用于換流器的電子組件的制作方法
【專利說明】用于換流器的電子組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本文件(包括附圖)基于35 U.S.C § 119(e)，要求基于2014年3月28日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)61/971，590號(hào)的提交日期的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其中在此通過引用將該臨時(shí)申請(qǐng)結(jié)合在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及一種用于換流器的電子組件。
【背景技術(shù)】
[0004]在某些現(xiàn)有技術(shù)中，電子組件可能具有不充分的散熱，這種不充分的散熱減小了功率半導(dǎo)體開關(guān)的壽命或最大功率輸出。因此，需要用于換流器的具有改進(jìn)散熱的電子組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，用于換流器的電子組件包括具有介質(zhì)層和金屬電路布線的基板。多個(gè)端子布置成連接到直流電源。第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體在直流電源的端子之間連接到一起。第一金屬島(例如，條帶)位于第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體之間的第一區(qū)域中。第一金屬島具有大于金屬電路布線的高度或厚度。第一金屬島提供散熱器以散熱。
【附圖說明】
[0006]圖1是用于換流器的電子組件的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0007]圖2是圖1的電子組件的透視分解圖，其進(jìn)一步圖示了上殼體組件和下殼體組件。
[0008]圖3是圖2的被裝配的電子組件的透視圖。
[0009]圖4是圖3的沿著圖3的參考線4-4的第一橫截面，其中圖1和圖2也示出了參考線4-4。
[0010]圖5是圖3的沿著圖3的參考線5-5的第二橫截面，其中圖1和圖2也示出了參考線5-5。
[0011]圖6是圖3的沿著圖3的參考線6-6的第三橫截面，其中圖1和圖2也示出了參考線6-6。
[0012]圖7是電子組件的一個(gè)實(shí)施例的橫截面，該橫截面圖示了圖4的矩形區(qū)7的放大部分。
[0013]圖8是另一實(shí)施例的類似于圖4的矩形區(qū)7的小的放大部分的橫截面，其中呈現(xiàn)了熱界面材料。
[0014]圖9是又一實(shí)施例的類似于圖5的矩形區(qū)7的小的放大部分的橫截面，其中呈現(xiàn)了傳導(dǎo)通路和接地層。
[0015]圖10是包含圖1的電子組件的流體冷卻系統(tǒng)的說明性示例。
[0016]不同的附圖中的類似附圖標(biāo)記指示類似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，圖1示出了用于換流器的電子組件200的電路板組件11。電子組件200的電路板組件11包括基板34，該基板34具有介質(zhì)層54和在基板34的一側(cè)或兩側(cè)上的一條或多條金屬電路布線。直流端子布置成連接到直流電源。第一半導(dǎo)體20和第二半導(dǎo)體22在直流電源的端子之間連接到一起。第一金屬島24 (例如，條帶)位于第一半導(dǎo)體20和第二半導(dǎo)體22之間的第一區(qū)域(primary zone)中。第一金屬島24具有大于金屬電路布線的高度或厚度。第一金屬島24提供用于散熱的散熱器。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，直流端子(42、44)包括表面安裝式連接器，如大致圓柱形并且包括金屬材料或合金材料的表面安裝式母連接器。每個(gè)連接器(36、38、40、42、44)都可以包括表面安裝式連接器。每個(gè)連接器(36、38、40、42、44)都可以在一端處具有用于安裝到基板34上對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電墊片50的安裝墊片48，其中所述導(dǎo)電墊片50與一條或多條導(dǎo)電布線(例如，406)相關(guān)或電連接到所述一條或多條導(dǎo)電布線。
