铜基石墨烯低感复合母排及其制造方法与流程

本发明涉及一种低感复合母排，尤其涉及一种铜基石墨烯低感复合母排及其制造方法。

背景技术：

低感复合母排被用作较大功率的电力电子回路中集成各种器件的总线，因其平行线路间的互感很低而得名。低感复合母排通常用于高集成、低电感要求的回路中，目前广泛应用于轨道交通、风电光伏、通信等领域的变流器、逆变器中，一般作为绝缘栅双极型晶体管(igbt)模块与电容之间的电气连接。

然而，现有技术中的低感复合母排结构笨重，且在大电流、高频的工况下，其自身电阻发热量高，使得寄生电感难以进一步降低，无法满足超高频应用场合。

因此，需要提供一种能够降低寄生电感的低感复合母排。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的低感复合母排结构笨重，且在大电流、高频的工况下，其自身电阻发热量高，使得寄生电感难以进一步降低，无法满足超高频应用场合。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铜基石墨烯低感复合母排及其制造方法。

根据本发明的一方面，提供一种铜基石墨烯复合导体层，其应用于低感复合母排，其包括：

铜板；

设置于所述铜板的第一面的第一石墨烯薄膜；以及

设置于所述铜板的第二面的第二石墨烯薄膜，所述第一面与所述第二面相对设置。

在本发明一优选实施例中，所述第一石墨烯薄膜通过导电胶粘剂复合于所述铜板的第一面；和/或

所述第二石墨烯薄膜通过导电胶粘剂复合于所述铜板的第二面。

在本发明一优选实施例中，所述复合的方式为贴覆、涂覆和浸覆中的一种。

在本发明一优选实施例中，所述第一石墨烯薄膜与所述铜板的厚度比为0.1:100～100:0.1；和/或

所述第二石墨烯薄膜与所述铜板的厚度比为0.1:100～100:0.1。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制造铜基石墨烯复合导体层的方法，该铜基石墨烯复合导体层应用于低感复合母排，所述方法包括：

提供铜板；

在所述铜板的第一面上形成第一石墨烯薄膜；以及

在所述铜板的第二面上形成第二石墨烯薄膜，所述第一面与所述第二面相对设置。

在本发明一优选实施例中，利用导电胶粘剂在所述铜板的第一面上形成所述第一石墨烯薄膜；和/或

利用导电胶粘剂在所述铜板的第二面上形成所述第二石墨烯薄膜。

在本发明一优选实施例中，所述方法还包括：对所述铜板进行表面处理，以使在所述第一面和/或所述第二面上形成保护镀层。

在本发明一优选实施例中，所述保护镀层为抗氧化镀层和抗腐蚀镀层。

根据本发明的再一方面，提供一种铜基石墨烯低感复合母排，其包括：

如上所述的铜基石墨烯复合导体层；

设置于所述铜基石墨烯复合导体层的第一石墨烯薄膜的第一面的第一绝缘层；以及

设置于所述铜基石墨烯复合导体层的第二石墨烯薄膜的第二面的第二绝缘层。

在本发明一优选实施例中，所述第一石墨烯薄膜的第一面通过粘接层复合于所述第一绝缘层的第二面；和/或

所述第二石墨烯薄膜的第二面通过粘接层复合于所述第二绝缘层的第一面。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本发明实施例提供的铜基石墨烯低感复合母排，由于其使用铜基石墨烯复合导体层作为导体层，该导体层具有电阻率低、散热快、单位截面积承载电流能力强的优点，进而可以提高低感复合母排的电流承载能力，降低低感复合母排的温升、降低低感复合母排的寄生电感，有效提高了变流元器件的可靠性并满足应用设备电磁兼容要求。并且，由于采用低电感的复合母排可以应用开关频率更高的igbt，因此可以进一步提升igbt的开关频率，使得变流器中的变压器更小，从而使整个变流器的结构简单，并使低感复合母排的轻量化程度显著提高。

