CN106535564A - 一种液冷散热器 - Google Patents

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Abstract

一种液冷散热器，属于散热冷却器件，解决现有大功率液冷散热器的换热效率与液冷板体积、流道复杂度之间存在矛盾的问题，应用于电力电子装置中压接器件的散热。本发明包括上盖板、下盖板、基座和翅片散热组件，基座的上、下表面分别具有螺旋形上流道和螺旋形下流道，上盖板的上表面、下盖板的下表面分别键合有上层、下层热导材料。本发明结构简单，生产成本低，采用螺旋形上流道和螺旋形下流道可保证极佳的温度均匀性，上盖板和下盖板键合的上层热导材料和下层热导材料可增加传热面积，从而在不增加流道复杂度与冷却介质流速的情况下，提高换热效率，翅片散热组件部分提供额外空间，可用于中小功率外围器件的安装与散热。

Description

一种液冷散热器
技术领域
本发明属于散热冷却器件，具体涉及一种液冷散热器，应用于电力电子装置。
背景技术
随着电力电子装置容量不断提升以及装置集成化、小型化的发展，电力半导体热流密度越来越高，使得装置工作时电力半导体内部结温陡升，不仅影响装置性能、缩短使用寿命，甚至会损坏电力半导体造成装置宕机。
现有大功率冷却一般采用管式液冷散热器或者使用独立翅片散热组件与冷板流道焊接的液冷散热器，通过扩大散热器体积，提升冷却介质流量或增大散热器进出口间压降，可以提升换热效率，但是会提升加工生产成本，渗漏风险以及装置总体体积与重量。
发明内容
本发明提供一种液冷散热器，解决现有大功率液冷散热器的换热效率与液冷板体积、流道复杂度之间存在矛盾的问题，应用于电力电子装置中压接器件的散热。
本发明所提供的一种液冷散热器，应用于压接器件，包括上盖板、下盖板、基座和翅片散热组件，其特征在于：
所述基座的上、下表面分别具有螺旋形上流道和螺旋形下流道，基座侧面具有与所述螺旋形上流道和螺旋形下流道连通的进口和出口，进口和出口与冷却介质输送系统连通；
所述上盖板与下盖板分别通过钎焊固定于基座的上、下表面以覆盖并封闭所述螺旋形上流道的上表面和螺旋形下流道的下表面；所述上盖板的上表面键合有上层热导材料，所述下盖板的下表面键合有下层热导材料，所述上层热导材料和下层热导材料为同种材料，其热导率高于基座材料热导率；
所述翅片散热组件通过钎焊与基座的侧面连接，使得两者位于同一水平面。
进一步地，所述基座、上盖板与下盖板均为铝合金或氮化铝材料；所述上层热导材料和下层热导材料为铜或石墨烯，厚度1mm～2mm；
所述上层热导材料和下层热导材料的外轮廓大于热源接触面的外轮廓，所述上层热导材料和下层热导材料的外轮廓垂直投影分别与所述螺旋形上流道和螺旋形上流道的外轮廓重合。
更进一步地，所述翅片散热组件由基板和多个翅片固接为一体构成，多个翅片在基板上平行排列，所述基板上具有安装孔，用于安装外围电子器件，节省安装空间，外围电子器件用于辅助、保护散热的压接器件；所述翅片散热组件的基板和翅片材料与基座相同。
本发明所提供的液冷散热器一般将多件叠加使用，将待散热的压接器件上表面接触面圆心与一件液冷散热器下层热导材料圆心重合，将压接器件下表面接触面圆心与另一件液冷散热器上层热导材料圆心重合，而后施加适当压力连接，形成三明治结构。
现有大功率液冷散热器材料一般为铝或其合金，其密度较低，可极大降低装置的重量，但热导率却逊于铜及其合金，随着如今电力半导体因体积缩小带来的极高热流密度，在流道中增加翅片散热组件以形成湍流这种方法会因翅片散热组件区域不足或者翅片散热组件尺寸过小而无法应用，而将热源预先经一层高热导材料传热至散热器，等效提升热源面积，可以在不更改液冷板体积与流道的前提下，极大提升换热效率。
现有空气散热器的表面可以镀一层高热导材料膜，但由于镀层较薄，无法起到等效提升热源面积的目的，并且镀层与空气散热器表面之间的结合力度不强，容易导致镀层磨损，不适用于压接器件散热。本发明在上盖板和下盖板上采用键合技术添加上层热导材料和下层热导材料，不仅连接强度高，并且厚度可达毫米级别，能起到扩大热源面积的作用，同时保证安装质量。
本发明结构简单，生产成本低，采用螺旋形上流道和螺旋形下流道可保证极佳的温度均匀性，上盖板和下盖板键合的上层热导材料和下层热导材料可增加传热面积，从而在不增加流道复杂度与冷却介质流速的情况下，提高换热效率，翅片散热组件部分提供额外空间，可用于中小功率外围器件的安装与散热。本发明解决了现有大功率液冷散热器的换热效率与液冷板体积、流道复杂度之间存在矛盾的问题，适用于高热流密度压接器件散热。
附图说明
图1为本发明的结构组合示意图；
图2为基座的立体示意图；
图3为基座的仰视图；
图4为上盖板的示意图；
图5为下盖板的示意图；
图6为实施例中翅片散热组件的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进一步说明。
如图1～图5所示，本发明包括上盖板10、下盖板20、基座30和翅片散热组件40，所述基座30的上、下表面分别具有螺旋形上流道31和螺旋形下流道32，基座侧面具有与所述螺旋形上流道31和螺旋形下流道32连通的进口33和出口34，进口33和出口34与冷却介质输送系统连通；
所述上盖板10与下盖板20分别通过钎焊固定于基座30的上、下表面以覆盖并封闭所述螺旋形上流道31的上表面和螺旋形下流道32的下表面；所述上盖板10的上表面键合有上层热导材料11，所述下盖板20的下表面键合有下层热导材料21，所述上层热导材料11和下层热导材料21为同种材料，其热导率高于基座材料热导率；
所述翅片散热组件40通过钎焊与基座30的侧面连接，使得两者位于同一水平面。
本发明的一个实施例，如图2～图5所示，基座30、上盖板10与下盖板20均为120mm×120mm的矩形板，采用铝合金材料；基座30厚度为26mm，上盖板10与下盖板20厚度均为2mm；
上层热导材料11和下层热导材料21均为半径50mm的圆形，材料为铜，厚度1mm；其外轮廓大于热源接触面的外轮廓，上层热导材料11和下层热导材料21的外轮廓垂直投影分别与所述螺旋形上流道31和螺旋形下流道32的外轮廓重合。
如图6所示，本实施例中，翅片散热组件40由基板41和30个翅片42固接为一体构成，采用机械冲压成型，30个翅片42在基板41上平行排列，所述基板41上具有4个直径M3mm的安装孔43，基板41外轮廓为120mm×90mm的矩形，厚度为6mm，30个翅片42各自肋宽1.5mm、肋高7mm、肋间距1.5mm；所述翅片散热组件的基板和翅片材料与基座相同。
冷却介质采用去离子水。

