CN109792839A - 电连接两个末端区域的抗振电路安排、机动车辆、以及制造所述电路安排的方法 - Google Patents

电连接两个末端区域的抗振电路安排、机动车辆、以及制造所述电路安排的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电路安排(15)，该电路安排具有散热器(17)和层安排(20)，该层安排被安排在该散热器(17)的表面(21)上，并且该层安排具有第一电绝缘的绝缘层(28)和导电导体层(29)，该导电导体层被安排在该绝缘层(28)的背离该散热器(17)的一侧上，其中，通过该层安排(20)提供了在两个电连接区域(22，23)之间的电连接路径(24)。本发明提供的是通过冷气喷涂该层安排(20)的这些层(28，29)中的至少一个层的相应的材料来形成该层安排，也就是说具有通过冷气喷涂而施加在材料上的对应的性质。

Description

电连接两个末端区域的抗振电路安排、机动车辆、以及制造所 述电路安排的方法
本发明涉及一种电路安排，在该电路安排中，两个电连接区域借助于电连接路径连接至彼此。所述连接路径旨在对与振动有关的破裂有弹性。本发明还包括一种具有根据本发明的电路安排的机动车辆，并且包括一种用于产生该电路安排的方法。
例如，在机动车辆中可能提供的电路安排必须对振动有弹性，以便使得导电元件不会例如从焊料连接变松、或在自身中撕裂、或在振动的情况下破裂。在这种情况下，用于使机动车辆的电动机器运行的功率电子系统的通电线圈可能构成特定问题，其原因是这种线圈具有相对较高的电感、并且必须导通高的连续电流，这导致了相对较高数量的绕组和铁素体，其结果是相对较高数量的绕组和铁素体构成了可能由于振动的结果而被激发进入振荡或摆动的选择性质量。另外，在高运行电流的情况下，这样的部件中可能会出现热点。
DE 10 2011 076 773 A1披露了冷气喷涂方法在集成电路(IC)中产生电连接的用途。
本发明是基于在两个连接区域之间提供抗振电连接的目的，该抗振电连接可以容易地冷却、并且允许与半导体的短链接。
该目的借助于独立权利要求的主题来实现。通过从属权利要求、以下说明书和附图来描述本发明的有利改进。
本发明提供了一种电路安排，通过该电路安排，在两个电连接区域之间提供了电连接路径或电流路径。在这种情况下，连接区域是指接触区域或过渡区域，电路安排可以借助于该接触区域或过渡区域电连接至另外的电路元件或电路部分。该电路安排具有散热器，在该散热器的表面上提供了层安排以便提供连接路径。该层安排是通过冷气喷涂层安排的层中的一个层、或一些层、或每个层的相应的材料而形成的。散热器还可以提供为导热体，该导热体用于将层安排联接至另一个部件，以便例如以针对性的方式加热该层安排或该另一个部件(例如在冬季)。
在这种情况下，层安排具有电绝缘层，该电绝缘层在本文中称为绝缘层。散热器可以由金属(例如铝或铝合金)形成。绝缘层使导体层相对于散热器绝缘。因此，所述导体层被安排在绝缘层的背离散热器的一侧、并且由导电材料形成。结合本发明，电绝缘意味着导电率低于10-5S/m，尤其是低于10-6S/m。结合本发明，导电被理解为大于10 000S/m、尤其是大于100 000S/m的导电率。
因此，所述电连接路径是通过该层安排以平面的方式形成、或者是通过层压或涂覆而形成在散热器上。其结果是，连接路径或导体层由散热器加强或支撑，使得层安排在由于振动的激励的情况下不会进行自然振荡。此外，作为层安排的平面的构型促进了从导体层输出进入散热器的热传递。为了提供导体层，例如可以提供铜、或铝、或铝合金作为材料。绝缘层可以例如基于陶瓷或氧化铝形成。
本发明还提供了一种借助于冷气喷涂产生电路安排的方法。换言之，绝缘层的材料和导体层的材料在各自情况下以球粒或粉末的形式提供、并且借助于冷气喷涂施加至散热器或安排在此。因此，根据本发明的方法提供的是：层安排具有借助于冷气喷涂在散热器的表面上产生的绝缘层和导体层，该绝缘层由电绝缘材料制成，该导体层由导电材料制成、并且被安排在该绝缘层的背离散热器的一侧。此处，通过层安排提供了在连接区域之间的电连接路径。为此目的，可以例如借助于散热器上的掩膜或图案来规定安排在其上的绝缘层的材料和导体层的材料被施加或安排在何处。在这种情况下，导体层尤其是至少0.5cm(尤其是至少1cm)宽，和/或连接路径是至少2cm长。因此，所述导体层不是基质上的集成电路的微结构。此厚度可以最多达到几微米(μm)薄。宽度和/或长度可以大于0.75mm。然而，导体层仍然不是集成电路。
