CN110891363A - 至少一个电子部件和完全或部分金属散热器之间的导热且电绝缘链接 - Google Patents

至少一个电子部件和完全或部分金属散热器之间的导热且电绝缘链接 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在至少一个电子部件(2)和完全或部分为金属的散热器(5)之间制造导热且电绝缘链接部的方法，其中，电子部件(2)和散热器(5)形成组件(1)的一部分，该组件还包括布置在电子部件(2)和散热器(5)之间的印刷电路(4)，所述印刷电路(4)包括至少一个金属层(8、9)和金属插件(13)。根据该方法，至少一个金属表面(11、12、15、16、17)被阳极化处理，且来自电子部件(2)的热量通过所述表面从电子部件(2)散至散热器(5)，所述金属表面属于以下中的一个：金属部件(2)、印刷电路(4)或散热器(5)。

Description

至少一个电子部件和完全或部分金属散热器之间的导热且电 绝缘链接
本申请是申请日为2012年12月10日，申请号为201280069727.4，发明名称为“至少一个电子部件和完全或部分金属散热器之间的导热且电绝缘链接”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及至少一个电子部件和散热器之间的导热且电绝缘连接部的制造。在本发明的背景下，表述“电绝缘连接部”必须理解为表示确保电信号的连续性和它们的绝缘的连接部。“电绝缘”根据标准IPC TM650定义。
仍在本发明的背景下，当连接部对于10W至20W的功率具有值为1.5℃/W至3.5℃/W的热阻时，所述连接部是导热的。
通常，为了测量印刷电路板的热阻，MOS晶体管可钎焊到该印刷电路板，且电流可注入到该晶体管的内部二极管。该印刷电路板任意侧上的电压测量基于由制造商公布的印刷电路板规格提供温度变化。
一旦已知印刷电路板的热阻，可以以相同方式处理包括印刷电路板和载体的组件并测量该组件任意侧上的电压。组件的热阻可由此推出，且因此通过减去印刷电路板的热阻、载体的热阻而推出。
本发明特别但不是排他地可应用于用作形成逆变器的一部分的功率开关的电子部件。该逆变器例如属于逆变器/充电器电路，其此外包括电马达，且并入到电动或混合动力车辆中。
背景技术
电子部件和散热器形成包括印刷电路板的组件的一部分，由电子部件散发的热通过该印刷电路板传递至散热器。如例如在图1中所示，已知的是将金属插件100(其例如由铜制成)插入到印刷电路板中，以便促进由电子部件101产生的热量传递到散热器102。当电子部件101被供应有高电压和/或高电流时，大量热被产生，且电子部件101和散热器102之间需要的电绝缘增加。
专利申请EP 2 023 706描述了对布置在散热器和电子部件之间的插件层进行阳极化处理。插件延伸超过印刷电路板至散热器。
专利US 6 449 158描述了将电子部件布置在印刷电路板中的腔室中，且在该电子部件和散热器之间插置阳极化铝层。由此，电子部件没有被印刷电路板的外部面承载。
需要确保由电子部件产生的热量良好地传递到散热器，同时确保散热器和电子部件之间的满意电绝缘。
发明内容
本发明的目的是满足该需求，且本发明根据其一个方面利用一方法满足该需求，该方法用于在至少一个电子部件和散热器之间制造导热且电绝缘连接部，该散热器完全或部分地由金属制成，电子部件和散热器形成组件的一部分，该组件还包括布置在电子部件和散热器之间的印刷电路板，该印刷电路板包括至少一个金属层和金属插件，
在该方法中，热通过至少一个金属表面从电子部件散至散热器，该至少一个金属表面被阳极化处理，所述金属表面属于金属部件、印刷电路板和散热器中的一个。
插件可被全部地包含在印刷电路板的高度中，即，插件即没有朝向散热器也没有朝向电子部件突出超过印刷电路板。
