具有冷卻功能的電子裝置的制造方法
【專利摘要】一種具有冷卻功能的電子裝置包括帶帽螺母(50)、外殼(10)、半導體單元(100)、用于外部輸出的第二匯流條(60)和連接螺栓(80)。外殼(10)包括側壁(12)和底面(14)。外殼(10)的底面(14)具有冷卻劑通路(19)和用于接納帶帽螺母(50)的凹部(26)。冷卻劑通路(19)向上方開放并呈大致U形。凹部(26)位于由冷卻劑通路(19)和外殼(10)的側壁(12)包圍的位置，并且帶帽螺母(50)接納在凹部(26)中。半導體單元(100)包括從半導體單元(100)延伸的第一匯流條(72)。半導體單元(100)以從上方封閉冷卻劑通路(19)的姿勢和位置固定于外殼(10)。第二匯流條(60)穿過外殼(10)的側壁(12)。在外殼(10)內，連接螺栓(80)穿過第一匯流條(72)和第二匯流條(60)并旋擰到帶帽螺母(50)中，并且帶帽螺母(50)和連接螺栓(80)的頭部使第一匯流條(72)和第二匯流條(80)緊密接觸。
【專利說明】
具有冷卻功能的電子裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種電子裝置，其中在運行時發熱的半導體單元收納在外殼中，并且該電子裝置在外殼內設置有供冷卻半導體單元的冷卻劑流動的通路。
【背景技術】
[0002]已知由與半導體裝置組合的半導體單元構成逆變器或DC-DC變換器的技術。構成用于大電力的逆變器等的半導體單元在運行時發熱，并因而需要冷卻。日本專利申請公報N0.2011-177004(JP 2011-177004A)記載了一種通過將半導體單元固定在流路形成體上來冷卻半導體單元的技術。在流路形成體中形成有上表面開放的冷卻劑通路，并且當半導體單元固定在流路形成體上時，冷卻劑通路由半導體單元封閉，并且冷卻劑在與半導體單元接觸的同時流動。半導體單元必須與諸如電動機的外部設備電連接。對于JP 2011-177004A中記載的技術，端子固定在半導體單元上。該端子與半導體單元內的半導體連接，并且在端子中形成有螺栓孔。朝外部設備延伸的導體通過將螺栓旋擰在該螺栓孔中而固定在端子上。
[0003]對于JP 2011-177004A中記載的技術，半導體單元露出，并且端子也露出。由于端子露出，所以不需要特別的設計來將朝外部設備延伸的導體固定在端子上。螺栓僅需被旋擰在螺栓孔中。半導體單元優選收納在外殼內以提高逆變器等的耐久性和可靠性。當半導體單元收納在外殼內時，必須在外殼內設置冷卻劑通路。此外，需要貫穿外殼的壁從外殼內側向外側延伸的導體(在下文中，該導體將被稱為“外部輸出匯流條”)以將半導體單元與外部設備連接，并且該外部輸出匯流條必須將外殼內側與位于半導體單元側的導體(在下文中，該導體將被稱為“匯流條”)連接。
【發明內容】
[0004]當半導體單元要收納在外殼內時面臨各種問題。(I)當使用螺母和螺栓在外殼內將匯流條與外部輸出匯流條連接時產生金屬粉末，并且該金屬粉末可能在外殼內四處移動并造成短路。(2)當將半導體單元固定在外殼內時，半導體單元基于外殼而定位。如果甚至外部輸出匯流條也基于外殼而定位，則半導體單元與外部輸出匯流條之間的位置關系可能由于制造誤差等而偏離，使得當匯流條與外部輸出匯流條連接時，匯流條和外部輸出匯流條中的一者或兩者中可能產生彎曲應力等。為了避免這一點，必須基于半導體單元來確定外部輸出匯流條的位置，但匯流條和外部輸出匯流條必須在外殼內連接，因此這難以實現。
