專利名稱：電功率轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用開關元件轉換電功率的電功率轉換器。
背景技術：
常規地，在電功率轉換器中通過熱沉來輻射半導體模塊中的開關元件所生成的熱。在JP-A-20023-373970中，諸如熱輻射構件的熱輻射片形成在半導體模塊與熱沉之間 (圖3)。熱輻射片的一部分夾在半導體模塊中的金屬電極板與熱沉之間。作為開關元件的 IGBT形成在金屬電極板上。因而，當IGBT工作以接通和關斷從而使IGBT重復地生成熱時， 金屬電極板重復地膨脹和收縮當對金屬電極板和熱沉的表面處理的精度低時，與熱輻射片接觸的金屬電極板表面和熱沉表面可能包括多個小突出，這些小突出具有在膨脹和收縮方向的一側傾斜的側表面。在此情況下，當金屬電極板重復地膨脹和收縮時，夾在金屬電極板與熱沉之間的熱輻射片移向與該突出的側表面相反的方向。此效應被定義為“棘輪現象(ratcheting phenomenon) ”。當棘輪現象持續地發生時，熱輻射片可能從半導體模塊與熱沉之間的分界面突出或移開。
發明內容
鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種使用開關元件轉換電功率的電功率轉換器。在該轉換器中，限制熱輻射構件穿入該轉換器或者從該轉換器移開。根據本公開內容的第一方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、交換元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面和熱輻射表面中的一個包括向與熱接收表面和熱輻射表面中的另一個相反的一側凹進的凹陷。熱接收表面和熱輻射表面中的另一個在與凹陷對應的位置包括凸起。凸起具有與凹陷對應的形狀，并且向與熱接收表面和熱輻射表面中的另一個相反的所述側突出。熱輻射構件具有與凹陷和凸起對應的預定區域。熱輻射構件的預定區域夾在凹陷與凸起之間。在上述轉換器中，熱輻射構件的預定區域的外圍部分夾在凹陷的與熱沉的熱接收表面垂直的內壁與凸起的與熱接收表面垂直的外壁之間。因此，即使當金屬板根據開關元件中的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。 因而，熱輻射構件被限制從熱沉與半導體模塊之間的空間突出和移開。根據本公開內容的第二方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、開關元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分并且包括面對熱接收表面的面對表面；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面和面對表面中的一個包括向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的一側凹進的凹陷。熱接收表面和面對表面中的另一個在與凹陷對應的位置包括凸起。凸起具有與凹陷對應的形狀，并且向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的所述側突出。熱輻射構件具有與凹陷和凸起對應的部分。熱輻射構件的所述部分夾在凹陷與凸起之間。在上述轉換器中，熱輻射構件的所述部分的外圍部分夾在凹陷的與熱沉的熱接收表面垂直的內壁與凸起的與熱接收表面垂直的外壁之間。因此，即使當金屬板根據開關元件中的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。 因而，熱輻射構件被限制從熱沉與半導體模塊之間的空間突出和移開。根據本公開內容的第三方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、開關元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分并且包括面對熱接收表面的面對表面；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面和面對表面中的一個包括向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的一側凹進的多個凹陷。熱接收表面和面對表面中的另一個在與凹陷對應的位置包括多個凸起。每個凸起具有與凹陷對應的形狀，并且向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的所述側突出。熱輻射構件在與凸起對應的位置具有多個孔。熱輻射構件以這樣的方式夾在凹陷與凸起之間每個凸起穿透對應孔并插入到對應凹陷中。在上述轉換器中，熱輻射構件被限制在平面方向上移動，因為多個凸起插入并通過熱輻射構件的孔。因此，即使當金屬板根據開關元件中的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件被限制從熱沉與半導體模塊之間的空間突出和移開。