CN105612824A - 电模块、包括这样的电模块的电***、和相应的制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于制造电模块的方法包括：将至少一个第一电部件(108、110)固定到第一板(102)；然后将每个第一电部件(108、110)组装到电连接棒(104)，至少一个第二电部件(120)已经固定到该电连接棒。

Description

电模块、包括这样的电模块的电***、和相应的制造方法
技术领域
本发明特别地涉及功率控制电子领域，其例如利用包括铁磁材料的电部件。
背景技术
包含铁磁材料的电部件通常对于机械和/或热机械应力是敏感的。由此，必须尽可能地确保它们的机械支撑。此外，在操作中，这些部件可温度快速增加，从而它们需要被尽可能多地冷却。
已知的冷却技术包括将部件平着抵靠铝板而被冷却。
这例如是公开号为US2008/0079145A1的美国专利申请所描述的。该文件此外描述了导热粘结化合物的使用。
该类型的粘结化合物实际上提供了很多优势。但是，其具有在高温下聚合的缺点。
目前的电流连接棒通常不仅包括包含铁磁材料的电部件，还包括具有热敏部件的电部件，其不能抵抗粘结化合物的聚合温度。
因此，存在对制造电模块的方法的需要，该电模块允许两种不同类型的电部件的固定。
发明内容
一种用于制造电模块的方法，其特征在于，其包括：
-将至少一个第一电部件固定到第一板，然后
-将每个第一电部件组装到电连接棒，至少一个第二电部件已经固定到该电连接棒。
通过所提供的方法，一个或多个第二电部件没有通过一个或多个第一电部件的固定所导致的劣化风险。
可选地，将第一电部件固定到第一板包括：
-在第一电部件和第一板之间沉积粘结化合物，
-加热粘结化合物，例如加热到至少125℃的温度，优选地为至少150℃，用于聚合该粘结化合物。
可选地，第一电部件与电连接棒的组装包括将第一部件固定到电连接棒。由此，电连接棒、第一和第二部件以及第一板形成模块，该模块可***作以便例如从一个位置运输到另一位置。
可选地，第一电部件与电连接棒的组装包括：
-将电连接棒的第一部分定位在第一部件上，与该第一板相对，使得第一部件终结于电连接棒和第一板之间，
-通过连接棒的至少一个第二部分将电连接棒固定到第一板，所述第二部分从第一部分延伸到第一板。
可选地，电连接棒包括围绕至少一个电导体的塑料覆层。特别地，一个或多个电导体被设计为为第二部件和/或第一部件提供电力。
可选地，第二电部件固定到塑料覆层，特别地通过在第二电部件上包覆模制塑料覆层和/或通过附连机构来固定。
可选地，电连接棒的所述第二部分与塑料涂层是一体的。
可选地，第一板被设计为耗散由一个或多个第一部件在它们操作期间产生的热。
提供了用于制造电***的方法，包括：
-根据本发明的方法来制造电模块，
-将第一板固定到第二板，该第二板被设计为耗散来自电模块的热。
可选地，用于冷却剂液体的流通通道和通入所述通道中的入口形成在第二板中，第一板固定到第二板，以便覆盖所述开口，使得冷却剂液体与第一板接触。
可选地，第一板装备有突出部，突出部被设计为，在第一板已经固定到第二板之后，延伸到开口中。
还提供了一种电模块，其特征在于，其包括：
-第一板，
-电连接棒，
-至少一个第一电部件，安装到电连接棒上，每个第一电部件还通过聚合的粘结化合物固定到第一板，该粘结化合物具有一定的聚合温度，
-至少一个第二电部件，其固定到电连接棒，每个第二电部件具有比粘结化合物的聚合温度低的最大正常操作温度。
还提供了一种电***，其特征在于，其包括：
-根据本发明的电模块，
-第二板，第一板固定至该第二板，第二板设计为耗散来自电模块的热。
可选地，电***此外包括：
-包封电模块的壳体，第二板形成壳体的一部分，特别是壳体的基部。
可选地，电***此外包括：
-至少第三电部件，独立于电模块固定到第二板。
附图说明
本发明的各个实施例现将仅作为例子参考附图而被描述。
图1作为三维视图示出根据本发明的电模块；
图2作为横截面视图示出根据本发明的第一电***，其包括图1的模块；
图3以块图的形式示出用于图2中的第一电***的制造方法的步骤；
图4作为横截面视图示出根据本发明的第二电***，其包括图1的模块；
图5作为横截面视图示出根据本发明的第三电***，其包括图1的模块。