(3)需要外殼的尺寸小，并且空間根據冷卻劑通路與匯流條和外部輸出匯流條之間的位置關系而有效地大幅變化。
[0005]本說明書公開了解決上述在半導體單元收納在外殼內時發生的問題的技術。
[0006]本說明書中公開的具有冷卻功能的電子裝置包括帶帽螺母、外殼、半導體單元、用于外部輸出的第二匯流條和連接螺栓。所述外殼包括側壁和底面。所述外殼的底面具有冷卻劑通路和用于接納帶帽螺母的凹部。所述冷卻劑通路向上方開放。所述冷卻劑通路呈大致U形。所述凹部位于由所述冷卻劑通路和所述外殼的側壁包圍的位置，并且所述帶帽螺母接納在所述凹部中。所述半導體單元包括從所述半導體單元延伸的第一匯流條。所述半導體單元以從上方封閉所述冷卻劑通路的姿勢和位置固定于所述外殼。所述第二匯流條穿過所述外殼的側壁。在所述外殼內，所述連接螺栓穿過所述第一匯流條和所述第二匯流條并旋擰到所述帶帽螺母中，并且所述帶帽螺母和所述連接螺栓的頭部使所述第一匯流條和所述第二匯流條緊密接觸。
[0007]因此，能獲得下述作用。(I)所述第一匯流條和所述第二匯流條通過所述螺栓和所述帶帽螺母連接時產生的金屬粉末被儲存在所述帶帽螺母內并且不會在外殼內四處移動。
(2)為了通過將所述螺栓旋擰到所述外殼內等待的帶帽螺母中來使所述第一匯流條和所述第二匯流條緊密接觸，所述匯流條基于所述半導體單元而定位，因此彎曲應力不會施加至所述第一匯流條和所述第二匯流條中的一者或兩者。(3)所述第一匯流條和所述第二匯流條的連接部分配置在所述大致U形的冷卻劑通路的內側。空間使用效率高，因此能使外殼小型化。
[0008]在上述結構中，在所述外殼的底面與所述半導體單元之間可介設有O形環以提高氣密性。此外，所述半導體單元可通過使固定螺栓穿過所述半導體單元并且將所述固定螺栓旋擰在設置于所述外殼的底面中的螺孔中而固定在所述外殼上，并且所述O形環可被壓縮在所述半導體單元與所述外殼之間。這種情況下，所述第一匯流條和所述第二匯流條可通過使所述帶帽螺母從用于接納所述帶帽螺母的所述凹部向所述連接螺栓的頭部靠攏而被連接在一起。這種情況下，所述帶帽螺母能移位，因此能在將所述半導體單元固定在所述外殼內時防止彎曲應力等施加至所述第一匯流條和所述第二匯流條中的一者或兩者。所述半導體單元可以是單個構件。在所述半導體單元的下表面具有封閉所述冷卻劑通路的形狀的情況下，所述冷卻劑通路能由該構件自身封閉。然而，代替于此，封閉所述冷卻劑通路的所述半導體單元可由半導體模塊和固定在所述半導體模塊上的板構成。
[0009]上述電子裝置非常可靠且耐用，因為它抑制了金屬粉末在外殼內四處擴散，并且抑制了不必要的應力施加至第一匯流條和第二匯流條兩者。此外，外殼的尺寸減小。將在本發明的示例性實施方式中進一步說明本說明書中公開的技術的細節及其更多改良。
【附圖說明】
[0010]下面將參照【附圖說明】本發明的示例性實施方式的特征、優點及技術和工業意義，在附圖中相似的附圖標記表示相似的要素，并且其中:
[0011]圖1是根據本發明的一個實施例的電子裝置的局部剖視圖；
[0012]圖2是帶帽螺母和連接螺栓周圍的區域的剖視圖；以及
[0013]圖3是一修改例的與圖2對應的視圖。
【具體實施方式】
