JP2011514002A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの底部（１）、該底部に割り当てられた回路支持体（２）、ならびに制御装置（４）を封止する蓋部（３）を備えた制御装置（４）に関する。

Description

先行技術
自動車における多くの制御装置は、少なくとも３つの構成部材、すなわち底部、回路支持体、および蓋部から形成されている。ここでは回路支持体とパワーエレクトロニクスとの間、ないしはこれら２つのケーシング部分の間において良好な熱的コンタクトが保証されることが重要である。回路支持体およびパワーエレクトロニクスの温度は動作中に上昇する。熱放散は、これまで例えば２つのケーシング部分に設けられた冷却リブによって行われてきた。これによって発生した損失熱を放散することができる。

この方法の場合には確実な熱放散を保証するために、許容公差を狭くしなければならないという欠点がある。しかしながら非常に狭い許容公差を維持することにより、このような回路支持体の製造の値段は上昇する。熱放散は、水冷却、ペルチェ効果、熱交換、または換気によって行うことも可能である。しかしながらこのような装置を実装することは、とりわけ自動車製造においては非常に困難かつ高コストである。

回路支持体を介して熱を冷却体に伝導することが公知である。構成部材間に使用されるペースト、接着剤、または固体材料によって熱を直接冷却体に伝導させることができる。水を重力とは反対に移動させる、細管の毛管現象も公知であり、この毛管現象を熱放散のために利用することができる。

とりわけ比較的大きい出力クラス用の制御装置においては著しい熱量が発生し、この著しい熱量は冷却路によって低減しなければならない。このためにしばしば冷却リブがケーシングに設けられ、付加的に熱伝導性ペーストまたは固体材料が使用される。これによりコストは上昇してしまう。

発明の概要
本発明によれば、少なくとも１つの底部、該底部に割り当てられた回路支持体、ならびに制御装置を封止する蓋部を備えた制御装置が設けられており、該制御装置は、熱を放散する基板および／または熱を放散する構成部材によって所期の温度とすることができる。基板は、冷却路を有する制御装置の内部に収納される。本発明による制御装置の構成によれば、とりわけペーストおよび固体材料の使用を省略することが可能となる。

有利には、冷却路は凹入部および／または溝として構成されている。制御装置の中に組み込まれる冷却路を用いた短い経路により、冷却効果の改善が達成される。冷却路は既存の非常に小さいケーシングに簡単に形成することができる。これによって温度負荷は小さくなる。さらにこのように構成された制御装置は、温度の変動が大きくても使用することができる。小さな構造スペースしか必要としないので、重量を節約することが可能となり、ひいては製造コストを低下させることが可能となる。

さらに有利には、冷却路が浅い凹入部として形成されている。冷却路は既存のケーシングに形成することができる。このようなケーシングは、比較的大きな温度変動に損傷なく耐えることができる。

さらに有利には、複数の冷却路を互いに接続して、冷却液を冷却路内で循環させることができる。

広幅の冷却路が、狭幅の冷却路の約２倍の幅であると有利である。

さらには広幅の溝ないし冷却路の深さが、狭幅の溝ないし冷却路の約半分から２倍であると有利である。

有利には、冷却路は、底部および／または回路支持体および／または蓋部に設けられており、冷却路の深さは２００μｍよりも小さいか、１２０μｍよりも小さいか、または１０μｍと１２０μｍの間、とりわけ５０μｍと１１０μｍの間にある。

本発明の別の実施形態においては、有利には、狭幅の冷却路のサイズは５μｍと２００μｍの間、または１０μｍと１５０μｍの間、または８０μｍと１２０μｍの間にある。

有利には、広幅の冷却路のサイズは、１００μｍと１０ｍｍの間、または２００μｍと５００μｍの間、または２００μｍと３００μｍの間である。狭幅の冷却路が１００μと２００μｍの間にあるとの記載は、実施形態に応じて選択可能な範囲を記載したものである。

有利には溝構造は制御装置の底部に設けられており、溝構造を備える回路支持体と蓋部との間の密封を非常に簡単に行うことができる。密封は、平坦または構造化された底部および蓋部の場合には非常に簡単に実施可能である。

本発明の実施形態および配置の関連において有利には、冷却路は、底部、回路支持体、おおび蓋部の表面にグループとして形成されている、および／または、互いに独立した種々異なるグループとして形成されており、この際それぞれ個々のグループは通流接続されている。

