电冷却的功率模块制造技术

本发明专利技术涉及电冷却的功率模块。在一种实施方式中，提供一种用于在交通工具中冷却电气部件的装置。该装置包括功率模块，功率模块包括用于转换能量的电气部件。功率模块包括第一印刷电路板（PCB），第一印刷电路板包括第一陶瓷衬底且用于接收电气部件。功率模块还包括结合到第一PCB的多个热电元件，用于将热量从电气部件中排出。功率模块还包括第二PCB，第二PCB包括第二陶瓷衬底且结合到多个热电元件，第一陶瓷衬底和第二陶瓷衬底用于将电气部件与第一PCB和第二PCB电隔离并用于实现从电气部件通过多个热电元件的热传导。

【技术实现步骤摘要】

本文提出的实施方式大体涉及一种交通工具中的电冷却 功率模块。背景已知提供一种用于冷却产生各种数量热量的电子器件的机构。以下提出控制电子设备温度的一个不例。授予Ramanathan等的美国专利公布第2005/0077619号提供具有形成在管芯(die)上的热电器件的微电子组件，以当电流流经热电器件时将热量从管芯泵离。在一种实施方式中，热电器件被包含在管芯有源侧上的传导互连元件之间。在另一种实施方式中，热电器件位于管芯的背侧上并电连接到管芯前侧上的载体衬底。在其他实施方式中，热电器件形成在辅助衬底上并转移到管芯。概述在一种实施方式中，提供一种用于在交通工具中冷却电气部件的装置。该装置包括功率模块，功率模块包括用于转换能量的电气部件。功率模块包括第一印刷电路板(PCB)，第一印刷电路板包括陶瓷衬底且用于接收电气部件。功率模块还包括结合到第一PCB的多个热电元件(thermoelectric cell),用于将热量从电气部件中排出。功率模块还包括第二 PCB，第二 PCB包括第二陶瓷衬底且结合到多个热电元件，第一陶瓷衬底和第二陶瓷衬底用于将电气部件与第一 PCB和第二 PCB电隔离并用于增加从电气部件通过多个热电元件的热传导。附图简述本公开的实施方式特别是在所附权利要求中指出。然而，通过参照以下详述并结合附图，不同实施方式的其他特征将变得更加明显并且将被最好地理解，附图中图I指示根据一种实施方式用于电冷却功率模块的装置；图2指示根据一种实施方式的电冷却的功率模块的详细图示；图3指示根据一种实施方式用于形成电冷却的功率模块至少一部分的方法，以及图4指示根据一种实施方式的封装功率模块。详细描述根据需要，本文公开了本专利技术的详细实施方式；然而要理解，公开的实施方式仅仅是可以以各种且可选择的形式实施的本专利技术的示例。附图无需按照比例；一些特征可以被放大或减到最小以显示具体构件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能的细节不应理解为限制，而仅仅是用于教导本领域技术人员以不同方式实施本专利技术的代表性基础。本公开的实施方式大体提供用于多个电路和/或电气设备。所有对电路或电气设备的参照以及每一个提供的功能性不旨在限于仅仅在本文中阐示和描述的包含物。虽然具体的符号可指定公开的不同电路或其他电气设备，但是这些符号不旨在限制电路和/或其他电气设备的操作范围。这些电路和/或其他电气设备可以基于需要的电气器具的具体类型以任何方式相互组合和/或分离。意识到，本文公开的所有电路和/或其他电气设备可包括任何数量的微处理器、集成电路、记忆设备(例如FLASH、RAM、ROM、EPROM、EEPROM或其其他的适当变型)以及相互共同作用以执行本文公开的操作的软件。电动交通工具(“EV”)和混合电动交通工具(HEV)使用功率切换设备或电子器件以引导电能流到达马达，或往来于一个或多个电池，或者甚至往来于家用电源。即使功率切换设备以高效的方式实施，在电能转移过程中也可能呈现能量损失。此能量损失可能是以热量损失的形式。所以，只要产生热量就消除来自功率切换设备的热量可能是有益的。另夕卜，通过电能获取热量形式的浪费能量可能是有益的。本文提出的各种实施方式大体提供用于包括至少一个电气部件的功率模块，其中的电气部件产生热量同时转换能量。热电单元结合到电气部件，用于在温度超过预定阈值 的情形下从其中排出热量。热电单元从电源提供功率以将热量排出电气部件。在温度低于预定阈值的情形下，热电单元可以转换其顶部部分和底部部分之间的热差，以产生电能并向电源提供该电能。热电单元包括第一印刷电路板(PCB)、第二 PCB和多个热电元件。多个热电元件定位在第一PCB和第二PCB之间。第一PCB和第二PCB中的每一个由直接敷铜(direct copperbonding,DCB)形成并且每一个其中通常包括陶瓷衬底。