CN106847769A - 用于功率模块的散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种功率模块的散热器，功率模块具有基板，散热器包括散热器主体，在散热器主体上设置有容纳槽；与容纳槽连通的冷却剂入口；与容纳槽连通的冷却剂出口，其中，散热器主体具有接触面，接触面构造为能与功率模块的基板密封式接触以在容纳槽处形成散热腔。该散热器使得冷却介质能与功率模块直接接触，从而提高了散热效率。

Description

用于功率模块的散热器

技术领域

本发明涉及用于功率模块的散热器，具体涉及一种轨道交通以及工业传动领域中的变流器的功率模块的散热器。

背景技术

随着电力电子技术的迅猛发展，变流器在轨道交通及工业传动等领域得到了广泛应用。功率模块作为变流器的核心部件，其正常可靠运行直接影响整个变流器的工作稳定性。功率模块工作时会产生热损耗，尤其对于目前功率器件朝着功率密度大的方向发展，产生的热损耗也随之加大。从而对功率模块的结温控制要求也就越来越高。因此，高效的散热冷却系统对于大功率模块的可靠运行就显得至关重要。

目前，对于变流器的功率模块的冷却主要有风冷与水冷两种，而对于功率密度较高的功率模块一般采用的是水冷散热方式。

常规的水冷散热器是通过在水冷散热器基板内加工槽道，再将基板与盖板通过真空钎焊焊接在一起，功率模块通过螺栓安装在散热器基板表面，模块底板与散热器之间涂设有导热硅脂。这种冷却方式存在一些问题：首先，散热器基板与盖板焊接，焊接质量的好坏直接影响散热器的可靠性，这样不仅降低了散热器的成品率，而且变流器工作时，还可能引起散热器漏液，影响功率模块的正常工作，严重时还可能烧毁功率模块；其次，功率模块的安装孔深度可能会超过中间焊缝区，影响水冷散热器的密封性，同时也会限制散热器内部的流道布置，从而影响散热器的散热性能；再有，功率模块与散热器通过螺栓固定，中间涂有导热硅脂，这种连接方式一方面对功率模块的安装要求较高，另一方面大大增加了散热器与功率模块之间的热阻，从而使功率模块的结温增加。

由此，需要一种用于功率模块的散热器以解决上述问题的部分或全部。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或全部，本发明提出了一种功率模块的散热器，功率模块具有基板，散热器包括：

散热器主体，在散热器主体上设置有容纳槽，

与容纳槽连通的冷却剂入口，

与容纳槽连通的冷却剂出口，

其中，散热器主体具有接触面，接触面构造为能与功率模块的基板密封式接触以在容纳槽处形成散热腔。

在一个实施例中，在容纳槽的上游设置入口流道，入口流道的底壁低于容纳槽的底壁。

在一个实施例中，在容纳槽的下游设置出口流道，出口流道的底壁低于容纳槽的底壁。

在一个实施例中，在容纳槽内设置用于增加冷却介质的扰动的扰流装置。

在一个实施例中，扰流装置包括构造为波浪状的翅片，波浪状的翅片的槽道的开口朝向冷却剂供给方向。

在一个实施例中，扰流装置包括至少两个翅片，相邻的翅片之间交错分布。

在一个实施例中，扰流装置在容纳槽的投影的面积占容纳槽的底壁的面积的80-90％。

在一个实施例中，在接触面上的容纳槽的外周设置密封槽，并在密封槽内设置密封件。

在一个实施例中，在冷却剂入口处设置入口接头，入口接头与冷却剂入口螺纹连接，

或/和在冷却剂出口设置出口接头，出口接头与冷却剂出口螺纹连接。

在一个实施例中，在散热器主体上设置多个容纳槽，并且各容纳槽均对应有接触面以与功率模块的基板密封式接触。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过在散热器主体上设置有容纳槽，以使得功率模块的基板能与接触面密封式连接后在容纳腔处形成散热腔，从而，在冷却剂通过冷却剂入口流入到散热腔后，能为功率模块进行散热冷却。这种结构方式能够使得功率模块与冷却剂直接接触，从而大大降低功率模块到散热器之间的热阻，增强了散热效率。同时，这种散热器不需要再在容纳槽上设置类似背板等部件，其简化了散热器的结构，降低了制造成本。另外，通过散热器主体的接触面与功率模块的基板的密封接触，避免了漏液风险，保护了功率模块的正常工作。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的实施例的用于功率模块的散热器以及功率模块的立体图；

