CN102254882B - 电功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种电功率转换器包括：热沉(2)，具有热接收表面(21)；半导体模块(3)，包括具有热辐射表面(311)的金属板(31)、在所述金属板的与所述热辐射表面相反的表面上的开关元件(32)以及覆盖金属板和开关元件的一部分的树脂构件(33)；热辐射构件(4)，在热接收表面与半导体模块之间，用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面包括凹陷(211)，并且热辐射表面包括凸起(312)。热辐射构件具有夹在凹陷的底部与凸起的顶部之间的预定区域(S1)。热辐射构件(4)具有电绝缘特性和导热性。

Description

电功率转换器
技术领域
本发明涉及一种使用开关元件转换电功率的电功率转换器。
背景技术
常规地，在电功率转换器中通过热沉来辐射半导体模块中的开关元件所生成的热。在JP-A-20023-373970中，诸如热辐射构件的热辐射片形成在半导体模块与热沉之间(图3)。热辐射片的一部分夹在半导体模块中的金属电极板与热沉之间。作为开关元件的IGBT形成在金属电极板上。因而，当IGBT工作以接通和关断从而使IGBT重复地生成热时，金属电极板重复地膨胀和收缩。
当对金属电极板和热沉的表面处理的精度低时，与热辐射片接触的金属电极板表面和热沉表面可能包括多个小突出，这些小突出具有在膨胀和收缩方向的一侧倾斜的侧表面。在此情况下，当金属电极板重复地膨胀和收缩时，夹在金属电极板与热沉之间的热辐射片移向与该突出的侧表面相反的方向。此效应被定义为“棘轮现象(ratchetingphenomenon)”。当棘轮现象持续地发生时，热辐射片可能从半导体模块与热沉之间的分界面突出或移开。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是：提供一种使用开关元件转换电功率的电功率转换器。在该转换器中，限制热辐射构件穿入该转换器或者从该转换器移开。
根据本公开内容的第一方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、交换元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面和热辐射表面中的一个包括向与热接收表面和热辐射表面中的另一个相反的一侧凹进的凹陷。热接收表面和热辐射表面中的另一个在与凹陷对应的位置包括凸起。凸起具有与凹陷对应的形状，并且向与热接收表面和热辐射表面中的另一个相反的所述侧突出。热辐射构件具有与凹陷和凸起对应的预定区域。热辐射构件的预定区域夹在凹陷的底部与凸起的顶部之间。热辐射构件具有电绝缘特性和导热性。
在上述转换器中，热辐射构件的预定区域的外围部分夹在凹陷的与热沉的热接收表面垂直的内壁与凸起的与热接收表面垂直的外壁之间。因此，即使当金属板根据开关元件中的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从热沉与半导体模块之间的空间突出和移开。
根据本公开内容的第二方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、开关元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分并且包括面对热接收表面的面对表面；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面和面对表面中的一个包括向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的一侧凹进的凹陷。热接收表面和面对表面中的另一个在与凹陷对应的位置包括凸起。凸起具有与凹陷对应的形状，并且向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的所述侧突出。热辐射构件具有与凹陷和凸起对应的部分。热辐射构件的所述部分夹在凹陷与凸起之间。
在上述转换器中，热辐射构件的所述部分的外围部分夹在凹陷的与热沉的热接收表面垂直的内壁与凸起的与热接收表面垂直的外壁之间。因此，即使当金属板根据开关元件中的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从热沉与半导体模块之间的空间突出和移开。
