具有冷却功能的电子装置的制造方法
【专利摘要】一种具有冷却功能的电子装置包括带帽螺母(50)、外壳(10)、半导体单元(100)、用于外部输出的第二汇流条(60)和连接螺栓(80)。外壳(10)包括侧壁(12)和底面(14)。外壳(10)的底面(14)具有冷却剂通路(19)和用于接纳带帽螺母(50)的凹部(26)。冷却剂通路(19)向上方开放并呈大致U形。凹部(26)位于由冷却剂通路(19)和外壳(10)的侧壁(12)包围的位置，并且带帽螺母(50)接纳在凹部(26)中。半导体单元(100)包括从半导体单元(100)延伸的第一汇流条(72)。半导体单元(100)以从上方封闭冷却剂通路(19)的姿势和位置固定于外壳(10)。第二汇流条(60)穿过外壳(10)的侧壁(12)。在外壳(10)内，连接螺栓(80)穿过第一汇流条(72)和第二汇流条(60)并旋拧到带帽螺母(50)中，并且带帽螺母(50)和连接螺栓(80)的头部使第一汇流条(72)和第二汇流条(80)紧密接触。
【专利说明】
具有冷却功能的电子装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种电子装置，其中在运行时发热的半导体单元收纳在外壳中，并且该电子装置在外壳内设置有供冷却半导体单元的冷却剂流动的通路。
【背景技术】
[0002]已知由与半导体装置组合的半导体单元构成逆变器或DC-DC变换器的技术。构成用于大电力的逆变器等的半导体单元在运行时发热，并因而需要冷却。日本专利申请公报N0.2011-177004(JP 2011-177004A)记载了一种通过将半导体单元固定在流路形成体上来冷却半导体单元的技术。在流路形成体中形成有上表面开放的冷却剂通路，并且当半导体单元固定在流路形成体上时，冷却剂通路由半导体单元封闭，并且冷却剂在与半导体单元接触的同时流动。半导体单元必须与诸如电动机的外部设备电连接。对于JP 2011-177004A中记载的技术，端子固定在半导体单元上。该端子与半导体单元内的半导体连接，并且在端子中形成有螺栓孔。朝外部设备延伸的导体通过将螺栓旋拧在该螺栓孔中而固定在端子上。
[0003]对于JP 2011-177004A中记载的技术，半导体单元露出，并且端子也露出。由于端子露出，所以不需要特别的设计来将朝外部设备延伸的导体固定在端子上。螺栓仅需被旋拧在螺栓孔中。半导体单元优选收纳在外壳内以提高逆变器等的耐久性和可靠性。当半导体单元收纳在外壳内时，必须在外壳内设置冷却剂通路。此外，需要贯穿外壳的壁从外壳内侧向外侧延伸的导体(在下文中，该导体将被称为“外部输出汇流条”)以将半导体单元与外部设备连接，并且该外部输出汇流条必须将外壳内侧与位于半导体单元侧的导体(在下文中，该导体将被称为“汇流条”)连接。
【发明内容】
[0004]当半导体单元要收纳在外壳内时面临各种问题。(I)当使用螺母和螺栓在外壳内将汇流条与外部输出汇流条连接时产生金属粉末，并且该金属粉末可能在外壳内四处移动并造成短路。(2)当将半导体单元固定在外壳内时，半导体单元基于外壳而定位。如果甚至外部输出汇流条也基于外壳而定位，则半导体单元与外部输出汇流条之间的位置关系可能由于制造误差等而偏离，使得当汇流条与外部输出汇流条连接时，汇流条和外部输出汇流条中的一者或两者中可能产生弯曲应力等。为了避免这一点，必须基于半导体单元来确定外部输出汇流条的位置，但汇流条和外部输出汇流条必须在外壳内连接，因此这难以实现。