Claims (3)

1.一种液冷散热器，应用于压接器件，包括上盖板(10)、下盖板(20)、基座(30)和翅片散热组件(40)，其特征在于：
所述基座(30)的上、下表面分别具有螺旋形上流道(31)和螺旋形下流道(32)，基座(30)侧面具有与所述螺旋形上流道(31)和螺旋形下流道(32)连通的进口(33)和出口(34)，进口(33)和出口(34)与冷却介质输送系统连通；
所述上盖板(10)与下盖板(20)分别通过钎焊固定于基座(30)的上、下表面以覆盖并封闭所述螺旋形上流道(31)的上表面和螺旋形下流道(32)的下表面；所述上盖板(10)的上表面键合有上层热导材料(11)，所述下盖板(20)的下表面键合有下层热导材料(21)，所述上层热导材料(11)和下层热导材料(21)为同种材料，其热导率高于基座材料热导率；
所述翅片散热组件(40)通过钎焊与基座(30)的侧面连接，使得两者位于同一水平面。
2.如权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于：
所述基座(30)、上盖板(10)与下盖板(20)均为铝合金或氮化铝材料；所述上层热导材料(11)和下层热导材料(21)为铜或石墨烯，厚度1mm～2mm；
所述上层热导材料(11)和下层热导材料(21)的外轮廓大于热源接触面的外轮廓，所述上层热导材料(11)和下层热导材料(21)的外轮廓垂直投影分别与所述螺旋形上流道(31)和螺旋形下流道(32)的外轮廓重合。
3.如权利要求1或2所述的液冷散热器，其特征在于：
所述翅片散热组件(40)由基板(41)和多个翅片(42)固接为一体构成，多个翅片(42)在基板(41)上平行排列，所述基板(41)上具有安装孔(43)，用于安装外围电子器件；所述翅片散热组件(40)的基板(41)和翅片(42)材料与基座相同。
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