CN103974601A - 电气装置的散热结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电气装置(Qa-Qd、16)的散热结构,包括:至少一个多层基板(12、12A、12B),该至少一个多层基板包括导体分布图(12c)和由绝缘材料制成的多个基部部件(121-125),导体分布图和多个基部部件堆叠成多层结构以使导体分布图与基部部件中的层间连接部(L1-L10)电联接;电气装置具有内置于至少一个多层基板中的第一电气元件(Qa-Qd)与不内置于多层基板中的第二电气元件(16)中的至少一者;以及与电气装置相对的低热阻元件(13)。低热阻元件具有比绝缘材料低的热阻。
Description
技术领域
本公开涉及电气装置的散热结构,该散热结构用于电气元件的散热;以及涉及用于制造该散热结构的方法。
背景技术
通常,例如在JP-A-2004-158545中公开了一种与多层基板有关的技术,该多层基板具有出色的半导体元件的散热特性,并具有低廉的制造成本。该多层基板包括散热板,散热板设置在沿上下方向的两侧上,并与半导体元件隔绝开。
然而,在例如MOS-FET(即,金属氧化物半导体场效应晶体管)之类的提供马达驱动电路的半导体元件的散热结构中,例如包括封装构造的裸芯片和SMD(即,表面安装设备)之类的表面安装元件被安装在基板的表面上,并且基板的背面接触散热体以便辐射热量。在这样的结构中,没有元件安装在背面上。此外,由于热量经由基板进行辐射,因此散热效率不佳。
替代地,提出一种结构,该结构使用具有与基板安装表面相对的散热表面的表面安装元件,并且表面安装元件的散热表面经由导热构件接触散热板。当多个表面安装元件安装在基板上时,散热体被附接,如果每个表面安装元件的厚度(即,高度)各不相同,则导热构件的厚度也不相同。此外,由于散热体通常为导电体,因此需要确保散热体与带有导热构件的表面安装元件之间的绝缘特性。因此,需要确保具有最小厚度的表面安装元件与带有导热构件的散热体之间的绝缘特性,并需要考虑带有具有最大厚度的导热构件的表面安装元件来进行热力方面的设计。因此,与单个物体附接于散热体的情形相比,需要使用具有高性能的导热构件。
在JP-A-2004-158545中描述的多层基板中也存在上述难点。
发明内容
本公开的目的是提供一种电气装置的散热结构,该散热结构具有电气元件的高的散热性能。此外,即使在散热结构包括具有不同厚度的多个层以及具有不同高度的多个电气元件时,仍然容易控制多层基板中的间隔。
根据本公开的第一方面,一种用于电气装置的散热结构,包括:至少一个多层基板,该至少一个多层基板包括导体分布图和由绝缘材料制成的多个基部部件,导体分布图和多个基部部件堆叠成多层结构以使导体分布图与基部部件中的层间连接部电联接;电气装置,其具有内置于至少一个多层基板中的第一电气元件和不内置于多层基板中的第二电气元件中的至少一者;以及与电气装置相对的低热阻元件。低热阻元件具有比绝缘材料低的热阻。
在上述结构中,即使当多个电气元件容置在多层基板中时,低热阻元件仍布置成面对所述多个电气元件。即使多层基板和电气元件的初始高度或初始厚度彼此不同,该高度或厚度仍通过加热及挤压过程而被均等化。因此,易于控制该结构中的间隙。此外,由于低热阻元件具有低热阻,因而电气元件处产生的热量被传递。因此,电气元件的散热性能提高。
根据本公开的第二方面,一种制造用于电气装置的散热结构的方法,包括:在每个基部部件的一个表面或两个表面上形成导体分布图,该基部部件由绝缘材料制成;在每个基部部件的预定位置处形成贯通孔;用层间连接构件填充贯通孔;将第一电气元件容置在基部部件中的一个基部部件的容置部中,该第一电气元件被包括在电气元件中;堆叠多个基部部件以形成堆叠本体;用压模对堆叠本体进行加热和挤压以使得基部部件彼此结合而形成多层基部;以及,经由导热构件将低热阻元件加热并压力结合到至少一个多层基板的一个表面上,或者将低热阻元件直接加热并布置到至少一个多层基板的一个表面上。
在上述方法中,由于执行对低热阻元件的加热及压力结合或对低热阻元件的布置及加热,因此低热阻元件布置成面对多个电气元件,包括多层基板中的电气元件。即使多层基板和电气元件的初始高度或初始厚度彼此不同,该高度或厚度仍通过加热及挤压过程而被均等化。因此,易于控制该结构中的间隙。此外,由于低热阻元件具有低热阻,因而在电气元件处产生的热量被传递。因此,电气元件的散热性能提高。
根据本公开的第三方面,一种制造用于电气装置的散热结构的方法,包括:沿着多个电子元件和电路板的堆叠方向将多个电气元件布置在电路板上;以及,经由与电路板相对的导热构件,将低热阻元件布置、加热以及结合到多个电气元件上。
在上述方法中,即使沿着不同于堆叠方向的方向布置的多个电气元件的初始高度彼此不同,该高度仍通过加热及挤压过程而被均等化。因此,易于控制该结构中的间隙。此外,由于低热阻元件具有低热阻,因而在电气元件处产生的热量被传递。因此,电气元件的散热性能提高。
附图说明
