CN109742059B - 一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于大功率半导体模块的“何氏”散热结构，包括“何氏”散热结构壳体，“何氏”散热结构壳体的一端设有冷却液进口，另一端设有冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口之间形成冷却通道，“何氏”散热结构壳体内固定设置有散热基板，冷却液进出口、冷却通道、散热基板形成一个整体的散热通道，冷却通道中设置有波形导水板，波形导水板相当于紊流发生器，使冷却液在冷却通道中以紊流的状态流动。本发明使散热器冷却液与散热基板直接接触，保证了最大散热面积，提高了散热效率；波形导水板使冷却液以紊流的状态流动，充分与散热基板接触；缓冲槽保证冷却通道内的冷却液始终处于充满状态，对散热基板进行持续高效冷却。
Description
技术领域
本发明涉及一种“何氏”散热结构，具体是一种高效稳定的液冷散热器，应用于大功率半导体模块的冷却与散热。
背景技术
随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展和MEMS技术的进步，电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小，热流密度也随之增加，所以高温的温度环境势必会影响电子元器件的性能，这就要求对其进行更加高效的热控制。因此，有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。
现阶段主要的冷却方式有自然冷却、强制风冷、液体冷却、热隔离法等。风冷技术需要安排高效的扩展散热表面，却经常受到应用场地的环境限制，无法达到设备高效散热；液体的制冷可以是单向的，也可以是双向的，间接液体制冷技术是通过热传导的方式，首先将热量传给散热器，再由散热器中的工质将热量带走，本发明根据间接制冷技术，设计发明一种结构简单，散热效率高的“何氏”散热结构。
发明内容
本发明针对上述现有问题，结合大功率半导体模块发热特点，提供一种简单高效的“何氏”散热结构。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种应用于大功率半导体模块的“何氏”散热结构，包括“何氏”散热结构壳体，所述“何氏”散热结构壳体的一端设有冷却液进口，另一端设有冷却液出口，靠近所述冷却液进口和冷却液出口的“何氏”散热结构壳体位置设置有缓冲槽，所述缓冲槽之间通过冷却通道过渡，所述“何氏”散热结构壳体内固定设置有散热基板，冷却液进出口、缓冲槽、冷却通道、散热基板形成一个整体的散热通道，所述冷却通道中设置有波形导水板，波形导水板相当于紊流发生器，使冷却液在冷却通道中以紊流的状态流动。
更进一步地，“何氏”散热结构壳体部分主要提供冷却通道与支撑作用，在与散热基板的接触面上，开设密封槽，确保整体密封性，其本身质量轻、强度高、散热性能良好。
更进一步地，在冷却液进出口的位置，设有缓冲槽，其作用在于将卷入液体的气体及时排出，保证冷却液的散热能力。
更进一步地，所述辅助支撑部分分布在冷却通道内部，支撑杆长度等于散热基板下表面和冷却通道底面间的距离，其作用在于支撑散热基板和固定波形导水板。
更进一步地，所述波形导水板可通过焊接、螺栓、卡槽等方式固定在冷却通道中，其作用在于将通道内部分为上下两层，且波峰—波峰、波谷—波谷之间截流面积不断变化，形成压力差，使得冷却液在流动时以紊流的流态通过，充分与散热基板接触，进一步特征在于波形导水板板面有均匀分布的孔，进一步引起流体层之间的混掺，加强液体间对流传热，提高散热效率。
更进一步地，所述密封部分为壳体与散热基板间的密封、冷却液进出口与壳体间的密封，其中壳体与散热基板间的密封是利用开设在壳体上的密封槽和O 型圈与散热基板进行面密封，冷却液进出口与壳体间的密封可选用螺纹密封、面密封和直接焊接成一体等方法。
与现有技术相比，本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构的有益效果是：散热基板与壳体通过密封部分连接一起，成为一个散热整体，其热量通过散热基板传递给冷却液，大部分热量随冷却液传递到外界，一小部分热量通过波形导水板及壳体传递给外界。冷却液在通道内以紊流的流态流动，且沿冷却液流动方向分布着不同的压力差，使得冷却液与散热基板充分接触，及时快速的将散热基板上的热量带走。这种“何氏”散热结构始终持续不断的将热量从散热基板上带走，更好的解决了因热量不能及时散走和热量累积而引起电子元器件损坏或者失效问题。
附图说明
图1是本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构的整体结构示意图。
图2是本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构。
图3是本发明波形导水板三维效果图。
其中，1、散热基板；2、DBC板；3、芯片；4、封装壳体；5、冷却液进口； 6、冷却液出口；7、支撑杆；8、波形导水板；9、“何氏”散热结构壳体；10、散热基板安装孔；11、进口缓冲槽；12、冷却通道；13、密封槽；14、出口缓冲槽；15、波形导水板安装孔。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不作为对本发明的保护内容的限制。
本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构，芯片工作时产生的热量通过DBC板传递给散热基板，再由冷却通道中的冷却液冷却；利用波形导水板结构特征，在冷却通道中沿冷却液流动方向的横截面积不断变化，当冷却液流过不同截面时，在波形导水板的上下两面存在着速度差和压力差，使得冷却液在冷却通道中以紊流的状态流动，冷却液与散热基板充分接触，获得良好的散热效果。