印刷电路板可被全部地布置在电子部件和散热器之间，即，当散热器、印刷电路板和电子部件沿轴线按该顺序堆叠时，没有平面垂直于该轴线，其切断散热器和印刷电路板两者或切断印刷电路板和电子部件两者。
电子部件例如由印刷电路板的一面承载，该面限定用于接收该部件的表面。在以下说明中，术语“印刷电路板的面”被理解为印刷电路板的外部面。
根据本发明，仅浅的表面层可被阳极化处理，其不是例如专利US 6 449158中的情况，其中，铝层整个被阳极化处理。
阳极化处理该表面或这些表面使得可以确保电绝缘，而没有阻碍热从电子部件通过所述表面传递至散热器。此外，通过阳极化处理制造该电绝缘不昂贵。
电子部件可包括具有至少一个金属部分的包装，所述包装经由所述金属部分搁置在印刷电路板的接收表面上，包装的所述金属部分可被阳极化处理。包装的该阳极化表面则形成组件的该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。
散热器可具有与印刷电路板接触的金属表面，散热器的所述表面可被阳极化处理。散热器的该阳极化表面则形成该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。散热器例如完全或部分地由铝制成，该材料具有令人满意的电和热属性同时便宜且轻。
散热器可由单个部件制成，在该情况下，该部件的一部分受到阳极化处理。作为变体，之前被阳极化处理的部件连结到散热器，且该连结的部件的表面形成散热器的阳极化金属表面。
金属插件可具有一体构造，例如由单个部件制成。
金属插件可由铜制成。
根据本发明的第一实施例，金属插件嵌入在印刷电路板的其余部分中。根据该第一实施例，印刷电路板包括至少两个金属层，第一金属层插置在金属插件和电子部件之间，第二金属层插置在金属插件和散热器之间。每个金属层可由铜制成。
根据该第一实施例的第一变体，第一金属层的面向电子部件的面被完全或部分地阳极化处理。第一金属层的该阳极化的面则形成组件的该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。
根据该第一实施例的第二变体，或与上述第一变体组合，第二金属层的面向散热器的面被完全或部分地阳极化处理。第二金属层的该阳极化的面则形成组件的该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。
根据本发明的第一实施例的另一变体，或如果适当地，根据上述第一或第二变体，金属插件可具有与第一金属层的相应接触表面接触的第一接触面，和与第二金属层的相应接触表面接触的第二接触面，至少一个以下表面可被阳极化处理：
-所述第一接触面，
-第一金属层的所述相应接触表面，
-所述第二接触面，
-所述第二金属层的所述相应接触表面，
由此，该阳极化表面形成组件的该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。
如果需要，由电子部件产生的热可通过多个阳极化金属表面消散。
根据本发明的第二实施例，金属插件可没有嵌入在印刷电路板的其余部分中。
印刷电路板可包括两个金属层，例如由铜制成，和预浸料坯层，腔室可制造为通过这些层。
预浸料坯层可具有印刷电路板的厚度的20至90％，例如在50％至80％之间。
金属插件例如布置在该腔室中，特别是压配合到该腔室中，且具有与电子部件接触的接触面。金属插件的该接触面可被阳极化处理，然后形成组件的该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。
根据该第二实施例，当插件布置在贯穿腔室中时，其可不延伸到第二金属层的厚度中，且腔室的在该第二金属层中制造的部分可完全或部分地填充有树脂。第二金属层可以是印刷电路板的外层，第二金属层的面则形成印刷电路板的外部面，且树脂可布置在腔室中，从而印刷电路板的所述外部面基本是平的，包括与腔室齐平。