[0014]現將列出下述實施例的主要特征。說明書和附圖中說明的技術要素既單獨又以各種組合發揮了技術實用性。(特征I)外部輸出匯流條是將匯流條與連接到外部設備的設備側導體連接的中繼板。(特征2)在外部輸出匯流條和匯流條中形成有供連接螺栓的桿部穿過的通孔。(特征3)在半導體模塊和板中形成有供固定螺栓的桿部穿過的通孔。(特征4)帶帽螺母具有多邊形的截面。(特征5)在板中形成有供帶帽螺母穿過的開口。(特征6)形成開口的邊緣的兩個邊阻止帶帽螺母旋轉。(特征7)帶帽螺母首先被接納，且然后板被放置。在形成在板中的開口的邊緣的下側形成有引導帶帽螺母并改變板位置的傾斜導引面。(特征8)板首先被放置，且然后帶帽螺母被接納。在形成在板中的開口的邊緣的上側形成有引導板并改變帶帽螺母位置的傾斜導引面。(特征9)外部輸出匯流條首先被設置，且然后半導體模塊被收納。(特征10)半導體模塊首先被收納，且然后外部輸出匯流條被設置。(特征11)半導體模塊的下表面具有封閉冷卻劑通路的形狀。半導體模塊自身是封閉冷卻劑通路的半導體單元。
[0015]圖1是根據本發明的一個實施例的電子裝置的局部透視圖。電子裝置包括外殼10、O形環30、半導體單元100、帶帽螺母50、外部輸出匯流條60、連接螺栓80和一組固定螺栓90。半導體單元100由板40和半導體模塊70的組合構成。在圖1中，各部件的形狀是示意的并被簡化顯示，但實際形狀很復雜。
[0016]外殼10包括大致長方形的底板14和自其四個邊立起的四個側壁12。為了清楚，位于左前側的側壁和位于右前側的側壁在圖1中未被示出。外殼10形成為剛好足夠大以收納板40和半導體模塊70。
[0017]當從上方觀察時呈大致U形的流路外壁(豎壁)16從底板14延伸。流路內壁(豎壁)18在流路外壁16的對稱軸線上延伸。位于流路內壁18的右側的端部在中途終止。大致U形的冷卻劑通路19由流路外壁16、流路內壁18和底板14形成。形成在外殼10中的冷卻劑通路19的上部是開放的。位于流路外壁16和流路內壁18的左側的端部與位于左后側的側壁12a接續。在流路外壁16與側壁12a接續的兩點之間形成有沿側壁12a延伸的基壁20。在側壁12a和基壁20中形成有用于冷卻劑流入的開口(入口)22和用于冷卻劑流出的開口(出口)24。當冷卻劑在冷卻劑通路19由后面將說明的板40封閉的狀態下從入口 22被送入時，冷卻劑如箭頭所示流經冷卻劑通路19并從出口 24排出。在流路外壁16和基壁20的上表面中形成有接納后面將說明的O形環的溝槽。
[0018]在由側壁12a和大致U形的冷卻劑通路19包圍的位置——即在流路內壁18與基壁20接觸的位置——形成有接納帶帽螺母50的凹部26。凹部26形成在從流路內壁18延伸到基壁20的部分的上表面上。在側壁12a中的中間高度處形成有供外部輸出匯流條60穿過的開口 29。此外，在底板14中形成有將板40和半導體模塊70固定在底板14上的一組固定螺栓90旋擰在其中的一組螺孔28。
[0019]O形環30沿形成在流路外壁16和基壁20的上表面中的O形環接納溝槽被放置，且然后板40被放置。在板40中形成有供帶帽螺母50穿過的開口 42。形成開口 42的邊緣的兩個邊大致基本平行地延伸并且與具有多邊形的截面的帶帽螺母50的外周靠接，由此阻止帶帽螺母50旋轉。在板40中形成有供一組固定螺栓90穿過的一組通孔48 ο 一旦板40就位，則帶帽螺母50然后被設置。帶帽螺母50具有大致正方形截面并穿過開口 42，此后它被接納在設計成接納帶帽螺母50的凹部26中。如圖2所示，在形成板40的開口42的邊緣的上側形成有引導板40并改變帶帽螺母50的位置的傾斜導引面44，其有利于帶帽螺母50的設置。
