本發(fā)明涉及功率電子器件，尤其涉及一種水冷散熱結(jié)構(gòu)及帶有該水冷散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊。

背景技術(shù)：

1、隨著電驅(qū)系統(tǒng)向著高集成、高功率化發(fā)展，功率模塊的功率要求越來越高，同時體積和重量要求越來越輕量化、微型化，促使功率模塊散熱要求越來越高，傳統(tǒng)的單純水冷方式已不足以滿足功率模塊的散熱需求。并且由于冷卻液吸收熱量后其溫度逐漸升高，冷卻效果降低，導(dǎo)致水冷結(jié)構(gòu)上下游的功率芯片結(jié)溫的溫差最高達(dá)到15℃以上，嚴(yán)重影響了模塊的輸出能力。

2、專利文獻(xiàn)cn?113670099?a公開了一種動力電池液冷板結(jié)構(gòu)，涉及新能源汽車動力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)領(lǐng)域，包括板基體，板基體內(nèi)部挖空形成流動腔，流動腔內(nèi)設(shè)置有多個呈不等間隔布置的翅片，多個翅片在流動腔內(nèi)呈多行排布，多個翅片將流動腔分隔形成多條相互連通的且橫截面不同的流道。該技術(shù)方案通過翅片加密設(shè)計可以對動力電池液冷板局部區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化散熱，但是翅片密度受限于加工工藝，強(qiáng)化散熱的效果也受到了較大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低，有利于提高換熱效率且不影響功率器件的上游封裝工藝和原始結(jié)構(gòu)的水冷散熱結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明進(jìn)一步提供一種包含上述水冷散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

4、一種水冷散熱結(jié)構(gòu)，包括冷卻殼體和設(shè)于冷卻殼體上的散熱基板，所述冷卻殼體內(nèi)部設(shè)有冷卻流道，所述散熱基板上設(shè)有多個散熱針翅并延伸至所述冷卻流道中，所述冷卻流道內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流件，所述導(dǎo)流件與所述散熱基板相對布置于所述冷卻殼體的兩側(cè)，所述導(dǎo)流件上設(shè)有供所述散熱針翅插入的插孔。

5、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述散熱基板設(shè)于所述冷卻殼體的上部，所述導(dǎo)流件與所述冷卻殼體的下部相連，所述散熱基板與所述導(dǎo)流件之間具有間隙。

6、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述插孔為通孔，插入所述插孔中的散熱針翅下端與所述冷卻殼體的下部抵接。

7、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述導(dǎo)流件上部為斜面結(jié)構(gòu)且斜面的高度沿冷卻水的流動方向逐漸增加。

8、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述導(dǎo)流件設(shè)有多個并沿冷卻水的流動方向分布。

9、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：至少一個所述導(dǎo)流件兩端的高度大于中部的高度且中部與所述散熱基板之間具有所述間隙。

10、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：沿冷卻水的流動方向，所述導(dǎo)流件的高度和/或?qū)挾戎饾u增加。

11、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述導(dǎo)流件兩端設(shè)有定位件，所述定位件與所述導(dǎo)流件垂直布置，所述冷卻殼體上設(shè)有定位部，所述定位件兩端與所述定位部抵接。

12、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述導(dǎo)流件和所述定位件由塑料注塑成型為一體；或，所述導(dǎo)流件和所述定位件由鋁材沖壓成型為一體。

13、一種功率模塊，包括功率芯片和封裝結(jié)構(gòu)，還包括上述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)設(shè)于所述散熱基板上。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明公開的水冷散熱結(jié)構(gòu)，在不改變散熱基板上散熱針翅密度的基礎(chǔ)上，通過附加結(jié)構(gòu)導(dǎo)流件對冷卻流道進(jìn)行偏流與導(dǎo)流，一方面導(dǎo)流件與散熱基板之間驟然縮小的流動截面積，使連續(xù)流動的冷卻工質(zhì)受迫加速，流速的增加可以提高散熱針翅換熱性能；另一方面驟然抬高的流動截面，使散熱針翅底部區(qū)域的低溫冷卻工質(zhì)受迫抬高與散熱基板附近的高溫冷卻工質(zhì)混合，大幅降低了散熱基板附近冷卻工質(zhì)的最高溫，消除了沿流動方向散熱基板附近冷卻工質(zhì)大幅升溫帶來的負(fù)面影響，提高換熱效率，從而對散熱基板局部區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化散熱，并且導(dǎo)流件上開設(shè)插孔供散熱針翅插入，有利于避免影響功率器件的上游封裝工藝和原始結(jié)構(gòu)。本發(fā)明公開的水冷散熱結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡單、成本低，相較于現(xiàn)有方法，具有更高上限的散熱性能與更優(yōu)的流阻性能。

