专利名称：被冷却的电开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电开关装置，特别涉及用于燃烧发动机或电动发动机车辆的互连接线箱，该装置采用了可将散出的热较快地排放出去的半导体转换构件。
背景技术：
法国专利文献FR2800567公开了一种具有半导体转换构件的电开关装置，该转换构件具有两组连接件，将所述半导体装置的底固定到由铜或其他金属导体制成的冷却板上，第一组连接件与冷却板相连，而半导体装置的第二组连接件与控制电路及一些电连接器相连，转换构件例如是MOSFET或SMART POWER式构件，在MOSFET的情况下，第一组连接件包括漏极，第二组连接件包括栅极和源极；在SMART POWER的情况下，第一组连接件包括供电器件，第二组连接件包括入口1-n、出口1-n、电流传感器和机壳。转换构件最好包括利用焊剂或涂层被直接粘到冷却板上的垫板(用于MOSFET是漏极)。将冷却板粘到塑料支撑板上，该支撑板构成箱的一部分，并有助于通过散热将热散到外面。利用横向插头将转换构件的第二组连接件的接头连接到与冷却板平行设置的路由电路上；通过将铜板切割弯曲成爪状来形成这些插头，所述爪用于冷却，并使各第一接头等势。利用同一块铜板进行电分配和冷却限制了电路的布置，也限制了使电路紧凑的可能性。
发明内容
本发明的目的在于进一步改进这种被冷却电开关装置的布置和紧凑性。
本发明的目的利用下述电开关装置实现，该装置包括具有两组连接件的半导体转换构件，将半导体转换构件的底粘到导电的冷却板上，将第一组连接件连接到该冷却板上，而将半导体构件的第二组连接件连接到控制电路和一些电连接器上，其特征在于，所述冷却板包括一些凸缘，将半导体构件的底固定或平贴在凸缘上，其特征还在于，通过路由电路(routingcircuit)将第二组连接器与控制电路连接，该路由电路与所述冷却板相邻，它们之间完全平行且相互隔开，该路由电路包括一些与下面的所述板的扁平凸缘对应的开口，这些凸缘处在与路由电路相邻的平面中，由此基本可以在同一平面中实现半导体构件与所述板及路由电路的连接。因此，根据本发明，将两个平行电路上的电分配功能分开，也就是说，优选将供电电路或漏电路设置在冲压的冷却金属板中，该金属板供转换构件的第一组连接件(漏极、底板、插头)布置电池的正极或负极，路由电路最好设置在切割的金属板中，该金属板供控制设备布置电的输出和接点。连续保证漏电路板的电气冷却，即使在为各构件设有散热部分时保留该板也可以进行散热。尤其可使该板在凸缘之处与箱的塑料壁几乎完全接触，这样更有助于热交换。而在另一单元实现程序功能，也就是形成构件向外或向控制设备的轨迹，该单元离塑料壁较远。制造路由电路的切割板最好还包括连接器的舌片。
从文献DE19518522中得知一种车辆控制装置，其中设置在印刷电路板上的电元件由与该电路板平行的冷却板冷却，该冷却板包括与所述各元件紧邻的凸缘。该冷却板用作为不同电元件例如线圈供电的电流导轨。不用冷却板向电元件供电，反之要对其进行电绝缘。
根据本发明，优选在半导体构件底部设有直接钎焊或平贴在冷却板凸缘上的垫板(例如漏极垫板)。当然也可以采用另一些方式来连接半导体构件的底部和凸缘，例如利用粘结垫板和插头实现电连接。还可考虑用激光器对垫板进行局部钎焊，这样可解决平面度差的难题。也可以将MOS或SMART装在裸晶片上不焊接漏极，而是将晶片直接焊接在漏电路上，不用焊接各元件的插头，而使晶片和路由电路之间进行结合(“bonding”)。在该实施方式中，除上面所述之外，在安装电路时，将第一组连接件简化为直接焊接，只设立第二组连接件。
优选将所述开关装置构成为被封装在一个箱子中的模块，该箱子包括一些与冷却板的凸缘对应的突起，事实上，即使塑料的散热能力高于裸铜的散热能力，但由于冷却板仅在安装转换构件时有用，而所述转换构件安装在上述凸缘上，因此最好能够给出与箱子底基本相同的相邻三维形状，并将冷却板粘在箱底上，以促进热交换。