[0020]如圖1所示，一旦帶帽螺母50被設置，則外部輸出匯流條60從外殼10的外部插入到開口 29中。外部輸出匯流條60穿過外殼的側壁12a并從外殼10的內部延伸到外部。外部輸出匯流條60可以是與外部裝置連接的裝置側導體，或者它可以是將裝置側導體與匯流條連接的中繼板。在外部輸出匯流條60中形成有供連接螺栓80的桿部穿過的通孔62。
[0021]接下來，半導體模塊70收納在外殼10內。朝側壁12a延伸的匯流條72從半導體模塊70延伸。在匯流條72中形成有供連接螺栓80的桿部穿過的通孔74。當半導體模塊70收納在外殼10內時，匯流條72的通孔74、外部輸出匯流條60的通孔62和接納在凹部26中的帶帽螺母50的位置關系被調節為它們排列在同一直線上。在半導體模塊70中形成有供一組固定螺栓90穿過的一組通孔78。
[0022]在此狀態下，將連接螺栓80插入到匯流條72中的通孔74和外部輸出匯流條60中的通孔62中，并使連接螺栓80旋轉。從而，連接螺栓80旋擰到帶帽螺母50中。帶帽螺母50由板40約束成不旋轉。
[0023]當連接螺栓80旋擰到帶帽螺母50中時可能產生金屬粉末。因此，當使用具有貫通它的螺孔的螺母時，金屬粉末將在外殼10內四處擴散。當金屬粉末在外殼10內四處擴散時，它可能導致短路。在本實施例中，使用帶帽螺母，因此螺栓旋擰到螺母中時產生的金屬粉末被儲存在帶帽螺母50內并且不會在外殼10內四處擴散。結果，防止了短路等的發生。
[0024]當連接螺栓80被旋擰到帶帽螺母50中時，外部輸出匯流條60和匯流條72被夾持在帶帽螺母50與連接螺栓80的頭部之間。結果，匯流條72和通孔62彼此緊密接觸，因此匯流條72和外部輸出匯流條60被電連接。圖2是示出夾持在帶帽螺母50與連接螺栓80的頭部之間的、彼此緊密接觸的匯流條72和外部輸出匯流條60的視圖。外部輸出匯流條60相對于匯流條72定位。彎曲應力不會施加至匯流條72和外部輸出匯流條60。如圖2所示，當連接螺栓80旋擰到帶帽螺母50中時，帶帽螺母50被提升，使得外部輸出匯流條60與板40之間建立了間隙LI，并且帶帽螺母50與外殼10之間形成了間隙L2。于是，即使半導體模塊70或匯流條72移位，彎曲應力也不會施加至匯流條72或外部輸出匯流條60。匯流條72和外部輸出匯流條60利用大致U形的冷卻劑通路19的中央部分連接。大致U形的冷卻劑通路19的中央部分是形成冷卻劑通路19必不可少的區域。不需要額外的空間用于將匯流條72和外部輸出匯流條60連接在一起，因此外殼10能夠被制成為盡可能小。
[0025]一旦利用連接螺栓80和帶帽螺母50將匯流條72和外部輸出匯流條60相連接，則將一組固定螺栓90插入到形成在半導體模塊70中的一組通孔78和形成在板40中的一組通孔48中，并旋擰到形成在外殼10中的一組螺孔28中。結果，半導體模塊70和板40兩者同時固定在外殼10上。此外，O形環30被壓縮在板40與外殼10之間，因此能防止流經冷卻劑通路19的冷卻劑向半導體模塊70側漏出。在此階段，冷卻劑通路19的開放上表面由半導體單元100封閉，因此半導體單元100以封閉冷卻劑通路19的姿勢和位置固定在外殼10上。當將半導體模塊70固定在外殼10上時，半導體模塊70或半導體單元100改變位置。外部輸出匯流條60與半導體模塊70連接，因此即使半導體模塊70改變位置，彎曲應力也不會施加至匯流條60和72。在以上完成之后，外殼10通過將未示出的上部外殼固定在其上而被封閉。
