專利名稱：用于確定冷卻體溫度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如用于溫度監(jiān)控或溫度確定的裝置，以及一種用于 確定、監(jiān)控和/或記錄冷卻體或熱源的溫度的方法。
這種熱源例如出現(xiàn)在功率半導(dǎo)體(Leistungshalbleiter)、冷卻循環(huán)、 燃燒室和反應(yīng)室中。
背景技術(shù)：
由EP0654176已知一種用于半導(dǎo)體電路元件的固定裝置，在這種固定 裝置中，將安裝在電路板上半導(dǎo)體電路元件壓靠在一冷卻體上。
由DE69209772已知一種用于功能構(gòu)件的殼體結(jié)構(gòu)，其中將電子電路 布置在一空腔中，該空腔用電絕緣的流體填充。
由DE19807718已知一種電子結(jié)構(gòu)組件，其中一壓低保持件作用在電 路栽體上，并且所述壓低保持件在殼體的一通孔中具有接線觸點(diǎn)，所述接 線觸點(diǎn)與電路載體的導(dǎo)線線路相連。
由DE19920401已知一種用于估算溫度的裝置和方法，在所述裝置和 方法中，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感器的溫度來(lái)提供電子裝置的溫度。
由德國(guó)Wuppertal的公司Quick-Ohm Ktipper & Co. GmbH在2005 年3月16日的互聯(lián)網(wǎng)出版物中，已知一種導(dǎo)熱粘接劑，其熱導(dǎo)率為 7.5W/mK或更多。由Quick-Ohm Ktipper & Co. GmbH在2005年3月16 日的互聯(lián)網(wǎng)出版物已知一種導(dǎo)熱膜，所述導(dǎo)熱膜由碳纖維結(jié)合材料制成。
有荷蘭埃因霍溫的飛利浦半導(dǎo)體廠1998年3月26日的"KTY82-1，，系 列的數(shù)據(jù)表已知硅溫度傳感器，所述硅溫度傳感器具有正溫度電阻系數(shù)， 并可用于測(cè)量和控制系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在電子裝置中使傳感器盡可能好地達(dá)到冷卻體的溫 度水平。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的在根據(jù)權(quán)利要求l中給出的特征的電子裝置中
和根據(jù)權(quán)利要求15中給出的特征的用于確定功率半導(dǎo)體的溫度的方法中 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在電子裝置方面，本發(fā)明的主要特征是，所述裝置包括裝備有傳感器 的電路板和冷卻體，其中所述傳感器與冷卻體導(dǎo)熱地連接。
這里優(yōu)點(diǎn)是，可確定功率半導(dǎo)體或其它熱源的溫度，并由此可防止過(guò)
熱的危險(xiǎn)。即特別是可以提高安全性。通過(guò)改善的溫度確定還可以改善電
子裝置的調(diào)節(jié)特性。
在一種有利的實(shí)施形式中，電路板與冷卻體特別是可拆卸地相連。這
里優(yōu)點(diǎn)是，不需要其它中間元件。
在一種有利的實(shí)施形式中，電路板是多層的，特別是一種多層電路板。
由此可以實(shí)現(xiàn)不同層之間的導(dǎo)線線路之間的鍍通孔 (Durchkontaktierung)。以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)電或熱上有利的狀態(tài)。
在一種有利的實(shí)施形式中，內(nèi)層在空間上在傳感器附近設(shè)置的金屬區(qū) 域與朝向冷卻體的表面上的至少一個(gè)金屬區(qū)域相連。這里有利的是，形成 與冷卻體導(dǎo)熱良好的連接，并且所述金屬區(qū)域具有比電路板載體材料高的 熱導(dǎo)率，特別是在內(nèi)層的空間上在傳感器附近的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)與冷卻體基本 上相同的溫度水平，所述區(qū)域到傳感器部件與電路板的接觸點(diǎn)的距離小于 電路板的厚度。由此傳感器可以更好地與冷卻體的溫度水平相耦合。
