BR102015006552A2

BR102015006552A2 - unidade eletrônica para um inversor

Info

Publication number: BR102015006552A2
Application number: BR102015006552A
Authority: BR
Inventors: Brij N Singh; John N Oenick
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2015-12-15
Also published as: CN104952836A; BR102015006552B1; BR102015006559A2; US20150282383A1; US9148946B1; CN104952836B; US9504191B2; US20150282291A1

Abstract

1 / 1 resumo â€œunidade eletrã”nica para um inversorâ€� ã‰ descrito uma unidade eletrã´nica para um inversor que compreende um substrato com uma camada dielã©trica e traã§os de circuito metã¡lico. uma pluralidade de terminais ã© arranjada para conexã£o em uma fonte de corrente contãnua. um primeiro semicondutor e um segundo semicondutor sã£o acoplados em conjunto entre os terminais da fonte de corrente contãnua. uma ilha metã¡lica primã¡ria (por exemplo, tira) fica localizada em uma zona primã¡ria entre o primeiro semicondutor e o segundo semicondutor. a ilha metã¡lica primã¡ria tem uma maior altura ou espessura do que os traã§os de circuito metã¡lico. a ilha metã¡lica primã¡ria provãª um dissipador de calor para radiar calor.

Description

“UNIDADE ELETRÔNICA PARA UM INVERSOR” Pedido Relacionado [001] Este documento (incluindo os desenhos) reivindica prioridade e o benefício da data de depósito com base no pedido provisório US 61/971.590, depositado em 28 de março de 2014, sob 35 U.S.C. § 119(e), em que o pedido provisório é, pelo presente, aqui incorporado pela referência.

Campo da Invenção [002] A descrição refere-se a uma unidade eletrônica para um inversor.

Fundamentos da Invenção [003] Em certa técnica anterior, uma unidade eletrônica pode ter dissipação de calor inadequada que reduz a longevidade ou máxima saída de potência dos comutadores semicondutores de potência. Desta maneira, há necessidade de uma unidade eletrônica para um inversor com melhor dissipação de calor.

Sumário da Invenção [004] Em uma modalidade, uma unidade eletrônica para um inversor compreende um substrato com uma camada dielétrica e traços de circuito metálico. Uma pluralidade de terminais é arranjada para conexão em uma fonte de corrente contínua. Um primeiro semicondutor e um segundo semicondutor são acoplados em conjunto entre os terminais da fonte de corrente contínua. Uma ilha metálica primária (por exemplo, tira) fíca localizada em uma zona primária entre o primeiro semicondutor e o segundo semicondutor. A ilha metálica primária tem uma maior altura ou espessura do que os traços de circuito metálico. A ilha metálica primária provê um dissipador de calor para radiar calor.

Breve Descrição dos Desenhos [005] A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade da unidade eletrônica para um inversor. [006] A figura 2 é uma vista em perspectiva explodida da unidade eletrônica da figura 1 que ilustra adicionalmente uma unidade de alojamento superior e uma unidade de alojamento inferior. [007] A figura 3 é uma vista em perspectiva da unidade eletrônica da figura 2 que é montado. [008] A figura 4 é uma primeira seção transversal da figura 3 ao longo da linha de referência 4-4 da figura 3, em que a linha de referência 4-4 também é mostrada na figura 1 e na figura 2. [009] A figura 5 é uma segunda seção transversal da figura 3 ao longo da linha de referência 5-5 da figura 3, em que a linha de referência 5-5 também é mostrada na figura 1 e na figura 2. [0010] A figura 6 é uma terceira seção transversal da figura 3 ao longo da linha de referência 6-6 da figura 3, em que a linha de referência 6-6 também é mostrada na figura 1 e na figura 2. [0011] A figura 7 é uma seção transversal de uma modalidade de uma unidade eletrônica que ilustra uma porção ampliada da região retangular 7 da figura 4. [0012] A figura 8 é uma seção transversal de uma outra modalidade que é análoga à pequena porção ampliada da região retangular 7 da figura 4, em que um material de interface térmica está presente. [0013] A figura 9 é uma seção transversal de uma ainda outra modalidade que é análoga à pequena porção ampliada da região retangular 7 da figura 5, em que uma via condutora e um plano de aterramento estão presentes. [0014] A figura 10 é um exemplo ilustrativo de um sistema de resfriamento por fluido que incorpora a unidade eletrônica da figura 1. [0015] Números de referência iguais nos diferentes desenhos indicam elementos iguais.

Descrição Detalhada [0016] Em uma modalidade, a figura 1 mostra uma unidade de placa de circuito 11 de uma unidade eletrônica 200 para um inversor. A unidade de placa de circuito 11, da unidade eletrônica 200, compreende um substrato 34 com uma camada dielétrica 54 e um ou mais traços de circuito metálico em um ou ambos os lados do substrato 34. Terminais de corrente contínua são arranjados para conexão em uma fonte de corrente contínua. Um primeiro semicondutor 20 e um segundo semicondutor 22 são acoplados em conjunto entre os terminais da fonte de corrente contínua. Uma ilha metálica primária 24 (por exemplo, tira) fica localizada em uma zona primária entre o primeiro semicondutor 20 e o segundo semicondutor 22. A ilha metálica primária 24 tem uma maior altura ou espessura do que os traços de circuito metálico. A ilha metálica primária 24 provê um dissipador de calor para radiar calor. [0017] Em uma modalidade, os terminais de corrente contínua (42, 44) compreendem conectores de montagem na superfície, tal como um conector de montagem na superfície fêmea que é, no geral, cilíndrico e que compreende um metal ou um material de liga. Cada conector (36, 38, 40, 42, 44) pode compreender um conector de montagem na superfície. Cada conector (36, 38, 40, 42, 44) pode ter uma plataforma de montagem 48 em uma extremidade para montagem em uma correspondente plataforma condutora 50 no substrato 34, em que a plataforma condutora 50 é associada com, ou eletricamente conectada em, um ou mais traços condutores (por exemplo, 406). [0018] Da forma ilustrada, a unidade eletrônica 200 mostra três fases ou três seções de comutação, em que cada fase tem um primeiro semicondutor 20 acoplado em um segundo semicondutor 22. Nas entradas de cada seção de comutação, o primeiro terminal de corrente contínua 42 e o segundo terminal de corrente contínua 44 proveem corrente contínua para cada fase ou seção de comutação. A saída de cada seção de comutação é definida pelo conjunto de conectores de corrente alternada. [0019] Para cada fase, o primeiro semicondutor 20 pode compreender um comutador semicondutor (por exemplo, comutador semicondutor do lado baixo) que tem pelo menos um dos seus terminais de comutação acoplados em um lado (por exemplo, lado baixo ou terminal negativo) do barramento em corrente contínua ou fonte de corrente contínua que alimenta os terminais de corrente contínua. Por exemplo, os terminais de comutação podem consultar o emissor e o coletor se o primeiro semicondutor 20 compreender um transistor, ou os terminais de comutação podem consultar a origem e o dreno se o primeiro semicondutor 20 compreender um transistor de efeito de campo. Um terminal de controle (por exemplo, base ou porta) do primeiro transistor de comutação é acoplado em um circuito de controle ou um acionador que não é mostrado. [0020] Para cada fase, o segundo semicondutor 22 pode compreender um comutador semicondutor (por exemplo, comutador semicondutor do lado alto) que tem pelo menos um dos seus terminais de comutação acoplado em um lado (por exemplo, lado alto ou terminal positivo) do barramento em corrente contínua ou da fonte de corrente contínua que alimenta os terminais de corrente contínua. Por exemplo, os terminais de comutação podem consultar o emissor e o coletor se o primeiro semicondutor 20 compreender um transistor, ou os terminais de comutação podem consultar a origem e o dreno se o primeiro semicondutor 20 compreender um transistor de efeito de campo. Um terminal de controle (por exemplo, base ou porta) do primeiro transistor de comutação é acoplado em um circuito de controle ou um acionador que não é mostrado. [0021] A saída de cada seção de comutação é definida pelo conjunto dos conectores de corrente alternada (CA) (36, 38, 40). Da forma ilustrada na figura 1, os conectores de corrente alternada compreendem um primeiro conector CA 36, um segundo conector CA 38 e um terceiro conector CA 40 para a primeira seção de comutação de fase, a segunda seção de comutação de fase e a terceira seção de comutação de fase, respectivamente. Em uma modalidade, os conectores CA (36, 38, 40) compreendem conectores de montagem na superfície, tal como um conector de montagem na superfície fêmea que é, no geral, cilíndrico e que compreende um metal ou material de liga. Cada conector de montagem na superfície (36, 38, 40) pode ter uma plataforma de montagem 48 em uma extremidade para montagem em uma correspondente plataforma condutora 50 no substrato 34, em que a plataforma condutora 50 é associada com, ou eletricamente conectada em, um ou mais traços condutores (por exemplo, 406). [0022] Para cada fase, a ilha metálica primária 24 (por exemplo, tira) fica localizada em uma zona primária entre o primeiro semicondutor 20 e o segundo semicondutor 22. Em uma configuração, cada ilha metálica primária 24, no geral, tem uma maior altura ou espessura que os traços de circuito metálico. Por exemplo, a ilha metálica primária 24 provê um dissipador de calor para radiar ou conduzir calor para um interior da primeira porção de invólucro 100 ou da primeira unidade de alojamento 132. A primeira porção de invólucro 100 pode comunicar o calor radiado ou conduzido na direção de um conduíte ou transicionar para circular ou conduzir agente de resfriamento através da primeira porção de invólucro 100. Em uma modalidade, a ilha metálica primária 24 compreende um derrame de cobre. [0023] Uma ilha metálica secundária 26 (por exemplo, tira) fica localizada em uma zona secundária entre os conectores de montagem na superfície adjacentes ou entre qualquer terminal CC (42, 44) e qualquer conector CA adjacente (36, 38, 40). Por exemplo, a ilha metálica secundária 26 provê um dissipador de calor para radiar/conduzir calor para um interior da primeira porção de invólucro 100 ou da primeira unidade de alojamento 132. A primeira porção de invólucro 100 pode comunicar o calor radiado ou conduzido na direção de um conduíte ou transicionar para circular ou conduzir agente de resfriamento através da primeira porção de invólucro 100.