具体实施方式
参考图1，现将描述实施本发明的电模块100。
电模块100首先包括板102，其具有用于电部件的基板和用于通过这些电部件产生的热的散热的功能，这将在以下部分中描述。如还将在以下部分中解释的，板102被设计为固定到另一板上，且将相应地称为“中间板”。中间板102优选地由金属制成，例如由铝制成，优选地其制造为具有一至十五毫米的厚度。
电模块100此外包括电连接棒104，其通常称为“汇流条”。电连接棒104被设计为，在优选处于三百至五百伏范围的电压下输送电力，且具有优选为一至十安培的强度。电连接棒104包括围绕至少一个电导体105的塑料覆层106，该电导体特别地被设计为供应电力至电模块100的部件。
电模块100此外包括两个电部件108、110。这些部件108、110将在以后成为“脆弱部件”，因为它们对机械和/或热机械应力是敏感的，且必须相应地被牢固地固定，以便确保它们在存在振动或机械冲击时正确操作。在所述例子中，脆弱部件108、110包括由铁素体材料制成的至少一部分，在之前描述的意义下，其是“脆弱材料”。两个脆弱部件108、110的每个包括线圈112、114和壳体116、118。现在将参考图2，在以下更加详细地描述脆弱部件108、110。为了被牢固地保持，脆弱部件108、110通过聚合的粘结化合物而在中间板102的上部面上固定到中间板102。该粘结化合物具有至少125℃的聚合温度，优选地为至少150℃。粘结化合物例如是硅树脂粘结剂。粘结化合物此外优选地呈现高热导性，例如在1至6W/m.K的范围。脆弱部件108、110固定至中间板102以电绝缘的方式实施。
此外，脆弱部件108、110安装到电连接棒104上——换句话说，相对于电连接棒104保持在位。更精确地，在所述例子中，电连接棒104的一部分——称为覆盖部分106a——定位在每个脆弱部件108、110上，与中间板102相对，以使得覆盖脆弱部件108、110。由此，脆弱部件夹持在电连接棒104的覆盖部分106a和中间板102之间。为了将电连接棒104保持在位，且以该方式将脆弱部件108、110保持在位，电连接棒104此外具有两个垂直部分106b，垂直部分106b从覆盖部分106a延伸到中间板102且固定到中间板102。在所述例子中，垂直部分106b是覆层106的部分，且因此与覆层106为一体。此外，优选地，每个垂直部分106b在其固定至中间板102的端部处包括销(未示出)，所述销引入到中间板102的相应开口中，这允许连接棒104被精确地定位在中间板102上。在图2中，其中一个销定位在前景中可见的穿孔122后面。
脆弱部件108、110可随后被电连接至电导体105，例如通过穿过导体105的通孔105a的螺钉和脆弱部件108、110的端子112a、114a。
电模块100此外包括至少一个另外的部件120。该电部件120将在以后称为“热敏部件”，因为其具有比粘结化合物的聚合温度低的最大正常操作温度。正常操作是允许电模块以及如以下将描述的包括电模块100的电***执行它们的功能的操作。例如，最大正常操作温度是大约100℃。热敏部件120固定到电连接棒104。固定可此外提供电连接。热敏部件120例如是薄膜电容器、电解电容器、陶瓷电容器、电阻器、用于测量电流或电压的部件、芯、或MOSFET(其表示金属-氧化物-半导体场-效应晶体管)类型的部件。优选地，热敏部件120固定到覆层106，特别地通过绕该热敏部件120包覆模制覆层106和/或通过固定机构。
电模块100此外具有穿孔122、124，用于使在图1的例子中形成在塑料覆层106中的螺钉通过。作为变体，如图2所示，这些穿孔可形成在中间板102中。
参考图2，现将描述第一电***200。第一电***200例如是电压转换器，诸如特别是DC-DC转换器或逆变器。
第一电***200首先包括图1的电模块100(在图2中示意性地示出-特别地，垂直部分106b没有示出)。在该图中，聚合的粘结化合物是可见的，且通过标号202表示。此外，可以看见，每个脆弱部件108、110包括铁磁芯部204、206，铁磁芯部204、206具有内部部分208、210和外部部分，线圈112、114围绕该内部部分缠绕，该外部部分围绕线圈112、114，从而形成壳体116、118。铁磁芯部204例如由铁素体制成。