在一種有利的實(shí)施形式中，朝向冷卻體的表面上的金屬區(qū)域與冷卻體
導(dǎo)電地和/或至少導(dǎo)熱地相連接。這里有利的是，例如可以采用導(dǎo)熱軟骨 (WSrmeleitpaste)以改善熱傳遞。但直接接觸也可以實(shí)現(xiàn)足夠的導(dǎo)熱。 以這種方式，不僅可以平衡/調(diào)整電勢(shì)，而且也可以平衡溫度。冷卻體的熱 量可以導(dǎo)入電路板，和導(dǎo)線線路上的電流相類似，這里熱量?jī)?yōu)選在金屬的
導(dǎo)線線路上流動(dòng)。在一種有利的實(shí)施形式中，為了進(jìn)行連接而采用固定元件。這里優(yōu)點(diǎn) 是，可以采用廉價(jià)的元件，如螺釘?shù)?在一種有利的實(shí)施形式中，電連接部包括鍍通孔，特別是傳感器的接 線元件借助于釬焊連接導(dǎo)電連接在朝向冷卻體的表面上，其中借助于鍍通 孔傳感器的所述接線元件與背離冷卻體的表面的導(dǎo)線線路或與電路板的內(nèi) 層相連接。這里有利的是，在較短的路徑上將傳感器信號(hào)導(dǎo)出到另外的、具有大的到冷卻體電勢(shì)的爬電距離(Kriechstrecke)的導(dǎo)線線路上。但冷 卻體的熱量也可以以簡(jiǎn)單的方式傳輸?shù)絻?nèi)層，特別是用于在電路板的內(nèi)層 形成均勻的溫度水平。在一種有利的實(shí)施形式中，釬焊連接利用SMT技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這里優(yōu)點(diǎn)是，可以設(shè)想批量生產(chǎn)。在一種有利的實(shí)施形式中，金屬區(qū)域包括銅或基本上由銅組成，所迷金屬區(qū)域特別是電路板的導(dǎo)線線路，這里優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)唯一的材料可實(shí)現(xiàn) 高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱能力。在一種有利的實(shí)施形式中，冷卻體與功率半導(dǎo)體的冷卻面導(dǎo)熱地特別是直接或間接地連接，通過(guò)至少 一個(gè)陶瓷板或其它可導(dǎo)熱的材料例如導(dǎo)熱 膜間接或直接地連接。這里優(yōu)點(diǎn)是，存在用于將功率半導(dǎo)體的熱量導(dǎo)出到 冷卻體上的高熱導(dǎo)率，但這里也可以實(shí)現(xiàn)冷卻體和功率半導(dǎo)體之間的高絕 緣距離。在用于確定熱源溫度，特別是功率半導(dǎo)體溫度的方法方面，本發(fā)明主 要的特征是，熱源與冷卻體導(dǎo)熱地連接，而傳感器與冷卻體導(dǎo)熱地連接， 其中-確定傳感器的溫度，-確定在一定時(shí)間段內(nèi)溫度升高的程度，-由傳感器溫度和與屬于溫度升高的校正系數(shù)相乘的值的和確定熱源 的溫度。這里有利的是，這種方法可以特別筒單地執(zhí)行，特別是對(duì)其進(jìn)行編程，
并只需要極少量的存儲(chǔ)資源和計(jì)算能力。在一種有利的實(shí)施形式中，這樣來(lái)確定在一定時(shí)間段內(nèi)溫度升高的值(Ma/5)，確定最新的和此前最后測(cè)量的傳感器溫度的差，其中傳感器溫 度測(cè)量之間的時(shí)間段始終相同，或基本上相同。在一相應(yīng)的實(shí)施形式中， 這樣來(lái)確定在一定時(shí)間段內(nèi)溫度升高的值，確定傳感器溫度時(shí)間變化的斜 率(Stdgung),即一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)。這里優(yōu)點(diǎn)是，溫度的確定的方式方法 可簡(jiǎn)單快速地起作用，并且，盡管如此，在很多技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合可以得出足 夠好的結(jié)果。特別是在一種有利的實(shí)施形式中，代替校正系數(shù)，釆用校正系數(shù)表， 其中每個(gè)斜率值和/或每個(gè)環(huán)境溫度值和/或其它參數(shù)都和一個(gè)校正系數(shù)相 配，并相應(yīng)地使用所述校正系數(shù)。這里優(yōu)點(diǎn)是，可以進(jìn)一步改進(jìn)所述方法。