特許 7500792 パワーエレクトロニクスアセンブリ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】パワーエレクトロニクスアセンブリ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20240610BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20240610BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20240610BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 B

H01L23/46 Z

H05K7/20 N

H05K1/02 F

H05K3/46 U

【請求項の数】 18

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023010925

(22)【出願日】2023-01-27

(65)【公開番号】P2023110904

(43)【公開日】2023-08-09

【審査請求日】2024-03-08

(31)【優先権主張番号】17/587,255

(32)【優先日】2022-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】507342261

【氏名又は名称】トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(72)【発明者】

【氏名】フォン チョウ

(72)【発明者】

【氏名】リウ ヤンホー

(72)【発明者】

【氏名】請川 紘嗣

(72)【発明者】

【氏名】エルカン デデ

【審査官】山田 拓実

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１７６８９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０３３４７５６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０２２３２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０４２０３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２００１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４９９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－０６８４９３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／０２；

３／４６；

７／２０

Ｈ０１Ｌ ２３／３６；

２３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワーエレクトロニクスアセンブリであって、
複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢと接触する冷却板であって、
電気絶縁材料から構成され、第１の空洞及び第２の空洞を具備するマニホールドと、
前記第１の空洞内に配置され、前記複数の導電層の第１の導電層に接触する第１のヒートシンクと、
前記第２の空洞内に配置され、前記複数の導電層の第２の導電層に接触する第２のヒートシンクと、を具備する、冷却板と、
を具備し、
前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクは、誘電体被覆層を有する、
パワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項2】

前記マニホールドは誘電性冷却剤用の入口を含み、前記誘電性冷却剤は前記第１のヒートシンクを前記第２のヒートシンクから電気的に絶縁する、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項3】

前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に位置決めされた複数の溝部をさらに具備し、それによって、前記第１の空洞を前記第２の空洞から電気的に絶縁し、前記複数の溝部は前記冷却板と接触している、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項4】

前記冷却板と接触する第２のＰＣＢをさらに具備し、前記第２のＰＣＢは、前記冷却板に熱的に結合された導電層を有する、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項5】

前記冷却板と接触するコンデンサパックをさらに具備し、前記コンデンサパックは前記冷却板に熱的に結合される、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項6】

前記冷却板は複数の開口を具備し、
前記コンデンサパックは複数のフィンを具備し、
前記複数のフィンのそれぞれは、前記複数の開口のうちの開口内に配置される、請求項５に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項7】

前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、前記ＰＣＢに直接接合される、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項8】

前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に配置された複数のピンをさらに具備し、それによって、前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクを通る冷却剤の流れを真っ直ぐにする、請求項１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項9】

車両冷却システム用のパワーエレクトロニクスアセンブリであって、前記アセンブリは、
複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢと接触する冷却板であって、
誘電性冷却剤源に流体結合された入口と、
電気絶縁材料から構成され、第１の空洞、第２の空洞及び冷却剤ポケットを具備するマニホールドと、
前記第１の空洞内に配置され、前記複数の導電層の第１の導電層と前記冷却剤ポケットとに接触する第１のヒートシンクと、
前記第２の空洞内に配置され、前記複数の導電層の第２の導電層と前記冷却剤ポケットとに接触する第２のヒートシンクと、
前記冷却剤ポケットに流体結合された出口と、を具備する、冷却板と、
を具備し、
前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクは、誘電体被覆層を有する、
パワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項10】

前記誘電性冷却剤は、前記第１のヒートシンクを前記第２のヒートシンクから電気的に絶縁する、請求項９に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項11】

前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に位置決めされた複数の溝部をさらに具備し、それによって、前記第１の空洞を前記第２の空洞から電気的に絶縁し、前記複数の溝部は前記冷却板と接触している、請求項９に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項12】

前記冷却板と接触する第２のＰＣＢをさらに具備し、前記第２のＰＣＢは、前記冷却板に熱的に結合されたパワーデバイスを有する、請求項９に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項13】

前記冷却板と接触するコンデンサパックをさらに具備し、前記コンデンサパックは前記冷却板に熱的に結合される、請求項９に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項14】

前記冷却板は複数の開口を具備し、
前記コンデンサパックは複数のフィンを具備し、
前記複数のフィンのそれぞれは、前記複数の開口のうちの開口内に配置される、
請求項１３に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項15】

前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、前記ＰＣＢに直接結合される、請求項９に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項16】

前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に配置された複数のピンをさらに具備し、それによって、前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクを通る冷却剤の流れを真っ直ぐにする、請求項９に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。

【請求項17】

パワーエレクトロニクスアセンブリの製造方法であって、
電気絶縁材料から構成された、冷却板のマニホールド内に第１の空洞及び第２の空洞を作成することと、
第１のヒートシンクを、複数の導電層の第１の導電層と接触させ、前記第１の空洞内に設置することと、
第２のヒートシンクを、複数の導電層の第２の導電層と接触させ、前記第２の空洞内に設置することと、
前記複数の導電層をプリント回路基板（ＰＣＢ）上に設置することと、
前記ＰＣＢを前記冷却板と接触させることと、
を含み、
前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクは、誘電体被覆層を有する、
方法。

【請求項18】

前記マニホールドは、誘電性冷却剤を受容するように構成され、前記誘電性冷却剤は、前記第１のヒートシンクを前記第２のヒートシンクから電気的に絶縁する、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、パワーエレクトロニクスアセンブリ及びその製造方法に概ね関し、さらに具体的には、冷却部品と一体化されたパワーエレクトロニクスアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

車両にエレクトロニクスを使用することが増えたため、電子システムをいっそうコンパクトにする必要がある。このようなパワーエレクトロニクスアセンブリの部品の１つには、パワーデバイスが組み込まれたプリント回路基板（ＰＣＢ）が挙げられる。パワーデバイスが埋め込まれたＰＣＢでは、パワーデバイスによって生成される熱のため、広範な冷却が必要になる場合がある。そのような冷却要件を満たすために、冷却板を使用する場合がある。

【0003】

従来、ＰＣＢに埋め込まれたパワーデバイスを電気的に絶縁するために、冷却板とＰＣＢとの間に電気絶縁層を設置している。電気絶縁層と電気絶縁層上に設置された熱界面材料（ＴＩＭ）とにより、ＰＣＢのサイズと総熱抵抗が増大する。

【発明の概要】

【0004】

一実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリのための装置が、複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、ＰＣＢと接触する冷却板とを備える。冷却板は、電気絶縁材料から構成され、第１の空洞及び第２の空洞を備えるマニホールドを備える。冷却板は、第１の空洞内に位置決めされ、複数の導電層に熱的に結合された第１のヒートシンクをさらに備える。冷却板は、第２の空洞内に位置決めされ、複数の導電層に熱的に結合された第２のヒートシンクをさらに備える。

【0005】

別の実施形態では、車両冷却システム用のパワーエレクトロニクスアセンブリのための装置が、複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、ＰＣＢと接触する冷却板とを備える。冷却板は、誘電性冷却剤源に流体結合された入口を備える。冷却板は、電気絶縁材料から構成されたマニホールドをさらに備え、第１の空洞、第２の空洞及び冷却剤ポケットを備える。冷却板は、第１の空洞内に位置決めされ、複数の導電層と冷却剤ポケットとに熱的に結合された第１のヒートシンクをさらに備える。冷却板は、第２の空洞内に位置決めされ、複数の導電層と冷却剤ポケットとに熱的に結合された第２のヒートシンクをさらに備える。冷却板は、冷却材ポケットに流体結合された出口をさらに備える。