根据同样的目的，箱底或箱本身包括朝外的用于加速热交换的肋，这些肋也用于使箱底挺直。
路由电路和冷却板最好隔开，并通过非导电材料例如塑料构成的隔层相互连接，该隔层保证两个电路相互间精确定位，这两个电路就是形成双面电路的组合件。隔层可以通过粘接(树脂或其他材料)或在加热或超声情况下利用变形销钉进行镶嵌而与两个电路相连，变形销钉可保证机械连接。然而，最好在路由电路上用复制模浇注出隔层，这样例如可以保证将切割出的轨迹用机械方法保持在电路上。
在路由电路的另一面最好有一层涂层，这样可以保护和密封电路，并可利用涂层的红外辐射能量，从而将热排到模块外。可以用简单的油漆或其他树脂形成涂层。但是，最好在路由电路上用复制模浇注塑料薄层，这样，在用复制模进行单侧浇注时可以对路由电路可能出现的弯曲进行补偿。
可以利用铆钉将冷却板固定到由隔层、路由电路和涂层之间用复制模浇注构成的夹层材料上，通过在上述夹层材料内的型腔中用复制模浇注得到所述铆钉。
优选冷却板还包括一些侧翼，例如这些侧翼对着箱的侧边，这些侧翼可使散热效果更好。可以在为形成凸缘进行冲压的同时通过弯折制得侧翼。
可以利用横向爪将控制线路板与冷却板和路由电路垂直或平行设置(如上面的文献FR2800567所述)。但是，该电路最好在路由电路的一侧包括侧向控制板，以便于在路由电路的侧部提供可被插入控制电路板中的连接插头。
优选所述箱封闭两个叠置的电路模块，这两个模块彼此相对，并被连接到同一控制电路板上。
当然，除了上述半导体构件之外，电路模块还可以包括多种设置在表面(CMS)的元件，例如继电器、电容、二极管、电阻，特别是可以通过任何设备例如选波器、机器人、激光器进行连接的穿透式元件，也可以是手工进行连接的元件。
通过阅读本发明的说明书以及附图将更清楚地理解本发明的其它优点和特征。附图中图1是根据图4的I-I平面作出的本发明装置的横向剖面图；图2是图1装置的细部A的示意图；图3是根据图4的III-III平面作出的本发明装置的剖面图，该剖面与图1的剖面垂直；图4是本发明装置在其箱中时的顶面透视图；图5是该装置的底面透视图；图6是表示三个层面的分解图，将这三个层面叠置后形成本发明的模块；图7是本发明模块的透视图；图8的透视图示意地示出剖开了的用复制模浇注的金属电路，该电路包括为用复制模浇注嵌合铆钉而预留的间隙；图9是用复制模浇注铆钉后从另一角度表示的图8的组装件的示意图。
具体实施例方式
图示的本发明装置在扁平箱1中设有两个控制模块，它们分别是下模块2和上模块2’。
箱1由两个扁平的半箱构成，它们分别是下半箱3和上半箱3’，这两个半箱由总体为平面的底5，5’形成，底基本为矩形，其三侧被矮边6，6’围住，第四侧被不同特性的边7，7’围住。这两个半箱利用边6，6’(可能的话也可以是边7，7’)上的扣件4彼此组装在一起。
底5，5’包括一些高度相同、朝向箱1内部的凸缘8，8’。凸缘8，8’形成基本为矩形的盘9，盘比底5，5’的普通平面10高，并被向底5，5’倾斜的连接区围住。底5，5’包括肋网12，13，13’，14，它们可以对角布置(12)，也可以围住凸缘布置(13，13’)，或周边布置(14，14’)。这些肋帮助底挺直，特别是增加了热交换面积，尤其是凸缘周围的热交换面积。
形成半箱3，3’的边7，7’用于设置第二空间15，第二空间总体上与限定在相对着的两个底5和5’之间的主空间16垂直。沿箱1的一边与主空间16相邻的第二空间15的一部分由与底13’垂直的壁17限定，并由两个角钢18加固。
两个模块2和2’用相同的材料形成，此处只详细描述模块2。它主要包括由漏电路20、隔层30和路由电路40形成的双面电路，必要的话还设有涂层50。
漏电路20由基本为矩形的如铜板之类的金属导电板制成，它包括一些基本为矩形(或其他形状)的凸缘21，这些凸缘对应于箱底5的凸缘8。板20的两侧包括两个如成直角升高的翼片22；每一翼片的延伸小于侧边的一半，其高度约为两个相对半箱之间的空间16的高度；这种布置可以使上模块2’的类似板上具有相似的翼片。当然，可以配置多个不同的翼片，例如三个翼片。