在另一個(gè)有利的實(shí)施形式中，在所述方法中，由變頻器將所測(cè)得的溫 度用于電機(jī)供電中的調(diào)節(jié)和/或?qū)λ鰷囟冗M(jìn)行記錄。在另一個(gè)有利的實(shí)施形式中，在所述方法中，當(dāng)利用傳感器測(cè)量的溫度超過(guò)一規(guī)定的極值時(shí)，-降低變頻器的脈沖寬度調(diào)制頻率和/或功率輸入， -關(guān)閉變頻器，-和/或向設(shè)備的操作者發(fā)出警告信號(hào). 其它優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求中得出。 附圖標(biāo)記表1 電路板，特別是多層電路板2 用于可拆卸地連接的固定元件3 導(dǎo)熱軟骨4 傳感器5 接線腳6 冷卻體7 絕緣區(qū)域8 內(nèi)部線路9 鍍通孔10 孑匕11 載體材料20 用于導(dǎo)熱粘接劑的區(qū)域40 接線腳41 接線線路42 鉆孔43 絕緣區(qū)域44 金屬區(qū)域45 內(nèi)層46 內(nèi)部線路47 部分區(qū)域


下面借助于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。其中圖1以剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的裝置，圖2以剖視圖示出另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置，圖3以剖視圖示出第三個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置，圖4a以俯視圖示出第四個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置，圖4b以俯視圖示出第四個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置的多層電路板的內(nèi)層。
具體實(shí)施方式
在根據(jù)本發(fā)明的、按圖l的裝置中，電路板l設(shè)計(jì)成多層電路板，并 因此包括多個(gè)其中可以設(shè)有銅制線路的平面。利用作為用于可拆卸地連接的固定元件2的螺釘將電路板1與冷卻體 6相連。 在電路板1朝向冷卻體的一側(cè)上焊接有具有接線腳5的傳感器4。這 有利地按SMD (表面安裝器件)技術(shù)進(jìn)行。由釬焊接觸部設(shè)置一種穿過(guò)電 路板1所有層的鍍通孔形式的電連接，以與電路板1上側(cè)的導(dǎo)線線路相連。 由此，傳感器的測(cè)量信號(hào)也可以通過(guò)所述鍍通孔傳遞到電路板1的上側(cè)上， 由此可在信號(hào)線路和導(dǎo)電的冷卻體之間規(guī)定足夠的絕緣距離，以這種方式，還使得可以使位于傳感器上方的其它平面中的、特別是 多層電路板1的內(nèi)層中的導(dǎo)線線路導(dǎo)電地并因此也導(dǎo)熱地與電路板下側(cè)上 的、可直接與冷卻體接觸的銅區(qū)域相連。由此可以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電路板的內(nèi) 層還將冷卻體的溫度水平傳遞到傳感器上。所述傳感器可以說(shuō)是被包圍在 或者被置入冷卻體的溫度水平中，盡管冷卻體本身并沒(méi)有包圍傳感器。特別是所述固定元件2也用于實(shí)現(xiàn)熱連接，所述固定元件將電路板1 以及由此還有電路板下側(cè)上的所述銅區(qū)域壓靠在冷卻體6上。此外，所迷固定元件2還用于使電路板1與冷卻體6機(jī)械地連接。由固定元件實(shí)現(xiàn)，例如利用螺栓。傳感器4布置在冷卻體6的一凹口內(nèi)，所迷凹口填充有導(dǎo)熱軟青3。 有利地可以在安裝傳感器4之前進(jìn)行填充。這樣來(lái)設(shè)計(jì)所迷凹口并確定其尺寸，即，保持必要的到傳感器及其接 線端的通風(fēng)距離和爬電距離。此外，電路板l在圖1中不可見(jiàn)的區(qū)域內(nèi)裝備有功率半導(dǎo)體,如IGBT， 所述功率半導(dǎo)體的冷卻面與冷卻體6導(dǎo)熱地相連。為此所述冷卻面直接與冷卻體相連或通過(guò)陶資板間接地與其相連。