专利名称：电力电子印刷电路板和基板间的减小的热阻的系统和方法
技术领域：
本发明涉及减小电力电子印刷电路板(power electronics printed circuitboard)和基板之间的热阻。
背景技术：
高压电子模块在印刷电路板(PCB)迹线和高压部件上产生大量的热。这样的热必 须消散至冷板或基板。消散热需要PCB/高压部件和冷板之间的低的热阻。热阻反比于接 触表面面积。
在一种消散所产生的热的已存在的方法中，在印刷电路板(PCB)/高压部件和冷 板之间放置热垫(thermal pad)。热垫提供去除热的路径，同时提供电绝缘。热垫需要有效 的某些压缩。通过安装印刷电路板(PCB)的紧固件来产生对热垫的压缩，而热垫的压缩导 致印刷电路板(PCB)中的应力和偏斜。由于这样的偏斜，印刷电路板(PCB)可能失去与热 垫的接触，并因此具有高于冷板的期望热阻的热阻。
用于安装印刷电路板(PCB)/高压部件的现有技术的安装布置(mounting arrangement)被示出在图1中。基板或冷板以10示出。印刷电路板(PCB) 12包括迹线和 高压部件。在迹线和高压部件上产生的热需要被转移到基板10。印刷电路板(PCE)包括 含有铁氧体芯14、16的线绕部件。薄的热垫20被放置在印刷电路板(PCB) 12和基板10之 间。厚的热垫22被放置在铁氧体芯16和基板10之间。基板10被成形以接收PCB 12，并 且包括用于接收铁氧体芯16的凹进的部分/凹部26。厚的热垫22位于基板10的凹部沈 的底部表面28处。
热垫20和22旨在当PCB 12由紧固件M固定至基板10时封闭空气间隙，同时提 供电绝缘。通过安装印刷电路板(PCB) 12的紧固件对产生的对热垫20、22的压缩导致印刷 电路板(PCB) 12中的应力和偏斜。由于这样的偏斜，印刷电路板(PCB) 12可能失去与热垫 20的接触，并因此具有高于冷板10的期望热阻的热阻。这被示出在薄的热垫20和PCB12 之间的空气间隙30处，这具有非常差的热传递。
在另一已存的方法中，可使用附加的紧固件来设法减少印刷电路板(PCB)中的应 力和偏斜。但是，附加的螺栓增加了组件的尺寸、重量和成本。
针对上述的原因，存在对于用于减小电力电子印刷电路板和基板之间的热阻的改 善的系统和方法的需要。
可在第5，355，280 ；5，679，457 ；6，555，756 ；7，206，205 ；以及 7，365，273 号美 国专利中找到背景信息。可在美国公布号2003/0161105和2007/0004090，以及在EP1739741中找到进一步的背景信息。可在HieBerquist Company的2008年的“Gap Filler 1500 (Two-Part), ThermallyConductive Liquid Gap Filing Material (间隙 ±真充物 1500(两个部分)，热传导的液体间隙填充材料)，，中找到进一步的背景信息。发明内容
本发明的目的在于减小在诸如用于交通工具的板上电池充电器的装置中的电力 电子印刷电路板和基板之间的热阻。
在一个实施方式中，装置包括基板和电力电子印刷电路板，该基板包括多个凹部。 印刷电路板包括多个迹线以及多个高压部件。多个高压部件位于相应于基板中的多个凹部 的多个位置上。装置还包括多个紧固件，该多个紧固件将印刷电路板固定至基板，同时多个 高压部件被接收在相应的多个凹部处。
基板和印刷电路板之间的热传导的且电绝缘的界面由符合于基板和基板中的多 个凹部的间隙填充物材料构成。间隙填充物材料还符合于印刷电路板和多个高压部件。
在更为详细的层面上，本发明的任何实施方式还可包括各种附加的可能的特征中 的任何一个或多个。例如，在一个此类特征中，界面通过施加间隙填充物材料而形成，该间 隙填充物材料作为能固化成固体的实质上液体的材料。当印刷电路板固定至基板时，实质 上液体的材料被移动，以使得间隙填充物材料符合于基板、多个凹部、印刷电路板以及多个 高压部件。间隙填充物材料可被施加在两个部分中，该两个部分被混合并固化成固体。
