至少一個電子部件和完全或部分金屬散熱器之間的導熱且電絕緣鏈接的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于在至少一個電子部件(2)和完全或部分為金屬的散熱器(5)之間制造導熱且電絕緣鏈接部的方法，其中，電子部件(2)和散熱器(5)形成組件(1)的一部分，該組件還包括布置在電子部件(2)和散熱器(5)之間的印刷電路(4)，所述印刷電路(4)包括至少一個金屬層(8、9)和金屬插件(13)。根據該方法，至少一個金屬表面(11、12、15、16、17)被陽極化處理，且來自電子部件(2)的熱量通過所述表面從電子部件(2)散至散熱器(5)，所述金屬表面屬于以下中的一個：金屬部件(2)、印刷電路(4)或散熱器(5)。
【專利說明】至少一個電子部件和完全或部分金屬散熱器之間的導熱且 電絕緣鏈接
【技術領域】
[0001] 本發明涉及至少一個電子部件和散熱器之間的導熱且電絕緣連接部的制造。在本 發明的背景下，表述"電絕緣連接部"必須理解為表示確保電信號的連續性和它們的絕緣的 連接部。"電絕緣"根據標準IPC TM650定義。
[0002] 仍在本發明的背景下，當連接部對于10W至20W的功率具有值為1. 5°C /W至 3. 5°C /W的熱阻時，所述連接部是導熱的。
[0003] 通常，為了測量印刷電路板的熱阻，M0S晶體管可釬焊到該印刷電路板，且電流可 注入到該晶體管的內部二極管。該印刷電路板任意側上的電壓測量基于由制造商公布的印 刷電路板規格提供溫度變化。
[0004] 一旦已知印刷電路板的熱阻，可以以相同方式處理包括印刷電路板和載體的組件 并測量該組件任意側上的電壓。組件的熱阻可由此推出，且因此通過減去印刷電路板的熱 阻、載體的熱阻而推出。
[0005] 本發明特別但不是排他地可應用于用作形成逆變器的一部分的功率開關的電子 部件。該逆變器例如屬于逆變器/充電器電路，其此外包括電馬達，且并入到電動或混合動 力車輛中。
【背景技術】
[0006] 電子部件和散熱器形成包括印刷電路板的組件的一部分，由電子部件散發的熱通 過該印刷電路板傳遞至散熱器。如例如在圖1中所示，已知的是將金屬插件1〇〇(其例如 由銅制成）插入到印刷電路板中，以便促進由電子部件101產生的熱量傳遞到散熱器102。 當電子部件101被供應有高電壓和/或高電流時，大量熱被產生，且電子部件101和散熱器 102之間需要的電絕緣增加。
[0007] 專利申請EP 2 023 706描述了對布置在散熱器和電子部件之間的插件層進行陽 極化處理。插件延伸超過印刷電路板至散熱器。
[0008] 專利US 6 449 158描述了將電子部件布置在印刷電路板中的腔室中，且在該電 子部件和散熱器之間插置陽極化鋁層。由此，電子部件沒有被印刷電路板的外部面承載。
[0009] 需要確保由電子部件產生的熱量良好地傳遞到散熱器，同時確保散熱器和電子部 件之間的滿意電絕緣。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的是滿足該需求，且本發明根據其一個方面利用一方法滿足該需求， 該方法用于在至少一個電子部件和散熱器之間制造導熱且電絕緣連接部，該散熱器完全或 部分地由金屬制成，電子部件和散熱器形成組件的一部分，該組件還包括布置在電子部件 和散熱器之間的印刷電路板，該印刷電路板包括至少一個金屬層和金屬插件，
[0011] 在該方法中，熱通過至少一個金屬表面從電子部件散至散熱器，該至少一個金屬 表面被陽極化處理，所述金屬表面屬于金屬部件、印刷電路板和散熱器中的一個。
[0012] 插件可被全部地包含在印刷電路板的高度中，即，插件即沒有朝向散熱器也沒有 朝向電子部件突出超過印刷電路板。
[0013] 印刷電路板可被全部地布置在電子部件和散熱器之間，即，當散熱器、印刷電路板 和電子部件沿軸線按該順序堆疊時，沒有平面垂直于該軸線，其切斷散熱器和印刷電路板 兩者或切斷印刷電路板和電子部件兩者。
[0014] 電子部件例如由印刷電路板的一面承載，該面限定用于接收該部件的表面。在以 下說明中，術語"印刷電路板的面"被理解為印刷電路板的外部面。
