CN100562216C - 用于电气设备的散热装置 - Google Patents

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Abstract

一种印刷电路板(120)，包括绝缘衬底(120a)，其中导电薄膜(120b)形成在绝缘衬底上。位于印刷电路板(120)外部的半导体装置(8)具有连接到导电薄膜的导线(24a，24b，24c)。在绝缘衬底(120a)中在导线(24a，24b，24c)连接到导电薄膜(120b)的位置附近的位置形成有柔性部分(30)。

Description

用于电气设备的散热装置
技术领域
本申请涉及采用半导体装置从电气设备散除热量，其中电气设备例如是电源装置。
背景技术
例如电源装置的一些电气设备使用功率半导体装置作为它的元件。功率半导体装置连接到驱动印刷电路板，其中在该驱动印刷电路板上形成用于驱动功率半导体装置的驱动电路。驱动印刷电路板连接到控制印刷电路板，其中在该控制印刷电路板上形成用于控制驱动电路的控制电路。功率半导体装置机械的连接到用于从半导体设备散除热量的散热装置。为了使电源装置小型化，控制印刷电路板可以安装到散热装置，其中功率半导体装置安装在该散热装置上，使得驱动印刷电路板安装在功率半导体装置和控制印刷电路板之间，从而将它们组装到单个模块中。但是，如果刚性板用于控制和驱动印刷电路板，那么这些印刷电路板的尺寸误差和/或装配误差会施加应力到功率半导体装置上，使得半导体设备从散热装置向上浮起，这阻止了正常的散热并会毁坏功率半导体装置。另外，印刷电路板本身也会受到应力。当这种电源装置被运输或者移动到另一个地点，那么由移动引起的振动会施加到功率装置。然后，振动叠加到功率半导体装置和印刷电路板上所受的应力上，这会导致印刷电路板和功率半导体装置损坏。
JP7-7167U公开了使用柔性板来连接安装在外壳上的元件到安装在连接到该外壳的印刷电路板上的元件。
类似的柔性板将被用来连接上述的功率半导体装置到驱动印刷电路板，以及用来连接驱动印刷电路板到控制印刷电路板。但是，这种结构除了驱动和控制印刷电路板之外还需要两个柔性板。另外，必须保证用于配置柔性板的空间，这阻碍了电源装置的小型化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电气设备，其中可以防止电气元件损坏并且电气元件得以小型化。
根据本发明的一个实施例的电气设备包括由绝缘衬底形成的第一印刷电路板，其中绝缘衬底覆盖有导电性薄膜。第一印刷电路板可以是多层板或者单层板。位于第一印刷电路板外部的电气元件具有连接到第一印刷电路板的导电薄膜的刚性连接器。连接器连接到导电薄膜会对连接器、电气元件和/或第一印刷电路板施加应力。绝缘衬底包括位于电气元件所连接到的导电薄膜的那部分附近的柔性部分。
该柔性部分可以通过使将要成为柔性部分的绝缘衬底的那部分相对于剩余部分变薄来形成。
电气元件可以是安装在散热装置上的半导体装置。在这种情况下，连接器是半导体装置的导线。半导体装置可以是功率半导体装置。
第一印刷电路板可以位于散热装置附近。另外，第二印刷电路板可以安装到与半导体装置的安装表面相反的散热装置的表面。第二印刷电路板电并机械的连接到第一印刷电路板。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电气设备的方块图。
图2是图1所示的电气设备的散热部的前视图。
图3是图2所示的散热部的侧视图。
图4是沿图2的线4-4的横截面图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例的电气设备例如是，在焊接或电镀中使用的电源装置。如图1所示，电源装置包括用于转换三相工业交流电压为直流电压的交直流转换电路4，其中工业交流电压例如是施加到电源输入端子2a，2b和2c的交流电压。交直流转换电路4包括，例如，整流电路和平滑电路。来自交直流转换电路4的直流电压施加到直交流转换电路，例如反相器6，该反相器包括例如6个功率半导体装置，例如IGBTs8。IGBTs8连接到全桥电路结构。施加到反相器6的直流电压在其中被转换成高频电压，其在两个反相器输出端10a和10b之间产生。高频电压是由变压器(未示出)转换的电压，并且该经电压转换的高频电压通过高频直流转换电路(未示出)被转换成直流电压。所得到的直流电压穿过负载施加，例如，在焊接机的喷灯和工件之间或者在用于电镀的两个电极之间的负载。
从驱动电路12提供控制信号到相应的IGBTs8，该控制信号用于控制相应的IGBTs8将施加到其上的直流电压转换成高频电压。控制电路14指示驱动电路12应当以何种方式来控制IGBTs8。
如图2和3所示，每个IGBTs8都设置成芯片形式，并安装在散热装置16上。每个IGBTs8都是附属的权利要求中所限定的电气元件。