傳感器4有利設(shè)計(jì)成用于監(jiān)控功率半導(dǎo)體的溫度傳感器。通過(guò)溫度測(cè) 量使得可以更好地對(duì)功率半導(dǎo)體進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。重要的是傳感器良好導(dǎo)熱地即以較小的傳熱阻力聯(lián)結(jié)在冷卻體6上。 冷卻體6直接或間接地良好導(dǎo)熱地與功率半導(dǎo)體的冷卻面相連.傳感器4 在空間上在功率半導(dǎo)體附近設(shè)置。從而從功率半導(dǎo)體流動(dòng)通過(guò)冷卻體的熱 量只需要較短的時(shí)間段。傳感器上的溫度變化以幾秒鐘的滯后時(shí)間跟隨功
率半導(dǎo)體內(nèi)部的溫度或功率半導(dǎo)體冷卻面的溫度。結(jié)構(gòu)布置有利地i殳計(jì)成，使滯后時(shí)間在1秒鐘到1分鐘或3分鐘之間。在滯后時(shí)間之后，如果規(guī)定 功率半導(dǎo)體上具有恒定的損失功率，則傳感器的溫度在測(cè)量精度的范圍內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的值。在圖2所示的實(shí)施例中，電路板1與冷卻體6相連。這種連接通過(guò)螺 釘2來(lái)形成。在電路板1上在背離冷卻體6的一側(cè)安裝有傳感器4。 電路板1作為多層電路板包括在內(nèi)層中的金屬區(qū)域，即內(nèi)部線路8， 所述內(nèi)部線路由于其高的熱導(dǎo)率而將冷卻體6的溫度傳遞到電路板1中， 特別是傳遞到空間上在傳感器4附近的區(qū)域中。這里內(nèi)部線路8的熱導(dǎo)率 明顯高于多層電路板的載體材料11的熱導(dǎo)率。將金屬材料如銅或銅合金用 于內(nèi)部線路，以及將塑料材料如環(huán)氧樹(shù)脂用于多層電路板的載體材料是有 利的?？臻g上在傳感器附近(的區(qū)域)理解為所有這樣的空間點(diǎn)的集合 (Menge),所述點(diǎn)距離傳感器4~包括其接線腳5或接線裝置的距離小 于電路板l的厚度。為了在冷卻體6和內(nèi)部線路8之間實(shí)現(xiàn)熱連接(Anbindung)，至少 還采用螺釘2。這里有利的是，用于螺釘2的孔按鍍通孔的形式用電導(dǎo)體 包裹，由此可以改善內(nèi)部線路8到螺釘2以及由此到冷卻體6上的熱連接， 此外有利的還是，電路板在朝向螺釘頭的一側(cè)設(shè)有金屬面，所述金屬面形 成到電路板內(nèi)層的良好的熱接觸，為了在冷卻體6和內(nèi)部線路8之間實(shí)現(xiàn)熱連接，還在電路板1與冷卻 體6接觸的區(qū)域內(nèi)，在電路板的表面上設(shè)置金屬區(qū)域，所迷金屬區(qū)域至少 通過(guò)金屬包裹的孔10導(dǎo)電和導(dǎo)熱地與內(nèi)部線路8相連。由此對(duì)于與冷卻體 6和內(nèi)部導(dǎo)線8之間的熱傳遞可以實(shí)現(xiàn)非常高的導(dǎo)熱系數(shù)。內(nèi)部線路8的高熱導(dǎo)率使得在傳感器4附近測(cè)得的溫度基本上等于冷 卻體6的溫度。由于內(nèi)部線路8較小的熱容量，該溫度還跟隨冷氣體溫度 的變化。
所述兩個(gè)溫度相等的精確度取決于內(nèi)部線路8在冷卻體6上的熱連接 的物理特性以及內(nèi)部線路的熱容量。這里這樣來(lái)選擇內(nèi)層的幾何結(jié)構(gòu)和電 路板在冷卻體上的機(jī)械連接，即，使相應(yīng)的從冷卻體6到傳感器4的熱容 量和傳熱阻力較小。這里到溫度傳感器4的熱傳導(dǎo)至少通過(guò)接線腳5和連接在接線腳上的 傳感器4內(nèi)的導(dǎo)線進(jìn)行。在圖2中示意性示出的內(nèi)部線路8包括兩個(gè)導(dǎo)線線路的層，這里有利 的是，可以改善熱連接。電路板l的內(nèi)部線路8與鍍通孔9相連。由此，不同的內(nèi)部線路8相 互之間和/或與電路板l的金屬表面導(dǎo)電和導(dǎo)熱地連接，由此，內(nèi)部線路8 以改善的方式將冷卻體6的溫度傳遞到傳感器4的附近。特別是可以有利 地實(shí)現(xiàn)均勻的溫度分布。