电连接器组件的制作方法

本发明涉及用于电导体的电连接器组件。

背景技术：

功率电子模块或功率逆变器可以被设计成用于车辆上的正常负载状态或过载状态。在峰值负载状态下，适当的热管理是关键的。例如，随着逆变器处理峰值负载电流，两个配合导体或接触件之间的界面变得更关键，因为该界面可能是电流和热流的瓶颈。在该界面处具有生成热的固有阻力。这也妨碍用于冷却的热流，这使得热管理是困难的。为减小接触界面处的电阻，可以增加接触件的外壳尺寸。然而，这导致逆变器中的空间的低效率使用。需要在没有增加接触件的外壳尺寸的情况下，减小接触界面处的电阻。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，在高功率连接器的两个接触构件或配合部分之间的界面处的电阻和热阻被减小。

在一个实施例中，电连接器组件包括具有非平面的第一界面表面的第一导电接触构件，和具有非平面的第二界面表面的第二导电接触构件。第二导电接触构件具有非平面的第二界面表面，第二界面表面与第一导电接触构件的第一界面表面是互补的。

在另一实施例中，第一界面表面包括多个细长的第一脊部和多个细长的第一谷部，并且第二界面表面包括多个细长的第二脊部和多个细长的第二谷部。第一脊部被第二谷部接收，并且第二脊部被第一谷部接收。第一谷部定位在一对相邻的第一脊部之间，并且第二谷部定位在一对相邻的第二脊部之间。

附图说明

图1是根据本发明的电连接器组件的分解透视图；

图2是图1的一个接触元件的透视图；

图3是图1的沿着线3-3截取的视图，其中接触元件连接或接合至一起；

图4是沿着图1的线3-3截取的分解透视截面图，但是接触元件分离；

图5是类似于图4的但是为可替换的实施例的分解透视截面图；和

图6是根据本发明的电连接器组件的可替换的实施例的分解透视图。

具体实施方式

在图1和2中，电连接器组件10包括导电的第一接触件12和导电的第二接触件14。第一接触件12包括外侧部11和从外侧部11偏移的内侧部13。

第一接触件12的内侧部端接在插座316中，插座316包括可选的端接端部47，端接端部47可以在相对于内侧部13的大致垂直方向上延伸。在一个实施例中，插座316是用于接收导体16的大致中空构件。例如，插座316具有用于接收被锡焊、焊接(例如，声波焊接)、铜焊、粘合、压接或以其它方式连接的(例如，电介质绝缘部被剥离的)导体16的内凹部，如大致圆筒形的凹部。导体16可以包括电缆、导线、绞合线或绞合电缆、实心导线或用于传输电能的其它适当的导体。

在可替换的实施例中，插座316的可选的端接端部47可以被移除或拔出，使得导体16可以延伸通过插座316以被焊接、锡焊或以其它方式机械地和电连接到第一接触件的(上)表面或内侧部13。进一步地，外侧部11可以更大，如更长和更宽，以适应散热。

如图所示，第一接触件12的外侧部11具有大致三角形形状、泪珠形状或具有圆形尖端或圆形点的箭头形状，但是其它的实施例可以具有不同的形状。内侧部13通过台阶部或过渡部15连接至外侧部11。例如，过渡部15提供较大的表面区域以用于耗散来自电路板或基板的一个或多个生热部件的热，其中内侧部13和外侧部11在大致平行平面中相对于彼此偏移。

第一接触件12可以附接至电导体16的端部，而第二接触件14可以连接或耦合到功率逆变器(未示出)或功率电子模块的一个或多个生热部件。导体16可以被锡焊、焊接、铜焊、压接或以其它方式连接至第一接触件12(例如，在插座316处)。在一个实施例中，第一接触件12可以具有插座316，插座316具有大致圆筒形表面孔。进一步地，插座316的外侧部可以与轴环或套筒21接合或配合，以接收或固定导体16并且便于导线和第一接触件12之间的电连接和机械连接。

在一个实施例中，第二接触件14可以安装至电绝缘基板18，如电路板。第一接触件12具有第一接触表面20，并且第二接触件14具有第二接触表面22。在一个实施例中，第一接触表面20与第二接触表面22直接地配合，或第一接触表面20经由焊锡、铜焊、导电流体(例如，导电脂)或导电黏合剂(例如，具有金属填充物的聚合物或塑料基质)的插入层或中间层与第二接触表面22间接地配合。

