CN111163585B - 一种用于控制器的电路板及控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制器的电路板及控制器，该电路板包括：电路板本体；第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，其全部设置在所述电路板本体上且彼此相邻；以及能够输送冷却液的冷却构件，其与所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件均接触。该电路板不但解决了如何降低控制器出现永久失灵的可能性的问题，而且可以降低功率半导体器件产生的热量在控制器内累积的程度，改善了功率半导体器件的性能。

Description

一种用于控制器的电路板及控制器
技术领域
本发明属于控制器技术领域，具体涉及一种用于控制器的电路板及包括该电路板的控制器。
背景技术
功率半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料的特殊电特性来完成特定功能的电子器件，其可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换等功能。常用的功率半导体器件包括二极管、三极管、FRD器件、IGBT器件和整流桥器件等，它们广泛应用各种领域之中。
例如在空调领域中，其控制器的电路板需要同时使用两个以上功率半导体器件，例如IGBT器件(IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写，中文全称为绝缘栅双极型晶体管)、FRD器件(FRD是Fast recovery diode的英文缩写，中文全称为快恢复二极管)和整流桥器件。功率半导体器件的特点是其性能会随着工作温度的增加而下降，所以需要对其进行散热。在现有技术中往往通过散热片来对功率半导体器件进行散热，但本申请发明人在实施本发明过程中发现由于该散热片的散热效率有限，其仅能对一个功率半导体器件进行良好的散热，但无法对相邻的功率半导体器件进行充分散热，由此导致热量在控制器内不断的累积，功率半导体器件的性能因此下降，影响控制器的灵敏度，严重时，功率半导体器件可能因过热而损坏，最终导致控制器出现永久失灵。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种用于控制器的电路板及包括该电路板的控制器，该电路板不但解决了如何降低控制器出现永久失灵的可能性的问题，而且可以降低功率半导体器件产生的热量在控制器内累积的程度，改善了功率半导体器件的性能。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制器的电路板，其包括：电路板本体；第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，其全部设置在所述电路板本体上且彼此相邻；以及能够输送冷却液的冷却构件，其与所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件均接触。
根据本发明第一方面提供的用于控制器的电路板，其冷却构件与设置在电路板本体上的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件接触，且能够输送冷却液，所以即使第一功率半导体器件和第二功率半导体器件是相邻的，冷却液在流经冷却构件时也能高效地带走第一功率半导体器件与第二功率半导体器件所产生的热量，并对相邻的功率半导体器件进行更充分的液冷散热，降低功率半导体器件产生的热量在控制器内累积的程度，改善了功率半导体器件的性能，由此可以大幅度降低功率半导体器件因过热而损坏的风险，降低控制器出现永久失灵的可能性。此外，本发明第一方面所述的用于控制器的电路板的结构简单、装配容易，使用安全可靠，便于实施推广应用。
根据本发明的第二方面，提供了一种控制器，其包括冷却液循环组件及根据本发明第一方面所述的电路板，冷却液循环组件包括与冷却构件相连的存储箱及与存储箱和冷却构件相连的循环泵，其中循环泵能够促使冷却液在存储箱和冷却构件之间循环的流动。
根据本发明的第二方面提供的控制器，其可以借助于循环泵实现冷却液在存储箱和冷却构件之间循环的流动，使得冷却液能够在流经冷却构件时高效地带走第一功率半导体器件与第二功率半导体器件所产生的热量，并对相邻的功率半导体器件进行更充分的液冷散热，降低功率半导体器件产生的热量在控制器内累积的程度，改善了功率半导体器件的性能，由此可以大幅度降低功率半导体器件因过热而损坏的风险，进而降低控制器出现永久失灵的可能性。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中：
图1为根据本发明实施例的用于控制器的电路板的主视图；
图2为根据本发明实施例的用于控制器的电路板的俯视图，省略了电路板本体；