[0015] 根據本發明，僅淺的表面層可被陽極化處理，其不是例如專利US 6 449158中的 情況，其中，鋁層整個被陽極化處理。
[0016] 陽極化處理該表面或這些表面使得可以確保電絕緣，而沒有阻礙熱從電子部件通 過所述表面傳遞至散熱器。此外，通過陽極化處理制造該電絕緣不昂貴。
[0017] 電子部件可包括具有至少一個金屬部分的包裝，所述包裝經由所述金屬部分擱置 在印刷電路板的接收表面上，包裝的所述金屬部分可被陽極化處理。包裝的該陽極化表面 則形成組件的該陽極化金屬表面或陽極化金屬表面中的一個。
[0018] 散熱器可具有與印刷電路板接觸的金屬表面，散熱器的所述表面可被陽極化處 理。散熱器的該陽極化表面則形成該陽極化金屬表面或陽極化金屬表面中的一個。散熱器 例如完全或部分地由鋁制成，該材料具有令人滿意的電和熱屬性同時便宜且輕。
[0019] 散熱器可由單個部件制成，在該情況下，該部件的一部分受到陽極化處理。作為變 體，之前被陽極化處理的部件連結到散熱器，且該連結的部件的表面形成散熱器的陽極化 金屬表面。
[0020] 金屬插件可具有一體構造，例如由單個部件制成。
[0021] 金屬插件可由銅制成。
[0022] 根據本發明的第一實施例，金屬插件嵌入在印刷電路板的其余部分中。根據該第 一實施例，印刷電路板包括至少兩個金屬層，第一金屬層插置在金屬插件和電子部件之間， 第二金屬層插置在金屬插件和散熱器之間。每個金屬層可由銅制成。
[0023] 根據該第一實施例的第一變體，第一金屬層的面向電子部件的面被完全或部分地 陽極化處理。第一金屬層的該陽極化的面則形成組件的該陽極化金屬表面或陽極化金屬表 面中的一個。
[0024] 根據該第一實施例的第二變體，或與上述第一變體組合，第二金屬層的面向散熱 器的面被完全或部分地陽極化處理。第二金屬層的該陽極化的面則形成組件的該陽極化金 屬表面或陽極化金屬表面中的一個。
[0025] 根據本發明的第一實施例的另一變體，或如果適當地，根據上述第一或第二變體， 金屬插件可具有與第一金屬層的相應接觸表面接觸的第一接觸面，和與第二金屬層的相應 接觸表面接觸的第二接觸面，至少一個以下表面可被陽極化處理：
[0026] -所述第一接觸面，
[0027] -第一金屬層的所述相應接觸表面，
[0028]-所述第二接觸面，
[0029]-所述第二金屬層的所述相應接觸表面，
[0030] 由此，該陽極化表面形成組件的該陽極化金屬表面或陽極化金屬表面中的一個。
[0031] 如果需要，由電子部件產生的熱可通過多個陽極化金屬表面消散。
[0032] 根據本發明的第二實施例，金屬插件可沒有嵌入在印刷電路板的其余部分中。
[0033] 印刷電路板可包括兩個金屬層，例如由銅制成，和預浸料坯層，腔室可制造為通過 這些層。
[0034] 預浸料坯層可具有印刷電路板的厚度的20至90%，例如在50%至80%之間。
[0035] 金屬插件例如布置在該腔室中，特別是壓配合到該腔室中，且具有與電子部件接 觸的接觸面。金屬插件的該接觸面可被陽極化處理，然后形成組件的該陽極化金屬表面或 陽極化金屬表面中的一個。
[0036] 根據該第二實施例，當插件布置在貫穿腔室中時，其可不延伸到第二金屬層的厚 度中，且腔室的在該第二金屬層中制造的部分可完全或部分地填充有樹脂。第二金屬層可 以是印刷電路板的外層，第二金屬層的面則形成印刷電路板的外部面，且樹脂可布置在腔 室中，從而印刷電路板的所述外部面基本是平的，包括與腔室齊平。
[0037] 作為變體，插件沒有延伸到第一金屬層的厚度中，而延伸到預浸料坯層和第二金 屬層中，腔室的在第一金屬層中制造的部分完全或部分地填充有樹脂，如上關于第二金屬 層描述的，特別地獲得平表面。
[0038] 作為又一變體，插件僅延伸到第一金屬層或第二金屬層的厚度的一部分中，腔室 的沒有被第一或第二金屬層中的插件占據的部分完全或部分地填充有樹脂。平表面可如上 所述的獲得。
[0039] 除了在本發明第一實施例的情況下，插件可具有與散熱器接觸的接觸面，插件的 所述接觸面可被陽極化處理。屬于印刷電路板的插件的該陽極化的面則形成組件的該陽極 化金屬表面或陽極化金屬表面中的一個。
[0040] 根據本發明的另一方面，本發明的另一主題是組件，所述組件包括：