通过下文中参考附图做出的详细说明,本公开的上述的和其他的目的、特征和优点将变得更显而易见。附图中:
图1为示出根据第一实施方式的电气元件的散热结构的截面视图的图解;
图2为示出用于控制旋转电机的控制***的图解;
图3为示出基部部件形成过程的示例的图解;
图4为示出堆叠过程的示例的图解;
图5为示出热压过程的示例的图解;
图6为示出多个多层基板的高度差的示例的图解;
图7为示出形成过程或布置及加热过程的示例的图解;
图8为示出电气元件的第二散热结构的截面视图的图解;
图9为示出电气元件的散热结构的截面视图的图解;
图10为示出根据第二实施方式的电气元件的散热结构的截面视图的图解;
图11为示出电气元件与多层基板的高度差的示例的图解;
图12为示出形成过程或布置及加热过程的示例的图解;
图13为示出电气元件的散热结构的截面视图的图解;
图14为示出根据第三实施方式的电气元件的散热结构的截面视图的图解;
图15为示出多个电气元件的高度差的示例的图解;
图16为示出布置及加热过程的示例的图解;
图17为示出根据其他实施方式的电气元件的散热结构的截面视图的图解;
图18为示出根据其他实施方式的电气元件的散热结构的截面视图的图解;以及
图19为示出根据其他实施方式的电气元件的散热结构的截面视图的图解。
具体实施方式
将参照附图对实施方式进行说明。在此,词语“连接”表示电连接。在图中限定了右、左、上和下方向。符号“-”代表数字或字母的连续。例如,词语“基部部件121-125”代表“基部部件121、122、123、124、125”。类似地,词语“半导体元件Qa-Qd”代表
“半导体元件Qa、Qb、Qc、Qd”。电气元件的散热结构简单地限定为散热结构。
(第一实施方式)
根据第一实施方式的散热结构包括位于电路板与散热体之间的多个多层基板。将参照图1至8对该结构进行说明。图1中示出的散热结构10包括电路板11、多个多层基板12、低热阻元件13、导热元件14和散热体15。在本实施方式中,多个多层基板12包括第一多层基板12A和第二多层基板12B。
电路板11为其上安装有电气元件并形成有导体分布图的板。在本实施方式中,电路板11设置成对具有三相例如U相、V相和W相的旋转电机20进行控制。具体地,电路板11包括:控制电路30;电阻器Rv、Ru、Rw;电容器Cu、Cv、Cw;半导体元件Q1-Q6、Q11-Q15等。在此,半导体元件Q1-Q16中的一部分内置于多层基板12A、12B中。
只要旋转电机20包括例如轴或杆之类的旋转构件,则旋转电机20可以是任何类型的机器。例如,机器20可以是发电机、电动机、或电动发电机。控制电路30将例如PWM信号之类的信号传递至半导体元件Q1-Q6,使得电路30将元件Q1-Q6控制成接通和关断。因此,这种控制功能提供用来对从电力源E经由具有线圈Le和电容器Ce的滤波电路所供给的电力进行转换,使得电力被作为负荷供给至旋转机器20。电力源E可以是电池,例如蓄电池或燃料电池。当电力源E为蓄电池时,在旋转机器20处产生的再生电力经由二极管积累在电力源E中。
在多层基板12A、12B中,导体分布图设置在多个层上,并且导体分布图经由层间连接部连接。基板12A、12B形成为使得多个基部部件在热压过程中堆叠。第一多层基板12A和第二多层基板12B可以具有相同的结构或不同的结构。在此,该结构代表堆叠的层的数量、导体分布图、设在基板12A、12B中的半导体元件的数量、半导体元件的类型、整个基板12A、12B的高度等等。每个多层基板12A、12B都是通过堆叠五个基部部件121-125使得基板12A、12B具有五层来准备。由于第一多层基板12A具有与第二多层基板12B相类似的结构,因此将主要说明第一多层基板12A的结构和功能。
每个基部部件121-125由例如热塑树脂之类的绝缘材料制成。基部部件121-125具有彼此相同或不同的厚度。每个基部部件121-125可以通过堆叠多个薄型基部部分来形成。容置半导体元件Qa、Qb的基部部件123中的一个基部部件可以具有与半导体元件Qa、Qb大致相等的厚度。大致相同的厚度指的是热压过程之后的厚度。大致相同的厚度包括热压过程中的制造公差。连接至层间连接构件12a的导体分布图12c在热压过程中被设置在基部部件121-214上,使得导体分布图12c和基部部件121-125提供多层的结构。在导体分布图12c连接至层间连接构件12a之后,层间连接构件12a提供作为层间连接部件的导体L1-L5。类似地,在第二多层基板12B中,层间连接构件12a提供导体L6-L10。基部部件125对应于共同的基部部件,并且不包括层间连接构件。因此,基部部件125为绝缘层。替代地,结构10可以不包括基部部件125。