15、本發(fā)明公開的功率模塊，包含上述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，因而同樣具有上述優(yōu)點(diǎn)；可以將導(dǎo)流件與各功率芯片對應(yīng)布置，從而強(qiáng)化冷卻液與高溫芯片區(qū)域尤其是超溫芯片區(qū)域的換熱效率，降低功率芯片結(jié)溫，有效提高了功率模塊的可靠性與使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種水冷散熱結(jié)構(gòu)，包括冷卻殼體(1)和設(shè)于冷卻殼體(1)上的散熱基板(2)，所述冷卻殼體(1)內(nèi)部設(shè)有冷卻流道，所述散熱基板(2)上設(shè)有多個散熱針翅(21)并延伸至所述冷卻流道中，其特征在于：所述冷卻流道內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流件(3)，所述導(dǎo)流件(3)與所述散熱基板(2)相對布置于所述冷卻殼體(1)的兩側(cè)，所述導(dǎo)流件(3)上設(shè)有供所述散熱針翅(21)插入的插孔(31)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述散熱基板(2)設(shè)于所述冷卻殼體(1)的上部，所述導(dǎo)流件(3)與所述冷卻殼體(1)的下部相連，所述散熱基板(2)與所述導(dǎo)流件(3)之間具有間隙。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述插孔(31)為通孔，插入所述插孔(31)中的散熱針翅(21)下端與所述冷卻殼體(1)的下部抵接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述導(dǎo)流件(3)上部為斜面結(jié)構(gòu)且斜面的高度沿冷卻水的流動方向逐漸增加。

5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述導(dǎo)流件(3)設(shè)有多個并沿冷卻水的流動方向分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：至少一個所述導(dǎo)流件(3)兩端的高度大于中部的高度且中部與所述散熱基板(2)之間具有所述間隙。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：沿冷卻水的流動方向，所述導(dǎo)流件(3)的高度和/或?qū)挾戎饾u增加。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述導(dǎo)流件(3)兩端設(shè)有定位件(4)，所述定位件(4)與所述導(dǎo)流件(3)垂直布置，所述冷卻殼體(1)上設(shè)有定位部，所述定位件(4)兩端與所述定位部抵接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述導(dǎo)流件(3)和所述定位件(4)由塑料注塑成型為一體；或，所述導(dǎo)流件(3)和所述定位件(4)由鋁材沖壓成型為一體。

10.一種功率模塊，包括功率芯片(5)和封裝結(jié)構(gòu)(6)，其特征在于：還包括權(quán)利要求1至9中任一項所述的水冷散熱結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)(6)設(shè)于所述散熱基板(2)上。

技術(shù)總結(jié)
一種水冷散熱結(jié)構(gòu)，包括冷卻殼體和散熱基板，冷卻殼體內(nèi)具有冷卻流道，散熱基板上設(shè)有多個散熱針翅并延伸至冷卻流道，冷卻流道內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流件，導(dǎo)流件與散熱基板相對布置于冷卻殼體的兩側(cè)且設(shè)有插孔。一種功率模塊，包括功率芯片、封裝結(jié)構(gòu)和水冷散熱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過導(dǎo)流件對冷卻流道進(jìn)行偏流與導(dǎo)流，驟然縮小的流動截面積，使連續(xù)流動的冷卻工質(zhì)受迫加速，流速的增加可以提高散熱針翅換熱性能；驟然抬高的流動截面，使散熱針翅底部區(qū)域的低溫冷卻工質(zhì)受迫抬高與散熱基板附近的高溫冷卻工質(zhì)混合，大幅降低散熱基板附近冷卻工質(zhì)的最高溫，消除了沿流動方向散熱基板附近冷卻工質(zhì)大幅升溫帶來的負(fù)面影響，從而對散熱基板局部區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化散熱。

技術(shù)研發(fā)人員：胡凱,陳致初,唐雄輝,陳建明,張思玉,沈丁建,盧鋼,安鑫,孫浩,陶健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：株洲中車時代電氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23