さらに有利には、冷却液を制御装置の冷却路に注入した後、所定量の冷却液が、封止された制御装置内で負圧を形成するために再びポンプで排出される。

さらに有利には、蓋部および／または底部は、導電性材料または電気絶縁性材料から形成される。

図面に基づき、以下に本発明を詳しく説明する。

図１は、少なくとも１つの底部と、該底部に割り当てられた回路支持体とを備えた制御装置の断面図である。 図２は、制御装置の別の１つの実施形態を示す図であり、ここでは蓋部に浅い溝が形成されている。 図３は、制御装置の別の１つの実施形態を示す図であり、ここでは蓋部に深い溝および浅い溝が形成されている。 図４は、制御装置の別の１つの実施形態を示す図であり、ここでは回路支持体に深い溝および浅い溝が形成されており、深い溝および浅い溝は交互に現れるのではなく群を形成している。 図５は、制御装置の別の１つの実施形態を示す図であり、ここでは回路支持体に深い溝が形成されており、蓋部に浅い溝が形成されている。 図６は、制御装置の別の１つの実施形態を示す図であり、ここでは回路支持体に浅い溝が形成されており、蓋部に深い溝が形成されており、この配置は底部にも設けることができる。 図７は、図３の平面図であり、ここでは全ての溝が互いに接続されている。 図８は、熱源を備えた、図３による制御装置の別の１つの実施形態を示す平面図である。

実施形態
図１からは、制御装置４に少なくとも１つの底部１、該底部に配置された回路支持体２、ならびに前記制御装置４を封止する蓋部３が設けられている様子が見て取れる。制御装置４は、図面には図示されていない熱を放散する基板および／または熱を放散する構成部材によって所期の温度となる。蓋部３は底部１を真空密に封止している。

封止された制御装置４にて負圧を形成するために、制御装置４の冷却路１１および／または１２に冷却液を注入した後、所定量の冷却液が再びポンプで排出される。これによって蓋部３と底部１の間の接触圧力が増加する。

３つの部分、すなわち底部１、回路支持体２、蓋部３には、対応する構成部材のうちそれぞれ内部に位置する側に、以下冷却路１１，１２と呼ぶ凹入部ないし溝が形成されている。冷却路の深さＴは最大でも３００μｍである。

冷却路１１の深さＴは、２００μｍよりも小さいか、または１２０μｍよりも小さいか、または１０μｍと１２０μｍの間、とりわけ５０μｍと１１０μｍの間とすることができる。

この溝構造は共同で空洞システムないし空間の形態の１つまたは複数の開口部を形成する。溝は、成型後に部分的に水または別の冷却液が充填される。溝構造の密閉は、ケーシング部分ないし蓋部３によって行われる。ケーシング部３は制御装置４を真空密に封止する。高い溝および深い溝を形成することができるので、個々の構成部材の製造はさほど手間が掛からない。というのは公知の制御装置の製造時のように製造公差を精確に注意する必要がないからである。

図２によれば、蓋部３には、深い溝および浅い溝１１，１２が形成されている。この配置は、図１による実施形態においては選択することはできない。なぜならこの配置は、回路支持体２の組み付けによって排除されるからである。冷却路１１は、底部１にだけ設けることも、蓋部３にだけ設けることも、回路支持体２にだけ設けることも、全ての部分、すなわち蓋部３、回路支持体２、および底部１に設けることも可能である。

図３においては、蓋部３に、深い溝ないし冷却路および浅い溝ないし冷却路１１，１２が形成されている。深い溝および浅い溝は、別の冷却路とともにそれぞれグループ１０を結成しており、これらは互いに接続されている。しかしながらグループ１０同士は互いに接続されていなくてもよい。この配置は、図１による回路支持体３が省略されているので可能である。蓋部３と同じ配置を、底部１に同じように設けることも可能である。

図４には、回路支持体２の中に深いおよび浅い溝、冷却路、ないし冷却空間１１，１２が形成されている。これらは、順番に交互に現れるのではなく、それぞれグループ１０に纏められている。この制御装置４は蓋部３によって封止される。蓋部３に冷却路１１，１２を配置する代わりに、これらの冷却路を上述したように底部１に設けることも可能である。

図５では、回路支持体２に深い広幅の溝ないし冷却路１２が形成されており、蓋部３に浅い狭幅の溝ないし冷却路１１が設けられている。

図６では、蓋部３に深い広幅の溝ないし冷却路１２が形成されており、回路支持体２に浅い狭幅の溝ないし冷却路１１が形成されている。この配置を蓋部３の代わりに底部１に設けることも可能である。

図７には図３の平面図が図示されており、この図面からは、全ての溝ないし冷却路１１，１２が互いに接続されている様子が見て取れる。個々の冷却路１１は、広幅の溝ないし冷却路１２に合流している開口部５も有する。溝ないし冷却路１１，１２は、空洞システムの形態で形成されている。

図８は、図３と同様の平面図において別の１つの実施形態を図示している。この実施例においては、冷却チャネル１１を部分的に覆っている熱源２１，２２が設けられている。これらの熱源は出力要求に応じて、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、またはＭＯＳＦＥＴとして構成することができる。さらには集積回路、ＡＳＩＣ、またはドライバＩＣを使用することができる。例えば互いに接続された３つの冷却グループ１０を形成することができる。

溝、空間、ないし冷却路１１，１２を種々の構成部材に形成または嵌め込んだ後、これらの溝には冷却液が、完全に充填されるまで注入される。その後この冷却液は、制御装置４において所定の負圧に調整されるまで部分的に溝ないし冷却路１１，１２から排出される。その後開口部が封止される、つまりレーザ溶接装置によって、または例えば変形によって、例えばフランジング、施栓、接着によって、開口部が封止される。