[0041] -至少一個電子部件，
[0042] -散熱器，完全或部分地由金屬制成，和
[0043] -印刷電路板，布置在散熱器和電子部件之間，所述印刷電路板包括至少一個金屬 層和金屬插件，
[0044] 電子部件、印刷電路板和散熱器中的至少一個包括至少一個金屬表面，由電子部 件散的熱量通過該金屬表面被傳遞至散熱器，所述金屬表面被陽極化處理。
[0045] 上述組件允許已經描述優點被獲得。
[0046] 插件可布置在電子部件和散熱器之間。
[0047] 關于上述方法描述的全部或一些特征可與諸如上述的組件組合。
[0048] 電子部件例如是具有高于lkW的名義功率的電子部件。當被供應有電功率時，由 該部件散發的熱功率可例如包含在low至50W之間。
[0049] 該部件例如形成逆變器/充電器電路的逆變器的一部分，該電路此外包括電馬 達,且并入到電動或混合動力車輛中。
[0050] 根據本發明的另一方面，本發明的又一主題是一種用于至少一個電子部件的結 構，該結構包括：
[0051] -印刷電路板，其一個面限定電子部件接收表面，印刷電路板包括金屬插件；和
[0052] -散熱器，其完全或部分地由金屬制成，散熱器具有面向印刷電路板的陽極化表 面。
[0053] 散熱器例如由鋁制成，在該情況下，陽極化處理允許鋁層布置為與印刷電路板接 觸。
[0054] 根據本發明的另一方面，本發明的又一主題是一種用于至少一個電子部件的結 構，該結構包括：
[0055] -印刷電路板，其一個面限定電子部件接收表面，印刷電路板包括金屬插件和至少 一個金屬層；和
[0056] -散熱器，散熱器具有面向印刷電路板的表面，
[0057] 金屬插件被嵌入在印刷電路板的其余部分中，且包括與印刷電路板的金屬層的相 應接觸表面接觸的接觸面。
[0058] 根據本發明的另一方面，本發明的又一主題是一種用于至少一個電子部件的結 構，該結構包括：
[0059] -印刷電路板，其一個面限定電子部件接收表面，印刷電路板包括金屬插件；和
[0060] -散熱器，散熱器具有面向印刷電路板的表面，
[0061] 金屬插件布置在印刷電路板中制造的貫穿腔室中，從而所述插件的部分形成電子 部件接收表面的一部分，插件的所述部分被陽極化處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0062] 在閱讀本發明的非限制性實施例的以下描述和參考附圖時，將更好地理解本發 明，在附圖中：
[0063] 圖1示出已經描述的根據現有技術的示例組件，
[0064] 圖2示意性地示出根據本發明第一實施例的一個變體的組件，
[0065] 圖3和4示意性地示出本發明第一實施例的其他變體，
[0066] 圖5示意性地示出根據本發明第二實施例的一個變體的組件，和
[0067] 圖6和7示意性地示出本發明第二實施例的其他變體。
【具體實施方式】
[0068] 圖2示出根據本發明第一實施例的組件1。該組件1包括電子部件2,例如功率晶 體管，諸如場效應晶體管，和結構3,部件已經連結至該結構3,例如通過釬焊。部件2例如 具有高于或等于lkW的名義功率，并在其被提供有電功率時產生10W至50W的熱功率。電 子部件2可承受住大約430V的電壓和大約13A的電流。
[0069] 結構3在所示例子中包括印刷電路板4和散熱器5,散熱器特別由鋁制成。
[0070] 在所考慮的例子中，印刷電路板4具有多層的形式，包括第一銅層8、第二銅層9以 及插置在銅層8和9之間的預浸料坯層10。
[0071 ] 第一銅層8具有面11，其限定印刷電路板的接收表面，電子部件2連結至該接收表 面。
[0072] 第二銅層9具有朝向散熱器5的面12,其限定印刷電路板4的另一外表面。
[0073] 如所示，預浸料坯層10可比每一個銅層8和9厚。
[0074] 印刷電路板4此外包括金屬插件13,例如由銅制成。在圖2所示的例子中，插件 13被包含在僅在預浸料坯層10中制造的腔室中，且沒有被包含在銅層8和9中的厚度中。 插件13相對于電子部件2和散熱器5被布置，從而由該部件2發散的熱量經由插件13通 至散熱器5。
[0075] 圖2所不的印刷電路板4例如是由Schweizer Electronic?在標準FR4 6L Insert In-LAY下焊接的印刷電路板。
