CN104752058A - 电容器模块、制造其的方法以及具有其的车用逆变器 - Google Patents
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Abstract
一种电容器模块、制造其的方法以及具有其的车用逆变器。一种电容器模块可包括：壳体，其被配置为具有形成在其一表面的开口部；以及多个多层陶瓷片电容器阵列，其设置在所述开口部的里面，并被配置为包括设置在其中的多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)。
Description
相关技术的交叉引用
本申请要求递交日为2013年12月31日的韩国专利申请No.10-2013-0168240的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及一种电容器模块，特别涉及一种使用多层陶瓷片电容器(MLCC)的电容器模块，以及制造其的方法。
此外，本发明的示例性实施方式涉及一种使用多层陶瓷片电容的电容器模块的车用逆变器。
背景技术
在车用逆变器中，直流(DC)电容器并联电连接在电池和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)之间，以整流电力和吸收开关噪声，由此稳定电力系统。这种DC电容器通常配置有具有良好的耐久性能的薄膜型电容器。
通常，薄膜型电容器通过绕组、切割和压缩金属沉积聚丙烯薄膜，然后将压缩的薄膜放入聚苯硫醚(PPS)盒中，以模块的形式使用。
但是，尽管具有良好的耐久性，由于这种薄膜型电容器重且大，薄膜型电容器不利于减少逆变器的尺寸和重量。此外，这种薄膜型电容器是车辆燃油效率方面的弱点。
此外，当需要达到100℃或者更高的温度规格时，薄膜材料的成本急剧增加，因此薄膜型电容器是材料成本方面的较大弱点。
因此，现有技术试图用多层陶瓷片电容器(MLCC)来替代这种薄膜型电容器。
但是，这种多层陶瓷片电容器(MLCC)仅用于较低电容(或较低电流)，而且安装在低电压印刷电路板(PCD)上以封装的形式使用。这种封装形式如图1所示。
参照附图1，多个图案111、112和113形成在PCB110上，以及多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)141和142通过焊接并排安装在多个图案111、112和113上。另外，引导部120和121通过焊接与多个图案111、112和113电连接。
但是，当封装结构的多个多层陶瓷片电容器用作车辆用的DC电容器时，多层陶瓷片电容器的尺寸增加几十倍以便使得其电容从几μF增加至数百μF。
此外，其中焊接有在PCB上用作数字电路的较小电容器的MLCC的封装技术方案，在包括振动、冲击和热冲击等的车辆环境下的性能差，。
发明内容
本发明的实施方式针对一种尺寸小且可具有足够电容的电容器模块，以及一种制造其的方法。
本发明的另一个实施方式针对一种考虑了在高电压和/或高电流电流中重要的振动、冲击和温度特性，来设计封装设计的电容器，以及一种制造其的方法。
本发明的其他目的和优势可通过以下描述来理解，并且参考本发明的实施方式会变得明显。此外，本发明的目的和优势可由所要求的手段和其组合来实现对本发明所属领域的技术人员而言是显而易见的。
提供的电容器模块具有足够的电容，尽管尺寸较小。
根据本发明的实施方式，一种电容器模块包括：壳体，其被配置为具有形成在其一表面的开口部；以及多个多层陶瓷片电容器阵列，其设置在所述开口部的里面，并被配置为包括设置在其中的多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)。
在这种情况下，所述多层陶瓷片电容器阵列可包括：多个母线；以及所述多个多层陶瓷片电容器被配置为具有形成在其下端的两侧的一对引导部，以便被粘合在多个所述母线上。
此外，所述粘合可以焊接的方式实现。
此外，所述多个多层陶瓷片电容器可具有大容量。
此外，所述多层陶瓷片电容器可配置为电容为20至40μF的电容单元来实施。
此外，所述多个母线的材料可为铝和铝合金中的一个。
此外，所述壳体的材料可包括聚苯硫醚、碳纤维增强塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺和聚甲醛树脂构成的组中的一个或多个。
此外，所述开口部可被填充有成型材料且在安装所述多层陶瓷片电容器阵列后可被热固化。
此外，所述成型材料可属于环氧树脂系列或硅树脂系列。
此外，所述多个多层陶瓷片电容器可彼此串联电连接。