在電路板1朝向傳感器4的表面上設(shè)有結(jié)構(gòu)，包括絕緣區(qū)域7和電導(dǎo) 體線路，通過(guò)所述結(jié)構(gòu)傳感器4通過(guò)接線腳5到電連接到未示出的分析處 理單元上。這里所述導(dǎo)線線路這樣分布，即特別是纟艮據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN6180O-5-l， 保持到具有冷卻體的電勢(shì)的金屬區(qū)域的、足夠的絕緣距離。由此有利地實(shí) 現(xiàn)，傳感器4可以在與冷卻體不同的電勢(shì)上工作。因此，特別是傳感器可 以不需要復(fù)雜的電分離布置而接入一未示出的電路中。在圖3中示出的按本發(fā)明的實(shí)施例中，冷卻體6在電路板1上的支承 面不是在與位于電路板l背離冷卻體的一側(cè)上的傳感器4相對(duì)的區(qū)域上延 伸。傳感器4因此安裝在電路板的這樣一個(gè)區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域與冷卻體和 電路板的接觸面的距離超過(guò)傳感器4的長(zhǎng)度數(shù)倍。這里有利的是，傳感器 4可以靈活地定位，并且仍然可以一特別是通過(guò)內(nèi)部線路8—實(shí)現(xiàn)使傳感器 4非常好地?zé)徇B接到冷卻體的溫度水平上。根據(jù)對(duì)于熱連接質(zhì)量的要求不 同，傳感器到冷卻體和電路板的接觸面的距離可以明顯超過(guò)傳感器長(zhǎng)度的 十倍。在一種結(jié)構(gòu)中，傳感器4在到冷卻體6的空間距離上按前面一段所述 的方式布置，但布置在電路板l與冷卻體6相同的一側(cè)，這種結(jié)構(gòu)同樣包括在本發(fā)明中。在圖4a中所示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，示出一多層電路板l，在所 述電路板上安裝有傳感器4。所述傳感器4通過(guò)接線腳40與電路板1相連。 通過(guò)電路板1上的連接線路41,傳感器4連接在未示出的分析處理單元上。優(yōu)選采用飛利浦半導(dǎo)體廠的"KTY82-1"系列的硅溫度傳感器作為所述 傳感器。冷卻體6通過(guò)未示出的、穿過(guò)鉆孔42的螺釘與電路板1相連。電路板 1在其背離冷卻體6的表面上具有一金屬區(qū)域44，所述金屬區(qū)域?qū)щ娨约?導(dǎo)熱地連接到螺釘?shù)念^部上。圍繞傳感器4形成一絕緣的區(qū)域43，該區(qū)域使傳感器4與冷卻體的電 勢(shì)實(shí)現(xiàn)電分離。絕緣的區(qū)域43的幾何設(shè)計(jì)特別是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN-61800-5-l 和傳感器4與冷卻體6之間的電勢(shì)差來(lái)進(jìn)行。鍍通孔9形成金屬區(qū)域44到內(nèi)層的金屬區(qū)域一即電路板1的內(nèi)部線 f的導(dǎo)電和還有導(dǎo)熱的連接。圖4b以俯視圖示出這種內(nèi)層45。在所述內(nèi)層上設(shè)有內(nèi)部線路46，所 述內(nèi)部線路通過(guò)鍍通孔9與表面上的金屬區(qū)域44相連。所述內(nèi)部線路46 特別還在沿俯視圖的觀察方向設(shè)置在傳感器4下方的部分區(qū)域47上延伸。 由此，在電勢(shì)差可靠地電絕緣的同時(shí)，還使得形成傳感器4在冷卻體6上 非常好的熱連接。通過(guò)多個(gè)所使用的鍍通孔9和內(nèi)部線路，可以實(shí)現(xiàn)傳感器4在冷卻體 6上非常好的熱連接。如果例如絕緣區(qū)域43提供了金屬區(qū)域44到傳感器4的接線腳40約為 3mm的距離，并且如果多層電路板的內(nèi)部線路46距離電路板的表面約為 20(Him,則在傳感器4和冷卻體6之間實(shí)現(xiàn)非常好的熱連接的同時(shí)，還可 以實(shí)現(xiàn)傳感器4和冷卻體6之間約為300V的電勢(shì)差。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻體具有凹口，所述凹口包圍與傳感 器相連的電路板的部分。這里特別有利的是，對(duì)于電路板，冷卻體部分地 承擔(dān)形成殼體的功能，并且電路板和冷卻體之間傳熱阻力特別小.