图2显示了根据本发明的实施例的用于功率模块的散热器的主视图；

图3显示了来自图2的A-A剖面图；

图4显示了来自图2的B-B剖面图；

图5显示了来自图2的C-C剖面图；

图6显示了根据本发明的实施例的用于功率模块的散热器的左视图；

图7显示了根据本发明的实施例的用于功率模块的散热器的右视图；

图8显示了根据本发明的实施例的用于功率模块的散热器以及功率模块的组装图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的实施例的用于功率模块的散热器100的结构图。如图1所示，散热器100包括散热器主体1，并且在散热器主体1上设置有容纳槽2。散热器100还包括冷却剂入口3和冷却剂出口4(通过图7可以看出)。冷却剂入口3用于接收冷却剂，而冷却剂出口4用于排出已经循环过的冷却剂。同时，冷却剂入口3和冷却剂出口4均与容纳槽2相连通，以使得冷却剂能够循环。在散热器主体1上还设置有接触面5。该接触面5构造为能与功率模块50的基板51密封式接触，以在容纳槽2处形成散热腔6。

由此，在将功率模块50与散热器100连接后，功率模块50的基板51与接触面5密封式接触，并在容纳槽2处形成了散热腔6。在冷却剂通过冷却剂入口3进入散热腔6后，冷却剂与功率模块50直接接触，大大降低了功率模块50与散热器100之间的热阻，提高了散热效率，增大了散热器100的冷却功能，最终保证功率模块50的正常工作。同时，这种散热器100结构简单，制造方便。另外，该散热器主体1的接触面5与功率模块50的基板51的密封接触，避免了漏液风险，保护了功率模块50的正常工作，提高了散热器100的使用安全性。

在一个实施例中，如图2所示，在容纳槽2的上游设置入口流道7。该入口流道7构造为槽状，并且入口流道7的底壁低于容纳槽2的底壁，如图5所示。入口流道7的上游与冷却剂入口3连通，以接收冷却剂，而入口流道7的下游与容纳槽2连通，以向容纳槽2内供给冷却剂。通过设置入口流道7起到了缓冲冷却剂的作用。

在一个实施例中，在容纳槽2的下游设置出口流道8，如图2所示。该出口流道8构造为槽状，并且出口流道8的底壁低于容纳槽2的底壁，如图4所示。出口流道8的上游与容纳槽2连通，以接收冷却剂，而出口流道8的下游与冷却剂出口4连通，以排除冷却剂。通过设置出口流道8起到了缓冲冷却剂的作用。

为了增加冷却剂的扰动，如图1所示，在容纳槽2内设置扰流装置9。在一个优选的实施例中，扰流装置9包括翅片10。翅片10构造为波浪状，并且波浪状的翅片10的槽道11的开口朝向冷却剂供给方向，以引导冷却剂流过翅片10。通过设置扰流装置9，增加了散热器100的散热效率，有助于功率模块50向着更高功率的方向发展。

进一步优选地，扰流装置9包括至少两个翅片10，如图1中所示地，扰流装置9包括多个翅片10，并且相邻的翅片10之间交错分布。通过这种设置进一步提高了扰流装置9扰动冷却剂的效果，大幅提高了散热器的100的散热效率。例如，为了降低生产成本，交错的多个翅片10可以一体式加工成型。更进一步优选地，扰流装置9在容纳槽2的底壁上的投影面积占容纳槽2的底壁面积的80-90％。通过这种设置，在实现冷却剂缓冲效果的同时，使得散热器100的散热效果达到最优。例如，为了增加扰流装置9的扰流能力，还可以在翅片10上设置孔。