DCB的使用与第一 PCB和第二 PCB内陶瓷衬底的使用一起，已经被发现用于提供足够的电隔离(即，从电气部件)并用于增加热传导(即，从电气部件通过热电元件)。图I指示根据一种实施方式用于电冷却功率模块12的系统10。系统10还包括控制器14和电源16。通常，功率模块12可定位在交通工具中并可用于将高能量(hi-energy)从一种形式转换成另一种形式。例如，功率模块12可被实施为转换器、逆变器或其他合适的设备，其中的转换器为例如将高DC电压转换成低DC能量(或反之亦然)的DC/DC转换器，逆变器将高DC电压转换成AC电压。功率模块12可包括有助于将高能量从一种形式转换成另一种形式的任何数量的电气部件18。电气部件18可以是功率切换设备，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管、结栅型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管、二极管、晶闸管等。通常，电气部件18可具有通常以散失热量形式的效率损失。此热量应该从功率模块12提取或从中消逝，以避免电气部件18温度上过度的增加。另外，可能存在电气部件18的劣化，这将导致性能减低的寿命减少。冷却单元20可操作地结合到电气部件18以从中排出热量。冷却单元20大体像散热装置一样作用并且包括内部回路(或冷却环路)(未示出)，内部回路用于在功率模块12的一个或多个部分中循环空气或液体(例如水、乙二醇等)，用于将热量从电气部件18中排出。泵(未示出)可围绕功率模块12推动液体，其中热量被转移到循环液体从而降低电气部件18的温度。虽然冷却单元20在热交换方面可能是有效的，但是其对电气部件18中温度变化的反应可能很慢，这不仅由于冷却单元20的整体惯性而且还由于热路径的整体长度。另外，功率被需要用于操作冷却单元20。冷却单元20可以通过控制器14提供功率(其从电池16接收其功率)或者可以从电池16直接提供功率。热电单元22定位在电气部件18和冷却单元20之间。热电单元22被定位以物理地接触电气部件18。通过定位热电单元22使其物理地接触电气部件18，电气部件18产生的热量的全部热路径可被缩短，这将允许电气部件18以更快的速度冷却。将此布局与不包括热电单元22的实现相比，能够看到电气部件18和冷却单元20之间的热路径更大，这表示其冷却电气部件的时间可能更长。热电单元22大体包括用于从电气部件18向冷却单元20排放热量的多个珀耳帖单体(Peltier cell)。热电单元22被构造以在单元22的顶侧和单元22的底侧之间出现温差时产生电压。另外，热电单元22被构造以在向电气部件18提供功率时产生温差并冷却电气部件18。温度传感器24邻近电气部件18定位，用于提供电气部件18的温度。温度传感器24向控制器14传送信号TEMP (温度)，该信号为电气部件18温度的指示。控制器14确定电气部件18的温度是否大于温度阈值。如果电气部件18的温度大于温度阈值，则控制器14确定其可能需要激发热电单元22内不同珀耳帖单体的阵列，以从电气部件18排出热量并到达冷却单元20。例如，控制器14借助于信号P0WER_1(功率_1)激发热电单元22，使 得热电单元22冷却其与电气部件18接触的上部部分，从而将上部部分迅速地冷却。在此情形下，控制器14可以将接收自电池16的至少部分功率通过信号P0WER_1传递到热电单元22。控制器22还可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在交通工具中冷却电气部件的装置，所述装置包括：功率模块，所述功率模块包括用于在交通工具中转换能量的所述电气部件，所述功率模块包括：第一印刷电路板（PCB），所述第一印刷电路板包括陶瓷衬底且用于接收所述电气部件；多个热电元件，所述多个热电元件定位在所述第一PCB的下侧上，用于将热量从所述电气部件排出；以及第二PCB，所述第二PCB包括第二陶瓷衬底且用于将所述多个热电元件接收在所述第二PCB的顶侧上，所述第一陶瓷衬底和所述第二陶瓷衬底用于将所述电气部件与所述第一PCB和所述第二PCB电隔离并用于提供从所述电气部件通过所述多个热电元件的热传导。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯·阿尔佩托·赛斯扎莫拉，赛维尔·约尔达萨奴伊，乔迪·苏亚雷斯希门尼斯，乔斯·加布里埃尔·费尔南德斯·巴纳尔斯，赛维尔·波尔佩纳希里韦特，米格尔·维尔维西赫尔南德斯，劳伦特·奥布伊，
申请(专利权)人：李尔公司，
类型：发明
国别省市：