根據本公開內容的第四方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、開關元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分并且包括面對熱接收表面的面對表面；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱輻射表面包括從面對表面向熱接收表面側突出的金屬凸起。面對表面包括向熱接收表面側突出的多個樹脂凸起。每個樹脂凸起具有自面對表面起的突出高度，并且樹脂凸起的突出高度基本上等于金屬凸起的自面對表面起的突出高度。金屬凸起設置在相鄰的樹脂凸起之間。熱輻射構件具有與樹脂凸起和金屬凸起對應的部分。熱輻射構件的所述部分夾在金屬凸起與熱接收表面之間。在上述轉換器中，熱輻射構件的所述部分夾在金屬凸起或樹脂凸起與熱沉的熱接收表面之間。一般而言，樹脂的線性熱膨脹系數小于金屬的線性熱膨脹系數。由于熱輻射構件夾在多個樹脂凸起與熱沉的熱接收表面之間，所以熱輻射構件通過多個樹脂凸起被穩定地按壓在熱接收表面側。因此，即使當金屬板根據開關元件的熱而重復地膨脹和收縮時， 由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件被限制從半導體模塊與熱沉之間的分界面突出或移開。
從參照附圖進行的以下具體描述中，將更容易明白本發明的上述和其它目的、特征及優點。在附圖中
圖IA是示出了沿著圖IB中的線IA-IA所取的根據第一實施例的電功率轉換器的橫截面圖，而圖IB是示出了沿著圖IA中的線IB-IB所取的轉換器的橫截面圖；圖2是示出了從圖IA中的箭頭II看到的轉換器的視圖；圖3A是示出了電功率轉換器的分解透視圖，而圖3B是示出了從圖3A中的箭頭 IIIB看到的轉換器的視圖；圖4A是示出了沿著圖4B中的線IVA-IVA所取的根據第二實施例的電功率轉換器的橫截面圖，而圖4B是示出了沿著圖4A中的線IVB-IVB所取的轉換器的橫截面圖；圖5是示出了從圖4A中的箭頭V看到的轉換器的視圖；圖6A是示出了電功率轉換器的分解透視圖，而圖6B是示出了從圖6A中的箭頭 VIB看到的轉換器的視圖；圖7A是示出了沿著圖7B中的線VIIA-VIIA所取的根據第三實施例的電功率轉換器的橫截面圖，而圖7B是示出了沿著圖7A中的線VIIB-VIIB所取的轉換器的橫截面圖；圖8是示出了從圖7A中的箭頭VIII看到的轉換器的視圖；圖9A是示出了電功率轉換器的分解透視圖，而圖9B是示出了從圖9A中的箭頭 IXB看到的轉換器的視圖；圖IOA是示出了沿著圖IOB中的線XA-XA所取的根據第四實施例的電功率轉換器的橫截面圖，而圖IOB是示出了沿著圖IOA中的線XB-XB所取的轉換器的橫截面圖；圖11是示出了從圖IOA中的箭頭XI看到的轉換器的視圖；并且圖12A是示出了電功率轉換器的分解透視圖，而圖12B是示出了從圖12A中的箭頭XIIB看到的轉換器的視圖。
具體實施例方式(第一實施例)在圖1至3B中示出了根據第一實施例的電功率轉換器1。圖IA和IB是轉換器1 的橫截面圖。為了簡化圖IA和1B，在圖IA和IB中未示出陰影。電功率轉換器1布置在例如交流電動機與直流功率源之間。轉換器1將來自DC 功率源的直流電流轉換成交變電流，然后向電動機供應交變電流。轉換器1包括熱沉2、半導體模塊3、熱輻射板4等。熱沉2由金屬如鋁制成。熱沉2包括熱接收表面21。熱沉2具有從熱接收表面 21凹進的凹陷211。在本實施例中，如圖2和圖3A中所示，凹陷211具有從與熱接收表面 21垂直的方向看到的矩形形狀的輪廓。半導體模塊3包括金屬板31、開關元件32和樹脂構件33。
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金屬板31由導熱性好的金屬如銅制成。熱輻射表面311形成在金屬板31上。熱輻射表面311面對熱沉2的熱接收表面21。開關元件32具有板形狀，并且開關元件設置在金屬板31的與熱輻射表面311相反的表面上。樹脂構件33覆蓋開關元件32的一部分和金屬板31的一部分。在本實施例中，除了開關元件32的與金屬板31接觸的表面以外的開關元件32被樹脂構件33覆蓋。金屬板31被樹脂構件33部分地覆蓋。這里，樹脂構件33具有面對熱沉2的熱接收表面21的面對表面331。這里，開關元件32是半導體器件，如MOSFET和IGBT。如圖2中所示，多個端子34 嵌入在樹脂構件33中。每個端子34與開關元件32或金屬板31耦合。用于控制開關元件 32的開關功能的控制信號在端子34中流動。當開關元件32進行開關操作時，較大電流經由母線在開關元件中流動。因而，在開關元件32工作時，開關元件32生成熱。來自開關元件32的熱從金屬板31的熱輻射表面311輻射。如圖IA至圖3B中所示，凸起312形成在金屬板31的熱輻射表面311的與熱沉2 的凹陷211對應的位置。凸起312朝著熱接收表面側突出，并且凸起312具有與凹陷211 的形狀對應的形狀。具體而言，凸起312具有從與熱輻射表面311垂直的方向看到的矩形形狀的輪廓。在本實施例中，樹脂構件33覆蓋除了凸起312以外的金屬板31。