在一个实施例中，在容纳槽2的外周的接触面5上设置密封槽12，如图2所示。同时，在密封槽12内设置密封件13，如图3所示，以实现散热器主体1和功率模块50之间的密封，从而保证功率模块50的使用安全性。优选地，密封件13可以为密封圈。进一步优选地，密封件13为氟硅橡胶材质的密封圈。

如图8所示，在冷却剂入口3处设置入口接头14，以用于连接外界例如冷却源等部件。在冷却剂出口4设置出口接头15，以用于连接外界例如冷却剂回收箱等部件。优选地，为了实现快速连接，入口接头14与冷却剂入口3螺纹连接。出口接头15与冷却剂出口4螺纹连接。通过这种设置方式，很容易将入口接头14连接到冷却剂入口3上，以实现入口接头14的连接和更换。同时，也能很容易地将出口接头15连接到冷却剂出口4上，以实现出口接头15的连接和更换。

为了实现散热器100与功率模块50的快速连接，可以采用螺纹连接结构。例如在散热器主体1上可以设置多个螺纹孔16(图2中可示出)，使得螺钉17穿过基板51后与螺纹孔16配合，以将散热器100与功率模块50固定连接，如图8所示。

根据实际需要，可以在散热器主体1上设置一个或多个容纳槽2。需要注意地是，图中只是给出了一个容纳槽2的示例，而在散热器主体1上设置多个容纳槽2时，每个容纳槽2分别与一个功率模块50密封式连接以形成散热腔6，为相应的功率模块50散热。在这种情况下，一个容纳槽2相对应的出口流道8可以与另一容纳槽2相对应的入口流道7相连通，也就是，冷却液在通过冷却剂入口3进入后，可以在各容纳槽2之间循环流通，以直接接触各个功率模块50，最后在通过冷却剂出口4流出。在散热器主体1上设置多个容纳槽2的具体结构是本领域技术人员可以预见的，在此略去详细描述。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于功率模块的散热器，功率模块具有基板，其特征在于，散热器包括：

散热器主体，在所述散热器主体上设置有容纳槽，

与所述容纳槽连通的冷却剂入口，

与所述容纳槽连通的冷却剂出口，

其中，所述散热器主体具有接触面，所述接触面构造为能与功率模块的基板密封式接触以在容纳槽处形成散热腔。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，在所述容纳槽的上游设置入口流道，所述入口流道的底壁低于所述容纳槽的底壁。

3.根据权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，在所述容纳槽的下游设置出口流道，所述出口流道的底壁低于所述容纳槽的底壁。

4.根据权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，在所述容纳槽内设置用于增加冷却介质的扰动的扰流装置。

5.根据权利要求4所述的散热器，其特征在于，所述扰流装置包括构造为波浪状的翅片，所述波浪状的翅片的槽道的开口朝向冷却剂供给方向。

6.根据权利要求5所述的散热器，其特征在于，所述扰流装置包括至少两个所述翅片，相邻的所述翅片之间交错分布。

7.根据权利要求4所述的散热器，其特征在于，所述扰流装置在所述容纳槽的投影的面积占所述容纳槽的底壁的面积的80-90％。

8.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，在所述接触面上的所述容纳槽的外周设置密封槽，并在所述密封槽内设置密封件。

9.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，在所述冷却剂入口处设置入口接头，所述入口接头与所述冷却剂入口螺纹连接，

或/和在所述冷却剂出口设置出口接头，所述出口接头与所述冷却剂出口螺纹连接。

10.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，在所述散热器主体上设置多个容纳槽，并且各所述容纳槽均对应有所述接触面以与功率模块的基板密封式接触。