本发明还包括可选的改进，这些改进的特征产生额外的优点。
如已在开篇处描述的，电感构成了尤其在振动情况下对于自然振荡敏感的关键部件。因此，本发明的一个发展提供的是，为了设定连接路径的电感值，层安排具有两个另外的层，这两个另外的层此处被称为磁性层。这些磁性层中的一者被安排在散热器的表面与第一绝缘层之间。因此，这个磁性层被安排在散热器的表面上并且固持绝缘层。第二磁性层被提供用于覆盖导体层。为了使电流在此不会不期望地流过磁性层，由电绝缘材料制成的第二绝缘层首先被安排在导体层上、在导体层的背离第一绝缘层的一侧上。然而，第二磁性层被安排在相对于导体层的与第一磁性层相反的一侧上。然而，第一磁性层和第二磁性层在边缘处彼此接触，使得它们形成围绕导体层和两个绝缘层的套筒或封闭壳体。作为替代方案，还可以凭借绝缘层中的一个绝缘层(该绝缘层将两个磁性层分开)以针对性的方式提供间隙。
因此在垂直于电连接路径的轮廓或纵向方向的截面中产生了由软磁性材料制成的闭合磁性电路。换言之，第二磁性层沿电连接路径的轮廓在所述连接路径两侧连接至第一磁性层。每个磁性层由软磁性材料(例如铁或铁合金)形成。此处，软磁性是指材料是铁磁性的并且具有值小于1000A/m的矫顽磁场强度。由于它们沿连接路径接触，这两个磁性层因此形成围绕导体层的软磁性壳体，其结果是增大了导体层的电感值。可以通过选择磁性层的厚度和/或通过选择软磁性材料来设定电感值。
任选地，可以在散热器与第一磁性层之间提供附加的绝缘层，以便例如阻挡涡电流。
优选地提供的是，该第一磁性层和该第二磁性层的软磁性材料是多孔的。多孔结构(也就是说，其中，空气被安排在软磁性材料之间)替代了离散的空气间隙以便设定电感值。
用于设定电感值的另一个参数是电连接路径的长度。为了在给定区域设定具有规定的长度的连接路径，可以提供的是，连接路径以曲折形状的方式设计，或被设计为扁平线圈、也就是说在平面中以螺旋形状的方式设计，或由于层安排的多层设计而被设计为螺旋、也就是说被设计为空间地或螺旋形地延伸的螺旋。
层安排还可以被设计为换能器或变压器。为此目的，然后所提供的是，另一个导体层以及使所述导体层与第二磁性层电绝缘的另一个绝缘层安排在第二绝缘层与第二磁性层之间，该第二绝缘层因此位于导体层上，该第二磁性层相对于环境界定整个层安排。也就是说，两个导体层于是在层安排中彼此平行地延伸，这两个导体层通过第二绝缘层彼此电绝缘、并且通过第一绝缘层以及通过第三绝缘层与两个磁性层电绝缘。因此，两个导体层通过第一磁性层以及通过第二磁性层电感地联接。
当散热器不仅单独地用作层安排的载体元件或加强元件和冷却系统，并且还用于加强和/或冷却较大的电路结构时，产生了另一个优点。为此目的，然后提供的是，将至少一个可切换电子部件(例如晶体管)安排在散热器的表面上。随后，部件在连接区域中的一个连接区域中被电连接、或与其互连，使得层安排和至少一个电子部件首先产生总体电路。
为了使至少一个电子部件与层安排(尤其是具有磁性层的层安排)热解除联接，可以提供的是，在至少一个部件与层安排之间，散热器的表面具有至少两个材料切口，并且在各自情况在材料切口的两个材料切口之间产生桥接元件，层安排借助于该桥接元件电连接至该至少一个部件。由于材料切口，在邻近每个桥接元件的右侧和左侧上产生腔体或空气室，使得在散热器的材料中，热量损失不会在右侧和左侧扩散或导引经过桥接元件、而仅是在桥接元件内在至少一个部件与层安排之间扩散或导引。因此，材料切口构成热解除联接。
根据本发明的电路安排是基于冷气喷涂方法产生的。换言之，层安排的层(也就是说绝缘层和导体层)以及进一步描述的层全部或所述层中的至少一个层、或一些层在各自情况下通过冷气喷涂产生。这意味着相应的层的材料作为粉末或球粒被施加，并且在这种情况下，粉末或球粒的颗粒彼此啮合和/或部分地熔化到一起，也就是说在接触表面处熔化到一起。因此，每个层的材料在各自情况下形成尤其是多孔的或穿孔的结构。
