DE102015202626A1

DE102015202626A1 - Elektronischer Zusammenbau für einen Wechselrichter

Info

Publication number: DE102015202626A1
Application number: DE102015202626.4A
Authority: DE
Inventors: Brij N Singh; Aron Fisk; John N Oenick
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Ein elektronischer Zusammenbau für einen Wechselrichter umfasst: ein Substrat mit einer dielektrischen Schicht und metallischen Leiterbahnen, eine Vielzahl an Anschlüssen, die angeordnet sind, damit sie mit einer Gleichstromquelle verbunden werden können, einen ersten Halbleiter und einen zweiten Halbleiter, die zwischen den Anschlüssen der Gleichstromquelle untereinander verbunden sind, und eine primäre metallische Insel, die in einer primären Zone zwischen dem ersten und zweiten Halbleiter angeordnet ist und/oder eine sekundäre metallische Insel, die in einer sekundären Zone zwischen benachbarten oberflächenbefestigen Verbindern angeordnet ist, welche die auf dem Substrat befestigt und elektrisch mit den Anschlüssen oder den metallischen Schaltkreisbahnen zur Verbindung mit Phasenausgängen des Wechselrichters verbunden sind, wobei die primäre und/oder sekundäre metallische Insel eine größere Dicke oder Höhe als die Leiterbahnen des Substrats hat und eine Wärmesenke zur Abstrahlung und Wärmeableitung bereitstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Zusammenbau für einen Wechselrichter.
Hintergrund
Bei einigen bekannten Zusammenbauten hat ein elektronischer Zusammenbau eine nicht hinreichende Wärmeableitung, welche die Langlebigkeit oder maximale Leistung von Halbleiter-Leistungsschaltern vermindern kann. Es besteht daher ein Bedarf an einem elektronischen Zusammenbau mit einer verbesserten Hitzeableitung.
Erfindung
Ein elektronischer Zusammenbau für einen Wechselrichter umfasst ein Substrat mit einer dielektrischen Schicht und metallischen Schaltkreisbahnen. Eine Vielzahl an Anschlüssen ist angeordnet, damit sie mit einer Gleichstromquelle verbunden werden können. Ein erster Halbleiter und ein zweiter Halbleiter sind zwischen den Anschlüssen der Gleichstromquelle untereinander verbunden. Eine primäre metallische Insel ist in einer primären Zone zwischen dem ersten und zweiten Halbleiter angeordnet ist und/oder eine sekundäre metallische Insel ist in einer sekundären Zone zwischen benachbarten oberflächenbefestigen Verbindern angeordnet, welche die auf dem Substrat befestigt und elektrisch mit den Anschlüssen oder den metallischen Schaltkreisbahnen zur Verbindung mit Phasenausgängen des Wechselrichters verbunden sind. Die primäre und/oder sekundäre metallische Insel hat eine größere Dicke oder Höhe als die Leiterbahnen des Substrats und stellt eine Wärmesenke zur Abstrahlung und Wärmeableitung bereit.
Ausführungsform
Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines elektronischen Zusammenbaus für einen Wechselrichter,
2 eine perspektivische Explosionsansicht des elektronischen Zusammenbaus der 1, in welcher außerdem ein oberer Gehäusezusammenbau und ein unterer Gehäusezusammenbau gezeigt werden,
3 eine perspektivische Ansicht des nunmehr zusammengebauten elektronischen Zusammenbaus der 2,
4 einen Querschnitt der 3 entlang der Referenzlinie 4-4 der 3, wobei die Referenzlinie 4-4 auch in den 1 und 2 gezeigt wird,
5 einen zweiten Querschnitt der 3 entlang der Referenzlinie 5-5 der 3, wobei die Referenzlinie 5-5 auch in den 1 und 2 gezeigt wird,
6 einen dritten Querschnitt der 3 entlang der Referenzlinie 6-6 der 3, wobei die Referenzlinie 6-6 auch in den 1 und 2 gezeigt wird,
7 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines elektronischen Zusammenbaus, der einen vergrößerten Abschnitt der rechteckigen Region 7 der 4 darstellt,
8 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform, der analog zu dem kleinen, vergrößerten Abschnitt der rechteckigen Region 7 der 4 ist, wobei ein thermisches Schnittstellenmaterial vorhanden ist,
9 einen Querschnitt einer noch anderen Ausführungsform, die analog zum kleinen, vergrößerten Abschnitt der rechteckigen Region 7 der 4 ist, wobei ein leitfähiger Durchgang und eine Bodenfläche vorgesehen sind, und
10 ein veranschaulichendes Beispiel eines Flüssigkeitskühlsystems ist, in welchem der elektronische Zusammenbau der 1 enthalten ist.
Gleichartige Referenznummern in unterschiedlichen Zeichnungen kennzeichnen gleichartige Elemente.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines Leiterplattenzusammenbaus 11 eines elektronischen Zusammenbaus 200 für einen Wechselrichter. Der Leiterplattenzusammenbau 11 des elektronischen Zusammenbaus 200 umfasst ein Substrat 34, das eine dielektrische Schicht 54 und eine oder mehrere Leiterbahnen auf einer oder beiden Seiten des Substrats 34 umfasst. Gleichstromanschlüsse sind zur Verbindung mit einer Gleichstromquelle angeordnet. Ein erster Halbleiter 20 und ein zweiter Halbleiter 22 sind zwischen den Anschlüssen der Gleichstromquelle gekoppelt. Eine primäre metallische Insel 24 (z.B. ein Streifen) ist in einer primären Zone zwischen dem ersten Halbleiter 20 und dem zweiten Halbleiter 22 angeordnet. Die primäre metallische Insel 24 hat eine größere Höhe oder Dicke als die metallischen Leiterbahnen. Die primäre metallische Insel 24 stellt eine Wärmesenke zur Abstrahlung von Wärme bereit.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Gleichstromanschlüsse 42, 44 Oberflächenbefestigungsanschlüsse, wie einen weiblichen, an der Oberfläche angebrachten Verbinder, der im Wesentlichen zylindrisch ist und ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst. Jeder Verbinder 36, 38, 40, 42, 44 kann einen an der Oberfläche angebrachten Verbinder umfassen. Jeder Verbinder 36, 38, 40, 42, 44 kann einen Befestigungsblock 48 an einem Ende zur Befestigung an einem entsprechenden, leitfähigen Block 50 auf dem Substrat 34 umfassen, wobei der leitfähige Block 50 mit einer oder mehreren leitfähigen Bahnen (z.B. 406) gekoppelt oder elektrisch verbunden ist.
Wie dargestellt, zeigt der elektronische Zusammenbau 200 drei Phasen oder Schaltabschnitte, wobei jede Phase einen ersten Halbleiter 20 umfasst, der mit einem zweiten Halbleiter 22 gekoppelt ist. An den Eingängen jedes Schaltabschnitts stellen der erste Gleichstromanschluss 42 und der zweite Gleichstromanschluss 44 Gleichstrom für jede Phase oder jeden Schaltabschnitt bereit. Der Ausgang jeden Schaltabschnitts wird durch eine Menge an Wechselstromanschlüssen definiert.
Für jede Phase kann der erste Halbleiter 20 einen Halbleiterschalter (z.B. einen Halbleiterschalter der unteren Seite) umfassen, der mit wenigstens einem seiner Schaltanschlüsse mit einer Seite (z.B. dem unteren oder Minusanschluss) des Gleichstrombusses oder der Gleichstromquelle verbunden ist, welche die Gleichstromanschlüsse versorgt. Beispielsweise können die Schaltanschlüsse sich auf den Emitter und Kollektor beziehen, wenn der erste Halbleiter 20 ein Transistor ist und auf Source und Drain, wenn der erste Halbleiter 20 ein Feldeffekttransistor ist. Ein Steueranschluss (z.B. Basis oder Gate) des ersten Schalttransistors ist mit einem nicht gezeigten Kontrollschaltkreis oder Treiber verbunden.
Für jede Phase kann der zweite Halbleiter 22 einen Halbleiterschalter (z.B. einen Halbleiterschalter der oberen Seite) umfassen, der mit wenigstens einem seiner Schaltanschlüsse mit einer Seite (z.B. dem oberen oder Plusanschluss) des Gleichstrombusses oder der Gleichstromquelle verbunden ist, welche die Gleichstromanschlüsse versorgt. Beispielsweise können die Schaltanschlüsse sich auf den Emitter und Kollektor beziehen, wenn der zweite Halbleiter 22 ein Transistor ist und auf Source und Drain, wenn der zweite Halbleiter 22 ein Feldeffekttransistor ist. Ein Steueranschluss (z.B. Basis oder Gate) des zweiten Schalttransistors ist mit einem nicht gezeigten Kontrollschaltkreis oder Treiber verbunden.
Der Ausgang jedes Schaltabschnitts ist durch eine Anzahl an Wechselstromanschlüssen (36, 38, 40) definiert. Wie in der 1 dargestellt, umfassen die Wechselstromanschlüsse einen ersten Wechselstromanschluss 36, einen zweiten Wechselstromanschluss 38 und einen dritten Wechselstromanschluss 40 jeweils für den Schaltabschnitt der ersten Phase, den Schaltabschnitt der zweiten Phase und den Schaltabschnitt der dritten Phase. Bei einer Ausführungsform umfassen die Wechselstromanschlüsse 36, 38, 40 an der Oberfläche befestigte Verbinder, wie einen weiblichen, an der Oberfläche befestigten Verbinder, der im Wesentlichen zylindrisch ist und ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst. Jeder an der Oberfläche angebrachte Verbinder 36, 38, 40 kann einen Befestigungsblock 48 an einem Ende zur Befestigung an einem entsprechenden, leitfähigen Block 50 auf dem Substrat 34 umfassen, wobei der leitfähige Block 50 mit einer oder mehreren leitfähigen Bahnen (z.B. 406) gekoppelt oder elektrisch verbunden ist.