图3为根据本发明实施例的用于控制器的电路板的侧视图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1至图3均示意性显示了根据本发明实施例的用于控制器的电路板的结构。如图1、图2和图3所示，该电路板10包括电路板本体6(又称PCB板6)、设置在电路板本体6上且彼此相邻的第一功率半导体器件1和第二功率半导体器件2，以及与第一功率半导体器件1和第二功率半导体器件2均接触且能够输送冷却液的冷却构件5。由于电路板10的冷却构件5与设置在电路板本体6上的第一功率半导体器件1和第二功率半导体器件2接触，所以即使第一功率半导体器件1和第二功率半导体器件2是相邻的(即二者间距离≤1cm)，冷却液在流经冷却构件5时也能高效地带走第一功率半导体器件1与第二功率半导体器件2所产生的热量，并对相邻的功率半导体器件进行更充分的液冷散热，降低功率半导体器件产生的热量在控制器内累积的程度，改善了功率半导体器件的性能，由此可以大幅度降低功率半导体器件因过热而损坏的风险，降低控制器出现永久失灵的可能性。
需要说明的是，该电路板10所包含的相邻功率半导体器件的数量不限于两个，还可以是三个以上。比如，在本实施例中，该电路板10还包括设于电路板本体6上并与第二功率半导体器件2相邻的第三功率半导体器件3，第三功率半导体器件3与冷却构件5接触，以使得流经冷却构件5的冷却液能同时带走第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和第三功率半导体器件3所产生的热量。在一个优选的实施例中，第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和第三功率半导体器件3分别选为FRD器件、IGBT器件和整流桥器件。FRD器件、IGBT器件和整流桥器件顺序相邻的设置会导致器件之间的温度相互影响，但当其应用在本实施例中，冷却液在流经冷却构件5时能高效地带走FRD器件、IGBT器件和整流桥器件所产生的热量，改善了这些功率半导体器件的性能，降低控制器出现永久失灵的可能性。
冷却构件5既包括能够准许第一功率半导体器件1插入其内的第一凹槽51、能够准许第二功率半导体器件2插入其内的第二凹槽52和/或准许第三功率半导体器件3插入其内的第三凹槽53，又包括能够输送冷却液并环绕着第一凹槽51、第二凹槽52和/或第三凹槽53的蜿蜒通道54。在一个优选的实施例中，冷却构件5包括第一凹槽51、第二凹槽52和第三凹槽53，以共同环绕着第一凹槽51、第二凹槽52和第三凹槽53的蜿蜒通道54。其中，第一凹槽51、第二凹槽52和/或第三凹槽53可以容纳对应的功率半导体器件，并提高二者的接触面积(增加热传递)或相对面积(增强热辐射)，强化冷却液在流经冷却构件5时对第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和/或第三功率半导体器件3的散热效率。环绕着第一凹槽51、第二凹槽52和/或第三凹槽53的蜿蜒通道54可以提高热传递速率，并进一步强化冷却液在流经冷却构件5时对第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和/或第三功率半导体器件3的散热效率。为了更进一步强化冷却液在流经冷却构件5时对第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和/或第三功率半导体器件3的散热效率，蜿蜒通道54可构造成梯子形，并将第一凹槽51、第二凹槽52和第三凹槽53分别设在蜿蜒通道54的相邻的三个格子中，详见图1。优选地，梯子形的蜿蜒通道54包括彼此平行的进液干路和出液干路，以及连接进液干路和出液干路的四个并列支路，在第一个支路和第二个支路之间形成的第一个格子用于容纳第一凹槽51，在第二个支路和第三个支路之间形成的第二个格子用于容纳第二凹槽52，在第三个支路和第四个支路之间形成的第三个格子用于容纳第三凹槽53，其中第二个支路、第三支路和第四个支的过流面积均优选为进液干路或出液干路的过流面积的20％-25％倍，且进液干路与出液干路的过流面积近似相等。
在本实施例中，该电路板10还包括填充在第一凹槽51和第一功率半导体器件1之间的第一导热胶(未示出)、填充在第二凹槽52和第二功率半导体器件2之间的第二导热胶(未示出)和/或填充在第三凹槽53和第三功率半导体器件3之间的第三导热胶(未示出)。填充的导热胶不仅能够提升功率半导体器件与凹槽之间的稳定性能，而且能够提升功率半导体器件与凹槽之间的导热性能，并更进一步强化冷却液在流经冷却构件5时对第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和/或第三功率半导体器件3的散热效率。其中，该导热胶属于本领域的常规产品，在此不再赘述。
在本实施例中，第一凹槽51的宽度为第一功率半导体器件1的主体的宽度的105％-110％，第一凹槽51的长度为第一功率半导体器件1的主体的长度的105％-110％，第一凹槽51的深度S1大于等于第一功率半导体器件1的主体的高度H1；第二凹槽52的宽度为第二功率半导体器件2的主体的宽度的105％-110％，第二凹槽52的长度为第一功率半导体器件1的主体的长度的105％-110％，第二凹槽52的深度S2大于等于第二功率半导体器件2的主体的高度H2；第三凹槽53的宽度为第三功率半导体器件3的主体的宽度的105％-110％，第三凹槽53的长度为第一功率半导体器件1的主体的长度的105％-110％，第三凹槽53的深度S3大于等于第三功率半导体器件3的主体的高度H3。通过大量实验证明，当按本实施例的比例来构造各个凹槽时，冷却液在流经冷却构件5时对第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和/或第三功率半导体器件3的散热效率可以达到最佳。