在一些实施方式中，界面包括在印刷电路板和基板之间的实质上一致的间隙填充 物材料的层。该层可覆盖多个高压部件。
在另一实施方式中，提供了用于机动交通工具的板上电池充电器。电池充电器包 括外壳，该外壳包括基板。基板包括多个凹部。电力电子印刷电路板包括多个迹线和多个 高压部件。多个高压部件位于相应于基板中的多个凹部的多个位置上。印刷电路板包括电 池充电器电路。
电池充电器还包括多个紧固件，该多个紧固件将印刷电路板固定至基板，同时多 个高压部件被接收在相应的多个凹部处。
基板和印刷电路板之间的热传导的且电绝缘的界面由符合于基板和基板中的多 个凹部的间隙填充物材料构成。间隙填充物材料还符合于印刷电路板和多个高压部件。
在另一实施方式中，提供了制造电力电子装置的方法。方法包括提供含有多个凹 部的基板。方法还包括提供含有多个迹线和多个高压部件的电力电子印刷电路板。多个高 压部件位于相应于基板中的多个凹部的多个位置上。
方法还包括在基板和印刷电路板之间形成热传导的且电绝缘的界面。界面由符合 于基板和基板中的多个凹部，并且符合于印刷电路板和多个高压部件的间隙填充物材料构 成。方法还包括将印刷电路板固定至基板，同时多个高压部件被接收在相应的多个凹部处。
图1说明了用于安装印刷电路板(PCB)/高压部件的现有技术的安装布置；
图2说明了在本发明的实施方式中用于安装印刷电路板(PCB)/高压部件的安装 布置；
图3说明了包括多个凹部的基板，同时间隙填充物材料被施加到基板；以及
图4说明了固定到基板的印刷电路板(PCB)，同时间隙填充物材料移动，以形成热 传导的且电绝缘的界面。
具体实施方式
如所需，本文公开了本发明的详细实施方式；但是，应该理解到，所公开的实施方 式仅仅是可以以各种和可替换的形式实施的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些 特征可能被放大或最小化，以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能上的 细节不应被解释为限制性的，而仅为用于教授本领域技术人员不同地使用本发明的代表性 ■石出。
在一个实施方式中，热垫的缺点可通过使用可以是两个部分的实质上液体的材料 来克服。该液体间隙填充物可利用机器人装置(roboticequipment)以一种或多种型式分 配在冷板上。
随后可将PCB组件放置在冷板上。利用诸如螺栓的紧固件来固定PCB使液体间隙 填充物移动，以在PCB组件和冷板之间形成实质上一致的材料层，使得覆盖了所有的或实 质上所有的PCB和高压部件。
以如此方式，包括高压部件的所有的或实质上所有的PCB表面区域可保持与冷板 接触，而不会在PCB中产生应力。如此配置满足利用小于2mm的间隙进行高压绝缘的需要。 较小的间隙还提供较低的热阻。如此配置还可由于可被更为轻易地实现自动化的生产过程 而进行较廉价的生产。间隙填充物还提供了 PCB和基板之间的良好的附着力。
在一个实施方式中，间隙填充物材料为从Chanhassen，MN(明尼苏达州，钱哈森) 的 The Berquist Company 可获得的 Gap Filler 1500 (Two-Part)(间隙填充物 1500 (两个 部分))。
应该理解到，在本发明的其他实施方式中可使用其他间隙填充物材料。合适的材 料符合于基板、基板中的凹部、印刷电路板和高压部件，同时提供了热传导的且电绝缘的界 面。本领域的技术人员可根据应用来选择合适的间隙填充物材料。
图2说明了在本发明的实施方式中用于安装印刷电路板(PCB)/高压部件的安装 布置。如图所示，基板或冷板被以40示出。印刷电路板(PCB)42包括迹线和高压部件。迹 线和高压部件上产生的热需要消散至基板40。印刷电路板(PCB) 42包括高压部件44、46。