Für jede Phase ist die primäre metallische Insel in einer primären Zone zwischen dem ersten Halbleiter 20 und dem zweiten Halbleiter 22 angeordnet. Bei einer möglichen Anordnung hat jede primäre metallische Insel eine größere Höhe oder Dicke als die metallischen Leiterbahnen. Die primäre metallische Insel 24 stellt beispielsweise eine Wärmesenke zur Abstrahlung oder Ableitung von Wärme in ein Inneres des ersten Umhüllungsabschnittes 100 oder des ersten Gehäusezusammenbaus 132 bereit. Der erste Umhüllungsabschnitt 100 kann die abgestrahlte oder geleitete Wärme in Richtung einer Leitung oder eines Durchgangs zur Zirkulation oder Förderung eines Kühlmittels durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 weiterleiten. Bei einer Ausführungsform umfasst die primäre metallische Insel 24 einen Kupferguss.
Eine sekundäre metallische Insel 26 (z.B. ein Streifen) ist in einer sekundären Zone zwischen benachbarten Oberflächenbefestigungsverbindern oder zwischen irgendeinem Gleichstromanschluss 42, 44 und einem benachbarten Wechselstromanschluss 36, 38, 40 angeordnet. Bei einer möglichen Anordnung hat jede sekundäre metallische Insel 26 eine größere Höhe oder Dicke als die metallischen Leiterbahnen. Die sekundäre metallische Insel 26 stellt beispielsweise eine Wärmesenke zur Abstrahlung oder Ableitung von Wärme in ein Inneres des ersten Umhüllungsabschnittes 100 oder des ersten Gehäusezusammenbaus 132 bereit. Der erste Umhüllungsabschnitt 100 kann die abgestrahlte oder geleitete Wärme in Richtung einer Leitung oder eines Durchgangs zur Zirkulation oder Förderung eines Kühlmittels durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 weiterleiten. Bei einer Ausführungsform umfasst die sekundäre metallische Insel 26 einen Kupferguss.
Eine tertiäre metallische Insel 28 ist auf dem Substrat 34 zwischen einem zweiten Halbleiterschalter 22 und einem zugehörigen Wechselstromanschluss oder allgemeiner zwischen dem zweiten Halbleiterschalter und einem an der Oberfläche befestigten Verbinder angeordnet. Bei einer möglichen Anordnung hat jede tertiäre metallische Insel 28 eine größere Höhe oder Dicke als die metallischen Leiterbahnen. Die tertiäre metallische Insel 28 stellt beispielsweise eine Wärmesenke zur Abstrahlung oder Ableitung von Wärme in ein Inneres des ersten Umhüllungsabschnittes 100 oder des ersten Gehäusezusammenbaus 132 bereit. Der erste Umhüllungsabschnitt 100 kann die abgestrahlte oder geleitete Wärme in Richtung einer Leitung oder eines Durchgangs zur Zirkulation oder Förderung eines Kühlmittels durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 weiterleiten. Bei einer Ausführungsform umfasst die tertiäre metallische Insel 28 einen Kupferguss.
Eine quartäre metallische Insel 30 ist auf dem Substrat 34 in der Nähe eines ersten Halbleiterschalters 20 (z.B. für jede Phase) angeordnet. Bei einer möglichen Anordnung hat jede quartäre metallische Insel 30 eine größere Höhe oder Dicke als die metallischen Leiterbahnen. Die quartäre metallische Insel 30 stellt beispielsweise eine Wärmesenke zur Abstrahlung oder Ableitung von Wärme in ein Inneres des ersten Umhüllungsabschnittes 100 oder des ersten Gehäusezusammenbaus 132 bereit. Der erste Umhüllungsabschnitt 100 kann die abgestrahlte oder geleitete Wärme in Richtung einer Leitung oder eines Durchgangs zur Zirkulation oder Förderung eines Kühlmittels durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 weiterleiten. Bei einer Ausführungsform umfasst die quartäre metallische Insel 30 einen Kupferguss.
Bei einer Ausführungsform umfassen der ersten Halbleiterschalter 20 und der zweite Halbleiterschalter 22 Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET’s) oder bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT’s), die aus Silizium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder einem anderen Halbleitermaterial aufgebaut sind, welches in Form planarer Chipsets verpackt ist. Diese Chipsets könnten in flächiger Form hergestellt, verpackt und fertig für Greif-und Platzierungs- Fertigungsverfahren auf dem Substrat sein. Die Wärmehandhabung wird durch ein Gehäuse (mit integrierten Kühlkanälen innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts 100 (in 4) und des zweiten Umhüllungabschnitts 102) verbessert und bietet die Möglichkeit, die Stromdichte (A/cm²) der im Wesentlichen planaren Halbleiterschalter 20, 22 anzuheben. Daher wird es bei einer gegebenen Strombelastung des elektronischen Zusammenbaus 200 möglich, einen Chip kleinerer Größe für das in den Halbleiterschaltern 20, 22 verwendete Halbleitermaterial zu verwenden als ansonsten möglich, abhängig von dem beim Wechselrichterentwurf verwendeten Typ der Schaltelemente.
Die Verminderung der Größe der Chips der Halbleiterschalter 20, 22 wird durch eine doppelseitige thermische Handhabung der im Wesentlichen planaren Chips in Verbindung mit der seitlichen Abfuhr des Wärmeflusses durch die Leistungsanschlüsse unterstützt. Die Halbleiterschalter 20, 22 sind somit in einer thermisch verwalteten Umgebung angeordnet, die es jedem Halbleiterchip ermöglicht, bei einer kleineren Sperrschichttemperatur (Tj) zu arbeiten. Hier kann die thermisch verwaltete Umgebung als mehrseitige thermische Verwaltung von Leistungsschaltelementen 20, 22 bezeichnet werden. Ein kleinerer Wert einer Sperrschichttemperatur bei einer gegebenen Leistung gibt Gelegenheit zu einer Verminderung der Größe und Verpackungsgröße der Halbleiterschalter 20, 22 ohne die Fähigkeiten des Wechselrichters zu beinträchtigen oder vermindern. Die Verringerung der Größe des Si, SiC oder GaN-Materials in den Halbleiterschaltern 20, 22 ermöglicht es, die Fläche der leitfähigen Bahnen, Inseln, Wärmesenken oder Sammelschiene um jeden Chipset herum zu vergrößern, was es dem seitlichen Fluss der Wärme erleichtert, vom Chip zum Kühlkanal innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts (4) und dem zweiten Umhüllungabschnitt zu gelangen.
Bei einer Konfiguration kann eine Gruppe an Kondensatoren 56 auf oder am Substrat 34 befestigt sein. Beispielsweise ist, wie in der 1 gezeigt, eine erste Reihe an Kondensatoren 56 an einer ersten Seite des Substrats 34 befestigt, während eine zweite Reihe an Kondensatoren 56 auf einer zweiten Seite des Substrats 34 gegenüber der ersten Seite befestigt ist. Obwohl zwei Reihen von vier Kondensatoren 56 auf jeder Seite des Substrats gezeigt werden, kann jede andere geeignete Anzahl an Kondensatoren verwendet werden. Wie dargestellt hat jeder Kondensator 56 einen ersten Anschluss 58 und einen zweiten Anschluss 60. Bei einer Konfiguration kann jeder Kondensator 56 einen Elektrolytkondensator aufweisen.
Bei einer Ausführungsform umfassen oder sind die Kondensatoren 56 oberflächenbefestigte (SMD) Film-Kondensatoren mit kleinem Profil. Die Packung der Kondensatoren 56 mit leitfähigen Anschlüssen 58, 60 großer Oberfläche und thermisches Schnittstellenmaterial um die Kondensatoren 56 herum erleichtert die konduktive thermische Verwaltung zwecks eines geringeren Temperaturanstiegs je gefiltertem Strom und höhere Ströme je geforderter oder verwendeter Kapazität der Einheit. Das thermische Schnittstellenmaterial umfasst ein vulkanisiertes (z.B. kreuzvernetztes) Material aus Polymer, Elastomer, Plastik oder festem dielektrischen Material, das zur verbesserten Wärmeableitung als Harz in einem nicht vulkanisierten Zustand, in einer flüssigen Form oder in einer halb-festen Form zwischen dem Inneren der ersten Umhüllung 100 und der zweiten Umhüllung 102 und den Kondensatoren 56 positioniert, eingefügt oder eingespritzt wird. Die Kondensatoren 56 können als Teile konfiguriert werden, die ein bleifreies Rückflusstemperaturprofil aushalten können, das beispielsweise in einer SMD-Fertigungslinie benötigt wird.