【0006】

さらに別の実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリを製造する方法には、電気絶縁材料から構成された、冷却板のマニホールド内に第１の空洞及び第２の空洞を作成するステップが含まれる。この方法は、第１の空洞内に第１のヒートシンクを設置するステップをさらに含む。この方法は、第２の空洞内に第２のヒートシンクを設置するステップをさらに含む。この方法は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に複数の導電層を設置するステップをさらに含む。この方法は、ＰＣＢを冷却板と接触させるステップをさらに含む。

【0007】

本明細書に記載の実施形態によって提供される、これまでに挙げた特徴をはじめとする特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を検討することにより、さらに完全に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

図面に記載の実施形態は、本質的に例示的で説明的なものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図するものではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、類似の構造を類似の参照番号で示している以下の図面と併せて読むと理解することができる。

【0009】

【図1A】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、ヒートシンクを有する冷却板とを備える例示的なパワーエレクトロニクスアセンブリの分解斜視図を概略的に示す図である。

【図1B】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の電力端子を有する例示的なＰＣＢの第１の表面を概略的に示す図である。

【図1C】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による例示的なＰＣＢの断面を概略的に示す図である。

【図2】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の空洞及びヒートシンクを有する例示的な冷却板の分解斜視図を概略的に示す図である。

【図3】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の空洞及びヒートシンクを有する例示的な冷却板の斜視図を概略的に示す図である。

【図4】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の空洞及び複数のピンを有する例示的な冷却板の上面図を概略的に示す図である。

【図5】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の空洞を有する例示的な冷却板の第１の側面図を概略的に示す図である。

【図6】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の空洞及びヒートシンクを有する例示的な冷却板の別の第１の側面図を概略的に示す図である。

【図7】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、ヒートシンク上に電気絶縁層を有する例示的な冷却板の図６のＡ-Ａに沿った側断面図を概略的に示す図である。

【図8】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、冷却板全体にわたって電気絶縁層を有する別の例示的な冷却板の図６のＡ-Ａに沿った側断面図を概略的に示す図である。

【図9】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数の溝部を有するさらに別の例示的な冷却板の図６のＡ-Ａに沿った側断面図を概略的に示す図である。

【図10】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、複数のパワーデバイスを有するＰＣＢと、ヒートシンクを有する冷却板と、コンデンサパックとを備える、例示的なパワーエレクトロニクスアセンブリの分解斜視図を概略的に示す図である。

【図11】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、ヒートシンクと、複数の空洞と、複数の開口を有するカバーとを有する冷却板を概略的に示す図である。

【図12】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、冷却板用の複数の開口を有するカバーを概略的に示す図である。

【図13】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、第１の構成での複数のパワーデバイスピン及び複数のコンデンサピンの側断面図を概略的に示す図である。

【図14】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、第２の構成での複数のパワーデバイスピン及び複数のコンデンサピンの側断面図を概略的に示す図である。

【図15】本明細書に示し説明する１つ又は複数の実施形態による、第３の構成での複数のパワーデバイスピン及び複数のコンデンサピンの側断面図を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書で説明する実施形態では、複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）のほか、ＰＣＢと接触する冷却板を含むパワーエレクトロニクスアセンブリを対象とする。冷却板は、電気絶縁材料から構成されたマニホールドと、内部にヒートシンクが位置決めされた空洞とを有する。ヒートシンクは、複数の導電層に熱的に結合される。本明細書に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリは、電気絶縁層の必要性を回避するか最小化したり、及び／又は全体的な熱抵抗を低減したりする。熱抵抗が低減するため、冷却プロセスがさらに効率的になり、それによって冷却板をいっそう薄くすることができる。これにより、全体のパッケージサイズがコンパクトになり、冷却能力が向上する。実施形態では、本明細書に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリは、誘電性冷却剤を利用し、モータ冷却システム（例えば、インホイールモータ）などの誘電性冷却剤も利用する他の冷却システムに組み込むことができる。

【0011】

方法及び装置のさまざまな実施形態と、方法及び装置の動作とを本明細書でさらに詳細に説明する。可能な限り常に、同一又は類似の部品を参照するために、図面全体を通して同一の参照番号を使用する。

【0012】

従来のパワーデバイス内蔵ＰＣＢ構成では、さまざまな電圧のパワーデバイスを互いから電気的に絶縁するために、ＰＣＢと冷却板との間に電気絶縁層が必要になる場合がある。電気絶縁層を使用する場合にはこのほか、電気絶縁層の１つ又は複数の面に断熱材（ＴＩＭ）を使用して、ＰＣＢから冷却板までの冷却速度を高めてもよい。電気絶縁層とＴＩＭ層を追加することにより、ＰＣＢの総熱抵抗が増大する可能性がある。パワーデバイスからの熱流束が高く、ＰＣＢ内での熱拡散が不十分であり、追加の層のために総熱抵抗が増大することにより、従来のパワーエレクトロニクスアセンブリの冷却能力は低い。このため、パワーエレクトロニクスアセンブリは、パワーデバイスを冷却するための冷却能力が低いために、電力出力が低下する。さらに、このような追加の層により、パワーエレクトロニクスアセンブリ構成のパッケージサイズが大きくなり、パワーエレクトロニクスアセンブリを設置し得る場所が制限される（例えば、車両内の特定の場所のみになる）。

【0013】

本明細書に示し説明する各構造では、パッケージサイズがコンパクトであり、熱抵抗が減少し、流量分布がさらに良好になることにより、従来の構造（例えば、パワーエレクトロニクスアセンブリ）よりも優れた利点を提供し、このような利点はいずれも、冷却能力を高める。さらに、本明細書に示し説明する構造はこのほか、従来とは異なる空間で展開可能であったり、及び／又は既存の部品と統合されたりしてもよい。例えば、本明細書に示し説明する構造は、モータ冷却システム（例えば、インホイールモータ）又は誘電性冷却剤を使用する他のシステムと一体化されて、その結果、誘電性冷却剤を複数の目的に使用することができる。

【0014】

ここで図１Ａ～図１Ｃを参照すると、体積プロファイルが低下し、電力密度が増大し、電気インダクタンスが低下したパワーエレクトロニクスアセンブリ１００の一実施形態を概ね示している。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、例えば、電気自動車のモータ冷却システムと統合されるなどした電気自動車で利用される。他の実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、電気駆動パワーデバイス、例えば、ハイブリッド車両、任意の電気モータ、発電機、工業用工具、家庭用電化製品、あるいはコンパクトなパッケージサイズを必要とする任意の他の電気駆動パワーデバイスなどで使用される。パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）１０２及び冷却板１１２を概ね備えてもよい。ＰＣＢ１０２は、第１の表面１０８と、第１の表面１０８の反対側で平行な第２の表面１１０とを有してもよい。ＰＣＢ１０２の第１及び／又は第２の表面１０８、１１０に、論理回路などの受動部品及び／又は電気部品のうちの１つ又は複数を取り付けてもよい。１つ又は複数の受動部品及び／又は電気部品は、１つ又は複数の抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、発振器、トランジスタ、集積回路、スイッチ、端子などを備えてもよい。第１の表面１０８又は第２の表面１１０はこのほか、本明細書でさらに詳細に説明するように、１つ又は複数のデバイスに接続するための１つ又は複数の端子を備えてもよい。