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，傳感器4通過(guò)接線腳5、 40按SMD技 術(shù)與電路板1連接。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，傳感器4是半導(dǎo)體傳感器或例如為pt100 或ptlOOO型的鉑電阻傳感器。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻體非常好地導(dǎo)熱地與至少一個(gè)功率 半導(dǎo)體相連。這里有利的是，通過(guò)傳感器可以確定功率半導(dǎo)體的溫度的溫 度值。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，冷卻體直接地或通過(guò)至少一個(gè)陶瓷板間 接地與功率半導(dǎo)體的冷卻面導(dǎo)熱地相連。這里有利的是， 一方面冷卻體與 功率半導(dǎo)體電絕緣，另 一方面功率半導(dǎo)體和冷卻體之間的熱傳遞具有高的傳熱系數(shù)。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，代替用于連接電路板和冷卻體的螺釘2, 采用其它可拆卸或不可拆卸的連接形式。這里有利的是，采用材料結(jié)合 (stoffschliissig)的連接，例如粘結(jié)連接、釬焊連接或熔焊連接，和/或利 用鉚釘?shù)倪B接，夾緊和/或卡扣的連接。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，傳感器4與電路板1至少材料結(jié)合地連 接，這里所述連接特別是包括粘接連接，其中特別是，電路板和傳感器之 間的粘結(jié)連接具有比傳感器通過(guò)傳感器的接線腳與電路板連接的情況低的 傳熱阻力。由此，傳感器可通過(guò)導(dǎo)熱的粘接劑固定在電路板上，所述粕結(jié) 劑特別施加在對(duì)應(yīng)于圖1至3中分別用20表示的區(qū)域的區(qū)域中。所述粘接 劑具有7.5W/mK或更高的熱導(dǎo)率。例如可以采用德國(guó)Wuppertal的公司 Quick-Ohm Ktipper & Co. GmbH的導(dǎo)熱粘接劑Quick cool。在這種實(shí)施 例中有利的是，可改善傳感器4到冷卻體6上的熱連接，并且降低通過(guò)熱 處理導(dǎo)致的、傳感器的接線腳在電路板上的釬焊連接的材料負(fù)荷/污染。在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，所述電子裝置是電視機(jī)、變頻器、逆變 器、變流器、音樂(lè)燈光裝置(Lichtorgd)、相位截止控制裝置，開(kāi)關(guān)電源、 直流調(diào)節(jié)器或 一般地是具有半導(dǎo)體繼電器或閘流管的裝置。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，代替電氣裝置，設(shè)有一個(gè)具有熱源的裝
置，所述熱源與殼體件例如冷卻體相連。這種冷卻體與根據(jù)本發(fā)明的多層 電路板相連。由此可以簡(jiǎn)單且可靠地監(jiān)控?zé)嵩础Ｔ诒景l(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，所述冷卻體是內(nèi)燃機(jī)殼體的一部分或與 所述殼體良好導(dǎo)熱地連接。這里有利的是，借助于傳感器可以簡(jiǎn)單地監(jiān)控 內(nèi)燃機(jī)的溫度。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，所述冷卻體是加熱設(shè)備/供暖設(shè)備的組成部分。這里有利的是，可以利用傳感器4確定和監(jiān)控加熱體和/或燃燒室的 溫度。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，所述冷卻體用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)設(shè) 別的組成部分。這里有利的是，利用傳感器4可以確定和監(jiān)控化學(xué)設(shè)備的 容器的溫度以及由此確定和監(jiān)控參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的溫度。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，所述冷卻體是例如發(fā)電廠中的冷卻循環(huán) 的組成部分。這里有利的是，可以以可靠、經(jīng)濟(jì)和易于維護(hù)的方式形成離 散的溫度監(jiān)控范圍/循環(huán)(Temperaturtiberwachungskreis)?，F(xiàn)在已經(jīng)證明，傳感器確定的溫度按以下方式用于檢測(cè)功率半導(dǎo)體和/ 或冷卻體的溫度特別是在電子裝置，如變頻器等中，功率半導(dǎo)體優(yōu)選脈沖寬度調(diào)制地 運(yùn)行。