在某些实施例中，用于制造的材料可以是碱金属、合金或金属，和/或金属的复合物。然而，需要确保制造过程和用于制造的材料的选择是足够精确的以在第一接触表面20和第二接触表面22之间实现互锁接合，除了针对一些可替换的实施例采用滚花或压纹表面。在一个实施例中，第一接触件12和第二接触件14优选地由铜、金属、合金或电工级合金形成。例如，第一接触件12和第二接触件14可以涂覆有涂层，如锌、镍、锌合金、镍合金、锡包镍(tinovernickel)或其它已知可能的金属涂料或层。第一接触件12和第二接触件14可以被机加工或铸造，只要铸造是足够精确的，以在第一接触表面20和第二接触表面22之间实现互锁接合。在一个实施例中，可以使用诸如三维打印之类的增材或减材制造工艺来制造第一接触件12和第二接触件14或其非平面的配合表面。例如，可以通过增材和减材制造工艺，或使用原材料的金属气相沉积，在第一接触表面20和第二接触表面22中形成图案，所述原材料例如为金属和合金、或具有嵌入在其中用于适当的电导率的金属填充物或金属粒子的塑料和聚合物复合材料。在一个实施例中，三维打印工艺可以使用具有在其中嵌入的金属或导电材料的聚合物或塑料。在其它的实施例中，三维打印工艺可以使用是柔性的并且能够通过导电黏合剂电连接的导电石墨层。三维打印允许使用一次通过式制造方法来形成物体金属和绝缘物体，导致制造成本的降低。

连接器组件10可以在功率逆变器或其它的功率电子器件中的导体16(例如，具有合适的横截面尺寸的导体)和电路板18的导电迹线(例如，115)或(例如，带状、片状或以其它方式形成的)导体或生热部件(例如，半导体开关)之间传输大电流电能。电连接器组件10可以使用以下各个特征中的一个或多个：(1)在电路板过渡部处或在安装第二接触构件14的位置处的每个导体或接触构件(12、14)具有非常规形状，或，或(2)通过接触构件(12、14)的配合表面中的诸如脊部、谷部、沟槽或波形部之类的非平面的界面外形或轮廓增加过渡表面面积。降低配合表面处的电阳和热阻会减少热生成并且增加冷却方法的效用。

在一个实施例中，电路板18包括具有一条或多条导电迹线的电介质层17，导电迹线例如为覆盖在电介质层17上的金属迹线115(在图1中)。电介质层17可以由聚合物、塑料、聚合复合物、塑料复合物或陶瓷材料构成。导电迹线可以与诸如功率半导体开关之类的一个或多个生热元件一起定位在电路板18的一侧或两侧。例如，金属迹线115可以连接到功率电子模块(例如，逆变器)的晶体管(例如，绝缘栅双极结晶体管)的发射极端子或集电极或功率电子模块的场效应晶体管的源极端子或漏极端子。例如，金属迹线115可以载送逆变器的一个相的交流信号或载送脉宽调制信号。

如最佳地在图3和4中所示，孔24延伸通过电路板18的电介质层17，并且第二接触件14包括具有可选的孔28的环形垫26。可选的孔28与孔24同轴地对准。在一个实施例中，环形垫26包括中空导电短线或金属电镀通孔。如图所示，可选的孔28或电镀通孔可以支持到电路板18的底部侧的一条或多条导电迹线的电连接。

在可替换的实施例中，在将第一接触表面20与或朝第二接触表面22焊接或连接的过程中，可选的孔28允许多余的焊料或多余的导电黏合剂被释放或排放。

代替焊接工艺，包括导电材料的汽相沉积的先进制造工艺可以用于形成第一导电表面和第二导电表面(20、22)。在可替换的实施例中(例如，如图6所示)，特别是如果第一接触构件12和第二接触构件14与紧固件(例如，601)和/或定位器(例如，603)电连接和机械连接，则使用汽相沉积，可以消除制造缺陷，如在诸如第一接触表面20和第二接触表面22的两个表面之间的金属键中的气孔。

在图3和4中，第一接触表面20第二接触表面22二者是非平面的表面或非平面的配合表面。非平面的结构，如脊部30、谷部32、沟槽、凸起部、凹陷部或波形部，存在于第一接触表面20或第二接触表面22中。配合表面共同地表示第一接触表面20和第二接触表面22。在具有或没有插入焊料层、铜焊层、导电黏合层或热油脂层的情况下，配合表面具有适当的尺寸、形状和配准部以用于配合表面的互锁接合。在一个实施例中，如图3和4所示，第一接触表面20的横截面包括大致三角形横截面或锯齿部横截面。类似地，第二接触表面22包括大致三角形横截面或锯齿部横截面。

如图所示，在图1到图4中，脊部(30、34)包括具有倾斜侧面的大致线性凸起部，而位于一对脊部(30、34)之间的谷部(32、36)包括具有倾斜侧面的大致线性凹陷部。在一个构造中，从每个脊部(30、34)的顶部到对应的谷部(32、36)的底部测量峰值高度。第一接触表面20包括多个细长的第一脊部30和第一谷部32，其中第一谷部32定位在一对相邻的第一脊部30之间。类似地，第二接触表面22包括多个细长的第二脊部34和第二谷部36，其中第二谷部36定位在一对相邻的第二脊部34之间。如最佳地在图3中所示，直接地或，，第一表面20和第二表面22在啮合位置处被直接地接合、连接或焊接至一起，或者通过导电焊料、铜焊料、导电黏合剂、热油脂或以其它方式形成的中间层40被间接地接合、连接或焊接至一起。因而，第一接触表面20的第一脊部30被第二接触表面22的第二谷部36接收，并且第二接触表面22的第二脊部34被第一接触表面20的第一谷部32接收。