此外，由于铜基石墨烯复合导体层的厚度降低，使得整个低感复合母排的厚度明显降低，进而使得低感复合母排的体积减小，整体重量降低，可以有效改善应用设备的轻量化、高功率密度的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的铜基石墨烯复合导体层的剖面图；

图2为本发明实施例的用于制造铜基石墨烯复合导体层的方法的流程图；

图3为本发明实施例的铜基石墨烯低感复合母排的剖面图；

图4为本发明实施例的多个铜基石墨烯低感复合母排层叠在一起的分解示意图；

图5为本发明实施例的铜基石墨烯低感复合母排的制造方法的示意图；

图6为本发明实施例的温度-时间曲线和压力-时间曲线。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为解决现有技术中的低感复合母排结构笨重，且在大电流、高频的工况下，其自身电阻发热量高，使得寄生电感难以进一步降低，无法满足超高频应用场合的技术问题，本发明实施例提供一种铜基石墨烯低感复合母排及其制造方法。

由于本发明的创新点在于将铜基石墨烯复合导体层应用于低感复合母排，下面首先参考图1对本发明实施例的铜基石墨烯复合导体层进行详细描述。

图1为本发明实施例的铜基石墨烯复合导体层的剖面图。

如图1所示，本发明实施例的铜基石墨烯复合导体层主要包括：铜板101；设置于铜板101的第一面的第一石墨烯薄膜102；以及设置于铜板101的第二面的第二石墨烯薄膜103。这里需要说明的是，铜板101的第一面优选为铜板101的上表面，铜板101的第二面优选为铜板101的下表面。当然，本实施例并不限制于此，也可以在铜板101的其它面设置石墨烯薄膜。

在本发明一实施例中，第一石墨烯薄膜102通过导电胶粘剂复合于铜板101的第一面，第二石墨烯薄膜103通过导电胶粘剂复合于铜板101的第二面。

优选地，复合的方式为贴覆、涂覆和浸覆中的一种。

优选地，第一石墨烯薄膜102与铜板101的厚度比为0.1:100～100:0.1，第二石墨烯薄膜103与铜板101的厚度比为0.1:100～100:0.1。如此设置，以使由石墨烯薄膜构成的铜基石墨烯复合导体层更好地实现导电、导热等特性。

应用本发明实施例提供的铜基石墨烯复合导体层，由于石墨烯具有优良导电率和导热率，使得由石墨烯薄膜构成的铜基石墨烯复合导体层具有电阻率低、散热快、单位截面积承载电流能力强的优点。

此外，铜板具有载流能力，其载流量为3-5a/mm²，而将石墨烯薄膜复合于铜板的上、下表面，使得具有优良导电率的石墨烯薄膜可以分担铜板的载流。因此，在同等电流工况下，所需的铜板的厚度可以大大降低。又由于石墨烯是目前发现的最薄、强度比最大的新型纳米材料，使得由石墨烯薄膜构成的铜基石墨烯复合导体层的厚度明显降低，且容易成型。

接着，参考图2对本发明实施例的用于制造铜基石墨烯复合导体层的方法进行详细描述。

如图2所示，本发明实施例的用于制造铜基石墨烯复合导体层的方法，主要包括以下步骤s101至步骤s103。

在步骤s101中，提供铜板101。

具体地，首先，将铜板101机械加工成所需轮廓，并去毛刺、油污、金属粉尘。然后，对铜板101进行进一步加工，以使铜板具有：极性连接端41、供不同极性间接口穿过需要而设置的工艺孔或工艺槽42、以及用于配备螺钉43、螺母44等而设置的螺孔，这里，螺钉43、螺母44等是供复合导体层本身外部接口需要而设置的。接下来，将加工后的铜板101进行表面处理，以在其第一面和第二面上形成保护镀层。优选地，该保护镀层为抗氧化镀层和抗腐蚀镀层。最后，根据需要对铜板101的极性连接端41进行机械加工，例如，铆接、焊接、折弯等。这里需要说明的是，铜板101的第一面优选为铜板101的上表面，铜板101的第二面优选为铜板101的下表面。当然，本实施例并不限制于此，也可以在铜板101的其它面形成保护镀层。