在基板40和印刷电路板(PCB) 42之间的热传导的且电绝缘的界面50由符合于基 板40和PCB 42的间隙填充物材料构成。更为详细地说，基板40包括多个凹部，该多个凹 部包括具有底部58的凹部56。高压部件(或其他部件)位于相应于基板40中的凹部56 的位置。
间隙填充物材料符合于基板40、凹部56、PCB 42和高压部件46。多个紧固件M 将PCB 42固定至基板40，同时高压和其他部件被接收在基板中的凹部中。
本发明的实施方式还可包括各种附加的可能的特征中的一个或多个。图3说明了 包括多个凹部66的基板60。间隙填充物材料以型式62(材料的平行线)和以型式64(沿 着每个凹部66的外围)施加至基板60。孔68用于接收各自的紧固件。在此实施方式中的 间隙填充物材料为能固化成固体的实质上液体的材料。当将印刷电路板固定至基板60时，实质上液体的材料62、64被移动，以使得间隙填充物材料62、64符合于基板60，如图4所7J\ ο
图4说明了固定至基板60的印刷电路板(PCB) 70，同时间隙填充物材料被移动，并 且固化成固体，以形成热传导的且电绝缘的界面(图幻。优选地，界面包括在印刷电路板 (PCB) 70和基板60之间的实质上一致的间隙填充物材料层，使得覆盖了迹线和部件。紧固 件72延伸穿过孔68，进入基板60。顶部部件74被示出；底部部件被接收在各自的凹部中。
应该理解到，本发明的实施方式具有各种应用。例如，PCB 70可以为至少6英寸 长度和至少6英寸宽度的电力电子印刷电路板，同时图2-4说明了用于机动交通工具的板 上电池充电器，并且同时PCB部件构成了电池充电器电路。
尽管以上描述了示例性的实施方式，但是并不表明这些实施方式描述了本发明的 所有可能的形式。更确切地说，说明书中使用的词汇为描述性的词汇，而非限制性的词汇， 并且应该理解到，在不偏离本发明精神和范围的情况下可做出各种改变。另外，不同实施的 实施方式的特征可被组合，以形成本发明另外的实施方式。
权利要求
1.一种装置，包括基板，其包括多个凹部；电力电子印刷电路板，其包括多个迹线和多个高压部件，所述多个高压部件位于相应 于所述基板中的所述多个凹部的多个位置上；多个紧固件，其将所述印刷电路板固定至所述基板，同时所述多个高压部件被接收在 相应的多个凹部处；以及热传导的且电绝缘的界面，其处于所述基板和所述印刷电路板之间，所述界面由符合 于所述基板和所述基板中的所述多个凹部，并符合于所述印刷电路板和所述多个高压部件 的间隙填充物材料构成。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，界面通过施加所述间隙填充物材料而形成，所述 间隙填充物材料作为能固化成固体的实质上液体的材料，使得当所述印刷电路板固定至所 述基板时，所述实质上液体的材料被移动，以使所述间隙填充物材料符合于所述基板、所述 多个凹部、所述印刷电路板以及所述多个高压部件。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述间隙填充物材料被施加在两个部分中，所述 两个部分被混合并固化成固体。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述界面包括在所述印刷电路板和所述基板之 间的实质上一致的所述间隙填充物材料的层。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述层覆盖所述多个高压部件。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述界面包括在所述印刷电路板和所述基板之 间的实质上一致的所述间隙填充物材料的层。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述层覆盖所述多个高压部件。