散热装置16具有例如如图3所示矩形形状的IGBT安装表面16a，以及多个在相反表面上的散热片16b。散热片16b基本上垂直地延伸到安装表面16a。三个IGBTs8在安装表面16a上形成一排，它们的散热表面与安装表面16a表面接触。三个IGBTs8通过保持器18a压抵安装表面16a。
保持器18a具有三个平面部分181a，这些部分接触相对于其散热表面的三个IGBTs8的表面的较大的部分。这三个平面部分181a由连接部181b连接在一起，该连接部在IGBTs8的第一侧表面附近的部分向散热装置16的安装表面16a弯曲。与连接部181b集成一体的唇部181c与安装表面16a接触。唇部181c由两个螺丝20a固定到安装表面16a。各个IGBTs8都由三个螺丝22a螺钉拧入安装表面16a，其中这三个螺丝通过保持器18和IGBTs8的各个平面部分181a延伸进入安装表面16a。剩余的三个IGBTs8通过保持器18b以及螺钉20b和22b同样地安装在散热装置16的安装表面16a上，其中保持器18a以及螺钉20a和22a与保持器18b以及螺钉20b和22b类似。
每个IGBT8都具有三个导线24a、24b和24c。每个IGBT8的三个导线24a-24c都从其第二侧沿远离保持器18a和18b的方向延伸并且沿远离散热装置16的方向弯曲，其中第二侧与第一侧表面相对。导线24a-24c由具有高刚性的材料制成，该高刚性的材料例如是金属。导线24a-24c是附属的权利要求中限定的连接器。导线24a-24c由例如焊接电并机械的连接到在印刷电路板120上的预定位置处形成的图案化导体，其中驱动电路12位于印刷电路板120上。这样就不必在相应IGBTs8和印刷电路板120之间使用导线进行电连接。印刷电路板120位于散热装置16的安装表面16a上，与该平面隔开并且基本平行。印刷电路板120略微重叠安装表面16a，并且剩余部分位于安装表面16a外部。印刷电路板120是所附的权利要求中限定的第一印刷电路板。
印刷电路板120具有远离安装表面16a的部分，其中安装表面16a通过三个螺钉32固定到印刷电路板140，而控制电路14位于印刷电路板140上。印刷电路板120上的驱动电路在印刷电路板140上电连接到控制电路14。印刷电路板140设置在最外层的散热片16b上，与其隔开和平行，并且通过多个隔离器26和螺钉28固定到最外层的散热片16b。因此，印刷电路板140的主表面垂直于IGBTs8。通过这种方式，IGBTs8安装在其上的散热装置16以及印刷电路板120和140形成一个模块。印刷电路板140是附属的权利更求中限定的第二印刷电路板。
通常，印刷电路板120和140由具有导电性薄膜的刚性或坚硬的绝缘材料形成，该绝缘材料例如是玻璃环氧材料，导电性薄膜例如是铜箔。电气元件在预定位置焊接到导电薄膜。因此，如果印刷电路板120和140的尺寸精度很低，和/或IGBTs8以及印刷电路板120和140的装配精度很低，那么会在IGBTs8上施加应力，从而使得IGBTs8从安装表面16a向上升起，从而导致从IGBTs8散热不充分。在一些情况下，在IGBTs8的导线24a-24c上施加应力，从而使得刚性导线24a-24c折断或弯曲。
为了解决这个问题，根据本实施例，柔性部分30形成在印刷电路板120上。如图4所示，印刷电路板120是由环氧材料120a形成的多层印刷电路板，其中由例如三层的多层导电薄膜120b形成的导电图案设置在该环氧材料内。在沿远离导线24a-24c的方向略微隔开的位置，通过从环氧玻璃材料120a的相对主表面去除环氧玻璃材料120a的一部分来形成柔性部分30。柔性部分30沿设置导线24a-24c的方向延伸。
当印刷电路板120和140的尺寸精度和/或装配IGBTs8以及印刷电路板120和140的精度很低时，柔性部分30可以吸收将产生的应力，如上所述。然后，IGBTs8与散热装置16的接触发生故障或者导线24a-24c折断或弯曲都将不会发生。由于通过去除印刷电路板120的绝缘材料的一部分形成柔性部分30，因此不需要为了吸收应力而准备用于连接IGBTs8和印刷电路板120的单独的、柔性的印刷电路板。
本发明已经描述了用于焊接设备或者电镀机的电源装置的实施例。但是，本发明并不限制于此，它也可以在任何需要将电气元件连接到印刷电路板的电气设备中实施。进而，已经描述了在多层印刷电路板中形成柔性部分，但是，当使用的印刷电路板仅在一个表面上包括导电薄膜时，那么可以通过从印刷电路板的其它表面去除绝缘材料的一部分来形成柔性部分。在所描述的实施例中，半导体装置的导线被焊接到印刷电路板120，但是它们可以通过拧螺丝、填缝等等操作来电和机械的连接。而且，除了IGBT以外，也可以使用例如双极晶体管和FETs的其它半导体装置。