根据本公开内容的第三方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、开关元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分并且包括面对热接收表面的面对表面；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面和面对表面中的一个包括向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的一侧凹进的多个凹陷。热接收表面和面对表面中的另一个在与凹陷对应的位置包括多个凸起。每个凸起具有与凹陷对应的形状，并且向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的所述侧突出。热辐射构件在与凸起对应的位置具有多个孔。热辐射构件以这样的方式夹在凹陷与凸起之间：每个凸起穿透对应孔并插入到对应凹陷中。
在上述转换器中，热辐射构件被限制在平面方向上移动，因为多个凸起插入并通过热辐射构件的孔。因此，即使当金属板根据开关元件中的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从热沉与半导体模块之间的空间突出和移开。
根据本公开内容的第四方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、开关元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分并且包括面对热接收表面的面对表面；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热辐射表面包括从面对表面向热接收表面侧突出的金属凸起。面对表面包括向热接收表面侧突出的多个树脂凸起。每个树脂凸起具有自面对表面起的突出高度，并且树脂凸起的突出高度基本上等于金属凸起的自面对表面起的突出高度。金属凸起设置在相邻的树脂凸起之间。热辐射构件具有与树脂凸起和金属凸起对应的部分。热辐射构件的所述部分夹在金属凸起与热接收表面之间。
在上述转换器中，热辐射构件的所述部分夹在金属凸起或树脂凸起与热沉的热接收表面之间。一般而言，树脂的线性热膨胀系数小于金属的线性热膨胀系数。由于热辐射构件夹在多个树脂凸起与热沉的热接收表面之间，所以热辐射构件通过多个树脂凸起被稳定地按压在热接收表面侧。因此，即使当金属板根据开关元件的热而重复地膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从半导体模块与热沉之间的分界面突出或移开。
附图说明
从参照附图进行的以下具体描述中，将更容易明白本发明的上述和其它目的、特征及优点。在附图中：
图1A是示出了沿着图1B中的线IA-IA所取的根据第一实施例的电功率转换器的横截面图，而图1B是示出了沿着图1A中的线IB-IB所取的转换器的横截面图；
图2是示出了从图1A中的箭头II看到的转换器的视图；
图3A是示出了电功率转换器的分解透视图，而图3B是示出了从图3A中的箭头IIIB看到的转换器的视图；
图4A是示出了沿着图4B中的线IVA-IVA所取的根据第二实施例的电功率转换器的横截面图，而图4B是示出了沿着图4A中的线IVB-IVB所取的转换器的横截面图；
图5是示出了从图4A中的箭头V看到的转换器的视图；
图6A是示出了电功率转换器的分解透视图，而图6B是示出了从图6A中的箭头VIB看到的转换器的视图；
图7A是示出了沿着图7B中的线VIIA-VIIA所取的根据第三实施例的电功率转换器的横截面图，而图7B是示出了沿着图7A中的线VIIB-VIIB所取的转换器的横截面图；
图8是示出了从图7A中的箭头VIII看到的转换器的视图；
图9A是示出了电功率转换器的分解透视图，而图9B是示出了从图9A中的箭头IXB看到的转换器的视图；
图10A是示出了沿着图10B中的线XA-XA所取的根据第四实施例的电功率转换器的横截面图，而图10B是示出了沿着图10A中的线XB-XB所取的转换器的横截面图；
图11是示出了从图10A中的箭头XI看到的转换器的视图；并且
图12A是示出了电功率转换器的分解透视图，而图12B是示出了从图12A中的箭头XIIB看到的转换器的视图。
具体实施方式
(第一实施例)
在图1至3B中示出了根据第一实施例的电功率转换器1。图1A和1B是转换器1的横截面图。为了简化图1A和1B，在图1A和1B中未示出阴影。