Wie in der 1 gezeigt wird, ist ein nebengeordnetes Substrat 46 in einer anderen Ebene befestigt, die im Wesentlichen parallel zur oder versetzt gegenüber der Ebene des Substrates 34 ist. Ein Verbinder hat einen dielektrischen Abschnitt und Anschlüsse, wo der Verbinder an oder durch das nebengeordnete Substrat 46 befestigt ist. Das nebengeordnete Substrat kann eine oder mehrere Öffnungen 52 aufweisen. Zum Beispiel kann das nebengeordnete Substrat 46 nebengeordnete Öffnungen 52 für jede Phase oder jeden Schaltabschnitt haben, sodass der zweite Umhüllungsabschitt 102 oder ein zweiter Gehäusezusammenbau 134 im Kontakt mit dem Schaltabschnitt oder in dessen Nähe sein kann, um Wärme vom Schaltabschnitt abzuleiten.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Wärme von einer oder mehreren metallischen Inseln (z.B. 24, 28, 30) durch einen oder mehrere leitfähige Durchgänge 900 (z.B. thermisch leitfähige Durchgangslöcher, thermisch leitfähige Blinddurchgänge oder thermisch und elektrisch leitfähige Durchgänge oder andere Strukturen) abgeführt, die zwischen der einen oder mehreren metallischen Inseln und einer Wärmesenkeninsel 901 oder einer Wärmesenke an einer gegenüber liegenden Seite des Substrats 34 angeordnet ist oder sind, wie in der 9 am besten erkennbar ist. Bei einer Ausführungsform ist die Wärmesenke oder Wärmesenkeninsel 901 basierend auf den Phasen isoliert, sodass die Wärmesenkeninsel jeder Phase (z.B. für die erste Phase) mechanisch getrennt und elektrisch isoliert (z.B. elektromagnetisch isoliert über einen Betriebsfrequenzbereich) von anderen Wärmesenkeninseln (die z.B. an einer Unterseite oder der gegenüber liegenden Seite des Substrats 34 angeordnet sind) der jeweiligen anderen Phasen (z.B. der Wärmesenkeninsel der zweiten Phase oder der dritten Phase) des elektronischen Zusammenbaus sind. Weiterhin kann zusätzlich oder getrennt von der Wärmeübertragung durch die thermisch leitfähigen Durchgänge 900 die Wärme auf die Flüssigkeit oder das Kühlmittel in dem Kühlkanal übertragen werden (z.B. innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts 100 oder des zweiten Umhüllungsabschnitts 102).
Der Leiterplattenzusammenbau 11 des elektronischen Zusammenbaus 200 kann eine Vielzahl an ersten oberflächenbefestigten Verbindern umfassen, die auf dem ersten Substrat 34 befestigt sind und elektrisch mit den Anschlüssen verbunden sind und eine sekundäre metallische Insel 26, die in einer sekundären Zone zwischen den benachbarten Verbindern angeordnet ist.
Die 2 zeigt einen Gehäusezusammenbau, der den Leiterplattenzusammenbau 11 der 1 aufnimmt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse einen ersten Gehäusezusammenbau 132 und einen zweiten Gehäusezusammenbau 134, wobei die Gehäusezusammenbauten 132, 134 zusammenfügbar sind. Der erste Gehäusezusammenbau 132 umfasst einen ersten Umhüllungsabschnitt 100 und einen dritten Umhüllungsabschnitt 104. Der zweite Gehäusezusammenbau 134 umfasst einen zweiten Umhüllungsabschnitt 102 und einen vierten Umhüllungsabschnitt 106.
Wie dargestellt, haben der erste Umhüllungsabschnitt 100 und der zweite Umhüllungsabschnitt 102 Befestigungslöcher 108, 110 zur Aufnahme eines oder mehrerer Befestigungselemente 117, um den ersten Umhüllungsabschnitt 100 am zweiten Umhüllungsabschnitt 102 zu befestigen oder damit zu verbinden, wobei der Leiterplattenzusammenbau 11 der 1 zwischen dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 und dem zweiten Umhüllungsabschnitt eingeschlossen oder davon umschlossen ist. Der dritte Umhüllungsabschnitt 104 ist am ersten Umhüllungsabschnitt 100 befestigt oder angebracht. Beispielsweise kann der dritte Umhüllungsabschnitt 104 eine Wärmesenke oder eine untere Abdeckung des Gehäusezusammenbaus umfassen. Der vierte Umhüllungsabschnitt 106 ist am zweiten Umhüllungsabschnitt 102 angebracht oder daran befestigt. Bei einer Ausführungsform sind der erste Umhüllungsabschnitt 100 und der zweite Umhüllungsabschnitt 102 aus einem Polymer, einem Kunststoff, einer Polymermatrix mit einem Füllstoff, wie verstärkter Faser oder Kohlefaser zusammengesetzt. So kann der erste Umhüllungsabschnitt 102 durch einen dreidimensionalen Drucker hergestellt werden, der in der Lage ist, eine dreidimensionale Struktur mit mehreren Öffnungen 52, Leitungen oder Durchlässen zur Leitung von Flüssigkeit zur Kühlung des Leiterplattenzusammenbaus 11 oder seiner Wärme erzeugenden Komponenten zu drucken. In einer illustrativen Konfiguration können der dritte Umhüllungsabschnitt 104 und der vierte Umhüllungsabschnitt 106 aus einem Metall, einem metallischen Material, einer Legierung oder einem Wärme ableitenden Material, wie Aluminium oder Gussaluminium aufgebaut sein. Der dritte Umhüllungsabschnitt 104 und der vierte Umhüllungsabschnitt 106 können mittels eines dreidimensionalen Druckers aus einem Polymer, Kunststoff oder Harz hergestellt werden, das elektrisch leitfähige Partikel, wie Metallpartikel, enthält, um die Wärmeableitung zu verbessern oder aus einem geeigneten, wärmeleitfähigen Polymermaterial.
Eine erste innere Oberfläche des ersten Umhüllungsabschnittes 100 kann in Größe und Form im Wesentlichen so geformt sein, dass sie mit der einen Seite des Leiterplattenzusammenbaus 11 zusammenpasst oder damit verriegelbar ist, wobei eine zweite, innere Oberfläche des zweiten Umhüllungsabschnittes 100 in Größe und Form derart gestaltet ist, dass sie mit einer gegenüberliegenden Seite zusammenpasst oder verriegelbar ist. Zum Beispiel hat der erste Umhüllungsabschnitt 100 eine im Wesentlichen zylindrische Vertiefung, die mit entsprechenden Gleich- und Wechselstromverbindern auf dem Substrat 34 in Eingriff gelangt. Außerdem hat der erste Umhüllungsabschnitt 100 eine dem ersten Schaltabschnitt 75 zugeordnete Vertiefung, die im Wesentlichen rechteckig oder mehreckig ist oder in anderer Weise mit der Größe und Form des ersten Schaltabschnitts 75 oberhalb des Substrats 34 übereinstimmt, eine dem zweiten Schaltabschnitt 77 zugeordnete Vertiefung, die im Wesentlichen rechteckig oder mehreckig ist oder in anderer Weise mit der Größe und Form des zweiten Schaltabschnitts 77 oberhalb des Substrats 34 übereinstimmt, sowie eine dem dritten Schaltabschnitt 79 zugeordnete Vertiefung, die im Wesentlichen rechteckig oder mehreckig ist oder in anderer Weise mit der Größe und Form des dritten Schaltabschnitts 79 oberhalb des Substrats 34 übereinstimmt. Hinsichtlich der Reihen der Kondensatoren 56 hat der erste Umhüllungsabschnitt 100 eine zusammengefasste Kondensatorvertiefung oder einzelne Kondensatorvertiefungen, die mit der Form und Größe zugehöriger Kondensatoren 56 auf dem Leiterplattenzusammenbau 11 übereinstimmt oder übereinstimmen.
Der zweite Umhüllungsabschnitt 102 hat erhabene Vorsprünge 124 für jeden Schaltabschnitt, welche jeweils die Unterseite jedes Schaltabschnitts berühren können. Bei einer anderen Ausführungsform hat der zweite Umhüllungsabschnitt 102 erhabene Vorsprünge für jeden Schaltabschnitt, wobei die erhabenen Vorsprünge die Unterseite jedes Schaltabschnitts mit einem thermisch leitfähigen Schnittstellenmaterial berühren können, wie in der 8 gezeigt. Das thermisch leitfähige Schnittstellenmaterial umfasst einen eingreifenden, thermisch leitfähigen Klebstoff, eine eingreifendes thermisch leitfähiges Schmierstoff oder ein eingreifendes, thermisch leitfähiges Polymer. Wie gezeigt, hat der zweite Umhüllungsabschnitt 102 eine zusammengefasste Vertiefung für die Kondensatoren 56, die mit der Größe und Form der zugehörigen Kondensatoren 56 auf dem Leiterplattenzusammenbau 11 übereinstimmt.
Wie gezeigt, hat der erste Umhüllungsabschnitt 100 einen ersten Einlass 116 und einen ersten Auslass 118, die jeweils zum Ein- bzw. Austritt eines Kühlmittels dienen. In ähnlicher Weise hat der zweite Umhüllungsabschnitt 102 einen zweiten Einlass 120 und einen zweiten Auslass 122 zum Ein- und Auslassen eines Kühlmittels. Die 10 stellt ein illustratives Beispiel einer Ausführungsform dafür dar, wie das Kühlmittel durch den elektronischen Zusammenbau 200 zirkuliert oder gefördert wird, um eine verbesserte Kühlung der Schaltabschnitte, Kondensatoren 56 oder anderer Komponenten innerhalb des elektronischen Zusammenbaus 200 bereitzustellen.
Die 3 zeigt den elektronischen Zusammenbau 200 der 2 in seinem zusammengebauten Zustand. Jeder der Wechselstromverbinder 36, 38, 40 und Gleichstromanschlüsse 42, 44 kann mit Leitern 130 oder Kabeln über zusammenpassende Verbinder (z.B. männlichen Steckern) verbunden werden, die mit den entsprechenden Verbindern (z.B. oberflächenbefestigten Verbindern oder weiblichen Verbindern) des elektronischen Zusammenbaus 200 zusammenpassen. Zum Beispiel können die Gleichstromanschlüsse 42, 44 mit einer Gleichstromquell verbunden oder gekoppelt werden, wie einer Batterie, einem Generator, einem elektrischen Ausgang einer Brennstoffzelle oder einer gleichgerichteten Lichtmaschine. Gleichzeitig können die Wechselstromanschlüsse mit entsprechenden Phasen eines elektrischen, zu steuernden Motors (z.B. einem konventionellen, unkonventionellen oder wechselseitig gekoppelten, geschalteten Reluktanzmotor oder Wechselstrommotor mit Permanentmagneten) oder einem Wechselrichter oder einer anderen elektrischen Maschine verbunden oder gekoppelt werden.