具體而言， 金屬板31上的凸起312的一部分從樹脂構件33暴露，并且從面對表面331朝著熱沉側突出ο熱輻射構件4具有片狀形狀，該片狀形狀具有矩形形狀。熱輻射構件4夾在熱沉2 的熱接收表面21與半導體模塊3之間。向具有預定厚度的玻璃纖維布的兩側施加包括諸如氮化硼或氧化鋁的填料的硅橡膠來形成熱輻射構件4。因此，熱輻射構件4具有較好的電絕緣特性和導熱性。另外，由于熱輻射構件4包括硅橡膠，所以構件4是可彈性變形的。在本實施例中，在熱輻射構件4夾在半導體模塊3與熱沉2之間的條件下，半導體模塊3通過連接構件如螺釘(未示出)固定到熱沉2。在本實施例中，如圖IA至圖3中所示，熱輻射構件4的與熱沉2的凹陷211和金屬板31的凸起312對應的預定區域Sl夾在凹陷211與凸起312之間。預定區域Sl是圖2中的有網格的陰影部分。因此，如圖3A中所示，熱輻射構件4可變形為托盤(saucer)形狀。另外，構件4緊密地附著到凹陷211的壁表面和凸起312的壁表面。如圖IA中所示，凹陷211的深度被定義為tl，而熱輻射構件4的厚度被定義為 t2。凹陷211和熱輻射構件4具有關系tl > t2。這里，t2優選地滿足關系Omm < t2 < = 0. 5mm。在本實施例中，如圖IA和IB中所示，凹陷211在縱向方向上的寬度被定義為wl， 而凹陷211在橫向方向上的寬度被定義為w2。凸起312在縱向方向上的寬度被定義為w3， 而凸起312在橫向方向上的寬度被定義為w4。凹陷211、凸起312和熱輻射構件4具有關系0 < wl-w3 <= 2Xt2和0 < w2-w4 <= 2Xt2。因此，熱輻射構件4的預定區域Sl具有這樣的外圍部分該外圍部分夾在凹陷211的與熱沉2的熱接收表面21垂直的內壁與凸起312的與熱沉21的熱接收表面21垂直的外壁之間，或者彈性變形(即，被略微擠壓使得該部分收縮)。另外，如圖IA和IB中所示，熱輻射構件4的預定區域Sl包括由虛擬直線Ll從熱輻射構件4切割的部分P1，其中虛擬直線Ll與開關元件32的外圍部分接觸并且相對于開關元件32的厚度方向傾斜45度。這里，開關元件32所生成的熱的大部分經由部分Pl傳導到熱沉2。如上所述，在本實施例中，熱沉2的熱接收表面21 (或者熱沉2的熱接收表面21 和金屬板31的熱輻射表面311中的一個)具有朝著與金屬板31的熱輻射表面311相反的方向凹進的凹陷211。金屬板31的熱輻射表面311 (或者熱接收表面21和熱輻射表面311 中的另一個)包括這樣的凸起312 該凸起312設置在與凹陷211對應的位置、具有與凹陷 211的形狀對應的形狀并且朝著熱接收表面21突出。在熱輻射構件4中，與凹陷211和凸起312對應的預定區域Sl夾在凹陷211與凸起312之間。具體而言，熱輻射構件4的預定區域Sl的外圍部分夾在凹陷211的與熱沉2的熱接收表面21垂直的內壁與凸起312的與熱沉2的熱接收表面21垂直的外壁之間。因此，即使當金屬板31根據開關元件32的熱生成而重復地膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件4在表面方向上的移動也被限制。因而，熱輻射構件4被限制從半導體模塊3與熱沉2之間的分界面突出或移開。在本實施例中，當凹陷211的深度被定義為tl而熱輻射構件4的厚度被定義為t2 時，凹陷211和熱輻射構件4具有關系tl > t2。具體而言，熱輻射構件4的預定區域Sl的外圍部分夾在凹陷211的與熱沉2的熱接收表面21垂直并且具有比熱輻射構件4的厚度 t2更大的高度tl的內壁與凸起312的與熱沉2的熱接收表面21垂直的外壁之間。因而， 熱輻射構件4被限制在表面方向上移動。構件4的移動由棘輪現象造成。在本實施例中，凹陷211和凸起312被形成為具有在與熱沉2的熱接收表面21垂直的方向上看到的矩形形狀的輪廓。凹陷211在縱向方向上的寬度被定義為wl，而凹陷211 在橫向方向上的寬度被定義為w2。凸起312在縱向方向上的寬度被定義為w3，而凸起312 在橫向方向上的寬度被定義為w4。凹陷211、凸起312和熱輻射構件4具有如下關系wl > w3,w2 > w4,wl_w3 < 2Xt2，并且w2_w4<2Xt2。因此，熱輻射構件4的預定區域Sl的外圍部分夾在凹陷211的與熱沉2的熱接收表面21垂直的內壁與凸起312的與熱沉2的熱接收表面21垂直的外壁之間，使得外圍部分被略微按壓并收縮(即，彈性變形)。因此，由棘輪現象造成的熱輻射構件4在平面方向上的移位被有效地限制。在本實施例中，熱輻射構件4的預定區域Sl包括部分Pl，部分Pl被制備為使得熱輻射構件4的一部分被限定為由虛擬直線Ll分割，其中虛擬直線Ll與開關元件32的外圍部分接觸并且相對于開關元件32的厚度方向具有45度傾斜角。在本實施例中，熱輻射構件4夾在凹陷211與凸起312之間，使得至少預定區域Sl被限制因棘輪現象而在平面方向上移位。因而，開關元件32的熱經過熱輻射構件4的部分Pl被有效且穩定地傳輸到熱沉。(第二實施例)在圖4A至圖6B中示出了根據第二實施例的電功率轉換器。第二實施例中的半導體模塊的樹脂構件包括凹陷。另外，熱沉包括凸起而不是凹陷，該凸起與樹脂構件的凹陷對應。圖4A和圖4B無陰影地示出了電功率轉換器的橫截面圖。