电功率转换器1布置在例如交流电动机与直流功率源之间。转换器1将来自DC功率源的直流电流转换成交变电流，然后向电动机供应交变电流。转换器1包括热沉2、半导体模块3、热辐射板4等。
热沉2由金属如铝制成。热沉2包括热接收表面21。热沉2具有从热接收表面21凹进的凹陷211。在本实施例中，如图2和图3A中所示，凹陷211具有从与热接收表面21垂直的方向看到的矩形形状的轮廓。
半导体模块3包括金属板31、开关元件32和树脂构件33。
金属板31由导热性好的金属如铜制成。热辐射表面311形成在金属板31上。热辐射表面311面对热沉2的热接收表面21。开关元件32具有板形状，并且开关元件设置在金属板31的与热辐射表面311相反的表面上。树脂构件33覆盖开关元件32的一部分和金属板31的一部分。
在本实施例中，除了开关元件32的与金属板31接触的表面以外的开关元件32被树脂构件33覆盖。金属板31被树脂构件33部分地覆盖。这里，树脂构件33具有面对热沉2的热接收表面21的面对表面331。
这里，开关元件32是半导体器件，如MOSFET和IGBT。如图2中所示，多个端子34嵌入在树脂构件33中。每个端子34与开关元件32或金属板31耦合。用于控制开关元件32的开关功能的控制信号在端子34中流动。当开关元件32进行开关操作时，较大电流经由母线在开关元件中流动。因而，在开关元件32工作时，开关元件32生成热。来自开关元件32的热从金属板31的热辐射表面311辐射。
如图1A至图3B中所示，凸起312形成在金属板31的热辐射表面311的与热沉2的凹陷211对应的位置。凸起312朝着热接收表面侧突出，并且凸起312具有与凹陷211的形状对应的形状。具体而言，凸起312具有从与热辐射表面311垂直的方向看到的矩形形状的轮廓。在本实施例中，树脂构件33覆盖除了凸起312以外的金属板31。具体而言，金属板31上的凸起312的一部分从树脂构件33暴露，并且从面对表面331朝着热沉侧突出。
热辐射构件4具有片状形状，该片状形状具有矩形形状。热辐射构件4夹在热沉2的热接收表面21与半导体模块3之间。向具有预定厚度的玻璃纤维布的两侧施加包括诸如氮化硼或氧化铝的填料的硅橡胶来形成热辐射构件4。因此，热辐射构件4具有较好的电绝缘特性和导热性。另外，由于热辐射构件4包括硅橡胶，所以构件4是可弹性变形的。
在本实施例中，在热辐射构件4夹在半导体模块3与热沉2之间的条件下，半导体模块3通过连接构件如螺钉(未示出)固定到热沉2。在本实施例中，如图1A至图3中所示，热辐射构件4的与热沉2的凹陷211和金属板31的凸起312对应的预定区域S1夹在凹陷211与凸起312之间。预定区域S1是图2中的有网格的阴影部分。因此，如图3A中所示，热辐射构件4可变形为托盘(saucer)形状。另外，构件4紧密地附着到凹陷211的壁表面和凸起312的壁表面。
如图1A中所示，凹陷211的深度被定义为t1，而热辐射构件4的厚度被定义为t2。凹陷211和热辐射构件4具有关系t1＞t2。这里，t2优选地满足关系0mm＜t2＜＝0.5mm。
在本实施例中，如图1A和1B中所示，凹陷211在纵向方向上的宽度被定义为w1，而凹陷211在横向方向上的宽度被定义为w2。凸起312在纵向方向上的宽度被定义为w3，而凸起312在横向方向上的宽度被定义为w4。凹陷211、凸起312和热辐射构件4具有关系0＜w1-w3＜＝2×t2和0＜w2-w4＜＝2×t2。因此，热辐射构件4的预定区域S1具有这样的外围部分：该外围部分夹在凹陷211的与热沉2的热接收表面21垂直的内壁与凸起312的与热沉21的热接收表面21垂直的外壁之间，或者弹性变形(即，被略微挤压使得该部分收缩)。
另外，如图1A和1B中所示，热辐射构件4的预定区域S1包括由虚拟直线L1从热辐射构件4切割的部分P1，其中虚拟直线L1与开关元件32的外围部分接触并且相对于开关元件32的厚度方向倾斜45度。这里，开关元件32所生成的热的大部分经由部分P1传导到热沉2。
如上所述，在本实施例中，热沉2的热接收表面21(或者热沉2的热接收表面21和金属板31的热辐射表面311中的一个)具有朝着与金属板31的热辐射表面311相反的方向凹进的凹陷211。金属板31的热辐射表面311(或者热接收表面21和热辐射表面311中的另一个)包括这样的凸起312：该凸起312设置在与凹陷211对应的位置、具有与凹陷211的形状对应的形状并且朝着热接收表面21突出。在热辐射构件4中，与凹陷211和凸起312对应的预定区域S1夹在凹陷211与凸起312之间。具体而言，热辐射构件4的预定区域S1的外围部分夹在凹陷211的与热沉2的热接收表面21垂直的内壁与凸起312的与热沉2的热接收表面21垂直的外壁之间。因此，即使当金属板31根据开关元件32的热生成而重复地膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件4在表面方向上的移动也被限制。因而，热辐射构件4被限制从半导体模块3与热沉2之间的分界面突出或移开。