Die Figur illustriert einen Querschnitt durch den elektronischen Zusammenbau entlang der Bezugslinie 4-4. Der Querschnitt der 4 zeigt die Kühlmittelkanäle 420, 422, 424, 421, 428, die sich zwischen dem ersten Einlass 116 und dem ersten Auslass 118 des ersten Gehäusezusammenbaus) 132 oder des ersten Umhüllungsabschnitts 100 erstrecken. Der Querschnitt der 4 zeigt auch die Kühlmittelkanäle 411, 412, 414, 416, 418, die sich zwischen dem zweiten Einlass 120 und dem zweiten Auslass 122 des zweiten Gehäusezusammenbaus 134 oder des zweiten Umhüllungsabschnitts 102 erstrecken. Bei einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Einlass 116 und dem ersten Auslass 118 ein erster Kühlmittelkanal 420, 422, 424, 421, 428 völlig innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts 100 enthalten, was einen Bedarf an zusammenwirkenden Anschlüssen im elektronischen Zusammenbau 200 zur Übertragung von Kühlmittel zwischen dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 und dem zweiten Umhüllungsabschnitt 102 eliminiert. In ähnlicher Weise ist zwischen dem zweiten Einlass 120 und dem zweiten Auslass 122 ein zweiter Kühlmittelkanal völlig innerhalb des zweiten Umhüllungsabschnitts 102 enthalten, was einen Bedarf an zusammenwirkenden Anschlüssen im elektronischen Zusammenbau 200 zur Übertragung von Kühlmittel zwischen dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 und dem zweiten Umhüllungsabschnitt 102 eliminiert. Somit werden jegliche Dichtringe, Dichtungen oder Klebstoffe zwischen diesen zusammenwirkenden Anschlüssen im ersten Umhüllungsabschnitt 100 und im zweiten Umhüllungsabschnitt 102 eliminiert und können nicht lecken.
Für illustrative Zwecke wird die 4 derart beschrieben, dass der sichtbare Abschnitt des ersten Kühlmittelkanals als auslaufender Abschnitt 420, 422, 424, 421, 428 des ersten Kühlmittelkanals bezeichnet wird, obwohl der erste Kühlmittelkanal einen einlaufenden Abschnitt hat, der dem auslaufenden Abschnitt ähnlich sieht. Der auslaufende Abschnitt und der einlaufende Abschnitt des ersten Kühlmittelkanals sin dim Wesentlichen austauschbar, da sie nur bezüglich der Flussrichtung des Fluids oder Kühlmittels und mit Bezug auf die Orientierung des Pumpenauslasses oder Pumpeneinlasses bezüglich des ersten Einlasses und ersten Auslasses definiert sind. Zum Beispiel werden der einlaufende Abschnitt und der auslaufende Abschnitt neu definiert, wenn die Anschlüsse zwischen dem ersten Einlass und dem ersten Auslass zur Pumpe hin vertauscht werden.
Bei einer Ausführungsform hat ein auslaufender Abschnitt 420, 422, 424, 421, 428 des ersten Kühlmittelkanals eine erste Einlassquerkammer 420, eine Menge an ersten, inneren auslaufenden Leitungen 422, eine Menge an ersten, auslaufenden Übergängen 424, eine Menge an ersten, äußeren auslaufenden Leitungen 421 und eine erste, äußere Querkammer 428, eine Menge erster, einlaufender Leitungen, eine Menge an ersten einlaufenden Übergängen, eine Menge an ersten, inneren einlaufenden Leitungen. Die auslaufenden Abschnitte 420, 422, 424, 421, 428 des ersten Kühlmittelkanals sind zwischen dem ersten Einlass 116 und dem ersten Auslass 118 gekoppelt und können einem kreis- oder serpentinenartigen Weg durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 zwischen dem ersten Einlass 116 und dem ersten Auslass 118 folgen. Der auslaufende Abschnitt 420, 422, 424, 421, 428 des ersten Kühlmittelkanals kann in Verbindung mit der Flussrichtung des Fluids vom ersten Einlass 116 zum ersten Auslass 118 beschrieben werden, wobei der auslaufende Weg vom ersten Einlass 116 fortgeht und der einlaufende Weg zum ersten Auslass 118 reist.
Im ersten Kühlmittelkanal kommuniziert der erste Einlass 116 mit der ersten Einlassquerkammer 420. Eine Menge an inneren, auslaufenden Leitungen 422 umfasst eine oder mehrere auslaufende Leitungen, die von der ersten Einlassquerkammer 420 ausgehen, in 4 beispielsweise in der Zeichenebene. Die jeweilige Menge an inneren, auslaufenden Leitungen 422 ist mit einer entsprechenden Menge an ersten, auslaufenden Übergängen 424 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform kann jede Region der ersten, auslaufenden Übergänge einen im Wesentlichen spiralförmigen, im Wesentlichen elliptischen oder im Wesentlichen kreisförmigen oder auf andere Weise gekrümmten Kanal umfassen, der jeweils eine der auslaufenden Leitungen 422 mit einem zugehörigen ersten, auslaufenden Leitungen 424 koppelt oder verbindet. Bei einer Konfiguration ist ein Ende der Menge der ersten, auslaufenden Leitungen 421 mit einer entsprechenden Menge der ersten, auslaufenden Übergänge 424 gekoppelt, während das andere Ende der ersten, auslaufenden Leitungen mit dem ersten, äußeren Querkammer 428 gekoppelt ist.
Im zweiten Kühlmittelkanal 411, 412, 414, 416, 418 kommuniziert der zweite Einlass 120 mit der zweiten Einlassquerkammer 411. Eine Menge an inneren, auslaufenden Leitungen 412 umfasst eine oder mehrere zweite innere auslaufende Leitungen, die von der zweiten Einlassquerkammer 411 ausgehen, in 4 beispielsweise in der Zeichenebene. Die jeweilige Menge an inneren, auslaufenden Leitungen 412 ist mit einer entsprechenden Menge an zweiten, auslaufenden Übergängen 414 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform kann jede Region der zweiten, auslaufenden Übergänge 414 einen im Wesentlichen spiralförmigen, im Wesentlichen elliptischen oder im Wesentlichen kreisförmigen oder auf andere Weise gekrümmten Kanal umfassen, der jeweils eine der auslaufenden Leitungen 412 mit einem zugehörigen zweiten, auslaufenden Leitungen 416 koppelt oder verbindet. Bei einer Konfiguration ist ein Ende der Menge der zweiten, auslaufenden Leitungen 416 mit einer entsprechenden Menge der zweiten, auslaufenden Übergänge 414 gekoppelt, während das andere Ende der zweiten, auslaufenden Leitungen 416 mit dem zweiten, äußeren Querkammer 418 oder einer Serie von im Wesentlichen paralleler, gekrümmter Leitungen oder Schleifen gekoppelt ist.
Bei einer Ausführungsform kann eine oder mehrere der Übergänge 424, 414 einen im Wesentlichen spiralförmigen, im Wesentlichen elliptischen, im Wesentlichen kreisförmigen oder auf andere Weise gekrümmten Kanal aufweisen, der um das Äußere eines mit dem Substrat 34 verbundenen Anschlusses herumnavigiert oder diesen umschließt. Somit hat jeder dieser Übergänge (wie 424) einen inneren Durchmesser oder eine im Wesentlichen kreisförmige Oberfläche 410, die konfiguriert ist, mit einer im Wesentlichen zylindrischen Oberfläche 408 des Verbinders 40 übereinzustimmen, sich damit zu verschachteln oder damit zu verzahnen. Wie in der 4 gezeigt, umschließt ein Übergang 424 (z.B. ein erster oder oberer Übergang) das Äußere des Verbinders 40 in großer Nähe zur Wärmeübertragung vom Verbinder 40 auf das Kühlmittel im ersten Kühlmittelkanal, während der Übergang 414 (z.B. zweiter oder unterer Übergang) das Äußere des Verbinders 40 in der gezeigten Konfiguration nicht umschließt. Der Übergang 414 kann aus Metall oder einer metallischen Struktur in großer Nähe zu einer Wärmesenke oder dem vierten Umhüllungsabschnitt 106 aufgebaut oder verbunden sein.
Bei einer illustrativen Ausführungsform hat der erste Umhüllungsabschnitt 100 eine innere Oberfläche mit einer passenden Form und Größe, die der Kontur von benachbarten Verbindern 36, 38, 40 oder Gleichstromanschlüssen 42, 44 entspricht. Der erste Umhüllungsabschnitt 100 hat einen Übertragungsbereich (z.B. 414) von Kanälen auf einem Spiralweg um einen äußeren Durchmesser des ersten SMD-Verbinders, um einen Wärmeweg zur Wärmeableitung von den Verbindern 36, 38, 40 oder Gleichstromanschlüssen 42, 44 zu ermöglichen. Zum Beispiel ist die innere Oberfläche im Wesentlichen zylindrisch und greift in eine entsprechende, äußere zylindrische Oberfläche eines entsprechenden der Verbinder 36, 38, 40 oder Gleichstromanschlüssen 42, 44 ein.