根据本发明的另一个实施方式，一种车辆用逆变器包括：外壳；安装在所述外壳的底表面的开关元件；以及与所述开关元件电连接的电容器模块；其中所述电容器模块包括：壳体，其被配置为具有形成在其一表面的开口部；以及多个多层陶瓷片电容器阵列，其设置在所述开口部的里面，并被配置为包括设置在其中的多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)
在这种情况下，所述车辆用逆变器可为集成了驱动轴的逆变器和集成了车轮的逆变器中的一个。
根据本发明的另一个实施方式，一种制造电容器模块的方法，包括：
以预定的间隔设置多个母线；在所述多个母线上粘合多个多层陶瓷片电容器，以形成多层陶瓷片电容器阵列；在壳体上安装所述多层陶瓷片电容器阵列；以及在所述壳体中填充成型材料。
附图说明
图1是一般低电容多层陶瓷电容器封装的概念图；
图2是本发明实施方式的高电压大电容的电容器模块的结构的概念图；
图3是图2示出的盒体的后视图；
图4是使用本发明实施方式的高电压大容量的电容器模块的车辆用逆变器的结构的内部立体图；
图5是本发明实施方式的高电压大容量的电容器模块的制造过程的流程图；
图6是根据图5描述的步骤S520，通过在母线上粘合多层陶瓷电容器(MLCCs)来制造多层陶瓷电容器阵列的状态的立体图；
图7是根据图5描述的步骤S530，将多层陶瓷电容器阵列安装在壳体上的状态的立体图；
图8是根据图5描述的步骤S540，盒体成型的状态的立体图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的示例性实施方式进行更详细的描述。但是，本发明可包括不同形式，而且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式。当然，这些实施方式的提供使得本公开全面和完整，以及向本领域的技术人员充分传达本发明的保护范围。在本公开中，在本发明的所有附图和实施方式中，相同的附图标记表示相同的部件。
在每个附图中，相同的附图符号用于描述相同的元件。
尽管术语像第一、第二等用来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语可能用于将一个元件与另一个元件进行区分的目的。
例如，在不脱离本发明的权益范畴内，第一元件可被称为第二元件，类似地，第二元件也可被称为第一元件。术语和/或包括多个相关描述的术语的组合或者多个相关描述的术语中的任何一个。
除非有特别的限定，本文所使用的所有术语包括通常被本领域技术人员所理解的具有相同含义的技术或科学术语。
除非本申请有明确的限定，这些术语，如词典所限定的那些，通常应该解释为与在相关技术背景中相匹配的含义，而不是解释为理想的或者过于机械的含义。
以下，结合附图通过示例性的实施方式对本发明的电容器模块、制造其的方法以及具有其的逆变器进行如下介绍。
图2是本发明实施方式的高电压大容量的电容器模块200的结构的概念图。参考图2，电容器模块200可被配置为包括壳体210，其具有形成在其一侧的开口部，且在该开口部设置有多层陶瓷片电容器阵列280。
多层陶瓷片电容器阵列280可被以这种方式配置：多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)240与母线230电连接，并且并联设置。但是，本发明并不限于此，而且多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)240可以串联形式或者串联和并联混合的形式设置。
壳体210的功能可以是组装多层陶瓷片电容器阵列280，以及作为成型材料的容器。为此，壳体210可具有顶部表面是开放的、内部区域具有恒定的高度，以及侧面被侧壁阻挡的结构。此外，壳体210被配置为多边形的形状，以便在逆变器中被组装，以及可具有在其侧表面形成的三个逆变器固定部260。
壳体210可具有在其下端侧表面形成的结合端子250，该结合端子250将与配置在逆变器中的电路元件电连接。
壳体210的材料可从聚苯硫醚(PPS)、碳纤维增强塑料(CFRP)、聚对苯二甲酸(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)和聚甲醛(POM)树脂构成的组中选择一个。也可使用这些材料的组合。
多个多层陶瓷片电容器(MLCCs)240可配置为电容为约20μF至约40μF的单元，以使得以阵列形式组装到壳体210。通常，传统的多层陶瓷片电容器(MLCC)被配置为介电层(未图示)和内电极层(未图示)相互交叉的层结构。