(3)需要外壳的尺寸小，并且空间根据冷却剂通路与汇流条和外部输出汇流条之间的位置关系而有效地大幅变化。
[0005]本说明书公开了解决上述在半导体单元收纳在外壳内时发生的问题的技术。
[0006]本说明书中公开的具有冷却功能的电子装置包括带帽螺母、外壳、半导体单元、用于外部输出的第二汇流条和连接螺栓。所述外壳包括侧壁和底面。所述外壳的底面具有冷却剂通路和用于接纳带帽螺母的凹部。所述冷却剂通路向上方开放。所述冷却剂通路呈大致U形。所述凹部位于由所述冷却剂通路和所述外壳的侧壁包围的位置，并且所述带帽螺母接纳在所述凹部中。所述半导体单元包括从所述半导体单元延伸的第一汇流条。所述半导体单元以从上方封闭所述冷却剂通路的姿势和位置固定于所述外壳。所述第二汇流条穿过所述外壳的侧壁。在所述外壳内，所述连接螺栓穿过所述第一汇流条和所述第二汇流条并旋拧到所述带帽螺母中，并且所述带帽螺母和所述连接螺栓的头部使所述第一汇流条和所述第二汇流条紧密接触。
[0007]因此，能获得下述作用。(I)所述第一汇流条和所述第二汇流条通过所述螺栓和所述带帽螺母连接时产生的金属粉末被储存在所述带帽螺母内并且不会在外壳内四处移动。
(2)为了通过将所述螺栓旋拧到所述外壳内等待的带帽螺母中来使所述第一汇流条和所述第二汇流条紧密接触，所述汇流条基于所述半导体单元而定位，因此弯曲应力不会施加至所述第一汇流条和所述第二汇流条中的一者或两者。(3)所述第一汇流条和所述第二汇流条的连接部分配置在所述大致U形的冷却剂通路的内侧。空间使用效率高，因此能使外壳小型化。
[0008]在上述结构中，在所述外壳的底面与所述半导体单元之间可介设有O形环以提高气密性。此外，所述半导体单元可通过使固定螺栓穿过所述半导体单元并且将所述固定螺栓旋拧在设置于所述外壳的底面中的螺孔中而固定在所述外壳上，并且所述O形环可被压缩在所述半导体单元与所述外壳之间。这种情况下，所述第一汇流条和所述第二汇流条可通过使所述带帽螺母从用于接纳所述带帽螺母的所述凹部向所述连接螺栓的头部靠拢而被连接在一起。这种情况下，所述带帽螺母能移位，因此能在将所述半导体单元固定在所述外壳内时防止弯曲应力等施加至所述第一汇流条和所述第二汇流条中的一者或两者。所述半导体单元可以是单个构件。在所述半导体单元的下表面具有封闭所述冷却剂通路的形状的情况下，所述冷却剂通路能由该构件自身封闭。然而，代替于此，封闭所述冷却剂通路的所述半导体单元可由半导体模块和固定在所述半导体模块上的板构成。
[0009]上述电子装置非常可靠且耐用，因为它抑制了金属粉末在外壳内四处扩散，并且抑制了不必要的应力施加至第一汇流条和第二汇流条两者。此外，外壳的尺寸减小。将在本发明的示例性实施方式中进一步说明本说明书中公开的技术的细节及其更多改良。
【附图说明】
[0010]下面将参照【附图说明】本发明的示例性实施方式的特征、优点及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0011]图1是根据本发明的一个实施例的电子装置的局部剖视图；
[0012]图2是带帽螺母和连接螺栓周围的区域的剖视图；以及
[0013]图3是一修改例的与图2对应的视图。
【具体实施方式】