Der erste Gehäusezusammenbau 132 umfasst einen ersten Umhüllungsabschnitt 100, der das Substrat 34 und die primäre metallische Insel 24 überdeckt, wobei Wärme von der primären metallischen Insel 24 durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 abgeleitet wird, der sich in Kontakt mit der primären metallischen Insel 24, darüber oder in großer Nähe dazu befindet. Die Wärme wird zum Beispiel von der primären, metallischen Insel 24 durch den Umhüllungsabschnitt 100 an die Umgebungsluft um den ersten Umhüllungsabschnitt 100 abgeleitet. Zusätzlich oder getrennt vom Wärmetransfer an die Umgebungsluft um den ersten Umhüllungsabschnitt 100 wird die Wärme an die Flüssigkeit oder das Kühlmittel im Kühlkanal übertragen. Wärme oder thermische Energie wird von der tertiären metallischen Insel 28 durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 abgeleitet, der in Kontakt mit der tertiären metallischen Insel 28, darüber oder in großer Nähe dazu angeordnet ist. Wärme oder thermische Energie wird von der quartären metallischen Insel 30 durch den ersten Umhüllungsabschnitt 100 abgeleitet, der in Kontakt mit der quartären metallischen Insel 30, darüber oder in großer Nähe dazu angeordnet ist. Wie dargestellt, sind eine oder mehrere leitfähige Bahnen an einer oder mehreren Seiten des Substrats vorhanden. Der Verbinder 32 kann an den leitfähigen Blöcken an einer Seite des Substrats 34 oberflächenmontiert werden und durch eine Verbinderöffnung 15 (in 2) im ersten Umhüllungsabschnitt 100 befestigt werden.
In 4 hat der dritte Umhüllungsabschnitt 104 eine oder mehrere Rippen 402 oder Abstrahlelemente zur Abstrahlung von thermischer Energie. Bei einer anderen Ausführungsform kann der dritte Umhüllungsabschnitt 104 als Wärmesenke konfiguriert und geschmiedet, gegossen, gestanzt oder auf andere Weise aus Metall, einer Legierung oder einem metallischen Material sein. In ähnlicher Weise hat der vierte Umhüllungsabschnitt 106 eine oder mehrere Rippen 404 oder Abstrahlelemente zur Abstrahlung von thermischer Energie. Bei einer anderen Ausführungsform kann der vierte Umhüllungsabschnitt 106 als Wärmesenke konfiguriert und geschmiedet, gegossen, gestanzt oder auf andere Weise aus Metall, einer Legierung oder einem metallischen Material sein.
Die 5 zeigt einen Querschnitt des elektronischen Zusammenbaus entlang der Bezugslinie 5-5. Der Querschnitt der 5 zeigt nicht den Querschnitt durch einen der Übergänge oder einen der Wechselstromverbinder 36, 38, 40 oder Gleichstromanschlüsse 42, 44. Außerdem fällt der Querschnitt der 5 zwischen den ersten Kühlmittelkanal und den zweiten Kühlmittelkanal innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts 100 bzw. des zweiten Umhüllungsabschnitts 102.
Die 6 zeigt einen Querschnitt durch den elektronischen Zusammenbau 200 entlang der Bezugslinie 6-6. Der Querschnitt der 4 kann einen auslaufenden Übergang und zugehörige, auslaufende Abschnitte der ersten und zweiten Leitungen offenbaren, während der Querschnitt der 5 einen einlaufenden Übergang und die zugehörigen, einlaufenden Abschnitte der ersten und zweiten Leitung zeigen kann.
Eine Menge an äußeren, einlaufenden Leitungen 521 umfasst eine oder mehrere erste, äußere einlaufende Leitungen, die von der ersten äußeren Querkammer 528 ausgehen, in 4 beispielsweise in der Zeichenebene, oder eine Reihe an im Wesentlichen parallelen, gekrümmten Leitungen oder Schleifen. Die jeweilige Menge an äußeren, einlaufenden Leitungen 521 ist mit einer entsprechenden Menge an ersten, einlaufenden Übergängen 524 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform kann jeder der ersten, einlaufenden Übergänge 524 einen im Wesentlichen spiralförmigen, im Wesentlichen elliptischen oder im Wesentlichen kreisförmigen oder auf andere Weise gekrümmten Kanal umfassen, der jeweils eine der ersten einlaufenden Leitungen 521 mit einer zugehörigen ersten, inneren, einlaufenden Leitungen 522 koppelt oder verbindet. Bei einer Konfiguration ist ein Ende der Menge der ersten, inneren, einlaufenden Leitungen 524 mit einer entsprechenden Menge der ersten, einlaufenden Übergänge 524 gekoppelt, während das andere Ende der ersten, inneren einlaufenden Leitungen 522 mit der ersten Einlassquerkammer 520 gekoppelt ist. Die erste Einlassquerkammer kann mit dem ersten Einlass 116 oder dem ersten Auslass 118 gekoppelt sein.
Eine Menge an zweiten äußeren, einlaufenden Leitungen 516 umfasst eine oder mehrere zweite, äußere einlaufende Leitungen 516, die von der zweiten äußeren Querkammer 518 ausgehen, in 4 beispielsweise in der Zeichenebene, oder eine Reihe an im Wesentlichen parallelen, gekrümmten Leitungen oder Schleifen. Die jeweilige Menge an zweiten äußeren, einlaufenden Leitungen 516 ist mit einer entsprechenden Menge an zweiten, einlaufenden Übergängen 514 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform kann jeder der zweiten, einlaufenden Übergänge 514 einen im Wesentlichen spiralförmigen, im Wesentlichen elliptischen oder im Wesentlichen kreisförmigen oder auf andere Weise gekrümmten Kanal umfassen, der jeweils eine der ersten einlaufenden Leitungen 516 mit einer zugehörigen ersten, inneren, einlaufenden Leitungen 512 koppelt oder verbindet. Bei einer Konfiguration ist ein Ende der Menge der zweiten, inneren, einlaufenden Leitungen 512 mit einer entsprechenden Menge der zweiten, einlaufenden Übergänge 514 gekoppelt, während das andere Ende der ersten, inneren einlaufenden Leitungen 512 mit der zweiten Auslassquerkammer 511 gekoppelt ist. Die zweite Auslassquerkammer 511 kann mit dem zweiten Einlass 120 oder dem zweiten Auslass 122 gekoppelt sein.
In den 4 bis 6 umfasst der erste Umhüllungsabschnitt 100 eine Gruppe an Kanälen oder Mikrokanälen innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts 100 um Fluid oder Kühlmittel zu fördern, und wobei eine innere Oberfläche des ersten Umhüllungsabschnitts 100 in Kontakt mit einer oder mehreren der metallischen Inseln (z.B. der primären metallischen Insel 24 der sekundären metallischen Insel 26, der tertiären metallischen Insel 28 oder der quartären metallischen Insel 30) in Kontakt, darüber oder in großer Nähe dazu ist zwecks einer Übertragung der Wärme von den metallischen Inseln zum Kühlmittel oder Fluid innerhalb der Kanäle oder Mikrokanäle.
Bei einem Beispiel umfasst der zweite Umhüllungsabschnitt 102 eine Gruppe an Kanälen oder Mikrokanälen innerhalb des zweiten Umhüllungsabschnitts 102 um Fluid oder Kühlmittel zu fördern, und wobei eine innere Oberfläche des zweiten Umhüllungsabschnitts 102 in Kontakt mit einer oder mehreren der metallischen Inseln (z.B. der primären metallischen Insel 24 der sekundären metallischen Insel 26, der tertiären metallischen Insel 28 oder der quartären metallischen Insel 30) in Kontakt, darüber oder in großer Nähe dazu ist zwecks einer Übertragung der Wärme von den metallischen Inseln zum Kühlmittel oder Fluid innerhalb der Kanäle oder Mikrokanäle. Die Halbleiter 20, 22 sind am Substrat 34 oberflächenbefestigt (SMD) und mit den zugehörigen Leiterbahnen 406 in 4 verbunden, während der zweite Umhüllungsabschnitt 102 eine innere Oberfläche mit einer passenden Form und Größe hat, die der Kontur oder benachbarten Oberfläche des Substrats 34 und der zugehörigen elektrischen Komponenten auf dem Substrat entspricht.
Die 7 zeigt einen vergrößerten rechteckigen Abschnitt des in der 4 gezeigten Querschnitts des elektronischen Zusammenbaus 200. Die 7 zeigt klar den Übergang, der mit einem z.B. oberflächenmontierten Verbinder in Eingriff steht, welcher mit einem entsprechenden Verbinderabschnitt (z.B. Stecker) und einem Leiter verbunden ist. Hier ist der entsprechende Verbinderabschnitt als rechtwinkliger Verbinder dargestellt, obwohl jeglicher Verbinder (z.B. gerader oder gewöhnlicher Verbinder) verwendbar wäre.
In der 7 umfasst der erste Umhüllungsabschnitt 100 eine erste Leitung. Die erste Leitung umfasst wiederum eine Gruppe an im Wesentlichen paralleler und sich längs erstreckender Kanäle oder erster Mikrokanäle innerhalb des ersten Gehäuseabschnitts 100, wobei ein sich anschließender Bereich des ersten Umhüllungsabschnitts 100 einen thermischen Weg zwischen der einen oder mehreren metallischen Insel und dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 bereitstellt. Bei einer Ausführungsform sind die Kanäle bedeutungsgleich mit den zuvor beschriebenen, einlaufenden und auslaufenden Wegen.
Wie in 7 gezeigt, umfasst der zweite Umhüllungsabschnitt 102 eine zweite Leitung. Die zweite Leitung umfasst wiederum eine Gruppe an im Wesentlichen paralleler und sich längs erstreckender Kanäle oder erster Mikrokanäle innerhalb des zweiten Gehäuseabschnitts 102, wobei ein sich anschließender Bereich des zweiten Umhüllungsabschnitts 102 einen thermischen Weg zwischen der einen oder mehreren metallischen Insel 24 bis 30 und dem zweiten Umhüllungsabschnitt 102 bereitstellt.