第一电***200此外包括另一板212，在此之后称为“主板”，中间板102通过与中间板102的上部面相对的下部面固定至该主板。优选地，该固定被机械地实现，换句话说，通过机械部件，例如利用在穿孔122、124中的螺钉214、216，与诸如通过粘结化合物的化学附连相对。主板212具有用于中间板102的支撑以及用于通过该中间板102传送的热的散热的功能。对于中间板102和主板212之间的热传导，热脂218优选地插置在这两个板之间。在所述例子中，主板212由金属制成，例如铝。其可以比中间板102更厚。
作为变体，主板212不是由金属制成，而是包括例如环氧树脂基板的电子板。由此，主板212例如是FR4(其表示“防火4”)或IMS(其表示“绝缘金属基板”)板。
将理解，电***200的部件——特别是电模块100的部件108、110、120——参与电***200的功能的性能，例如电压转换器的功能。
参考图3，现将描述用于制造第一电***200的方法。
在步骤302期间，每个脆弱部件108、110固定到中间板102。为此目的，粘结化合物202沉积在中间板102上和/或每个脆弱部件108、110上，且脆弱部件108、110被保持抵靠中间板102。整个组件则被放入到炉子中，以便被加热到至少等于粘结化合物202的聚合温度的温度，以便使粘结化合物聚合。
在步骤204期间，在将脆弱部件108、110固定到中间板102之后，每个脆弱部件108、110安装到电连接棒104上，每个热敏部件120已经例如之前如上所述通过覆层106的包覆模制或螺钉附连而固定至该电连接棒。由此，热敏部件120没有放入到步骤302中使用的炉子中。组装包括例如将连接棒104的覆盖部分106a定位在每个脆弱部件108、110上，与中间板102相对，然后将垂直部分106b固定到中间板102。
在步骤304之后的步骤306期间，中间板102固定到主板212。为此目的，热脂218沉积在主板212上，且中间板102布置到热脂218上。螺钉214、216然后通过穿孔122、124旋拧到主板212中。
参考图4，现将描述第二电***400。第二电***400例如是电压转换器，诸如特别是DC-DC转换器或逆变器。
第二电***400与第一电***200相同，相同的附图标记表示相同的元件，除了现在将描述的不同之处。
用于使液体冷却剂流通的通道402与通入通道402中的入口404一起形成在主板212中。
中间板102固定到主板212以便覆盖开口404，且此外装备有突出部406，其延伸到开口404中并被设计为与冷却剂液体接触。
此外，热脂218可被两个板102、212之间的防漏密封件408、410替换。
将理解，电***400的部件——特别是电模块100的部件108、110、120——参与实施电***200的功能，例如逆变器或DC-DC转换器的功能。
第二电***400可通过方法300制造，其中，热脂218可至少部分地通过防漏密封件408、410替换。
参考图5，现将描述第三电***500。第三电***500例如是电压转换器，诸如特别是DC-DC转换器或逆变器。
第三电***500与第一电***200相同，相同的附图标记表示相同的元件，除了现在将描述的不同之处。
除了已经描述的元件，第三电***500首先包括包封电模块100的壳体502。
壳体502首先包括主板212，其在所述例子中形成壳体502的基部。壳体502此外包括从主板212升起的侧壁504。壳体502此外包括盖506，盖506被设计为搁置在侧壁504上。
主板212具有内部面，换句话说，朝向壳体502的内部取向，电模块100的中间板102固定到该内部面上。
第三电***500可此外包括至少一个另外的电部件508，在此之后称为“附加部件”。并非固定在中间板102上，每个附加部件508例如直接固定到主板212上，特别是在其内部面上。由此，第三部件508固定到主板212，独立于电模块100。此外，主板212可耗散附加部件所产生的热。作为变体，附加部件508可固定在侧壁504上。
第三电***500此外优选地包括主板212的冷却***(例如类似于图4的冷却***)，其优选地定位在主板212的与内部面相对的外部面上。
