CN107241889A - 电路模块水冷器及igbt功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明属于散热技术的一种电路模块水冷器，由面盖和底座构成，底座开设有内腔，内腔由面盖封装。将面盖与电路模块连接，使电路模块产生的热能通过面盖传入内腔里面的流体，流体将热能带走从而起到对电路模块的散热功能，热量传导路径短，接触热阻低，具有高效传热和散热效果，广泛应用于大功率模块散热，尤其适合于大功率IGBT电力电子器件上的水冷却方式，如各种电焊机、户外工控设备、高铁电气大功率IGBT等。

Description

电路模块水冷器及IGBT功率模块
技术领域
本发明属于散热技术，具体是涉及电路元器件散热部件。
背景技术
自大功率半导体IGBT、MOSFET模块在电子工程广泛应用以来，使用时即面临对热源表面采取冷却方式来解决散热问题，目前市面上以下几种传统的散热方式：
1、采用插片式风冷散热器贴合在功率模块上散热，散热器自身从热源传热经铝板再到插片，因插片与铝板之间连接工艺导致热阻过大，传输路径复杂，散热效率不高，成本也高。
2、铝板内加工内流道再贴合在功率模块上散热，此种水冷器面临加工铝板工件过大，必须上大型CNC加工设备，或采用大型深孔加工设备加工，导致加工难度达，产品自身重量过重，不易搬运。且在加工水道时不能一次成型成S型流道，导致加工过程穿透铝水冷器，再堵入一端，造成不漏水的风险，且增大流阻，因为此方式水冷器成本也过高。
3、铝板加工S槽，埋入预弯好的铜管，在铝板与铜管间隙中填入导热材料；此水冷器具有铝工件过大，必须上大型CNC加工设备，具加工S槽与铜管之间配合工艺上难控制，具填入导热材料具有固化工艺，造成由热源传导进冷却液的路径中过多层次，具铜管面积过少，无法快速有效解决散热。
发明内容
针对现有技术存在的问题与不足，本发明的目的是提供一种散热效率高的电路模块水冷器。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种电路模块水冷器，由面盖和底座构成，所述底座开设有用于容纳换热流体的内腔，内腔由面盖封装；将面盖与电路模块连接，使电路模块产生的热能通过面盖传入内腔里面的流体，流体将热能带走从而起到对电路模块的散热功能。
进一步地，底座的内腔中或/和面盖的内侧设置至少一块换热单元。
所述底座的内腔设置至少一块分流片，起导流作用及起支撑作用。
所述面盖与底座的内腔之间设置换热单元，换热单元与分流片的各种组合布局形成不同结构形式的流道，以适应不同散热场合。
所述底座的内腔开设有管接口，在管接口处或在管接口轴线上设置分流片。
所述换热单元由若干翅片构成，翅片之间的间隙可依流体工况作调整；翅片分列两组，两列翅片之间形成中间流道，每列翅片的侧边与底座的内腔的侧壁之间形成侧边流道。
所述水冷器的面盖的内侧面设置散热单元，底座的管接口处设置导流块；底座的内腔设置C型分流墙，起分流作用，同时，起支撑散热单元和面盖的作用，以增强水冷器整体强度；底座的内腔的中部且位于型分流墙的中部具有一导流斜面；散热单元与分流墙之间设置C型分流片，C型分流片中间开设有槽口；电路模块工作时，水冷器的内腔通入流体，经过导流块，沿着导流斜面进入C型分流片的槽口处的散热单元的中部，最后从分流墙处散热单元的两侧流出。
所述各个水冷器通过连接管实现串联，以及通过连接管与总管的连接实现并联组合。
所述各个水冷器布置于基板上，且各个独立式水冷器通过连接管实现串联，以及通过连接管与总管的连接实现并联组合。
本发明采用的另一技术方案是：一种IGBT功率模块，包括IGBT功率模块本体，其特征在于：所述IGBT功率模块本体与上述任一权利要求所述的电路模块水冷器连接，IGBT功率模块本体的热能传至电路柜块水冷器内部的流体，从而起来散热作用。
实施上述发明技术方案，由于内腔可通入流体，使电路模块产生的热能通过面盖传入内腔里面的流体，流体将热能带走从而起到对电路模块的散热功能；通过增加换热单元，增大散热效果；通过设置分流片，起导流作用以增大散热效果；通过热换单元与分流片的不同组合布局，形成多种结构形式的流道，以适应不同散热场合。本发明电路模块水冷器热量传导路径短，接触热阻低，具有高效传热和散热效果，广泛应用于大功率模块散热，尤其适合于大功率IGBT电力电子器件上的水冷却方式，如各种电焊机、户外工控设备、高铁电气大功率IGBT等。
附图说明
图1是电路模块水冷器的结构示意图。
图2是电路模块水冷器独立应用时的安装示意图。
图3是第一实施例电路模块水冷器的爆炸结构示意图。
图4是第一实施例电路模块水冷器的工作原理图。
图5是第二实施例电路模块水冷器的爆炸结构示意图。
图6是第二实施例电路模块水冷器的面盖的结构示意图。
图7是第二实施例电路模块水冷器的工作原理图。
图8是第三实施例电路模块水冷器的面盖的结构示意图。
图9是第三实施例电路模块水冷器的底座的结构示意图。
图10是第三实施例电路模块水冷器的工作原理图。
图11是电路模块水冷器串联应用时的示意图。
图12是电路模块水冷器组合应用时的示意图。
图13是电路模块水冷器平铺应用时的示意图。
具体实施方式
如图1至4所示，电路模块水冷器1由面盖3和底座2构成。底座2呈四方形体，底座2具有容纳水的内腔2.1，底座2的四角开设有螺纹孔2.2，底座2的侧面连接两个管接口4，底座3的内腔2.1被面盖3封盖。水冷器1的面盖叠装电路模块6，通过螺栓8将电路模块固定于水冷器1的面盖3上，水冷器1的管接口4连通连接管7，连接管与散热系统中的其它元件连接。水冷器1的底座2的内腔2.1放置散热单元4，底座2的内腔2.1的管接口处设置分流片5。分流片的形状为V型，分流片起定位散热单元的作用以防止移动，同时起导流作用，还具有支撑面盖的作用。导流片开设有限流缝，起调节水流速度的作用。散热单元采用折叠FIN产品，其内部具有过流槽。电路模块6工作时产生的热源经水冷器1的面盖传热给水冷器的内腔内流动的流体，流体将热能交换带走从而起到散热作用。电路模块工作时，水冷器的内腔中通入流体，经分流片导流进入散热单元内进行换热，流体流经方向可以双向互换。
如图5至7所示，水冷器1的面盖3的内侧面设置散热单元4，散热单元4由若干片翅片4.1排列构成，翅片之间的间隙可依流体工况作调整。翅片4.1分列两组，两列翅片之间形成中间流道4.3。每列翅片的侧边与底座2的内腔2.1的侧壁之间形成侧边流道4.2。水冷器1的底座2的内腔2.1的侧壁中部设置分流片2.3，内腔2.1的管接口中心线处设置分流片9，分流片可让水流依设计流道通行，同时还起支撑面盖的作用，以增强水冷器整体强度。电路模块工作时，水冷器的内腔通入流体，经分流片导流进入散热单元内进行换热，流体流经方向可以双向互换。
如图8至10，水冷器1的面盖3的内侧面设置散热单元4和导流块3.1，导流块3.1位于散热单元的两端且与底座2的管接口处相对应。底座的内腔2.1设置C型分流墙10，起分流作用，同时，起支撑散热单元和面盖的作用，以增强水冷器整体强度。底座2的内腔2.1的中部且位于C型分流墙10的中部具有一导流斜面2.4。散热单元4与分流墙10之间设置C型分流片12，C型分流片12中间开设有槽口12.1，槽口大小可依实际工况调整。电路模块工作时，水冷器的内腔通入流体，经过导流块，沿着导流斜面进入C型分流片的槽口处的散热单元4的中部，最后从分流墙处散热单元4的两侧流出，流体流经方向仅是单向不能互换。
如图11所示，多个水冷头采用串联连接方式。电路模块6装配于水冷器1，水冷器1的管接口连通连接管7，将多个水冷器1串联起来，从而对多个电路模块进行散热。
如图12所示，多个水冷头采用组合连接方式，即是串联后再并联。电路模块6装配于水冷器1，水冷器1的管接口连通连接管7，连接管7接入总管11。
如图13所示，基板13的一侧面安装多个电路模块6，基板13的另一侧面相应地安装水冷器1，水冷器的管接口连通连接管7，连接管7接入总管11。基板13具有加强筋，以增强基板的强度。