[0014]现将列出下述实施例的主要特征。说明书和附图中说明的技术要素既单独又以各种组合发挥了技术实用性。(特征I)外部输出汇流条是将汇流条与连接到外部设备的设备侧导体连接的中继板。(特征2)在外部输出汇流条和汇流条中形成有供连接螺栓的杆部穿过的通孔。(特征3)在半导体模块和板中形成有供固定螺栓的杆部穿过的通孔。(特征4)带帽螺母具有多边形的截面。(特征5)在板中形成有供带帽螺母穿过的开口。(特征6)形成开口的边缘的两个边阻止带帽螺母旋转。(特征7)带帽螺母首先被接纳，且然后板被放置。在形成在板中的开口的边缘的下侧形成有引导带帽螺母并改变板位置的倾斜导引面。(特征8)板首先被放置，且然后带帽螺母被接纳。在形成在板中的开口的边缘的上侧形成有引导板并改变带帽螺母位置的倾斜导引面。(特征9)外部输出汇流条首先被设置，且然后半导体模块被收纳。(特征10)半导体模块首先被收纳，且然后外部输出汇流条被设置。(特征11)半导体模块的下表面具有封闭冷却剂通路的形状。半导体模块自身是封闭冷却剂通路的半导体单元。
[0015]图1是根据本发明的一个实施例的电子装置的局部透视图。电子装置包括外壳10、O形环30、半导体单元100、带帽螺母50、外部输出汇流条60、连接螺栓80和一组固定螺栓90。半导体单元100由板40和半导体模块70的组合构成。在图1中，各部件的形状是示意的并被简化显示，但实际形状很复杂。
[0016]外壳10包括大致长方形的底板14和自其四个边立起的四个侧壁12。为了清楚，位于左前侧的侧壁和位于右前侧的侧壁在图1中未被示出。外壳10形成为刚好足够大以收纳板40和半导体模块70。
[0017]当从上方观察时呈大致U形的流路外壁(竖壁)16从底板14延伸。流路内壁(竖壁)18在流路外壁16的对称轴线上延伸。位于流路内壁18的右侧的端部在中途终止。大致U形的冷却剂通路19由流路外壁16、流路内壁18和底板14形成。形成在外壳10中的冷却剂通路19的上部是开放的。位于流路外壁16和流路内壁18的左侧的端部与位于左后侧的侧壁12a接续。在流路外壁16与侧壁12a接续的两点之间形成有沿侧壁12a延伸的基壁20。在侧壁12a和基壁20中形成有用于冷却剂流入的开口(入口)22和用于冷却剂流出的开口(出口)24。当冷却剂在冷却剂通路19由后面将说明的板40封闭的状态下从入口 22被送入时，冷却剂如箭头所示流经冷却剂通路19并从出口 24排出。在流路外壁16和基壁20的上表面中形成有接纳后面将说明的O形环的沟槽。
[0018]在由侧壁12a和大致U形的冷却剂通路19包围的位置——即在流路内壁18与基壁20接触的位置——形成有接纳带帽螺母50的凹部26。凹部26形成在从流路内壁18延伸到基壁20的部分的上表面上。在侧壁12a中的中间高度处形成有供外部输出汇流条60穿过的开口 29。此外，在底板14中形成有将板40和半导体模块70固定在底板14上的一组固定螺栓90旋拧在其中的一组螺孔28。
[0019]O形环30沿形成在流路外壁16和基壁20的上表面中的O形环接纳沟槽被放置，且然后板40被放置。在板40中形成有供带帽螺母50穿过的开口 42。形成开口 42的边缘的两个边大致基本平行地延伸并且与具有多边形的截面的带帽螺母50的外周靠接，由此阻止带帽螺母50旋转。在板40中形成有供一组固定螺栓90穿过的一组通孔48 ο 一旦板40就位，则带帽螺母50然后被设置。带帽螺母50具有大致正方形截面并穿过开口 42，此后它被接纳在设计成接纳带帽螺母50的凹部26中。如图2所示，在形成板40的开口42的边缘的上侧形成有引导板40并改变带帽螺母50的位置的倾斜导引面44，其有利于带帽螺母50的设置。
