CN116544118A - 一种igbt模块并联式水冷散热器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IGBT模块并联式水冷散热器及制备方法;包括如下步骤：在实心块上沿长度间隔开设多个用于SIC模块冷却的冷却槽；在实心块的相对两侧分别开设进水流道和出水流道，进水流道和出水流道沿实心块的长度布设，在各冷却槽的槽底间隔开设与进水流道连通的导入流道和与出水流道连通的导出流道；在实心块上沿各冷却槽的外边缘周向开设嵌入槽，在嵌入槽内安装密封圈；在实心块上沿各嵌入槽周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔；通过IGBT模块并联式散热器制备方法的提出以解决现有技术中存在的现有的散热器散热效率差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及SIC模块散热技术领域，尤其是涉及一种IGBT模块并联式水冷散热器及制备方法。
背景技术
随着IGBT芯片及封装技术的发展，目前IGBT芯片及模块的P功率密度及Tjoperation应用结温也随之提升，因此在客户应用过程中散热器也由风冷逐渐转换为水冷散热器。
如图1为目前常用的散热器，包括底座901，沿底座901的长度间隔布设有多个冷却槽902，底座901的相对两侧分别设有与冷却槽连通的进水口903和出水口904。对于靠近进水口903的散热器冷却效果好，但是对于靠近出水口903的散热器散热效果差，但不到对多个散热器同时均匀的冷却。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种IGBT模块并联式水冷散热器及制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种IGBT模块并联式水冷散热器及制备方法，通过IGBT模块并联式散热器制备方法的提出以解决现有技术中存在的现有的散热器散热效率差的技术问题。
本发明提供的一种IGBT模块并联式散热器制备方法，包括如下步骤：
在实心块上沿长度间隔开设多个用于SIC模块冷却的冷却槽；
在实心块的相对两侧分别开设进水流道和出水流道，进水流道和出水流道沿实心块的长度布设，在各冷却槽的槽底间隔开设与进水流道连通的导入流道和与出水流道连通的导出流道；
在实心块上沿各冷却槽的外边缘周向开设嵌入槽，在嵌入槽内安装密封圈；在实心块上沿各嵌入槽周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔；
其中，导入流道和导出流道的流道宽度相等，进水流道和出水流道的内直径相等；
其中，进水流道的内直径满足如下公式：
d为管道直径,单位为m；Ploss为SIC模块总功率的1%-5%，单位为KW；Cp为冷却液的比热容，单位为J/Kg℃；p为冷却液密度，△T为进水流道入口温度与出水流道出口温度差值，单位为℃，且△T≤5℃；v为冷却液流速，单位为m3/s，且v≥0.03m/s。
优选地，导入流道的宽度为进水流道内直径的2/3-3/4。
优选地，导入流道端口和导出流道端口的端角进行倒圆角处理。
优选地，进水流道的内直径为3.8-15mm；出水流道（4）的内直径为3.8-15mm。
优选地，实心块的材质金属或复合材料。
本发明还提供了一种基于如上述所述的IGBT模块并联式散热器制备方法获得的IGBT模块并联式水冷散热器，包括实心块，实心块顶部沿长度间隔开设有至少两个冷却槽，实心块相对两侧分别设有进水流道和出水流道，进水流道和出水流道沿实心块的长度布设；各冷却槽底部分别开设有与进水流道连通的导入流道，与出水流道连通的流出通道；
实心块上沿各冷却槽的外边缘周向设有嵌入槽，嵌入槽内安装密封圈；实心块上沿各嵌入槽周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔；其中，导入流道和导出流道的流道宽度相等，进水流道和出水流道的内直径相等；
进水流道（3）的内直径满足如下公式：
d为管道直径,单位为m；Ploss为总耗散功率，单位为KW；Cp为冷却液的比热容，p为冷却液密度，△T为进水流道入口温度与出水流道出口温度差值，单位为℃；v为设定冷却液流速，单位为m3/s；
其中，△T小于等于5℃；
Ploss为SIC模块总功率的1%-5%。
优选地，导入流道端口和导出流道端口的端角呈圆角。
优选地，进水流道的内直径为3.8-15mm；出水流道的内直径为3.8-15mm。
优选地，导入流道的宽度为进水流道内直径的2/3-3/4。
优选地，实心块的材质金属或复合材料。
本发明提供的一种IGBT模块并联式水冷散热器及制备方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明通过IGBT模块并联式散热器制备方法的提出，可以解决对多个SIC模块同时散热问题，在实心块上沿长度间隔开设多个用于SIC模块冷却的冷却槽；在实心块的相对两侧分别开设进水流道和出水流道，进水流道和出水流道沿实心块的长度布设，在各冷却槽的槽底间隔开设与进水流道连通的导入流道和与出水流道连通的导出流道；可以实现多个并联通道分别对各SIC模块同时冷却，各冷却槽为独立的冷却区域，保证冷却效果；同时通过对进水流道内直径的设计，均流行大幅度提升，可以最大程度的满足对SIC模块的冷却，散热的均匀性，对于SIC模块散热温度差不超过5℃。
