CN211376627U - 一种逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种逆变器，逆变器包括：印刷电路板，包括设置于所述印刷电路板一侧的多组焊盘，每组所述焊盘至少包括第一子焊盘；多个功率元件，安装于所述印刷电路板一侧的焊盘上，一个所述功率元件与一组所述焊盘相匹配；通孔，至少形成于所述第一子焊盘中，所述通孔沿所述印刷电路板厚度方向贯穿所述印刷电路板；以及冷却部件，设置于所述印刷电路板的另一侧上，其用于将由所述功率元件产生并由所述通孔传递来的热量带走。本实用新型通过增大第一子焊盘的面积，并且至少在所述第一子焊盘上形成多个通孔，以加快功率元件的输入端所产生的热量从印刷电路板靠近功率元件的一侧传递至其另一侧的速度，从而加快了散热速度，降低了逆变器的热风险。

Description

一种逆变器

技术领域

本实用新型涉及一种对功率元件散热的技术，特别涉及一种在印刷电路板上对封装于印刷电路板上的功率元件散热的技术。

背景技术

随着新能源汽车技术的不断发展，低压大电流的电力驱动系统凭借其高性价比的优势正在获得大家广泛的关注，该系统的逆变器中具有多个功率元件，这些功率元件通常需要通过SMT(Surface Mount Technology，表面贴装技术)将其焊接在PCB(PrintedCircuit Board，印制电路板)上，为了满足功率元件的大功率输出的要求，需要考虑到功率元件的散热问题。

为了改善功率元件的散热问题，通常采用以下两种方式：一种是增大相邻功率元件之间的间距，以减小相邻功率元件之间的热传递，从而降低相邻功率元件之间的相互烘烤，但是该方式增加了PCB的面积，降低了PCB的电路集成度，还增加了成本；另一种是增加冷却部件与PCB的接触面积，具体的，在PCB的两侧设置冷却部件，但是该方式也增加了成本，同时使得逆变器的结构更加笨重。另外，随着功率元件输出功率的需求不断增大，使得逆变器对环境温度的需求也越来越严苛，尤其在功率元件的峰值工况下，对功率元件的散热问题提出了更加严苛的要求。

因此，提供一种可以散热性能良好的逆变器是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种逆变器，以改善功率元件的散热问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种逆变器，包括：

印刷电路板，所述印刷电路板包括设置于所述印刷电路板一侧的多组焊盘，每组所述焊盘至少包括第一子焊盘；

多个功率元件，安装于所述印刷电路板一侧的焊盘上，一个所述功率元件与一组所述焊盘相匹配；

多个通孔，至少形成于所述第一子焊盘中，所述通孔沿所述印刷电路板厚度方向贯穿所述印刷电路板；以及

冷却部件，设置于所述印刷电路板另一侧上，其用于将由所述功率元件产生并由所述通孔传递来的热量带走。

可选的，所述功率元件具有输入端、输出端和开关控制端，所述输入端和输出端相对设置在所述功率元件的两侧；所述焊盘还包括第二子焊盘和第三子焊盘，所述功率元件的输入端安装于所述第一子焊盘；所述功率元件的输出端安装于所述第二子焊盘；所述功率元件的开关控制端安装于所述第三子焊盘。

进一步的，所述通孔还形成于所述第二子焊盘靠近所述第一子焊盘的一侧。

更进一步的，所述通孔还形成于至少部分两两相邻的所述第一子焊盘之间。

可选的，所述第一子焊盘的面积为所述功率元件朝向所述印刷电路板一侧的面积的20％～65％。

进一步的，所述通孔包括圆柱状通孔，所述通孔的直径为0.4mm～0.6mm。

可选的，还包括金属层、导热部件和多个支撑柱，所述金属层和支撑柱位于所述印刷电路板与冷却部件之间，且所述金属层和支撑柱之间电气隔离，所述导热部件位于所述金属层上，且填充相邻所述支撑柱之间的空间。

进一步的，所述导热部件高度至少等于所述支撑柱的高度。

进一步的，所述导热部件至少填充了部分所述通孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种逆变器，通过在所述第一子焊盘上形成多个通孔，以加快功率元件的输入端所产生的热量从印刷电路板靠近功率元件的一侧传递至其另一侧的速度，从而加快了散热速度，降低了逆变器的热风险。