在步骤s102中，在铜板101的第一面上形成第一石墨烯薄膜102。

具体地，首先，将第一石墨烯薄膜102加工成所需形状。其次，利用导电胶粘剂将加工后的第一石墨烯薄膜102复合于铜板101的第一面上。这里优选地，复合的方式为贴覆、涂覆和浸覆中的一种。更优选地，第一石墨烯薄膜102与铜板101的厚度比为0.1:100～100:0.1，以使由石墨烯薄膜构成的铜基石墨烯复合导体层更好地实现导电、导热等特性。

在步骤s103中，在铜板101的第二面上形成第二石墨烯薄膜103。具体地，首先，将第二石墨烯薄膜103加工成所需形状。其次，利用导电胶粘剂将加工后的第二石墨烯薄膜103复合于铜板101的第二面上。优选地，复合的方式为贴覆、涂覆和浸覆中的一种。更优选地，第二石墨烯薄膜103与铜板101的厚度比为0.1:100～100:0.1，以使由石墨烯薄膜构成的铜基石墨烯复合导体层更好地实现导电、导热等特性。

这里需要说明的是，铜板101的第一面优选为铜板101的上表面，铜板101的第二面优选为铜板101的下表面。当然，本实施例并不限制于此，也可以在铜板101的其它面设置石墨烯薄膜。

基于此，便可形成本发明实施例的铜基石墨烯复合导体层。

应用本发明实施例提供的用于制造铜基石墨烯复合导体层的方法，由于制造工场简单，因此采用现有的制造装备即可完成铜基石墨烯复合导体层的加工，从而有利于大规模连续性生产。

接着，参考图3对本发明实施例的铜基石墨烯低感复合母排的结构进行详细描述。

如图3所示，本发明实施例的铜基石墨烯低感复合母排，主要包括：上述铜基石墨烯复合导体层、第一绝缘层104、第二绝缘层105、第一粘接层106和第二粘接层107。其中，第一绝缘层104设置于铜基石墨烯复合导体层的第一石墨烯薄膜102的第一面，第二绝缘层105设置于铜基石墨烯复合导体层的第二石墨烯薄膜103的第二面。这里需要说明的是，第一石墨烯薄膜102的第一面优选为第一石墨烯薄膜102的上表面，第一石墨烯薄膜102的第二面优选为第一石墨烯薄膜102的下表面。第二石墨烯薄膜103的第一面优选为第二石墨烯薄膜103的上表面，第二石墨烯薄膜103的第二面优选为第二石墨烯薄膜103的下表面。当然，本实施例并不限制于此。

在本发明一实施例中，第一石墨烯薄膜102的第一面通过第一粘接层106复合于第一绝缘层104的第二面，第二石墨烯薄膜103的第二面通过第二粘接层107复合于第二绝缘层105的第一面。这里需要说明的是，第一绝缘层104的第一面优选为第一绝缘层104的上表面，第一绝缘层104的第二面优选为第一绝缘层104的下表面。第二绝缘层105的第一面优选为第二绝缘层105的上表面，第二绝缘层105的第二面优选为第二绝缘层105的下表面。当然，本实施例并不限制于此。

优选地，第一绝缘层104和第二绝缘层105为聚酯胶膜、环氧树脂类绝缘板、聚碳酸酯板、gpo-3层压板和芳族聚酰胺绝缘纸中的一种。第一绝缘层104和第二绝缘层105可以相同，也可以不同。