图5图示了连接器组件的可替换实施例。在图5中，第一接触件12a具有非平面的第一接触表面20a，并且第二接触件14a具有非平面的第二接触表面22a。第一接触表面20a包括多个细长的倒圆的顶部30a和倒圆的凹陷部32a，其中凹陷部32a定位在一对相邻的顶部30a之间。类似地，第二接触表面22a包括多个细长的倒圆的顶部34a和倒圆的凹陷部36a，其中凹陷部36a定位在一对相邻的顶部34a之间。通过导电焊料、铜焊料、导电黏合剂、热油脂或以其它方式形成的层，第一表面20a和第二表面22a也可以在啮合位置处被焊接或连接到一起。因而，第一接触表面20a的顶部30a被第二接触表面22a的凹陷部36a接收，并且第二接触表面22a的顶部34a被第一接触表面20a的凹陷部32a接收。

又参照图1，第一接触件12具有包括弯曲角部的大致三角形形状(例如，或泪珠形状)，并且第二接触件14具有大致圆形、大致椭圆形或圆形的表面区域，以用于热能从安装在电路板18上的生热装置(例如，半导体开关)到以下各项中的一个或多个的热传递：(1)导体16、(2)内侧部13或台阶部15、和(3)围绕导体16、内侧部13或台阶部15(例如，凸起部)的环境空气。在可替换的实施例中，接触件(12、14)的形状可以不同于图1至图6。接触件可以是漏斗形状或圆形以提供平滑的过渡。接触件还可以是钻石或椭圆形的。界面表面20和22可以是各种三维的(3d)或非平面的表面，如v形、钻石形、格子形、波形、滚花形或四面体形，只要界面表面20和22增加界面的表面面积。对于滚花表面(未示出)，对准可能不像脊部那样重要。

接触件可以通过各种方法接合到一起，如锡焊、铜焊、导电黏合剂、冷压机和螺栓连接(例如，利用导电脂)。这种界面可以应用于电路板式连接件(如图1所示)或汇流条式连接件(例如，具有大致矩形横截面的或大致多面体横截面的金属或合金汇流条)。

因而，这种连接器组件10将热量转移远离电路板或基板18上的生热电气或电子部件。支持从电路板18上的生热部件经由一个或多个导电迹线115至电路板18上的第二接触件14并且然后到连接至导体16的第一接触件12的热流路径。界面表面(20和22或20a和22a)便于从第二接触件(14或14a)至第一接触件(12或12a)并且至电缆或连接至电缆的导体16的高效热传递，这可以将热量耗散至环境空气。第一接触件12中的台阶部15有助于引导热量远离电路板18或基板。因为接触构件12和14的整个泪珠形、弯曲或圆形的三角形形状，热量易于被朝附接至导体16的第一接触构件12引导/导向。

图6是根据本发明的电连接器组件110的可替换的实施例的分解透视图。图6的电连接器组件类似于图1的电连接器组件10，除了图6的电连接器组件110进一步包括第一接触构件112中的孔或开口601，孔或开口601与(第二接触构件14中的)孔28对准，以用于接收紧固件，如紧固件602(例如，带螺纹的螺栓或螺钉)和定位器603(例如，螺母)。图1和图2中的类似的附图标记指示类似的元件或特征。

在某些现有技术中，电子功率模块，如功率逆变器，位于电接触界面处的电阻的增加导致热生成，这恶化了热问题。利用本文中公开的连接器组件，电子功率模块的峰值过载可以被管理，同时保持电子功率模块是紧凑的(例如，用于安装在车辆上)。连接器组件具有减小的界面热阻，同时保持包装尺寸是紧凑的和小于常规的连接器组件。过渡区域或台阶部的形状促进用于穿过过渡区域或台阶部的热能和电能的流畅的流动路径。连接器组件的接触表面面积在过渡部处增加以用于至环境空气的散热，而通过使用三维非平面的配合表面，连接器组件的整个壳体保持是紧凑的。可以从电路板18的两个侧面或相对侧冷却这种导体组件。

因为导电接触构件的形状，或其在第一接触表面和第二接触表面之间的过渡部处的相应的(互锁)配合表面，和界面/配合表面的非平面的形式，所以这种导体组件很适合用于热传递。接触件和配合表面的形状促进电流和热从一个接触构件(例如，12、14)至另一个接触构件的平滑流动，使得过渡区域不产生可感知的电阻或热阻。配合表面之间的过渡部或界面将总是存在固有热阻的点。为了进行补偿，在从一个导体接触表面至其它的导体接触表面的过渡部或台阶部处的表面面积增加，并且利用该设计，在未增加接触组件的外壳尺寸的情况下，增加过渡表面或台阶部的面积。

尽管本发明已经在附图和前述描述中被具体地图示和描述，但是该图示和描述被认为本质上是示例性的而不是限制性的，应该理解，说明性实施例已经被示出和描述，并且期望保护在本发明精神的范围内的所有改变和修改。将注意到，本发明的可替换的实施例可以不包括所描述的所有特征，然而仍然通过该特征的至少一些优点获益。本领域的技术人员可以很容易地设计他们自己的实现方式，所述实现方式结合本公开内容的一个或多个特征并且落入本发明的随附权利要求限定的精神和范围内。