CN110402061A - 功率电子电路的冷却 - Google Patents

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Abstract

一种用于对功率电子电路进行冷却的方法，其中电路板(102)根据预先确定的电路板工艺来生产并且装配有至少一个功率电子结构元件(110)，其中在该电路板(102)的表面上延伸的至少一个金属导轨(120)上的至少一个位置与至少一个金属元件(104)接触，该金属元件既是导电的、也是导热的并且该金属元件的结构高度被设计为与该至少一个功率电子结构元件(110)的结构高度至少一样大，并且其中向该至少一个功率电子结构元件(110)和/或该至少一个金属元件(104)上平坦地放置冷却板(116)。

Description

功率电子电路的冷却
技术领域
本发明涉及一种用于对功率电子电路进行冷却的方法，其中在热量排放可能性的方面在电路板上设计至少一个导轨。此外要求保护一种如此设计的电路板。
背景技术
常规的功率电子单元大多数由带有螺旋接口和电流轨道的分立的电子结构元件实现，例如晶闸管和IGBT(是本领域技术人员对“Isolated gate bi-polar transistors(隔离栅双极晶体管)”的缩写)。相对比地，最新的功率晶体管允许将高功率电路集成到典型的电路板中。然而，如此的电路板(本领域技术人员称为“printed circuit board(印刷电路板)”或“PCB”)不能以35μm的典型金属厚度传导高电流或吸收它们的废热。
现代的模块式的功率电子单元(例如在美国文献US 9,496,799 B2描述的模块式的多电平转换器)将高功率分成更小的、由其包括的低压半导体可切换的部分。然而必要的是，利用所述的现代的功率电子单元在电路板上传导这些高功率和电流。
此外，现代的、快速切换的功率半导体需要非常紧凑的电路实现方式，以便能够利用它们的速度。背景首先是高寄生电感，其导致空间大的电路结构。储存在高寄生电感中的磁能能够在开关过程中无意地放电并且无意地产生损害或毁坏元件的开关过电压。然而，现有技术中的电路板包含多层较厚的铜，从而获得大的电路板厚度。通常连接到顶层和底层的结构元件因此彼此之间具有大的间隔，从而极大地增加电流跨越的面积以及因此的寄生电感。
文献US 5,214,309说明了一种带有用于从功率晶体管散热的厚金属片的电路板。
虽然常规电路板通常利用一定数量的厚度为约35μm至70μm的铜层制造而成，但是与此同时现有技术知道以非常相似的制造工艺利用400μm或更厚的多层制造电路板的可能性。与标准电路板一样，铜层全表面电解(电镀)地沉积或层压成金属箔，然后涂上感光胶(正面或负面)，该感光胶正面或负面地曝光出相应的图案、显影并且部分去除，以便最后不再湿法刻蚀感光胶覆盖区域。然而，铜的刻蚀在很大程度上是各向同性单向的并且因此也从侧面刻蚀到仍然被感光胶覆盖的铜区域。因此可能的结构的分辨率随着层厚度而降低。否则，几乎所有已建立的方法都可以用于生产中，例如，通过通孔(所谓的Vias)局部地连接电路板的不同层。电路板上的高电流路径在现有技术中例如利用垂直布置的电流轨道形成。这些电流轨道大多数实施于通孔插装技术，其中同样可以想到表面装配技术(所谓的surface mounted device或SMD)。
由于厚铜的刻蚀通常限于远低于一毫米的层厚度，因此通常产生所谓的嵌体以获得几毫米的更高厚度。嵌体被裁剪成符合所需尺寸的铜并且紧接着嵌入进电路板。该嵌体通常用于电路板的内层。在所使用的实心铜元件的层面上产生的空腔必须填充材料，通常是预浸渍的纤维。
在现有技术中提供用于SMD半导体的电路板，在表面处仅带有嵌体层面和可能地一些位于上方或位于下方的通常刻蚀的板层，但是不能实现重叠的电流路径。在此可以想到嵌入多个嵌体层，然而存在的问题是，利用标准方法无法实现成本有效的导电连接或从表面到所有堆叠嵌体层的通孔。对于高电流和/或热量排放，连接相应更远的层只能是困难且昂贵的。
因此，多个现代的电子结构元件(例如晶体管)被设计成能够将它们的热量通过电接触输出到导体路径中。对于嵌体技术产生这样的问题，热量虽然能够很好地输出到嵌体的厚铜中，然而之后，热能停留在通常热绝缘的电路板的内部，该热绝缘的电路板例如由玻璃纤维复合材料构成。然后必须高耗费地从嵌体中排放出这种热量。
