CN109461708A - 用于功率器件的水冷底板 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子器件冷却技术领域，具体涉及一种用于功率器件的水冷底板。为了实现功率器件冷却装置安装过程自动化生产，保证质量的同时减短生产周期，本发明提出的水冷底板包括水冷底板本体，水冷底板本体的第一端面设置有密封接口，密封接口使功率器件以密封的形式装配于水冷底板本体，并在功率器件与水冷底板本体之间形成腔体；水冷底板本体的第二端面设置有第一外接口和第二外接口，第一外接口与外部第一对接口密封连接而形成第一密封口，第二外接口与外部第二对接口密封连接而形成第二密封口；外部的冷却液沿第一密封口进入腔体，并沿第二密封口流出。本发明的水冷底板具有结构简单、自动化安装且周期短、密封效果好等特点。
Description
技术领域
本发明属于电子器件冷却技术领域，具体涉及一种用于功率器件的水冷底板。
背景技术
随着新能源汽车技术飞速发展，电动汽车电机驱动系统的集成度也越来越高。目前大部分电机驱动系统集成了MCU(电机控制单元)，DC-DC，OBC(车载充电机)，PTC(车载加热器)等功能，该功率集成单元称为PEU(电力电子装置)。电力电子装置由各类电力电子电路组成的装置。用于大功率电能的变换和控制。又称变流装置。某些电力电子装置对环境条件(如温度、冷却水压力、风速等)有特殊要求，需对这些条件进行控制，以保证装置可靠运行。
功率器件主要指输出功率比较大的电子元器件，如大功率晶体管、晶闸管、双向晶闸管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管)等。对于IGBT这种大功率器件，在其正常工作时，大功率损耗会产生大量的热从而造成自升温，温度的上升直接影响IGBT的热应力，严重时还会因温度过高而烧毁开关器件，直接影响到电源的寿命和可靠性，因此需要对功率器件进行散热。
目前，功率器件都是通过水冷方式冷却，即通过水道设计实现对功率器件的水冷冷却，而水道设计要求可靠性高、耐久性好以及工艺简单。而现有的水道设计普遍采用模具预成型的橡胶圈或者湿胶密封。模具预成型的橡胶圈密封结构，工艺过程不能适应自动化生产，只能通过人工进行装配，耗时耗力，并且人工装配橡胶圈难以控制质量，容易脱落；湿胶密封可以实现自动化生产，但是由于湿胶固化时间长，有些需要加热固化，有些需要吸湿固化数天，延长了生产周期，严重影响生产线的生产进度。因此，本领域需要一种新的水冷底板来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有用于功率器件冷却的水道设计在生产制造及应用方面存在的可靠性差以及生产效率低等问题，本发明提出了一种用于功率器件的水冷底板，包括水冷底板本体，所述水冷底板本体的第一端面设置有密封接口，所述密封接口能够使所述功率器件以密封的形式装配于所述水冷底板本体，并因此在所述功率器件与所述水冷底板本体之间形成腔体；所述水冷底板本体的第二端面设置有第一外接口和第二外接口，所述第一外接口用于与外部第一对接口密封连接而形成第一密封口，所述第二外接口用于与外部第二对接口密封连接而形成第二密封口；外部的冷却液能够沿所述第一密封口进入所述腔体，并沿所述第二密封口流出。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述密封接口包括设置于所述水冷底板本体上的密封槽以及预先嵌入在所述密封槽内的弹性密封胶。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述密封槽呈矩形并环绕在所述水冷底板本体的第一端面的边缘处。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述第一外接口处设置有第一外接凹槽，所述第一外接凹槽内预先嵌入有弹性密封胶；并且/或者，所述第二外接口处设置有第二外接凹槽，所述第二外接凹槽内预先嵌入有弹性密封胶。