电路安排(具有层安排和至少一个部件)优选地被设计为DC电压转换器或设计为逆变器。因此，借助于该电路安排，这种电动机器可以尤其在机动车辆中运行或通常例如在电动机器运行期间所引起的振动环境中运行。
为了增大在层安排处有效的冷却功率，优选地提供的是，在散热器中或在散热器上提供冷却通道或通常提供冷却结构、以便导引冷却介质。因此，散热器可以例如充满水或油作为冷却介质，或者可以被供给冷却空气。
根据本发明的机动车辆提供的是，将电压源(例如电池，尤其是牵引用电池)电连接到至少一个高电流负载并且连接到根据本发明的电路安排的一个实施例。在这种情况下，具有大于10A的运行电流的电气负载被认为是高电流负载。这种高电流负载可以例如是电动机器，可以提供该电动机器以例如用于机动车辆的驱动模式或牵引驱动。例如，因此，也可以实现用于均衡不同电位的均衡电路。
本发明还包括对根据本发明的方法的发展，这些发展具有已经结合根据本发明的电路安排的发展而描述的特征。由此，在此不再次描述对根据本发明的方法的相应改进。
以下描述了本发明的示例性实施例。在这方面，在附图中：
图1示出了根据本发明的机动车辆的实施例的示意性展示；
图2示出了根据本发明的电路安排的实施例的透视图的示意性展示，该电路安排可以提供在图1的机动车辆中；
图3示出了图2的电路安排的截面的示意性展示；并且
图4示出了简图以展示电连接路径的可能的形状，该电连接路径可以由电路安排形成。
以下所解释的示例性实施例是本发明的优选实施例。在示例性实施例中，所描述的本实施例的部件各自表示本发明的独立特征，这些独立特征将被彼此独立地考虑并且还彼此独立地发展本发明，并且因此也可以单独地或呈与所示出的不相同的组合地被认为是本发明的组成部分。此外，已经描述过的本发明的另外的特征也可以被添加到所描述的实施例中。
在附图中，功能相同的元件各自提供有相同参考符号。
图1示出机动车辆10，该机动车辆可以例如是汽车、尤其是乘用车或卡车。机动车辆10可以具有高电流负载11，在所示出的实例中，该高电流负载可以是电动机器12的逆变器。可以例如借助于电动机器12来为机动车辆10提供牵引驱动。为了使高电流负载11运行或向该高电流负载提供电力，该高电流负载可以电连接至电压源13，在所示出的实例中，该电压源可以是电池，例如牵引用电池或高电压电池。高电流负载11的运行电流14可以大于10A、尤其是大于50A。
为了减小运行电流14和/或用于DC电压转换的时间曲线的波动，可以在电路安排15中提供电感16。电路安排15可以具有散热器17，电感16和高电流负载11可以一起安排在散热器上，也就是说高电流负载11的电子部件可以集成到电路安排15中。
电感16以平坦或平面的方式分布、并且还由散热器17加强。在机动车辆10的行进期间的振动的情况下，电感16可以因此不被振动激励或逐步增强为自然振荡。另外，确保了均匀冷却，也就是说防止热点。
图2展示了电感16的平面或平坦构型。图2示出了散热器17，该散热器可以例如是注塑模制部件。散热器17的材料可以包括例如铝或铝合金。借助于冷却结构18，用于将热能从散热器17传送走或消散的冷却介质19可以被导引或引导或导流通过或经过所述散热器。冷却结构可以提供例如冷却通道和/或冷却肋。
电感16由层安排20形成，该层安排可以安排在散热器17的表面21上。层安排20具有导电部分，使得第一连接区域22和第二连接区域23可以借助于层安排20进行电连接，并且其结果是，在连接区域22与连接区域23之间产生用于该运行电流14的电连接路径24。
尽管存在共同的散热器17，但层安排20仅在边缘热联接至高电流负载11。为此目的，散热器17可以在其表面21上具有材料切口25，所述切口能够例如在散热器17生产期间借助于合适的模具和/或通过铣削或钻孔产生。由于在各自情况下在这些材料切口中的两个材料切口25之间的散热器17的相应的剩余部分，形成了桥接元件26，层安排20可以借助于该桥接元件电连接至高电流负载11。
通过层安排20和散热器17沿连接路径24提供了电感16。多个电隔离的连接路径24和多个电感16还可以由层安排20提供，这可以通过对应地提供多个以下结构来实现。