美国文献US 2001/0038310 A1描述了一种散热体，其与功率晶体管模块的电路板和底板连接。然而存在的问题是，虽然针对提高的温度有多个功率结构元件是允许的，然而在电路板上通常同样存在常见的IC和标准部件如电阻，其例如不能超过85℃。然而，这些IC和标准部件大多数位于冷却路径上并且更靠近热源而不是冷却装置。由此，与冷却装置直接位于热源上时相比，这些部件升温更高。这从技术上通常要求冷却装置的更高的尺寸设定。
在文献US 2012/0236500 A1中公开了一种带有功率组件的电路板，该电路板通过电绝缘的树脂类材料与冷却液流经的管线分开。
在带有嵌体的电路板中必须考虑的是，电路板的厚度大大增加，因为导体和结构元件必须相互堆叠并且每个嵌体层不能发生交叉。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种方法，对于电路板上的功率电子电路、并且尤其针对其导轨而言，该方法被设计成用于排放热量或可以实现热量排放。此外本发明的目的是，提供一种对应设计的电路板。
为了实现上述目的，要求保护一种用于对功率电子电路进行冷却的方法，其中电路板根据预先确定的电路板工艺来生产并且装配有至少一个功率电子结构元件，其中在该电路板的表面上延伸的至少一个金属导轨上的至少一个位置与至少一个金属元件接触，该金属元件既是导电的、也是导热的并且该金属元件的结构高度被设计为与该至少一个功率电子结构元件的结构高度至少一样大，并且其中一个冷却板被平坦放置在该至少一个功率电子结构元件和/或该至少一个金属元件上，即，没有明显的倾斜或明显的隆起、凹陷或弯曲。
通过在导轨上的选定位置处接触的金属元件局部地提供高电流导电性、高导热性和高热容量，其中电流传输优选地垂直于热传输方向进行。这与先前实现的直接放置在电路板上的散热体形成对比，这些散热体不导电流并且只用于热量排放。
通过根据本发明的方法的一个实施方式，高电流线路和功率电子结构元件组合在一个平面中、尤其在表面上，其中相应的结构高度不相加在一起。根据本发明的方法的另一个优点在于，该电路板能够以从现有技术中已知的电路板工艺生产。现有技术还提供了用于为电路板装配至少一个金属元件和至少一个功率电子电路的已知方法。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，在电路板工艺中从以下列表选择该导轨的层厚度：18μm、35μm、70μm、105μm、210μm、360μm。以上列表在此应不排除其他层厚度，而仅仅作为常规参考用于制造中的根据现有技术的常规层厚度。例如，相应层厚度的生产可以在光化学结构的、湿法刻蚀方法中进行，其中较薄的层厚度允许针对IC或集成电路中的小结构的对应更高的分辨率。
根据本发明的方法，一方面通过现有技术中已知的相应的电路板工艺的适用性可以实现用于控制IC或各种晶体管的导轨的高分辨率，例如栅极引脚的连接能够非常精细。另一方面，通过根据本发明的方法的一个实施方式能够在电路板的表面上局部地加强所选择的导轨，例如那些用于功率电子结构元件的导轨。
然而，与从现有技术中的电流轨道相比，至少一个放置的金属元件不是垂直布置的，而是至少在一个位置处形成平坦的表面。因此提供了用于冷却板的接触面。通过冲压或水射流切割或铣削或激光切割能够获得所需形状的相应的金属元件。
具体地，在如今的基于电路板的功率电子电路中，除了电流线路之外，通过至少一个功率电子结构元件，例如晶体管，通过接触位置或通过连接点，例如在电源处设置中心热源。在根据本发明的方法的一个实施方式中，至少一个功率电子结构元件和至少一个用于电流线路的金属元件同时经由冷却板以及因此还有电路板被冷却。该电路板通常包含其他的电子结构元件，例如电阻、电容器和IC，它们容许比功率电子结构元件明显更低的极限温度。在例如仅晶体管被直接冷却的现有技术中，相对比地，晶体管同时也通过它们的接触部向电路板输出热量，从而使电路板升温至比冷却的晶体管更高的温度。尽管晶体管的通常设计仅带有来自电路板的下侧处的相应电源接口的冷却，但是能够通过晶体管的上侧的热接触来辅助冷却。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，为该至少一个金属元件选择与该至少一个功率电子结构元件相同的结构高度。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，为该至少一个金属元件选择比该至少一个功率电子结构元件更高的结构高度。在这种情况下，平坦放置的冷却板仅冷却至少一个金属元件，即，该冷却板不与功率电子结构元件热接触。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，设置在一个位置处的该至少一个金属元件被划分为多个子部分。