图1中示出的多层基板12A、12B对应于马达驱动电路的一个相。电路的这一个相在图2中示出为以由虚线包围的区域。例如MOS-FET之类的半导体元件Qa、Qb内置于第一多层基板12A中。例如MOS-FET之类的半导体元件Qc、Qd内置于第二多层基板12B中。半导体元件Qa-Qd分别对应于电气元件。稍后将参照图3至6说明每个基板12A、12B的详细结构。在本实施方式中,图1中的半导体元件Qa对应于图2中的半导体元件Q1,而图1中的半导体元件Qb对应于图2中的半导体元件Q2。类似地,图1中的半导体元件Qc对应于图2中的半导体元件Q3,而图1中的半导体元件Qd对应于图2中的半导体元件Q4。在图2中,用作续流二极管的二极管并联连接在每个半导体元件Q1-Q4的输入端子例如漏极端子与输出端子例如源极端子之间。二极管可以是实际上连接至半导体元件Q1-Q4的实际的电气组件。替代地,二极管可以通过寄生二极管来设置,寄生二极管本质上包括在半导体元件之中。
由于在半导体元件Q1-Q4处产生的热量是经由低热阻元件13传递至散热体15的,因此低热阻元件13由具有比基部部件121-125的绝缘材料的热阻更低的热阻的材料制成。低热阻元件13布置成与内置于多层基板12A、12B中的半导体元件Q1-Q4相向。在本实施方式中,低热阻元件13为具有扁平形状的金属板。低热阻元件13设置在基部部件125与导热构件14之间。
导热构件14设置在低热阻元件13与散热体15之间。导热构件14填充低热阻元件13与散热体15之间的小间隙,并具有低热阻。在本实施方式中,导热构件14由具有导热性的凝胶制成。替代地,导热构件14可以由其他导热材料制成,例如油脂、粘着剂和片材。随着间隙变小,热阻变低。因此,导热构件14的厚度可以是薄的。替代地,基部部件125和散热体15可以在没有导热构件14的情况下彼此直接结合。例如,基部部分125和散热体15可以通过压力结合方法结合。只要散热体15向结构10的外部散热,则散热体15可以由任何材料制成。例如,散热体15可以是散热板或散热翅片。散热体15可以用作导热构件以用于通过冷却器或加热器传导热量。
将参照图3至8说明用于制造图1中的散热结构10的方法。该方法包括基部部件形成过程、堆叠过程、热压过程、形成过程和/或布置与加热过程。各个过程可以不按特定顺序进行。此外,该方法可以包括形成过程和布置与加热过程中的一个过程。如下将对每个过程进行说明。
(基部部件形成过程)
在基部部件形成过程中,导体分布图12c形成在每个基部部件121-124的一个表面或两个表面上,如图3中所示。在每个基部部件121-124的某一位置处形成有贯通孔12b,例如导电浆料之类的层间连接材料12a填充在贯通孔12b中。
例如,贯通孔12b形成在基部部件121中,并且贯通孔12b填充有层间连接材料12a。除了层间连接材料12a和贯通孔12b之外,基部122、124上还形成有导体分布图12c。形成在基部部件124中的导体分布图12c可以具有大面积以便提高散热性能。除了层间连接材料12a和贯通孔12b之外,基部部件123中还形成有容置部件12d。容置部件12d可以是用于容置半导体元件Qa、Qb的孔或凹部。第一多层基板12A中的容置部件12d的形成位置可以与第二多层基板12B中的容置部件的形成位置相同或不同。第一多层基板12A中的导体分布图12c的形成位置可以与第二多层基板12B中的导体分布图的形成位置相同或不同。基部部件125可以包括在多层基板12A、12B中,或者可以不包括在多层基板12A、12B中。基部部件125为不具有层间连接材料12a的绝缘层。
(堆叠过程)
如图4中所示,在基部部件形成过程中形成的基部部件121-124与不具有层间连接部分的基部部件125被堆叠。在堆叠过程之前或堆叠过程期间,半导体元件Qa、Qb容置在基部部件123的容置部件12d中。基部部件125布置在基部部件123与导热构件14之间,如图1中所示。
(热压过程)
在热压过程中,以图5中所示的作为压模的模具J1、J2对在堆叠过程中形成的堆叠本体进行加热和挤压。在图5中,第一模具J1向D1方向移位,而第二模具J2向D2方向移位。因此,模具J1、J2移位成使模具J1、J2之间的距离缩小。通过对堆叠本体进行加热和挤压,由热塑树脂制成的基部部件121-125彼此结合。此外,层间连接材料12a、导体分布图12c和半导体元件Qa、Qb彼此连接。当多层基板12A、12B结合成一体时,还形成了图1和2中示出的导体L1-L10。由于基板12A的结构与基板12B的结构不同,准备了图6中所示的热压过程之后的基板12A、12B。在图6中,第一多层基板12A的高度H1与第二多层基板12B的高度H2不同(即,在图6中,H1<H2)。替代地,在制造公差的误差范围内,第一多层基板12A的高度H1可以等于第二多层基板12B的高度H2(即,H1=H2)。
(形成过程)
在形成过程中,低热阻元件13在加热和挤压的情况下经由导热构件14结合至在热压过程中形成的基板12A、12B的一个表面。如图7中所示,基板12A、12B沿着垂直方向——所述垂直方向不是堆叠方向——布置在电路板11与低热阻元件13之间。以模具J3、J4对它们进行加热和挤压。在图7中,第一模具J3向D3方向移位,而第二模具J4向D4方向移位。因此,模具J3、J4移位成使模具J3、J4之间的距离相对地缩小。模具J3、J4可以与模具J1、J2相同,或者,模具J3、J4可以与模具J1、J2不同。D3方向和D4方向可以与D1方向和D2方向相同,或者,D3方向和D4方向可以与D1方向和D2方向不同。电路板11上的电路图案(即,布线图案)、多层基板12A、12B中的导体分布图12c和导体L1-L10在加热及挤压过程中彼此连接。导热构件14的厚度可以是薄的以便减小热阻。