Der dritte Umhüllungsabschnitt 104 ist am ersten Umhüllungsabschnitt 100 befestigt. Der dritte Umhüllungsabschnitt 104 umfasst eine Abdeckung oder Wärmesenke (z.B. eine Abdeckung mit externen Kühlrippen oder im Wesentlichen parallelen Leisten), um einen ergänzenden Weg zur Übertragung der Wärme von einer oder mehreren metallischen Inseln 24 bis 30 des elektronischen Zusammenbaus 200 bereitzustellen. Der vierte Umhüllungsabschnitt 106 ist mit dem zweiten Umhüllungsabschnitt 102 gekoppelt. Der vierte Umhüllungsabschnitt 106 umfasst eine Abdeckung oder Wärmesenke (z.B. eine Abdeckung mit externen Kühlrippen oder im Wesentlichen parallelen Leisten), um einen ergänzenden Weg zur Übertragung der Wärme von einer oder mehreren metallischen Inseln 24 bis 30 des elektronischen Zusammenbaus 200 bereitzustellen.
Der elektronische Zusammenbau 200 der 8 ist ähnlich dem elektronischen Zusammenbau der 7, umfasst jedoch ein thermisches Schnittstellenmaterial 801, 802, 803, einen wärmeleitenden Kleber oder ein thermisch leitfähiges Schmiermittel. Das thermische Schnittstellenmaterial 801, 802, 803 wird beispielsweise zwischen der primären metallischen Insel 24 und dem ersten Umhüllungsabschnitt 100, zwischen der tertiären metallischen Insel 28 und dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 und zwischen der quartären metallischen Insel 30 und dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 verwendet.
Bei einer Ausführungsform ist das thermische Schnittstellenmaterial ein Lückenfüller, der zwischen dem Leiterplattenzusammenbau 11 und dem Inneren des elektronischen Zusammenbaus 200 verwendet werden kann. Ein thermisches Schnittstellenmaterial kann in eine Lücke zwischen dem Leiterplattenzusammenbau 11 und der im Wesentlichen dazu passenden inneren Oberfläche des ersten Umhüllungsabschnitts 100 und in eine zweite Lücke zwischen dem Leiterplattenzusammenbau 11 und dem zweiten Umhüllungsabschnitt 102 eingespritzt, gezwängt oder eingesetzt werden. Das thermische Schnittstellenmaterial kann unregelmäßige Vertiefungen, Aussparungen oder Löcher in einer Schicht auffüllen. Das thermische Schnittstellenmaterial ist gut geeignet, keine oder wenige Bindungslinien zu hinterlassen, nachdem das thermische Schnittstellenmaterial vulkanisiert wurde. Das thermische Schnittstellenmaterial wird verwendet, Kurzschlüsse und Metall-Metall-Kontakte zu vermeiden, wo ein unter Spannung stehender metallischer Anschluss oder eine elektrisch leitfähige Struktur auf einem Nicht-Erd-Potential eine metallische Komponente auf elektrischem Erdpotential berühren könnte. Das thermische Schnittstellenmaterial ist gut geeignet, Wärme von aktiven Komponenten weg und an Kühlkanäle zu leiten, die im ersten Umhüllungsabschnitt 100, im zweiten Umhüllungsabschnitt 102 oder im Gehäuse geformt sind. Zum Beispiel kann das metallische Schnittstellenmaterial in direktem Kontakt mit den metallischen Inseln 24 bis 30 oder Wärmesenkenstreifen auf dem Substrat 34 sein. Auch überdeckt das metallische Schnittstellenmaterial die Kondensatoren 56 und kann ein Loch zwischen den Kondensatoren 56 und dem Inneren des ersten Umhüllungsabschnitts 109 und des zweiten Umhüllungsabschnitts 102 füllen, um Wärme von den Kondensatoren abzuziehen oder abzuleiten.
Das thermische Schnittstellenmaterial kann aufgetragen, z.B. aufgesprüht werden und wenn es vulkanisiert, ist es eine dielektrische Struktur mit einer relative hohen thermischen Leitfähigkeit, wie ca. 240 Watt/meter-Kelvin in der x-y-Richtung und ca. 5 Watt/meter-Kelvin in der z-Richtung, wobei die x-y-Ebene jene der Oberfläche des Substrats 34 ist, sodass die Wärmeübertragung theoretisch mit einem nicht isotropen Gradienten innerhalb des elektronischen Zusammenbaus 200 stattfindet.
Wie in der 1 gezeigt, könnte, wo Flip-Chip-Verfahren für den ersten und zweiten Halbleiterschalter 20, 22 verwendet werden, eine erste thermische Schnittstellenmaterialschicht ein Seite des Substrats 34 überdecken oder damit verklebt sein und eine zweite thermische Schnittstellenmaterialschicht könnte mit die erste thermische Schnittstellenmaterialschicht überdecken oder damit verklebt sein, wobei die mehreren thermischen Schnittstellenschichten dahin tendieren, Stoßabsorption und Schwingungsstressverminderung bereitzustellen.
Bei einer Konfiguration in der das thermisch leitfähige Material ein Harz umfasst, das als dielektrisches Material ausvulkanisiert, bietet das thermisch leitfähige Material einen besseren Abriebswiderstand und größere Adhäsion an umgebende Komponenten und das Innere des Gehäuses als z.B. leitfähiges Schmierfett.
Bei einer anderen Ausführungsform hat das Substrat 34 als unbestückte Leiterplatte (z.B. ein keramisches Substrat) eine Schnittstellenschicht mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, damit ein erster thermischer Ausdehnungskoeffizient der metallischen Inseln 24 bis 30 mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 34 zur Wärmebewirtschaftung übereinstimmt. Zum Beispiel umfasst die Schnittstellenschicht eine dielektrische, insbesondere im Wesentlichen planare Schicht aus Polymer, Kunststoff oder mit Fasern verstärktem Polymer, die zwischen den metallischen Inseln 24 bis 30 und dem Substrat angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform umfasst diese Schnittstellenschicht ein Polyimid- oder Bismaleimide Triazin(BT)-Material, das an dem beispielsweise keramischen (wie FR4) Substrat 34 verklebt oder angebunden ist. Auch kann die das Polyimid- oder Bismaleimide Triazin(BT)-Material umfassende Schnittstellenschicht, die mit dem Substrat verklebt ist, dazu dienen, eine Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats 34 und einem zusätzlichen Substrat 46 oder zwischen dem Substrat 34 und einer Gate-Treiberschaltkreiskarte herzustellen, die unterhalb des Verbinders 32 liegt.
Bei einer Ausführungsform ist der elektronische Zusammenbau 200 der 9 ähnlich dem elektronischen Zusammenbau 200 der 7, mit der Ausnahme, dass der elektronische Zusammenbau der 9 weiterhin einen thermisch leitfähigen Durchgang 900 (z.B. einen Durchgang aus Kunststoff, Polymer, aus dielektrischem, wärmeleitfähigem Material, einem Thermoplasten oder einem thermoplastischen Einsatz) beinhaltet, der sich in thermischer Kommunikation mit einer wärmesenkenden metallischen Insel 901 oder Bodenebene an einer gegenüber liegenden Seite des Substrats 34 von den metallischen Inseln 24, 28, 30 befindet. Einer oder mehrere thermisch leitfähige (z.B. als thermoplastische Durchgänge oder Einsätze realisierte) Durchgänge 900 können aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein, das thermisch leitet, aber elektrisch isoliert: (1) um sicherzustellen, dass metallische Inseln 28, 24, 30 keine elektrische Verbindung formen oder erleichtern (z.B. einen elektrischen Kurzschluss, wenn die Insel elektrisch schwimmt oder sich auf einem von Erde verschiedenen Betriebspotential befindet) oder (2) um Ausgänge für unterschiedliche Phasen eines Wechselrichters oder elektronischen Zusammenbaus 200 zu isolieren, wo eine gemeinsame Bodenebene zwischen einer oder mehreren metallischen Inseln 24, 28, 30 und einer entsprechenden wärmesenkenden metallischen Insel 901 oder Bodenebene verwendet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der elektronische Zusammenbau der 9 ähnlich dem elektronischen Zusammenbau nach 7, mit der Ausnahme, dass der elektronische Zusammenbau der 9 zusätzlich einen thermisch leitfähigen Durchlass 900, einen leitfähigen Sackdurchlass oder ein beschichtetes Durchgangsloch in thermischer Kommunikation mit einer wärmesenkenden metallischen Insel 901 oder einer Grundebene an einer gegenüberliegenden Seite von den metallischen Inseln 24, 28, 30 aufweist, wobei der thermisch leitfähige Durchgang 900 elektrisch und thermisch leitfähig ist. In bestimmten Ausführungsformen dieser Offenbarung können thermisch leitfähige Durchgänge eine oder mehrere der metallischen Inseln 24, 28, 30 (z.B. elektrisch und mechanisch) auf einer ersten Seite des Substrats 34 mit einer oder mehreren wärmesenkenden metallischen Inseln 901 oder einer oder mehreren Grundebenen auf einer zweiten Seite des Substrats 34 verbinden, welche der ersten Seite gegenüber liegt. Die 9 zeigt im Wesentlichen, dass thermisch leitfähige Durchgänge (z.B. dielektrische thermisch leitfähige Durchgänge, thermisch leitfähige metallische Durchgänge oder beide) zwischen der primären metallischen Insel 24 und der metallischen Grundebene 901, zwischen der tertiären metallischen Insel 28 und der wärmesenkenden metallischen Insel 901 (die auch als metallische Grundebene oder phasen-spezifische Grundebene bezeichnet wird) und zwischen der quartären metallischen Insel 30 und der metallischen Grundebene 901 verbunden (z.B. thermisch, mechanisch, elektrisch oder eine Kombination aus zwei oder dreien dieser Verbindungsarten) sind.
