[发明专利]具有散热功能的母线

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的电流输送和散热的电控制单元，以及一种相应的制造方法。

背景技术

在控制装置或控制模块中，当它们被使用在例如车辆中来进行高电流的切换或分配时，使100A到200A的电流输入和输出电路板产生了问题，因为这种电流必须相应地通过实心(solid)机械部件(如母线和高电流连接器)来供给。当半导体开关(如场效应晶体管或双极结晶体管)与由辅助电子零件构成的相应驱动电路一起被用来切换和分配这些电流时，用来负载控制设备或控制模块中电路的电路板被优选使用。

这种控制装置的特殊使用领域为，例如用在机动车辆的附助电热器的驱动中，其中电能通过加热电阻器(优选为所谓的正温度系数(PTC)元件)被转换成热量，并通过散热器肋片传递给气流。这些加热器可包括一些单独的或联合的从动加热阶段。为使加热能力适合热量需求和/或当前在随车携带的电源中可用的电功率，加热器通常由脉冲宽度调制驱动。于是，上面提到的半导体开关被用来切换并分配该加热电流给各加热阶段。为了简化安装，加热器和相应的控制单元被构造成结构单元，其中控制电子器件可被并入到加热器的框架中。

所有的电子元件优选被制成为表面安装器件(SMD)。这产生了另一个问题：流经半导体开关的高电流产生了大量的热，因此需要采取专门的措施从半导体开关散发热量。由于半导体开关也被设置为表面安装器件，因此它们不再能够被栓接于散热器。因此，在热量有可能被输入散热器之前，热量必须通过热传导性能较差的电路板传送。热量从半导体开关的散发和热量到散热器的供入又被电绝缘件(所述电绝缘件对于隔离半导体开关和散热器的电势来说是必需的)阻碍，并且也恶化了半导体开关与散热器之间的传热。

从参考文献EP 1 395 098 A1可知散热问题的解决方法。电流输入和输出的问题通过栓接到电路板的实心(solid)母线和焊接到电路板上的接触弹簧而得以解决。散热借助于热传导元件(所述热传导元件被压入到其上焊接有半导体开关的电路板中)并借助于连接至热传导元件的散热器独立于电流输送而完成。

这种方法的缺点在于需要多个不同的零件和制造步骤，导致相应的高材料成本和制造成本。而且，很难保证散热器与热传导元件(该热传导元件与半导体开关电连接)之间可靠的电绝缘。

电流输送给半导体开关和热量从半导体开关的散发的问题原则上可以通过将半导体开关焊接到固体金属带上得以解决，该金属带具有高的导电性和热传导性(如，铜)。金属带还可设有冷却叶片，以改进与环境的热传递。同时，金属带可以形成为使得具有用于电流输送的相应大横截面的电缆可以被插入或用螺丝拧到金属带上(例如，通过将接线插脚压入到金属带中)。即使通过这种方法，仍然很难保证金属带(所述金属带电连接至半导体开关)与其周围环境之间可靠的电绝缘。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种简单、节约成本的解决方案，用于将电流输送给安装在电路板上的半导体开关以及用于从半导体开关散发热量。本发明的另一目的在于提供一种相应的制造方法。

上述目的通过独立权利要求的特征实现。优选实施例是从属权利要求的主题。

本发明的具体方法是使用母线来输送电流和散热，该母线与半导体开关电接触和热接触，以使操作过程中产生的热量通过设置在母线上的散热器散发。

根据本发明的第一个方面，提供了一种电控制单元。该控制单元包括：电路板及电路板上侧上的功率半导体器件；热传导元件，所述热传导元件通过电路板中的开口与功率半导体器件热接触；设置在电路板底侧上的散热器，其用于散发功率半导体器件的操作过程中产生的热量；散热器，所述散热器与电路板的底侧齐平，并与热传导元件热接触和电接触，其中热传导元件通过电路板中的开口与功率半导体器件电接触，以便为功率半导体器件输入电流或从中输出电流，并且其中散热器被设置在母线上，并与母线热接触。

优选地，散热器和母线通过热传导绝缘层(诸如粘合膜或胶合层)被电隔离。通过这种方式，控制单元的操作安全可大幅度提高。

有利地，母线由扁平的且基本成矩形的金属带材形成。这虑及了控制单元的简便、节约成本的制造。

有利地，通过金属带材的深冲压将热传导元件和母线形成为单独部件。可替换地，热传导元件也可形成为大致为圆柱形的、实心的金属件。在这种情况下，母线优选由扁平的金属带材形成，其上设有冲压孔，热传导元件被压入所述冲压孔中。在这两种情况下，均保证了简便、节约成本的制造。