当至少一个金属元件被设计成细长形时，这是尤其必要的。电路板上的上侧处的长金属片倾向于，例如在加热或冷却下具有与电路板基板不同的纵向延伸。在此需注意的是，至少在焊接工艺中，组装可以甚至在升高的温度下进行。因此有利的是，将相应细长形的金属元件划分为两个或多个子部分。作为副作用，小的生产规模也减少了可能的金属切割废料。在纵向方向上，组装时这些子部分随后相互之间具有一定的间隙，以补偿热导致的纵向延伸。如果需要，还应该有足够的通道来接触位于子部分下方的金属导轨，例如电镀或通过焊接工艺。为了避免在电路板上细导轨的间隙中的高电流密度，有利的是，通过在横向方向上拉伸或适当造型来设计纵向方向上出现的间隙。为此还参见图3。因此，一方面通过电流路径的拓宽来降低有效的电阻。另一方面能够利用的是，纵向方向上的公差由于延伸而高于横向方向。出于这个原因，空隙能够在横向方向上保持更短，并且电流路径再次减小，以有利于更低的电阻。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，选择该冷却板作为液体流经的金属板、或作为具有针对性地扩大的表面的金属片(例如散热体)、或作为热导体。热导体例如由导热板、石墨元件或所谓的热管形成。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，对该功率电子电路的冷却从该电路板的上侧以及下侧进行。根据本发明，电路板的上侧处的第一至少一个金属元件具有至少与电路板的上侧处的第一至少一个功率电子结构元件相同的高度，同样的，电路板的下侧处的第二至少一个金属元件具有至少与电路板的下侧处的第二至少一个功率电子结构元件相同的高度。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，为了补偿该至少一个功率电子结构元件和该至少一个金属元件之间的结构高度的微小差异，将至少一个间隔垫定位在与该冷却板的接触面上。该至少一个间隔垫有利地具有高导热能力。此外，该间隔垫由柔性材料形成，由此补偿由冷却板接触的结构元件之间的微小高度差异并且避免机械应力。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，该至少一个金属元件被设计为从与其接触的导轨的表面区域伸出。在根据本发明的方法的又一个实施方式中，该金属元件的从该导轨的表面区域伸出的部分被用于组装该电路板。有利地，在电路板的至少两个侧面处在相应的从电路板伸出的金属元件上设置连接点和/或螺旋点，在这些点处实现与外部端子的电连接和/或电路板在电池壳体内部的机械紧固。尤其，借助相应伸出的金属元件，机械紧固不会通过接触压力热或机械地损坏电路板材料，例如玻璃纤维增强塑料(GFK)。有利地，使用螺钉用于将电路板与电池壳体旋拧结合，螺钉在拧紧状态下的结构高度不会超过电路板连同冷却板的结构高度。有利地，伸出的金属元件也能够与电池壳体中的连接点焊接或熔焊。如果相应的金属元件已经安装在电路板上，相应的金属元件的暴露也能够通过在电路板中的窗口铣削进行。也可以想到借助按压配合连接进行组装。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，选择铜或铝作为该至少一个金属元件的材料。然而，该根据本发明的方法在选择另一种导体材料的情况下同样适用。有利地，铜和铝提供高导热性和导电性。铜以及在铜作为接触表面时的铜-铝层压板能够直接用作材料。如有必要，必须进行表面氧化物去除的工艺步骤，例如去毛刺、研磨、酸洗等。铝(以及在铝作为待接触表面时的铜-铝层压板)同样能够在除焊接工艺之外的情况下直接用作材料。对于焊接工艺有利地的是，利用可焊金属来涂覆铝，例如在先前的酸洗之后通过电镀方式电化学地涂覆。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，该至少一个金属元件与该导轨之间的接触要么通过焊接(例如在回流焊接工艺中使用焊膏)、要么通过钉扎(例如有利地借助按压配合连接)、要么通过铆接实现。为电路板装配至少一个金属元件能够在组装其他部件之后或与组装其他部件同时完成。因此，能够像往常一样装配电路板，并且焊料也可作为使用丝网印刷的糊剂施加，而不会阻碍任何其他部件。
通常，电路板与结构元件的电接触和热接触是必要的。有利地，这通过电路板的结构化导轨的接触来完成。在预期从电路板的导轨输入电流和/或热量的位置应进行电接触，该电接触也同时通过电子热传输物理地建立热通道。因此不必在相应的金属元件的整个下侧上进行大面积的接触，但至少应在电流流入或流出金属元件的那些位置上接触。