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述第一外接凹槽环绕所述第一外接口，并且/或者，所述第二外接凹槽环绕所述第二外接口。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述第一外接口设置于所述水冷底板本体的第二端面的一端，所述第二外接口设置于与所述第一外接口相对的另一端。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述弹性密封胶为硅橡胶弹性体。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述水冷底板本体的侧面设置有第一固定部，在所述功率器件以密封的形式装配于所述水冷底板本体上后，所述第一固定部用于使所述功率器件固定于所述水冷底板上。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述水冷底板本体的侧面还设置有第二固定部，在所述第一外接口和所述第二外接口分别对接于外部第一对接口和外部第二对接口后，所述第二固定部用于将所述水冷底板本体固定于外部目标位置。
在上述水冷底板的优选实施方式中，所述第一固定部为分散设置于所述水冷底板本体的侧面的多个第一螺栓孔；并且/或者，所述第二固定部为独立于所述第一固定部设置于所述水冷底板本体侧面的多个第二螺栓孔。
在本发明的技术方案中，通过对水冷底板的结构设计，使功率器件与水冷底板的制造工艺简单，容易生产制造，在保证可靠性和耐久性的基础上提高生产效率。进一步地，通过在密封槽内预先嵌入弹性密封胶，无需在装配功率器件到水冷底板本体的生产线上再进行点胶，节省了点胶固化的时间，提高了生产效率，同时不需要再手工安装橡胶圈，从而提升了IGBT装配过程中的工艺性，且可靠性和稳定性高。另外，通过在第一外接口和第二外接口的凹槽内预先嵌入弹性密封胶，无需在装配水冷底板本体的现场进行点胶固化，节省了点胶固化的时间，提高了生产效率，同时由于固化后的硅橡胶弹性体粘附在水冷底板本体1的外接凹槽内部，不会脱落，稳定性高。也就是说，在本发明的水冷底板安装过程中，弹性密封胶可以在水冷底板上预固化，减少安装时固化时间，无需在组装生产线点胶等待固化或手工安装橡胶圈，工艺性好并且稳定可靠，生产效率高。
附图说明
图1是本发明实施例的水冷底板第一端面的结构示意图；
图2是本发明实施例的水冷底板第二端面的结构示意图；
图3是本发明实施例的功率器件装配于水冷底板的结构示意图；
图4是本发明实施例的在第一端面的密封槽内预先嵌入弹性密封胶的结构示意图；
图5是本发明实施例的在第二端面的第一外接凹槽和第二外接凹槽内预先嵌入弹性密封胶的结构示意图；
图6是本发明实施例的与水冷底板匹配的外部对接部件的结构示意图；
图7是本发明实施例的功率器件装配于水冷底板，以及水冷底板与外部对接部件对接后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中是结合大功率IGBT的水冷底板来描述的，但是，本发明显然可以用于其他各种功率器件，只要该功率器件可以通过水冷冷却。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1、图2和图3，图1是本发明实施例的水冷底板第一端面的结构示意图；图2是本发明实施例的水冷底板第二端面的结构示意图；图3是本发明实施例的功率器件装配于水冷底板的结构示意图。在本实施例中，功率器件以IGBT为例。如图1-3所示，本发明的水冷底板包括水冷底板本体1，在水冷底板本体1的第一端面(图1中所示的水冷底板本体1的正面)设置有密封接口11，密封接口11能够使IGBT以密封的形式装配于水冷底板本体1，并因此在IGBT与水冷底板本体1之间形成腔体10，装配后的效果如图3所示；水冷底板本体1的第二端面(图2中所示的水冷底板本体1的背面)设置有第一外接口12和第二外接口13，第一外接口12用于与外部第一对接口密封连接而形成第一密封口，第二外接口13用于与外部第二对接口密封连接而形成第二密封口，外部的冷却液能够沿第一密封口进入腔体10，并沿第二密封口流出，从而带走IGBT产生的热量。这种结构工艺简单容易生产制造，在保证可靠性和耐久性的基础上提升生产效率。