在第二實施例中，半導體模塊3的樹脂構件33具有從面對表面331凹進的凹陷 332。在本實施例中，如圖5、圖6A和圖6B中所示，凹陷332具有在與熱輻射表面311垂直的方向上看到的基本上直的線。如圖4B、圖5和圖6A中所示，凸起212形成在熱沉2的熱輻射表面21的與樹脂構件33的凹陷332對應的位置。凸起212具有與凹陷332的形狀對應并且向面對表面側突出的形狀。具體而言，凸起212具有在與熱接收表面21垂直的方向上看到的基本上直的線。在熱輻射構件4夾在半導體模塊3與熱沉2之間的條件下，半導體模塊3借助連接構件如螺釘(未示出)固定到熱沉2。在本實施例中，如圖4A、圖4B和圖5中所示，熱輻射構件4具有夾在凹陷332與凸起212之間的部分P2。熱輻射構件4的部分P2對應于樹脂構件33的凹陷332和熱沉2 的凸起212，并且在圖5中被表示為有網格的陰影區。因此，如圖6A中所示，熱輻射構件4 變形為與凸起212的形狀對應的形狀。另外，熱輻射構件4緊密地附著到用于提供凹陷332 的壁表面和用于提供凸起212的壁表面。在本實施例中，如圖4A、圖4B和圖5中所示，熱輻射構件4的與金屬板31的凸起 312對應的部分P3夾在熱沉2的熱接收表面21與凸起312之間。部分P3在圖5中被表示為有正交網格的陰影區。因此，在本實施例中，凹陷332形成在樹脂構件33的面對表面331 (或者熱沉2的熱接收表面21和樹脂構件33的面對表面331中的一個)上。凹陷332向與熱沉2的熱接收表面21相反的一側凹進。凸起212在與凹陷332對應的位置設置在熱沉2的熱接收表面21 (或者熱沉2的熱接收表面21和樹脂構件33的面對表面331中的另一個)上。凸起 212的形狀對應于凹陷332的形狀，并且凸起212向面對表面側突出。熱輻射構件4的與凹陷332和凸起212對應的部分P2夾在凹陷332與凸起212之間。熱輻射構件4的部分 P2的外圍部分夾在凹陷332的與熱沉2的熱接收表面21垂直的內壁與凸起212的與熱沉 2的熱接收表面21垂直的外壁之間。因此，即使當金屬板31根據開關元件32的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件4在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件4被限制從半導體模塊3與熱沉2之間的分界面突出或移開。(第三實施例)在圖7A至圖9B中示出了根據第三實施例的電功率轉換器。根據第三實施例的樹脂構件的凹陷的數目和熱沉的凸起的數目不同于第二實施例。圖7A和7B無陰影地示出了電功率轉換器的橫截面圖。在本實施例中，半導體模塊3的樹脂構件33包括從面對表面331凹進的凹陷333。 如圖8、圖9A和圖9B中所示，四個凹陷333形成在面對表面331上。用于提供凹陷333的內壁的形狀是基本上圓柱的形狀。如圖7A至圖9B中所示，熱沉2的熱接收表面21在與樹脂構件33的凹陷333對應的位置包括凸起213。凸起213具有與凹陷333的形狀對應的形狀，并且向面對表面側突出。具體而言，四個凸起213形成在熱接收表面21上，并且具有基本上柱形的形狀。在本實施例中，熱輻射構件4在與凸起213對應的位置具有孔41。具體而言，四個孔41形成在熱輻射構件4上。
在本實施例中，金屬板31的凸起312的與開關元件32相反的側面35與樹脂構件 33的面對表面331設置在同一個平面上。具體而言，金屬板31中只有側面35從樹脂構件
33暴露。另外，在熱輻射構件4夾在半導體模塊3與熱沉2之間的條件下，半導體模塊3通過連接構件如螺釘(未示出)固定到熱沉2。如圖7A至圖8中所示，在凸起213穿透孔41并插入到樹脂構件33的凹陷333中的條件下，熱輻射構件4夾在熱沉2的熱接收表面21與半導體模塊3之間。如上所述，在本實施例中，多個凹陷333形成在樹脂構件33的面對表面331 (或者熱沉2的熱輻射表面21和樹脂構件33的面對表面331中的一個)上，并且每個凹陷333向與熱沉2的熱接收表面相反的一側凹進。多個凸起213在與凹陷333對應的位置形成在熱沉2的熱接收表面21 (或者熱沉2的熱輻射表面21和樹脂構件33的面對表面331中的另一個)上。每個凸起213具有與凹陷333的形狀對應的形狀，并且向面對表面側突出。熱輻射構件4在與凸起213對應的位置具有孔41。在凸起213穿透孔41并插入到凹陷333 中的條件下，熱輻射構件4夾在熱沉2的熱接收表面21與半導體模塊3之間。在本實施例中，穿透熱輻射構件4的孔41的多個凸起213限制熱輻射構件4在平面方向上移位。因此， 即使當金屬板31根據開關元件32的熱而膨脹和收縮時，由棘輪效應造成的熱輻射構件4 在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件4被限制從半導體模塊3與熱沉2之間的分界面突出或移開。(第四實施例)在圖IOA至圖12B中示出了根據第四實施例的電功率轉換器。在本實施例中，熱沉不包括凹陷，而樹脂構件包括凸起。這里，圖IOA和IOB無陰影地示出了電功率轉換器的橫截面圖。在本實施例中，熱沉2不包括根據第一實施例的凹陷211。因此，熱沉2的熱接收表面21是平坦的。另外，在本實施例中，金屬板31的凸起312對應于金屬突出。具體而言，凸起312 從樹脂構件33的面對表面331向熱接收表面側突出。凸起334形成在樹脂構件33的面對表面331上。凸起334向熱接收表面側突出， 并且具有與從面對表面331突出的凸起312的高度相等的高度。在本實施例中，如圖11、圖 12A和12B中所示，形成具有線性形狀的兩個凸起334。另外，兩個凸起334彼此平行，并且金屬板31的凸起312設置在兩個凸起34之間。這里，樹脂構件33的凸起334對應于樹脂突出。因此，凸起334的在熱接收表面側的側面36與金屬板31的凸起312的側面35設