将理解，电***500的部件——特别是电模块100的部件108、110、120和一个或多个附加部件508——参与实施电***20的功能，例如逆变器或DC-DC转换器的功能。
第三电***500可以通过方法300制造，可向该方法添加一步骤，在该步骤期间，电连接棒104电连接至一个或多个附加部件508。
根据之前的描述，本发明涉及一种用于制造电模块100的方法，其特征在于，其包括：
-至少一个第一电部件108、110固定到第一板102，然后
-每个第一电部件108、110与电连接棒104组装，至少一个第二电部件120已经固定到该电连接棒。
可选地，第一板102由金属制成，且例如包括铝或铜。
可选地，每个第一电部件108、110包括铁磁材料。
可选地，至少一个第一电部件108、110包括围绕铁磁材料缠绕的线圈112、114。
可选地，粘结化合物202是硅树脂粘结剂。
可选地，一个或多个第二部件102包括以下的至少一个：薄膜电容器、电解电容器、陶瓷电容器、电阻器、用于测量电流或电压的部件、芯、或MOSFET类型的部件。
可选地，每个垂直部分106b在其固定至中间板102的端部处包括销，所述销引入到中间板102的相应开口中，特别地用于保持电连接棒104与第一板102接合。由此，电连接棒104、第一和第二部件108、110、120和第一板102形成模块，该模块可***作以便例如从一个位置运输到另一位置。
可选地，第一板102固定至第二板212被机械地实施，例如通过螺钉214、216实施。
可选地，第三部件508此外电连接到电模块100的电连接棒104。
可选地，壳体502此外包封一个或多个第三电部件508。
可选地，电模块100和一个或多个第三电部件508在第二板212的同一面上固定到第二板212。
可选地，电***200、400、500形成电压转换器，例如逆变器或DC-DC转换器。
本发明还涉及一种电***，其特征在于，其包括：
-电模块，包括：
-第一板102，
-电连接棒104，
-至少一个第一电部件108、110，安装到电连接棒104上，每个第一电部件108、110此外通过聚合的粘结化合物202固定到第一板，该粘结化合物202具有一定的聚合温度，
电***此外包括第二板212，第一板102固定至第二板212，第二板212设计为耗散来自电模块100的热。
在电模块100中，第一部件108、110固定到第一板102。特别地，第一板102的尺寸刚好足以接收一个或多个第一部件108、110。由此，仅第一板102和一个或多个第一部件108、110已经被引入到炉子中，以便实现粘结化合物202的聚合。不是必需将电***的整个组件引入到炉子中。温度升高的惯性能够被限制，且粘结化合物202聚合得更快。根据本发明的电***的制造因此比现有技术更简单和更快。该电***可包括之前描述的与之兼容的任一个特征。
此外，从阅读前述说明显现的，本发明允许固定两种不同类型的电部件，特别是需要通过在高温下聚合而被固定的脆弱部件，以及不能承受该高温的热敏部件。
此外，因为部件和中间板之间的粘结化合物的聚合在固定电连接棒和热敏部件之前执行，因此不必将电连接棒和热敏部件引入到炉子中。由此，炉子可以是非常小的。此外，因为较少元件在炉子中，所以加热的时长是合理的。
本发明不限于上述描述的实施例，而是相反通过以下权利要求限定。对于本领域技术人员明显的是，可对之前描述的实施例进行改变。
例如，在电连接棒与每个脆弱部件组装之前，中间和主板可固定在一起。
此外，热脂仅是一个例子。其起到两个板之间的热界面的作用。在其位置处，可在两个板之间存在空气。脂可被任何其他包括导热电荷(charge)(陶瓷、氧化铝、银电荷)的热胶或由具有同类型电荷的硅树脂、环氧树脂、聚氨酯或丙烯酸树脂(acrylic)制成的预切口缓冲密封件替代。
此外，在权利要求书中使用的术语不应被理解为限制于前述实施例的元件，而应相反地理解为涵盖本领域技术人员可从他们的基本知识推导出的所有等同元素。

Claims (15)

1.一种用于制造电模块(100)的方法，其特征在于，该方法包括：
-将至少一个第一电部件(108、110)固定到第一板(102)的步骤(302)，然后