凸缘21的盘限定出一个平面，该平面与板20的底23的平面平行且隔开。
与该平面对应的是由如铜之类的金属导电板构成的路由电路40的上表面41的平面，切割铜板，以便一方面形成一些与漏极板20的凸缘21对应的基本为矩形的挖空部分42，这些挖空部分使凸缘21与表面41处于同一水平上，另一方面形成通向处于路由电路板一侧的插头44的导体轨迹43。在图6中，所示的这些插头处在去除分支前，这种去除分支将消除剩余部分45。除已描述的插头44以外，路由电路40还包括另一些插头46，46’，图6中示出了弯折前的这类插头，图7中示出了弯折后的这类插头，它们可以与电路平面垂直地从箱子中引出，与两个位于箱1上面的电连接器19等高。而将插头44插入位于第二空间15内的电控制卡70中。
利用非导电材料制成的隔层30使路由电路40与漏电路20保持平行并与漏电路相隔合适的距离。该隔层一方面包括一些与漏电路的凸缘21以及路由电路的挖空部分42对应的挖空部分31，另一方面还包括另一些与例如插头46，46’的插头的通路对应的挖空部分32。
在组装三个平面、然后再将其组装到箱中的步骤中，在三个平面20、30、40中沿垂直方向对应的孔28、38、48可以进行相对定位。
控制电路包括一些半导体构件60，例如在MOSEFT的情况下，半导体构件在底部包括被钎焊在漏极板20的凸缘21的盘上的漏极垫板61。垫板61也包括一个或多个栅极插头62以及一个或多个源极插头63，这些插头为侧爪形，它们被钎焊在挖空部分42边上的路由电路表面41的各轨迹43上。
优选在路由电路的上部用非导电材料形成涂层50，理想的是在路由电路上用复制模进行浇注，同时也用复制模浇注形成隔层30，这样具有双重优点不仅可以保护两侧的路由电路，而且可以防止只对一侧用复制模浇注时有可能出现的变形。也可以用涂层用树脂形成涂层50。
控制电路还包括如元件64之类的其他电路元件，不必对这些元件进行强冷，而可将这些元件直接装在路由电路40上。
将需要与电池连接的供电接线柱71与形成在漏极板40角落的增高爪27连接，以便使两个相对设置的模块板的两个爪27、27’能够连接到同一接线柱71上。
可以用镶嵌的销钉或不用镶嵌的销钉对不同板进行组装。
根据第一种方法，对铜进行切割，形成路由电路40，再着手制得凸缘和弯折漏电路20的耳状物，制备隔板30，在该隔板的两面涂胶，并对这三块板进行组装。胶最好是树脂，例如环氧树脂，涂层厚度较薄(通常约为200μm，隔层自身的厚度例如取1mm)，在该方法中，隔层通过胶来保证组装件的机械支持性能。
根据第二种方法，通过与销钉或铆钉这样的横向组装件的配合，隔层可确保其支持性能。对铜进行切割，形成路由电路40，用复制模对路由电路40进行浇注，以便形成两个复制模浇注的薄层30、50，然后用复制模浇注镶嵌的销钉；再着手制得凸缘和弯折漏电路20的耳状物，将用复制模浇注的路由电路30、40、50与突起的漏电路20组装在一起，并通过加热或超声波的方法镶嵌所述的镶嵌销钉。
可替换的是，不必在用复制模浇注路由电路40以后即用复制模浇注镶嵌销钉，也不必在将各板组装完以后为进行镶嵌而使镶嵌销钉变形，而是用复制模浇注路由电路40，使漏电路20成形，将它们进行组装，在最后的成型步骤中，用复制模浇注直接形成镶嵌销钉80，这如图8和9所示。为此，在路由电路40上用复制模浇注薄层30和50时，预先留出可以在第二次用复制模浇注时立即形成至少部分销钉80的空隙81、82、83；在所示的实施方式中，空隙81、82可以形成销钉80的本体，空隙83可以形成销钉80的脚。同时，销钉80可以成为用复制模浇注的箱的一体部分。
在所述实施方式中所描述的是完全扁平的电模块。当然，模块完全可以由多个彼此成角度的平面分区构成，漏电路、路由电路和隔层在各分区内仍然平行。为了更加紧凑，模块本身也可以自连。
