CN110223963A - 一种适用于大功率igbt的高效散热结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于大功率IGBT的高效散热结构及其制造方法，本发明在结构上包括IGBT模块、热管腔体结构以及主动液冷结构，其中，所述的散热腔体的内部设置有绝缘工质，所述的IGBT模块设置在所述的热管腔体结构的内部并浸没在所述的绝缘工质中，所述的主动液冷结构包括冷却板以及设置在所述的冷却板内部的Dean管道，所述的冷却板密闭固定在所述的热管腔体的顶部。通过IGBT模块浸没在所述的绝缘工质中，通过热管腔体结构与主动液冷结构形成的一体化热管结构保护IGBT免受到外界环境侵害，提高IGBT模块的整体均温性能，增强IGBT模块与外部环境的换热强度，提升IGBT模块可靠性，延长IGBT的使用寿命，并增加了成品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热结构，更具体而言是指一种适用于大功率IGBT的高效散热结构及其制造方法。
背景技术
IGBT是能源转换与传输的核心器件，是电力电子装置的“CPU”，在整个应用系统中具有重要的作用。保护IGBT能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。
一般的电子元件对于外界环境变化较为敏感，而IGBT对周围环境的洁净程度也有较高的要求，空气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物等会使IGBT的故障率上升、寿命缩短。
另外，IGBT在使用中自身会产生热量，需要通过散热器及时散热。传统的散热器使用散热翅片与空气换热，其散热能力有限且均温性能较差。由于热管的优异的均温性能，使得热管在IGBT的散热中得到应用；热管加散热翅片的方式 对IGBT进行散热和均温，受限于散热器翅片的散热能力，IGBT的功率（或发热量）不能太大。总之，要使得大功率IGBT的热量能够及时散发出去，单纯使用散热翅片或者散热翅片加热管等被动散热方式还是不能将IGBT的温度控制在合理的温度范围内。
因此，如何保护大功率IGBT免受外界影响，在提高均温性能的同时，增强IGBT与环境的换热强度，是本领域目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其通过独特独特的结构设计保护IGBT免受到外界环境侵害，提高IGBT模块的整体均温性能，增强IGBT模块与外部环境的换热强度，提升IGBT模块可靠性，延长IGBT的使用寿命。
本发明的又一目的在于提供一种适用于大功率IGBT的高效散热结构的制造方法，以增加散热结构的成品率。
本发明的采用的技术方案为：一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，包括IGBT模块、热管腔体结构以及主动液冷结构，其中，所述的散热腔体的内部设置有绝缘工质，所述的IGBT模块设置在所述的热管腔体结构的内部并浸没在所述的绝缘工质中，所述的主动液冷结构包括冷却板以及设置在所述的冷却板内部的Dean管道，所述的冷却板密闭固定在所述的热管腔体的顶部。
所述的热管腔体结构的底部设置有带密封结构的过线孔，所述的IGBT模块的连接线通过所述的带密封结构的过线孔延伸出所述热管腔体结构的外部。
所述的冷却板由上盖层与下盖层层叠连接形成，所述的上盖层的下表面或者所述的下盖层的上表面凹设有Dean槽道，所述的Dean槽道与所述的上盖层的下表面或者下盖层的上表面形成所述的Dean管道。
所述的下盖层与所述的热管腔体结构的顶部之间设置有密封圈，所述的散热腔体结构的顶部设置有用于容置所述的密封圈的安装槽。
所述的Dean管道为两或多段半径不一的3/4圆周或特定弧长形成周期性交替、具有Dean流效应的空间拓扑结构。
所述的上盖层与所述的下盖层可以通过聚四氟乙烯层叠连接在一起，也可进行钎焊焊接在一起。
所述的热管腔体结构可以在所述的绝缘工质处设置多孔泡沫金属或者多层丝网编织结构。
一种适用于大功率IGBT的高效散热结构的制造方法，包括以下步骤：