进一步的，还在所述第二焊盘靠近所述第一子焊盘的一侧形成多个通孔，以加快功率元件的输出端所产生的热量从印刷电路板靠近功率元件的一侧传递至其另一侧的速度，进而加快了散热速度。进一步的，在相邻第一子焊盘之间形成多个通孔，进一步的加快散热速度。

更进一步的，所述导热部件填充了至少部分所述通孔，加快了通孔中的热传递速度，同时，在所述印刷电路板的另一侧上形成金属层，可以将通孔中传递过来的热量快速传递至导热部件上传递。

附图说明

图1a为一种封装有功率元件的逆变器的结构示意图；

图1b为一种PCB的俯视示意图；

图2为本实用新型一实施例的一种逆变器的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的一种逆变器的PCB的俯视示意图。

附图标记说明：

图1a-1b中：

10-印刷电路板；11-焊盘；11a-第一子焊盘；11b-第二子焊盘；11c-第三子焊盘；

20-功率元件；

30-导热胶；

40-冷却部件；

图2-3中：

100-印刷电路板；110-焊盘；110a-第一子焊盘；110b-第二子焊盘；110c-第三子焊盘；120-通孔；

200-功率元件；

300-导热部件；

410-金属层；420-支撑柱；

500-冷却部件。

具体实施方式

目前，为了节省PCB的面积以及提高功率元件的散热效率，通常采用晶体管外壳无引脚封装(Transistor Outline Leadless，简称TOLL)将功率元件焊接在PCB上，如图1a-1b所示，传统的逆变器包括印刷电路板10和功率元件20，所述功率元件20焊接在所述印刷电路板10的一侧上，所述印刷电路板10包括基体、金属体和多组焊盘11，所述金属体嵌设在所述基体中，所述焊盘11位于所述基体的一侧，且与所述金属体电气连接，每组所述焊盘11用于焊接一个功率元件20，每组所述焊盘11包括用于焊接功率元件20的输入端的第一子焊盘11a，用于焊接功率元件20的输出端的第二子焊盘11b，以及用于焊接功率元件20的开关控制端的第三子焊盘11c。所述基体由多个子基体压接而成，所述印刷电路板10的一侧上除焊盘11外的区域涂覆有防焊剂绿漆，所述印刷电路板10的另一侧涂覆有防焊剂绿漆，且在位于所述印刷电路板10的另一侧的防焊剂绿漆上依次形成有导热胶30和冷却部件40。

发明人研究发现，功率元件产生的热量由印刷电路板靠近功率元件的一侧向另一侧传递时，由于相邻子基体之间的热阻值较大，使得热量较慢的传递至位于印刷电路板另一侧的冷却部上，使得热量大量停留在功率元件与冷却部件之间，造成逆变器的散热能力较差，特别是在功率元件的峰值工况时，存在较为严重的热风险，例如功率元件烧坏甚至印刷电路板烧坏的风险，从而造成了整个印刷电路板的报废。进一步的，在功率元件的输出功率需求不断增大时，其产生出来的热量更多，此时的热风险更加严重。

基于上述研究，本实用新型提供一种逆变器，通过在所述第一子焊盘上形成多个通孔，以加快功率元件的输入端所产生的热量从印刷电路板靠近功率元件的一侧传递至其另一侧的速度，从而加快了散热速度，降低了逆变器的热风险。

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本实用新型提出的逆变器作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如在本实用新型中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

图2为本实施例的一种逆变器的结构示意图。如图2所示，本实施例提供了一种逆变器，用于电机驱动系统，优选的，用于电压小于60V，电流大于100A的低压大电流的电机驱动系统，所述逆变器包括印刷电路板100、功率元件200、导热部件300和冷却部件500。所述功率元件200的数量例如是多个，所述功率元件200安装于所述印刷电路板100的一侧，其具有多个端子，分别为输入端、输出端和开关控制端，所述输入端和输出端相对设置在所述功率元件的两侧。

