CN108419416A - 一种igbt用的高散热量热管散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT用的高散热量热管散热器，包括基板、安装在基板上的一根以上热管母管以及位于基板一侧且沿远离基板方向依次间隔布置的若干散热翅片，各热管母管连接有一根以上的热管子管，每根热管子管依次穿过各散热翅片，基板具有用于与热源接触的接触导热平面，接触导热平面上对应每根热管母管均设有一安装沟槽，各热管母管容置安装在对应的安装沟槽中，热管母管具有与接触导热平面平齐的接触导热面。该高散热量热管散热器具有结构稳固性好、安装简便、散热效率和散热能力好等优点。

Description

一种IGBT用的高散热量热管散热器

技术领域

本发明涉及散热装置技术领域，具体涉及一种IGBT用的高散热量热管散热器。

背景技术

IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

近年来随着电子器件的高速、高频化，由于使用集成电路和大规模集成电路的小型化部件趋向于高密度装配，单位容积的发热量逐年增大。电子元器件正常的工作温度范围一般为-5℃~+65℃，超过这个范围元器件性能将显著下降，不能稳定工作，会影响系统运行的可靠性。实践证明，随着自身温度水平的上升，电子元器件及设备的失效率呈指数增长，温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。研究资料表明单个半导体元件的温度升高10℃，系统的可靠性降低50%。因此对电子设备进行可靠性热设计是极其重要的。

电力电子设备具有功率大、热流密度高、结构紧凑的特点，普通空气型材类散热器只能适用于较小的热流密度。而用水冷的方式进行散热，则要考虑水的电导率问题，要使用具有纯化功能的去离子系统进行离子交换，会增加故障节点，且水冷不利于提高安全性，还存在定期维护问题。热管散热器能将基板的热量均匀传递至散热翅片，可有效解决高热流密度的散热问题，不但效率高，且结构紧凑，无活动部件，能够真正实现免维护。

目前，市场上现有的IGBT热管散热器主要包括散热翅片、热管和基板，其中基板上开设有多个相互平行的沟槽，然后用焊料将沟槽与热管的蒸发段焊接。在现有IGBT热管散热器技术中，热管蒸发段埋没在基板沟槽中，并没有直接和IGBT表面贴合；工作过程中，首先通过基板将IGBT表面的热量导出，然后传导至热管与散热片，最后由散热片通过对流的方式将热量传递到空气中。由于基板本身具有热阻，且热管的导热系数远远大于基板，导致热管散热器导热效率的提升有限，散热性能降低。此外，在现有技术中，热管蒸发段与基板沟槽焊接连接，接触热阻较大，对加工工艺要求较高。随着IGBT器件的发热功率越来越大，现有热管散热器已经很难满足散热要求，通常不得不通过加大散热器尺寸的方式才能勉强应用，增加了制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构稳固性好、安装简便、散热效率和散热能力好的IGBT用的高散热量热管散热器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种IGBT用的高散热量热管散热器，包括基板、安装在基板上的一根以上热管母管以及位于基板一侧且沿远离基板方向依次间隔布置的若干散热翅片，各热管母管连接有一根以上的热管子管，每根热管子管依次穿过各散热翅片，所述基板具有用于与热源接触的接触导热平面，所述接触导热平面上对应每根热管母管均设有一安装沟槽，各热管母管容置安装在对应的安装沟槽中，所述热管母管具有与接触导热平面平齐的接触导热面。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，所述基板对应每根热管子管均设有一贯通定位孔，各热管子管穿设在对应的贯通定位孔中。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，各安装沟槽的内壁紧密包覆对应热管母管的外壁。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，各热管子管与接触导热平面的夹角为80°～90°。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，所有热管子管与接触导热平面的夹角相等，且所有热管子管相对于接触导热平面的倾斜方向一致。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，各热管母管以胀紧配合方式固定安装在对应的安装沟槽中。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，所述热管母管包括一体连接的管本体和胀紧连接部，所述安装沟槽包括底部槽体和顶部槽体，所述顶部槽体的宽度大于底部槽体的宽度，所述管本体容置在底部槽体中，所述胀紧连接部位于顶部槽体中并填满整个底部槽体，且胀紧连接部与顶部槽体的两侧壁胀紧配合，所述接触导热面位于胀紧连接部上并与顶部槽体两侧的接触导热平面相接。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，所述顶部槽体的宽度大于管本体的直径，顶部槽体的深度大于管本体两倍的管壁厚度。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，所述热管母管还与基板焊接固定。