Em uma modalidade, a ilha metálica secundária 26 compreende um derrame de cobre. [0024] Uma ilha metálica terciária 28 fica localizada no substrato 34 entre um segundo comutador semicondutor 22 e um correspondente conector CA ou, mais no geral, entre um segundo comutador semicondutor 22 e o conector de montagem na superfície. Em uma configuração, cada ilha metálica terciária 28, no geral, tem uma maior altura ou espessura do que os traços de circuito metálico. Por exemplo, a ilha metálica terciária 28 provê um dissipador de calor para radiar ou conduzir calor para um interior da primeira porção de invólucro 100 ou da primeira unidade de alojamento 132. A primeira porção de invólucro 100 pode comunicar o calor radiado ou conduzido na direção de conduíte ou transicionar para circular ou conduzir agente de resfriamento através da primeira porção de invólucro 100. Em uma modalidade, a ilha metálica terciária 28 compreende um derrame de cobre. [0025] Uma ilha metálica quaternária 30 fica localizada no substrato 34 próximo de um primeiro comutador semicondutor 20 (por exemplo, para cada fase). Em uma configuração, cada ilha metálica quaternária 30, no geral, tem uma maior altura ou espessura do que os traços de circuito metálico. Por exemplo, a ilha metálica quaternária 30 provê um dissipador de calor para radiar ou conduzir calor para um interior da primeira porção de invólucro 100 ou da primeira unidade de alojamento 132. A primeira porção de invólucro 100 pode comunicar o calor radiado ou conduzido na direção do conduíte ou transicionar para circular ou conduzir agente de resfriamento através da primeira porção de invólucro 100. Em uma modalidade, a ilha metálica quaternária 30 compreende um derrame de cobre. [0026] Em uma modalidade, o primeiro comutador semicondutor 20 e o segundo comutador semicondutor 22 compreendem transistores de efeito de campo com semicondutor de óxido de metal (MOSFET's) ou transistores bipolares de porta isolada (IGBT's) compostos de silício, carboneto de silício, nitreto de gálio ou outro material semicondutor que é acondicionado na forma de conjuntos de chips planos. Estes conjuntos de chips podem ser realizados em forma plana, acondicionados e prontos para processos de manufatura tipo escolha e instalação no substrato. O gerenciamento térmico é aprimorado por um alojamento (com canais de agente de resfriamento integrais na primeira porção de invólucro 100 (figura 4) e na segunda porção de invólucro 102) e oferece a oportunidade de elevar a densidade de corrente (A/cm2) do primeiro comutador semicondutor substancialmente plano 20 e do segundo comutador semicondutor 22 (por exemplo, conjuntos de chip MOSFET / IGBT).

Portanto, em uma dada corrente nominal da unidade eletrônica 200, é possível usar um molde de menor tamanho do que em outras circunstâncias possível para o material semicondutor usado no primeiro comutador semicondutor 20 e no segundo comutador semicondutor 22, dependendo do tipo dos dispositivos de comutação usados no desenho do inversor. [0027] A redução do tamanho do molde do semicondutor ou do tamanho do pacote do primeiro comutador semicondutor 20 e do segundo comutador semicondutor 22 é suportada pelo gerenciamento térmico de dupla face dos conjuntos de chip substancialmente planos acoplados com retirada lateral do fluxo de calor através de interconexões de potência. Desta maneira, o primeiro comutador semicondutor 20 e o segundo comutador semicondutor 22 são instaladas em um ambiente termicamente gerenciado que permite que cada molde semicondutor opere em temperatura de junção (Tj) inferior. Aqui, o ambiente termicamente gerenciado pode ser referido como gerenciamento térmico multifaces dos dispositivos de comutação de potência (20, 22). Um valor inferior de Tj em uma dada potência oferece a oportunidade de diminuir o tamanho do molde e o tamanho do pacote do primeiro comutador semicondutor 20 e do segundo comutador semicondutor 22 sem comprometer ou diminuir a capacidade do inversor. Diminuir o tamanho do molde do material Si, SiC e GaN nos comutadores semicondutores (20, 22) pode aumentar proporcionalmente a área dos traços condutores, ilhas, áreas de dissipação de calor ou barra do barramento ao redor de cada conhecimento de chip, tomando mais efetivo o fluxo lateral do fluxo de calor do molde até o canal de agente de resfriamento na primeira porção de invólucro 100 (figura 4) e na segunda porção de invólucro 102. [0028] Em uma configuração, um grupo de capacitores 56 pode ser montado no substrato 34. Por exemplo, da forma mostrada na figura 1, um primeiro arranjo de capacitores 56 é montado em um primeiro lado do substrato 34, enquanto um segundo arranjo de capacitores 56 é montado em um segundo lado do substrato 34 oposto ao primeiro lado. Embora duas fileiras de quatro capacitores 56 sejam mostradas em cada lado do substrato 34, qualquer número adequado de capacitores 56 pode ser usado. Da forma mostrada, cada capacitor 56 tem um primeiro terminal 58 e um segundo terminal 60. Em uma configuração, cada capacitor 56 pode compreender um capacitor eletrolítico 56. [0029] Em uma modalidade, os capacitores compreendem capacitores de filme de baixo perfil de montagem na superfície. O pacote dos capacitores 56 com terminais condutores em alta área de superfície (58, 60) e material de interface térmica ao redor dos capacitores 56 facilita o gerenciamento condutor térmico para menor aumento de temperatura por corrente em ampère filtrada e maior ampère por unidade de capacitância (por exemplo, microFarad (pF)) exigidos ou usados. O material de interface térmica compreende um polímero (por exemplo, substancialmente reticulado), elastômero ou plástico ou material dielétrico sólido curados que ficam posicionados, inseridos, injetados como uma resina em um estado não curado, em fase líquida, ou em uma fase semissólida entre o interior do primeiro invólucro e do segundo invólucro e os capacitores 56 para melhor dissipação de calor. Os capacitores 56 podem ser configurados como partes que podem suportar perfil de temperatura de refluxo sem chumbo necessário para linha de manufatura de montagem na superfície, por exemplo. [0030] Da forma ilustrada na figura 1, um substrato ancilar 46 é montado em um plano diferente que é, no geral, paralelo a, ou deslocado em relação a, o plano do substrato 34. Um conector tem uma porção dielétrica e terminais, em que o conector é montado em, ou através de, o substrato ancilar 46. A placa de circuito ancilar pode ter uma ou mais aberturas 52. Por exemplo, a placa de circuito ancilar pode ter aberturas ancilares 52 para cada fase ou seção de comutação, de maneira tal que uma segunda porção de invólucro 102 ou uma segunda unidade de alojamento 134 possam contactar ou ficar em proximidade imediata com a seção de comutação para conduzir calor para longe da seção de comutação. [0031] Em uma modalidade alternativa, o calor é conduzido para longe de uma ou mais ilhas metálicas (por exemplo, 24, 28, 30) através de uma ou mais vias condutoras térmicas 900 (por exemplo, furos passantes condutores térmicos, vias cegas condutoras térmicas ou vias condutoras térmicas e elétricas, ou outras estruturas) conectadas entre as uma ou mais ilhas metálicas (por exemplo, 24, 28, 30) e a ilha de dissipação de calor 901 ou dissipador de calor em um lado oposto do substrato 34, da forma melhor ilustrada na figura 9. Em uma modalidade, o dissipador de calor ou ilha de dissipação de calor 901 é isolado em uma base fase por fase, de maneira tal que cada fase da ilha de dissipação de calor (por exemplo, primeira fase da ilha de dissipação de calor) seja mecanicamente separada e eletricamente isolada (por exemplo, eletromagneticamente isolada em uma faixa de frequência operacional) das respectivas outras fases das ilhas de dissipação de calor (por exemplo, em um lado inferior ou no lado oposto do substrato 34) das outras saídas de fase (por exemplo, segunda fase da ilha de dissipação de calor e terceira fase da ilha de dissipação de calor) da unidade eletrônica 200.