当执行形成过程时,制造出图1中的散热结构10。当执行形成过程时,基板12A、12B的高度H1、H2变为彼此相等。相同的高度包含制造公差的误差范围。具体地,相同的高度包含能够通过导热构件14调节的误差范围。当低热阻元件13和导热构件14交换布置时,制造出图8中所示的散热结构。散热结构10可以包括图8中以双点划线示出的散热体15。替代地,结构10可以不包括散热体15。
(布置及加热过程)
在布置及加热过程中,在没有导热构件14的情况下将低热阻元件13直接布置于在热压过程中形成的多层基板12A、12B的一个共同表面上。接着,对基板12A、12B上的元件13进行加热。具体地,如图7中所示,在将基板12A、12B沿着垂直于堆叠方向的垂直方向布置在电路板11上之后,将低热阻元件布置在基板12A、12B上。如果必要的话,除了加热之外,以模具J3、J4对基板12A、12B上的元件13进行挤压。
在执行布置及加热过程之后,制造出图9中所示的散热结构10。当执行布置及加热过程时,基板12A、12B的高度H1、H2变为彼此相等。在图9中,多层基板12A、12B(具体地,基部部件125)和低热阻元件13彼此直接结合。替代地,散热结构10可以包括位于多层基板12A、12B与低热阻元件13之间的导热构件14。
在上述实施方式中,获得了以下效果。
散热结构10包括热阻比绝缘材料的热阻更低的低热阻元件13,并且低热阻元件13布置成与内置于多层基板12A、12B中的多个半导体元件Qa-Qd相向。在这种情况下,无论半导体元件Qa-Qd在基板12A、12B中的内置状况如何,低热阻元件13都布置成与半导体元件Qa-Qd相向。即使基板12A的高度H1与基板12B的高度H2不同,高度H1、H2也能够在加热及挤压过程中被均等化。因此,易于控制结构10中的间隙。此外,由于低热阻元件13具有低热阻,因此在半导体元件Qa-Qd处产生的热量被传递和散发至结构10的外部。因此,提高了用于半导体元件Qa-Qd的散热性能。在本实施方式中,结构10包括两个多层基板12A、12B。替代地,结构10可以包括三个多层基板12。
***10包括如图1中所示的布置在低热阻元件13与散热体15之间的导热构件14。替代地,***10包括如图8中所示的布置在低热阻元件13与基板12A、12B之间的导热构件14。在每一种情形中,在半导体元件Qa-Qd处产生的热量都经由导热构件传递至散热体15和低热阻元件13。因此,散热效率提高。
如图1中所示,与作为绝缘层的基部部件125相邻的基部部件121-124包括导体分布图12c,导体分布图12c位于部件121-124的面向低热阻元件13的表面上。在这种情况下,在半导体元件Qa-Qd处产生的热量经由基部部件125和导热构件14从基部部件124中的导体分布图12c传递至散热体15。因此,大大地提高了散热效率。此外,当基部部件124的导体分布图12c的面积大时,散热效率得以大大地提高。
多层基板12A、12B沿着垂直方向(即,非堆叠方向)布置在电路板11的与低热阻元件13相对的表面上。内置于基板12A、12B中的半导体元件Qa-Qd处产生的热量经由低热阻元件13散发,如图1、8和9中所示。在这种情况下,低热阻元件13具有比基部部件121-125的绝缘材料的热阻更低的热阻。由此,半导体元件Qa-Qd处的热量经由低热阻元件13传递。因此,半导体元件Qa-Qd的散热性能增强。
半导体元件Qa-Qd容置在基部部件121-125中的一个基部部件的容置部12d中,如图1、8和9中所示。在这种情况下,热压过程不对半导体元件Qa-Qd造成影响。即使容置部12d形成为穿过多个基部部件121-125使得半导体元件Qa-Qd容置在容置部12d中,仍然获得类似的效果。此外,除了半导体元件Qa-Qd之外,即使例如电阻器、电容器和线圈之类的在通电时产生热量的电气元件也被容置在容置部12d中,仍然获得类似的效果。
半导体元件Qa-Qd和其中容置有半导体元件Qa-Qd的基部部件123具有大致相同的厚度,如图1、8和9中所示。在这种情况下,容置部12d仅仅形成在基部部件123中。因此,限制了形成容置部12d的成本。