优选地，第一粘接层106和第二粘接层107为半固化片、丙烯酸胶膜和聚酯纯胶膜中的一种。第一粘接层106和第二粘接层107可以相同，也可以不同。

应用本发明实施例提供的铜基石墨烯低感复合母排，由于其使用铜基石墨烯复合导体层作为导体层，该导体层具有电阻率低、散热快、单位截面积承载电流能力强的优点，进而可以提高低感复合母排的电流承载能力，降低低感复合母排的温升、降低低感复合母排的寄生电感，有效提高了变流元器件的可靠性并满足应用设备电磁兼容要求。并且，由于采用低电感的复合母排可以应用开关频率更高的igbt，因此可以进一步提升igbt的开关频率，使得变流器中的变压器更小，从而使整个变流器的结构简单，并使低感复合母排的轻量化程度显著提高。

此外，由于铜基石墨烯复合导体层的厚度降低，使得整个低感复合母排的厚度明显降低，进而使得低感复合母排的体积减小，整体重量降低，可以有效改善应用设备的轻量化、高功率密度的问题。

最后，对本发明实施例的铜基石墨烯低感复合母排的制造方法进行详细描述。

首先，按照上述步骤s101至步骤s103制造铜基石墨烯复合导体层。

其次，分别将第一绝缘层104、第二绝缘层105、第一粘接层106和第二粘接层107加工成所需形状，并进行干燥、除尘。

接着，依次将加工后的第二绝缘层105、第二粘接层107、铜基石墨烯复合导体层、第一粘接层106和第一绝缘层104放置于定位压合模具的下模板52上，并使用下模板52上的多个定位销521对其进行固定，盖上上模板51，并将定位压合模具放入压力机的上压板53与下压板54之间。

接着，按照图6所示的温度-时间曲线(用实线表示)，通过上压板53和下压板54将定位压合模具加热至预定温度并保持第一预定时间。同时，按照图6所示的压力-时间曲线(用虚线表示)，通过压力机的压力缸55对定位压合模具的上、下表面施加预定压力并保持第二预定时间。如此，使定位压合模具内的第二绝缘层105、第二粘接层107、铜基石墨烯复合导体层、第一粘接层106、第一绝缘层104粘接为一体。这里需要说明的是，在本实施例中，上压板53与下压板54可以发热。但本发明不限于此，也可以通过在上压板53和下压板54中通有高温液体介质来实现对上压板53和下压板54的发热。

优选地，预定温度为135℃～500℃，第一预定时间为10min～120min。预定压力为0.01mpa·cm²～10mpa·cm²，第二预定时间为10min～120min。

接着，对压力机降温降压，并从定位压合模具内取出已粘接为一体的第二绝缘层105、第二粘接层107、铜基石墨烯复合导体层、第一粘接层106、第一绝缘层104。

最后，对铜板101的未与第一绝缘层104和第二绝缘层105复合的极性连接端41进行机械加工，例如，铆接、折弯成型等，即可形成本发明实施例的铜基石墨烯低感复合母排。这里需要说明的是，根据不同低感复合母排的结构差异，有些低感复合母排需要在压合前进行机械加工(例如，铆接、折弯成型等)，而有些低感复合母排需要在压合后进行机械加工(例如，铆接、折弯成型等)。

应用本发明实施例提供的铜基石墨烯低感复合母排的制造方法，由于制造工场简单，因此采用现有的制造装备即可完成铜基石墨烯低感复合母排的加工，从而有利于大规模连续性生产。

需要说明的是，上述实施例仅为示例性实施例，并不用于限制本发明。例如，在其他实施例中，第一绝缘层104和第二绝缘层105可以由上述材料中的一种或多种材料构成，第一粘接层106和第二粘接层107也可以由上述材料中的一种或多种材料构成。

此外，在其他实施例中，也可以使用除铜之外的任何其他导体作为复合导体层中的基板，并可以使用冷压方式来实现上述低感复合母排的各层之间的粘接成型。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。