Adicionalmente, cumulado com ou separado da transferência de calor através das vias condutoras térmicas 900, o calor é transferido para o fluido ou agente de resfriamento no canal do agente de resfriamento (por exemplo, na primeira porção de invólucro 100 ou na segunda porção de invólucro). [0032] A unidade de placa de circuito 11 da unidade eletrônica 200 pode compreender uma pluralidade de primeiros conectores de montagem na superfície montados no substrato 34 que são eletricamente conectados nos terminais e uma ilha metálica secundária 26 localizada em uma zona secundária entre conectores de montagem na superfície adjacentes. [0033] A figura 2 ilustra uma unidade de alojamento que encerra a unidade de placa de circuito 11 da figura 1. Em uma modalidade, o alojamento compreende uma primeira unidade de alojamento 132 e uma segunda unidade de alojamento 134, em que a primeira unidade de alojamento 132 conjuga com a segunda unidade de alojamento 134. A primeira unidade de alojamento 132 compreende uma primeira porção de invólucro 100 e uma terceira porção de invólucro 104. A segunda unidade de alojamento 134 compreende uma segunda porção de invólucro 102 e uma quarta porção de invólucro 106. [0034] Da forma mostrada, a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102 têm furos de montagem (108, 110) para receber um ou mais fixadores 117 para fixar ou juntar a primeira porção de invólucro 100 na segunda porção de invólucro 102, em que a unidade de placa de circuito 11 da figura 1 é ensanduichada entre a primeira e a segunda porções de invólucro 102 ou encerrada pelas primeira e segunda porções de invólucro 102. A terceira porção de invólucro 104 é presa ou anexada na primeira porção de invólucro 100. Por exemplo, a terceira porção de invólucro 104 pode compreender um dissipador de calor ou cobertura superior da unidade de alojamento. Similarmente, a quarta porção de invólucro 106 pode compreender um dissipador de calor ou uma cobertura inferior da unidade de alojamento. A quarta porção de invólucro 106 é presa ou anexada na segunda porção de invólucro 102. Em uma modalidade, a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102 são compostas por um polímero, um plástico, uma matriz de polímero com um reforço, tais como uma fibra reforçada ou fibra de carbono. Por exemplo, a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102 podem ser fabricadas por uma impressora tridimensional capaz de imprimir uma estrutura tridimensional com várias aberturas 52, conduítes ou passagens para conduzir fluido para resfriar a unidade de placa de circuito 11 ou seus componentes de geração de calor. Em uma configuração ilustrativa, a terceira porção de invólucro 104 e a quarta porção de invólucro 106 podem ser construídas de um material de metal, um material metálico, um material de liga ou material de dissipação de calor, tais como alumínio e alumínio fundido. A terceira porção de invólucro 104 e a quarta porção de invólucro 106 podem ser construídas com uma impressora tridimensional capaz de imprimir uma estrutura tridimensional a partir de um polímero, plástico ou resina que contêm partículas condutoras elétricas, tais como partículas metálicas, para promover dissipação de calor, ou quaisquer materiais poliméricos condutores térmicos adequados. [0035] Uma primeira superfície interior da primeira porção de invólucro 100 pode se conformar, substancialmente, no tamanho e na forma para conjugar ou integrar com um lado da unidade de placa de circuito 11, enquanto uma segunda superfície interior da segunda porção de invólucro 102 pode se conformar, substancialmente, no tamanho e na forma para conjugar ou integrar com um lado oposto. Por exemplo, a primeira porção de invólucro 100 tem, no geral, recessos cilíndricos que encaixam com correspondentes conectores CA e terminais CC no substrato 34. Adicionalmente, a primeira porção de invólucro 100 tem um recesso da primeira seção de comutação 75 que, no geral, é retangular, tipo poliedro ou que de outra forma se conforma com a forma e o tamanho da primeira seção de comutação 75 acima do substrato 34; um recesso 126 da segunda seção de comutação 77 que, no geral, é retangular, tipo poliedro ou que de outra forma se conforma com a forma e o tamanho da segunda seção de comutação 77 acima do substrato 34; um recesso da terceira seção de comutação 79 que, no geral, é retangular, tipo poliedro ou que de outra forma se conforma com a forma e o tamanho da terceira seção de comutação 79 acima do substrato 34. Em relação aos arranjos do capacitor 56, o primeiro invólucro tem um recesso do capacitor agregado ou recessos do capacitor individuais que se conformam com o tamanho e a forma dos correspondentes capacitores 56 da unidade de placa de circuito 11. [0036] A segunda porção de invólucro 102 tem protuberâncias elevadas 124 para cada seção de comutação, em que as protuberâncias elevadas 124 podem contactar o lado inferior de cada seção de comutação.

Em uma modalidade alternativa, a segunda porção de invólucro 102 tem protuberâncias elevadas para cada seção de comutação, em que as protuberâncias elevadas podem contactar o lado inferior de cada seção de comutação com um material de interface condutora térmica, da forma ilustrada na figura 8. O material da interface condutora térmica compreende um adesivo condutor térmico interveniente, uma graxa condutora térmica interveniente ou um polímero condutor térmico interveniente. Da forma mostrada, a segunda porção de invólucro 102 tem um recesso do capacitor agregado 56 que se conforma com o tamanho e com a forma dos correspondentes capacitores 56 na unidade de placa de circuito 11. [0037] Da forma mostrada, a primeira porção de invólucro 100 tem uma primeira admissão 116 e um primeiro escape 118 para receber e exaurir um agente de resfriamento, respectivamente. Similarmente, a segunda porção de invólucro 102 tem uma segunda admissão 120 e um segundo escape 122 para receber e exaurir um agente de resfriamento, respectivamente. A figura 10 provê um exemplo ilustrativo de uma modalidade de como o agente de resfriamento é circulado ou conduzido através da unidade eletrônica 200 para prover resfriamento aprimorado das seções de comutação, capacitores 56 ou outros componentes na unidade eletrônica 200. [0038] A figura 3 mostra a unidade eletrônica 200 da figura 2 em seu estado montado. Cada um dos conectores CA (36, 38, 40) e conectores CC (42, 44) pode ser conectado nos condutores 130 ou cabos por meio de conectores conjugados 128 (por exemplo, plugues machos) que conjugam com os correspondentes conectores (por exemplo, conectores de montagem na superfície ou conectores fêmeas) da unidade eletrônica 200. Por exemplo, os conectores CC (42, 44) podem ser conectados ou acoplados em uma origem de corrente contínua (CC), tais como uma batería, um gerador, uma saída elétrica de célula de combustível ou altemador retificado. Neste particular, os conectores CA podem ser acoplados ou conectados nas fases correspondentes de um motor elétrico (por exemplo, qualquer motor de relutância comutado convencional, não convencional ou mutuamente acoplado ou motor de corrente alternada com ímã permanente) para serem controlados, ou um altemador ou outra máquina elétrica. [0039] A figura 4 ilustra uma seção transversal da unidade eletrônica 200 ao longo da linha de referência 4-4. Números de referência iguais na figura 1 até na figura 4, inclusive, indicam elementos ou recursos iguais. A seção transversal da figura 4 mostra os canais do agente de resfriamento (420, 422, 424, 421, 428) que se estendem entre a primeira admissão 116 e o primeiro escape 118 da primeira unidade de alojamento 132 ou da primeira porção de invólucro 100. A seção transversal da figura 4 também mostra os canais do agente de resfriamento (411, 412, 414, 416, 418) que se estendem entre a segunda admissão 120 e o segundo escape 122 da segunda unidade de alojamento 134 ou da segunda porção de invólucro 102. Em uma modalidade, entre a primeira admissão 116 e o primeiro escape 118, um primeiro canal de agente de resfriamento (420, 422, 424, 421, 428) fica completamente contido na primeira porção de invólucro, o que elimina a necessidade de orifícios de cooperação na unidade eletrônica 200 para a transferência do agente de resfriamento entre a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102. Similarmente, entre a segunda admissão 120 e o segundo escape 122, um segundo canal de agente de resfriamento fica completamente contido na segunda porção de invólucro 102, o que elimina a necessidade de quaisquer orifícios de cooperação na unidade eletrônica 200 para a transferência do agente de resfriamento entre a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102. Desta maneira, todas as gaxetas, vedações ou adesivo entre estes orifícios de cooperação, na primeira porção de invólucro 100 e na segunda porção de invólucro 102, são eliminados e não há vazamento. [0040] Com propósitos ilustrativos, a figura 4 será descrita de maneira tal que a porção visível do primeiro canal de agente de resfriamento seja designada como uma porção de saída (420, 422, 424, 421, 428) do primeiro canal de agente de resfriamento, embora o primeiro canal de agente de resfriamento tenha uma porção de entrada que parece similar à porção de saída. A porção de saída e a porção de entrada do primeiro canal de agente de resfriamento são, no geral, intercambiáveis em virtude de elas serem meramente definidas em relação à direção do fluido ou fluxo do agente de resfriamento, e em relação à orientação da descarga da bomba ou da entrada da bomba em relação à primeira entrada e à primeira saída. Por exemplo, a porção de entrada e a porção de saída são redefinidas quando as conexões entre a primeira entrada e a primeira saída na bomba forem invertidas. [0041] Em uma modalidade, uma porção de saída (420, 422, 424, 421, 428) do primeiro canal do agente de resfriamento compreende uma primeira câmara transversal de admissão 420, um conjunto de primeiros conduítes de saída internos 422, um conjunto de primeiras transições de saída 424, um conjunto de primeiros conduítes de saída externos 421 e uma primeira câmara transversal externa 428, um conjunto de primeiros conduítes externos de entrada, um conjunto de primeiras transições de entrada, um conjunto de primeiros conduítes de entrada internos. A porção de saída (420, 422, 424, 421, 428) do primeiro canal de agente de resfriamento é acoplada entre a primeira admissão 116 e o primeiro escape 118 e pode seguir um trajeto em circuito ou trajeto de serpentina através da primeira porção de invólucro 100 entre a primeira admissão 116 e o primeiro escape 118. A porção de saída (420, 422, 424, 421, 428) do primeiro canal do agente de resfriamento pode ser descrita em conjunto com a direção fluxo de fluido da primeira admissão 116 até o primeiro escape 118, em que o trajeto de saída se desloca a partir da primeira admissão 116 e em que o trajeto de entrada se desloca na direção do primeiro escape 118. [0042] No primeiro canal do agente de resfriamento, a primeira admissão 116 comunica com a primeira câmara transversal de admissão 420.