散热结构10的制造方法包括:基部部件形成过程,该基部部件形成过程用于在由绝缘材料制成的每个基部部件121-125的一个表面或两个表面上形成导体分布图12c,以及用于在每个基部部件121-125的某一位置处形成贯通孔12b,在贯通孔12b中嵌入有层间连接材料12a,如图3中所示;堆叠过程,该堆叠过程用于将一个或多个半导体元件Qa-Qd容置在基部部件123的容置部12d中,以及用于堆叠多个基部部件121-125,如图4中所示;热压过程,该热压过程用于在使用作为压模的模具J3、J4的情况下对在堆叠过程中形成的堆叠本体进行加热和挤压,使得基部部件121-125彼此结合在一起并形成多层基板12A、12B,如图5中所示;以及,布置及加热过程,该布置及加热过程用于在没有导热构件的情况下将低热阻元件13直接地布置于在热压过程中形成的多个多层基板12A、12B中的一个多层基板的一个表面上。布置及加热过程可以由用于经由导热构件14对低热阻元件13进行加热和压力结合的形成过程来代替。在每一种情况下,至少低热阻元件13布置成面向内置于基板12A、12B中的Qa-Qd。即使半导体元件Qa-Qd的高度H1、H2与基板12A、12B的高度彼此不同,也仍能在加热过程或加热及挤压过程中使高度均等化。因此,易于控制结构10中的间隙。此外,由于低热阻元件13的热阻低,因此而半导体元件Qa-Qd处产生的热量被传递。由此,半导体元件Qa-Qd的散热性能提高。
在热压过程中,将多个多层基板12A、12B沿着非堆叠方向布置在电路板11上。然后,以模具J3、J4对基板12A、12B进行加热和挤压,如图5中所示。在这种情况下,电路板11和多个基板12A、12B彼此牢固地结合在一起。由于每个基板12A、12B的高度在热压过程中被均等化,因此易于控制结构10中的间隙(即,空隙)。
在形成过程中,将一个或多个多层基板12A、12B和/或一个或多个半导体元件Qa-Qd沿着非堆叠方向布置在电路板11与低热阻元件13之间。然后,将基板12A、12B和元件Qa-Qd与电路板11和元件13一起用模具J3、J4进行加热和挤压,如图7中所示。在这种情况下,电路板11、基板12A、12B和半导体元件Qa-Qd彼此牢固地结合在一起。
在布置及加热过程中,将多层基板12A、12B布置在电路板11上。然后,布置低热阻元件13,如图7中所示。在这种情况下,电路板11和基板12A、12B彼此牢固地结合在一起。
(第二实施方式)
在第二实施方式中,散热结构具有位于电路板与散热体之间的多层基板和电气元件。将参照图10至13对该结构进行说明。
图10中示出的散热结构10包括电路板11、多层基板12、低热阻元件13、导热构件14、散热体15以及电气元件16。在本实施方式中,结构10包括一个多层基板12和一个电气元件16。
多层基板12对应于第一实施方式中的基板12A、12B。替代地,根据第二实施方式的基板12对应于根据其他实施方式的多层基板。电气元件16可以是不内置于基板12中的例如开关元件、二极管、半导体集电器以及集成电路(IC)之类的半导体装置、和/或电阻器、电容器、线圈、电抗器等。
接下来,将参照图11和12对图10中的散热结构10的制造方法进行说明。与第一实施方式类似,该制造方法包括基部部件形成过程、堆叠过程、热压过程、形成过程,和/或布置及加热过程。根据第二实施方式的形成过程或布置及加热过程与第一实施方式不同。
在执行了基部部件形成过程、堆叠过程和热压过程之后,形成了图11中所示的多层基板12。在图11中,多层基板12的高度H3与电气元件16的高度H4不同(即,H3>H4)。替代地,在制造公差的误差范围内,多层基板12的高度H3可以等于电气元件16的高度H4(即,H3=H4)。
(形成过程)
在形成过程中,低热阻元件13经由导热构件14而被加热并压力结合至基板12和电气元件16的共同表面。如图12中所示,将多层基板12和电气元件16沿着非堆叠方向布置在电路板11与低热阻元件13之间。然后,使模具J3、J4相对移位,使得基板12和电气元件16与板11和低热阻元件13一起被加热和挤压。电路板11上的电路图案(即,布线图案)在加热及挤压过程中连接至基板12的导体L1-L5、导体分布图12c和电气元件16。
当执行上述形成过程时,制造出图10中所示的散热结构10。在执行形成过程时,基板12的高度H3和电气元件16的高度H4被均等化。低热阻元件13和导热构件14可以交换布置。在这种情况下,在执行形成过程时,制造出图13中所示的散热结构10。替代地,结构10可以包括在图13中以双点划线示出的散热体15。替代地,结构10可以不包括散热体15。
(布置及加热过程)
在布置及加热过程中,在没有导热构件14的情况下将低热阻元件13直接地布置于在热压过程中形成的多层基板12与电气元件16的一个共同表面上。然后,将低热阻元件13与基板12A、12B一起加热。如图12中所示,将多层基板12与电气元件16沿着非堆叠方向布置在电路板11上,并随后布置低热阻元件13。然后,将板11与基板12、电气元件16和低热阻元件13一起加热。如果必要的话,除了加热之外,可使用模具J3、J4来进行挤压。
当执行布置及加热过程时,形成除了导热构件14和散热体15之外的图10中所示的散热结构10。当执行布置及加热过程时,基板12的高度H3与电气元件16的高度H4被均等化。在图10中,多层基板12(具体地,基部部件125)和低热阻元件14彼此直接结合在一起。替代地,结构10可以包括位于基板12与低热阻元件13之间的导热构件14。
在第二实施方式中,根据第一实施方式的多层基板12A替换为基板21。此外,根据第一实施方式的多层基板12B替换为电气元件16。因此,获得了与第一实施方式类似的效果。
