类型的任何组合的方式)连接在第一金属岛24和金属接地层901之间,连接在第三金属岛28和散热金属岛901 (也称为金属接地层或相专用接地层)之间,并且连接在第四金属岛30和金属接地层901之间。图7和8图中的类似的附图标记指示类似的元件或特征。
[0067]图10是包含图1的电子组件200的流体冷却系统900的说明性示例的透视图。流体冷却系统900包括通过管道958连接到泵952的散热器950。泵952又通过管道(956、962,943)连接到电子组件200。散热器950具有连接端口(948、951)。至少一个连接端口(例如,951)通过管道958连接到泵入口 954或泵出口 956,其中来自泵952的相反的连接件964通过管道连接到电子组件200。例如,第一散热器连接端口 951连接到泵入口 954,而第二散热器连接端口 948通过管道(944、946)、一个或多个接头947、电子组件200中的内部通道和管道(943、962、956)连接到泵出口 964。
[0068]电子组件200具有被固定到一起以形成壳体的第一外壳部分100和第二外壳部分102。壳体的特征还包括第三外壳部分104和第四外壳部分106。第一外壳部分100具有第一入口 116和第一出口 118。第二外壳部分102具有第二入口 120和第二出口 122。
[0069]如图所示,泵出口 964通过管道(956、962、943)和T字接头、Y形接头或其它适当的连接器947连接到电子组件200的第一入口 116和第二入口 120。类似地,第二散热器端口通过管道和T字接头、Y形接头,或其它适当的连接器947连接到第一出口 118和第二出P 122。
[0070]在操作过程中或在操作之前,向散热器950填充流体或冷却剂。散热器950可以提供冷却剂的贮存器;电子组件200中的通道和相关联的腔可以提供冷却剂的贮存器,或散热器950和电子组件200 二者都可以提供冷却剂的贮存器。泵952将流体或冷却剂传送进入第一入口 116,用于流体或冷却剂在第一外壳部分100中循环。流体或冷却剂在通过管道连接到散热器950的第一出口 118处离开第一外壳部分100。类似地,泵952将流体或冷却剂传送进入第二入口 120,用于流体或冷却剂在的第二外壳部分102中循环。流体或冷却剂在通过管道连接到散热器952的第二出口 122处离开第二外壳部分102。
[0071 ] 可以根据各种技术生产电路板组件11,在所述技术中,一些示例参照本文。通过或依靠将表面安装式薄膜电容器元件、连接器插孔和平面的功率开关装置安装在基板34和辅助基板46的一侧或两侧上,在板上组装电路板组件11 (例如,功率开关印制电路板)。例如,可以使用贴装机械化来安装部件。电子组件提供了包括用于电池和电机导线的低压连接器的控制和栅极驱动功能电路。
[0072]壳体(100、102、104、106)可以包括被模制(例如,注入模制)的、通过三维打印构造的或以其它方式形成的罩或盖。例如,在一个实施例中,可以对于第一外壳部分100和第二外壳部分102在高度自动化过程中使用三维打印来制造电子组件200,以支持在壳体中形成一体式冷却剂通道。壳体包括第一外壳部分100和第二外壳部分102。每个外壳部分(100,102)都具有与放置在电路板组件11上的部件和互连件以及连接器32下方的控制栅极和驱动电路板的形状和轮廓一致的内表面形状/轮廓和特征。因此,电子组件200非常适合于高密度封装并且使用更少的体积用于电子组件200的容量(例如,电流或功率)输出端。在一个构造中,基板34可以通过使用球阵列封装(BGA)互连来连接到辅助基板46 (或栅极驱动电路板)。例如,具有安装在其上的部件的装配基板34可以与控制和栅极驱动电路板一起经历回熔焊接过程。
[0073]连接器(36、38、40、42、44)包括表面安装式连接器,该表面安装式连接器支持载荷(例如,电动马达,发电机或电机)和用于电子组件200的能量源(例如,直流能量源)之间的电连接的插头(引脚)和插孔类型。连接器被组装在第一半导体开关20和第二半导体开关22的电容器元件和平面芯片组之间。连接器(36、38、40、42、44)在电子组件200中的以上布置支持电学设计功能(例如,最小化系统电感和避免不必要的电流回路),热学设计功能(例如,芯片组(20、22)和电容器(56)之间的用于分离在较大温差下操作的部件的空间,以及用于改进散热的增加的插孔整体表面积),和机械功能(例如,最小化电路板11需要的整体面积)。
[0074]在一个实施例中,连接器32下方的辅助基板46或电路板包括栅极驱动电路和控制电路板。辅助基板46可以与用于控制第一半导体开关20和第二半导体开关的一个或多个相的栅极驱动电路相关联。可以使用专用集成电路(ASIC)的方法将栅极驱动电路小型化。用于小型化栅极驱动电路的ASIC不仅通过电路隔离简化了导电的布局,还增加了抵抗由电流和电压随着时间的改变而导致的杂散效应和电磁干扰的能力。栅极驱动电路的特征包括电流感测电路和对于分立电路的低电压控制。在一个构造中,电流感测电路接近或邻近于换流器的交流电输出端或一个或多个金属岛放置,其中电流感测电路伴随有任何必要的防护和通量/场集中器。低压控制和分立电路可以嵌入现场可编程门阵列(FPGA)和分立电子部件和集成电路中。栅极驱动电路和控制电路上组装有与放置在由换流器驱动的电动马达/发电机上的电池和传感器连接的表面安装式低压连接器导线。
[0075]在一个实施例中,壳体可以通过三维(3-D)打印工艺或注入模制工艺形成。壳体具有与用于换流器组件中的电路板组件11 一致的表面形状/轮廓和特征。壳体便于增强对于半导体开关(20、22)、薄膜电容器56 (例如,薄膜电容器)、在电路板11上互连的连接器(例如,36、38、40、42、44)和放置在电路板11上的所有热生成电路的热调节。
[0076]为通过3-D打印工艺形成壳体,首先,激光扫描仪被用于扫描电路板11。激光扫描仪产生电路板的轮廓的一个或多个三维图像。电路板11每侧的分离的激光图像被收集为输入数据。第二,预形成热界面材料(??Μ)网(screen)可以沉积在组装有部件的电路板11上。TIM允许在组件200中的热生成部件或区域、热传导部件或区域、或散热部件或区域与壳体的内部之间紧密接触。在可替换的构造中,具有(例如,针对电绝缘和热传导优化的)优化厚度的一层TIM可以在第一外壳部分100和第二外壳部分102的内表面上展开。
[0077]第三,壳体可以由聚合物、塑料或金属材料购车。在一个构造中,基于由激光扫描仪收集的一个或多个被扫描的轮廓或被扫描的图像,将诸如铝或高分子金属复合物之类的轻质金属3-D打印成壳体。3-D打印的壳体与电路板11的部件和特征一致。例如,换流器的3-D打印的壳体可以接触或触摸到电路板11上的所有部件和零件。如图4和图7所示,3-D打印的壳体将具有用于产生冷却
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