此外，传统的多层陶瓷片电容器(MLCC)只提供低电容(即低电流)，以及以在低电压PCB上安装并使用的封装形式配置。因此，根据本发明的一个实施方式，为了使用MLCC作为绿色车辆用的直流电流(DC)电容器，在不增加MLCC的尺寸和电容的情况下，MLCC必须被安装在壳体210上。
为此，MLCC必须能具有大电容，尽管具有较小的尺寸。为此，多层陶瓷片电容器(MLCCs)240可配置为具有约20μF至约40μF的电容范围和以阵列的形式设置，以使得能减少每个多层陶瓷片电容器的尺寸。
这是因为应用到车辆用逆变器的直流(DC)电容器需要具有较大的电容和较高的电压。也就是说，是因为需要300-700V的电压和约400μF-约700μF的电容。
图3是图2示出的盒体210的后视图。参考图3，壳体210的后表面可通过注塑成型来配置，以使其具有容器形状，其所有表面，除了顶部表面外，都是密封的。
图4是使用本发明实施方式的高电压大容量的电容器模块200的车辆用逆变器400的结构的内部立体图。参考图4，电容器模块200可被安装在逆变器400的外壳410中。车辆用逆变器400可被配置为包括外壳410、设置在外壳410的底表面的开关元件420，并且电容器模块200与开关元件420电连接。
开关元件420可被配置为具有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，但是本发明并不限于此。开关元件420可被配置为具有场效应晶体管(FET)、给电源的双极结型晶体管(BJT)、金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)等。
此外，车辆用逆变器400可被配置为集成了驱动轴的逆变器、集成了车轮的逆变器等等。
图5是本发明实施方式的高电压大容量的电容器模块200的制造过程的流程图。参考图5，在步骤S510中，多个母线以预定的间隔设置。
在步骤S520中，图2中的多层陶瓷片电容器(MLCCs)240可粘合在多个母线上，以生成多层陶瓷片电容器阵列。这种粘合如图6所示。随后将给出图6的描述。
生成的多层陶瓷片电容器阵列可被安装在图2中的在步骤S530中已经提前准备好的壳体210上。这种安装如图7所示。随后将给出图7的描述。
在步骤S540中成型材料可被填充到壳体210的开口部中并硬化。硬化可采用热固化方案。但是，本发明并不限于此，以及可使用其他常规的硬化方案。这种硬化如图8所示。随后将给出图8的描述。
通过上述步骤S510至S530，完成电容器模块。在步骤S550中，将完成的电容器模块安装在车辆用逆变器中。
图6是参照图5描述的步骤S520，通过在母线上粘合多层陶瓷电容器(MLCCs)来制造多层陶瓷电容器阵列280的状态的立体图。参照图6，第一至第三母线611、612和613可以预定的间隔排列，以及第一多层陶瓷电容器240-1和第二多层陶瓷电容器240-2可粘合在第一至第三母线611、612和613的表面。具体地，第一多层陶瓷电容器240-1可具有形成在其两端的第一引导部641和第二引导部642。引导部641和642为电极端子，其中一个可与“+”端子电连接，以及另一个可与“-”端子电连接。因此，第一多层陶瓷电容器240-1和第二多层陶瓷电容器240-2能以串联的方式彼此电连接。
也就是说，第一多层陶瓷电容器240-1的第一引导部641可粘合在第一母线611的左端的表面，第一多层陶瓷电容器240-1的第二引导部642可粘合在第二母线612的右端的表面，以及第二多层陶瓷电容器240-2的引导部可粘合在第二母线612的左端的表面。当多个多层陶瓷电容器(MLCCs)以这种方式粘合时，可形成多层陶瓷电容器阵列280。
在这种情况下，可以焊接的方式来执行粘合。图6示出的情况是多个多层陶瓷电容器串联电连接。但是，本发明并不限于此，并且多个多层陶瓷电容器可以并联或者串联和并联混合的方式粘合。
此外，多个母线611、612和613可由铝或铝合金制成。铝系列材料比较轻且具有良好的导电性。因此，可减少电容器模块的重量和/或体积。
图7是参照图5描述的步骤S530将多层陶瓷电容器阵列280安装在壳体210上的状态的立体图。参照图7，多层陶瓷电容器阵列280安装在壳体210的里面。
图8是参照图5描述的步骤S540成型壳体210的状态的立体图。参照图8，在多层陶瓷电容器阵列280设置在壳体210的里面的状态下，成型材料可被填充到壳体210的开口部820中，然后可被热固化。对于成型材料，其是可以抵抗电容器模块的振动和/或冲击且具有良好热传导性以便确保散热性能的坚固的材料。因此，环氧树脂系列或者硅树脂系列可用作成型材料。