(第三实施方式)
在第三实施方式中,散热结构包括位于电路板与散热体之间的多个电气元件。将参照图14至16对该结构进行说明。
图14中所示的散热结构10包括电路板11、低热阻元件13、导热构件14、散热体15,以及多个电气元件16。在本实施方式中,多个电气元件16包括第一电气元件16A和第二电气元件16B。
电气元件16A、16B对应于根据第二实施方式的电气元件16和/或其他电气装置。电气元件16A、16B可以是例如开关元件、二极管、半导体集电器以及集成电路(IC)之类的半导体装置、和/或电阻器、电容器、线圈、电抗器等。电气元件16A可以是与电气元件16B相同种类的装置。替代地,电气元件16A可以是与电气元件16B不同种类的装置。
接下来,将参照图15和16对散热结构10的制造方法进行说明。该制造方法包括基部部件形成过程、堆叠过程、热压过程、布置及加热过程等。该制造方法不包括形成过程,这与第一实施方式有所不同。
在图15中,第一电气元件16A的高度H5与第二电气元件16B的高度H6不同(即,在图15中,H5<H6)。替代地,在制造公差的误差范围内,第一电气元件16A的高度H5可以等于第二电气元件16B的高度H6(即,H5=H6)。
(布置及加热过程)
在布置及加热过程中,低热阻元件13分别经由导热构件14A、14B布置在每个电气元件16A、16B的一个共同表面上。然后,低热阻元件13与电气元件16A、16B和导热构件14A、14B一起被加热并彼此结合在一起。具体地,如图16中所示,电气元件16A、16B沿着非堆叠方向布置在电路板11上,并随后布置低热阻元件13。然后,电气元件16A、16B与电路板11和低热阻元件13一起被加热。除了加热之外,使模具J3、J4移位以便彼此结合。结合方法可以包括压力结合法。模具J3、J4的位移方式与第一实施方式类似。当执行加热过程和模具J3、J4的移位时,电路板11上的电路图案(即,布线图案)与电气元件16A、16B彼此连接。在将电气元件16A、16B与电路板11和低热阻元件13结合之后,导热构件14A的厚度与导热构件14B的厚度不同。每个导热构件14A、14B的厚度都可以是薄的以便减小热阻。
当执行布置及加热过程时,制造出图14中所示的散热结构10。当执行布置及加热过程时,第一电气元件16A的高度H5与第一导热构件14A的厚度的总和大致等于第二电气元件16B的高度H6与第二导热构件14B的厚度的总和。图14中的低热阻元件13可以由图10中的散热体15代替。如图8和13中所示,结构10可以包括与低热阻元件13形成为一体的散热体。
在第三实施方式中,根据第一实施方式的多层基板12A替换为电气元件16A,并且,根据第一实施方式的多层基板12B替换为电气元件16B。因此,获得了与第一实施方式类似的效果。此外,还获得了以下效果。
散热结构10的制造方法包括:电气元件布置过程,该电气元件布置过程用于将多个电气元件16A、16B沿着非堆叠方向布置在电路板11上;以及布置及加热过程,该布置及加热过程用于将低热阻元件13经由导热构件14布置在多个电气元件16A、16B的与电路板11相对的表面上,以及用于经由导热构件14对低热阻元件13和多个电气元件16A、16B进行加热和结合,如图16中所示。在这种情况下,即使沿着非堆叠方向布置的电气元件16A、16B的高度H5、H6彼此不同,电气元件16A、16B的高度与导热构件14A、14B的厚度的总和仍能被大致均等化。因此,易于控制结构10中的间隙。此外,由于低热阻元件13具有低热阻,因而在电气元件16A、16B处产生的热量被传递,即,被传导。因此,电气元件16A、16B的散热性能提高。
(其他实施方式)
在第一和第二实施方式中,散热结构10包括电路板11。替代地,散热结构10可以不包括电路板11,如图17至19中所示。图17中的散热结构10对应于图1中的结构10。图18中的散热结构10对应于图9中的结构10。图19中的散热结构10对应于图10中的结构10。在这些情况下,由于在图7和12中的每个过程中都不布置电路板11,因而加热及挤压过程是在使用模具J3、J4的情况下执行的。由于这些情形与第一和第二实施方式之间的差别仅仅是结构10不包括电路板10这一特征,因此获得了与第一和第二实施方式类似的效果。
在第一和第二实施方式中,多层基板12、12A、12b包括五层的基部部件121-125。替代地,根据所需的电路构造,多层基板12、12A、12b可以包括多于五层或少于五层的基部部件。例如,多层基板12、12A、12b可以包括数十层例如五十层。由于该情形与第一和第二实施方式之间的差别在于堆叠层的数目,因此获得了与第一和第二实施方式类似的效果。