Die 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Fluidkühlsystems 900, das den elektronischen Zusammenbau 200 der 1 aufnimmt. Das Fluidkühlsystem 900 umfasst einen Radiator 950, der durch eine Verrohrung 958 mit einer Pumpe 952 gekoppelt ist. Die Pumpe 952 ist wiederum mit dem elektronischen Zusammenbau durch eine Verrohrung 956, 962, 943 gekoppelt. Der Radiator 650 hat Verbindungsanschlüsse 948, 951. Wenigstens ein Verbindungsanschluss (z.B. 951) ist mit einem Pumpeneinlass 954 oder einem Pumpenauslass 956 durch eine Verrohrung 958 verbunden, während die gegenüberliegende Verbindung 964 von der Pumpe 952 durch die Verrohrung mit dem elektronischen Zusammenbau 200 verbunden ist. Zum Beispiel ist ein erster Verbindungsanschluss 951 mit einem Pumpeneinlass 954 gekoppelt, während ein zweiter Verbindungsanschluss 948 des Radiators durch Verrohrungen 944, 946, eine oder mehrere Fittings 947, innere Kanäle innerhalb des elektronischen Zusammenbaus 200 und Verrohrungen 943, 962, 956 mit einem Pumpenauslass 964 verbunden ist.
Der elektronische Zusammenbau 200 hat einen ersten Umhüllungsabschnitt 100 und einen zweiten Umhüllungsabschnitt 102, die zusammengefügt werden, um ein Gehäuse zu bilden. Das Gehäuse umfasst zudem einen dritten Umhüllungsabschnitt 104 und einen vierten Umhüllungsabschnitt 106- Der erste Umhüllungsabschnitt 100 hat einen ersten Einlass 116 und einen ersten Auslass 118. Der zweite Umhüllungsabschnitt 102 hat einen zweiten Einlass 120 und einen zweiten Auslass 122.
Wie dargestellt, ist der Pumpenauslass 964 mit dem ersten Einlass 116 und dem zweiten Einlass 120 des elektronischen Zusammenbaus 200 über Verrohrungen 956, 962, 943 und T-Fittings, Y-Fittings oder andere geeignete Verbinder 947. Similarly, the second radiator port is coupled to the first outlet 118 and the second outlet 122 via tubes and tee fittings, Y-fittings, or other appropriate connectors 947.
Während oder vor dem Betrieb wird der Radiator 950 mit einem Fluid oder Kühlmittel gefüllt. Der Radiator 950 kann einen Vorrat an Kühlmittel bereitstellen, die Kanäle und zugehörigen Kammern innerhalb des elektronischen Zusammenbaus 200 können einen Vorrat an Kühlmittel bereitstellen oder beide. Die Pumpe 952 fördert Fluid oder Kühlmittel in den ersten Einlass 116 zwecks Zirkulation des Fluids oder Kühlmittels innerhalb des ersten Umhüllungsabschnitts 100. Das Fluid oder Kühlmittel tritt am ersten Auslass 118 aus dem ersten Umhüllungsabschnitt 100 aus, welcher mit dem Radiator 950 durch die Verrohrung gekoppelt ist. Ähnlich fördert die Pumpe 952 Fluid oder Kühlmittel in den zweiten Einlass 120 zwecks Zirkulation des Fluids oder Kühlmittels innerhalb des zweiten Umhüllungsabschnitts 102. Das Fluid oder Kühlmittel tritt am zweiten Auslass 122 aus dem zweiten Umhüllungsabschnitt 102 aus, welcher mit dem Radiator 950 durch die Verrohrung gekoppelt ist.
Die Leiterplatte 11 kann entsprechend unterschiedlicher Techniken gefertigt werden, von denen einige Beispiele folgen. Die Leiterplatte wird durch Anbringung von SMD-Filmkondensatoren, Verbindersockeln und flächiger Leistungsschaltelemente an einer oder beiden Seiten des Substrats 34 und des zusätzlichen Substrats 46 bevölkert. Die Komponenten können z.B. durch eine Greif- und Platzierungsmechanisierung befestigt werden. Der elektronische Zusammenbau stellt Steuer- und Gatetreiberfunktionsschaltkreise einschließlich eines Niederspannungsanschlusses für einen Batterie- und Elektromaschinenkabelbaum bereit.
Die Umhüllungsabschnitte 100, 102, 104, 106 können einen gegossenen (z.B. spritzgegossenen) Deckel oder eine Abdeckung umfassen, der oder die durch dreidimensionales Drucken aufgebaut oder andere Weise geformt werden kann. In einer Ausführungsform kann zum Beispiel der elektronische Zusammenbau 200 in einem hoch automatisierten Prozess hergestellt werden unter Verwendung von dreidimensionalem Drucken der Umhüllungsabschnitte 100 und 102, um die Formierung von integrierten Kühlkanälen innerhalb der Umhüllungsabschnitte 100, 102 zu unterstützen. Jeder Umhüllungsabschnitt 100, 102 hat eine innere Oberflächenform und -profil, die und das mit der Form und dem Profil von auf der Leiterplatte 11 angebrachten Bauelementen und Verbindern sowie einer Steuer- und Gatetreiberleiterplatte unterhalb des Verbinders 32 zusammenpassen. Somit ist der elektronische Zusammenbau 200 gut für eine hohe Packungsdichte geeignet und benötigt weniger Volumen für die Leistungskapazität des elektronischen Zusammenbaus 200. Bei einer Konfiguration kann das Substrat 34 mit dem zusätzlichen Substrat 46 (oder der Gatetreiberleiterplatte) durch Verwendung einer Kugelgitterreihenverbindung (ball grid array, BGA) verbunden werden. Ein zusammengebautes Substrat 34 mit daran befestigten Bauelementen könnte beispielsweise durch einen Rückflussprozess mit der Steuer- und Gatetreiberplatte gehen.
Die Verbinder 36, 38, 40, 42, 44 umfassen oberflächenbefestigte Verbinder, die für den elektronischen Zusammenbau 200 die Steck- und Buchsentypen an elektrischen Verbindungen zwischen der Last (z.B. Elektromotor, Generator oder Maschine) und der Energiequelle (z.B. Gleichstromquelle) unterstützen. Die Verbinder sind zwischen Kondensatorelementen und flächigen Chipsets des ersten Halbleiterschalters 20 und des zweiten Halbleiterschalters 22 bevölkert. Die obige Platzierung der Verbinder 36, 38, 40, 42, 44 im elektronischen Zusammenbau 200 unterstützt die elektrische Entwurfsfunktionalität (z.B. Minimierung der Systeminduktanz und Vermeidung unnötiger Stromschleifen), die thermische Funktionalität (z.B. wird der Raum zwischen den Chipsets 20, 22 und Kondensatoren 56 verwendet, um bei wesentlicher Temperaturdifferenz operierende Teile zu trennen und auch die gesamte Oberfläche zur verbesserten Wärmeableitung zu vergrößern) und die mechanische Funktionalität (z.B. Minimierung der für die Leiterplatte 11 benötigten Fläche).
Bei einer Ausführungsform umfasst das zusätzliche Substrat 46 oder ein unterhalb des Verbinders 32 einen Gatetreiberschaltkreis und eine Steuerplatte. Das zusätzliche Substrat 46 kann mit einem Gatetreiberschaltkreis zur Kontrolle einer oder mehrerer Phasen der Halbleiterschalter 20 und 22 versehen sein. Der Gatetreiberschaltkreis kann unter Verwendung eines Application Specific Integrated Circuit(ASIC)-Verfahrens miniaturisiert sein. Die Verwendung eines ASIC für die Miniaturisierung des Gatetreiberschaltkreises vereinfacht nicht nur das Layout des Schaltkreises, sondern verbessert auch die Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen und Streueffekten, die durch Stromänderungen über die Zeit und Spannungsänderungen über die Zeit entstehen. Der Gatetreiberschaltkreis umfasst einen Stromsensorkreis und eine Niederspannungssteuerung mit diskreten Schaltkreisen. Bei einer Konfiguration ist der Stromsensorkreis nahe oder benachbart eines Wechselrichterwechselstromausgangs oder einer oder mehrerer metallischer Inseln angebracht, wob der Stromsensorkreis durch jegliche notwendige Abschirmungen und Fluss/Feldkonzentratoren begleitet wird. Die Niederspannungssteuerung und die diskreten Schaltkreise können innerhalb eines Field Programmable Gate Array (FPGA) eingebettet und diskrete elektronische Teile und integrierte Schaltkreise sein. Der Gatetreiberschaltkreis und die Steuerplatte sind mit einer SMD-Niederspannungskabelbaumverbindung mit einer Batterie und Sensoren verbunden, die auf einem elektrischen Motor/Generator angebracht sind, der vom Wechselrichter versorgt wird.
