專利名稱：一種電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種液冷散熱器，尤其指用于電力半導(dǎo)體元件冷卻的液冷板式散熱器，國際專利分類號為B61F05/02，主要用于大功率IGBT元件的液冷冷卻。
背景技術(shù)：
大功率IGBT元件在工作時耗散功率高、熱流密度和發(fā)熱量大，導(dǎo)致元件溫度升高，將嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，因此必須對其采用適當?shù)睦鋮s方式進行散熱。電力半導(dǎo)體元件的冷卻通常用液冷、風(fēng)冷、熱管、自然冷卻散熱器，其中液冷包括水冷和油冷。在實際的工程應(yīng)用中，為了冷卻溶液在零度以下不結(jié)冰，一般采用一定比例乙二醇水溶液進行冷卻。在低功率的電力半導(dǎo)體元件的液冷散熱器中，由于熱流密度低，簡單的流道設(shè)計即可滿足散熱要求，所以現(xiàn)在一般的液體散熱器都是采用簡單的回形結(jié)構(gòu)或網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。而隨著IGBT大范圍推廣和其耗散功率的提高，散熱器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部流道布局變得非常重要。再用簡單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足要求，需要對此加以改進。通過專利檢索發(fā)現(xiàn)有不少關(guān)于液冷散熱器的專利，其中與本實用新型相關(guān)的主要有以下幾個1、專利號為CN02254483. 6，名稱為“液冷散熱器”的中國實用新型專利，該專利公
開了一種液體散熱器，其特點是在散熱體至少有一條管道穿過至少散熱體，在管道上安裝有另一組散熱片，管道的兩端與泵的進出口連接。散熱片可以與散熱體連接，散熱片也可以與散熱體分離，管道的兩端與泵的進出口連接。2、專利號為CN200820235849. 7，名稱為“液冷散熱器”的中國實用新型專利，該專利公開了一種液冷散熱器，包括良導(dǎo)熱散熱主體，在所述散熱主體內(nèi)設(shè)置有至少一個主流道，在所述主流道內(nèi)設(shè)置有至少一塊隔板，以將所述主流道分割成多個并聯(lián)連接的子流道。散熱主體利用型材截面的易加工`性，通過在主流道中設(shè)置隔板，可將主流道設(shè)計成為多種樣式、多種形狀，可改變流道形狀(例如矩形、圓形、長圓形、齒形等)來增大液流過流面積、提高散熱效率；對于難以成型的型材，可以將主流道和隔板設(shè)計為分離式，即將主流道和隔板分別成型，再進行組合裝配，由此形成復(fù)雜形狀，來保證該液冷散熱器雙層流道的實現(xiàn)。3、專利號為CN201120030282. 1，名稱為“一種液冷散熱器”的中國實用新型專利，該專利公開了一種液冷散熱器，包括散熱主體，所述散熱主體內(nèi)設(shè)置有冷卻液主流道，所述冷卻液主流道在所述散熱主體內(nèi)盤旋延伸，所述冷卻液主流道的一端設(shè)有冷卻液入口，所述冷卻液主流道的另一端設(shè)有冷卻液出口，其特征在于，所述散熱主體內(nèi)至少設(shè)置有一條旁路流道，所述旁路流道連通所述冷卻液主流道的一部分的上游和下游。上述這些專利，雖然都涉及到液冷散熱器，并提到了內(nèi)部的流道結(jié)構(gòu)，但通過仔細分析，可以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)仍是簡單的流道結(jié)構(gòu)，因此仍不能滿足現(xiàn)有大耗散功率要求，需要對此做進一步的改進。
發(fā)明內(nèi)容[0008]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有液冷散熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于簡單，不能滿足大耗散功率要求的不足，提出一種具有優(yōu)化內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器；該種液冷散熱器在雙面安裝元件、單個IGBT功率高達4KW情況下，完全可以滿足大功率IGBT的散熱要求。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，包括基板和蓋板，基板和蓋板采用真空釬焊成為一體結(jié)構(gòu)，在基板和蓋板上布有IGBT元件安裝孔及其元件安裝面；在基板與蓋板貼合的內(nèi)面上開有冷卻液流道；其特點在于所述的冷卻液流道整體使用沉臺加直槽的組合結(jié)構(gòu)，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件發(fā)熱區(qū)域的散熱得到強化；由于實際使用過程中，基板的各流道中液流流速不一致，為了保證中間區(qū)域的流速較高，在沿上槽道方向上設(shè)有兩個截流沉臺，且截流沉臺與槽道流動方向成一定角度；且在下部的流道沉臺處設(shè)有兩個以上小凸塊，一方面能使流速更均勻，同時使基板和蓋板更好地焊接，提高了散熱器的焊接強度。進一步，在上槽道與下槽道的連接上，采用單一流道設(shè)計，中間沒用另外切槽，這樣可以減小整體的壓降；進一步，在冷卻液流道各部分轉(zhuǎn)角處采用倒角結(jié)構(gòu)，也有助于降低基板流道的壓降。進一步，為了降低重量，·在基板和蓋板的外部的進出口處采用凸臺結(jié)構(gòu)，基板和蓋板的進水口和出水口處為高于器件安裝平面的突臺，凸臺形狀為立方體或者圓柱體，設(shè)置方式為單面或雙面凸臺。本實用新型的優(yōu)點在于I)內(nèi)部流道加工簡單，但是具有均流和局部強化效果，能滿足高熱流密度時的散熱和壓降要求；2)水冷板的基板和蓋板采用真空釬焊焊接，焊接性能好且可靠性高；3)外部的進出口處采用凸臺結(jié)構(gòu)，可以減小散熱器的整體重量。4)冷板采用的是雙面安裝元件，且單個元件的功率高達4KW。

圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖3是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖4是本實用新型基板的內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是附圖4的A-A剖面示意圖。圖中1、基板；2、蓋板；3、IGBT元件安裝孔；4、元件安裝面；5、冷卻液流道；6、截流沉臺；7、上槽道；8、下部流道沉臺；9、下槽道；10、進口 ；11、出口 ；12、流道沉臺；13、突臺；14、隔斷筋；15、小凸塊。
具體實施方式
附圖1 一 5給出了本實用新型的一個實施例，
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。[0025]從附圖中I和5可以看出本實用新型是一種電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，包括基板I和蓋板2，基板I和蓋板2采用真空釬焊成為一體結(jié)構(gòu)，在基板I和蓋板2上布有IGBT元件安裝孔3及其元件安裝面4 ;在基板I與蓋板2貼合的內(nèi)面上開有冷卻液流道5 ;其特點在于液冷板式散熱器的設(shè)計重點在于其內(nèi)部流道的布局，流道的設(shè)計直接決定了散熱器的散熱性能和壓降；所述的冷卻液流道5整體使用沉臺加直槽的組合結(jié)構(gòu)，沉臺處為冷卻液體混合區(qū)域，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件發(fā)熱區(qū)域的散熱得到強化；由于實際使用過程中，基板的各流道中液流流速不一致，為了保證中間區(qū)域的流速較高，在沿上槽道7流道方向上設(shè)有兩個截流沉臺6，且截流沉臺6與上槽道7流動方向成一定角度(圖中與槽道7流動方向夾角X° =75-85度);且在下部流道沉臺8處設(shè)有兩個以上小凸塊15，一方面能使流速更均勻，同時使基板I和蓋板2更好地焊接，提高了散熱器的焊接強度。如附圖1和4所示，基板上的冷卻液流道5包括進口 10、出口 11、流道沉臺12、截流沉臺6和上槽道7與下槽道9構(gòu)成。進一步，為了減低壓降，在上槽道7與下槽道9的連接上，采用單一流道設(shè)計，中間沒用另外切槽，這樣可以減小整體的壓降；兩排槽道拐彎處的隔斷筋14相對于其他的槽更長，有利于保證槽道的流速均勻。進一步，在冷卻液流 道5各部分轉(zhuǎn)角處采用倒角結(jié)構(gòu)，也有助于降低基板流道的壓降。進一步，為了降低重量，在基板I和蓋板2的外部的進出口處采用凸臺結(jié)構(gòu)，基板和蓋板的進水口和出水口處為高于器件安裝平面的突臺13，方便安裝大口徑的接頭，凸臺形狀為立方體或者圓柱體，設(shè)置方式為單面或雙面凸臺。
權(quán)利要求1.一種電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，包括基板和蓋板，基板和蓋板采用真空釬焊成為一體結(jié)構(gòu)，在基板和蓋板上布有IGBT元件安裝孔及其元件安裝面；在基板與蓋板貼合的內(nèi)面上開有冷卻液流道；其特征在于所述的冷卻液流道整體使用沉臺加直槽的組合結(jié)構(gòu)，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件發(fā)熱區(qū)域的散熱得到強化；在沿上槽道方向上設(shè)有兩個截流沉臺，且截流沉臺與槽道流動方向成一定角度；且在下部的流道沉臺處設(shè)有兩個以上小凸塊。
2.如權(quán)利要求1所述的電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，其特征在于截流沉臺與上槽道流動方向夾角為75-85度。
3.如權(quán)利要求1所述的電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，其特征在于在上槽道與下槽道的連接上，采用單一流道設(shè)計，中間沒用另外切槽。
4.如權(quán)利要求1所述的電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，其特征在于在冷卻液流道各部分轉(zhuǎn)角處采用倒角結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，其特征在于在基板和蓋板的外部的進出口處采用凸臺結(jié)構(gòu)，基板和蓋板的進水口和出水口處為高于器件安裝平面的突臺。
6.如權(quán)利要求5所述的電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，其特征在于凸臺形狀為立方體或者圓柱體，設(shè)置方式為單面或雙面凸臺。
專利摘要一種電力半導(dǎo)體元件用液冷板式散熱器，包括基板和蓋板，基板和蓋板采用真空釬焊成為一體結(jié)構(gòu)，在基板和蓋板上布有IGBT元件安裝孔及其元件安裝面；在基板與蓋板貼合的內(nèi)面上開有冷卻液流道；其特征在于所述的冷卻液流道整體使用沉臺加直槽的組合結(jié)構(gòu)，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件發(fā)熱區(qū)域的散熱得到強化；在沿上槽道方向上設(shè)有兩個截流沉臺，且截流沉臺與槽道流動方向成一定角度；且在下部的流道沉臺處設(shè)有兩個以上小凸塊。該液冷冷板具有散熱能力強、加工簡單、可靠性高的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用在IGBT的冷卻裝置中。
文檔編號H01L23/367GK202888157SQ20122022778
公開日2013年4月17日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者賀榮, 肖寧, 唐小堂 申請人:株洲南車奇宏散熱技術(shù)有限公司