【0015】

ここで図１Ｂを参照すると、複数の電力端子を有した状態で示すＰＣＢ１０２の第２の表面１１０を示している。複数の電力端子は、Ｎ端子１６０と、１つ又は複数のＯ端子１６２（例えば、Ｕ端子１６２ａ、Ｖ端子１６２ｂ及びＷ端子１６２ｃ）と、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００を（図示しない）１つ又は複数のデバイスに電気的に結合するように構成されたＰ端子１６４とを備えてもよい。以下に説明するように、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、あるタイプの電流を第１の電流から第２の電流（例えば、ＡＣからＤＣ、ＤＣからＡＣなど）に変換するように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、代わりに、第１の電圧を第２の電圧に変換するように構成され得ることが検討される。このため、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、変換器接続形態、逆変換回路接続形態などで配置されてもよい。

【0016】

ここで図１Ｃを参照すると、ＰＣＢ１０２の断面を、図１Ｂに示した複数の受動部品及び／又は電気部品のない状態で示している。本明細書でさらに詳細に説明し、図１Ａに概略的に示すように、１つ又は複数の冷却板１１２を、ＰＣＢ１０２の第１の表面１０８及び第２の表面１１０のうちの少なくとも１つに取り付けてもよい。このほか、本明細書でさらに詳細に説明するように、ＰＣＢ１０２内に配置された複数の導電層１８３は、ＰＣＢ１０２内に埋め込まれた１つ又は複数のパワーデバイス１７０を冷却板１１２に熱的に結合し、その結果、冷却板１１２が、１つ又は複数のパワーデバイス１７０から熱を引き離すことにより、１つ又は複数のパワーデバイス１７０を冷却してもよい。本明細書に記載の複数のパワーデバイス１７０は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ-ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、トランジスタ及び／又はその組み合わせなどが挙げられるが、ここに挙げたものに限定されない１つ又は複数の半導体デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数のパワーデバイスのうちの少なくとも１つが、ワイドバンドギャップ半導体を含んでも、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）などが挙げられるが、ここに挙げたものに限定されない任意の適切な材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、複数のパワーデバイスは、高電流及び／又は高電力（例えば、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ、４０ｋＷ、５０ｋＷ、６０ｋＷ、７０ｋＷ、８０ｋＷ、９０ｋＷ、１００ｋＷ、１１０ｋＷ、１２０ｋＷ、１３０ｋＷ、１４０ｋＷ又は１５０ｋＷ、あるいはその間の任意の値以上）を有するパワーモジュール内で、高温（例えば、１００°Ｃ、１５０°Ｃ、１７５°Ｃ、２００°Ｃ、２２５°Ｃ又は２５０°Ｃを超える温度）下で動作する場合があり、パワーモジュールの継続的な動作のために除去する必要がある大量の熱を生成する場合がある。

【0017】

パワーデバイス１７０の各々は、パワーデバイスアセンブリ１６８の一部であってもよく、その結果、それぞれが導電性基板１７２と、導電性基板１７２内に埋め込まれた（例えば、銅、アルミニウム、亜鉛などから形成された）パワーデバイス１７０とを備える１つ又は複数のパワーデバイスアセンブリ１６８がＰＣＢ１０２内に埋め込まれる。例えば、空洞１７４を導電性基板１７２内に形成してもよく、パワーデバイス１７０を空洞１７４内に位置決めし、導電性基板１７２に接合してもよい（例えば、焼結、はんだ付けなどの任意の従来の接合技術を使用してもよい）。次いで、１つ又は複数のパワーデバイスアセンブリ１６８はＰＣＢ１０２内に埋め込まれてもよく、その結果、さまざまな導電層アーキテクチャが１つ又は複数のパワーデバイス１７０（又はパワーデバイスアセンブリ１６８）に結合されて、特定の接続形態（例えば、逆変換回路接続形態、変換器接続形態など）を達成する。例えば、１つ又は複数のパワーデバイスアセンブリ１６８は、第１のパワーデバイスアセンブリ１６８ａ及び第２のパワーデバイスアセンブリ１６８ｂを含む対で配置され得る複数のパワーデバイスアセンブリ１６８を含んでもよい。例えば、逆変換回路接続形態では、３対のパワーデバイスアセンブリ１６８が存在してもよい。いくつかの実施形態では、パワーデバイスアセンブリの対を並列接続形態で配置してもよい。例えば、逆変換回路には、６つのパワーデバイスアセンブリを含むパワーデバイスアセンブリ１６８の１つの配列が含まれてもよく、それによって３対のパワーデバイスアセンブリを提供する。並列接続形態では、計１２個のパワーデバイスアセンブリに対して、６個のパワーデバイスアセンブリの２つの配列を提供してもよい。同じように、パワーデバイスアセンブリ１６８の３つ以上の層があってもよい。例えば、別の並列接続形態では、計１８個のパワーデバイスアセンブリに対して、６個のパワーデバイスアセンブリの３つの配列を提供してもよい。

【0018】

冷却板１１２は、本明細書でさらに詳細に説明するように、１つ又は複数のパワーデバイス１７０によって生成された熱を除去する任意のデバイス又はデバイスの組み合わせを含んでもよい。実施形態では、グリース層が、冷却板１１２とＰＣＢ１０２との間で相互作用して、それ以外では、ＰＣＢ１０２と冷却板１１２のさまざまな層との間に形成され得る断熱エアポケットを排除することによって、熱抵抗を減少させたり、及び／又は熱伝導率を増大させたりする。実施形態では、グリース層は、ＰＣＢ１０２を冷却板１１２から電気的に絶縁するために電気絶縁性であってもよく、いくつかの実施形態では電気絶縁層を形成してもよい。グリース層は、例えば、エポキシ、シリコーン、ウレタン、アクリレート、金属、金属合金又はその任意の組み合わせを含んでもよい。

【0019】

冷却板１１２は、冷却板１１２及びＰＣＢ１０２の層のそれぞれを通って延在する（図示しない）複数の締結具（例えば、ボルト）を介してＰＣＢ１０２に固定されてもよい。しかし、他の結合技術が検討されており、可能性がある。例えば、（図示しない）外部ハウジング又はケージが、冷却板１１２をＰＣＢ１０２に取り付けてもよい。

【0020】

一般に、非導電性基板（例えば、誘電体ポリマー層）のシート／層上に積層されたり、及び／又は同シート／層間に積層されたりするさまざまな導電経路を形成して、一体型で均一な厚さのＰＣＢを形成するためにエッチングされた導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、銀、ニッケル、その任意の組み合わせなど）の１つ又は複数の層からＰＣＢを形成する。本開示によるＰＣＢ１０２は、（図１Ｃに示すように）１つ又は複数のパワーデバイス１７０がＰＣＢ１０２内に完全に収容されるように、１つ又は複数のパワーデバイス１７０周りに共に積層された複数の層を含む。上述のように、複数の導電層１８３は、ＰＣＢ１０２の第１の面１０８上に配置され、１つ又は複数のパワーデバイス１７０との間の電気伝導と、１つ又は複数のパワーデバイス１７０と冷却板１１２との間の熱伝導の両方を提供する。