图3展示了与连接路径24的轮廓垂直的截面。用于根据图3的截面的剖面线在图2中表示为III。
从散热器17开始，在所展示的实例中，第一磁性层27、第一绝缘层28、导体层29、第二绝缘层30、以及第二磁性层31以这个顺序安排在所述散热器的表面21上。层27、28、29、30、31一起构成层安排20。层安排20可以在涂覆过程中施加至散热器17的表面21。具体地讲，冷气喷涂是合适的。
由于层安排20具有磁性层27、31，电连接路径24可以作为电感16作用于运行电流14，也就是说可以类似于通电线圈或具有规定的电感值的电感器而起作用。
图4通过举例的方式示出了连接路径24的可能的形状，即曲折的形状32，直线导体33，以及三维绕组形状(也就是说螺旋34)的平面视图。在这种情况下，螺旋34必须作为多次重复或层安排20的堆叠而产生。形状影响电感值。
电感16通过所述涂覆方法施加和确定形状。为此目的，由高透磁材料(也就是说软磁性材料)制成的磁性层27施加至散热器17，也就是说其表面由铝或另一种金属制成。为了设定电感值，可以通过图案或掩模来规定磁性层27的形状。换言之，磁性层27形成了带状物或安排在表面21上的条带。
电绝缘的绝缘层28被施加至磁性层27，该绝缘层可以例如基于陶瓷或氧化铝、作为用于电绝缘的材料来提供。绝缘层28不会在边缘处完全覆盖磁性层27，而是仅在横向于连接路径24的路线方向的横向方向35上部分地覆盖该磁性层。导电导体层29被施加至绝缘层27，该导电导体层可以携带作为连续电流的运行电流14，并且该导电导体层可以经受峰值电流，峰值电流最高达到在散热器17中相应的热传递和冷却的情况下不损坏的规定的电流值。导体层29类似地仅在横向方向25上部分地覆盖绝缘层28，使得在边缘处形成阶梯。
另一个电绝缘的第二绝缘层30被施加至导体层29，该第二绝缘层完全覆盖位于所述第二绝缘层下方的两个层(也就是说导体层29和第一绝缘层28)，使得在两个绝缘层28、30之间产生连接36。其结果是，导体层29在截面中由电绝缘材料完全围绕。其结果是，确保了相对于磁性层27和31的电流绝缘。此外，朝向表面21和朝向磁性层27的爬电路径可以被设计成比排他地由空气形成的间隔短。
层安排20由另一个高透磁的磁性层31封闭或向外界定，该磁性层通过重叠部37连接至最底部磁性层27。两个磁性层27、31因此形成封闭的磁性电路38，该磁性电路在截面中包绕或围绕导体层29。层安排20因此提供了平面或扁平电感，由于扁平的形状，该电感可以借助于散热器17进行冷却。
层27、28、29、30、31的相应的材料的施加是借助于冷气方法进行的。在这种情况下，层安排20优选地与电气部件(例如高电流负载11的断路器或晶体管)一起安排在相同的散热器17上。通过在层安排20中提供另一个导体层(未展示)，还可以产生变压器。
产生了电感16到散热器17的均匀的扁平的热链接。由于封闭的磁性电路38，减小了层安排20的环境39中的杂散场。因此提高了电磁兼容性(EMC)。
由于可以借助于冷气喷涂设定磁性层27、31的多孔性或颗粒性结构，用于设定电感16的专用或局部集中的空气间隙不是必需的。另外，可以进行冷却或散热，使得尤其是避免了导体层29的温度高于最大值。通过将高电流负载11和电感16安排在相同的表面21上，还可以借助于桥接元件26以小于10cm的间隔进行电气链接，这不会导致不希望的热联接。代替逆变器，还可以提供DC/DC转换器或DC电压转换器，例如作为高电流负载11。电感16可以被提供用于降压转换器或升压转换器，或是作为用于减小电流强度的时间曲线的波动。
总的来说，该实例示出了本发明可以如何提供涂覆的电感。
附图标记清单
10 机动车辆
11 高电流负载
12 电动机器
13 电压源
14 运行电流
15 电路安排
16 可熔链接
17 散热器
18 冷却通道
19 冷却介质
20 层安排
21 表面
22 连接区域
23 连接区域
24 连接路径
25 材料切口
26 桥接元件
27 第一磁性层
28 第一绝缘层
29 导体层
30 第二绝缘层
31 第二磁性层
32 曲折的形状
33 直线
34 螺旋
35 横向方向
36 连接
37 重叠部