本实施例中的水冷底板本体1为了配合矩形IGBT的形状而设置为矩形，即密封接口11也为矩形。本领域技术人员应该理解的是，针对其他形状的功率器件，水冷底板本体1及其密封接口11的形状是可灵活配置，随之调整的。作为示例，上述中的外部第一对接口和外部第二对接口如图6所示，其形状分别与第一外接口12和第二外接口13相匹配。例如，第一外接口12和第二外接口13均设计为长圆孔，且分别位于水冷底板本体1第二端面的两端，相应地，外部第一对接口和外部第二对接口也匹配地设置为长圆孔，且两者之间的间距与第一外接口12和第二外接口13之间的间距相等。
由于通常使用水作为冷却液，而IGBT遇水会造成严重后果，因此，IGBT与水冷底板本体1的连接处、第一外接口12与外部第一对接口的连接处、第二外接口13与外部第二对接口的连接处的密封方式就显得尤为重要。而现有的密封方式通常采用预成型的橡胶圈或者湿胶密封，其存在如背景技术所述的问题，为此，本发明提出了一种高效的密封设计方案。具体而言，本发明的密封接口11包括设置于水冷底板本体上的密封槽111以及预先嵌入在密封槽111内的弹性密封胶112。参照图4，图4是本发明实施例的在第一端面密封槽内预先嵌入弹性密封胶的结构示意图。如图4所示，密封槽111呈矩形并环绕在水冷底板本体1的第一端面的边缘处，由于密封槽111内预先嵌入有弹性密封胶112(可以是硅胶弹性体)，因此无需在装配IGBT到水冷底板本体的生产线上再进行点胶，节省了点胶固化的时间，提高了生产效率，同时不需要再手工安装橡胶圈，从而提升了IGBT的工艺性，且可靠性和稳定性高。
更具体地，参照图4，在水冷底板本体1的侧面还设置有第一固定部14，在IGBT以密封的形式装配于水冷底板本体1后，通过第一固定部14使IGBT固定于水冷底板本体1上。作为一种示例，第一固定部14为分散设置于水冷底板本体1侧面的多个第一螺栓孔(用于螺栓连接，可以是通孔或者螺纹盲孔)，其大小及位置分布与IGBT相应连接部一一对应，在IGBT以密封的形式装配于水冷底板本体1后，利用螺栓将IGBT固定在水冷底板本体1上。
进一步，参照图5，图5是本发明实施例的在第二端面的第一外接凹槽和第二外接凹槽内预先嵌入有弹性密封胶示意图，如图5所示，第一外接口12处设置有第一外接凹槽121，第一外接凹槽121内预先嵌入有弹性密封胶122(可以是硅胶弹性体)；第二外接口13处设置有第二外接凹槽131，第二外接凹槽131内预先嵌入有弹性密封胶132(可以是硅胶弹性体)。其中，第一外接凹槽121环绕第一外接口12，第二外接凹槽131环绕第二外接口13，且第一外接口12和第二外接口13设置于第二端面的两端，即图5中所示的水冷底板本体1的背面分别靠近两端的位置。由于在第一外接口12和第二外接口13出分别设置凹槽，再向凹槽内预先嵌入弹性密封胶，因此无需在装配水冷底板本体1的现场进行点胶固化，节省了点胶固化的时间，提高了生产效率，同时由于固化后的硅橡胶弹性体粘附在水冷底板本体1的外接凹槽内部，不会脱落，稳定性高。