【0021】

図１Ａは、複数の導電層１８３を有するＰＣＢ１０２の第１の表面１０８を示す。底部Ｎ層１８６と、（底部Ｕ層１８８ａ、底部Ｖ層１８８ｂ及び底部Ｗ層１８８ｃを含む）底部Ｏ層１８８と、底部Ｐ層１８２とから構成される複数の導電層１８３は、１つ又は複数のパワーデバイス１７０及び／又はパワーデバイスアセンブリ１６８から離れた複数の導電層１７６を介してＰＣＢ１０２を通る熱伝達を可能にするために冷却板１１２と接触し得る第１の表面１０８上に露出される。

【0022】

図示の実施形態では、Ｎ導電層アーキテクチャ１８４を、（図示しない）第１の複数の導電ビアを介して第１のパワーデバイス１７０ａ又は第１のパワーデバイスアセンブリ１６８ａに結合する。Ｏ導電層アーキテクチャ１８５を、（図示しない）第２の複数の導電ビアを介して第１のパワーデバイス１７０ａ及び／又は第１のパワーデバイスアセンブリ１６８ａに結合する。例えば、導電性Ｏ層１８８は、第２の複数の導電性ビアの一部を介して導電性基板１７２の表面に結合されてもよい。Ｐ導電層アーキテクチャ１８０を、（図示しない）第４の複数の導電ビアを介して第２のパワーデバイス１７０ｂに結合する。このため、電気を、Ｎ端子１６０にてＮ導電層アーキテクチャ１８４に接続された電源と、第１のパワーデバイス１７０ａの上面と、第１のパワーデバイスアセンブリ１６８ａの導電性基板１７２の表面と、第２のパワーデバイス１７０ｂの上面へのＯ導電層アーキテクチャ１８５と、第２のパワーデバイスアセンブリ１６８ｂの導電性基板１７２の表面にあるＰ導電層アーキテクチャ１８０との間で流してもよい。図１Ｃに示すように、冷却板１１２は、Ｎ導電層アーキテクチャ１８４と、Ｏ導電層アーキテクチャ１８５と、１つ又は複数のパワーデバイス１７０から冷却板１１２へのＰ導電層アーキテクチャ１８０とのそれぞれを含む複数の導電層１７６を通しても熱を伝導し得るように、ＰＣＢ１０２の第２の表面１１０に取り付けられてもよい。

【0023】

複数の電力デバイス１７０のそれぞれが、複数のパワーデバイス１７０のうちの他のものの（同じであるか異なる場合がある）電圧とは無関係である特定の電圧を有してもよい。この電圧の変動性により、パワーデバイスを互いに電気的に絶縁することが必要になる場合がある。複数のパワーデバイス１７０が複数の導電層１８３に電気的に結合されているため、複数の導電層１８３のそれぞれはこのほか、それぞれのパワーデバイスに相関する特定の電圧を有する場合がある。第１の表面１０８上の絶縁層１０４が、複数の導電層１８３のそれぞれを互いから電気的に分離してもよい。

【0024】

ＰＣＢ用のパワーモジュールの従来の実施形態では、ＰＣＢから冷却板への熱流束を減少させる電気絶縁層及びＴＩＭ層からの熱抵抗が増大するため、電力出力を下げる必要がある場合がある。このため、従来の実施形態の電力出力要件を満たすために、追加のＰＣＢを追加してもよい。

【0025】

しかし、本実施形態では、複数の導電層１８３を冷却板１１２に直接熱的に結合する。本明細書でさらに詳細に考察するように、この構成により、複数の導電層１８３を介して複数のパワーデバイス１７０からヒートシンク１２６へのさらに効率的かつ効果的な熱拡散及び熱伝達が可能になる。さらに、絶縁層などの構成要素をなくすことにより、結果として得られるパワーエレクトロニクスアセンブリ１００の小型化が向上する（例えば、結果として得られるパワーエレクトロニクスアセンブリ１００の全体のサイズが小さくなる）。

【0026】

ここで図１－図４を概ね参照すると、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は冷却板１１２を備える。冷却板１１２は、第１の面１１４、第２の面１１６、入口１１８、出口１２０、マニホールド１２２、冷却剤ポケット１２４、複数のヒートシンク１２６、複数のピン１２８及びカバー１３０を概ね備える。第２の面１１６は、第１の面１１４の反対側に位置決めされる。冷却板１１２は、ＰＣＢ１０２の構成要素、特に、複数の導電層１８３を介してＰＣＢ１０２内に埋め込まれた複数のパワーデバイス１７０を冷却する。このため、冷却板１１２は、第１の表面１０８と接触する（例えば、取り外し可能に結合される、当接する）。

【0027】

冷却材を、収集された熱エネルギーの媒体として冷却板内で使用する。従来のシステムでは、冷却剤の熱伝導率が大きくなるため、非誘電性冷却剤を使用していた。しかし、非誘電性冷却剤を用いると、構成要素が互いから電子的に適切に絶縁されていない場合、シールが破損した場合などに、パワーエレクトロニクスアセンブリに電気的短絡を引き起こす可能性がある。本開示では、誘電性冷却剤を冷却流体として利用する。従来のシステムと比較して、誘電性冷却剤は電荷を帯びていないため、放電を防止するか急速に抑える。誘電性冷却剤を、脂肪族、シリコーン、フルオロカーボンなどから構成してもよい。

【0028】

そのような誘電性冷却剤の１つが、電気自動車の冷却システムで使用されるような油性の冷却剤である。そのため、本実施形態を、車両の他の冷却部品と物理的及び／又は流体的に統合してもよい。例えば、実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、電気自動車の電気モータに結合されてもよい。実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリは、電気モータに電気的に統合される。実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、冷却剤タンクを電気モータと共有する（例えば、両方が流体結合される）。実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、電気モータと流体的に直列であり、その結果、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００は、電気モータへ誘電性冷却剤を出力するか、電気モータから誘電性冷却剤を受け取る。その結果、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００をはじめとする車両構成要素を冷却するために利用することができる冷却システムが少なくなるため、以前のシステムに比べてサイズがさらにコンパクトになる。

【0029】

入口１１８及び出口１２０は、冷却剤が入口１１８を通ってマニホールド１２２の冷却剤ポケット１２４に導入され得るように構成される。マニホールド１２２は、マニホールド１２２がＰＣＢ１０２の複数の導電層１０６と熱的に接触するように冷却板１１２内に特に配置され、これにより、冷却板１１２にて、複数のパワーデバイス１７０によって生成された熱を伴う熱伝達の発生を可能にする。

【0030】

具体的には、入口１１８を介して導入された冷却剤は、ＰＣＢ１０２と接触するマニホールド１２２の表面に衝突し、その表面から熱を抽出するように、冷却剤ポケット１２４を通って流れる。冷却剤は、出口１２０を通ってマニホールド１２２から流出してもよい。図には示していないが、入口１１８及び出口１２０は、ポンプ、凝縮器、タンク、ラジエータ及び／又は他の冷却システム構成要素に流体結合されてもよい。誘電性冷却剤を使用する実施形態では、入口１１８及び出口１２０は、誘電性冷却剤を利用する他の装置に流体結合される。例えば、入口１１８は、誘電性冷却剤を利用する別の装置から誘電性冷却剤を受け取る場合があったり、及び／又は出口１２０は、誘電性冷却剤を利用する別の装置に誘電性冷却剤を提供する場合があったりする。別の例では、入口１１８は、誘電性冷却剤を利用する他のデバイスと共有される冷却剤タンクから誘電性冷却剤を受け取る場合があり、出口は、誘電性冷却剤を利用する他のデバイスと共有される冷却剤タンクに誘電性冷却剤を提供する場合がある。