[0020]如图1所示，一旦带帽螺母50被设置，则外部输出汇流条60从外壳10的外部插入到开口 29中。外部输出汇流条60穿过外壳的侧壁12a并从外壳10的内部延伸到外部。外部输出汇流条60可以是与外部装置连接的装置侧导体，或者它可以是将装置侧导体与汇流条连接的中继板。在外部输出汇流条60中形成有供连接螺栓80的杆部穿过的通孔62。
[0021]接下来，半导体模块70收纳在外壳10内。朝侧壁12a延伸的汇流条72从半导体模块70延伸。在汇流条72中形成有供连接螺栓80的杆部穿过的通孔74。当半导体模块70收纳在外壳10内时，汇流条72的通孔74、外部输出汇流条60的通孔62和接纳在凹部26中的带帽螺母50的位置关系被调节为它们排列在同一直线上。在半导体模块70中形成有供一组固定螺栓90穿过的一组通孔78。
[0022]在此状态下，将连接螺栓80插入到汇流条72中的通孔74和外部输出汇流条60中的通孔62中，并使连接螺栓80旋转。从而，连接螺栓80旋拧到带帽螺母50中。带帽螺母50由板40约束成不旋转。
[0023]当连接螺栓80旋拧到带帽螺母50中时可能产生金属粉末。因此，当使用具有贯通它的螺孔的螺母时，金属粉末将在外壳10内四处扩散。当金属粉末在外壳10内四处扩散时，它可能导致短路。在本实施例中，使用带帽螺母，因此螺栓旋拧到螺母中时产生的金属粉末被储存在带帽螺母50内并且不会在外壳10内四处扩散。结果，防止了短路等的发生。
[0024]当连接螺栓80被旋拧到带帽螺母50中时，外部输出汇流条60和汇流条72被夹持在带帽螺母50与连接螺栓80的头部之间。结果，汇流条72和通孔62彼此紧密接触，因此汇流条72和外部输出汇流条60被电连接。图2是示出夹持在带帽螺母50与连接螺栓80的头部之间的、彼此紧密接触的汇流条72和外部输出汇流条60的视图。外部输出汇流条60相对于汇流条72定位。弯曲应力不会施加至汇流条72和外部输出汇流条60。如图2所示，当连接螺栓80旋拧到带帽螺母50中时，带帽螺母50被提升，使得外部输出汇流条60与板40之间建立了间隙LI，并且带帽螺母50与外壳10之间形成了间隙L2。于是，即使半导体模块70或汇流条72移位，弯曲应力也不会施加至汇流条72或外部输出汇流条60。汇流条72和外部输出汇流条60利用大致U形的冷却剂通路19的中央部分连接。大致U形的冷却剂通路19的中央部分是形成冷却剂通路19必不可少的区域。不需要额外的空间用于将汇流条72和外部输出汇流条60连接在一起，因此外壳10能够被制成为尽可能小。
[0025]一旦利用连接螺栓80和带帽螺母50将汇流条72和外部输出汇流条60相连接，则将一组固定螺栓90插入到形成在半导体模块70中的一组通孔78和形成在板40中的一组通孔48中，并旋拧到形成在外壳10中的一组螺孔28中。结果，半导体模块70和板40两者同时固定在外壳10上。此外，O形环30被压缩在板40与外壳10之间，因此能防止流经冷却剂通路19的冷却剂向半导体模块70侧漏出。在此阶段，冷却剂通路19的开放上表面由半导体单元100封闭，因此半导体单元100以封闭冷却剂通路19的姿势和位置固定在外壳10上。当将半导体模块70固定在外壳10上时，半导体模块70或半导体单元100改变位置。外部输出汇流条60与半导体模块70连接，因此即使半导体模块70改变位置，弯曲应力也不会施加至汇流条60和72。在以上完成之后，外壳10通过将未示出的上部外壳固定在其上而被封闭。