Das Gehäuse kann durch dreidimensionales Drucken oder Spritzguss hergestellt werden. Um es durch dreidimensionales Drucken herzustellen, wird zunächst ein Laserscanner verwendet, um die Leiterplatte 11 abzuscannen. Der Laserscanner produziert ein oder mehrere dreidimensionale Bilder des Profils der Leiterplatte 11. Getrennte Laserbilder jeder Seite der Leiterplatte 11 werden als Eingangsdaten gesammelt. Zweitens kann ein vorgeformtes thermisches Schnittstellenmaterial auf der mit Bauelementen bevölkerten Leiterplatte 11 abgelagert werden. Das Schnittstellenmaterial erlaubt einen nahen Kontakt zwischen Wärme erzeugenden Bauelementen oder Regionen, Wärme leitenden Komponenten oder Regionen oder Wärme abstrahlenden Komponenten innerhalb des elektronischen Zusammenbaus 200 und einem Inneren des Gehäuses. Bei einer alternativen Konfiguration kann eine Schicht eines thermischen Schnittstellenmaterials mit einer optimierten Dicke (z.B. zur elektrischen Isolation und thermischen Leitung optimiert) an der inneren Seite des ersten Gehäuseabschnitts 100 und des zweiten Gehäuseabschnitts angebracht werden.
Drittens kann das Gehäuse aus einem Polymer, Kunststoff oder einem metallischen Material aufgebaut sein. Bei einer Konfiguration wird das Gehäuse aus einem leichtgewichtigen Material wie Aluminium oder einem Polymer-Metall-Verbund basierend auf dem einen oder mehreren vom Laserscanner gesammelten Profilen oder Bildern gedruckt. Das dreidimensional gedruckte Gehäuse entspricht den Teilen und Merkmalen der Leiterplatte 11. Zum Beispiel kann das dreidimensional gedruckte Gehäuse des Wechselrichters alle Komponenten und Teile der Leiterplatte 11 berühren oder kontaktieren. Wie in den 4 und 7 gezeigt, wird das dreidimensional gedruckte Gehäuse eingebaute Kühlmittelkanäle oder Mikrokanäle aufweisen, welche einen turbulenten Fluss des Kühlmittels erzeugen. Die eine doppelseitige Kühlung der Halbleiterschalter 20, 22 bewirkenden Kühlmittelkanäle bewirken gemeinsam mit der seitlichen Ableitung von Wärme aus den Leistungselementen durch thermische Verwaltung von Verbindungen. Dieser automatisierte dreidimensionale Druckprozess für das Gehäuse des Wechselrichters wird effektiv ungenutztes Volumen oder Leerraum innerhalb des elektronischen Zusammenbaus 200 vermindern, was eine verminderte Packungsgröße des elektronischen Zusammenbaus 200 unterstützt. Der dreidimensionale Druck wird eine Dickenoptimierung des Gehäuses/Umhüllung erlauben, wodurch der Materialbedarf reduziert wird und somit beträchtliche Kostenersparnisse möglich werden, wenn der dreidimensionale Druckprozess reift. Das dreidimensional gedruckte Gehäuse erleichtert einen verbesserten Zugang der Halbleiterschalter 20, 22 zu thermisch leitfähiger Flüssigkeit, die eine höhere Leistung des Wechselrichters ermöglicht.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Spritzgussverfahren zur Herstellung des Gehäuses oder der Umhüllungsabschnitte 100, 102 dienen. Das Gehäuse verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Schwingungen und Stöße, da die Umhüllungsabschnitte 100, 102 dicht mit dem thermischen Schnittstellenmaterial und der Leiterplatte 11 gefüllt und mit dem thermischen Schnittstellenmaterial eingekapselt sind. Unbenutzte und ausgesetzte Flächen der Leiterplatte 11 werden leitfähige Landmuster oder metallische Inseln aufweisen, um die gesamte Kontaktfläche zwischen der Leiterplatte 11 und dem vorgeformten thermischen Schnittstellenmaterial effektiv zu vergrößern. Das thermische Schnittstellenmaterial stellt elektrische Isolation und thermische Leitung zwischen den Bauelementen auf der der Leiterplatte 11 und dem Gehäuse bereit, z.B. dem ersten und zweiten Umhüllungsabschnitt 100 und 102.
Eine thermische Schnittstellenschicht kann über eine oder mehrere der folgenden Teile oder Bauelemente innerhalb des Wechselrichterzusammenbaus platziert, gewickelt, eingespritzt, gesprüht oder abgelegt werden: die Umhüllungsabschnitte 100, 102, das Substrat 34, das zusätzliche Substrat 46, die gedruckte Leiterplatte 11, die Kondensatoren 56, metallische Inseln 24, 28, 30, Streifen, Blöcke, Inseln oder rippenförmige metallische Merkmale oder Muster auf der Leiterplatte 11, Verbinder oder Leistungsanschlüsse 36, 38, 40, 42, 44, jegliche Wärme erzeugende Schaltkreise auf der Steuer- und Gatetreiberschaltkreisplatte, jegliche Teile die gegen Schwingungen und Stöße festzuhalten sind, und/oder jegliche Teile die anderenfalls thermischen Schocks oder Temperaturänderungen ausgesetzt wären. Das thermische Schnittstellenmaterial zwischen der Leiterplatte 11 und den Umhüllungsabschnitten 100, 102 hilft bei der Verwirklichung einer hochkapazitiven (z.B. bezüglich des Ausgangsstroms), hohen Packungsdichte (z.B. hinsichtlich eines Stromausgangs je vom Zusammenbau benötigten Raumvolumens).
Das thermische Schnittstellenmaterial erleichtert die verbesserte Wärmeableitung vom elektronischen Zusammenbau 200, wie einen möglichen doppelseitigen Kühlungsansatz für die Halbleiterschalter 20, 22. Das thermische Schnittstellenmaterial kann zum Beispiel eine beträchtliche Vergrößerung der Leistungs- und Thermozyklen für die Halbleiterschalter 20, 22 ermöglichen. Dieser Wärmeableitungsansatz führt potentiell zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Halbleiterschalter gegenüber konventionellen Zusammenbauten. Das an die Innenseite und Komponenten des Zusammenbaus 200 geklebte thermische Schnittstellenmaterial tendiert zu einer Minimierung des thermischen Widerstands von der Sperrschicht zu Kühlkanälen im Wärmetauscher (Wechselrichterkaltplatte). Ein vergrößerter Abstand zwischen der erlaubten maximalen Sperrschichttemperatur für Leistungselemente und der maximalen Kühlmitteltemperatur ermöglichen eine Gelegenheit für eine verminderte Größe der Halbleiterbauelemente.

Claims

Elektronischer Zusammenbau für einen Wechselrichter umfassend: ein Substrat mit einer dielektrischen Schicht und metallischen Leiterbahnen, eine Vielzahl an Anschlüssen, die angeordnet sind, damit sie mit einer Gleichstromquelle verbunden werden können, einen ersten Halbleiter und einen zweiten Halbleiter, die zwischen den Anschlüssen der Gleichstromquelle untereinander verbunden sind, und eine primäre metallische Insel, die in einer primären Zone zwischen dem ersten und zweiten Halbleiter angeordnet ist und/oder eine sekundäre metallische Insel, die in einer sekundären Zone zwischen benachbarten oberflächenbefestigen Verbindern angeordnet ist, welche die auf dem Substrat befestigt und elektrisch mit den Anschlüssen oder den metallischen Schaltkreisbahnen zur Verbindung mit Phasenausgängen des Wechselrichters verbunden sind, wobei die primäre und/oder sekundäre metallische Insel eine größere Dicke oder Höhe als die Leiterbahnen des Substrats hat und eine Wärmesenke zur Abstrahlung und Wärmeableitung bereitstellt.
Zusammenbau nach Anspruch 1, wobei Wärme von den der primären und/oder sekundären metallischen Insel durch wärmeleitfähige Durchgänge abgeleitet wird, die zwischen der primären und/oder sekundären metallischen Insel und einer Bodenfläche oder Wärmesenke an der gegenüber liegenden Seite des Substrats verbunden sind.
Zusammenbau nach Anspruch 1, wobei ein erster Umhüllungsabschnitt das Substrat überdeckt und Wärme von der primären und/oder sekundären metallischen Insel durch den ersten Umhüllungsabschnitt abgeleitet wird, der sich in Kontakt, über oder in großer Nähe zur primären und/oder sekundären metallischen Insel befindet.
Zusammenbau nach Anspruch 1, mit einem thermischen Schnittstellenmaterial, einem wärmeleitfähigen Kleber oder einem wärmeleitfähigen Schmiermittel zwischen der primären und/oder sekundären metallischen Insel und dem ersten Umhüllungsabschnitt.
Zusammenbau nach Anspruch 3, wobei der erste Umhüllungsabschnitt eine innere Oberfläche hat, deren Form und Größe an die oberflächenmontierten Halbleiter und/oder an die oberflächenmontierte Verbinder für die Gleichstromversorgung und/oder den Phasenausgang und/oder der diesen benachbarten primären und/oder sekundären metallischen Insel angepasst ist.
Zusammenbau nach Anspruch 3 oder 5, wobei der erste Umhüllungsabschnitt eine Gruppe an Kanälen oder Mikrokanälen, durch die ein Fluid oder Kühlmittel führbar ist, mit einer angrenzenden Abdeckung oder inneren Oberfläche umfasst, die sich in Kontakt mit, oberhalb von oder in großer Nähe von der primären und/oder sekundären metallischen Insel befindet zwecks Wärmeübertragung von der primären und/oder sekundären metallischen Insel.
Zusammenbau nach Anspruch 5, wobei der erste Umhüllungsabschnitt einen Übergangsabschnitt von Kanälen aufweist, die spiralförmig um einen äußeren Durchmesser um die ersten Verbinder verlaufen.
Zusammenbau nach Anspruch 7, wobei die innere Oberfläche des ersten Umhüllungsabschnitts im Wesentlichen zylindrisch ist und mit einer entsprechenden, äußeren zylindrischen Oberfläche eines ersten Verbinders im Eingriff steht.
Zusammenbau nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei ein zweiter Umhüllungsabschnitt unterhalb des Substrats angeordnet ist.