压转换器的逆变器系统控制器的一部分。应理解电力电子模块总成60可以在任何电力电子系统中实施用于任何应用。
[0053]不例电力电子模块总成60至少包括热源装置62、蒸汽室64、基板66和冷却部件68。当然，该视图仅是高度示意的剖视图并且可以仅说明电力电子模块总成的一部分。换句话讲，电力电子模块总成60可以包括额外的部件、连接器和/或特征并且本发明不限于显示的特定配置。
[0054]在一个实施例中，热源装置62是半导体装置(例如晶体管(MOSFET、IGBT)、二极管等)。在电力电子系统的运转期间，热源装置62处理电力，比如向车辆12提供推进的电力。该电力处理产生了需要从电力电子模块总成60散发的热量H。尽管仅显示了一个，电力电子模块总成60可以包括多个热源装置62。
[0055]电力电子模块总成60利用蒸汽室64作为被动、高效的散热器以散发热源装置62产生的热量H。蒸汽室64之所以是被动的，是因为它的运转不需要移动部件或外部动力。蒸汽室64通过跨过电力电子模块总成60的多个部分而延伸的增加的表面区域来散发或传播热源装置62产生的热量H。在一个实施例中，如参考图3更详细讨论的，蒸汽室64依赖于热传导率和相位转变(phase transit1n)对热源装置62产生的热量H进行热量管理。
[0056]蒸汽室64包括第一表面76以及与第一表面76相对的第二表面78。在一个实施例中，第一表面76是顶面而第二表面78是蒸汽室64的底面。然而，可以将第一和第二表面76、78设置在蒸汽室64的其它地方。
[0057]基板66设置在热源装置62和蒸汽室64之间。基板66将热量H从热源装置62散发进蒸汽室64。在一个实施例中，基板66包括绝缘金属基板QMS)。基板66可以包括金属层80和介电层82的交替层。在该实施例中，介电层82夹在两个金属层80之间。然而，可以预想其它的配置，包括金属和介电层都具有更少或更多层的配置。在一个非限制实施例中，金属层80由铝或铜制成而介电层82由陶瓷(比如A1203、A1N或Si3N4)或环氧树脂制成。
[0058]在一个实施例中，基板66集成至蒸汽室64的第一表面76。在本发明中，术语“集成”指不包括连接或中间层(比如焊接、导热膏或其它层)的电力电子模块总成60的相邻部件之间的界面连接(interface)。将基板66集成在蒸汽室64上或者集成进蒸汽室64减小了电力电子模块总成60的垂直封装。此外，减小的垂直封装可以使电力电子模块总成60的热阻减小，从而改善热热均匀性和性能。
[0059]在一个实施例中，基板66直接连接至蒸汽室64。基板66可以直接连接至蒸汽室64的第一表面76。在本发明中，使用的术语“直接连接”指通过有限的至不用(limited tono)中间层将两个表面彼此连接的方法。适当的直接连接工艺包括但不限于钎焊、烧结、扩散焊接、瞬态液相(TLP)粘接等。
[0060]冷却部件68可以集成至蒸汽室64的第二表面78。冷却部件68散发来自蒸汽室64的热量。例如，冷却部件68提供用于在蒸汽室64和周围流体F(比如气体或流体冷却剂)之间传输热量的延伸表面。类似于基板66，不使用中间层(比如焊料、粘接剂、导热膏、热胶等层)将冷却部件68集成至蒸汽室64。可以经由比如本发明中描述的机械(冲压、加工等)、化学(湿腐蚀、电渡)和其它连接/沉积技术实施冷却部件68集成方法。将冷却部件68集成在蒸汽室64的第二表面78上进一步减小垂直封装，从而减小封装尺寸同时改善了电力电子模块总成60的热量管理。此外，减小的垂直封装可以使电力电子模块总成60的热阻减小，从而改善热均匀和性能。
[0061]图3说明了可以集成进电力电子模块总成60的蒸汽室64的一个实施例。在一个非限制性实施例中，蒸汽室64设计成提供至少50W/cmK的有效导热系数。
[0062]蒸汽室64可以包括包括流相70-L和汽相70_L的热传播媒介70。来自热源装置62的热量H散发通过基板66并进入蒸汽室64。由于吸收了热量H，热量传输媒介70的液相70-L蒸发成汽相70-V，从而吸收热能。芯体(wick) 74可以设置在蒸汽室64内以向热量传输媒介70的液相70-L施加压力。在一个实施例中，芯体74包括烧结的金属粉或能向热量传输媒介70的液相70-L施加毛细压力的其它适当材料。
[0063]蒸发的热量传输媒介70-V在蒸汽室64内循环以将来自热源装置62的热量H散发掉。蒸发的热量传输媒介70-V可以向蒸汽室64的较低温度部分(比如朝第二表面78)移动。蒸发的热量传输媒介70-V在蒸汽室64内循环直到它冷凝成液相70-L,从而将吸收的热量释放进冷却部件68。流体F(见图2)可以流动通过冷却部件68以去除来自蒸汽室64的热量。然后热量传输媒介70的液相70-L被芯体(wick) 74再吸收并且流回至蒸汽室64的较高温度部分(比如朝第一表面76)。应当认为在本发明的范围内蒸汽室64可以包括实施例未显示的额外部件。
[0064]图4A、4B和4C说明了可以集成至上文描述的电力电子模块总成的蒸汽室的冷却部件68的多个实施例。参考图4A，冷却部件68可以包括多个翅片84。在另一个实施例中，如图4B所示，冷却部件68可以包括波状翅片86。每个波状翅片86可以包括用于增强冷却部件68提供的热量传输效果的一个或多个波状物85。可替代地，如图4C所示，冷却部件68可以包括多个针状物88。此外，在本发明的范围内可以预想其它冷却部件设置和配置。