【0031】

図１及び図２は、それぞれが互いにほぼ平行に概ね配置され、冷却板１１２の第２の面１１６から延在する入口１１８及び出口１２０を示しているが、本開示はそのような状態に限定されない。即ち、いくつかの実施形態では、入口１１８及び出口１２０のいずれか又は両方が冷却板１１２の他の表面から延在してもよい。

【0032】

マニホールド１２２内の冷却剤は、カバー１３０によって包含される。このため、カバー１３０は、マニホールド１２２の幅及び長さに沿って延在し、マニホールド１２２に結合される（例えば、接着される、締結される）。カバー１３０は、アルミニウム、プラスチックなどから構成されてもよい。入口１１８及び出口１２０が第２の面１１６から延びる実施形態では、カバー１３０は、入口１１８及び出口１２０のための入口穴及び出口穴をそれぞれ形成する。いくつかの実施形態では、マニホールド１２２は、カバーが必要ないように構成されてもよい。

【0033】

ここで図３を参照すると、冷却剤ポケット１２４を示している。冷却剤ポケット１２４は、マニホールド１２２の第２の面１１６内に形成された（例えば、機械加工、成形、３Ｄ印刷などによって形成された）ポケットである。冷却剤が入口を介してマニホールド１２２に流入後、冷却剤は冷却剤ポケット１２４に収集される。冷却剤ポケット１２４は、冷却剤が複数のヒートシンク１２６に均等に分配されるように、複数のヒートシンク１２６と相互作用する前に冷却剤を導く。実施形態では、冷却剤ポケット１２４は、冷却要件が高くなっているヒートシンクに追加の冷却剤が提供されるように、冷却剤を導く。

【0034】

冷却剤ポケット１２４は、入口１１８の下流にて、冷却剤が複数のヒートシンク１２６と相互作用する前に、入口くさび形プロファイル１２４ａを形成する。入口くさび形プロファイル１２４ａは、冷却剤が入口１１８から複数のヒートシンク１２６に流れるにつれて増大する断面積を有し、それによって、複数のヒートシンク１２６のそれぞれへの流れの分配を均衡させる。冷却剤ポケット１２４はこのほか、冷却剤が複数のヒートシンク１２６と相互作用した後、出口１２０を通って冷却剤ポケット１２４から流出する前に、出口くさび形プロファイル１２４ｂを形成する。出口くさび形プロファイル１２４ｂは、冷却剤が複数のヒートシンク１２６から出口１２０に流れるにつれて減少する断面積を有し、それにより、複数のヒートシンク１２６と相互作用した後、流れの分配を均衡させる。

【0035】

冷却板用の従来のマニホールドは、金属などの導電性材料から構成される。このため、電圧が変化するＰＣＢのパワーデバイスが電気的に短絡するのを防止するために、冷却板とＰＣＢとの間に電気絶縁層が必要となる場合がある。さらに、ＰＣＢからマニホールドへの熱流束を増大させるために、電気絶縁層の両側にＴＩＭ層が必要になる場合がある。このような追加層により、熱抵抗が増大し、パワーエレクトロニクスアセンブリのパッケージサイズが増大する。

【0036】

図５－図６を参照すると、いくつかの実施形態によるマニホールド１２２及び複数のヒートシンク１２６を示している。マニホールド１２２は、概ね平面であり、プラスチック、セラミックなどの電気絶縁材料から構成される。いくつかの実施形態では、マニホールド１２２は、電気絶縁材料で被覆される。電気絶縁材料は、複数の導電層１８３を互いから電気的に絶縁し、それにより、電気絶縁層及び電気絶縁層の両面上のＴＩＭ層が必要なくなる。マニホールド１２２は、鋳造、３Ｄ印刷、機械加工などによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、単一のＴＩＭ層（例えば、グリースなど）がＰＣＢ１０２と冷却板１１２との間に設置される。

【0037】

パワーエレクトロニクスアセンブリ１００の熱抵抗が減少するため、ＰＣＢ１０２を冷却板１１２に直接接触させることにより、冷却板１１２の冷却能力が向上する。このため、冷却板１１２の厚さ（例えば、第１の面１１４から第２の面１１６までの距離）が減少する。いくつかの実施形態では、冷却板１１２は、約５ｍｍから約１０ｍｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、冷却板１１２は、約８ｍｍから約１２ｍｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、冷却板１１２は、約９ｍｍから約１５ｍｍの厚さを有する。冷却板１１２の厚さが減少したことにより、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００では、従来の設計と比較して、パッケージサイズが小さくなり、熱設計がさらに効率的になる。さらに、複数のパワーデバイスの電力出力は、冷却能力が向上したために増大する場合がある。

【0038】

図５に示すように、マニホールド１２２はその中に複数の空洞１３２を形成する。空洞１３２のそれぞれを、複数のヒートシンク１２６のうちの１つがその中に受容され得るように、成形したり、サイズ決めしたり、及び／又は配置したりしてもよい。即ち、複数の空洞１３２のそれぞれの形状は、複数のヒートシンク１２６の対応するヒートシンクが空洞１３２内に受容され、適所に接合されるように形成されてもよい。複数の空洞１３２のそれぞれは、複数のヒートシンク１２６のそれぞれのヒートシンク本体１２６ａを受容するために、マニホールド１２２の一部に沿って延在する凹部１３２ａを含む。さらに、複数の空洞１３２のそれぞれは、複数のヒートシンク１２６のそれぞれのフィン１２６ｂを受容するために、マニホールド１２２の深さの始めから終わりまで延びる（例えば、第１の面１１４から第２の面１１６まで延びる）貫通孔１３２ｂを含む。例えば、複数の空洞１３２は、複数のヒートシンク１２６の（図６に示す）第１のヒートシンク１３８に適合する形状の第１の空洞１３４と、複数のヒートシンク１２６の（図６に示す）第２のヒートシンク１４０に適合する形状の第２の空洞１３６とを含んでもよい。

【0039】

複数の空洞１３２のうちの対応する１つの内部で複数のヒートシンク１２６のそれぞれを接合するために、さまざまな接合技術を実施してもよい。例えば、誘導加熱、プラスチックはんだ付け、焼結又は他の接合プロセスを実施してもよい。いくつかの実施形態では、複数のヒートシンク１２６のそれぞれのフィン１２６ｂは、マイクロチャネル、プレートフィン、ピンフィン又はその組み合わせを含む。複数のヒートシンク１２６のそれぞれは、アルミニウム又は銅などの熱伝導性材料から作成されてもよい。複数のヒートシンク１２６のそれぞれは、熱伝導性材料の固体ブロックから機械加工されてもよい。いくつかの実施形態では、複数のヒートシンク１２６のそれぞれを、鍛造するか、押し出し成形するか、３Ｄ印刷してもよい。