-将每个第一电部件(108、110)组装到电连接棒(104)的步骤(304)，至少一个第二电部件(120)已经固定到该电连接棒(104)。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，将所述第一电部件(108、110)固定到所述第一板(102)的步骤包括：
-在第一电部件(108、110)和第一板(102)之间沉积粘结化合物(202)，
-加热粘结化合物(202)，例如加热到至少125℃的温度，优选地为至少150℃，用于聚合该粘结化合物(202)。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述第一电部件(108、110)与所述电连接棒(104)的组装步骤包括将所述第一部件(108、110)固定到所述电连接棒(104)。
4.如权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述第一电部件(108、110)与所述电连接棒(104)的组装步骤包括：
-将电连接棒(104)的第一部分(106a)定位在第一部件(108、110)上，与该第一板(102)相对，使得第一部件(108、110)终结于电连接棒(104)和第一板(102)之间，
-通过连接棒(104)的至少一个第二部分(106b)将电连接棒(104)固定到第一板(102)，所述第二部分(106b)从第一部分(106a)延伸到第一板(102)。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的制造方法，其中，所述电连接棒(104)包括围绕至少一个电导体(105)的塑料覆层(106)。
6.如权利要求3和5所述的制造方法，其中，将所述第二电部件(120)固定到塑料覆层(106)，特别地通过在第二电部件(120)上包覆模制所述塑料覆层(106)和/或通过固定机构来固定。
7.如权利要求4和5所述的制造方法，其中，电连接棒(104)的所述第二部分(106b)与所述塑料涂层(106)是一体的。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的制造方法，其中，所述第一板(102)被设计为耗散由一个或多个第一部件(108、110)在它们操作期间产生的热。
9.一种用于制造电***的方法，包括：
-根据如权利要求1至8中的任一项所述的方法来制造电模块(100)，
-将所述第一板(102)固定到第二板(212)，该第二板被设计为耗散来自所述电模块(100)的热。
10.如权利要求9所述的制造方法，其中，用于使冷却剂液体流通的通道(402)和通入所述通道(402)中的入口(404)形成在第二板(212)中，并且其中，所述第一板(102)固定到所述第二板(212)，以便覆盖开口(404)，使得冷却剂液体与所述第一板(102)接触。
11.如权利要求10所述的制造方法，其中，所述第一板(102)装备有突出部(406)，所述突出部(406)被设计为，在所述第一板(102)已经固定到第二板(212)之后，延伸到开口(404)中。
12.一种电模块(100)，其特征在于，其包括：
-第一板(102)，
-电连接棒(104)，
-至少一个第一电部件(108、110)，安装到电连接棒(104)上，每个第一电部件(108、110)还通过聚合的粘结化合物(202)而固定到第一板(102)，该粘结化合物(202)具有一定的聚合温度，
-至少一个第二电部件(120)，其固定到电连接棒(104)，每个第二电部件(120)具有比粘结化合物(202)的聚合温度低的最大正常操作温度。
13.一种电***(200；400；500)，其特征在于，其包括：
-根据权利要求12所述的电模块(100)，
-第二板(212)，第一板(102)固定至该第二板，该第二板(212)设计为耗散来自电模块(100)的热。
14.如权利要求13所述的电***(500)，还包括包封电模块(100)的壳体(502)，所述第二板(212)形成壳体(502)的一部分，特别是形成壳体(502)的基部。
15.如权利要求13或14所述的电***(500)，还包括至少一第三电部件，所述第三电部件独立于所述电模块(100)固定到第二板(212)。
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