2、本发明的导入流道的宽度为进水流道内直径的2/3-3/4；在保证流速的情况下，最大的实现对IGBT模块的散热。
3、本发明的导入流道端口和导出流道端口的端角进行倒圆角处理；确保冷却水冲向SIC模块散热翅片时不会引起不稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的IGBT模块并联式水冷散热器的结构示意图（立体图）；
图2为本发明中所述IGBT模块并联式水冷散热器的结构示意图（立体图一）；
图3为本发明中所述IGBT模块并联式水冷散热器的结构示意图（立体图二）；
图4为本发明中所述IGBT模块并联式水冷散热器的结构示意图（剖视图）。
附图标记说明：
1、实心块；2、冷却槽；3、进水流道；4、出水流道；5、导入流道；6、导出流道；7、嵌入槽；8、安装孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2、图3、图4所示，本实施例提供的一种IGBT模块并联式散热器制备方法，包括如下步骤：
S101)在实心块1上沿长度间隔开设多个用于SIC模块冷却的冷却槽2；
S102)在实心块1的相对两侧分别开设进水流道3和出水流道4，进水流道3和出水流道4沿实心块1的长度布设，在各冷却槽1的槽底间隔开设与进水流道3连通的导入流道5和与出水流道连通的导出流道6；
S103)在实心块1上沿各冷却槽2的外边缘周向开设嵌入槽7，在嵌入槽7内安装密封圈；在实心块1上沿各嵌入槽7周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔8；
其中，导入流道5和导出流道6的流道宽度相等，进水流道3和出水流道4的内直径相等；其中，进水流道3的内直径满足如下公式：
d为管道直径,单位为m；Ploss为SIC模块总功率的1%-5%，单位为KW；Cp为冷却液的比热容，单位为J/Kg℃；p为冷却液密度，△T为进水流道入口温度与出水流道出口温度差值，单位为℃，且△T≤5℃；v为冷却液流速，单位为m3/s，且v≥0.03m/s。
本发明通过IGBT模块并联式散热器制备方法的提出，可以解决对多个SIC模块同时散热问题，在实心块1上沿长度间隔开设多个用于SIC模块冷却的冷却槽2；在实心块1的相对两侧分别开设进水流道3和出水流道4，进水流道3和出水流道4沿实心块1的长度布设，在各冷却槽1的槽底间隔开设与进水流道3连通的导入流道5和与出水流道连通的导出流道6；可以实现多个并联通道分别对各SIC模块同时冷却，各冷却槽为独立的冷却区域，保证冷却效果；同时通过对进水流道3内直径的设计，均流行大幅度提升，可以最大程度的满足对SIC模块的冷却，散热的均匀性，对于SIC模块散热温度差不超过5℃。
再有，IGBT模块并联式散热器制备方法，可以针对不同的应用场景，进行选择性设计，根据具体的要求，IGBT模块并联式水冷散热器的结构修改，提高应用的便捷性。
冷却液可以为水或水与酒精的混合液等，不局限于水，提高了应用的便捷性。
IGBT模块包括SIC模块或SI模块。
例如，对三个电动汽车SIC模块进行冷却，按照三个电动汽车模块的总功率为250kw和热损耗功率为5%为计算，总耗散功率（Ploos）为0.75KW，根据应用，要求进出水温度差为5℃，液体流速为0.03 m/s，冷却液为水，冷却液密度为1×103kg/m3，比热容为4.2×103J/kg℃；按照如下公式计算，
获得的d为6.4mm。
再例如，对三个电动汽车SIC模块进行冷却，按照三个电动汽车模块的总功率为250kw和热损耗功率为1%为计算，总耗散功率（Ploos）为0.25KW，根据应用，要求进出水温度差为5℃，液体流速为0.03 m/s，冷却液为水，冷却液密度为1×103kg/m3，比热容为4.2×103J/kg℃；按照如下公式计算，
获得的d为3.8mm。
再例如，对三个电动汽车SIC模块进行冷却，按照三个电动汽车模块的总功率为250kw和热损耗功率为5%为计算，总耗散功率（Ploos）为0.75KW，根据应用，要求进出水温度差为5℃，液体流速为0.03 m/s，冷却液为水和酒精混合液，酒精质量浓度为50%，冷却液密度为1.058×103kg/m3，比热容为3.4×103j/kg.℃；按照如下公式计算，
获得的d为7.2mm。
由此，可以根据具体的应用场景，获得对应的IGBT模块并联式水冷散热器。
本发明的导入流道5的宽度为进水流道3内直径的2/3-3/4；在保证流速的情况下，最大的实现对IGBT模块的散热。
本发明的导入流道5端口和导出流道6端口的端角进行倒圆角处理；确保冷却水冲向SIC模块散热翅片时不会引起不稳定性。
在一些实施例中，进水流道3的内直径为3.8-15mm；出水流道4的内直径为3.8-15mm。
本发明的实心块1的材质金属或复合材料。
如图2、图3、图4所示，为基于如上述所述的IGBT模块并联式散热器制备方法获得的IGBT模块并联式水冷散热器，包括实心块1，实心块1顶部沿长度间隔开设有至少两个冷却槽2，