Um conjunto de primeiros conduítes de saída internos 422 compreendem um ou mais primeiros conduítes de saída internos que emanam a partir da (por exemplo, longitudinalmente na figura 4 no plano da folha) primeira câmara transversal de admissão 420. O respectivo conjunto dos conduítes de saída internos 422 é acoplado em um correspondente conjunto das primeiras transições de saída 424. Em uma modalidade, cada primeira região da transição de saída 424 pode compreender um canal substancialmente espiral, substancialmente elíptico ou substancialmente circular, ou de outra forma curvo, que liga ou conecta um respectivo dos primeiros conduítes de saída internos 422 nos correspondentes primeiros conduítes de saída externos 424.

Em uma configuração, uma extremidade do conjunto dos primeiros conduítes de saída externos 421 é acoplada em um correspondente conjunto das primeiras transições de saída 424, enquanto a extremidade oposta do conjunto dos primeiros conduítes de saída externos 421 é acoplada na primeira câmara transversal externa 428. [0043] No segundo canal de agente de resfriamento (411, 412, 414, 416, 418), a segunda admissão 120 comunica com a segunda câmara transversal de admissão 411. Um conjunto de segundos conduítes de saída internos 412 compreende um ou mais segundos conduítes de saída internos que emanam a partir da (por exemplo, longitudinal na figura 4 no plano da folha) segunda câmara transversal de admissão 411. O respectivo conjunto dos conduítes de saída internos 412 é acoplado em um correspondente conjunto de segundas transições de saída 414. Em uma modalidade, cada segunda transição de saída 414 pode compreender um canal substancialmente espiral, substancialmente elíptico ou substancialmente circular, ou de outra forma curvo, que liga ou conecta um respectivo dos segundos conduítes de saída internos 412 nos correspondentes segundos conduítes de saída externos 416. Em uma configuração, uma extremidade do conjunto dos segundos conduítes de saída externos 416 é acoplada em um correspondente conjunto da segunda transição de saída 414, enquanto a extremidade oposta do conjunto dos segundos conduítes de saída externos 416 é acoplada na segunda câmara transversal externa 418, ou uma série de conduítes ou laços curvos, no geral, paralelos. [0044] Em uma modalidade, uma ou mais das transições (424, 414) pode compreender um canal substancialmente espiral, substancialmente elíptico, substancialmente circular ou de outra forma curvo que circum- navega ou circunda um exterior de um conector (por exemplo, conector de montagem na superfície) associado com o substrato 34. Desta maneira, cada tal transição (por exemplo, 424) tem um diâmetro interno ou superfície, no geral, cilíndrica 410 que é configurada para conjugar com, aninhar com ou integrar com uma superfície externa, no geral, cilíndrica 408 do conector 40.

Da forma mostrada na figura 4, uma transição 424 (por exemplo, primeira transição ou transição superior) circunda o exterior do conector 40 em proximidade imediata para transferência de calor da energia térmica do conector 40 para o agente de resfriamento no primeiro canal de agente de resfriamento, enquanto a transição 414 (por exemplo, segunda transição ou transição inferior) não circunda o conector (por exemplo, 40) na configuração mostrada. A transição 414 pode ser composta por, ou associada com, um metal ou estrutura metálica em proximidade imediata com um dissipador de calor da quarta porção de invólucro 106. [0045] Em uma configuração ilustrativa, a primeira porção de invólucro 100 tem uma superfície interna com uma forma e tamanho conjugados que correspondem ao contorno ou contíguos aos primeiros conectores de montagem na superfície (36, 38, 40) ou que correspondem a terminais diretos (42, 44). A primeira porção de invólucro 100 tem uma região de transição (por exemplo, 414) de canais em um trajeto espiral ao redor de um diâmetro externo do primeiro conector de montagem na superfície para prover trajeto térmico para dissipação de calor a partir do conector de montagem na superfície (36, 38, 40) ou terminais diretos (42, 44).

Por exemplo, a superfície interna é substancialmente cilíndrica e encaixa em uma correspondente superfície cilíndrica externa de um correspondente dos primeiros conectores de montagem na superfície (36, 38, 40) ou terminais diretos (42, 44). [0046] A primeira unidade de alojamento 132 compreende uma primeira porção de invólucro 100 que sobrepõe o substrato 34 e a ilha metálica primária 24; em que o calor é conduzido para longe da ilha metálica primária 24 através de uma primeira porção de invólucro 100 em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica primária 24. Por exemplo, o calor é conduzido da ilha metálica primária 24 através da porção de invólucro até o ar ambiente ao redor da primeira porção de invólucro 100.

Cumulativo com, ou separado da, transferência de calor para o ar ambiente ao redor da primeira porção de invólucro 100, o calor é transferido para o fluido ou agente de resfriamento no canal de agente de resfriamento. Calor ou energia térmica são conduzidos para longe da ilha metálica terciária 28 através de uma primeira porção de invólucro 100 em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica terciária 28. Calor ou energia térmica são conduzidos para longe de uma ilha metálica quaternária 30 através de uma primeira porção de invólucro 100 em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica quaternária 30. Da forma ilustrada, um ou mais traços condutores estão em um ou mais lados do substrato 34. O conector 32 pode ser montado na superfície em plataformas condutoras em um lado do substrato, e pode ser montado através de uma abertura do conector 15 (figura 2) na primeira porção de invólucro 100. [0047] Na figura 4, a terceira porção de invólucro 104 tem uma ou mais aletas 402 ou elementos de radiação para radiar energia térmica. Em uma modalidade alternativa, a terceira porção de invólucro 104 pode ser configurada como um dissipador de calor e forjado, fundido, estampado ou de outra forma formado a partir de metal, uma liga ou material metálico.

Similarmente, a quarta porção de invólucro 106 tem uma ou mais aletas 404 ou elementos de radiação para radiar energia térmica. Em uma modalidade alternativa, a quarta porção de invólucro 106 pode ser configurada como um dissipador de calor e forjada, fundida, estampada ou de outra forma formada a partir de metal, uma liga ou material metálico. [0048] A figura 5 mostra uma seção transversal da unidade eletrônica 200 ao longo da linha de referência 5-5. Números de referência iguais na figura 4 e na figura 5 indicam elementos iguais. A seção transversal da figura 5 não mostra a seção transversal de nenhum transistor ou a seção transversal de nenhum conversor CA (36, 38, 40) ou terminal CC (42, 44).