根据本发明的示例性实施方式，与重量重且尺寸大的传统的薄膜型电容器相比，使用多层陶瓷电容器(MLCC)的车辆用电容器重量轻且尺寸小，车辆用电容器的尺寸和重量可被减少。
此外，根据本发明的示例性实施方式，与传统的低容量多层陶瓷电容器(MLCC)封装相比，在包括高温、振动、冲击、噪音等的车辆环境中性能有所提高。
此外，根据本发明的示例性实施方式，车辆用电容器被作为一个模块来控制，以及使用紧固螺钉而不是焊接，因此减少了工序的数量以及紧固法在工厂制造(MIP)逆变器的组装中是有利的，而在传统的低容量多层陶瓷电容器(MLCC)封装中，每个MLCC必须通过焊接粘合在印刷电路板(PCB)上。
此外，根据本发明的示例性实施方式，为了确保集成了驱动轴的逆变器、集成了车轮的逆变器、大电流大容量逆变器等通常所需要的高温规格(即120℃或更高)中正常工作，传统的薄膜型电容器的材料成本急剧增加4倍或5倍。但是，根据本发明，因为可使用MLCC，与传统的薄膜型电容器相比，材料成本可减少。
尽管参照具体实施方式对本发明进行了描述，但是在不脱离由以下权利要求所限定的内发明的精神和范畴内，可作出各种变化和修改对本领域的技术人员是显而易见的。
Claims (19)
1.一种电容器模块，包括：
壳体，其包括凹槽；以及
多层陶瓷片电容器阵列，其设置在所述凹槽中，且包括设置在其中的多个多层陶瓷片电容器。
2.根据权利要求1所述的电容器模块，其中所述多层陶瓷片电容器阵列包括：
多个母线，其包括第一母线和第二母线；以及
其中所述多个多层陶瓷片电容器中的第一多层陶瓷片电容器包括与所述第一母线连接的第一引导部和与所述第二母线连接的第二引导部。
3.根据权利要求2所述的电容器模块，其中所述第一引导部和第二引导部被焊接到所述第一母线和第二母线。
4.根据权利要求2所述的电容器模块，其中所述第一多层陶瓷片电容器和所述多个多层陶瓷片电容器中的第二多层陶瓷片电容器与所述第一母线和所述第二母线电连接，以形成并联连接。
5.根据权利要求4所述的电容器模块，其中所述多个多层陶瓷片电容器每个具有约20μF到约40μF的电容。
6.根据权利要求2所述的电容器模块，其中所述第一和第二母线包括铝和铝合金中的一个。
7.根据权利要求1所述的电容器模块，其中所述壳体的材料包括聚苯硫醚、碳纤维增强塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺和聚甲醛树脂构成的组中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的电容器模块，其中所述凹槽填充有覆盖所述多层陶瓷片电容器阵列的热固化成型材料。
9.根据权利要求8所述的电容器模块，其中所述成型材料包括环氧树脂或硅树脂。
10.根据权利要求1所述的电容器模块，其中所述多个多层陶瓷片电容器彼此串联电连接。
11.一种车辆用逆变器，包括：
外壳；
安装在所述外壳的底表面的开关元件；以及
与所述开关元件电连接的权利要求1所述的电容器模块。
12.根据权利要求11所述的逆变器，其中所述车辆用逆变器是集成了驱动轴的逆变器和集成了车轮的逆变器中的一个。
13.根据权利要求11所述的逆变器，其中所述多层陶瓷片电容器阵列包括：
多个母线，其包括第一母线和第二母线；以及
其中所述多层陶瓷片电容器中的第一多层陶瓷片电容器包括与所述第一母线连接的第一引导部和与所述第二母线连接的第二引导部。
14.一种制造电容器模块的方法，包括：
以预定的间隔设置多个母线；
在所述多个母线上粘合多个多层陶瓷片电容器，以形成多层陶瓷片电容器阵列；
在壳体上安装所述多层陶瓷片电容器阵列；以及
在所述壳体中填充成型材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述粘合以焊接的方式实现。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个多层陶瓷片电容器每个具有约20μF到约40μF的电容。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一和第二母线包括铝和铝合金中的一个。
18.根据权利要求14所述的电容器模块，其中所述壳体的材料包括聚苯硫醚、碳纤维增强塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺和聚甲醛树脂构成的组中的一个或多个。
19.根据权利要求14所述的电容器模块，其中所述成型材料包括环氧树脂或硅树脂。
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