实心块1相对两侧分别设有进水流道和出水流道，进水流道和出水流道沿实心块1的长度布设；各冷却槽2底部分别开设有与进水流道3连通的导入流道5，与出水流道4连通的流出通道6；
实心块1上沿各冷却槽2的外边缘周向设有嵌入槽7，嵌入槽7内安装密封圈；实心块1上沿各嵌入槽7周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔8；其中，导入流道5和导出流道6的流道宽度相等，进水流道3和出水流道4的内直径相等；进水流道3的内直径满足如下公式：
d为管道直径,单位为m；Ploss为总耗散功率，单位为KW；Cp为冷却液的比热容，p为冷却液密度，△T为进水流道入口温度与出水流道出口温度差值，单位为℃；v为设定冷却液流速，单位为m3/s；
其中，△T小于等于5℃；
Ploss为SIC模块总功率的1%-5%。
具体地，导入流道5端口和导出流道6端口的端角呈圆角。
具体地，进水流道3的内直径为3.8-15mm；出水流道4的内直径为3.8-15mm。
具体地，导入流道5的宽度为进水流道3内直径的2/3-3/4。
具体地，实心块1的材质金属或复合材料。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种IGBT模块并联式散热器制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
在实心块（1）上沿长度间隔开设多个用于SIC模块冷却的冷却槽（2）；
在实心块（1）的相对两侧分别开设进水流道（3）和出水流道（4），进水流道（3）和出水流道（4）沿实心块（1）的长度布设，在各冷却槽（1）的槽底间隔开设与进水流道（3）连通的导入流道（5）和与出水流道连通的导出流道（6）；
在实心块（1）上沿各冷却槽（2）的外边缘周向开设嵌入槽（7），在嵌入槽（7）内安装密封圈；在实心块（1）上沿各嵌入槽（7）周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔（8）；
其中，导入流道（5）和导出流道（6）的流道宽度相等，进水流道（3）和出水流道（4）的内直径相等；
其中，进水流道（3）的内直径满足如下公式：
；
d为管道直径,单位为m；Ploss为SIC模块总功率的1%-5%，单位为KW；Cp为冷却液的比热容，单位为J/Kg℃；p为冷却液密度，△T为进水流道入口温度与出水流道出口温度差值，单位为℃，且△T≤5℃；v为冷却液流速，单位为m3/s，且v≥0.03m/s。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块并联式散热器制备方法，其特征在于：导入流道（5）的宽度为进水流道（3）内直径的2/3-3/4。
3.根据权利要求2所述的IGBT模块并联式散热器制备方法，其特征在于：导入流道（5）端口和导出流道（6）端口的端角进行倒圆角处理。
4.根据权利要求3所述的IGBT模块并联式散热器制备方法，其特征在于：进水流道（3）的内直径为3.8-15mm；出水流道（4）的内直径为3.8-15mm。
5.根据权利要求4所述的IGBT模块并联式散热器制备方法，其特征在于：实心块（1）的材质金属或复合材料。
6.一种基于如权利要求1所述的IGBT模块并联式散热器制备方法获得的IGBT模块并联式水冷散热器，其特征在于：包括实心块（1），实心块（1）顶部沿长度间隔开设有至少两个冷却槽（2），
实心块（1）相对两侧分别设有进水流道和出水流道，进水流道和出水流道沿实心块（1）的长度布设；各冷却槽（2）底部分别开设有与进水流道（3）连通的导入流道（5），与出水流道（4）连通的流出通道（6）；
实心块（1）上沿各冷却槽（2）的外边缘周向设有嵌入槽（7），嵌入槽（7）内安装密封圈；实心块（1）上沿各嵌入槽（7）周向间隔开设多个用于与SIC模块连接的安装孔（8）；其中，导入流道（5）和导出流道（6）的流道宽度相等，进水流道（3）和出水流道（4）的内直径相等；
进水流道（3）的内直径满足如下公式：
；
d为管道直径,单位为m；Ploss为总耗散功率，单位为KW；Cp为冷却液的比热容，p为冷却液密度，△T为进水流道入口温度与出水流道出口温度差值，单位为℃；v为设定冷却液流速，单位为m3/s；
其中，△T小于等于5℃；
Ploss为SIC模块总功率的1%-5%。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块并联式水冷散热器，其特征在于：导入流道（5）端口和导出流道（6）端口的端角呈圆角。
8.根据权利要求7所述的IGBT模块并联式水冷散热器，其特征在于：进水流道（3）的内直径为3.8-15mm；出水流道（4）的内直径为3.8-15mm。
9.根据权利要求8所述的IGBT模块并联式水冷散热器,其特征在于：导入流道（5）的宽度为进水流道（3）内直径的2/3-3/4。
10.根据权利要求9所述的IGBT模块并联式水冷散热器,其特征在于：实心块（1）的材质金属或复合材料。
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