38 磁性电路
39 环境

Claims (14)

1.一种电路安排(15)，该电路安排具有：
-散热器(17)，以及
-层安排(20)，该层安排被安排在该散热器(17)的表面(21)上，并且该层安排具有第一电绝缘的绝缘层(28)和导电导体层(29)，该导电导体层被安排在该绝缘层(28)的背离该散热器(17)的一侧上，其中，由该层安排(20)提供了在两个电连接区域(22，23)之间的电连接路径(24)，其特征在于，该层安排是通过冷气喷涂该层安排(20)的这些层(28，29)中的一个层、或一些层、或每个层的相应的材料形成的。
2.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，为了设定该连接路径(24)的电感值，该层安排(20)具有磁性层(27)和第二绝缘层(30)、并且还具有第二磁性层(31)，该磁性层由软磁性材料构成、并且被安排在该散热器(17)的表面(21)与该第一绝缘层(28)之间，该第二绝缘层被安排在该导体层(29)的背离该第一绝缘层(28)的一侧，其中，该导体层(29)被安排在该第一磁性层(27)与该第二磁性层(31)之间。
3.如权利要求2所述的电路安排(15)，其中，该第二磁性层(31)沿该电连接路径(24)的轮廓、在该连接路径(24)的两侧连接(37)至该第一磁性层(27)，或者
其中，该两个磁性层(27，31)通过这些绝缘层(28，30)中的至少一个绝缘层彼此电绝缘。
4.如权利要求2或3所述的电路安排(15)，其中，在该散热器(17)与该第一磁性层之间安排了另一个绝缘层。
5.如权利要求2至4之一所述的电路安排(15)，其中，该第一磁性层(27)和/或该第二磁性层(31)的软磁性材料是多孔的。
6.如权利要求2至5之一所述的电路安排(15)，其中，该层安排(20)具有在该第二绝缘层(30)与该第二磁性层(31)之间的另一个导体层和第三绝缘层，该第三绝缘层使所述另一个导体层与该第二磁性层(31)绝缘，并且该两个导体层(29)是由该第一磁性层(27)以及由该第二磁性层(31)电感地联接。
7.如权利要求2至6之一所述的电路安排(15)，其中，该第二绝缘层(30)沿该电连接路径(24)的轮廓、在该连接路径(24)的两侧连接(36)至该第一绝缘层(28)。
8.如前述权利要求之一所述的电路安排(15)，其中，该连接路径(24)以曲折形状的方式(32)设计，或被设计为扁平的线圈，或由于该层安排(20)的多层设计而设计为螺旋(34)。
9.如前述权利要求之一所述的电路安排(15)，其中，至少一个可切换电子部件(11)被安排在该散热器(17)的表面(21)上，该可切换电子部件与这些连接区域(22，23)中的一个连接区域电互连。
10.如权利要求9所述的电路安排(15)，其中，在该至少一个部件(11)与该层安排(20)之间，该散热器(17)的表面(21)具有两个材料切口(25)，并且桥接元件(26)由该散热器(17)的安排在这些材料切口(25)之间的一部分形成。
11.如权利要求9或10所述的电路安排(15)，其中，该电路安排(15)被设计为DC电压转换器、或被设计为逆变器。
12.如前述权利要求之一所述的电路安排(15)，其中，在该散热器(17)中或在该散热器上提供冷却结构(18)，以便导引冷却介质(19)。
13.一种机动车辆(10)，该机动车辆具有电压源(13)、并且具有至少一个高电流负载(11)，该至少一个高电流负载具有高于10A的运行电流(14)，其特征在于，该电压源(13)和该至少一个高电流负载(11)以及如前述权利要求之一所述的电路安排(15)电连接至彼此。
14.一种用于产生电路安排(15)的方法，其中，由绝缘层(28)和导体层(29)构成的层安排(20)是借助于冷气喷涂产生在散热器(17)的表面(21)上，该绝缘层由电绝缘材料制成，该导体层由导电材料制成、并且被安排在该绝缘层(28)的背离该散热器(17)的一侧，其中，通过该层安排(20)提供了在两个连接区域(22，23)之间的电连接路径(24)。
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