Adicionalmente, a seção transversal da figura 5 cai entre o primeiro canal do agente de resfriamento e o segundo canal do agente de resfriamento na primeira porção de invólucro 100 e na segunda porção de invólucro 102, respectivamente. [0049] A figura 6 mostra uma seção transversal da unidade eletrônica 200 ao longo da linha de referência 6-6. Números de referência iguais na figura 4 e na figura 6 indicam números de referência iguais. A seção transversal da figura 4 pode descrever uma transição de saída e correspondentes porções de saída dos primeiro e segundo conduítes, enquanto a seção transversal da figura 5 pode mostrar uma transição de entrada e as correspondentes porções de entrada dos primeiro e segundo conduítes. [0050] Um conjunto de primeiros conduítes de entrada externos 521 compreende um ou mais primeiros conduítes de entrada externos 521 que emanam a partir da (por exemplo, longitudinalmente na figura 4 no plano da folha) primeira câmara transversal externa 528, ou uma série de conduítes ou laços curvos, no geral, paralelos. O respectivo conjunto de conduítes de entrada externos 521 é acoplado em um correspondente conjunto de primeiras transições de entrada 524. Em uma modalidade, cada primeira transição de entrada 524 pode compreender um canal substancialmente espiral, substancialmente elíptico ou substancialmente circular, ou de outra forma curvo, que liga ou conecta um respectivo dos primeiros conduítes de entrada externos 521 nos correspondentes primeiros conduítes de entrada internos 522. Em uma configuração, uma extremidade do conjunto dos primeiros conduítes de entrada internos 522 é acoplada em um correspondente conjunto das primeiras transições de entrada 524, enquanto a extremidade oposta do conjunto dos primeiros conduítes de entrada internos 522 é acoplada na primeira câmara transversal de admissão 520. A primeira câmara transversal de admissão pode ser acoplada na primeira admissão 116 ou no primeiro escape 118. [0051] Um conjunto dos segundos conduítes de entrada externos 516 compreende um ou mais segundos conduítes de entrada externos 516 que emanam a partir da (por exemplo, longitudinalmente na figura 4 no plano da folha) segunda câmara transversal externa 518 ou uma série de conduítes ou laços curvos, no geral, paralelos. O respectivo conjunto dos segundos conduítes de entrada externos 516 é acoplado em um correspondente conjunto de segundas transições de entrada 514. Em uma modalidade, cada segunda transição de entrada 514 pode compreender um canal substancialmente espiral, substancialmente elíptico ou substancialmente circular, ou de outra forma curvo, que liga ou conecta um respectivo dos segundos conduítes de entrada externos 516 nos correspondentes segundos conduítes de entrada internos 512. Em uma configuração, uma extremidade do conjunto de segundos conduítes de entrada internos 512 é acoplada em um correspondente conjunto das segundas transições de entrada 514, enquanto a extremidade oposta do conjunto dos segundos conduítes de entrada internos 512 é acoplada na segunda câmara transversal de escape 511. A segunda câmara transversal de escape 511 pode ser acoplada na segunda admissão 120 ou no segundo escape 122. [0052] Na figura 4 até na figura 6, a primeira porção de invólucro 100 compreende um grupo de canais ou microcanais na primeira porção de invólucro 100 para conduzir fluido ou agente de resfriamento, e em que uma superfície interna da primeira porção de invólucro 100 fica em contato com, acima ou em proximidade imediata com uma ou mais ilhas metálicas (por exemplo, a ilha metálica primária 24, a ilha metálica secundária 26, a ilha metálica terciária 28 ou a ilha metálica quaternária 30) para transferência do calor das ilhas metálicas para o agente de resfriamento ou o fluido no canal ou nos microcanais. Em uma configuração, cada conector CA (36, 38, 40) que compreende o conector de montagem na superfície é montado no substrato 34. Cada conector CA é eletricamente conectado em cada correspondente terminal de saída de fase de uma seção de comutação, tais como o primeiro semicondutor 20 e o segundo semicondutor 22. Uma ilha metálica terciária 28 fica localizada em uma zona terciária entre conectores adjacentes (26, 38, 40, 42, 44) ou entre conectores de montagem na superfície adjacentes. [0053] Em um exemplo, a segunda porção de invólucro 102 compreende um grupo de canais ou microcanais na segunda porção de invólucro 102, e em que uma superfície interna da segunda porção de invólucro 102 fica em contato com, acima ou em proximidade imediata com um lado oposto do substrato 34 no qual uma ou mais ilhas metálicas são encontradas para transferência do calor a partir de uma ou mais ilhas metálicas. Em uma configuração, o primeiro semicondutor 20 e o segundo semicondutor 22 compreendem transistores de montagem na superfície que são montados no substrato 34 e eletricamente conectados em correspondentes traços de circuito metálico (por exemplo, 406 na figura 4), e em que a segunda porção de invólucro 102 tem uma superfície interna com uma forma e tamanho conjugados que correspondem ao contorno ou superfície contígua do lado oposto do substrato 34 e todos os componentes associados (por exemplo, componentes elétricos ou eletrônicos) no substrato 34. [0054] A figura 7 ilustra uma porção retangular ampliada da seção transversal da unidade eletrônica 200 mostrado na figura 4. A figura 7 mostra claramente a transição que encaixa um conector (por exemplo, conector de montagem na superfície) que é conectado na correspondente porção do conector (por exemplo, plugue) e no condutor. Aqui, a correspondente porção do conector é ilustrada como conector de ângulo reto, embora qualquer conector (por exemplo, conector reto ou conector ordinário) possa cair no escopo da descrição. [0055] Na figura 7, a primeira porção de invólucro 100 compreende um primeiro conduíte. Por sua vez, o primeiro conduíte compreende um grupo de canais que se estendem, no geral, paralelos a longitudinalmente dos primeiros microcanais na primeira porção de invólucro 100, em que uma porção contígua da primeira porção de invólucro 100 provê um trajeto térmico entre uma ou mais ilhas metálicas e o primeiro conduíte. Da forma indicada previamente, as ilhas metálicas incluem uma ou mais das seguintes ilhas: uma ilha metálica primária 24, uma ilha metálica secundária 26, uma ilha metálica terciária 28 e uma ilha metálica quaternária. Em uma modalidade, os canais são sinônimos com os trajetos de entrada e de saída previamente aqui descritos. [0056] Da forma ilustrada na figura 7, a segunda porção de invólucro 102 compreende um segundo conduíte. Por sua vez, o segundo conduíte compreende um grupo de canais que se estendem, no geral, paralelos e longitudinalmente ou segundo microcanais na segunda porção de invólucro 102, em que uma porção contígua da segunda porção de invólucro 102 provê um trajeto térmico entre uma ou mais ilhas metálicas e o segundo conduíte.