[0019]如圖所示，電子組件200示出了三個(gè)相或三個(gè)開關(guān)部，其中每個(gè)相都具有連接到第二半導(dǎo)體22的第一半導(dǎo)體20。在每個(gè)開關(guān)部的輸入端處，第一直流端子42和第二直流端子44為每個(gè)相或開關(guān)部提供直流電流。每個(gè)開關(guān)部的輸出由一組交流連接器限定。
[0020]對(duì)于每個(gè)相，第一半導(dǎo)體20可以包括半導(dǎo)體開關(guān)(例如，低壓側(cè)半導(dǎo)體開關(guān))，該半導(dǎo)體開關(guān)具有至少一個(gè)連接到給直流端子供電的直流總線或直流電源的一側(cè)(例如，低壓側(cè)或負(fù)端子)的開關(guān)端子。例如，如果第一半導(dǎo)體20包括晶體管，則所述開關(guān)端子可以指發(fā)射極和集電極，或如果第一半導(dǎo)體20包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則所述開關(guān)端子可以指源極和漏極。第一開關(guān)晶體管的控制端子(例如，基極或柵極)連接到未示出的控制電路或驅(qū)動(dòng)器。
[0021]對(duì)于每個(gè)相，第二半導(dǎo)體22可以包括半導(dǎo)體開關(guān)(例如，高壓側(cè)半導(dǎo)體開關(guān))，該半導(dǎo)體開關(guān)具有至少一個(gè)連接到給直流端子供電的直流總線或直流電源的一側(cè)(例如，高壓側(cè)或正端子)的開關(guān)端子。例如，如果第一半導(dǎo)體20包括晶體管，則該開關(guān)端子可以指發(fā)射極和集電極，或如果第一半導(dǎo)體20包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則開關(guān)端子可以指源極和漏極。第一開關(guān)晶體管的控制端子(例如，基極或柵極)連接到未示出的控制電路或驅(qū)動(dòng)器。
[0022]每個(gè)開關(guān)部的輸出由一組交流(AC)連接器(36、38、40)限定。如圖1所示，交流連接器包括分別用于第一相開關(guān)部、第二相開關(guān)部和第三相開關(guān)部的第一交流連接器36、第二交流連接器38和第三交流連接器40。在一個(gè)實(shí)施例中，交流連接器(36、38、40)包括表面安裝式連接器，如大致圓柱形并且包括金屬材料或合金材料的表面安裝式母連接器。每個(gè)表面安裝式連接器(36、38、40)都可以在一端處具有用于安裝到基板34上對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電墊片50的安裝墊片48，其中所述導(dǎo)電墊片50與一條或多條導(dǎo)電布線相關(guān)或電連接到所述一條或多條導(dǎo)電布線(例如，406)。
[0023]對(duì)于每個(gè)相，第一金屬島24 (例如，條帶)位于第一半導(dǎo)體20和第二半導(dǎo)體22之間的第一區(qū)域中。在一個(gè)構(gòu)造中，每個(gè)第一金屬島24通常都具有大于金屬電路布線的高度或厚度。例如，第一金屬島24提供散熱器，以向第一外殼部分100或第一殼體組件132的內(nèi)部散熱或?qū)帷５谝煌鈿げ糠?00可以將被散發(fā)的熱或被傳導(dǎo)的熱傳遞到將冷卻劑循環(huán)或傳送穿過第一外殼部分100的導(dǎo)管或轉(zhuǎn)換部。在一個(gè)實(shí)施例中，第一金屬島24包括覆銅(copper pour)。
[0024]第二金屬島26 (例如，條帶)定位在鄰近的表面安裝式連接器之間或任何直流端子(42、44)和任何鄰近的交流連接器(36、38、40)之間的第二區(qū)域中。例如，第二金屬島26提供散熱器，以向第一外殼部分100或第一殼體組件132的內(nèi)部散熱/導(dǎo)熱。第一外殼部分100可以將被散發(fā)的熱或被傳導(dǎo)的熱傳遞到將冷卻劑循環(huán)或傳送穿過第一外殼部分100的導(dǎo)管或轉(zhuǎn)換部(transit1n)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二金屬島26包括覆銅。
[0025]第三金屬島28在第二半導(dǎo)體開關(guān)22和對(duì)應(yīng)的交流連接器之間，或更一般地，在第二半導(dǎo)體開關(guān)22和表面安裝式連接器之間，定位在基板34上。在一個(gè)構(gòu)造中，每個(gè)第三金屬島28通常都具有大于金屬電路布線的高度或厚度。例如，第三金屬島28提供散熱器，以向第一外殼部分100或第一殼體組件132的內(nèi)部散熱或?qū)帷５谝煌鈿げ糠?00可以將被散發(fā)的熱或被傳導(dǎo)的熱傳遞到將冷卻劑循環(huán)或傳送穿過第一外殼部分100的導(dǎo)管或轉(zhuǎn)換部。在一個(gè)實(shí)施例中，第三金屬島28包括覆銅。