在第一和第二实施方式中,与电气元件相对应的例如开关元件之类的半导体元件Qa-Qd内置于多层基板12、12A、12B中。替代地,可根据所需的电路构造将不同于半导体元件Qa-Qd的电气装置内置于多层基板12、12A、12B中。此外,可以适当地设定内置于多层基板12、12A、12B中的电气装置的数量。除了开关元件之外,电气装置可以是例如二极管、半导体集电器和集成电路(IC)之类的半导体元件,和/或电阻器、电容器、线圈、电抗器等。由于该情形与第一和第二实施方式之间的差别仅仅在于内置于多层基板12、12A、12B中的电气元件,因此获得了与第一和第二实施方式类似的效果。
在第一和第二实施方式中,散热体15经由导热构件14布置在多层基板12A、12B的一个共同表面上,或者,散热体15在没有导热构件14的情况下直接布置在多层基板12A、12B的一个共同表面上。替代地,结构10可以包括不同于散热体15的冷却器,例如具有这样的管的装置:例如水和油之类的液态冷却剂在所述管中流动以进行冷却。替代地,结构10可以包括加热器或温度控制器,例如具有控制器的加热器和冷却器。当结构10包括冷却器时,内置于多层基板12、12A、12B中的半导体元件Qa-Qd直接通过冷却器来冷却。当结构10包括加热器时,内置于多层基板12、12A、12B中的半导体元件Qa-Qd直接通过加热器来加热。在每一种情况下,与电气元件16相对应的半导体元件Qa-Qd以及除了电气元件16之外的电气装置都在适合的温度下起作用。
在第一至第三实施方式中,多层基板12、12A、12B和电气元件16、16A、16B提供了用于控制三相旋转电机20的控制电路的一部分。替代地,多层基板12、12A、12B和电气元件16、16A、16B可以提供用于对具有多于三相的相位或少于三相的相位的旋转电机20——例如单相旋转电机和六相旋转电机——进行控制的控制电路的一部分。替代地,多层基板12、12A、12B和电气元件16、16A、16B可以提供用于对除了旋转电机20之外的负载的进行控制的控制电路的一部分。由于该情形与第一至第三实施方式的差别仅仅在于控制电路的控制对象,因此获得了与第一至第三实施方式类似的效果。
在第一至第三实施方式中,低热阻元件13为金属板。替代地,低热阻元件13可以是不同于金属板的元件,该元件具有导热性以及比绝缘材料的热阻更低的热阻。例如,低热阻元件13可以是包括树脂膜、凝胶、油脂、粘着剂等在内的片材。即使在低热阻元件13是不同于金属板的元件时,低热阻元件13的热阻仍低于多层基板12和电气元件16的热阻。因此,获得了与第一至第三实施方式类似的效果。
在上述公开内容中,绝缘材料可以是具有绝缘特性的任意种类的树脂。例如,绝缘材料可以是热塑性树脂。基部部件可以是由绝缘材料制成的板形材料。例如,基部部件可以是薄膜形构件。只要导体形成在基部部件上/中,则基部部件可以是任意种类的材料。导体可以是传导性构件,例如导体分布图、层间连接构件、贯通孔中的传导性材料。用于提供多层基板的基部部件的数量可以是任意的。例如,基部部件的数量可以是数十个例如以五十个,五十个可以为上限。多层基板可以是PALAP(即,patterned prepreg lay up process(用已进行了图形加工的薄片,通过一次层压形成多层板的工艺)——这是注册商标)或多层印刷电路板。导热构件可以是具有导热性的片材或凝胶、油脂、粘着剂。导热构件可以由任意种类的材料制成。散热体散热。散热体可以是散热板或散热装置。通常,散热体具有传导性。散热体可以用作通过冷却器或加热器来传递热量的导热构件。当散热体用作导热构件时,该结构的散热效率可以提供导热性或导热效率。电气元件或电气装置可以安装在多层基板上或容置在多层基板中。例如,电气元件或电气装置可以是半导体装置,例如开关元件、二极管、半导体集电器或集成电路(IC)。替代地,电气元件或电气装置可以是电阻器、电容器、线圈、电抗器等。低热阻元件由具有比绝缘材料的热阻低的热阻的材料制成。多层基板和电气装置的高度在加热及挤压过程中被均等化的特征指的是多层基板和电气装置的高度彼此相等的情形、多层基板和电气装置的高度在制造公差内彼此大致相等的情形、或多层基板和电气装置的高度之间的差通过导热构件的厚度来进行调节的情形。
虽然已经参照本公开的实施方式对本公开进行了描述,但应理解,本公开不限于这些实施方式和构造。本公开旨在覆盖各种改型和等同设置。另外,尽管有各种组合和构造,但包括更多的、更少的或仅仅包括单个元件的其他构造和组合也在本公开的精神和范围内。
Claims (11)
1.一种用于电气装置(Qa-Qd、16)的散热结构,包括:
至少一个多层基板(12、12A、12B),所述至少一个多层基板(12、12A、12B)包括导体分布图(12c)和由绝缘材料制成的多个基部部件(121-125),所述导体分布图(12c)和所述多个基部部件(121-125)堆叠成多层结构,从而使所述导体分布图(12c)与所述基部部件(121-125)中的层间连接部(L1-L10)电联接;
所述电气装置(Qa-Qd、16),具有内置于所述至少一个多层基板(12、12A、12B)中的第一电气元件(Qa-Qd)和不内置于所述多层基板(12、12A、12B)中的第二电气元件(16)中的至少一者;以及
低热阻元件(13),所述低热阻元件(13)与所述电气装置(Qa-Qd、16)相对,