上述的IGBT用的高散热量热管散热器，优选的，所述安装沟槽紧密包覆热管母管的外壁。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的IGBT用的高散热量热管散热器中，由于热管母管安装在安装沟槽中，安装定位方便，可提高安装后的稳固性，并可提高热管母管与基板的接触面积，从而提高导热效率。同时，热管母管具有与接触导热平面平齐的接触导热面，使热管母管可直接与热源接触，能够提高导热效率，从而大大提高热管散热器的散热效率和散热能力。

附图说明

图1为IGBT用的高散热量热管散热器的主视结构示意图。

图2为IGBT用的高散热量热管散热器的侧视结构示意图。

图3为IGBT用的高散热量热管散热器去除散热翅片后的侧剖视结构视图。

图4为热管母管和热管子管安装在基板上的局部剖视放大图。

图5为基板的侧剖视结构示意图。

图6为基板的立体结构示意图。

图例说明：

1、基板；11、接触导热平面；12、安装沟槽；121、底部槽体；122、顶部槽体；13、贯通定位孔；2、热管母管；21、接触导热面；22、管本体；23、胀紧连接部；3、散热翅片；4、热管子管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图6所示，本实施例的IGBT用的高散热量热管散热器，包括基板1、安装在基板1上的多根热管母管2以及位于基板1一侧且沿远离基板1方向依次间隔布置的若干散热翅片3，各热管母管2连接有多根的热管子管4，每根热管子管4依次穿过各散热翅片3，基板1具有用于与热源接触的接触导热平面11，接触导热平面11上对应每根热管母管2均设有一安装沟槽12，各热管母管2容置安装在对应的安装沟槽12中，热管母管2具有与接触导热平面11平齐的接触导热面21。由于热管母管2安装在安装沟槽12中，安装定位方便，可提高安装后的稳固性，并可提高热管母管2与基板1的接触面积，从而提高导热效率。同时，热管母管2具有与接触导热平面11平齐的接触导热面21，使热管母管2可直接与热源接触，由于热管母管2的导热系数是基板1的数十倍甚至数百倍，能够大大提高导热效率，从而大大提高热管散热器的散热效率和散热能力，可有效解决大功率IGBT的散热问题。经试验验证，本实施例的IGBT用的高散热量热管散热器的散热能力要明显优于现有热管散热器，在相同试验条件下对IGBT器件进行散热试验，本实施例的热管散热器比现有热管散热器最高可多降低15℃左右的温度。

本实施例中，基板1对应每根热管子管4均设有一贯通定位孔13，各热管子管4穿设在对应的贯通定位孔13中，贯通定位孔13对热管子管4形成定位，能够提高安装后的稳固性。。

本实施例中，各安装沟槽12的内壁紧密包覆对应热管母管2的外壁，使热管母管2与安装沟槽12的接触面积大，接触热阻小，利于提高导热效率。

本实施例中，各热管子管4与接触导热平面11的夹角为80°～90°，接触导热平面11无论安装在竖直平面或者水平平面上均能使各热管子管4自下向上延伸，保证内部介质能够蒸发上升或者冷凝回流。

本实施例中，所有热管子管4与接触导热平面11的夹角相等，且所有热管子管4相对于接触导热平面11的倾斜方向一致，利于均匀散热。

本实施例中，各热管母管2以胀紧配合方式固定安装在对应的安装沟槽12中，其安装简便，且能够降低热管母管2与基板1的接触热阻，提高导热效率。

本实施例中，热管母管2包括一体连接的管本体22和胀紧连接部23，安装沟槽12包括底部槽体121和顶部槽体122，顶部槽体122的宽度大于底部槽体121的宽度，管本体22容置在底部槽体121中，胀紧连接部23位于顶部槽体122中并填满整个顶部槽体122，且胀紧连接部23与顶部槽体122的两侧壁胀紧配合，接触导热面21位于胀紧连接部23上，并与顶部槽体122两侧的接触导热平面11相接。上述结构能够保证热管母管2具有较大的接触导热面21，其具有结构简单、易于制作、制作成本低的优点。