液体は毛管現象によって比較的小さい溝に保持される。制御装置４を占める負圧により、比較的大きな溝は広範囲に液体がないままである。

電子回路を回路支持体２の上で使用する場合には、温度は溝システムにおける毛管によって著しく上昇し、したがって液体は局地的に沸点を超えて加熱され、これによって液体は蒸気として漏出する。冷却路１１の有利な実施形態および配置によれば、さらなる液体を溝の冷却領域から取り出し、種々異なる空洞内における圧力および温度状態によって、システム内の他の個所において液体を再び凝縮することができる。これによって制御装置の外側部分を均一な温度に保つ、ないしは、冷却または加熱することができる。

微細な溝システムの毛管の他に、制御装置４の外側に付加的な冷却リブを設けることも有利である。

狭幅の冷却路１１のサイズは、５μｍと２００μｍの間、または１０μｍと１５０μｍの間、または５０μｍと１２０μｍの間、または８０μｍと１２０μｍ間とすることができる。

広幅の冷却路１２のサイズは、１００μｍと１０ｍｍの間、または２００μｍと５００μｍの間、または２００μｍと３００μｍの間である。

回路支持体２は、ＤＣＢ（direct copper bonded）、ＩＭＳ（Isolated metal Substrate）、打ち抜きグリッド（リードフレーム）、ＬＴＣＣ（Low temperature cofired ceramic）、ＨＴＣＣ（High temperature cofired ceramic）、またはこれらの材料の組み合わせを含むことができる。

底部１および／または蓋部３は、金属製材料、非金属製材料、または複合材料から形成することができる。これらの材料は、製造方法ないしダイキャスト法または落とし鍛造法において、深絞り成形または射出成形によって、または押し出し加工、押し出し成形、またはブロー成形によって製造することができる。

溝ないし冷却路１１，１２は、モールディング、エッチング、またはレーザないしフライス加工によって製造される。毛管現象を考慮して冷却路サイズを自由に選択することができる。凝縮プロセスを比較的小さな溝の外側で実施できることさえ保証すればよい。

パッキングされた電子素子または電子素子グループの場合には、リードフレームに１つまたは複数の溝構造を設けることができる。さらには、ブランクチップ（blanke chips）の表面に本発明の溝構造を設けることができる。

本発明による制御装置４の実施形態によれば、特許侵害の事例を簡単に証明する良好な手段が提供される。なぜなら証明のために、液体が充填されたチャネルを視認可能とするために構成部材を切開すればよいだけだからである。

Claims (12)

1. 少なくとも１つの底部（１）と、該底部（１）に割り当てられた回路支持体（２）と、制御装置（４）を封止する蓋部（３）とを備える制御装置（４）において、
   前記制御装置（４）は、熱を放散する基板および／または熱を放散する構成部材によって所期の温度になり、
   前記基板は、冷却路（１２）を有する制御装置（４）の内部に収納されている、
   ことを特徴とする制御装置（４）。
2. 前記冷却路（１２）は、凹入部および／または溝として形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記冷却路（１２）は、浅い凹入部として形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の制御装置。
4. 前記冷却路（１２）は互いに接続されており、該冷却路の内部において冷却液が循環する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の制御装置。
5. 広幅の冷却路（１２）は、狭幅の冷却路（１１）の約２倍の幅である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の制御装置。
6. 広幅の溝ないし冷却路の深さは、狭幅の溝ないし冷却路の約半分から２倍である、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の制御装置。
7. 前記冷却路（１２）は、前記底部（１）および／または前記回路支持体（２）および／または前記蓋部（３）に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の制御装置。
8. 前記冷却路（１２）の深さは２００μｍよりも小さいか、１２０μｍよりも小さいか、または１０μｍと１２０μｍの間、とりわけ５０μｍと１１０μｍの間にある、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の制御装置。
9. 狭幅の冷却路（１１）のサイズは、５μｍと２００μｍの間、または１０μｍと１５０μｍの間、または８０μｍと１２０μｍの間にある、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の制御装置。
10. 広幅の冷却路（１２）のサイズは、１００μｍと１０ｍｍの間、または２００μｍと５００μｍの間、または２００μｍと３００μｍの間にある、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の制御装置。
11. 前記冷却路（１２）は、前記底部（１）、前記回路支持体（２）、および／または前記蓋部（３）の表面にてグループ（１９）として形成されている、および／または、互いに独立した種々異なるグループ（１０）として形成されており、
    それぞれ個々のグループは通流接続されており、
    前記蓋部（３）および／または底部（１）は、導電性材料または電気絶縁性材料から形成されている、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の制御装置。
12. 冷却液を前記制御装置（４）の冷却路（１２）に注入した後、所定量の冷却液が、封止された制御装置（４）内で負圧を形成するために再びポンプで排出される、
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の制御装置。

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