由如電流和電壓的電測(cè)量參數(shù)以及由確定脈沖寬度調(diào)制的參數(shù)，可以 確定功率半導(dǎo)體的損失功率。作為電流特別可以設(shè)想使用由變頻器供電的 電機(jī)的電機(jī)電流。作為電壓例如可以設(shè)想使用變頻器的中間電路電壓 (Zwischenkreisspannung )。作為參數(shù)例如有脈沖寬度調(diào)制比例 (Pulsweitenmodulationsverhaitnis )。如果現(xiàn)在要進(jìn)一步確定功率半導(dǎo)體 和傳感器之間以及冷卻體和傳感器之間的傳熱阻力，只要損失功率保持恒 定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員就能夠由所測(cè)量的傳感器溫度確定功率半導(dǎo)體和/ 或傳感器的溫度。這里應(yīng)注意滯后時(shí)間。但在實(shí)踐中已經(jīng)證明， 一種特別簡(jiǎn)單的方法是成功的。在這種方法中， 確定傳感器溫度在時(shí)間上的溫度變化的斜率。然后作為由傳感器測(cè)量的溫 度和乘以一校正系數(shù)的所述斜率值的和形成半導(dǎo)體溫度的模型量(Modellwert)。這里在實(shí)驗(yàn)室中一次性確定所述校正系數(shù)，并可以作為 參數(shù)將其存入變頻器中。以這種方式，就得到一種確定功率半導(dǎo)體溫度的極為簡(jiǎn)單的方式。這種方法在(下面)這種應(yīng)用場(chǎng)合中特別有效，在所述 應(yīng)用場(chǎng)合中，損失功率盡可能長(zhǎng)時(shí)間地，但至少在滯后時(shí)間的時(shí)間段內(nèi)保 持恒定。例如啟動(dòng)一傳送帶并以電機(jī)的第一速度驅(qū)動(dòng)該傳送帶，這里在IO 分鐘或100分鐘后才調(diào)整到另一個(gè)速度。例如在這樣的升降機(jī)構(gòu)中所述溫 度確定也足夠好，該升降機(jī)構(gòu)向上行駛5分鐘，停止3分鐘，然后再向下 行駛3分鐘。電子裝置所采用的部件的熱容量越高，所述溫度確定(方法)的作用 就越不精確。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)將熱容量和部件之間的距離選擇 得盡可能小，只要由此不會(huì)導(dǎo)致裝置其它特性的惡化。在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，代替唯一一個(gè)校正系數(shù)，對(duì)于每個(gè)斜率值 都存儲(chǔ)并使用一個(gè)所屬的校正系數(shù)。在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，代替唯一一個(gè)校正系數(shù)，在溫度確定時(shí)， 對(duì)于每個(gè)斜率值和每個(gè)環(huán)境溫度都存儲(chǔ)并使用一個(gè)所屬的校正系數(shù)。在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，代替斜率，也可以確定和使用由傳感器確 定的溫度的時(shí)間變化的一個(gè)或多個(gè)高階時(shí)間導(dǎo)數(shù)，其中分別(為其)配設(shè) 校正系數(shù)并在裝置例如變頻器的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)校正系數(shù)。
權(quán)利要求
1. 裝置，包括一裝備有傳感器的電路板和一冷卻體， 其中，所述傳感器與冷卻體導(dǎo)熱地連接，其中，所述電路板與冷卻體相連接， 其中，所述電路板是多層電路板，以及其中，內(nèi)層的金屬區(qū)域與朝向冷卻體的表面上的至少一個(gè)金屬區(qū)域?qū)?電和導(dǎo)熱地相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述電路板和冷卻體的連 接借助于用于可拆卸地連接冷卻體和電路板的固定元件，例如利用螺釘， 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，所迷金屬區(qū)域 具有比電路板載體材料高的熱導(dǎo)率，特別是用于在內(nèi)層的、空間上在傳感 器附近的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)與冷卻體基本上相同的溫度水平，所述區(qū)域到傳感器 部件與電路板的接觸點(diǎn)的距離小于電路板的厚度，
4. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，朝向冷卻體的 表面上的金屬區(qū)域與冷卻體導(dǎo)電地和/或至少導(dǎo)熱地相連接。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，電連接部包括 鍍通孔，特別是用于在電路板的內(nèi)層形成均勻的溫度水平。
6. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，傳感器的接線 元件借助于釬焊連接導(dǎo)電地連接在朝向冷卻體的表面上，其中借助于鍍通 孔，傳感器的所述接線元件與背離冷卻體的表面的導(dǎo)線線路或與電路板的 內(nèi)部線路相連接。
7. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，釬焊連接利用 SMD才支術(shù)實(shí)現(xiàn)。
8. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于， -所述傳感器安裝在電路板背離冷卻體的一側(cè)，和/或 -所迷傳感器安裝在電路板朝向冷卻體的一側(cè)，和/或 -所述冷卻體具有凹口，所述凹口包圍與傳感器相連的電路板的部分。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，傳感器安裝在 電路板的這樣一個(gè)區(qū)域內(nèi)，所述區(qū)域與冷卻體和電路板的接觸面的距離超 過(guò)傳感器長(zhǎng)度的數(shù)倍。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，傳感器與電路 板至少材料結(jié)合地連接，這里所述連接特別是包括粘接連接，其中特別是， 電路板和傳感器之間的粘結(jié)連接具有比傳感器通過(guò)傳感器的接線腳與電路 板連接的情況低的傳熱阻力。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于，金屬區(qū)域包括 銅或由銅組成，和/或所述金屬區(qū)域特別是電路板的導(dǎo)線線路。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，冷卻體與功率 半導(dǎo)體的冷卻面導(dǎo)熱地連接，和/或冷卻體與功率半導(dǎo)體直接地或通過(guò)至少 一個(gè)陶瓷板和/或通過(guò)導(dǎo)熱膜間接地相連接。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，所述冷卻體 -是內(nèi)燃機(jī)殼體的一部分，-和/或是加熱設(shè)備的組成部分，誦和/或是用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的化學(xué)設(shè)備的組成部分， -和/或是冷卻循環(huán)的組成部分。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于，所述裝置是電 子裝置，特別是逆變器、直接變頻器、電壓中間電路變頻器或用于向電機(jī) 供電的變頻器。
15. 用于確定熱源，特別是功率半導(dǎo)體溫度的方法，其中，熱源與冷卻體導(dǎo)熱地連接，而傳感器與冷卻體導(dǎo)熱地連接，其中， 一多層電路板裝有傳感器，以及其中-確定傳感器的溫度，-確定在一定時(shí)間段內(nèi)溫度升高的值，-由傳感器溫度和與屬于溫度升高的校正系數(shù)相乘的所迷值的和確定 熱源的溫度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，這樣來(lái)確定在一定時(shí)間段 內(nèi)溫度升高的值，即，確定最新的和此前最后測(cè)量的傳感器溫度的差，其 中傳感器溫度測(cè)量之間的時(shí)間段始終相同。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16的裝置，其特征在于，這樣來(lái)確定在一定時(shí) 間段內(nèi)溫度升高的值，即，確定傳感器溫度時(shí)間變化的斜率，即一階時(shí)間 導(dǎo)數(shù)。
18. 根椐權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于，代替校正系 數(shù)，采用校正系數(shù)表，其中每個(gè)斜率值和/或每個(gè)環(huán)境溫度值和/或其它參數(shù) 都和一個(gè)校正系數(shù)相配，并相應(yīng)地使用所述校正系數(shù)。
19. 根椐權(quán)利要求15至18中的一項(xiàng)的裝置，其特征在于，由變頻器使 用和/或記錄所測(cè)得的、用于電機(jī)供電中的調(diào)節(jié)的溫度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其特征在于，當(dāng)利用傳感器測(cè)量的溫度 超過(guò)一規(guī)定的極限值時(shí)，-降低脈沖寬度調(diào)制頻率和/或變頻器的功率輸入， -關(guān)閉變頻器，-和/或向設(shè)備的操作者發(fā)出警告信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定熱源的溫度的方法和一種電子裝置，它包括一裝備有傳感器的電路板和一冷卻體，其中，所述傳感器與冷卻體導(dǎo)熱地連接。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101147254SQ200680009168
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者H·普勞奇 申請(qǐng)人:索尤若驅(qū)動(dòng)有限及兩合公司