[0076] 在圖2所示的例子中，印刷電路板的外表面12與散熱器5的陽極化表面15接觸。 該陽極化表面15例如通過對形成散熱器5的金屬塊的一部分進行陽極化而獲得。
[0077] 作為變體，例如由鋁制成的金屬部件在連結至散熱器5之前被先陽極化，以便限 定散熱器的與印刷電路板4接觸的接觸表面。
[0078] 該陽極化表面15使得可以獲得電子部件2和散熱器5之間的令人滿意的電絕緣， 而沒有不良地影響從電子部件2至散熱器5的散熱。由此，獲得電子部件2和散熱器5之 間的連接部，其電絕緣同時允許期望的散熱。
[0079] 由于表面15被陽極化處理，散熱器5可經由陽極化層與印刷電路板4接觸，所述 層例如具有包括在l〇ym至30μπι之間的厚度，而散熱器大約為2mm厚。
[0080] 在圖3和4所示的例子中，其顯示了在印刷電路板4和散熱器5已經被組裝之前 的圖2的組件1的變體，散熱器不具有陽極化表面。在圖3中的例子中，電絕緣通過對每個 面進行陽極化處理而獲得，插件13經由所述面面對金屬層8或9。
[0081] 插件13例如具有面向第一銅層8的面16和面向第二銅層9的面17,這兩面16和 17被陽極化處理。如果需要，接觸面16和17的相應接觸表面（分別屬于第一銅層9和第 二銅層10)可也被陽極化處理或替代地被陽極化處理。
[0082] 在圖4中的例子中，接收表面11的與電子部件2接觸的部分和由第二銅層9限定 的外部面12被陽極化處理。再次參考圖4中的例子，電子部件2可包括包裝，至少其與印 刷電路板4接觸的部分由金屬制成，且包裝的該金屬部分可被陽極化處理。
[0083] 在另一例子（未示出）中，組件1可使用圖2至4的例子中列出的全部陽極化表 面。
[0084] 根據本發明的第二實施例的組件1的變體現在將參考圖5至7描述。
[0085] 在這些例子中，腔室20在印刷電路板4的層8至10中制造，且插件壓配合到該腔 室20中。在此，插件13被包含在第一銅層8和預浸料坯層10的厚度中。插件13經由其 面16與電子部件2接觸。但是，插件沒有被包含在第二銅層9的厚度中，從而，與第二銅 層9齊平地，腔室20沒有被插件13占據。圖3和4所示的印刷電路板4例如是由Ruwel International? 在標準 FR4 2LCopper In-LAY 下釬焊。
[0086] 樹脂22被注入到腔室20的在第二銅層9中制造的部分中，該樹脂例如是U90 2 kV/125°C Kerartherm'的標準藍不粘膜。樹脂22可被布置使得，外表面12保持平的，而不 管腔室20的第二銅層9中的存在。樹脂22的底邊緣可由此布置為與外部面12的其余部 分齊平。
[0087] 類似于圖2中的例子，散熱器5的表面15可被陽極化處理，當散熱器為一體構造 時，該表面15形成散熱器的一部分，或屬于連結至散熱器5的另一部分的先陽極化處理的 部分。如果需要，該陽極化處理可以是深陽極化，且形成10 μ m至30 μ m厚度的層，經由該 層，散熱器與印刷電路板接觸。
[0088] 在圖6和7所示的例子中，其顯示了印刷電路板4和散熱器5已經被組裝之前的 圖5中的組件的變體，使用了用于在電子部件2和散熱器5之間獲得電絕緣的其他器件。
[0089] 在圖6中的例子中，散熱器不具有陽極化表面，但插件的與電子部件2接觸的該面 16被陽極化處理。當電子部件被包含在具有與插件13接觸的金屬部分的包裝中時，該包裝 的所述金屬部分被陽極化處理。
[0090] 在圖7中的例子中，通過對第二銅層9的面12陽極化處理而獲得電絕緣。
[0091] 在一例子（未示出）中，組件1可使用圖5至7的例子中列出的全部陽極化表面。
[0092] 本發明不限于剛剛已經描述的例子。
[0093] 只要導熱且電絕緣連接部在電子部件2和散熱器5之間通過對一個或多個金屬表 面陽極化處理而建立，則不偏離本發明的范圍。
[0094] 盡管已經使用術語"陽極化表面"，但本發明不僅涵蓋表面陽極化處理且還涵蓋深 陽極化，即，陽極化表面的形成外部的部分也在其厚度的一部分上被陽極化處理。
[〇〇95] 表達方式"包括"或"包括一個"必須理解為"包括至少一個"，除了另外指出。
【權利要求】