置在同一個平面上。在熱輻射構件4夾在半導體模塊3與熱沉2之間的條件下，半導體模塊3通過連接構件如螺釘(未示出)固定到熱沉2。在本實施例中，如圖IOA至圖11中所示，熱輻射構件4的與樹脂構件33的凸起 334對應的部分P4夾在凸起334與熱沉2的熱接收表面21之間。部分P4在圖11中被表示為有網格的陰影區。熱輻射構件的與金屬板31的凸起312對應的部分P5夾在凸起312 與熱沉2的熱接收表面21之間。部分P5在圖11中被表示為有正交網格的陰影區。
如上所述，在本實施例中，金屬板31的熱輻射表面311包括從樹脂構件33的面對表面331向熱沉2的熱接收表面側突出的凸起312。多個凸起334形成在樹脂構件33的面對表面331上。每個凸起334具有與從面對表面331突出的凸起312的高度相等的高度，并且向熱沉2的熱接收表面側突出。凸起312設置在兩個相鄰凸起334之間。熱輻射構件4 的分別與凸起334和凸起312對應的部分P4和P5夾在熱沉2的熱接收表面21與凸起334 或凸起312之間。一般而言，樹脂的線性熱膨脹系數小于金屬的線性熱膨脹系數。在本實施例中，由于熱輻射構件4夾在(樹脂構件33的)多個凸起334與熱沉2的熱接收表面21 之間，所以熱輻射構件4通過多個凸起334被穩定地按壓在熱接收表面側。因此，即使當金屬板31根據開關元件32的熱而重復地膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件4在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件4被限制從半導體模塊3與熱沉2之間的分界面突出或移開。(其它實施例)在第一實施例中，熱沉2具有凹陷211，而金屬板31具有與凹陷211對應的凸起 312。可替選地，金屬板可以具有凹陷，而熱沉可以具有與凹陷對應的凸起。類似地，在第二和第三實施例中，可以置換樹脂構件的凹陷和熱沉的凸起，使得樹脂構件具有凸起而熱沉具有凹陷。另外，在第一實施例中，凹陷和熱輻射構件具有關系tl > t2。可替選地，凹陷和熱輻射構件可以不具有關系tl > t2。另外，在第一實施例中，凹陷、凸起和熱輻射構件具有如下關系wl > w3 ；w2 > w4 ；wl-w3 < 2Xt2 ；且w2-w4 < 2Xt2。可替選地，凹陷、凸起和熱輻射構件可以不具有如下關系wl-w3 < 2Xt2 ；且 w2-w4 < 2Xt2。在第一實施例中，熱輻射構件4的預定區域Sl具有通過用虛擬線Ll分割熱輻射構件4的一部分而制備的部分P1。虛擬線Ll與開關元件32的外圍部分接觸，并且相對于開關元件32的厚度方向具有45度傾斜角。可替選地，通過用與開關元件的外圍部分接觸并且與開關元件的厚度方向平行的虛擬直線分割熱輻射構件的一部分，可以制備熱輻射構件的與凹陷和凸起對應的部分。在此情況下，開關元件的熱可以穩定且有效地經由熱輻射構件被傳輸到熱沉。在以上實施例中，金屬板31的凸起312的一部分從樹脂構件33暴露。可替選地， 金屬板31的凸起312可以不從樹脂構件33暴露，而是被樹脂構件33覆蓋。另外，當凸起 312的一部分從樹脂構件33暴露時，金屬板31的凸起312可以被蒸鍍在凸起312的表面上的樹脂材料膜覆蓋。熱輻射構件可以由任何材料制成，只要熱輻射構件具有絕緣特性和導熱性。可替選地，在熱輻射構件被組裝在轉換器中之前，熱輻射構件可以處于液相，而在熱輻射構件被組裝在轉換器中之后，熱輻射構件可以固化。除了交流電動機以外，本發明還可以應用于由交變電功率驅動的其它設備。上面的公開內容具有以下方面。根據本公開內容的第一方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、交換元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成
12熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面和熱輻射表面中的一個包括向與熱接收表面和熱輻射表面中的另一個相反的一側凹進的凹陷。熱接收表面和熱輻射表面中的另一個在與凹陷對應的位置包括凸起。凸起具有與凹陷對應的形狀，并且向與熱接收表面和熱輻射表面中的另一個相反的所述側突出。熱輻射構件具有與凹陷和凸起對應的預定區域。熱輻射構件的預定區域夾在凹陷與凸起之間。在上述轉換器中，熱輻射構件的預定區域的外圍部分夾在凹陷的與熱沉的熱接收表面垂直的內壁與凸起的與熱接收表面垂直的外壁之間。因而，即使當金屬板根據開關元件中的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。 因而，熱輻射構件被限制從熱沉與半導體模塊之間的空間突出和移開。可替選地，凹陷可以具有凹進部分的深度，并且凹陷的深度由tl定義。熱輻射構件具有由t2定義的厚度。熱輻射構件的厚度與凹陷的深度具有關系tl >t2。在此情況下，熱輻射構件的預定區域的外圍部分夾在凹陷的與熱沉的熱接收表面垂直的內壁與凸起的與熱接收表面垂直的外壁之間。凹陷的深度大于熱輻射構件的厚度。因此，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位被很有效地限制。可替選地，凹陷和突出中的每一個可以具有在與熱接收表面垂直的方向上看到的矩形形狀的輪廓。凹陷具有由wl定義的在縱向方向上的寬度和由w2定義的在橫向方向上的寬度。突出具有由《3定義的在縱向方向上的寬度和由w4定義的在橫向方向上的寬度。 wl 至 w4 和 tl 至 t2 具有關系0 < wl-w3 <= 2Xt2 禾口 0 < w2_w4 <= 2Xt2。在此情況下，熱輻射構件的預定區域的外圍部分夾在凹陷的與熱沉的熱接收表面垂直的內壁與凸起的與熱接收表面垂直的外壁之間，或者熱輻射構件被按壓并收縮(即，彈性變形)。因此，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位被很有效地限制。可替選地，熱輻射構件的預定區域可以包括熱輻射構件的至少一部分，該部分是通過用與開關元件的外圍接觸并且與開關元件的厚度方向平行的虛擬直線分割該部分來限定的。在此情況下，由于熱輻射構件夾在凹陷與凸起之間，所以至少預定區域被限制因棘輪現象而在平面方向上移動。因而，開關元件所生成的熱穩定且有效地經由熱輻射構件被傳輸到熱沉。可替選地，熱輻射構件的預定區域可以包括熱輻射構件的至少一部分，該部分是通過用與開關元件的外圍接觸并且相對于開關元件的厚度方向具有45度傾斜角的虛擬直線分割該部分來限定的。在此情況下，由于熱輻射構件夾在凹陷與凸起之間，所以至少預定區域被限制因棘輪現象而在平面方向上移動。因而，開關元件所生成的熱穩定且有效地經由熱輻射構件被傳輸到熱沉。可替選地，熱輻射構件可以由玻璃纖維布和包括填料的硅橡膠制成。熱輻射構件具有電絕緣特性和導熱性。熱輻射構件是可彈性變形的。可替選地，t2大于零而小于0. 5毫米。根據本公開內容的第二方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、開關元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分并且包括面對熱接收表面的面對表面；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面和面對表面中的一個包括向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的一側凹進的凹陷。熱接收表面和面對表面中的另一個在與凹陷對應的位置包括凸起。凸起具有與凹陷對應的形狀，并且向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的所述側突出。熱輻射構件具有與凹陷和凸起對應的部分。熱輻射構件的所述部分夾在凹陷與凸起之間。在上述轉換器中，熱輻射構件的所述部分的外圍部分夾在凹陷的與熱沉的熱接收表面垂直的內壁與凸起的與熱接收表面垂直的外壁之間。因而，即使當金屬板根據開關元件中的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。 因而，熱輻射構件被限制從熱沉與半導體模塊之間的空間突出和移開。根據本公開內容的第三方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、開關元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分并且包括面對熱接收表面的面對表面；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面和面對表面中的一個包括向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的一側凹進的多個凹陷。熱接收表面和面對表面中的另一個在與凹陷對應的位置包括多個凸起。每個凸起具有與凹陷對應的形狀，并且向與熱接收表面和面對表面中的另一個相反的所述側突出。熱輻射構件在與凸起對應的位置具有多個孔。熱輻射構件以這樣的方式夾在凹陷與凸起之間每個凸起穿透對應孔并插入到對應凹陷中。在上述轉換器中，熱輻射構件被限制在平面方向上移動，因為多個凸起插入并通過熱輻射構件的孔。因此，即使當金屬板根據開關元件中的熱而膨脹和收縮時，由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件被限制從熱沉與半導體模塊之間的空間突出和移開。