【0040】

図３に示すように、複数のピン１２８は、複数のヒートシンク１２６のフィン１２６ｂの間に位置決めされる。複数のピン１２８の上面１２８ａが、冷却剤ポケット１２４を越えて一定距離延在し、その結果、カバーが取り付けられたときに複数のピン１２８がカバー１３０（図１－図２）と接触するようになる。接触エリアは、カバー１３０をマニホールド１２２に接合するための追加の接合エリアを提供する。複数のピン１２８の各ピンは、平坦な側面を有する。いくつかの実施形態では、側面は、複数のヒートシンク１２６のフィン１２６ｂに平行であり、それによって、複数のヒートシンク１２６の間の冷却剤の流れの渦を減少させる（例えば、渦流を減少させる）。このようにして、冷却剤流の再循環が緩和され、冷却剤流が複数のヒートシンク１２６から吸収する熱流束が多くなる。

【0041】

図１－図６に示す冷却板１１２は、本明細書に記載の実施形態による任意の数の構成を有してもよい。図７－図９は、図６のＡ-Ａに沿ったさまざまな代替の例示的構成を示す。ここで図７を参照すると、Ａ-Ａに沿った冷却板１１２の側断面図を、さまざまな実施形態に従って示している。いくつかの実施形態では、ヒートシンク本体１２６ａは、複数のヒートシンク１２６とＰＣＢ１０２との間の接着を改善するヒートシンクポリイミド被覆７０２又は任意の類似の被覆で少なくとも部分的に被覆される。パワーエレクトロニクスアセンブリ１００が組み立てられると、ヒートシンクポリイミド被覆７０２ａは、複数のヒートシンク１２６のそれぞれを第１の表面１０８に接着し、それによって、複数のヒートシンク１２６のそれぞれとＰＣＢ１０２との間の接触表面積を増大させる。このようにして、複数の導電層１８３を介したパワーデバイスから複数のヒートシンク１２６への熱流束の割合が大きくなる。さらに、ヒートシンクポリイミド被覆７０２は、複数のヒートシンク１２６とＰＣＢ１０２との間に薄い電気絶縁を提供する。

【0042】

ここで図８を参照すると、Ａ-Ａに沿った冷却板１１２の側断面図を、さまざまな実施形態に従って示している。図７と比較すると、ヒートシンク本体１２６ａを被覆する代わりに、第２の面１１６は、冷却板１１２と第１の表面１０８との間の接着を改善する冷却板ポリイミド被覆８０２又は任意の類似の被覆で少なくとも部分的に被覆される。冷却板ポリイミド被覆８０２は、第２の面１１６全体に沿って（例えば、マニホールド１２２及び各ヒートシンク本体１２６ａに沿って）延びるか、部分的に第２の面１１６に沿って延びる。パワーエレクトロニクスアセンブリ１００が組み立てられると、冷却板ポリイミド被覆８０２は、第２の面１１６を複数のヒートシンク１２６のそれぞれに接着し、それによって複数のヒートシンク１２６のそれぞれとＰＣＢ１０２との間の接触表面積を増大させる。このようにして、複数の導電層１８３を介してパワーデバイス１７０から複数のヒートシンク１２６への熱流束の割合が大きくなる。さらに、冷却板ポリイミド被覆８０２は、複数のヒートシンク１２６とＰＣＢ１０２との間に薄い電気絶縁を提供する。

【0043】

従来のシステムでは、冷却性能を高めるために非誘電性冷却剤が必要になる場合がある。本開示の実施形態では、複数のヒートシンク１２６のそれぞれは、各ヒートシンク本体１２６ａに沿って誘電体被覆層で被覆される。誘電体被覆層は、ＳｉＯ_２又は任意の他の適切な誘電体被覆層であり得る。誘電体被覆層はこのほか、（例えば、熱伝導率を高め、冷却板１１２への接合を高めるための）ニッケル、金、銅などの追加の金属被覆を含んでもよい。ヒートシンクポリイミド被覆７０２を有する実施形態では、ヒートシンクポリイミド被覆７０２は誘電体被覆層上に塗布される。

【0044】

ここで図９を参照すると、さまざまな実施形態による、図６のＡ-Ａに沿った冷却板１１２の側断面図を示している。このような実施形態では、複数の溝部９０２が第２の面１１６内に形成される。実施形態では、図７に記載のヒートシンクポリイミド被覆７０２又は図８の冷却板ポリイミド被覆８０２は、複数の溝部９０２と共に使用されてもよい。複数の溝部９０２は、複数のヒートシンク１２６のそれぞれの間に位置決めされる。電子アセンブリでは、部品が電子的な沿面距離に対して脆弱な場合がある。電子的な沿面距離は、隣接する２つの導電性部品によって作成される電気経路である。部品はさまざまな電圧で動作するため、隣接する部品の動作電圧とは異なる電圧になる可能性があるため、沿面距離が隣接する部品に損傷を与える可能性がある。複数の溝部９０２は、複数のヒートシンク１２６のそれぞれの間の長さを物理的に増大させることによって、複数のヒートシンク１２６のそれぞれの間の放電距離を増大させる。換言すれば、電気的な沿面距離は、複数のヒートシンクのうちの隣接するヒートシンクまでさらに深く延びなければならない。このため、複数の溝部９０２は、沿面距離からの追加の保護を提供する。いくつかの実施形態では、複数の溝部９０２のそれぞれは、約０．１０インチから約０．３０インチの深さ（例えば、冷却板１１２に形成される深さ）によって形成される。いくつかの実施形態では、複数の溝部９０２のそれぞれは、約０．２５インチから約０．５０インチの深さを形成する。いくつかの実施形態では、複数の溝部９０２のそれぞれは、約０．５０インチから約１．００インチの深さを形成する。

【0045】

ここで図１０を参照すると、例示的なパワーエレクトロニクスアセンブリ１０００の分解斜視図を示している。パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００は、ＰＣＢ１００２に埋め込まれた複数のパワーデバイスを有するＰＣＢ１００２を含む。パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００はこのほか、冷却板１０１２を備える。冷却板１０１２は、電気絶縁材料から構成されたマニホールド１０２２、第１の面１０１４、第１の面１０１４の反対側の第２の面１０１６、入口１０１８、出口１０２０、冷却剤ポケット１１２４、複数のヒートシンク１１２６、複数の溝部１１２８及びカバー１０３０を備える。説明したように、パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００は、パワーエレクトロニクスアセンブリ１００と実質的に類似するものであってもよい。しかし、パワーエレクトロニクスアセンブリはこのほか、コンデンサパック１０３４を備えてもよい。実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００は、コンデンサパック１０３４などの電力貯蔵デバイスを使用してもよい。

【0046】

コンデンサパック１０３４は、冷却板１０１２に結合される。実施形態では、コンデンサパック１０３４は、電気エネルギーを貯蔵し、パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００に放出する。実施形態では、コンデンサパック１０３４は、電気エネルギーを貯蔵し、コンデンサパック１０３４に電気的に結合された他のデバイスに放出する。コンデンサパック１０３４は、第１のコンデンサ面１０３６と、第１のコンデンサ面１０３６の反対側に位置決めされた第２のコンデンサ面１０３８とを備える。第１のコンデンサ面１０３６は、冷却板１０１２の第２の面１０１６と接触している。第１のコンデンサ面１０３６は、銅、金、銀、アルミニウム又はその合金などの高い熱伝導率を有する材料から構成されてもよく、それによって、第１のコンデンサ面１０３６から第２の面１０１６への熱流束を増大させる。