在本实施例中，当凹陷211的深度被定义为t1而热辐射构件4的厚度被定义为t2时，凹陷211和热辐射构件4具有关系t1＞t2。具体而言，热辐射构件4的预定区域S1的外围部分夹在凹陷211的与热沉2的热接收表面21垂直并且具有比热辐射构件4的厚度t2更大的高度t1的内壁与凸起312的与热沉2的热接收表面21垂直的外壁之间。因而，热辐射构件4被限制在表面方向上移动。构件4的移动由棘轮现象造成。
在本实施例中，凹陷211和凸起312被形成为具有在与热沉2的热接收表面21垂直的方向上看到的矩形形状的轮廓。凹陷211在纵向方向上的宽度被定义为w1，而凹陷211在横向方向上的宽度被定义为w2。凸起312在纵向方向上的宽度被定义为w3，而凸起312在横向方向上的宽度被定义为w4。凹陷211、凸起312和热辐射构件4具有如下关系：
w1＞w3，
w2＞w4，
w1-w3＜2×t2，并且
w2-w4＜2×t2。
因此，热辐射构件4的预定区域S1的外围部分夹在凹陷211的与热沉2的热接收表面21垂直的内壁与凸起312的与热沉2的热接收表面21垂直的外壁之间，使得外围部分被略微按压并收缩(即，弹性变形)。因此，由棘轮现象造成的热辐射构件4在平面方向上的移位被有效地限制。
在本实施例中，热辐射构件4的预定区域S1包括部分P1，部分P1被制备为使得热辐射构件4的一部分被限定为由虚拟直线L1分割，其中虚拟直线L1与开关元件32的外围部分接触并且相对于开关元件32的厚度方向具有45度倾斜角。在本实施例中，热辐射构件4夹在凹陷211与凸起312之间，使得至少预定区域S1被限制因棘轮现象而在平面方向上移位。因而，开关元件32的热经过热辐射构件4的部分P1被有效且稳定地传输到热沉。
(第二实施例)
在图4A至图6B中示出了根据第二实施例的电功率转换器。第二实施例中的半导体模块的树脂构件包括凹陷。另外，热沉包括凸起而不是凹陷，该凸起与树脂构件的凹陷对应。图4A和图4B无阴影地示出了电功率转换器的横截面图。
在第二实施例中，半导体模块3的树脂构件33具有从面对表面331凹进的凹陷332。在本实施例中，如图5、图6A和图6B中所示，凹陷332具有在与热辐射表面311垂直的方向上看到的基本上直的线。
如图4B、图5和图6A中所示，凸起212形成在热沉2的热辐射表面21的与树脂构件33的凹陷332对应的位置。凸起212具有与凹陷332的形状对应并且向面对表面侧突出的形状。具体而言，凸起212具有在与热接收表面21垂直的方向上看到的基本上直的线。
在热辐射构件4夹在半导体模块3与热沉2之间的条件下，半导体模块3借助连接构件如螺钉(未示出)固定到热沉2。
在本实施例中，如图4A、图4B和图5中所示，热辐射构件4具有夹在凹陷332与凸起212之间的部分P2。热辐射构件4的部分P2对应于树脂构件33的凹陷332和热沉2的凸起212，并且在图5中被表示为有网格的阴影区。因此，如图6A中所示，热辐射构件4变形为与凸起212的形状对应的形状。另外，热辐射构件4紧密地附着到用于提供凹陷332的壁表面和用于提供凸起212的壁表面。
在本实施例中，如图4A、图4B和图5中所示，热辐射构件4的与金属板31的凸起312对应的部分P3夹在热沉2的热接收表面21与凸起312之间。部分P3在图5中被表示为有正交网格的阴影区。
因此，在本实施例中，凹陷332形成在树脂构件33的面对表面331(或者热沉2的热接收表面21和树脂构件33的面对表面331中的一个)上。凹陷332向与热沉2的热接收表面21相反的一侧凹进。凸起212在与凹陷332对应的位置设置在热沉2的热接收表面21(或者热沉2的热接收表面21和树脂构件33的面对表面331中的另一个)上。凸起212的形状对应于凹陷332的形状，并且凸起212向面对表面侧突出。热辐射构件4的与凹陷332和凸起212对应的部分P2夹在凹陷332与凸起212之间。热辐射构件4的部分P2的外围部分夹在凹陷332的与热沉2的热接收表面21垂直的内壁与凸起212的与热沉2的热接收表面21垂直的外壁之间。因此，即使当金属板31根据开关元件32的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件4在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件4被限制从半导体模块3与热沉2之间的分界面突出或移开。