[0065]图5说明另一种电力电子模块总成160。在本发明中,相同的参考标号代表相同的部件，其中加上100或其倍数的适当的参考标号代表应理解为包含对应的原始部件的相同特征和益处的修改部件。该视图仅是高度示意的剖视图并且可以仅说明电力电子模块总成的一部分。换句话讲，电力电子模块总成160可以包括图5中没有显示的部件、连接器和/或特征并且本发明不限于显示的特定配置。
[0066]在该实施例中，电力电子模块总成160包括通过直接沉积而集成至蒸汽室164的基板166。基板166可以直接沉积在蒸汽室164的第一表面176上。热源装置162 (比如半导体装置)可以在蒸汽室164的相对侧连接至基板166。
[0067]直接沉积指单个或连续组层沉积在表面的方法。可以使用掩膜或夹具限制沉积材料曝露在目标表面上以成形沉积层。沉积层的面积和厚度可以取决于掩膜/夹具以及增量(incremental)沉积和/或后沉积(post-deposit1n)工艺(高温退火)。直接沉积工艺的非限制示例包括但不限于金属油墨沉积、烧结、活性金属钎焊、金属印刷、化学汽相沉积、溅射淀积、电镀或非电镀原子层沉积等。
[0068]在一个实施例中，基板166是包括单个金属层180和单个介电层182的绝缘金属基板(MS)。换句话讲，通过将基板166直接沉积在第一表面176上可以省略介电层182和蒸汽室164的第一表面176之间的基板166的底部金属层。尽管未显示，冷却部件类似于图4A、4B和4C中显示的可以集成至蒸汽室164以提供额外的热量传输能力的冷却部件。
[0069]图6说明了又一个示例电力电子模块总成260。类似于上文的实施例，该视图是高度示意的剖视图并且可能仅说明电力电子模块总成的一部分。换句话讲，电力电子模块总成260可以包括图6中没有显示的部件、连接器和/或特征并且本发明不限于显示的特定配置。
[0070]在该实施例中，电力电子模块总成260包括直接集成进蒸汽室264 (即蒸汽室的内部)的基板266。基板266可以包括单个金属层280和单个介电层282。
[0071]在一个实施例中，蒸汽室264至少部分地包住基板266。在另一个实施例中，基板266完全集成在蒸汽室264的内部。这些配置实质上减小了电力电子模块总成260的垂直封装。
[0072]热源装置262安装至基板266。在一个实施例中，热源装置262可以至少部分地在蒸汽室264的内部延伸。尽管未显示，类似于图4A、4B和4C中显示的冷却部件可以集成至蒸发室264以提供额外的热量传输能力的冷却部件。
[0073]尽管不同的未限制实施例说明为具有特定部件或步骤，本发明的实施例不限于那些特定组合。可以使用来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其它非限制性实施例的特征或部件组合。
[0074]应理解多个附图中类似的参考标号代表对应的或类似的元件。应理解尽管在这些示例实施例中公开并说明了特定部件设置，其它设置也能从本发明的教导受益。
[0075]上文的描述可以解释为说明性以及没有任何的限制性。该技术领域中的技术人员应理解在本发明的范围内可以做出某些变型。出于这些原因，应当研究权利要求来确定本发明的真正范围和内容。
【主权项】
1.一种电力电子模块总成,包含: 蒸汽室； 集成至所述蒸汽室的第一表面的基板；以及 集成至所述蒸汽室的第二表面的至少一个冷却部件。2.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述电力电子模块总成不包括所述蒸汽室和所述基板以及所述至少一个冷却部件中每者之间的连接或中间层。3.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述基板是绝缘金属基板(IMS)。4.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述基板包括至少一个金属层和至少一个介电层。5.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述第一表面是所述蒸汽室的顶面而所述第二表面是所述蒸汽室的底面。6.根据权利要求1所述的总成，包括安装至所述基板的热源装置。7.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述基板直接连接至所述第一表面。8.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，通过直接沉积将所述基板集成在所述第一表面上。9.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述基板至少部分地集成在所述蒸汽室的内部。10.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述至少一个冷却部件包括翅片或针状物。
【专利摘要】本发明提供了一种电力电子模块总成。根据本发明的示例方面，该电力电子模块总成包括蒸汽室、集成至蒸汽室第一表面的基板。将至少一个冷却部件集成至蒸汽室第二表面。
【IPC分类】H05K7/20
【公开号】CN105636405
【申请号】CN201410617339
【发明人】布莱恩·约瑟夫·罗伯特
【申请人】福特全球技术公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月5日