【0047】

コンデンサパック１０３４は、入口開口１０４０及び出口開口１０４２を備える。入口開口１０４０及び出口開口１０４２のそれぞれは、第１のコンデンサ面１０３６から第２のコンデンサ面１０３８まで延びる貫通孔を形成する。パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００が組み立てられた状態にあるとき、入口１０１８及び出口１０２０がコンデンサパック１０３４を通って延びるように、入口１０１８は入口開口１０４０に挿入され、出口１０２０は出口開口１０４２に挿入される。

【0048】

このような実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００は、ＰＣＢ１００２とコンデンサパック１０３４の両方に両面冷却を提供する。冷却板１０１２は、ＰＣＢ１００２とコンデンサパック１０３４との間に位置決めされるほか、ＰＣＢ１００２とコンデンサパック１０３４の両方に熱的に結合されているため、冷却板１０１２は、ＰＣＢ１００２とコンデンサパック１０３４の両方を冷却してもよい。これは、コンデンサパック１０３４のための二次冷却システムの必要性を低減するため、有利である。いくつかの実施形態では、パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００は、コンデンサパック１０３４の代わりに、ＰＣＢ１００２と（図示しない）第２のＰＣＢの両方に両面冷却を提供することが理解される。このような実施形態では、入口開口１０４０及び出口開口１０４２は、ＰＣＢ１００２又は第２のＰＣＢのいずれかに形成された開口を通って延びてもよい。実施形態では、入口開口１０４０及び出口開口１０４２は、冷却板１０１２の側壁から延びてもよい。

【0049】

図１０に示すコンデンサパック１０３４は、本明細書に記載の実施形態による任意の数の構成を有してもよい。コンデンサパック１０３４は、その１つ又は複数の表面から延びるコンデンサフィン１３０２を備えてもよい。コンデンサフィン１３０２は、銅、アルミニウム又は任意の他の適切な材料から構成されてもよい。本明細書でさらに詳細に考察するように、コンデンサフィン１３０２は、（図１０～図１１に示す）カバー１０３０の複数の開口１１３０を通って延在する。コンデンサフィン１３０２は、マニホールド１０２２内に位置決めされた冷却剤と相互作用する。コンデンサフィン１３０２は、コンデンサパック１０３４に熱的に結合され、それによって、コンデンサフィン１３０２が冷却剤と相互作用するときに、コンデンサパック１０３４に追加の冷却を提供する。

【0050】

従来のシステムでは、（例えば、冷却板１０１２内の冷却剤に暴露された場合などに）互いに接触し、腐食環境内にあるさまざまな金属が、１つの金属の腐食を加速させる可能性がある。コンデンサフィン１３０２と複数のヒートシンク１１２６のヒートシンクフィン１３０４は両方とも、冷却板１０１２内の冷却剤内に少なくとも部分的に位置決めされる。この腐食環境では、第１の金属（例えば、アルミニウム）から構成されたコンデンサフィン１３０２は陽極（例えば、正に帯電した電極）として機能し、第２の金属（例えば、銅）から構成されたヒートシンクフィン１３０４は陰極（例えば、負に帯電した電極）として機能する。電子が陽極から陰極に移動し、その結果、陰極の腐食が加速する。図１３－図１５は、複数のヒートシンク１１２６のヒートシンクフィン１３０４に対するコンデンサフィン１３０２の位置の例示的構成を示す。

【0051】

ここで図１３を参照すると、アルミニウム製コンデンサフィン１３０２が銅製ヒートシンクフィン１３０４と接触するのを防止するために、コンデンサフィン１３０２がヒートシンクフィン１３０４に対して互い違いに配置している第１の構成の一実施形態を示している。換言すれば、アルミニウム製コンデンサフィン１３０２は、銅製ヒートシンクフィン１３０４と平行に延在するが、銅製ヒートシンクフィン１３０４とは接触しない。冷却剤が、マニホールド１０２２に流入し、コンデンサフィン１３０２及びヒートシンクフィン１３０４の両方と相互作用し、それによって、コンデンサパック１０３４及び複数のヒートシンク１１２６をそれぞれ冷却する。互い違いに配置する構成により、腐食の速度が低下する。

【0052】

ここで図１４を参照すると、アルミニウム製コンデンサフィン１３０２が銅製ヒートシンクフィン１３０４と接触するのを防止するために、コンデンサフィン１３０２がヒートシンクフィン１３０４に対して互い違いに配置している第２の構成の一実施形態を示している。換言すれば、アルミニウム製コンデンサフィン１３０２は、銅製ヒートシンクフィン１３０４と平行に延在するが、銅製ヒートシンクフィン１３０４とは接触しない。第２の構成では、コンデンサフィン１３０２のそれぞれは、ヒートシンクフィン１３０４のそれぞれに近づいて位置決めされる。この構成により、（例えば、図１３と比較して）断面積が小さくなる。流体チャネル１３０６の断面積が小さくなると、冷却剤がコンデンサフィン１３０２とヒートシンクフィン１３０４との間の流体チャネル１３０６を通過するときに、冷却剤の速度が増大する。速度が増大すると、コンデンサフィン１３０２及びヒートシンクフィン１３０４と相互作用する冷却剤が多くなる。これにより、コンデンサフィン１３０２及びヒートシンクフィン１３０４の冷却速度がそれぞれ増大する。

【0053】

ここで図１５を参照すると、コンデンサフィン１３０２及びヒートシンクフィン１３０４を別の互い違いに配置する構成で示している第３の構成の一実施形態を示している。
図１３－図１４と比較して、コンデンサパック１０３４が備えるコンデンサフィン１３０２が少ない。コンデンサフィン１３０２の数は、コンデンサパック１０３４の冷却要件に依存してもよい。さらに、備えるコンデンサフィン１３０２を少なくすることによって、冷却剤内に位置決めされる異なる金属材料が少なくなるため、腐食の加速率を低減する可能性がある。

【0054】

ここで図１１－図１２を参照すると、冷却板１０１２を示している。このような実施形態では、カバー１０３０は、カバー１０３０の深さの始めから終わりまで延びる複数の開口１１３０を備える。（図１３－図１５に示す）コンデンサフィン１３０２は、コンデンサパック１０３４から複数の開口１１３０を通って少なくとも部分的に延在する。複数の開口１１３０は、マニホールド１０２２の冷却剤ポケット１０２４全体にわたって位置決めされる。このようにして、コンデンサフィン１３０２は、コンデンサパック１０３４の冷却を強化するために冷却剤と相互作用する。

【0055】

いくつかの実施形態では、カバー１０３０は、そこから延びる複数のフィン構造１２０２をさらに備える。複数のフィン構造１２０２は、アルミニウム又は銅などの熱伝導性材料から構成されてもよい。複数のフィン構造１２０２は、カバー１０３０の深さ全体にわたって延びてもよい。複数のヒートシンク１０２６のそれぞれは、フィン構造１２０２のうちの１つと接触し、それによって、複数のヒートシンク１０２６をフィン構造１２０２に結合する。次に、複数のフィン構造１２０２は、複数のヒートシンク１０２６が受け取った熱を、カバー１０３０の他の構成要素に提供してもよい。複数のフィン構造１２０２は、複数のヒートシンク１１２６に追加の冷却経路を提供し、それによってコンデンサパック１０３４から冷却板１０１２への熱流束を増大させる。このようにして、マニホールド１０２２は、冷却能力を増大させる。