Claims (6)

1、一种电气设备，包括：
第一印刷电路板，其包括具有第一和第二两个相对主表面的绝缘衬底，在所述绝缘衬底中形成导电薄膜；以及
在所述第一印刷电路板外部的电气元件，所述电气元件具有连接到所述导电薄膜且通过所述第一和第二两个相对主表面延伸的刚性连接器；
第二印刷电路板，其安装在与所述第一主表面的其中所述电气元件连接到所述导电薄膜的位置隔开的所述主表面的第一个上的位置处，所述第二印刷电路板被安装为与所述第一主表面接触且垂直；
其中柔性部分形成在所述第一印刷电路板的所述电气元件连接到所述导电薄膜的位置与所述第二印刷电路板安装在所述第一印刷电路板上的所述位置之间的位置处；以及
通过从所述第一和第二主表面去除形成所述柔性部分的所述绝缘衬底的一部分从而形成所述柔性部分。
2、根据权利要求1的电气设备，其中所述第一印刷电路板的所述绝缘衬底是由玻璃环氧材料制成的；
多个所述导电薄膜形成在所述绝缘衬底内；
多个所述电气元件被布置为一排；以及
沿着布置电气元件的所述一排形成所述柔性部分。
3、根据权利要求2的电气设备，其中
所述电气元件是安装在散热装置上的半导体装置，
所述连接器是每一个所述半导体装置的导线；以及
所述第一印刷电路板被设置在所述散热装置附近。
4.一种电气设备，包括：
由玻璃环氧材料形成的多层印刷电路板，所述多层印刷电路板具有相对的两个主表面，并且包括形成在所述玻璃环氧材料内的一个导电图案，通过多个导电薄膜形成所述导电图案；
多个电气元件，其在所述多层印刷电路板外部被布置成一排，所述电气元件分别具有连接到所述多个导电薄膜中的相应的导电薄膜的刚性连接器；
其中在所述多层印刷电路板中的其中在每一个所述电气元件的所述连接器连接到所述导电薄膜中的相关联的导电薄膜的位置附近的位置处，形成柔性部分，以及通过从所述两个相对主表面去除所述环氧玻璃材料而形成所述柔性部分，沿着如下所述的一排形成所述柔性部分，所述一排是沿着布置电气元件的一排延伸的。
5、根据权利要求4的电气设备，其中所述电气元件是安装在散热装置上的半导体装置，所述连接器是所述半导体装置的导线并通过所述多层印刷电路板的所述两个相对主表面延伸；以及所述多层印刷电路板位于所述散热装置附近。
6、根据权利要求5的电气设备，其中另一印刷电路板安装到与安装有所述半导体装置的表面不同的所述散热装置的表面上，所述另一印刷电路板被布置为与所述多层印刷电路板的其中一个所述主表面垂直；并且所述另一印刷电路板电且机械地连接到所述多层印刷电路板。
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