此外，还要求保护一种电路板，该电路板是通过预先确定的电路板工艺生产的并且装配有至少一个功率电子结构元件，该电路板在电路板的表面上延伸的至少一个金属导轨上的至少一个位置处还具有至少一个金属元件，该金属元件的结构高度与该至少一个功率电子结构元件的结构高度至少一样大，并且该电路板包括冷却板，该冷却板平坦地被放置在该至少一个功率电子结构元件上和/或该至少一个金属元件上。
在根据本发明的电路板的设计方案中，导轨在电路板工艺中具有来自以下列表的层厚度：18μm、35μm、70μm、105μm、210μm、360μm。
在根据本发明的电路板的其他设计方案中，设置在一个位置处的该至少一个金属元件包括多个子部分。
最后，在根据本发明的电路板的又一设计方案中，该电路板另外在该冷却板与该至少一个功率电子结构元件和/或该至少一个金属片之间具有间隔垫。
本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。
总体上，本发明在此公开下述1和12的技术方案，下述2-11和13-15为本发明的优选技术方案：
1.一种用于对功率电子电路进行冷却的方法，其中电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)根据预先确定的电路板工艺来生产并且装配有至少一个功率电子结构元件(110，216)，其中在该电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)的表面上延伸的至少一个金属导轨(120)上的至少一个位置与至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)接触，该金属元件既是导电的、也是导热的并且该金属元件的结构高度被设计为与该至少一个功率电子结构元件(110，216)的结构高度至少一样大，并且其中一个冷却板(116，931)被平坦地放置在该至少一个功率电子结构元件(110，216)和/或该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932)上。
2.根据前述1所述的方法，其中该导轨(118，120)在电路板工艺中具有从以下列表选择的层厚度：18μm、35μm、70μm、105μm、210μm、360μm。
3.根据前述1-2之一所述的方法，其中为该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)选择比该至少一个功率电子结构元件(110，216)更高的结构高度。
4.根据前述1-3之一所述的方法，其中设置在一个位置处的该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)被划分为多个子部分。
5.根据前述1-4之一所述的方法，其中选择该冷却板(116，931)作为液体流经的金属板、或作为具有针对性地放大的表面的金属片、或作为热导体。
6.根据前述1-5之一所述的方法，其中对该功率电子电路的冷却从该电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)的上侧以及下侧来进行。
7.根据前述1-6之一所述的方法，其中为了补偿该至少一个功率电子结构元件(110，216)与该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932)之间的结构高度的微小差异，将至少一个间隔垫(112，826)定位在与该冷却板(116，931)的接触面上。
8.根据前述1-7之一所述的方法，其中该至少一个金属元件(404)被设计为从与其接触的导轨(120)的表面区域伸出。
9.根据前述8所述的方法，其中将该金属元件(404)的从该导轨(120)的表面区域伸出的部分用于组装该电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)。
10.根据前述1-9之一所述的方法，其中选择铜或铝作为该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)的材料。
11.根据前述1-10之一所述的方法，其中该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)与该导轨(120)之间的接触通过焊接、或者通过钉扎、或者通过铆接来实现。