[0026]接下來將說明修改例。首先，帶帽螺母50可被接納在凹部26中，且然后板40可被放置。這種情況下，如圖3所示，在形成開口42的邊緣的下側形成有引導帶帽螺母50并改變板40的位置的傾斜導引面46，所述開口 42形成在板42中。此外，半導體模塊70可首先被收納，且然后輸出匯流條60可被插入。這種情況下，如圖3所示，外部輸出匯流條60和匯流條72的位置關系可以是這樣的，即外部輸出匯流條60與匯流條72重疊，其中外部輸出匯流條60位于頂部。此外，半導體模塊70和板40可首先被固定在外殼10上，且然后匯流條72可與外部輸出匯流條60連接。在本實施例中，開口29用于使外部輸出匯流條60從外殼10的內部延伸到外部。開口 29上方的區域也可以是開放的。夕卜部輸出匯流條60僅需穿過外殼的壁從外殼的內部延伸到外部，而外殼10通過未示出的上部外殼固定在其上而被封閉。在本實施例中，限定出冷卻劑通路的壁直接形成在外殼底面上。然而，代替這種情況，其上形成有限定出冷卻劑通路的壁的部件可固定在外殼主體上。可通過將該部件固定在外殼主體上來形成其中限定出冷卻劑通路的壁形成在底面上的外殼。此外，在本實施例中，半導體單元100由板40和半導體模塊70構成，但這些可以是一體的。能通過使半導體模塊70的底面的形狀是封閉冷卻劑通路的開放上表面的形狀來獲得板40和半導體模塊70集成在其中的半導體單元100。替代地，可通過在外殼10的外側將板40與半導體模塊70結合來形成半導體單元100，并且該半導體單元100可固定在外殼10上。在本實施例中，一組固定螺栓90穿過半導體模塊70和板40。可采用各種方式中的任何一種來修改用于將半導體模塊70和板40固定在外殼10上的結構。
[0027]以上已詳細說明了本發明的具體示例，但這些僅為示例，并且本發明不限于這些示例。本發明還包括上述具體示例的各種改型。此外，說明書和附圖中說明的技術要素既單獨又以各種組合發揮了技術實用性。此外，說明書和附圖中說明的技術同時實現了多個目的，并且具有僅實現這些目的之一的技術實用性。
【主權項】
1.一種具有冷卻功能的電子裝置，所述電子裝置包括: 帶帽螺母； 外殼，所述外殼包括側壁和底面，所述外殼的底面具有冷卻劑通路和用于接納所述帶帽螺母的凹部，所述冷卻劑通路向上方開放，所述冷卻劑通路呈大致U形，所述凹部位于由所述冷卻劑通路和所述外殼的側壁包圍的位置，并且所述帶帽螺母接納在所述凹部中；半導體單元，所述半導體單元包括從所述半導體單元延伸的第一匯流條，所述半導體單元以從上方封閉所述冷卻劑通路的姿勢和位置固定在所述外殼上； 用于外部輸出的第二匯流條，所述第二匯流條穿過所述外殼的側壁;和連接螺栓，所述連接螺栓在所述外殼內穿過所述第一匯流條和所述第二匯流條并旋擰到所述帶帽螺母中，并且所述帶帽螺母和所述連接螺栓的頭部使所述第一匯流條和所述第二匯流條緊密接觸。2.根據權利要求1所述的電子裝置，還包括: O形環，所述O形環介設在所述外殼的底面與所述半導體單元之間；和固定螺栓，所述固定螺栓穿過所述半導體單元，所述固定螺栓旋擰到設置在所述外殼的底面中的螺孔中，所述半導體單元通過所述固定螺栓固定在所述外殼上， 其中，所述O形環被壓縮在所述外殼與所述半導體單元之間，并且所述帶帽螺母從所述凹部被拉向所述連接螺栓的頭部。3.根據權利要求1所述的電子裝置，其中 所述半導體單元包括半導體模塊和固定在所述半導體模塊上的板。
【文檔編號】H05K7/20GK105830549SQ201480068703
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月15日
【發明人】東由貴, 大宮裕司
【申請人】豐田自動車株式會社