Da forma indicada previamente, as ilhas metálicas incluem uma ou mais das seguintes ilhas: uma ilha metálica primária 24, uma ilha metálica secundária 26, uma ilha metálica terciária 28 e uma ilha metálica quaternária 30. [0057] A terceira porção de invólucro 104 fica presa na primeira porção do conector. A terceira porção do conector compreende uma cobertura ou dissipador de calor (por exemplo, cobertura com aletas de resfriamento externas ou cristas, no geral, paralelas) para prover um trajeto complementar para transferência do calor de uma ou mais ilhas metálicas da unidade eletrônica 200. A quarta porção de invólucro 106 fica presa na segunda porção de conector. A quarta porção de conector compreende uma cobertura ou dissipador de calor (por exemplo, cobertura com aletas de resfriamento externas ou cristas, no geral, paralelas) para prover um trajeto complementar para transferência do calor a partir de uma ou mais ilhas metálicas da unidade eletrônica 200. [0058] A unidade eletrônica 200 da figura 8 é similar à unidade eletrônica 200 da figura 7, exceto em que a unidade eletrônica 200 da figura 8 inclui adicionalmente um material de interface térmica (801, 802, 803), um adesivo condutor térmico ou lubrificante condutor térmico. Por exemplo, o material de interface térmica (801, 802, 803) é usado entre a ilha metálica primária 24 e a primeira porção de invólucro 100, entre a ilha metálica terciária 28 e a primeira porção de invólucro 100 e entre a ilha metálica quaternária 30 e a primeira porção de invólucro 100. Números de referência iguais na figura 7 e na figura 8 indicam elementos ou recursos iguais. [0059] Em uma modalidade, o material da interface térmica é um reforço de folga que pode ser usado entre a unidade de placa de circuito 100 e um interior da unidade eletrônica 200. Por exemplo, um material de interface térmica pode ser injetado, forçado ou colocado em uma primeira folga entre a unidade de placa de circuito 100 e a superfície interior, no geral, em conformidade da primeira porção de invólucro 100 e entre uma segunda folga entre a unidade de placa de circuito 100 e a segunda porção de invólucro 102. O material da interface térmica pode encher depressões, recessos ou vazios irregulares em uma camada. O material da interface térmica é bem adequado para deixar para trás zero ou quantidade desprezível de linhas de ligação depois que o material da interface térmica for curado. O material da interface térmica é usado para evitar curtos-circuitos e contato metal com metal, em que um terminal de metal vivo (ou uma estrutura condutora elétrica em um potencial diferente do aterramento) pode contactar um componente de metal em potencial de aterramento elétrico. O material da interface térmica é bem adequado para conduzir calor para longe dos componentes ativos em relação aos canais de agente de resfriamento formados na primeira porção de invólucro 100, na segunda porção de invólucro 102 ou no alojamento. Por exemplo, o material da interface térmica pode ficar em conexão direta com as ilhas metálicas (por exemplo, 30, 24, 28) ou tiras de dissipação de calor no substrato. Adicionalmente, o material da interface térmica pode sobrepor os capacitores 56 e pode encher um vazio entre os capacitores 56 e o interior da primeira porção de invólucro 100 e da segunda porção de invólucro 102 para arrastar ou conduzir calor para longe dos capacitores 52. [0060] Em uma configuração, o material de gerenciamento térmico é aplicado (por exemplo, aspergido) e, quando ele curar, se toma uma estrutura dielétrica com condutividade térmica relativamente alta, tais como cerca de 240 Watts/metros-Kelvin na direção x-y e cerca de 5 Watts/metros-Kelvin na direção Z. Quando o plano x-y for o plano da superfície do substrato 34, transferência de calor ocorre teoricamente com um gradiente anisotrópico na unidade eletrônica 200. [0061] Da forma ilustrada na figura 1, quando métodos flip chip ou flip die forem usados para o primeiro comutador semicondutor 20 e o segundo comutador semicondutor 22, uma primeira camada de material da interface térmica pode sobrepor (ou ser ligada em) um lado do substrato 34 e a segunda camada de material da interface térmica pode sobrepor (ou ser ligada em) a primeira camada do material da interface térmica, em que as múltiplas camadas da interface térmica tendem a prover absorção ao choque e redução da tensão de vibração. [0062] Em uma configuração, se o material condutor térmico compreender uma resina que cura como material dielétrico, o material condutor térmico oferece melhor resistência à abrasão e maior adesão aos componentes circundantes e no interior do alojamento do que graxa condutora, por exemplo. [0063] Em uma modalidade alternativa, o substrato 34, como uma placa de circuito não preenchida (placa lisa) (por exemplo, substrato de cerâmica), tem um coeficiente de expansão térmica (CTE) da camada da interface para corresponder um primeiro CTE das ilhas metálicas (por exemplo, padrão de derrame de cobre pesado) com um segundo CTE do substrato 34 para gerenciamento térmico. Por exemplo, o CTE da camada da interface compreende uma camada dielétrica (por exemplo, camada substancialmente plana) de polímero, plástico ou polímero reforçado com fibra que residem entre as ilhas metálicas (por exemplo, 30, 24 e 28) e o substrato 34. Em um exemplo ilustrativo, o CTE da camada de interface compreende um material de poliimida ou triazina de bismaleimida (BT) ligado em um substrato 34, tal como um substrato de cerâmica (por exemplo, FR4). Adicionalmente, o CTE da camada de interface, que compreende um material de poliimida ou triazina de bismaleimida (BT) ligado em um substrato 34, pode ser usado para prover uma conformidade do CTE entre um substrato 34 e um substrato ancilar 46 ou entre o substrato 34 e uma placa de circuito do acionador de porta subjacente ao conector 32. [0064] Em uma modalidade, a unidade eletrônica 200 da figura 9 é similar à unidade eletrônica 200 da figura 7, exceto em que a unidade eletrônica 200 da figura 9 inclui adicionalmente uma via condutora térmica 900 (por exemplo, uma via de plástico, uma via de polímero, uma via condutora térmica dielétrica, uma via termoplástica ou inserto termoplástico) em comunicação térmica com uma ilha metálica de dissipação de calor 901 ou plano de aterramento em um lado oposto do substrato 34 a partir das ilhas metálicas (24, 28, 30). Uma ou mais vias condutoras térmicas 900 (por exemplo, vias termoplásticas ou insertos termoplásticos) podem ser compostas por um material dielétrico que é condutor térmico, mas eletricamente isolado: (1) para garantir que ilhas metálicas (28, 24, 30) não se formem ou facilitem uma conexão elétrica (por exemplo, um curto-circuito elétrico, se a ilha metálica for configurada para ser eletricamente flutuante ou em potencial de voltagem operacional diferente do potencial de aterramento) ou (2) para isolar diferentes saídas de fase de um inversor ou unidade eletrônica 200 quando um plano de aterramento comum for usado entre uma ou mais ilhas metálicas (24, 38, 30) e uma correspondente ilha metálica com dissipação de calor 901 ou plano de aterramento. [0065] Em uma modalidade alternativa, a unidade eletrônica 200 da figura 9 é similar à unidade eletrônica 200 da figura 7, exceto em que a unidade eletrônica 200 da figura 9 inclui adicionalmente uma via condutora térmica 900, uma via condutora cega ou furo passante metalizado em comunicação térmica com uma ilha metálica com dissipação de calor 901 ou plano de aterramento em um lado oposto do substrato 34 a partir das ilhas metálicas (24, 28, 30), em que a via condutora térmica 900 compreende uma via metálica condutora elétrica e condutora térmica. Por exemplo, em certas modalidades desta descrição, vias condutoras térmicas 900 podem conectar (por exemplo, eletricamente e mecanicamente) uma ou mais das ilhas metálicas (28, 24, 30) em um primeiro lado do substrato 34 com uma ou mais ilhas metálicas com dissipação de calor 901 ou um ou mais planos de aterramento em um segundo lado do substrato 34, em que o segundo lado é oposto ao primeiro lado. A figura 9 mostra, no geral, que vias condutoras térmicas 900 (por exemplo, vias condutoras térmicas dielétricas, vias metálicas condutoras térmicas ou ambas) são conectadas (por exemplo, termicamente, mecanicamente ou eletricamente, ou qualquer combinação dos tipos de conexão expostos) entre a ilha metálica primária 24 e o plano de aterramento metálico 901, entre a ilha metálica terciária 28 e a ilha metálica com dissipação de calor 901 (também referida como um plano de aterramento metálico ou um plano de aterramento específico de fase), e entre a ilha metálica quaternária 30 e o plano de aterramento metálico 901. Números de referência iguais na figura 7 e na figura 8 indicam elementos ou recursos iguais. [0066] A figura 10 é uma vista em perspectiva de um exemplo ilustrativo de um sistema de resfriamento de fluido 900 que incorpora a unidade eletrônica 200 da figura 1. O sistema de resfriamento de fluido 900 compreende um radiador 950 que é acoplado em uma bomba 952 com tubulação 958. Por sua vez, a bomba 952 é acoplada em uma unidade eletrônica 200 por meio da tubulação (956, 962, 943). O radiador 950 tem orifícios de conexão (948, 951). Pelo menos um orifício de conexão (por exemplo, 951) é conectado em uma admissão da bomba 954 ou escape da bomba 956 por meio da tubulação 958, em que a conexão oposta 964 proveniente da bomba 952 é conectada na unidade eletrônica 200 por meio da tubulação. Por exemplo, um primeiro orifício de conexão do radiador 951 é acoplado em uma admissão da bomba 954, enquanto que um segundo orifício de conexão do radiador 948 é acoplado em um escape da bomba 964 através da tubulação (944, 946), um ou mais adaptadores 947, canais internos na unidade eletrônica 200 e tubulação (943, 962, 956). [0067] A unidade eletrônica 200 tem uma primeira porção de invólucro 100 e uma segunda porção de invólucro 102 que são presas em conjunto para formar um alojamento. O alojamento também apresenta uma terceira porção de invólucro 104 e uma quarta porção de invólucro 106. A primeira porção de invólucro 100 tem uma primeira admissão 116 e primeiro escape 118. A segunda porção de invólucro 102 tem uma segunda admissão 120 e o segundo escape 122. [0068] Da forma ilustrada, o escape da bomba 964 é acoplado na primeira admissão 116 e na segunda admissão 120 da unidade eletrônica 200 por meio de tubos (956, 962, 943) e adaptadores em T, adaptadores em Y ou outros conectores apropriados 947. Similarmente, o segundo orifício do radiador é acoplado no primeiro escape 118 e no segundo escape 122 por meio de tubos e adaptadores em T, adaptadores em Y ou outros conectores apropriados 947. [0069] Durante ou antes da operação, o radiador 950 é cheio com um fluido ou agente de resfriamento. O radiador 950 pode prover um reservatório de agente de resfriamento; os canais e câmaras associados na unidade eletrônica 200 podem prover um reservatório de agente de resfriamento, ou tanto o radiador 950 quanto a unidade eletrônica 200 podem prover um reservatório de agente de resfriamento. A bomba 952 conduz fluido ou agente de resfriamento para o interior da primeira admissão 116 para circulação do fluido ou agente de resfriamento na primeira porção de invólucro 100. O fluido ou agente de resfriamento saem da primeira porção de invólucro 100 no primeiro escape 118 que é acoplado no radiador 950 com a tubulação.