12.一种电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，该电路板是通过预先确定的电路板工艺制造的并且配备有至少一个功率电子结构元件(110，216)，该电路板还在该电路板(102，214，404，506，614，624，824，924，934，1012，1022)的表面上延伸的至少一个金属导轨上的至少一个位置处具有至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)，并且该至少一个金属元件的结构高度与该至少一个功率电子结构元件(110，216)的结构高度至少一样大，并且该电路板包括一个冷却板(116，931)，该冷却板平坦地放置在该至少一个功率电子结构元件(110，216)和/或该至少一个金属元件(104，404，612，622，822，932)上。
13.根据上述12所述的电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，其中该导轨(118，120)在电路板工艺中具有来自以下列表的层厚度：18μm、35μm、70μm、105μm、210μm、360μm。
14.根据上述12或13之一所述的电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，其中设置在一个位置处的该至少一个金属元件包括多个子部分。
15.根据上述12至14之一所述的电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，该电路板另外在该冷却板(116，931)与该至少一个功率电子结构元件(110，216)和/或该至少一个金属元件(104，404，612，622，822，932)之间具有间隔垫(112，826)。
不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。
附图说明
图1以示意图示出了穿过根据本发明的电路板的一个实施方式的截面。
图2以示意图示出了在根据本发明的方法的实施方式中形成的、用于根据本发明的电路板的实施方式的多个金属元件。
图3以示意图示出了用于在根据本发明的方法的实施方式中待冲压的金属片和如有必要其子部分的多个模板。
图4以示意图示出了在根据本发明的方法的一个实施方式中以经由电路板伸出的金属元件为组装实例的穿过根据本发明的电路板的一个实施方式的截面。
图5以示意图作为透视图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式在电路板上钉扎金属元件。
图6以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式穿过采用不同的焊接工艺的根据本发明的电路板的两个截面。
图7以示意图示出了针对根据本发明方法的一个实施方式用于焊接金属元件的不同的下侧轮廓。
图8以示意图示出了引脚的两个实例以及穿过根据本发明的带有已安装的引脚的电路板的截面。
图9以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式利用铆钉进行组装。
图10以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式在铆接时进行压制。
图11以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式用于焊接铆钉的可能性。
具体实施方式
在图1中以示意图100示出了穿过根据本发明的电路板的截面。电路板102具有在内部的金属导轨118和在两个表面处的金属导轨120，这些金属导轨水平延伸并且能够通过金属通孔106在垂直方向上连接。电路板102在上侧和下侧处装配有电子部件，例如以多个金属元件104和功率电子结构元件110，以及作为其他部件的实例的电容器114示出。相应的金属元件104位于在电路板102的相应的表面上延伸的导轨120上。该金属元件具有平坦的上侧并且有与相应的功率电子结构元件110相似的结构高度。例如，该金属元件在位置108处与电路板102通过焊料连接。功率电子结构元件110、尤其能够是功率半导体开关，在运行中产生热量，该热量能够在功率电子结构元件110的上侧和下侧处传递到相邻部件，由表示热路径的双箭头122表示。该热量传递到电路板102的上侧处的导轨120上。由于导轨120作为金属通常具有高导热性，所以热量沿着导轨120在电路板102上水平地扩散，例如到标记有单箭头124的金属元件104，该金属元件吸收热量并且能够根据本发明经由该金属元件的上侧将热量排放到适当布置的冷却板116处。在电路板102的上侧上的两个金属元件104和功率电子结构元件110的上侧上存在间隔垫，该间隔垫对于位于其上方的冷却板116提供了在结构元件之间的厚度的微小差异的机械公差补偿，并且具有高导热性。该冷却板116可以是液体冷却板、冷却引导件或散热体。