图1是本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构的整体结构示意图。本发明发一种大功率半导体模块高效“何氏”散热结构包括以下几部分：冷却液进出口部分；壳体部分；波形导水板；密封部分；辅助支撑部分。冷却液与散热基板直接接触，保证了最大散热面积，提高了散热效率，波形导水板的存在，使得冷却液与散热基板充分接触，将热量及时快速的带走。如图1所示，大功率半导体模块高效“何氏”散热结构包括散热基板1、DBC板2、芯片3、封装壳体 4、冷却液进口5、冷却液出口6、支撑杆7、波形导水板8、“何氏”散热结构壳体9。
所述壳体部分主要提供冷却通道与支撑作用，所述冷却液进口5、冷却液出口6分别分布在散热器壳体两端，进口与出口的数量及位置可根据实际结构情况做调整，其作用在于保证冷却液在冷却通道中始终处于充盈状态。
其中，所述散热基板1通过DBC板2对芯片3起支撑与散热的作用，封装壳体4对散热基板1、DBC板2、芯片3进行封装。所述“何氏”散热结构壳体9和支撑杆7对散热基板1起支撑与固定作用。所述辅助支撑部分分布在冷却通道内部，支撑杆长度等于散热基板下表面和冷却通道底面间的距离，其作用在于支撑散热基板和固定波形导水板。“何氏”散热结构壳体9上设有螺纹孔和密封槽，散热基板1上设有安装孔，密封圈安装在密封槽中并通过螺丝将“何氏”散热结构壳体9和散热基板1固定。
图2是本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构，所述波形导水板8 和支撑杆7安装在冷却通道中，冷却液流过冷却通道12时，在波形导水板8的作用下，冷却液以紊流的状态流动，充分与散热基板1接触，及时将热量带走。所述波形导水板可通过焊接、螺栓、卡槽等方式固定在冷却通道中，其作用在于将通道内部分为上下两层，且波峰—波峰、波谷—波谷之间截流面积不断变化，形成压力差，使得冷却液在流动时以紊流的流态通过，充分与散热基板接触，进一步特征在于波形导水板板面有均匀分布的孔，进一步引起流体层之间的混掺，加强液体间对流传热，提高散热效率。在冷却液进出口位置分别设有缓冲槽(进口缓冲槽11、出口缓冲槽14)，其作用在于将流入或流出冷却通道12的冷却液进行缓冲，保证冷却通道12内的冷却液始终处于充满状态，对散热基板1进行持续高效冷却，以达到良好的散热效果，将卷入液体的气体及时排出，保证冷却液的散热能力；在与散热基板的接触面上，开设密封槽，确保整体密封性。
图3是所述波形导水板三维效果图。所述波形导水板8呈波形薄板，在其表面分布着过水孔，其作用在于使得冷却液在流动过程中呈紊流状态，过水孔主要作用在于使得冷却通道中，不同液面的冷却液充分交替混合，加快沿垂直冷却液流动方向的散热速度，进一步提高整体“何氏”散热结构的散热效率。
所述密封部分为壳体与散热基板间的密封、冷却液进出口与壳体间的密封，其中壳体与散热基板间的密封是利用开设在壳体上的密封槽和O型圈与散热基板进行面密封，冷却液进出口与壳体间的密封可选用螺纹密封、面密封和直接焊接成一体等方法。
本发明大功率半导体模块高效“何氏”散热结构散热效率高、结构简单，能够达到大功率半导体模块的散热要求，提高了模块运行的稳定性，降低了对散热基板的要求。
综上所述，本发明一种“何氏”散热结构，具体是一种高效稳定的液冷散热器，包括散热器本体，所述散热器冷却液与散热基板直接接触，保证了最大散热面积，提高了散热效率，其进一步特征在于波形导水板的存在，冷却液流过冷却通道时，在波形导水板的作用下，冷却液以紊流的状态流动，充分与散热基板接触，及时将热量带走。在冷却液进出口位置分别设有缓冲槽，将流入或流出冷却通道的冷却液进行缓冲，保证冷却通道内的冷却液始终处于充满状态，对散热基板进行持续高效冷却，以达到良好的散热效果。
具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的技术修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准，在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于大功率半导体模块的“何氏”散热结构，其特征在于，包括“何氏”散热结构壳体，所述“何氏”散热结构壳体的一端设有冷却液进口，另一端设有冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口之间形成冷却通道，所述“何氏”散热结构壳体内固定设置有散热基板，冷却液进出口、冷却通道、散热基板形成一个整体的散热通道，所述冷却通道中设置有波形导水板，波形导水板相当于紊流发生器，使冷却液在冷却通道中以紊流的状态流动，所述波形导水板固定在冷却通道中，从而将冷却通道内部分为上下两层，且波峰—波峰、波谷—波谷之间截流面积不断变化，形成压力差。
2.根据权利要求1所述的一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构，其特征在于，在所述“何氏”散热结构壳体与散热基板的接触面上，开设密封槽，所述“何氏”散热结构壳体与散热基板间通过所述密封槽和O型圈与散热基板进行面密封。
3.根据权利要求1所述的一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构，其特征在于，在冷却液进出口的位置，设有缓冲槽。
4.根据权利要求1所述的一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构，其特征在于，在冷却通道内部还设有辅助支撑部分，所述辅助支撑部分为支撑杆，支撑杆长度等于散热基板下表面和冷却通道底面间的距离。
5.根据权利要求1所述的一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构，其特征在于，所述波形导水板的板面设有均匀分布的孔。
6.根据权利要求1所述的一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构，其特征在于，所述冷却液进出口与壳体间密封，冷却液进出口与壳体间的密封方式包括螺纹密封、面密封和直接焊接成一体的方法。
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