(第三实施例)
在图7A至图9B中示出了根据第三实施例的电功率转换器。根据第三实施例的树脂构件的凹陷的数目和热沉的凸起的数目不同于第二实施例。图7A和7B无阴影地示出了电功率转换器的横截面图。
在本实施例中，半导体模块3的树脂构件33包括从面对表面331凹进的凹陷333。如图8、图9A和图9B中所示，四个凹陷333形成在面对表面331上。用于提供凹陷333的内壁的形状是基本上圆柱的形状。
如图7A至图9B中所示，热沉2的热接收表面21在与树脂构件33的凹陷333对应的位置包括凸起213。凸起213具有与凹陷333的形状对应的形状，并且向面对表面侧突出。具体而言，四个凸起213形成在热接收表面21上，并且具有基本上柱形的形状。在本实施例中，热辐射构件4在与凸起213对应的位置具有孔41。具体而言，四个孔41形成在热辐射构件4上。
在本实施例中，金属板31的凸起312的与开关元件32相反的侧面35与树脂构件33的面对表面331设置在同一个平面上。具体而言，金属板31中只有侧面35从树脂构件33暴露。
另外，在热辐射构件4夹在半导体模块3与热沉2之间的条件下，半导体模块3通过连接构件如螺钉(未示出)固定到热沉2。
如图7A至图8中所示，在凸起213穿透孔41并插入到树脂构件33的凹陷333中的条件下，热辐射构件4夹在热沉2的热接收表面21与半导体模块3之间。
如上所述，在本实施例中，多个凹陷333形成在树脂构件33的面对表面331(或者热沉2的热辐射表面21和树脂构件33的面对表面331中的一个)上，并且每个凹陷333向与热沉2的热接收表面相反的一侧凹进。多个凸起213在与凹陷333对应的位置形成在热沉2的热接收表面21(或者热沉2的热辐射表面21和树脂构件33的面对表面331中的另一个)上。每个凸起213具有与凹陷333的形状对应的形状，并且向面对表面侧突出。热辐射构件4在与凸起213对应的位置具有孔41。在凸起213穿透孔41并插入到凹陷333中的条件下，热辐射构件4夹在热沉2的热接收表面21与半导体模块3之间。在本实施例中，穿透热辐射构件4的孔41的多个凸起213限制热辐射构件4在平面方向上移位。因此，即使当金属板31根据开关元件32的热而膨胀和收缩时，由棘轮效应造成的热辐射构件4在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件4被限制从半导体模块3与热沉2之间的分界面突出或移开。
(第四实施例)
在图10A至图12B中示出了根据第四实施例的电功率转换器。在本实施例中，热沉不包括凹陷，而树脂构件包括凸起。这里，图10A和10B无阴影地示出了电功率转换器的横截面图。
在本实施例中，热沉2不包括根据第一实施例的凹陷211。因此，热沉2的热接收表面21是平坦的。
另外，在本实施例中，金属板31的凸起312对应于金属突出。具体而言，凸起312从树脂构件33的面对表面331向热接收表面侧突出。
凸起334形成在树脂构件33的面对表面331上。凸起334向热接收表面侧突出，并且具有与从面对表面331突出的凸起312的高度相等的高度。在本实施例中，如图11、图12A和12B中所示，形成具有线性形状的两个凸起334。另外，两个凸起334彼此平行，并且金属板31的凸起312设置在两个凸起34之间。这里，树脂构件33的凸起334对应于树脂突出。
因此，凸起334的在热接收表面侧的侧面36与金属板31的凸起312的侧面35设置在同一个平面上。
在热辐射构件4夹在半导体模块3与热沉2之间的条件下，半导体模块3通过连接构件如螺钉(未示出)固定到热沉2。
在本实施例中，如图10A至图11中所示，热辐射构件4的与树脂构件33的凸起334对应的部分P4夹在凸起334与热沉2的热接收表面21之间。部分P4在图11中被表示为有网格的阴影区。热辐射构件的与金属板31的凸起312对应的部分P5夹在凸起312与热沉2的热接收表面21之间。部分P5在图11中被表示为有正交网格的阴影区。