步骤 一，将 IGBT模块放入热管腔体结构的内部，并将连接线（电源线、控制线及其他外设结构连接线）通过带密封功能过线孔接到外设设备上；
步骤 二，将密封圈和主动液冷结构通过法兰结构进行机械连接；
步骤 三，对整个热管腔体结构进行抽真空，并灌入绝缘工质，同时继续抽真空后密封。
在步骤三中，如果在常压下为液体的工质，可以将热管腔体结构置于50℃的温水中，进行抽真空；如果工质为冷媒，则需要将热管腔体结构置于冰水中，利用温差将冷媒充入腔体结构内。
本发明的有益效果为：本发明在结构上包括IGBT模块、热管腔体结构以及主动液冷结构，其中，所述的散热腔体的内部设置有绝缘工质，所述的IGBT模块设置在所述的热管腔体结构的内部并浸没在所述的绝缘工质中，所述的主动液冷结构包括冷却板以及设置在所述的冷却板内部的Dean管道，所述的冷却板密闭固定在所述的热管腔体的顶部。通过IGBT模块浸没在所述的绝缘工质中，通过热管腔体结构与主动液冷结构形成的一体化热管结构保护IGBT免受到外界环境侵害，提高IGBT模块的整体均温性能，增强IGBT模块与外部环境的换热强度，提升IGBT模块可靠性，延长IGBT的使用寿命，并增加了成品率。
附图说明
图1为本发明剖面结构示意图。
图2为发明的主动液冷却结构的结构示意图。
图3为主动液冷结构的下盖层或者上盖层设置Dean槽道的结构示意图；
具体实施方式
如图1至图2所示为本发明的一种较佳的具体实施例子，一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，包括IGBT模块10、热管腔体结构20以及主动液冷结构30，其中，所述的散热腔体20的内部设置有绝缘工质21，所述的IGBT模块10设置在所述的热管腔体结构20的内部并浸没在所述的绝缘工质21中，所述的主动液冷结构30包括冷却板31以及设置在所述的冷却板31内部的Dean管道32，所述的冷却板31密闭固定在所述的热管腔体20的顶部。
进一步，所述的热管腔体结构20的底部设置有带密封结构的过线孔22，所述的IGBT模块10的连接线11通过所述的带密封结构的过线孔22延伸出所述的热管腔体结构20的外部与其他外接设备连接。
进一步，所述的冷却板31由上盖层311与下盖层312层叠连接形成，所述的上盖层311的下表面或者所述的下盖层312的上表面凹设有Dean槽道321，所述的Dean槽道321与所述的上盖层311的下表面或者下盖层312的上表面形成所述的Dean管道32。所述的下盖层312与所述的热管腔体结构20的顶部之间设置有密封圈A，具体地，所述的散热腔体结构20的顶部设置有用于容置所述的密封圈A的安装槽B。
所述的Dean管道32为两或多段半径不一的3/4圆周或特定弧长形成周期性交替、具有Dean流效应的空间拓扑结构。所述的Dean管道内设置有冷却工质，所述的冷却工质为水、乙醇或乙二醇的一种或混合物。
进一步，所述的下盖层311和所述的上盖层312形成一体化的主动液冷结构30与热管腔体结构20形成热管结构。
所述的热管腔体结构和所述的主动液冷结构两部分除可以通过密封圈进行机械连接外，亦可进行激光焊接或搅拌摩擦焊接或钎焊焊接。
进一步，所述的上盖层311与所述的下盖层312可以通过聚四氟乙烯层叠连接在一起，也可进行钎焊焊接在一起，保证各槽道互相不干扰。
值得一提的是，所述的热管腔体结构20可以在所述的绝缘工质21处设置对IGBT模块隔离的多孔泡沫金属或者多层丝网编织结构，以此来增加换热和均温效果。对于热管腔体结构的形状不拘泥于方形，亦可以为圆形等其他形状，并且在不同形状变化时，主动液冷结构应做出相同变化。
进一步，所述的绝缘冷却工质20不局限于为乙醇、全氟已烷、四氟乙烷等。
一种适用于大功率 IGBT 的高效散热结构的制造方法，其包括以下步骤：
步骤 一，将IGBT模块放入热管腔体结构的内部，并将连接线（电源线、控制线及其他外设结构连接线）通过带密封功能过线孔接到外设设备上；
步骤 二，将密封圈和主动液冷结构通过法兰结构进行机械连接；
步骤 三，对整个热管腔体结构进行抽真空，并灌入绝缘冷却工质，同时继续抽真空后密封。
值得一提的是，在步骤二中，在热管腔体结构中上放置IGBT模块时，不需要在IGBT模块的底部和腔体内部增加减小接触热阻的介质，只需要保证稳定，不移位即可。