根據本公開內容的第四方面，一種電功率轉換器包括具有熱接收表面的熱沉； 包括金屬板、開關元件和樹脂構件的半導體模塊，其中金屬板具有面對熱接收表面的熱輻射表面，開關元件設置在金屬板的與熱輻射表面相反的表面上并且在開關元件工作時生成熱，并且樹脂構件覆蓋開關元件的至少一部分和金屬板的一部分并且包括面對熱接收表面的面對表面；以及熱輻射構件，具有片形狀并且設置在熱沉的熱接收表面與半導體模塊之間用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱輻射表面包括從面對表面向熱接收表面側突出的金屬凸起。面對表面包括向熱接收表面側突出的多個樹脂凸起。每個樹脂凸起具有自面對表面起的突出高度，并且樹脂凸起的突出高度基本上等于金屬凸起的自面對表面起的突出高度。金屬凸起設置在相鄰的樹脂凸起之間。熱輻射構件具有與樹脂凸起和金屬凸起對應的部分。熱輻射構件的所述部分夾在金屬凸起與熱接收表面之間。在上述轉換器中，熱輻射構件的所述部分夾在金屬凸起或樹脂凸起與熱沉的熱接收表面之間。一般而言，樹脂的線性熱膨脹系數小于金屬的線性熱膨脹系數。由于熱輻射構件夾在多個樹脂凸起與熱沉的熱接收表面之間，所以熱輻射構件通過多個樹脂凸起被穩定地按壓在熱接收表面側。因此，即使當金屬板根據開關元件的熱而重復地膨脹和收縮時， 由棘輪現象造成的熱輻射構件在平面方向上的移位也被限制。因而，熱輻射構件被限制從半導體模塊與熱沉之間的分界面突出或移開。 盡管已經參照本發明的優選實施例描述了本發明，但是應理解本發明不限于所述優選實施例和構造。本發明旨在覆蓋各種修改和等效布置。此外，盡管所述各種組合和配置是優選的，但是包括更多、更少或者僅單個要素的其它組合和配置也在本發明的精神和范圍以內。
權利要求
1.一種電功率轉換器，包括 熱沉(2)，具有熱接收表面(21)；半導體模塊(3)，包括金屬板(31)、開關元件(32)和樹脂構件(33)，其中所述金屬板 (31)具有面對所述熱接收表面(21)的熱輻射表面(311)，所述開關元件(32)設置在所述金屬板(31)的與所述熱輻射表面(311)相反的表面上并且在所述開關元件(32)工作時生成熱，并且所述樹脂構件(33)覆蓋所述開關元件(32)的至少一部分和所述金屬板(31)的一部分；以及熱輻射構件(4)，具有片形狀并且設置在所述熱沉(2)的所述熱接收表面(21)與所述半導體模塊(3)之間用于將所述開關元件(32)的熱經由所述金屬板(31)傳輸到所述熱接收表面(21)，其中所述熱接收表面(21)和所述熱輻射表面(311)中的一個包括向與所述熱接收表面(21)和所述熱輻射表面(311)中的另一個相反的一側凹進的凹陷(211)，其中所述熱接收表面(21)和所述熱輻射表面(311)中的另一個在與所述凹陷(211) 對應的位置包括凸起(312)，其中所述凸起(312)具有與所述凹陷(211)對應的形狀，并且向與所述熱接收表面 (21)和所述熱輻射表面(311)中的另一個相反的所述側突出，其中所述熱輻射構件(4)具有與所述凹陷(211)和所述凸起(312)對應的預定區域 (Si)，并且其中所述熱輻射構件(4)的所述預定區域(Si)夾在所述凹陷(211)與所述凸起(312) 之間。
2.根據權利要求1所述的電功率轉換器，其中所述凹陷(211)具有凹進部分的深度，并且所述凹陷(211)的所述深度由tl定義，其中所述熱輻射構件(4)具有由t2定義的厚度，并且其中所述熱輻射構件(4)的所述厚度和所述凹陷(211)的所述深度具有如下關系tl > t2。
3.根據權利要求2所述的電功率轉換器，其中所述凹陷(211)和所述凸起(312)中的每一個具有在與所述熱接收表面(21)垂直的方向上看到的矩形形狀的輪廓，其中所述凹陷(211)具有由wl定義的在縱向方向上的寬度和由w2定義的在橫向方向上的寬度，其中所述凸起(312)具有由w3定義的在縱向方向上的寬度和由w4定義的在橫向方向上的寬度，并且其中wi至W4和tl至t2具有如下關系 O < wl-w3 <= 2Xt2 ；并且 O < w2-w4 <= 2Xt2。
4.根據權利要求1所述的電功率轉換器，其中所述熱輻射構件(4)的所述預定區域(Si)包括所述熱輻射構件(4)的至少一部分，所述部分是通過用與所述開關元件(32)的外圍接觸并且與所述開關元件(32)的厚度方向平行的虛擬直線分割所述部分來限定的。
5.根據權利要求1-4中的任一權利要求所述的電功率轉換器，其中所述熱輻射構件(4)的所述預定區域(Si)包括所述熱輻射構件(4)的至少一部分，所述部分是通過用與所述開關元件(32)的外圍接觸并且相對于所述開關元件(32)的厚度方向具有45度傾斜角的虛擬直線(Li)分割所述部分來限定的。
6.根據權利要求3所述的電功率轉換器，其中所述熱輻射構件(4)由玻璃纖維布和包括填料的硅橡膠制成， 并且所述熱輻射構件(4)具有電絕緣特性和導熱性，并且其中所述熱輻射構件(4)是可彈性變形的。
7.根據權利要求6所述的電功率轉換器， 其中t2大于零而小于0. 5毫米。