[0026]第四金屬島30接近(例如，用于每個(gè)相的)第一半導(dǎo)體開關(guān)20地定位在基板34上。在一個(gè)構(gòu)造中，每個(gè)第四金屬島30通常都具有大于金屬電路布線的高度或厚度。例如，第四金屬島30提供散熱器，以向第一外殼部分100或第一殼體組件132的內(nèi)部散熱或?qū)?。第一外殼部?00可以將被散發(fā)的熱或被傳導(dǎo)的熱傳遞到將冷卻劑循環(huán)或傳送穿過第一外殼部分100的導(dǎo)管或轉(zhuǎn)換部。在一個(gè)實(shí)施例中，第四金屬島30包括覆銅。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體開關(guān)20和第二半導(dǎo)體開關(guān)22包括由硅、碳化硅、氮化鎵或其它的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的、被以平面芯片組的形式封裝的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。這些芯片組可以被實(shí)現(xiàn)為平面形狀，并被封裝和準(zhǔn)備用于在基板上進(jìn)行的貼裝制造過程。熱調(diào)節(jié)通過(具有位于(圖4中的)第一外殼部分100內(nèi)的一體式冷卻劑通道的)殼體得到增強(qiáng)，并且第二外殼部分102提供了增加大致平面的第一半導(dǎo)體開關(guān)20和第二半導(dǎo)體開關(guān)22(例如，M0SFET/IGBT芯片組)的電流密度(A/cm2)的機(jī)會(huì)。因此，在電子組件200的規(guī)定的額定電流的情況下，根據(jù)在換流器設(shè)計(jì)中使用的開關(guān)裝置的類型，可以使用的模具尺寸比可以以其他方式用于第一半導(dǎo)體開關(guān)20第二半導(dǎo)體開關(guān)22所用的半導(dǎo)體材料的模具尺寸更小。
[0028]由被連接成通過電互連件側(cè)向引出熱流的大致平面的芯片組的雙側(cè)熱調(diào)節(jié)支持半導(dǎo)體的模具尺寸或第一半導(dǎo)體開關(guān)20和第二半導(dǎo)體開關(guān)22的封裝尺寸的減少。因此，第一半導(dǎo)體開關(guān)20和第二半導(dǎo)體開關(guān)22被放置在允許每個(gè)半導(dǎo)體模具在較低的結(jié)區(qū)溫度(Tj)下操作的熱調(diào)節(jié)環(huán)境中。本文中，熱調(diào)節(jié)環(huán)境可以稱為功率開關(guān)裝置(20、22)的多側(cè)熱調(diào)節(jié)。Tj在規(guī)定的功率條件下的較低值在沒有損害或降低換流器能力的情況下，提供了減小第一半導(dǎo)體開關(guān)20和第二半導(dǎo)體開關(guān)22的模具尺寸和封裝尺寸的機(jī)會(huì)。減小半導(dǎo)體開關(guān)(20、22)中S1、SiC和GaN材料的模具的尺寸可以在每個(gè)芯片組上按比例地增加導(dǎo)電布線區(qū)、島、散熱器區(qū)或母線的面積，使得熱流從模具到第一外殼部分100(圖4)和第二外殼部分102中的冷卻劑通道的側(cè)向流動(dòng)更有效。
[0029]在一構(gòu)造中，一組電容器56可以安裝在或到基板34上。例如，如圖1所示，第一陣列的電容器56安裝在基板34的第一側(cè)上，而第二陣列的電容器56安裝在基板34的與第一側(cè)相反的第二側(cè)上。雖然在基板34的每側(cè)示出了兩列的四個(gè)電容器56，但可以使用任何適當(dāng)數(shù)量的電容器56。如圖所不，每個(gè)電容器56都具有第一端子58和第二端子60。在一個(gè)構(gòu)造中，每個(gè)電容器56都可以包括電解電容器56。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，電容器包括表面安裝式、低輪廓的薄膜電容器。通過高表面積的導(dǎo)電端子(58、60)和圍繞電容器56的熱界面材料對(duì)于電容器56的封裝，便于針對(duì)濾波后的每安培電流的較低的溫度上升和所需要或使用的每單位電容(例如，微法(uF))的較高安培電流進(jìn)行熱傳導(dǎo)管理。熱界面材料包括固化(例如