8.一种用于机动交通工具的板上电池充电器，所述电池充电器包括外壳，其包括基板，所述基板包括多个凹部；电力电子印刷电路板，其包括多个迹线和多个高压部件，所述多个高压部件位于相应 于所述基板中的所述多个凹部的多个位置上，所述印刷电路板包括电池充电器电路；多个紧固件，其将所述印刷电路板固定至所述基板，同时所述多个高压部件被接收在 相应的多个凹部处；以及热传导的且电绝缘的界面，其处于所述基板和所述印刷电路板之间，所述界面由符合 于所述基板和所述基板中的所述多个凹部，并符合于所述印刷电路板和所述多个高压部件 的间隙填充物材料构成。
9.根据权利要求8所述的电池充电器，其中，界面通过施加所述间隙填充物材料而形 成，所述间隙填充物材料作为能固化成固体的实质上液体的材料，使得当所述印刷电路板 固定至所述基板时，所述实质上液体的材料被移动，以使所述间隙填充物材料符合于所述 基板、所述多个凹部、所述印刷电路板以及所述多个高压部件。
10.根据权利要求9所述的电池充电器，其中，所述间隙填充物材料被施加在两个部分 中，所述两个部分被混合并固化成固体。
11.根据权利要求9所述的电池充电器，其中，所述界面包括在所述印刷电路板和所述 基板之间的实质上一致的所述间隙填充物材料的层。
12.根据权利要求11所述的电池充电器，其中，所述层覆盖所述多个高压部件。
13.根据权利要求8所述的电池充电器，其中，所述界面包括在所述印刷电路板和所述 基板之间的实质上一致的所述间隙填充物材料的层。
14.根据权利要求13所述的电池充电器，其中，所述层覆盖所述多个高压部件。
15.根据权利要求8所述的电池充电器，其中，所述印刷电路板具有至少6英寸的长度 和至少6英寸的宽度。
16.一种制造电力电子装置的方法，所述方法包括 提供基板，所述基板包括多个凹部；提供电力电子印刷电路板，所述电力电子印刷电路板包括多个迹线和多个高压部件， 所述多个高压部件位于相应于所述基板中的所述多个凹部的多个位置上；在所述基板和所述印刷电路板之间形成热传导的且电绝缘的界面，所述界面由符合于 所述基板和所述基板中的所述多个凹部，并符合于所述印刷电路板和所述多个高压部件的 间隙填充物材料构成；将所述印刷电路板固定至所述基板，同时所述多个高压部件被接收在相应的多个凹部处。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成的步骤还包括施加所述间隙填充物材料，所述间隙填充物材料作为能固化成固体的实质上液体的材 料，使得当所述印刷电路板固定至所述基板时，所述实质上液体的材料被移动，以使所述间 隙填充物材料符合于所述基板、所述多个凹部、所述印刷电路板以及所述多个高压部件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述间隙填充物材料被施加在两个部分中，所 述两个部分被混合并固化成固体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述界面包括在所述印刷电路板和所述基板 之间的实质上一致的所述间隙填充物材料的层。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述层覆盖所述多个高压部件。
全文摘要
本发明涉及电力电子印刷电路板和基板间的减小的热阻的系统和方法。一种装置包括基板和电力电子印刷电路板，该基板包括多个凹部，该电力电子印刷电路板包括多个迹线以及多个高压部件。多个高压部件位于相应于基板中的多个凹部的多个位置上。多个紧固件将印刷电路板固定至基板，同时多个高压部件被接收在相应的多个凹部处。在基板和印刷电路板之间的热传导的且电绝缘的界面由符合于基板和基板中的多个凹部，并符合于印刷电路板和多个高压部件的间隙填充物材料构成。
文档编号H05K1/02GK102036467SQ20101029602
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年9月24日
发明者理查德·哈姆珀, 约翰·米尔斯, 鲁图恩·雷 申请人:李尔公司