该电路板10还包括用于把第一功率半导体器件1和冷却构件5固定在一起的第一紧固件(未示出)、用于把第二功率半导体器件2和冷却构件5固定在一起的第二紧固件(未示出)、用于把第三功率半导体器件3和冷却构件5固定在一起的第三紧固件(未示出)和/或用于把冷却构件5与电路板本体6固定在一起的连接件(未示出)。第一紧固件、第二紧固件和第三紧固件能够将第一功率半导体器件1、第二功率半导体器件2和第三功率半导体器件3固定在冷却构件5上，保证功率半导体器件的稳定性，连接件能够保证冷却构件5与电路板本体6之间的连接更加稳定可靠，进而保证冷却构件5的稳定性，降低外界因素对冷却构件5的散热性能所产生的干扰。其中，第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件和连接件均可选为螺栓、铆钉或卡扣等。
在一个未示出的实施例二中，提供了一种控制器，该控制器包括冷却液循环组件及上述实施例所述的电路板10。该控制器优选为空调控制器。其中，冷却液循环组件包括与冷却构件5相连的存储箱及与存储箱和冷却构件5相连的循环泵，其中循环泵能够促使冷却液在存储箱和冷却构件5之间循环的流动。该控制器可以借助于循环泵实现冷却液在存储箱和冷却构件5之间循环的流动，使得冷却液能够在流经冷却构件5时高效地带走第一功率半导体器件1与第二功率半导体器件2所产生的热量，并对相邻的功率半导体器件进行更充分的液冷散热，降低功率半导体器件产生的热量在控制器内累积的程度，改善了功率半导体器件的性能，由此可以大幅度降低功率半导体器件因过热而损坏的风险，进而降低控制器出现永久失灵的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于控制器的电路板，其特征在于，包括：
电路板本体；
第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，其全部设置在所述电路板本体上且彼此相邻；以及
能够输送冷却液的冷却构件，其与所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件均接触；
其中，所述第一功率半导体器件的主体和第二功率半导体器件的主体与所述电路板本体相平行，所述冷却构件包括能够准许所述第一功率半导体器件插入其内的第一凹槽和能够准许所述第二功率半导体器件插入其内的第二凹槽；
所述电路板还包括填充在所述第一凹槽和第一功率半导体器件之间的第一导热胶，以及填充在所述第二凹槽和第二功率半导体器件之间的第二导热胶；
所述第一凹槽的宽度为第一功率半导体器件的主体的宽度的105％-110％，所述第一凹槽的长度为第一功率半导体器件的主体的长度的105％-110％，所述第一凹槽的深度大于等于所述第一功率半导体器件的主体的高度；
所述第二凹槽的宽度为第二功率半导体器件的主体的宽度的105％-110％，所述第二凹槽的长度为第一功率半导体器件的主体的长度的105％-110％，所述第二凹槽的深度大于等于所述第二功率半导体器件的主体的高度。
2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，还包括设于所述电路板本体上并与所述第二功率半导体器件相邻的第三功率半导体器件，第三功率半导体器件与所述冷却构件接触。
3.根据权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述冷却构件还包括能够准许所述第三功率半导体器件插入其内的第三凹槽，以及能够输送冷却液并环绕着所述第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的蜿蜒通道。
4.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述蜿蜒通道呈现为梯子形，所述第一、第二和第三凹槽分别设在所述蜿蜒通道的相邻的三个格子中。
5.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述第一、第二和第三功率半导体器件分别为FRD器件、IGBT器件和整流桥器件。
6.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，还包括填充在所述第三凹槽和第三功率半导体器件之间的第三导热胶。
7.根据权利要求6所述的电路板，其特征在于：所述第三凹槽的宽度为第三功率半导体器件的主体的宽度的105％-110％，所述第三凹槽的长度为第一功率半导体器件的主体的长度的105％-110％，所述第三凹槽的深度大于等于所述第三功率半导体器件的主体的高度。
8.根据权利要求2到7中任一项所述的电路板，其特征在于，还包括用于把所述第一功率半导体器件和冷却构件固定在一起的第一紧固件、用于把所述第二功率半导体器件和冷却构件固定在一起的第二紧固件、用于把所述第三功率半导体器件和冷却构件固定在一起的第三紧固件和/或用于把所述冷却构件与电路板本体固定在一起的连接件。
9.一种控制器，其特征在于，包括冷却液循环组件及根据权利要求1到8中任一项所述的电路板，所述冷却液循环组件包括与所述冷却构件相连的存储箱及与所述存储箱和冷却构件相连的循环泵，其中所述循环泵能够促使冷却液在所述存储箱和冷却构件之间循环的流动。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，所述控制器为空调控制器。
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