如上所述，在本实施例中，金属板31的热辐射表面311包括从树脂构件33的面对表面331向热沉2的热接收表面侧突出的凸起312。多个凸起334形成在树脂构件33的面对表面331上。每个凸起334具有与从面对表面331突出的凸起312的高度相等的高度，并且向热沉2的热接收表面侧突出。凸起312设置在两个相邻凸起334之间。热辐射构件4的分别与凸起334和凸起312对应的部分P4和P5夹在热沉2的热接收表面21与凸起334或凸起312之间。一般而言，树脂的线性热膨胀系数小于金属的线性热膨胀系数。在本实施例中，由于热辐射构件4夹在(树脂构件33的)多个凸起334与热沉2的热接收表面21之间，所以热辐射构件4通过多个凸起334被稳定地按压在热接收表面侧。因此，即使当金属板31根据开关元件32的热而重复地膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件4在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件4被限制从半导体模块3与热沉2之间的分界面突出或移开。
(其它实施例)
在第一实施例中，热沉2具有凹陷211，而金属板31具有与凹陷211对应的凸起312。可替选地，金属板可以具有凹陷，而热沉可以具有与凹陷对应的凸起。类似地，在第二和第三实施例中，可以置换树脂构件的凹陷和热沉的凸起，使得树脂构件具有凸起而热沉具有凹陷。
另外，在第一实施例中，凹陷和热辐射构件具有关系t1＞t2。可替选地，凹陷和热辐射构件可以不具有关系t1＞t2。
另外，在第一实施例中，凹陷、凸起和热辐射构件具有如下关系：w1＞w3；w2＞w4；w1-w3＜2×t2；且w2-w4＜2×t2。可替选地，凹陷、凸起和热辐射构件可以不具有如下关系：w1-w3＜2×t2；且w2-w4＜2×t2。
在第一实施例中，热辐射构件4的预定区域S1具有通过用虚拟线L1分割热辐射构件4的一部分而制备的部分P1。虚拟线L1与开关元件32的外围部分接触，并且相对于开关元件32的厚度方向具有45度倾斜角。可替选地，通过用与开关元件的外围部分接触并且与开关元件的厚度方向平行的虚拟直线分割热辐射构件的一部分，可以制备热辐射构件的与凹陷和凸起对应的部分。在此情况下，开关元件的热可以稳定且有效地经由热辐射构件被传输到热沉。
在以上实施例中，金属板31的凸起312的一部分从树脂构件33暴露。可替选地，金属板31的凸起312可以不从树脂构件33暴露，而是被树脂构件33覆盖。另外，当凸起312的一部分从树脂构件33暴露时，金属板31的凸起312可以被蒸镀在凸起312的表面上的树脂材料膜覆盖。
热辐射构件可以由任何材料制成，只要热辐射构件具有绝缘特性和导热性。可替选地，在热辐射构件被组装在转换器中之前，热辐射构件可以处于液相，而在热辐射构件被组装在转换器中之后，热辐射构件可以固化。
除了交流电动机以外，本发明还可以应用于由交变电功率驱动的其它设备。
上面的公开内容具有以下方面。
根据本公开内容的第一方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、交换元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面和热辐射表面中的一个包括向与热接收表面和热辐射表面中的另一个相反的一侧凹进的凹陷。热接收表面和热辐射表面中的另一个在与凹陷对应的位置包括凸起。凸起具有与凹陷对应的形状，并且向与热接收表面和热辐射表面中的另一个相反的所述侧突出。热辐射构件具有与凹陷和凸起对应的预定区域。热辐射构件的预定区域夹在凹陷与凸起之间。
在上述转换器中，热辐射构件的预定区域的外围部分夹在凹陷的与热沉的热接收表面垂直的内壁与凸起的与热接收表面垂直的外壁之间。因而，即使当金属板根据开关元件中的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从热沉与半导体模块之间的空间突出和移开。
可替选地，凹陷可以具有凹进部分的深度，并且凹陷的深度由t1定义。热辐射构件具有由t2定义的厚度。热辐射构件的厚度与凹陷的深度具有关系t1＞t2。在此情况下，热辐射构件的预定区域的外围部分夹在凹陷的与热沉的热接收表面垂直的内壁与凸起的与热接收表面垂直的外壁之间。凹陷的深度大于热辐射构件的厚度。因此，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位被很有效地限制。
可替选地，凹陷和突出中的每一个可以具有在与热接收表面垂直的方向上看到的矩形形状的轮廓。凹陷具有由w1定义的在纵向方向上的宽度和由w2定义的在横向方向上的宽度。突出具有由w3定义的在纵向方向上的宽度和由w4定义的在横向方向上的宽度。w1至w4和t1至t2具有关系：0＜w1-w3＜＝2×t2和0＜w2-w4＜＝2×t2。在此情况下，热辐射构件的预定区域的外围部分夹在凹陷的与热沉的热接收表面垂直的内壁与凸起的与热接收表面垂直的外壁之间，或者热辐射构件被按压并收缩(即，弹性变形)。因此，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位被很有效地限制。