图2以示意图示出了用于电路板的多个金属元件。视图210示出了电路板214的透视图，该电路板另外装配多个功率电子结构元件，例如带有附图标记216的功率电子结构元件、和金属元件212。例如，通过在视图220中将区域222冲压出金属板224而获得金属元件212。金属板224具有金属元件所期望的结构高度，在透视图226中可见。
图3以示意图示出了用于待冲压的金属片和如有必要其子部分的多个模板。尤其示出了在细长形的金属元件中形成间隙的可能性。由于热导致的材料膨胀，例如，在通过焊接的组装中，应在纵向方向上在子部分之间至少存在一定的间隙，以补偿长度的变化和/或根据需要可以实现足够的通路用于位于下方的电路板金属化的接触。视图310或320分别示出了间隙312或两个间隙322的倾斜走向。在视图330中，阶梯式的间隙332在纵向方向上具有比垂直空隙更宽的空隙334。同样两个间隙342和344分别地在纵向方向上具有比相应的垂直空隙更宽的空隙。
图4以示意图示出了在根据本发明的方法的一个实施方式中的以一个从电路板伸出的金属元件404为组装例的根据本发明的电路板的一个实施方式的截面400。在从电路板伸出的金属元件404上开有一个孔，螺钉402通过该孔与电路板的支架形成机械连接。该支架可位于例如电池壳体中。有利地，螺钉402在此不会高于通过功率电子结构元件的根据本发明的安排以及在同一层面内引起的低的结构高度。
图5以示意图作为透视图500示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式在电路板506上钉扎金属元件508。在垂直方向上穿过电路板进行钉扎，从而接触电路板506的金属导轨和金属元件508。在此也可以想到额外的焊接，为此替代性地也通过按压配合连接接触，该连接容许甚至需要冷焊。该按压配合连接在此例如可以如此实现，将带有方形截面的引脚502驱动到带有圆形截面的孔504中，使得引脚502的边缘切入相应的导体中。引脚502被如此深地驱动到金属元件508中，使得它们不会在待冷却的表面上突出。通常，引脚502具有双重功能，即首先提供机械连接，其次引起最小电流线路，该最小电路线路如有必要能够通过电路板506上的金属导轨和金属元件508之间的附加接触表面得到支持。该按压配合连接的优点尤其在于，在金属元件508由铝形成的情况下，可以建立牢固的接触。
在图6中以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式穿过采用不同焊接工艺的根据本发明的电路板614或624在视图610或620中的两个截面。视图610示出了两个金属元件612，其借助焊接沿着由相应的金属元件612与电路板614的相应的导轨形成的边缘接触，例如在通过附图标记616示出的位置处。在视图620中，焊接626位于两个金属元件622和电路板624的相应的导轨之间。放置在两个视图610或620的相应的金属元件上的是冷却板，在此实施为带有液体通道618的液体冷却板。通常，在焊接时优选地涉及金属元件的下侧与电路板的导轨或导体垫之间的扁平的焊点，如在SMD部件中也类似发生的那样。为此目的，必须通过阻焊漆至少部分地覆盖位于下方的金属导轨，即形成在其上能够焊接的焊垫形式。在回流焊接中，粘贴电路板的焊垫或要施加金属元件的焊垫的部分。如有必要，也进行焊垫之间的粘接剂涂覆，用于固定金属元件。随后定位金属元件，其中粘贴和定位两个过程能够与其他结构元件的组装同时或分开地进行。之后在熔炉中熔化焊膏。在其他的焊接方法中，例如波峰焊，金属元件例如借助粘接剂固定，并在金属元件和电路板的焊垫之间的边界面处产生焊缝。有利地，在此能够通过钻孔或缺口产生附加表面。