更具体地，参照图5，在水冷底板本体1的侧面还设置有第二固定部15，在第一外接口12和第二外接口13分别对接于外部第一对接口和外部第二对接口后，第二固定部15用于将水冷底板本体1固定于外部目标位置。举例而言，参照图6，图6是本发明实施例的与水冷底板匹配的外部对接部件的结构示意图。如图6所示，外部对接部件与水冷底板本体1的第二端面相匹配，外部对接部件具有外部第一对接口和外部第二对接口，在第一外接口12和第二外接口13分别对接于外部第一对接口和外部第二对接口后，第二固定部15(如独立于第一固定部14设置于水冷底板本体1侧面的多个第二螺栓孔)与外部对接件上的开孔对齐，利用螺栓将水冷底板主体1固定于外部对接部件。
参照图7，图7是本发明实施例的功率器件装配于水冷底板，以及水冷底板与外部对接部件对接后的结构示意图。如图7所示，本发明水冷底板主体1的第一端面与IGBT密封连接，第二端面与外部对接件密封连接。由于密封接口11通过预先将弹性密封胶嵌入到密封槽111内，第一对接接口12和第二对接接口13处也预先将弹性密封胶嵌入到对应的凹槽中，因此，在整个生产制造过程中：一方面，无需在将IGBT装配到水冷底板本体1的生产线上再进行点胶，节省了点胶固化的时间，提高了生产效率，同时不需要再手工安装橡胶圈，从而提升了IGBT的工艺性，且可靠性和稳定性高；另一方面，无需在装配水冷底板本体1的现场进行点胶固化，节省了点胶固化的时间，提高了生产效率，同时由于固化后的硅橡胶弹性体粘附在水冷底板本体1的外接凹槽内部，不会脱落，稳定性高。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于功率器件的水冷底板，其特征在于，所述水冷底板包括水冷底板本体，
所述水冷底板本体的第一端面设置有密封接口，所述密封接口能够使所述功率器件以密封的形式装配于所述水冷底板本体，并因此在所述功率器件与所述水冷底板本体之间形成腔体；
所述水冷底板本体的第二端面设置有第一外接口和第二外接口，所述第一外接口用于与外部第一对接口密封连接而形成第一密封口，所述第二外接口用于与外部第二对接口密封连接而形成第二密封口；
外部的冷却液能够沿所述第一密封口进入所述腔体，并沿所述第二密封口流出。
2.根据权利要求1所述的水冷底板，其特征在于，所述密封接口包括设置于所述水冷底板本体上的密封槽以及预先嵌入在所述密封槽内的弹性密封胶。
3.根据权利要求2所述的水冷底板，其特征在于，所述密封槽呈矩形并环绕在所述水冷底板本体的第一端面的边缘处。
4.根据权利要求2所述的水冷底板，其特征在于，所述第一外接口处设置有第一外接凹槽，所述第一外接凹槽内预先嵌入有弹性密封胶；
并且/或者，所述第二外接口处设置有第二外接凹槽，所述第二外接凹槽内预先嵌入有弹性密封胶。
5.根据权利要求4所述的水冷底板，其特征在于，所述第一外接凹槽环绕所述第一外接口，并且/或者，
所述第二外接凹槽环绕所述第二外接口。
6.根据权利要求5所述的水冷底板，其特征在于，所述第一外接口设置于所述水冷底板本体的第二端面的一端，所述第二外接口设置于与所述第一外接口相对的另一端。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的水冷底板，其特征在于，所述弹性密封胶为硅橡胶弹性体。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的水冷底板，其特征在于，所述水冷底板本体的侧面设置有第一固定部，
在所述功率器件以密封的形式装配于所述水冷底板本体上后，所述第一固定部用于使所述功率器件固定于所述水冷底板上。
9.根据权利要求8所述的水冷底板，其特征在于，所述水冷底板本体的侧面还设置有第二固定部，在所述第一外接口和所述第二外接口分别对接于外部第一对接口和外部第二对接口后，所述第二固定部用于将所述水冷底板本体固定于外部目标位置。
10.根据权利要求9所述的水冷底板，其特征在于，所述第一固定部为分散设置于所述水冷底板本体的侧面的多个第一螺栓孔；
并且/或者，所述第二固定部为独立于所述第一固定部设置于所述水冷底板本体的侧面的多个第二螺栓孔。
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