可替选地，热辐射构件的预定区域可以包括热辐射构件的至少一部分，该部分是通过用与开关元件的外围接触并且与开关元件的厚度方向平行的虚拟直线分割该部分来限定的。在此情况下，由于热辐射构件夹在凹陷与凸起之间，所以至少预定区域被限制因棘轮现象而在平面方向上移动。因而，开关元件所生成的热稳定且有效地经由热辐射构件被传输到热沉。
可替选地，热辐射构件的预定区域可以包括热辐射构件的至少一部分，该部分是通过用与开关元件的外围接触并且相对于开关元件的厚度方向具有45度倾斜角的虚拟直线分割该部分来限定的。在此情况下，由于热辐射构件夹在凹陷与凸起之间，所以至少预定区域被限制因棘轮现象而在平面方向上移动。因而，开关元件所生成的热稳定且有效地经由热辐射构件被传输到热沉。
可替选地，热辐射构件可以由玻璃纤维布和包括填料的硅橡胶制成。热辐射构件具有电绝缘特性和导热性。热辐射构件是可弹性变形的。
可替选地，t2大于零而小于0.5毫米。
根据本公开内容的第二方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、开关元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分并且包括面对热接收表面的面对表面；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面和面对表面中的一个包括向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的一侧凹进的凹陷。热接收表面和面对表面中的另一个在与凹陷对应的位置包括凸起。凸起具有与凹陷对应的形状，并且向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的所述侧突出。热辐射构件具有与凹陷和凸起对应的部分。热辐射构件的所述部分夹在凹陷与凸起之间。
在上述转换器中，热辐射构件的所述部分的外围部分夹在凹陷的与热沉的热接收表面垂直的内壁与凸起的与热接收表面垂直的外壁之间。因而，即使当金属板根据开关元件中的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从热沉与半导体模块之间的空间突出和移开。
根据本公开内容的第三方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、开关元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分并且包括面对热接收表面的面对表面；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热接收表面和面对表面中的一个包括向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的一侧凹进的多个凹陷。热接收表面和面对表面中的另一个在与凹陷对应的位置包括多个凸起。每个凸起具有与凹陷对应的形状，并且向与热接收表面和面对表面中的另一个相反的所述侧突出。热辐射构件在与凸起对应的位置具有多个孔。热辐射构件以这样的方式夹在凹陷与凸起之间：每个凸起穿透对应孔并插入到对应凹陷中。
在上述转换器中，热辐射构件被限制在平面方向上移动，因为多个凸起插入并通过热辐射构件的孔。因此，即使当金属板根据开关元件中的热而膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从热沉与半导体模块之间的空间突出和移开。
根据本公开内容的第四方面，一种电功率转换器包括：具有热接收表面的热沉；包括金属板、开关元件和树脂构件的半导体模块，其中金属板具有面对热接收表面的热辐射表面，开关元件设置在金属板的与热辐射表面相反的表面上并且在开关元件工作时生成热，并且树脂构件覆盖开关元件的至少一部分和金属板的一部分并且包括面对热接收表面的面对表面；以及热辐射构件，具有片形状并且设置在热沉的热接收表面与半导体模块之间用于将开关元件的热经由金属板传输到热接收表面。热辐射表面包括从面对表面向热接收表面侧突出的金属凸起。面对表面包括向热接收表面侧突出的多个树脂凸起。每个树脂凸起具有自面对表面起的突出高度，并且树脂凸起的突出高度基本上等于金属凸起的自面对表面起的突出高度。金属凸起设置在相邻的树脂凸起之间。热辐射构件具有与树脂凸起和金属凸起对应的部分。热辐射构件的所述部分夹在金属凸起与热接收表面之间。