Claims (10)

1.一种电路模块水冷器，其特征在于由面盖和底座构成，所述底座开设有用于容纳换热流体的内腔，内腔由面盖封装；将面盖与电路模块连接，使电路模块产生的热能通过面盖传入内腔里面的流体，流体将热能带走从而起到对电路模块的散热功能。
2.根据权利要求1所述的电路模块水冷器，其特征在于，底座的内腔中或/和面盖的内侧设置至少一块换热单元。
3.根据权利要求2所述的电路模块水冷器，其特征在于，底座的内腔设置至少一块分流片，起导流作用及起支撑作用。
4.根据权利要求3所述的电路模块水冷器，其特征在于，面盖与底座的内腔之间设置换热单元，换热单元与分流片的各种组合布局形成不同结构形式的流道，以适应不同散热场合。
5.根据权利要求4所述的电路模块水冷器，其特征在于，底座的内腔开设有管接口，在管接口处或在管接口轴线上设置分流片。
6.根据权利要求5所述的电路模块水冷器，其特征在于，换热单元由若干翅片构成，翅片之间的间隙可依流体工况作调整；翅片分列两组，两列翅片之间形成中间流道，每列翅片的侧边与底座的内腔的侧壁之间形成侧边流道。
7.根据权利要求1所述的电路模块水冷器，其特征在于，水冷器的面盖的内侧面设置散热单元，底座的管接口处设置导流块；底座的内腔设置C型分流墙，起分流作用，同时，起支撑散热单元和面盖的作用，以增强水冷器整体强度；底座的内腔的中部且位于型分流墙的中部具有一导流斜面；散热单元与分流墙之间设置C型分流片，C型分流片中间开设有槽口；电路模块工作时，水冷器的内腔通入流体，经过导流块，沿着导流斜面进入C型分流片的槽口处的散热单元的中部，最后从分流墙处散热单元的两侧流出。
8.根据权利要求1所述的电路模块水冷器，其特征在于，各个水冷器通过连接管实现串联，以及通过连接管与总管的连接实现并联组合。
9.根据权利要求1所述的电路模块水冷器，其特征在于，各个水冷器布置于基板上，且各个独立式水冷器通过连接管实现串联，以及通过连接管与总管的连接实现并联组合。
10.一种IGBT功率模块，包括IGBT功率模块本体，其特征在于：所述IGBT功率模块本体与上述任一权利要求所述的电路模块水冷器连接，IGBT功率模块本体的热能传至电路柜块水冷器内部的流体，从而起来散热作用。
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