作为变体，插件没有延伸到第一金属层的厚度中，而延伸到预浸料坯层和第二金属层中，腔室的在第一金属层中制造的部分完全或部分地填充有树脂，如上关于第二金属层描述的，特别地获得平表面。
作为又一变体，插件仅延伸到第一金属层或第二金属层的厚度的一部分中，腔室的没有被第一或第二金属层中的插件占据的部分完全或部分地填充有树脂。平表面可如上所述的获得。
除了在本发明第一实施例的情况下，插件可具有与散热器接触的接触面，插件的所述接触面可被阳极化处理。属于印刷电路板的插件的该阳极化的面则形成组件的该阳极化金属表面或阳极化金属表面中的一个。
根据本发明的另一方面，本发明的另一主题是组件，所述组件包括：
-至少一个电子部件，
-散热器，完全或部分地由金属制成，和
-印刷电路板，布置在散热器和电子部件之间，所述印刷电路板包括至少一个金属层和金属插件，
电子部件、印刷电路板和散热器中的至少一个包括至少一个金属表面，由电子部件散的热量通过该金属表面被传递至散热器，所述金属表面被阳极化处理。
上述组件允许已经描述优点被获得。
插件可布置在电子部件和散热器之间。
关于上述方法描述的全部或一些特征可与诸如上述的组件组合。
电子部件例如是具有高于1kW的名义功率的电子部件。当被供应有电功率时，由该部件散发的热功率可例如包含在10W至50W之间。
该部件例如形成逆变器/充电器电路的逆变器的一部分，该电路此外包括电马达，且并入到电动或混合动力车辆中。
根据本发明的另一方面，本发明的又一主题是一种用于至少一个电子部件的结构，该结构包括：
-印刷电路板，其一个面限定电子部件接收表面，印刷电路板包括金属插件；和
-散热器，其完全或部分地由金属制成，散热器具有面向印刷电路板的阳极化表面。
散热器例如由铝制成，在该情况下，阳极化处理允许铝层布置为与印刷电路板接触。
根据本发明的另一方面，本发明的又一主题是一种用于至少一个电子部件的结构，该结构包括：
-印刷电路板，其一个面限定电子部件接收表面，印刷电路板包括金属插件和至少一个金属层；和
-散热器，散热器具有面向印刷电路板的表面，
金属插件被嵌入在印刷电路板的其余部分中，且包括与印刷电路板的金属层的相应接触表面接触的接触面。
根据本发明的另一方面，本发明的又一主题是一种用于至少一个电子部件的结构，该结构包括：
-印刷电路板，其一个面限定电子部件接收表面，印刷电路板包括金属插件；和
-散热器，散热器具有面向印刷电路板的表面，
金属插件布置在印刷电路板中制造的贯穿腔室中，从而所述插件的部分形成电子部件接收表面的一部分，插件的所述部分被阳极化处理。
附图说明
在阅读本发明的非限制性实施例的以下描述和参考附图时，将更好地理解本发明，在附图中：
图1示出已经描述的根据现有技术的示例组件，
图2示意性地示出根据本发明第一实施例的一个变体的组件，
图3和4示意性地示出本发明第一实施例的其他变体，
图5示意性地示出根据本发明第二实施例的一个变体的组件，和
图6和7示意性地示出本发明第二实施例的其他变体。
具体实施方式
图2示出根据本发明第一实施例的组件1。该组件1包括电子部件2，例如功率晶体管，诸如场效应晶体管，和结构3，部件已经连结至该结构3，例如通过钎焊。部件2例如具有高于或等于1kW的名义功率，并在其被提供有电功率时产生10W至50W的热功率。电子部件2可承受住大约430V的电压和大约13A的电流。
结构3在所示例子中包括印刷电路板4和散热器5，散热器特别由铝制成。
在所考虑的例子中，印刷电路板4具有多层的形式，包括第一铜层8、第二铜层9以及插置在铜层8和9之间的预浸料坯层10。
第一铜层8具有面11，其限定印刷电路板的接收表面，电子部件2连结至该接收表面。
第二铜层9具有朝向散热器5的面12，其限定印刷电路板4的另一外表面。
如所示，预浸料坯层10可比每一个铜层8和9厚。
印刷电路板4此外包括金属插件13，例如由铜制成。在图2所示的例子中，插件13被包含在仅在预浸料坯层10中制造的腔室中，且没有被包含在铜层8和9中的厚度中。插件13相对于电子部件2和散热器5被布置，从而由该部件2发散的热量经由插件13通至散热器5。