在上述转换器中，热辐射构件的所述部分夹在金属凸起或树脂凸起与热沉的热接收表面之间。一般而言，树脂的线性热膨胀系数小于金属的线性热膨胀系数。由于热辐射构件夹在多个树脂凸起与热沉的热接收表面之间，所以热辐射构件通过多个树脂凸起被稳定地按压在热接收表面侧。因此，即使当金属板根据开关元件的热而重复地膨胀和收缩时，由棘轮现象造成的热辐射构件在平面方向上的移位也被限制。因而，热辐射构件被限制从半导体模块与热沉之间的分界面突出或移开。
尽管已经参照本发明的优选实施例描述了本发明，但是应理解本发明不限于所述优选实施例和构造。本发明旨在覆盖各种修改和等效布置。此外，尽管所述各种组合和配置是优选的，但是包括更多、更少或者仅单个要素的其它组合和配置也在本发明的精神和范围以内。

Claims (5)

1.一种电功率转换器，包括：
热沉(2)，具有热接收表面(21)；
半导体模块(3)，包括金属板(31)、开关元件(32)和树脂构件(33)，其中所述金属板(31)具有面对所述热接收表面(21)的热辐射表面(311)，所述开关元件(32)设置在所述金属板(31)的与所述热辐射表面(311)相反的表面上并且在所述开关元件(32)工作时生成热，并且所述树脂构件(33)覆盖所述开关元件(32)的至少一部分和所述金属板(31)的一部分；以及
热辐射构件(4)，具有片形状并且设置在所述热沉(2)的所述热接收表面(21)与所述半导体模块(3)之间用于将所述开关元件(32)的热经由所述金属板(31)传输到所述热接收表面(21)，
其中所述热接收表面(21)和所述热辐射表面(311)中的一个包括向与所述热接收表面(21)和所述热辐射表面(311)中的另一个相反的一侧凹进的凹陷(211)，
其中所述热接收表面(21)和所述热辐射表面(311)中的另一个在与所述凹陷(211)对应的位置包括凸起(312)，
其中所述凸起(312)具有与所述凹陷(211)对应的形状，并且向与所述热接收表面(21)和所述热辐射表面(311)中的另一个相反的所述一侧突出，
其中所述热辐射构件(4)具有与所述凹陷(211)和所述凸起(312)对应的预定区域(S1)，
其中所述热辐射构件(4)的所述预定区域(S1)夹在所述凹陷(211)的底部与所述凸起(312)的顶部之间，
其中所述热辐射构件(4)具有电绝缘特性和导热性，
其中所述热辐射构件(4)的所述预定区域(S1)的外围部分夹在所述凹陷(211)的与所述热沉(2)的所述热接收表面(21)垂直的内壁与所述凸起(312)的与所述热沉(2)的所述热接收表面(21)垂直的外壁之间，
其中所述凹陷(211)具有凹进部分的深度，并且所述凹陷(211)的所述深度由t1定义，
其中所述热辐射构件(4)具有由t2定义的厚度，
其中所述热辐射构件(4)的所述厚度和所述凹陷(211)的所述深度具有如下关系：t1＞t2，
其中所述凹陷(211)和所述凸起(312)中的每一个具有在与所述热接收表面(21)垂直的方向上看到的矩形形状的轮廓，
其中所述凹陷(211)具有由w1定义的在纵向方向上的宽度和由w2定义的在横向方向上的宽度，
其中所述凸起(312)具有由w3定义的在纵向方向上的宽度和由w4定义的在横向方向上的宽度，
其中w1至w4和t1至t2具有如下关系：
0＜w1-w3＜＝2×t2；并且
0＜w2-w4＜＝2×t2，并且
其中所述热辐射构件(4)是可弹性变形的。
2.根据权利要求1所述的电功率转换器，
其中所述热辐射构件(4)的所述预定区域(S1)包括所述热辐射构件(4)的至少一部分，所述部分是通过用与所述开关元件(32)的外围接触并且与所述开关元件(32)的厚度方向平行的虚拟直线(L1)分割所述热辐射构件(4)来限定的。
3.根据权利要求1所述的电功率转换器，
其中所述热辐射构件(4)的所述预定区域(S1)包括所述热辐射构件(4)的至少一部分，所述部分是通过用与所述开关元件(32)的外围接触并且相对于所述开关元件(32)的厚度方向具有45度倾斜角的虚拟直线(L1)分割所述热辐射构件(4)来限定的。
4.根据权利要求1所述的电功率转换器，
其中所述热辐射构件(4)由玻璃纤维布和包括填料的硅橡胶制成。
5.根据权利要求4所述的电功率转换器，
其中t2大于零而小于0.5毫米。
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