在步骤三中，如果在常压下为液体的工质，可以将热管腔体结构置于50℃的温水中，进行抽真空；如果工质为冷媒，则需要将热管腔体结构置于冰水中，利用温差将冷媒充入腔体结构内。灌充时要保证内部不残留不凝气体，通过三通阀将充液和除气同时进行，保证了工质的充装。
本发明的实施例以及附图只是为了展示本发明的设计构思，本发明的保护范围不应当局限于这一实施例。
通过上面的叙述可以看出本发明的设计目的是可以有效实施的。实施例的部分展示了本发明的目的以及实施功能和结构主题，并且包括其他的等同替换。
因此，本发明的权利构成包括其他的等效实施，具体权利范围参考权利要求。
Claims (10)
1.一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于：包括IGBT模块、热管腔体结构以及主动液冷结构，其中，所述的热管腔体的内部设置有绝缘工质，所述的IGBT模块设置在所述的热管腔体结构的内部并浸没在所述的绝缘工质中，所述的主动液冷结构包括冷却板以及设置在所述的冷却板内部的Dean管道，所述的冷却板密闭固定在所述的热管腔体的顶部。
2.如权利要求1所述的一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于，所述的热管腔体结构的底部设置有带密封结构的过线孔，所述的IGBT模块的连接线通过所述的带密封结构的过线孔延伸出所述热管腔体结构的外部。
3.如权利要求1所述的一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于，所述的冷却板由上盖层与下盖层层叠连接形成，所述的上盖层的下表面或者所述的下盖层的上表面凹设有Dean槽道，所述的Dean槽道与所述的上盖层的下表面或者下盖层的上表面形成所述的Dean管道。
4.如权利要求3所述的一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于，所述的下盖层与所述的热管腔体结构的顶部之间设置有密封圈，所述的热管腔体结构的顶部设置有用于容置所述密封圈的安装槽。
5.如权利要求1或3所述的一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于，所述的Dean管道为两或多段半径不一的3/4圆周或特定弧长形成周期性交替、具有Dean流效应的空间拓扑结构。
6.如权利要求3所述的一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于，所述的上盖层与所述的下盖层可以通过聚四氟乙烯层叠连接在一起，也可进行钎焊焊接在一起。
7.如权利要求1所述的一种适用于大功率IGBT的高效散热结构，其特征在于，所述的热管腔体结构可以在所述的绝缘冷却工质处设置多孔泡沫金属或者多层丝网编织结构。
8.如权利要求1所述的一种适用于大功率 IGBT 的高效散热结构，其特征在于，所述的绝缘冷却工质20为乙醇、全氟己烷、四氟乙烷。
9.如权利要求1至8所述的一种适用于大功率 IGBT 的高效散热结构的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤 一，将 IGBT 模块放入热管腔体结构的内部，并将连接线（电源线、控制线及其他外设结构连接线）通过带密封功能过线孔接到外设设备上；
步骤 二， 将密封圈和主动液冷结构通过法兰结构进行机械连接；
步骤 三，对整个热管腔体结构进行抽真空，并灌入绝缘冷却工质，同时继续抽真空后密封。
10.如权利要求9所述的一种适用于大功率 IGBT 的高效散热结构的制造方法，其特征在于，在步骤三中，如果在常压下为液体的工质，可以将热管腔体结构置于 50℃的温水中，进行抽真空；如果工质为冷媒，则需要将热管腔体结构置于冰水中，利用温差将冷媒充入腔体结构内。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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