Similarmente, a bomba 952 conduz fluido ou agente de resfriamento para o interior de uma segunda admissão 120 para circulação do fluido ou agente de resfriamento na segunda porção de invólucro 102. O fluido ou agente de resfriamento saem da segunda porção de invólucro 102 no segundo escape 122 que é acoplado no radiador 952 com tubulação. [0070] A unidade de placa de circuito 11 pode ser manufaturada de acordo com várias técnicas, em que alguns exemplos seguem aqui. A unidade de placa de circuito 11 (por exemplo, placa de circuito impressa de comutação de potência) é preenchido com ou pela montagem de elementos de capacitor em filme de montagem na superfície, soquetes conectores e dispositivos de comutação de potência planos em um lado ou em ambos os lados do substrato 34 e do substrato ancilar 46. Por exemplo, os componentes podem ser montados usando uma mecanização tipo escolher e instalar. A unidade eletrônica provê circuitos de funcionalidade de controle e acionador de porta, incluindo conector de baixa voltagem para batería e chicote de fios de máquina elétrica. [0071] O alojamento (100, 102, 104, 106) pode compreender um estojo ou cobertura que é moldado (por exemplo, moldado por injeção), construído por impressão tridimensional ou de outra forma formado. Por exemplo, em uma modalidade, a unidade eletrônica 200 pode ser feito em um processo altamente automatizado usando impressão tridimensional para a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102 para suportar a formação nos canais de agente de resfriamento integrais no alojamento. O alojamento compreende um primeiro invólucro 100 e uma segunda porção de invólucro 102. Cada porção de invólucro (100, 102) tem uma forma/perfil da superfície interior e recursos que se conformam com a forma e o perfil das partes e interconexões instaladas na unidade de placa de circuito 11 e uma porta de controle e placa de circuito acionador subjacentes ao conector 32. Desta maneira, a unidade eletrônica 200 é bem adequado para acondicionamento de alta densidade e que usa menos volume para a capacidade (por exemplo, corrente ou potência) transmitida da unidade eletrônica 200. Em uma configuração, o substrato 34 pode ser conectado no substrato ancilar 46 (ou placa de circuito acionador de porta) pelo uso de uma interconexão de arranjo de grade de esfera (BGA). Por exemplo, um substrato montado 34 com componentes montados em si pode atravessar o processo de refluxo com a placa de circuito de controle e acionamento de porta. [0072] Os conectores (36, 38, 40, 42, 44) compreendem conectores de montagem na superfície que suportam tipo plugue (pino) e soquete de conexões elétricas entre a carga (por exemplo, motor elétrico, gerador ou máquina) e a origem da energia (por exemplo, origem da energia CC) para a unidade eletrônica 200. Os conectores são preenchidos entre os elementos do capacitor e conjuntos de chip planos do primeiro comutador semicondutor 20 e do segundo comutador semicondutor 22. A instalação exposta dos conectores (36, 38, 40, 42, 44) na unidade eletrônica 200 suporta funcionalidade de desenho elétrico (por exemplo, minimização da indutância do sistema e evitação de laços de corrente desnecessários), funcionalidade de desenho térmico (por exemplo, espaço entre conjuntos de chips (20, 22) e capacitores (56) usados para separar partes que operam em diferença de temperatura substancial e, também, aumento de soquete na área de superfície total para melhor dissipação de calor), e funcionalidade mecânica (por exemplo, minimização da área total necessária para a placa de circuito 11). [0073] Em uma modalidade, o substrato ancilar 46 ou uma placa de circuito subjacente ao conector 32 compreendem um circuito acionador de porta e placa de controle. O substrato ancilar 46 pode ser associado com um circuito acionador de porta para controlar uma ou mais fases das primeiras comutadores semicondutores 20 e dos segundos comutadores semicondutores. O circuito acionador de porta pode ser miniaturizado usando o método de Circuito Integrado Específico de Aplicação (ASIC). ASIC usado para miniaturizar o circuito acionador de porta não somente simplifica o esquema de condução pelo invólucro do circuito, mas, também, aumenta a imunidade em relação à interferência eletromagnética e efeitos de desgarramento ocasionados pela mudança na corrente durante o tempo e pela mudança na voltagem durante o tempo. O circuito acionador de porta apresenta um circuito sensor de corrente e controle de baixa voltagem com circuitos discretos. Em uma configuração, o circuito sensor de corrente é instalado próximo ou adjacente ao inversor que alterna a corrente transmitida ou uma ou mais ilhas metálicas, em que o circuito sensor de corrente é acompanhado por qualquer blindagem necessária e concentradores de fluxo/campo. Os circuitos de controle de baixa voltagem e discretos podem ser embutidos em um Arranjo de Porta Programável no Campo (FPGA) e partes eletrônicas discretas e circuitos integrados. A placa do circuito acionador de porta e de controle é preenchida com conexão de chicote de fios do conector de baixa voltagem de montagem na superfície com batería e sensores instalados no motor/gerador elétricos acionados pelo inversor. [0074] Em uma modalidade, o alojamento pode ser formado por um processo de impressão tridimensional (3-D) ou processo de moldagem por injeção. O alojamento tem forma/perfil de superfície e recursos em conformidade com a unidade de placa de circuito 11 usado no conjunto inversor. O alojamento facilita o aprimorado gerenciamento térmico dos comutadores semicondutores (20, 22), do capacitor em filme 56 (por exemplo, capacitores em filme), das interconexões de conectores (por exemplo, 36, 38, 40, 42, 44) na placa de circuito 11 e todos os circuitos de geração de calor instalados na placa de circuito 11. [0075] Para formar o alojamento com processo de impressão 3-D, primeiro, um escaneador a laser é usado para escanear a placa de circuito 11. O escaneador a laser produz uma ou mais imagens tridimensionais do perfil da placa de circuito. Imagens a laser separadas de cada lado da placa de circuito 11 são coletadas como dados de entrada. Segundo, uma tela de material da interface térmica (TIM) em pré-forma pode ser depositada na placa de circuito preenchida com componente 11. TIM permite um contato próximo entre os componentes ou regiões geradores de calor, os componentes ou regiões condutores de calor, ou os componentes ou regiões radiadores de calor no conjunto 200 e no interior do alojamento. Em uma configuração alternativa, uma camada de TIM com uma espessura otimizada (por exemplo, otimizada para isolamento elétrico e condução térmica) pode ser implementada na face interior da primeira porção de invólucro 100 e da segunda porção de invólucro 102. [0076] Terceiro, o alojamento pode ser composto por um polímero, plástico ou material metálico. Em uma configuração, o alojamento é impresso em 3-D a partir de um metal leve, tal como alumínio, ou um composto metálico de polímero com base em um ou mais perfis escaneados ou imagens escaneadas coletados pelo escaneador a laser. O alojamento impresso em 3-D se conforma com partes e recursos da placa de circuito 11. Por exemplo, o alojamento impresso em 3-D do inversor pode tocar ou contactar todos os componentes e partes na placa de circuito 11. Da forma ilustrada na figura 4 e na figura 7, o alojamento impresso em 3-D terá canais ou microcanais de agente de resfriamento incorporados para agente de resfriamento que criam fluxo turbulento do agente de resfriamento. Os canais de agente de resfriamento tomam o resfriamento de dupla face dos comutadores semicondutores (20, 22) efetivo juntamente com a retirada lateral do calor a partir dos dispositivos de potência pelo gerenciamento térmico das interconexões. Este processo de impressão 3-D automatizado para o alojamento do inversor reduzirá efetivamente o volume não usado ou espaço vazio na unidade eletrônica 200 que suporta reduzido tamanho de pacote da unidade eletrônica 200. A impressão 3-D permitirá a otimização da espessura do alojamento/invólucro do inversor, portanto, o processo de impressão 3-D, se explorado apropriadamente, pode reduzir significativamente o material necessário e, assim, uma economia de custos significativa pode ser realizada à medida que o processo de impressão 3-D fica maduro. O alojamento impresso em 3-D facilita o melhor acesso dos comutadores semicondutores (20, 22) ao líquido condutor térmico que resulta em uma potência nominal mais alta para o inversor. [0077] Em uma modalidade alternativa, moldagem por injeção pode ser usada para formar o alojamento ou as porções de invólucro (100, 102). O alojamento promove resistência às vibrações e choques em virtude de as porções de invólucro (100, 102) serem firmemente acondicionadas com TIM e a placa de circuito 11 encapsulada com TIM. Áreas não usadas e expostas da placa de circuito 11 terão padrões de área condutora ou ilhas metálicas para aumentar efetivamente a área de contato geral entre a placa de circuito 11 e o material da interface térmica (TIM) pré-formado. TIM provê isolamento elétrico e condução térmica entre as partes da unidade de placa de circuito 11 e o alojamento, tais como a primeira porção de invólucro 100 e a segunda porção de invólucro 102. [0078] Uma camada de TIM pode ser colocada, enrolada, injetada, aspergida ou depositada sobre uma ou mais das seguintes partes ou componentes no conjunto inversor: os invólucros (100, 102), o substrato 34, o substrato ancilar 46, a placa de circuito impresso 11, capacitores 56, ilhas metálicas (30, 24, 28), tiras, plataformas, ilhas ou recursos ou padrões metálicos em forma de aleta na superfície da placa de circuito 11, conectores ou soquetes de potência (36, 38, 40, 42, 44), todos os circuitos de geração de calor na placa de circuito de controle e acionamento de porta, todas as partes que necessitam de contenção para vulnerabilidade para vibração e choques, e/ou todas as partes que, em outras circunstâncias, seriam suscetíveis aos choques térmicos ou oscilações de temperatura. O material da interface térmica (TIM) entre a placa de circuito do inversor 11 e as porções de invólucro (100, 102) ajuda a realizar alta capacidade (por exemplo, saída de corrente) e alta densidade de empacotamento (por exemplo, saída de corrente por volume espacial ocupado pelo conjunto 200). [0079] TIM facilita aprimorada dissipação de calor a partir da unidade eletrônica 200, tal como uma possível abordagem de resfriamento de dupla face para os comutadores semicondutores (20, 22). Por exemplo, TIM pode habilitar um significativo aumento no número de ciclos de potência e térmicos para os comutadores semicondutores (20, 22). Esta abordagem de dissipação de calor resulta, potencialmente, em uma melhoria na confiabilidade do dispositivo semicondutor, se comparado com dispositivos semicondutores de potência usados em unidades eletrônicas convencionais. Material da interface térmica (TIM) que é ligado no interior e componentes do conjunto 200 tendem a minimizar resistência térmica a partir da junção em canais de agente de resfriamento no trocador de calor (placa fria do inversor). Uma maior margem entre a máxima temperatura da junção permitida (por exemplo, Tj max, tal como aproximadamente 175 graus Celsius e além) para dispositivos de potência e máxima temperatura de resfriamento (por exemplo, tão alta quanto 105 graus Celsius) provê uma oportunidade para menor tamanho do molde dos dispositivos semicondutores. [0080] Tendo descrito a modalidade preferida, ficará aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. Unidade eletrônica para um inversor, caracterizada pelo fato de que a unidade eletrônica compreende: um substrato com uma camada dielétrica e traços de circuito metálico; uma pluralidade de terminais para conexão em uma fonte de corrente contínua; um primeiro semicondutor e um segundo semicondutor acoplados em conjunto entre os terminais da fonte de corrente contínua; e uma ilha metálica primária localizada em uma zona primária entre o primeiro semicondutor e o segundo semicondutor, a ilha metálica primária tendo uma maior altura ou espessura que os traços do circuito metálico, a ilha metálica primária provendo um dissipador de calor para radiar calor.

2. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o calor é conduzido para longe da ilha metálica primária através de vias dielétricas condutoras térmicas conectadas entre a ilha metálica primária e um plano de aterramento ou dissipador de calor em um lado oposto do substrato.

3. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma primeira porção de invólucro que sobrepõe o substrato e a ilha metálica primária; em que o calor é conduzido para longe da ilha metálica primária através de uma primeira porção de invólucro em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica primária.

4. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que um material de interface térmica, um adesivo condutor térmico ou lubrificante condutor térmico é usado entre a ilha metálica primária e a primeira porção de invólucro.

5. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o primeiro semicondutor e o segundo semicondutor compreendem transistores de montagem na superfície que são montados no substrato e eletricamente conectados nos correspondentes traços de circuito metálico e em que a primeira porção de invólucro tem uma superfície interna com uma forma e tamanho conjugados que correspondem ao contorno ou superfície contígua da ilha metálica primária e dos transistores de montagem na superfície.

6. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a primeira porção de invólucro compreende um grupo de canais ou microcanais com uma cobertura ou invólucro contíguos em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica primária para transferência do calor proveniente da ilha metálica primária.

7. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de primeiros conectores de montagem na superfície montados no substrato que são eletricamente conectados nos terminais; e uma ilha metálica secundária localizada em uma zona secundária entre conectores de montagem na superfície adjacentes.

8. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a primeira porção de invólucro compreende um grupo de canais ou de microcanais com a primeira porção de invólucro, e em que uma superfície interna da primeira porção de invólucro fica em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica secundária para transferência do calor a partir da ilha metálica secundária.

9. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de segundos conectores de montagem na superfície montados no substrato que são eletricamente conectados em um primeiro terminal de saída de fase do primeiro semicondutor e do segundo semicondutor; e uma ilha metálica terciária localizada em uma zona terciária entre conectores de montagem na superfície adjacentes.

10. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a primeira porção de invólucro compreende um grupo de microcanais com a primeira porção de invólucro, e em que uma superfície interna da primeira porção de invólucro fica em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica terciária para transferência do calor a partir da ilha metálica terciária.

11. Unidade eletrônica para um inversor, caracterizada pelo fato de que a unidade eletrônica compreende: um substrato com uma camada dielétrica e traços de circuito metálico; uma primeira porção de invólucro para montagem acima do substrato, a primeira porção de invólucro tendo uma pluralidade de canais de resfriamento localizados em si; uma segunda porção de invólucro para montagem abaixo do substrato; uma pluralidade de terminais para conexão em uma fonte de corrente contínua; um primeiro semicondutor e um segundo semicondutor acoplados em conjunto entre os terminais da fonte de corrente contínua; e uma ilha metálica primária localizada em uma zona primária entre o primeiro semicondutor e o segundo semicondutor, a ilha metálica primária tendo uma maior altura ou espessura do que os traços de circuito metálico, a ilha metálica primária provendo um dissipador de calor para radiar calor para transferência por meio dos canais de resfriamento em uma primeira porção de invólucro contígua em contato com, acima ou em proximidade imediata com a ilha metálica primária.

12. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que os canais de resfriamento da primeira porção de invólucro compreendem adicionalmente: uma série de canais de resfriamento de admissão para conduzir/circular o agente de resfriamento na primeira porção de invólucro, os canais de admissão adaptados para receber agente de resfriamento a partir de um orifício de admissão.

13. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que os canais de resfriamento da primeira porção de invólucro compreendem adicionalmente: uma série de canais de resfriamento de escape para conduzir/circular o agente de resfriamento na primeira porção de invólucro, os canais de escape adaptados para receber agente de resfriamento a partir de um orifício de escape.

14. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que os canais de resfriamento da primeira porção de invólucro compreendem: um orifício de admissão na primeira porção de invólucro para receber um agente de resfriamento; uma série de canais de resfriamento de admissão para conduzir/circular o agente de resfriamento na primeira porção de invólucro, os canais em comunicação com uma porção distribuidora associada com o orifício; uma série de canais de resfriamento de escape para conduzir/circular o agente de resfriamento na primeira porção de invólucro, os canais em comunicação com uma porção de transição entre o arranjo curvo e os canais de resfriamento de escape; e um orifício de escape na primeira porção de invólucro para exaurir o agente de resfriamento.

15. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um radiador para receber o agente de resfriamento exaurido; uma bomba associada com o radiador para circular o agente de resfriamento no radiador e na primeira porção de invólucro.

16. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de primeiros conectores de montagem na superfície montados no substrato que são eletricamente conectados nos terminais ou em um dos traços condutores; e uma ilha metálica secundária localizada em uma zona secundária entre conectores de montagem na superfície adjacentes.

17. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma série de canais de resfriamento de admissão ou uma série de canais de resfriamento de escape na primeira porção de invólucro e subjacente à ilha metálica secundária.

18. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de segundos conectores de montagem na superfície montados no substrato que são eletricamente conectados em um primeiro terminal de saída de fase do primeiro semicondutor e do segundo semicondutor; e uma ilha metálica terciária localizada em uma zona terciária entre conectores de montagem na superfície adjacentes.

19. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma série de canais de resfriamento de admissão ou uma série de canais de resfriamento de escape na primeira porção de invólucro e subjacente à ilha metálica terciária.

20. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que uma superfície interna da primeira porção de invólucro se conforma no tamanho e na forma para conjugar com o substrato preenchido com um ou mais componentes de montagem na superfície.

21. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que os componentes de montagem na superfície compreendem um ou mais dos seguintes componentes: transistores, capacitores e conectores.

22. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o primeiro semicondutor e o segundo semicondutor compreendem transistores de montagem na superfície que são montados no substrato e eletricamente conectados em correspondentes traços de circuito metálico.

23. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a segunda porção de invólucro tem uma ou mais aletas de resfriamento para dissipação do calor.

24. Unidade eletrônica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a primeira porção de invólucro e a segunda porção de invólucro conjugam para formar um alojamento para o substrato.