优选的，顶部槽体122的宽度大于管本体22的直径，顶部槽体122的深度大于管本体22两倍的管壁厚度。该结构可增大与被冷却物体的接触面，提高热均匀性，降低热管散热器热阻。

本实施例中，热管母管2还与基板1焊接固定，以提高连接稳固性。

本实施例中，安装沟槽12紧密包覆热管母管2的外壁，使热管母管2与安装沟槽12的接触面积大，接触热阻小，利于提高导热效率。

本实施例中，优选的，各散热翅片3优选相互平行设置，散热翅片3与热管子管4胀紧配合，能够提高热管子管4与散热翅片3接触紧密度，提高换热效率。各热管子管4与对应的热管母管2呈90°连接布置。热管母管2和热管子管4由铜质材料制成，内有吸液芯以促进工质回流到热管母管2，内部工质为水，散热翅片3采用铝质材料制成。每根热管母管2连接的热管子管4数量一致，且所有热管子管4相对于基板1呈矩阵排列布置，散热均匀性好。优选的，热管母管2与安装沟槽12的内壁之间填充有环氧树脂，可减少接触热阻。

本实施例的高散热量热管散热器用于IGBT器件散热时，将基板1的接触导热平面11贴合IGBT器件表面，IGBT器件产生的热量直接传递至基板1和热管母管2，热管母管2内的工质吸热后蒸发成蒸汽，在压力差的作用下，进入到热管子管4，然后释放热量冷凝成液态水，热量由此传到热管子管4，再由热管子管4传热到散热翅片3，最后以对流或辐射的方式传到外界。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种IGBT用的高散热量热管散热器，包括基板（1）、安装在基板（1）上的一根以上热管母管（2）以及位于基板（1）一侧且沿远离基板（1）方向依次间隔布置的若干散热翅片（3），各热管母管（2）连接有一根以上的热管子管（4），每根热管子管（4）依次穿过各散热翅片（3），其特征在于：所述基板（1）具有用于与热源接触的接触导热平面（11），所述接触导热平面（11）上对应每根热管母管（2）均设有一安装沟槽（12），各热管母管（2）容置安装在对应的安装沟槽（12）中，所述热管母管（2）具有与接触导热平面（11）平齐的接触导热面（21）。

2.根据权利要求1所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：所述基板（1）对应每根热管子管（4）均设有一贯通定位孔（13），各热管子管（4）穿设在对应的贯通定位孔（13）中。

3.根据权利要求1所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：各安装沟槽（12）的内壁紧密包覆对应热管母管（2）的外壁。

4.根据权利要求1所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：各热管子管（4）与接触导热平面（11）的夹角为80°~90°。

5.根据权利要求4所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：所有热管子管（4）与接触导热平面（11）的夹角相等，且所有热管子管（4）相对于接触导热平面（11）的倾斜方向一致。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：各热管母管（2）以胀紧配合方式固定安装在对应的安装沟槽（12）中。

7.根据权利要求6所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：所述热管母管（2）包括一体连接的管本体（22）和胀紧连接部（23），所述安装沟槽（12）包括底部槽体（121）和顶部槽体（122），所述顶部槽体（122）的宽度大于底部槽体（121）的宽度，所述管本体（22）容置在底部槽体（121）中，所述胀紧连接部（23）位于顶部槽体（122）中并填满整个顶部槽体（122），且胀紧连接部（23）与顶部槽体（122）的两侧壁胀紧配合，所述接触导热面（21）位于胀紧连接部（23）上并与顶部槽体（122）两侧的接触导热平面（11）相接。

8.根据权利要求7所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：所述顶部槽体（122）的宽度大于管本体（22）的直径，顶部槽体（122）的深度大于管本体（22）两倍的管壁厚度。

9.根据权利要求6所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：所述热管母管（2）还与基板（1）焊接固定。

10.根据权利要求6所述的IGBT用的高散热量热管散热器，其特征在于：所述安装沟槽（12）紧密包覆热管母管（2）的外壁。