1. 一種用于在至少一個電子部件（2)和散熱器（5)之間制造導熱且電絕緣連接部的 方法，該散熱器完全或部分地由金屬制成，電子部件（2)和散熱器（5)形成組件（1)的一部 分，該組件此外包括布置在電子部件（2)和散熱器（5)之間的印刷電路板（4)，該印刷電路 板（4)的一個面（11)限定用于接收電子部件（2)的表面，印刷電路板（4)包括至少一個金 屬層（8、9)和金屬插件（13)，該金屬插件（13)被全部地包含在印刷電路板（4)的高度中， 在該方法中，熱通過至少一個金屬表面（11、12、15、16、17)從電子部件（2)散至散熱器 (5)，該至少一個金屬表面被陽極化處理，所述金屬表面屬于電子部件（2)、印刷電路板（4) 和散熱器（5)中的一個。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，電子部件（2)包括具有至少一個金屬部分的包裝， 所述包裝經由所述金屬部分擱置在印刷電路板（4)的接收表面（11)上，且其中，包裝的所 述金屬部分可被陽極化處理。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其中，散熱器（5)具有與印刷電路板⑷接觸的表面 (15)，且其中，散熱器（5)的所述表面（15)被陽極化處理。
4. 如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，印刷電路板（4)包括至少兩個金屬 層（8、9)，第一金屬層（8)插置在金屬插件（13)和電子部件（2)之間，第二金屬層（9)插置 在金屬插件（13)和散熱器（5)之間。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，接收表面（11)由第一金屬層（8)的面向電子部件 (2)的面限定，所述接收表面（11)完全或部分地被陽極化處理。
6. 如權利要求4或5所述的方法，其中，第二金屬層（9)的面向散熱器（5)的面（12) 被完全或部分地陽極化處理。
7. 如前述權利要求4至6中的任一項所述的方法，其中，金屬插件（13)具有與第一金 屬層（8)的相應接觸表面接觸的第一接觸面（16)，和與第二金屬層（9)的相應接觸表面接 觸的第二接觸面（17)，且其中，以下中的至少一個被陽極化處理： -所述第一接觸面（16)， -所述第一金屬層（8)的所述相應接觸表面， -所述第二接觸面（17)，和 -所述第二金屬層（9)的所述相應接觸表面。
8. 如前述權利要求1至3中的任一項所述的方法，其中，金屬插件（13)具有與電子部 件⑵接觸的接觸面（16)，且其中，插件（13)的所述接觸面（16)被陽極化處理。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，印刷電路板（4)包括第一金屬層（8)、第二金屬層 (9)和預浸料坯層（10)，貫穿腔室（20)制造為通過所述層（8、9、10)，所述腔室（20)的在該 第二金屬層（9)中制造的部分可完全或部分地填充有樹脂（22)。
10. -種組件（1),包括： -至少一個電子部件（2)， -散熱器（5)，完全或部分地由金屬制成，和 -印刷電路板（4)，布置在散熱器（5)和電子部件⑵之間，所述印刷電路板（4)具有 限定用于接收電子部件（2)的表面的面（11)，且所述印刷電路板（4)包括至少一個金屬層 (8、9)和金屬插件（13)，該金屬插件（13)被全部地包含在印刷電路板（4)的高度中， 電子部件（2)、印刷電路板（4)和散熱器（5)中的至少一個包括至少一個金屬表面 (11、12、15、16、17)，由電子部件（2)散發的熱量通過該金屬表面被傳遞至散熱器（5)，所述 金屬表面被陽極化處理。
11.如權利要求10所述的組件，金屬插件（13)由單個部件制成。
【文檔編號】H01L23/367GK104115567SQ201280069727
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月10日 優先權日:2011年12月15日
【發明者】L.本達尼, M.阿斯克爾, F.德拉波特 申請人:法雷奧電機控制系統公司