图3为本实施例的一种逆变器的PCB的俯视示意图。如图3所示，所述印刷电路板100包括基体、金属体和多组焊盘110。所述基体例如是具有绝缘性且为板状基体，其用于承载金属体、焊盘110以及固定在其上的各种部件，所述基体包括至少两层子基体，所述至少两层子基体通过压接而成。本实施例中，所述基体由8层子基体压接而成，每层所述子基体的厚度可以根据需求进行设定。

所述金属体例如是金属布线，所述金属体的材料例如是铜，其嵌设在所述基体中。作为示例，所述金属体沿所述基体厚度方向垂直贯穿8层所述子基体中的大部分所述子基体，此时所述基体背离焊盘的一侧上没有金属体，所述金属体用来增加所述印刷电路板100内的电流能力。

每组所述焊盘110安装了一个所述功率元件200，所述焊盘110位于所述基体的一侧，且与所述金属体电气连接，每组所述焊盘110包括用于安装所述功率元件200的输入端的第一子焊盘110a，用于安装所述功率元件200的输出端的第二子焊盘110b，以及用于安装所述功率元件200的开关控制端的第三子焊盘110c，所述第一子焊盘110a、第二子焊盘110b和第三子焊盘110c之间通过防焊剂绿漆电气隔离。优选的，通过晶体管外壳无引脚封装的方式封装后，所述功率元件200在印刷电路板100上的覆盖面积与所述功率元件200朝向所述印刷电路板100一侧的面积相同。所述第一子焊盘110a的面积为所述功率元件朝向所述印刷电路板一侧的面积的20％～65％，优选的，所述第一子焊盘的面积为所述功率元件朝向所述印刷电路板一侧的面积的55％～60％，例如是58％，可以增大所述第一子焊盘110a与功率元件200的输入端之间电气连接的面积。

所述逆变器还包括多个通孔120，所述通孔120至少形成于一个所述第一子焊盘110a中，且所述通孔120沿所述印刷电路板厚度方向贯穿所述基体，在所述第一子焊盘110a上形成多个通孔120，可以加快所述功率元件200特别是功率元件200的输入端所产生的热量，使得热量可以快速通过所述通孔120传递至所述基体背离所述功率元件200的一侧，从而加快了功率元件200的散热速度。在优选实施例中，所述通孔120形成于每组所述焊盘110中，进一步的，所述通孔120形成于每个所述第一子焊盘110a上，所述通孔120例如是垂直于其轴向为圆形的通孔，即圆柱形通孔，所述通孔120的直径例如是0.4mm～0.6mm，优选的，所述通孔120均匀分布在所述第一子焊盘110a上。在其他实施例中，所述通孔形成于部分第一子焊盘上，所述通孔也可以是垂直于其轴向为方形的通孔或多边形的通孔等，也可以是垂直于其轴向为圆形、方形或多边形的通孔中任意几种组合。另外，所述通孔可以是不规则的分布在所述第一子焊盘上，例如部分区域密集分布，部分疏散分布，或者，聚集分布在某一区块等。

进一步的，所述通孔120还形成于所述第二子焊盘110b靠近所述第一子焊盘110a的一侧，以加快所述功率元件200特别是功率元件200的输出端所产生的热量，使得热量可以快速通过所述通孔120传递至所述基体背离所述功率元件200的一侧，进一步的加快了所述功率元件200的散热速度。更进一步的，所述通孔120还形成于至少部分相邻所述第一焊盘110a之间，优选的，所述通孔120还形成于每组相邻的所述第一焊盘110a之间，以降低所述功率元件200的输入端所产生的热量对相邻功率元件200的影响。

所述逆变器还包括金属层410和多个支撑柱420，所述金属层410和多个支撑柱420位于所述印刷电路板100背离所述焊盘110的一侧上，即，所述金属层410和多个支撑柱420位于所述印刷电路板100的另一侧上。所述金属层410和支撑柱420之间电气隔离，具体的，所述金属层410和支撑柱420之间通过防焊剂绿漆电气隔离。所述支撑柱420例如是一凸台，具体的，例如是一矩形凸台，所述支撑柱420的厚度例如为0.25mm～0.35mm，所述支撑柱420用于电气隔离所述金属层410与冷却部件500。由于金属的特性，所述金属层410可以快速将所述通孔120中传递过来的热量传递至冷却部件500。所述金属层410的材料例如是锡。