在图7中以示意图700示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式用于焊接金属元件704或706的不同的下侧轮廓702。如果在金属元件的下侧处大面积进行焊接，则该下侧的光滑的表面性能可能是有问题的。典型的焊膏有溶剂和助焊剂，它们在焊接期间释放气体或从熔体中流到最近的表面。如果该表面不可用，则在需要整洁的焊点的区域中会形成不利的夹杂物。对于大面积的焊点，金属元件的下侧的表面能够对应地表面纹理化，以提供供上述焊料成分逸出的路径，或者至少在模具中形成凹穴，这必然会减小电路板的金属导轨和金属元件之间的过渡的横截面积。通过铣削能够进行非常快速的生产，其中金属元件被引导经过具有对应图案的铣头。替代性地，能够在电路板的表面上以密集的网格设置孔或通孔(技术人员也称为Vias)。优选地，诸如Vias的孔在标准电路板工艺中被金属化。用于在根据本发明的方法的执行方式中的应用的优选的直径设计为小于或等于0.4mm。这些直径能够例如通过机械钻孔或用激光切割，本领域技术人员称之为激光钻孔或微孔。此外，可以是盲孔，例如，向内锥形变窄或连续的孔。
在图8中以示意图示出了引脚812或816的两个实例(在视图810中透视地示出)以及穿过带有已安装的引脚828的根据本发明的电路板的截面820。引脚812具有锥形末端814，利用该锥形末端将其预先驱动到结构元件中，而引脚816在两个末端818处锥形地逐渐变细。在截面820中可以看到，为了将冷却板放置在间隔垫826上，相应的引脚828被一直驱动穿过金属元件822和电路板824，直到在间隔垫826下方形成的平坦表面。间隔垫826也能够具有多个间隔垫层并且被认为是可选的。理想地，间隔垫828电绝缘，但具有例如大于3A/(K m)的热通道。
在图9中以示意图示出了针对根据本发明的方法的一种实施方式利用铆钉进行组装。透视图910示出了用于组装的多个铆钉912。透视图920示出了带有为铆钉准备的孔922的电路板924。最后，根据本发明的电路板934的截面930示出了通过铆钉938组装两个金属元件932。铆钉头936在此放置在电路板934下侧处的导轨上。与上述钉扎一样必须注意的是，相应的铆钉938与相应的金属元件932的上侧齐平，使得能够平坦地放置冷却板931。利用铆钉912的组装在此类似于钉扎。然而，牢固的机械接触不通过按压配合连接建立，而是例如通过焊接，例如，与电路板的金属导轨、或者优选地在相对侧上与金属片软焊或硬焊，或通过焊接，例如点焊、超声波焊接，如有必要也可能是TIG、MIG、MAG、激光焊接，或也通过相对侧上的压制，如有必要可以在背面上使用对应物939作为支座或垫圈。通常，铆钉相对引脚提供的优点为：单个铆钉具有明显更大的横截面。虽然在引脚的情况下是优选地应定位多个引脚，但如果需要，单独的铆钉对于每个连接就足够了。
在图10中以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式在铆接时进行压制。透视视图1010示出了对应物1016在插入电路板1012的孔中的铆钉1014上的放置1018。根据本发明的电路板1022的截面1020示出了在金属元件1024处放置的对应物1026，该金属元件被下压以用于对应物1026的组装。
在图11中以示意图示出了针对根据本发明的方法的一个实施方式用于焊接铆钉的可能性。视图1110示出了俯视中的待铆接的金属元件1112。为了出于说明的目的，示出一半。透视图1120示出了，铆钉1124未完全插入金属元件1122中，而是保留了高度1126的自由空间，该自由空间能够容纳用于焊接的焊料。另外，当插入比要求的金属元件1122中的孔的直径更细的铆钉时，保留间隙1128，该间隙同样能够容纳焊料。

Claims (15)

1.一种用于对功率电子电路进行冷却的方法，其中电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)根据预先确定的电路板工艺来生产并且装配有至少一个功率电子结构元件(110，216)，其中在该电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)的表面上延伸的至少一个金属导轨(120)上的至少一个位置与至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)接触，该金属元件既是导电的、也是导热的并且该金属元件的结构高度被设计为与该至少一个功率电子结构元件(110，216)的结构高度至少一样大，并且其中一个冷却板(116，931)被平坦地放置在该至少一个功率电子结构元件(110，216)和/或该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该导轨(118，120)在电路板工艺中具有从以下列表选择的层厚度：18μm、35μm、70μm、105μm、210μm、360μm。