【0056】

このような実施形態では、複数の開口１１３０の追加の開口を、マニホールド１０２２内の複数のヒートシンク１１２６の上方に位置決めする。このようにして、パワーエレクトロニクスアセンブリ１０００が組み立てられた状態にあるとき、コンデンサフィン１３０２は、複数の開口１１３０を通って延在する。例えば、コンデンサフィン１３０２は、ヒートシンクフィン１３０４と一直線上に並べてもよい（例えば、各コンデンサフィン１３０２は、１つのヒートシンクフィン１３０４と一直線上に並ぶ）。

【0057】

上記から、複数のパワーデバイスが埋め込まれたプリント回路基板（ＰＣＢ）のほか、ＰＣＢと接触する冷却板を備えるパワーエレクトロニクスアセンブリを対象とする実施形態を、本明細書で定義していることが理解されよう。冷却板は、電気絶縁材料から構成されたマニホールドと、内部にヒートシンクが位置決めされた空洞とを有する。ヒートシンクは、複数のパワーデバイスに熱的に結合される。本明細書に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリは、電気絶縁層の必要性を回避するか最小化したり、及び／又は全体的な熱抵抗を低減したりする。熱抵抗が減少するため、冷却プロセスがさらに効率的になり、それにより、冷却板をさらに薄くすることができる。これにより、全体のパッケージサイズがコンパクトになり、冷却能力が向上する。実施形態では、本明細書に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリは、誘電性冷却剤を利用するほか、誘電性冷却剤を利用するモータ冷却システム（例えば、インホイールモータ）などの他の冷却システムに組み込むことができる。

【0058】

「実質的に」及び「約」という用語は、任意の定量的比較、値、測定又は他の表現に起因する可能性がある固有の不確実性の程度を表すために本明細書で使用し得ることに留意されたい。このような用語はこのほか、問題となっている主題の基本的な機能に変化をもたらすことなく、量的表現が、規定の基準から変化し得る程度を表すために本明細書で使用する。

【0059】

本明細書では特定の実施形態を例示し説明してきたが、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく、他のさまざまな変更及び修正を施し得ることを理解されたい。さらに、特許請求される主題のさまざまな態様を本明細書で説明してきたが、そのような態様を組み合わせて利用する必要はない。このため、添付の特許請求の範囲は、特許請求された主題の範囲内にあるそのような変更及び修正をいずれも網羅することを意図している。

【0060】

当業者であれば、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対してさまざまな修正及び変形を施すことができることが明らかであろう。このため、本明細書は、本明細書に記載されたさまざまな実施形態の修正及び変形を網羅することを意図しており、そのような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲内及びその均等物の範囲内にある。

【0061】

〔例１〕
パワーエレクトロニクスアセンブリであって、
複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢと接触する冷却板であって、
電気絶縁材料から構成され、第１の空洞及び第２の空洞を具備するマニホールドと、
前記第１の空洞内に配置され、前記複数の導電層に熱的に結合された第１のヒートシンクと、
前記第２の空洞内に配置され、前記複数の導電層に熱的に結合された第２のヒートシンクと、を具備する、冷却板と、
を具備する、パワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例２〕
前記マニホールドは、誘電性冷却剤用の入口を含み、前記誘電性冷却剤は、前記第１のヒートシンクを前記第２のヒートシンクから電気的に絶縁する、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例３〕
前記第１のヒートシンクは、前記複数の導電層の第１の導電層と接触し、前記第２のヒートシンクは、前記複数の導電層の第２の導電層と接触し、前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクの両方は誘電体被覆層を有する、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例４〕
前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に位置決めされた複数の溝部をさらに具備し、それによって、前記第１の空洞を前記第２の空洞から電気的に絶縁し、前記複数の溝部は前記冷却板と接触している、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例５〕
前記冷却板と接触する第２のＰＣＢをさらに具備し、前記第２のＰＣＢは、前記冷却板に熱的に結合された導電層を有する、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例６〕
前記冷却板と接触するコンデンサパックをさらに具備し、前記コンデンサパックは前記冷却板に熱的に結合される、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例７〕
前記冷却板は複数の開口を具備し、
前記コンデンサパックは複数のフィンを具備し、
前記複数のフィンのそれぞれは、前記複数の開口のうちの開口内に配置される、例６に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例８〕
前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、前記ＰＣＢに直接接合される、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例９〕
前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に配置された複数のピンをさらに具備し、それによって、前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクを通る冷却剤の流れを真っ直ぐにする、例１に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１０〕
車両冷却システム用のパワーエレクトロニクスアセンブリであって、前記アセンブリは、
複数の導電層を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢと接触する冷却板であって、
誘電性冷却剤源に流体結合された入口と、
電気絶縁材料から構成され、第１の空洞、第２の空洞及び冷却剤ポケットを具備するマニホールドと、
前記第１の空洞内に配置され、前記複数の導電層と前記冷却剤ポケットとに熱的に結合された第１のヒートシンクと、
前記第２の空洞内に配置され、前記複数の導電層と前記冷却剤ポケットとに熱的に結合された第２のヒートシンクと、
前記冷却剤ポケットに流体結合された出口と、を具備する、冷却板と、
を具備する、パワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１１〕
前記誘電性冷却剤は、前記第１のヒートシンクを前記第２のヒートシンクから電気的に絶縁する、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１２〕
前記第１のヒートシンクは、前記複数の導電層の第１の導電層と接触し、前記第２のヒートシンクは、前記複数の導電層の第２の導電層と接触し、前記第１のヒートシンクと前記第２のヒートシンクの両方は誘電体被覆層を有する、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１３〕
前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に位置決めされた複数の溝部をさらに具備し、それによって、前記第１の空洞を前記第２の空洞から電気的に絶縁し、前記複数の溝部は前記冷却板と接触している、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１４〕
前記冷却板と接触する第２のＰＣＢをさらに具備し、前記第２のＰＣＢは、前記冷却板に熱的に結合されたパワーデバイスを有する、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１５〕
前記冷却板と接触するコンデンサパックをさらに具備し、前記コンデンサパックは前記冷却板に熱的に結合される、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１６〕
前記冷却板は複数の開口を具備し、
前記コンデンサパックは複数のフィンを具備し、
前記複数のフィンのそれぞれは、前記複数の開口のうちの開口内に配置される、例１５に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１７〕
前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、前記ＰＣＢに直接接合される、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１８〕
前記マニホールドは、前記第１の空洞と前記第２の空洞との間に配置された複数のピンをさらに具備し、それによって、前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクを通る冷却剤の流れを真っ直ぐにする、例１０に記載のパワーエレクトロニクスアセンブリ。
〔例１９〕
パワーエレクトロニクスアセンブリの製造方法であって、
電気絶縁材料から構成された、冷却板のマニホールド内に第１の空洞及び第２の空洞を作成することと、
第１のヒートシンクを前記第１の空洞内に設置することと、
第２のヒートシンクを前記第２の空洞内に設置することと、
複数の導電層をプリント回路基板（ＰＣＢ）上に設置することと、
前記ＰＣＢを前記冷却板と接触させることと、
を含む、方法。
〔例２０〕
前記マニホールドは、誘電性冷却剤を受容するように構成され、前記誘電性冷却剤は、前記第１のヒートシンクを前記第２のヒートシンクから電気的に絶縁する、例１９に記載の方法。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】