所述导热部件300(例如是导热胶)位于所述金属层410上，所述导热部件300填充相邻所述支撑柱420之间的空间，且所述导热部件300的厚度至少等于所述支撑柱420的高度。进一步的，所述导热部件300例如是还至少填充了部分所述通孔120，所述导热部件300的导热系数大于空气的导热系数，因此，在导热部件300填充至少部分填充所述通孔120时，其加快了通孔120中热传递的速度，从而加快了功率元件200的散热速度，降低了逆变器的热风险。所述导热部件300例如是具有绝缘性，其与所述支撑柱420电气隔离所述金属层410与所述冷却部件500。

所述冷却部件500设置在所述导热部件300上，所述冷却部件500用于将从导热部件300传递过来的热量带走，以对逆变器进行降温处理。

综上所述，本实用新型提供的一种逆变器，包括印刷电路板、功率元件、导热部件、冷却部件、金属层、多个支撑柱，所述印刷电路板包括基体、金属体和多组焊盘，所述金属体嵌设在所述基体中，所述焊盘位于所述基体的一侧，且与所述金属体电气连接，每组所述焊盘安装一个所述功率元件，每组所述焊盘的第一子焊盘与所述功率元件的输入端电气连接，至少在所述第一子焊盘上设置了多个通孔，所述通孔贯穿所述印刷电路板，其加快了功率元件的输入端产生热量的从印刷电路板的一侧向另一侧的传递速度；所述金属层和多个支撑柱之间电气隔离的设置在所述印刷电路板的另一侧，且所述支撑柱的高度不仅限定了形成于金属层上的导热部件的厚度，还电气隔离了所述金属层与冷却部件；所述导热部件还部分填充了所述通孔，进一步加快了功率元件在通孔中的热传递速度；所述冷却部件位于所述导热部件上，将导热部件上传递来的热量带走，加快了散热速度，降低了逆变器的热风险。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种逆变器，其特征在于，包括：

印刷电路板，所述印刷电路板包括设置于所述印刷电路板一侧的多组焊盘，每组所述焊盘至少包括第一子焊盘；

多个功率元件，安装于所述印刷电路板一侧的焊盘上，一个所述功率元件与一组所述焊盘相匹配；

多个通孔，至少形成于所述第一子焊盘中，所述通孔沿所述印刷电路板厚度方向贯穿所述印刷电路板；以及

冷却部件，设置于所述印刷电路板的另一侧上，其用于将由所述功率元件产生并由所述通孔传递来的热量带走。

2.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述功率元件具有输入端、输出端和开关控制端，所述输入端和输出端相对设置在所述功率元件的两侧；所述焊盘还包括第二子焊盘和第三子焊盘，所述功率元件的输入端安装于所述第一子焊盘；所述功率元件的输出端安装于所述第二子焊盘；所述功率元件的开关控制端安装于所述第三子焊盘。

3.如权利要求2所述的逆变器，其特征在于，所述通孔还形成于所述第二子焊盘靠近所述第一子焊盘的一侧。

4.如权利要求2所述的逆变器，其特征在于，所述通孔还形成于至少部分两两相邻的所述第一子焊盘之间。

5.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述第一子焊盘的面积为所述功率元件朝向所述印刷电路板一侧的面积的20％～65％。

6.如权利要求5所述的逆变器，其特征在于，所述通孔包括圆柱状通孔，所述通孔的直径为0.4mm～0.6mm。

7.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，还包括金属层、导热部件和多个支撑柱，所述金属层和支撑柱位于所述印刷电路板与冷却部件之间，且所述金属层和支撑柱之间电气隔离，所述导热部件位于所述金属层上，且填充相邻所述支撑柱之间的空间。

8.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，所述导热部件高度至少等于所述支撑柱的高度。

9.如权利要求7所述的逆变器，其特征在于，所述导热部件至少填充了部分所述通孔。

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