图2所示的印刷电路板4例如是由Schweizer ElectronicTM在标准FR4 6L InsertIn-LAY下焊接的印刷电路板。
在图2所示的例子中，印刷电路板的外表面12与散热器5的阳极化表面15接触。该阳极化表面15例如通过对形成散热器5的金属块的一部分进行阳极化而获得。
作为变体，例如由铝制成的金属部件在连结至散热器5之前被先阳极化，以便限定散热器的与印刷电路板4接触的接触表面。
该阳极化表面15使得可以获得电子部件2和散热器5之间的令人满意的电绝缘，而没有不良地影响从电子部件2至散热器5的散热。由此，获得电子部件2和散热器5之间的连接部，其电绝缘同时允许期望的散热。
由于表面15被阳极化处理，散热器5可经由阳极化层与印刷电路板4接触，所述层例如具有包括在10μm至30μm之间的厚度，而散热器大约为2mm厚。
在图3和4所示的例子中，其显示了在印刷电路板4和散热器5已经被组装之前的图2的组件1的变体，散热器不具有阳极化表面。在图3中的例子中，电绝缘通过对每个面进行阳极化处理而获得，插件13经由所述面面对金属层8或9。
插件13例如具有面向第一铜层8的面16和面向第二铜层9的面17，这两面16和17被阳极化处理。如果需要，接触面16和17的相应接触表面(分别属于第一铜层9和第二铜层10)可也被阳极化处理或替代地被阳极化处理。
在图4中的例子中，接收表面11的与电子部件2接触的部分和由第二铜层9限定的外部面12被阳极化处理。再次参考图4中的例子，电子部件2可包括包装，至少其与印刷电路板4接触的部分由金属制成，且包装的该金属部分可被阳极化处理。
在另一例子(未示出)中，组件1可使用图2至4的例子中列出的全部阳极化表面。
根据本发明的第二实施例的组件1的变体现在将参考图5至7描述。
在这些例子中，腔室20在印刷电路板4的层8至10中制造，且插件压配合到该腔室20中。在此，插件13被包含在第一铜层8和预浸料坯层10的厚度中。插件13经由其面16与电子部件2接触。但是，插件没有被包含在第二铜层9的厚度中，从而，与第二铜层9齐平地，腔室20没有被插件13占据。图3和4所示的印刷电路板4例如是由Ruwel InternationalTM在标准FR4 2LCopper In-LAY下钎焊。
树脂22被注入到腔室20的在第二铜层9中制造的部分中，该树脂例如是U90 2kV/125℃
Figure BDA0002287378460000081
的标准蓝不粘膜。树脂22可被布置使得，外表面12保持平的，而不管腔室20的第二铜层9中的存在。树脂22的底边缘可由此布置为与外部面12的其余部分齐平。
类似于图2中的例子，散热器5的表面15可被阳极化处理，当散热器为一体构造时，该表面15形成散热器的一部分，或属于连结至散热器5的另一部分的先阳极化处理的部分。如果需要，该阳极化处理可以是深阳极化，且形成10μm至30μm厚度的层，经由该层，散热器与印刷电路板接触。
在图6和7所示的例子中，其显示了印刷电路板4和散热器5已经被组装之前的图5中的组件的变体，使用了用于在电子部件2和散热器5之间获得电绝缘的其他器件。
在图6中的例子中，散热器不具有阳极化表面，但插件的与电子部件2接触的该面16被阳极化处理。当电子部件被包含在具有与插件13接触的金属部分的包装中时，该包装的所述金属部分被阳极化处理。
在图7中的例子中，通过对第二铜层9的面12阳极化处理而获得电绝缘。
在一例子(未示出)中，组件1可使用图5至7的例子中列出的全部阳极化表面。
本发明不限于刚刚已经描述的例子。
只要导热且电绝缘连接部在电子部件2和散热器5之间通过对一个或多个金属表面阳极化处理而建立，则不偏离本发明的范围。
尽管已经使用术语“阳极化表面”，但本发明不仅涵盖表面阳极化处理且还涵盖深阳极化，即，阳极化表面的形成外部的部分也在其厚度的一部分上被阳极化处理。