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中为该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)选择比该至少一个功率电子结构元件(110，216)更高的结构高度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中设置在一个位置处的该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)被划分为多个子部分。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中选择该冷却板(116，931)作为液体流经的金属板、或作为具有针对性地放大的表面的金属片、或作为热导体。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中对该功率电子电路的冷却从该电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)的上侧以及下侧来进行。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中为了补偿该至少一个功率电子结构元件(110，216)与该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932)之间的结构高度的微小差异，将至少一个间隔垫(112，826)定位在与该冷却板(116，931)的接触面上。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中该至少一个金属元件(404)被设计为从与其接触的导轨(120)的表面区域伸出。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将该金属元件(404)的从该导轨(120)的表面区域伸出的部分用于组装该电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中选择铜或铝作为该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)的材料。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中该至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)与该导轨(120)之间的接触通过焊接、或者通过钉扎、或者通过铆接来实现。
12.一种电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，该电路板是通过预先确定的电路板工艺制造的并且配备有至少一个功率电子结构元件(110，216)，该电路板还在该电路板(102，214，404，506，614，624，824，924，934，1012，1022)的表面上延伸的至少一个金属导轨上的至少一个位置处具有至少一个金属元件(104，212，222，226，404，508，612，622，704，706，822，932，1024，1112，1122)，并且该至少一个金属元件的结构高度与该至少一个功率电子结构元件(110，216)的结构高度至少一样大，并且该电路板包括一个冷却板(116，931)，该冷却板平坦地放置在该至少一个功率电子结构元件(110，216)和/或该至少一个金属元件(104，404，612，622，822，932)上。
13.根据权利要求12所述的电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，其中该导轨(118，120)在电路板工艺中具有来自以下列表的层厚度：18μm、35μm、70μm、105μm、210μm、360μm。
14.根据权利要求12或13之一所述的电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，其中设置在一个位置处的该至少一个金属元件包括多个子部分。
15.根据权利要求12或13所述的电路板(102，214，506，614，624，824，924，934，1012，1022)，该电路板另外在该冷却板(116，931)与该至少一个功率电子结构元件(110，216)和/或该至少一个金属元件(104，404，612，622，822，932)之间具有间隔垫(112，826)。
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