8.一種電功率轉換器，包括 熱沉(2)，具有熱接收表面(21)；半導體模塊(3)，包括金屬板(31)、開關元件(32)和樹脂構件(33)，其中所述金屬板 (31)具有面對所述熱接收表面(21)的熱輻射表面(311)，所述開關元件(32)設置在所述金屬板(31)的與所述熱輻射表面(311)相反的表面上并且在所述開關元件(32)工作時生成熱，并且所述樹脂構件(33)覆蓋所述開關元件(32)的至少一部分和所述金屬板(31)的一部分并且包括面對所述熱接收表面(21)的面對表面(331)；以及熱輻射構件(4)，具有片形狀并且設置在所述熱沉(2)的所述熱接收表面(21)與所述半導體模塊(3)之間用于將所述開關元件(32)的熱經由所述金屬板(31)傳輸到所述熱接收表面(21)，其中所述熱接收表面(21)和所述面對表面(331)中的一個包括向與所述熱接收表面 (21)和所述面對表面(331)中的另一個相反的一側凹進的凹陷(332)，其中所述熱接收表面(21)和所述面對表面(331)中的另一個在與所述凹陷(332)對應的位置包括凸起(212)，其中所述凸起(212)具有與所述凹陷(332)對應的形狀，并且向與所述熱接收表面 (21)和所述面對表面(331)中的另一個相反的所述側突出，其中所述熱輻射構件(4)具有與所述凹陷(332)和所述凸起(212)對應的部分(P2)，并且其中所述熱輻射構件(4)的所述部分(P2)夾在所述凹陷(332)與所述凸起(212)之間。
9.一種電功率轉換器，包括 熱沉(2)，具有熱接收表面(21)；半導體模塊(3)，包括金屬板(31)、開關元件(32)和樹脂構件(33)，其中所述金屬板 (31)具有面對所述熱接收表面(21)的熱輻射表面(311)，所述開關元件(32)設置在所述金屬板(31)的與所述熱輻射表面(311)相反的表面上并且在所述開關元件(32)工作時生成熱，并且所述樹脂構件(33)覆蓋所述開關元件(32)的至少一部分和所述金屬板(31)的一部分并且包括面對所述熱接收表面(21)的面對表面(331)；以及熱輻射構件(4)，具有片形狀并且設置在所述熱沉(2)的所述熱接收表面(21)與所述半導體模塊(3)之間用于將所述開關元件(32)的熱經由所述金屬板(31)傳輸到所述熱接收表面(21)，其中所述熱接收表面(21)和所述面對表面(331)中的一個包括向與所述熱接收表面 (21)和所述面對表面(331)中的另一個相反的一側凹進的多個凹陷(333)，其中所述熱接收表面(21)和所述面對表面(331)中的另一個在與所述凹陷(333)對應的位置包括多個凸起(213)，其中每個凸起(213)具有與所述凹陷(333)對應的形狀，并且向與所述熱接收表面 (21)和所述面對表面(331)中的另一個相反的所述側突出，其中所述熱輻射構件(4)在與所述凸起(213)對應的位置具有多個孔(41)，并且其中所述熱輻射構件(4)以這樣的方式夾在所述凹陷(333)與所述凸起(213)之間 每個凸起(213)穿透對應孔(41)并插入到對應凹陷(333)中。
10. 一種電功率轉換器，包括 熱沉(2)，具有熱接收表面(21)；半導體模塊(3)，包括金屬板(31)、開關元件(32)和樹脂構件(33)，其中 所述金屬板 (31)具有面對所述熱接收表面(21)的熱輻射表面(311)，所述開關元件(32)設置在所述金屬板(31)的與所述熱輻射表面(311)相反的表面上并且在所述開關元件(32)工作時生成熱，并且所述樹脂構件(33)覆蓋所述開關元件(32)的至少一部分和所述金屬板(31)的一部分并且包括面對所述熱接收表面(21)的面對表面(331)；以及熱輻射構件(4)，具有片形狀并且設置在所述熱沉(2)的所述熱接收表面(21)與所述半導體模塊(3)之間用于將所述開關元件(32)的熱經由所述金屬板(31)傳輸到所述熱接收表面(21)，其中所述熱輻射表面(311)包括從所述面對表面(331)向熱接收表面側突出的金屬凸起(312)，其中所述面對表面(331)包括向所述熱接收表面側突出的多個樹脂凸起(334)， 其中每個樹脂凸起(334)具有自所述面對表面(331)起的突出高度，并且所述樹脂凸起(334)的所述突出高度基本上等于所述金屬凸起(312)的自所述面對表面(331)起的突出尚度，其中所述金屬凸起(312)設置在相鄰的樹脂凸起(334)之間， 其中所述熱輻射構件(4)具有與所述樹脂凸起(334)和所述金屬凸起(312)對應的部分(P4，P5)，并且其中所述熱輻射構件(4)的所述部分(P4，P5)夾在所述金屬凸起(312)與所述熱接收表面(21)之間。
全文摘要
一種電功率轉換器包括熱沉(2)，具有熱接收表面(21)；半導體模塊(3)，包括具有熱輻射表面(311)的金屬板(31)、在所述金屬板的與所述熱輻射表面相反的表面上的開關元件(32)以及覆蓋金屬板和開關元件的一部分的樹脂構件(33)；熱輻射構件(4)，在熱接收表面與半導體模塊之間，用于將開關元件的熱經由金屬板傳輸到熱接收表面。熱接收表面包括凹陷(211)，并且熱輻射表面包括凸起(312)。熱輻射構件具有夾在凹陷與凸起之間的預定區域(S1)。
文檔編號H02M1/00GK102254882SQ20111013901
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月19日 優先權日2010年5月20日
發明者宮地修平 申請人:株式會社電裝