表达方式“包括”或“包括一个”必须理解为“包括至少一个”，除了另外指出。

Claims (10)

1.一种用于在至少一个电子部件(2)和散热器(5)之间制造导热且电绝缘连接部的方法，该散热器至少部分地由金属制成，电子部件(2)和散热器(5)形成组件(1)的一部分，该组件此外包括布置在电子部件(2)和散热器(5)之间的印刷电路板(4)，该印刷电路板(4)的一个外部面(11)限定用于接收电子部件(2)的表面，印刷电路板(4)包括至少一个金属层(8、9)和金属插件(13)，该金属插件(13)被全部地包含在印刷电路板(4)的高度内并且由单个部件制成，所述金属插件还被压配合到所述印刷电路板(4)的腔室中，所述方法包括
对至少一个金属表面进行阳极化处理，热通过所述至少一个金属表面从电子部件(2)散至散热器(5)，所述至少一个金属表面属于所述印刷电路板(4)和所述散热器(5)中的一个。
2.如权利要求1所述的方法，其中，电子部件(2)包括具有至少一个金属部分的包装，所述包装经由所述金属部分搁置在印刷电路板(4)的接收表面(11)上，且其中，包装的所述金属部分被阳极化处理。
3.如权利要求1所述的方法，其中，散热器(5)具有与印刷电路板(4)接触的表面(15)，且其中，散热器(5)的所述表面(15)被阳极化处理，形成至少一个被阳极化处理的金属表面中的另一个。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，印刷电路板(4)包括至少两个金属层(8、9)，第一金属层(8)插置在金属插件(13)和电子部件(2)之间，第二金属层(9)插置在金属插件(13)和散热器(5)之间。
5.如权利要求4所述的方法，其中，接收表面(11)由第一金属层(8)的面向电子部件(2)的面限定，所述接收表面(11)完全或部分地被阳极化处理。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，第二金属层(9)的面向散热器(5)的面(12)被完全或部分地阳极化处理。
7.如权利要求4所述的方法，其中，金属插件(13)具有与第一金属层(8)的相应接触表面接触的第一接触面(16)，和与第二金属层(9)的相应接触表面接触的第二接触面(17)，且其中，以下中的至少一个被阳极化处理：
-所述第一接触面(16)，
-所述第一金属层(8)的所述相应接触表面，
-所述第二接触面(17)，和
-所述第二金属层(9)的所述相应接触表面。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，金属插件(13)具有与电子部件(2)接触的接触面(16)，且其中，插件(13)的所述接触面(16)被阳极化处理。
9.如权利要求8所述的方法，其中，印刷电路板(4)包括第一金属层(8)、第二金属层(9)和预浸料坯层(10)，贯穿腔室(20)制造为通过所述层(8、9、10)，所述腔室(20)的在该第二金属层(9)中制造的部分可完全或部分地填充有树脂(22)。
10.一种组件(1)，包括：
-至少一个电子部件(2)，
-散热器(5)，至少部分地由金属制成，和
-印刷电路板(4)，布置在散热器(5)和电子部件(2)之间，所述印刷电路板(4)具有限定用于接收电子部件(2)的表面的外部面(11)，且所述印刷电路板(4)包括至少一个金属层(8、9)和金属插件(13)，该金属插件(13)被全部地包含在印刷电路板(4)的高度中并且由单个部件制成，所述金属插件还被压配合到所述印刷电路板(4)的腔室中，其中，所述印刷电路板(4)和所述散热器(5)中的一个的至少一个金属表面被阳极化处理，热通过所述至少一个金属表面从电子部件(2)散至散热器(5)。
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