其中,所述低热阻元件(13)具有比所述绝缘材料的热阻低的热阻。
2.根据权利要求1所述的散热结构,还包括:
导热构件(14),所述导热构件(14)设置在所述低热阻元件(13)与散热体(15)之间,或者设置在所述至少一个多层基板(12、12A、12B)或所述第二电气元件(16)与所述低热阻元件(13)之间,
其中,所述散热体(15)设置在所述电气装置(Qa-Qd、16)的相对侧。
3.根据权利要求1所述的散热结构,
其中,所述基部部件(121-125)包括绝缘基部部件(125),所述绝缘基部部件(125)与所述低热阻元件(13)相对;
其中,所述基部部件(121-125)还包括相邻基部部件(124),所述相邻基部部件(124)与所述绝缘基部部件(125)相邻;
其中,所述相邻基部部件(124)具有与所述低热阻元件(13)相对的表面,以及
其中,所述导体分布图(12c)设置在所述相邻基部部件(124)的表面上。
4.根据权利要求1所述的散热结构,还包括:
电路板(11),所述电路板(11)设置在所述至少一个多层基板(12、12A、12B)上且与所述低热阻元件(13)相对,
其中,所述至少一个多层基板(12、12A、12B)包括多个多层基板(12、12A、12B),所述多个多层基板(12、12A、12B)沿着与每个多层基板(12、12A、12B)的堆叠方向不同的方向布置在所述电路板(11)上,以及
其中,在所述至少一个多层基板(12、12A、12B)中的所述第一电气元件(Qa-Qd)处产生的热量经由所述低热阻元件(13)发散到所述散热结构的外部。
5.根据权利要求1所述的散热结构,
其中,所述第一电气元件(Qa-Qd)容置在所述至少一个多层基板(12、12A、12B)的容置部(12d)中。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的散热结构,
其中,所述第一电气元件(Qa-Qd)具有与每个基部部件(121-125)的厚度大致相等的厚度。
7.一种制造用于电气装置(Qa-Qd、16)的散热结构的方法,包括:
在每个基部部件(121-125)的一个表面或两个表面上形成导体分布图(12c),所述基部部件(121-125)由绝缘材料制成;
在每个所述基部部件(121-125)的预定位置处形成贯通孔(12b);
用层间连接构件(12a)填充所述贯通孔(12b);
将第一电气元件(Qa-Qd)容置在所述基部部件(121-125)中的一个基部部件的容置部(12d)中,所述第一电气元件(Qa-Qd)包括在所述电气装置(Qa-Qd、16)中;
堆叠多个基部部件(121-125)以形成堆叠本体;
用压模对所述堆叠本体进行加热和挤压,从而使所述基部部件(121-125)彼此结合以形成多层基板(12、12A、12B);以及
经由导热构件(14)将低热阻元件(13)加热并压力结合到至少一个多层基板(12、12A、12B)的一个表面上,或者将所述低热阻元件(13)直接加热并布置于所述至少一个多层基板(12、12A、12B)的一个表面上。
8.根据权利要求7所述的制造散热结构的方法,
其中,对所述堆叠本体进行加热和挤压包括:
将多个堆叠本体沿着与每个堆叠本体的堆叠方向不同的方向布置于电路板(11)上;以及
用所述压模对所述多个堆叠本体与所述电路板(11)一起进行加热和挤压。
9.根据权利要求7或8所述的制造散热结构的方法,
其中,对所述低热阻元件(13)进行加热和压力结合包括:
沿着与所述堆叠本体的堆叠方向不同的方向将一个或多个第二电气元件(16)和一个或多个多层基板(12、12A、12B)中的至少一者布置在电路板(11)与所述低热阻元件(13)之间,所述第二电气元件(16)包括在所述电气装置(Qa-Qd、16)中;以及
用所述压模对一个或多个第二电气元件(16)和一个或多个多层基板(12、12A、12B)中的至少一者与所述电路板(11)和所述低热阻元件(13)一起进行加热和压力结合。
10.根据权利要求7或8所述的制造散热结构的方法,
其中,对所述低热阻元件(13)进行布置及加热包括:
沿着与所述堆叠本体的堆叠方向不同的方向将一个或多个第二电气元件(16)和一个或多个多层基板(12、12A、12B)中的至少一者布置在电路板(11)上,所述第二电气元件(16)包括在所述电气装置(Qa-Qd、16)中;以及
将所述低热阻元件(13)直接布置在一个或多个第二电气元件(16)和一个或多个多层基板(12、12A、12B)中的至少一者的一个表面上。
11.一种制造用于电气装置(16、16A、16B)的散热结构的方法,包括:
将多个电气元件(16、16A、16B)沿着所述电子元件(16、16A、16B)和电路板的堆叠方向布置在所述电路板(11)上;以及
经由与所述电路板(11)相对的导热构件(14、14A、14B)将低热阻元件(13)布置、加热以及结合到所述多个电气元件(16、16A、16B)上。
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