权利要求
1.一种电开关装置，该装置包括具有两组连接件的半导体构件(60)，将所述半导体构件(60)的底粘到导电的冷却板(20)上，将第一组连接件(31)连接到所述冷却板上，而将所述半导体构件(60)的第二组连接件(62，63)连接到控制电路(70)和电连接器(19)上，其特征在于，所述冷却板(20)包括凸缘(21)，将所述半导体构件(60)的底固定或平贴在所述凸缘上，其特征还在于，通过路由电路(40)将第二组连接件(62，63)与所述控制电路连接，该路由电路与所述冷却板(20)相邻，它们之间完全平行且相互隔开，所述路由电路包括与下面的所述板(20)的所述扁平凸缘(21)对应的开口(42)，这些凸缘处在与所述路由电路(40)相邻的平面中，由此，基本可以在同一平面中实现所述半导体构件(60)与所述板(20)及所述路由电路(40)的连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述半导体构件(60)的底部有一钎焊在所述冷却板(20)的凸缘(21)上的垫板(61)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述路由电路(40)与所述冷却板(20)由一非导电隔层(3)隔开。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述隔层(30)确保所述冷却板(20)和所述路由电路(40)之间的机械支持。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述隔层(30)通过复制模被浇注在所述路由电路(40)上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述路由电路(40)的表面包括一层涂层(50)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述涂层(50)通过复制模被浇注在所述路由电路(40)上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述冷却板(20)与箱(1)的塑料壁(5)相连，该壁上包括与所述板的凸缘(21)相对应的凸缘(8)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述箱的壁(5)包括外肋(12，13，14)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述冷却板(20)包括弯折的翼(22)。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，该装置在同一个箱(1)中包括两个由所述冷却板(20)、隔层(30)和路由电路(40)构成的叠置组装件。
全文摘要
本发明公开了一种电开关装置，该装置包括具有漏极、栅极和源极连接件的半导体构件(60)。将所述半导体构件(60)通过它们的漏极底板钎焊到导电的冷却板(20)的凸缘上，通过与所述板(20)完全平行并用隔层(30)与该板分开的路由电路(40)将半导体构件(60)的栅极和源极(62，63)连接到控制电路和一些电连接器上，该路由电路包括一些与下面的板(20)的扁平凸缘对应的开口(42)，这些凸缘处在与路由电路(40)相邻的平面中，因此，基本可以在同一平面中实现半导体构件(60)与板(20)以及与路由电路(40)的连接。
文档编号H05K3/20GK1659939SQ03813162
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月23日 优先权日2002年5月3日
发明者帕特里斯·劳伦特, 马克·迈尼特, 塞西尔·德维勒, 马克·赫维尤 申请人:Dav公司