[0026]接下来将说明修改例。首先，带帽螺母50可被接纳在凹部26中，且然后板40可被放置。这种情况下，如图3所示，在形成开口42的边缘的下侧形成有引导带帽螺母50并改变板40的位置的倾斜导引面46，所述开口 42形成在板42中。此外，半导体模块70可首先被收纳，且然后输出汇流条60可被插入。这种情况下，如图3所示，外部输出汇流条60和汇流条72的位置关系可以是这样的，即外部输出汇流条60与汇流条72重叠，其中外部输出汇流条60位于顶部。此外，半导体模块70和板40可首先被固定在外壳10上，且然后汇流条72可与外部输出汇流条60连接。在本实施例中，开口29用于使外部输出汇流条60从外壳10的内部延伸到外部。开口 29上方的区域也可以是开放的。夕卜部输出汇流条60仅需穿过外壳的壁从外壳的内部延伸到外部，而外壳10通过未示出的上部外壳固定在其上而被封闭。在本实施例中，限定出冷却剂通路的壁直接形成在外壳底面上。然而，代替这种情况，其上形成有限定出冷却剂通路的壁的部件可固定在外壳主体上。可通过将该部件固定在外壳主体上来形成其中限定出冷却剂通路的壁形成在底面上的外壳。此外，在本实施例中，半导体单元100由板40和半导体模块70构成，但这些可以是一体的。能通过使半导体模块70的底面的形状是封闭冷却剂通路的开放上表面的形状来获得板40和半导体模块70集成在其中的半导体单元100。替代地，可通过在外壳10的外侧将板40与半导体模块70结合来形成半导体单元100，并且该半导体单元100可固定在外壳10上。在本实施例中，一组固定螺栓90穿过半导体模块70和板40。可采用各种方式中的任何一种来修改用于将半导体模块70和板40固定在外壳10上的结构。
[0027]以上已详细说明了本发明的具体示例，但这些仅为示例，并且本发明不限于这些示例。本发明还包括上述具体示例的各种改型。此外，说明书和附图中说明的技术要素既单独又以各种组合发挥了技术实用性。此外，说明书和附图中说明的技术同时实现了多个目的，并且具有仅实现这些目的之一的技术实用性。
【主权项】
1.一种具有冷却功能的电子装置，所述电子装置包括: 带帽螺母； 外壳，所述外壳包括侧壁和底面，所述外壳的底面具有冷却剂通路和用于接纳所述带帽螺母的凹部，所述冷却剂通路向上方开放，所述冷却剂通路呈大致U形，所述凹部位于由所述冷却剂通路和所述外壳的侧壁包围的位置，并且所述带帽螺母接纳在所述凹部中；半导体单元，所述半导体单元包括从所述半导体单元延伸的第一汇流条，所述半导体单元以从上方封闭所述冷却剂通路的姿势和位置固定在所述外壳上； 用于外部输出的第二汇流条，所述第二汇流条穿过所述外壳的侧壁;和连接螺栓，所述连接螺栓在所述外壳内穿过所述第一汇流条和所述第二汇流条并旋拧到所述带帽螺母中，并且所述带帽螺母和所述连接螺栓的头部使所述第一汇流条和所述第二汇流条紧密接触。2.根据权利要求1所述的电子装置，还包括: O形环，所述O形环介设在所述外壳的底面与所述半导体单元之间；和固定螺栓，所述固定螺栓穿过所述半导体单元，所述固定螺栓旋拧到设置在所述外壳的底面中的螺孔中，所述半导体单元通过所述固定螺栓固定在所述外壳上， 其中，所述O形环被压缩在所述外壳与所述半导体单元之间，并且所述带帽螺母从所述凹部被拉向所述连接螺栓的头部。3.根据权利要求1所述的电子装置，其中 所述半导体单元包括半导体模块和固定在所述半导体模块上的板。
【文档编号】H05K7/20GK105830549SQ201480068703
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】东由贵, 大宫裕司
【申请人】丰田自动车株式会社