CN116646319A - 一种功率半导体的液冷散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功率半导体的液冷散热器，涉及功率半导体技术领域，包括：安装件的顶部开设有用于安装功率半导体的第一安装槽；液冷组件与安装件的底部连接，液冷组件的顶部设有若干散热柱，安装件的底部开设有用于容纳各散热柱的第二安装槽，各散热柱的顶部和第二安装槽的底部接触，液冷组件的侧壁设有一个液体入口和至少一个液体出口，各散热柱内置液体通道，各液体通道的入口连接液体入口，各液体通道的出口连接液体出口。有益效果是通过在液冷组件顶部设置多个均匀分布的散热柱实现均匀散热，并且通过外壁的散热鳍片，增加外壁的传热表面积，提高散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体技术领域，尤其涉及一种功率半导体的液冷散热器。
背景技术
大功率半导体器件通常需要通过大电流，散热问题很关键。散热方式随着功率密度的增加、芯片工艺的提高而需要进行更新，大功率半导体器件在正常工作中，内部芯片会产生热量，热量会通过不同的介质、界面传递到散热器或外界，随着芯片工艺的提高，芯片的体积越来越小，其热阻会越来越高，芯片的结温会越来越高。如何及时将热量传导出去(减少热阻)成为了提高功率半导体工作寿命的关键。
传统的散热方式是采用导热硅脂把功率半导体器件的DBC(直接键合铜)的背面、铜基板与散热器连接到一起，其散热途径是芯片—DBC—铜底板—导热硅脂—散热器—外界空间以及芯片—硅胶—外壳—外界空间。芯片热阻、烧结(焊接)热阻和管壳热阻存在于器件内部，不同的散热方式对于热阻Rthja(器件到环境的热阻)和Rthjc(器件到外壳的热阻)以及系统散热的影响是巨大的。新式的散热方式有如针翅式(PinFin)半导体器件、液冷散热器等。针翅式(Pin Fin)半导体器件的散热效率是一般的水冷方式的散热效率的一倍以上，而水冷方式的散热效率是传统散热(空气对流)方式的散热效率的一倍，但是针翅式(PinFin)器件和新式水冷散热器的散热存在散热不均的问题，通常在散热器排液口的芯片温度大于进液口的芯片温度，随着冷凝液的流动，热量也在不断积累，导致功率器件存在芯片温度不均的问题。
因此，需要开发一种可以提高大功率半导体器件的散热效率，并且保证其传热均匀，提高其工作寿命的散热器。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种功率半导体的液冷散热器，包括：
安装件，所述安装件的顶部开设有用于安装所述功率半导体的第一安装槽；
液冷组件，所述液冷组件与所述安装件的底部连接，所述液冷组件的顶部设有若干散热柱，所述安装件的底部开设有用于容纳各所述散热柱的第二安装槽，各所述散热柱的顶部和所述第二安装槽的底部接触，所述液冷组件的侧壁设有一个液体入口和至少一个液体出口。
优选的，所述安装件的每个外侧壁上均设有至少一个散热层，每个所述散热层包括若干散热鳍片。
优选的，每个所述散热层中的各所述散热鳍片等间距阵列排布。
优选的，所述液冷组件包括：
散热件，所述散热件上设有若干所述散热柱，各所述散热柱均内置有液体通道；
液体循环件，连接所述散热件的底部，所述液体循环件的内部设有与所述液体入口连通的液体主流道，所述液体循环件的顶部设有若干与各所述液体通道对应的液体分流道，每个液体分流道分别连通一个所述液体通道的入口和所述液体主流道，所述液体循环件的顶部表面开设有多条与各所述液体出口对应的排液槽，每个所述排液槽连通对应的所述液体出口和多个所述液体通道的出口。
优选的，所述散热件上的各所述散热柱按行列均匀设置，每个所述排液槽对应连通同一列的各所述散热柱的所述液体通道的出口和对应的所述液体出口。
优选的，各所述散热鳍片为折线型。
优选的，各所述液体分流道平行于所述液体循环件的厚度方向。
优选的，所述安装件上设有多个安装螺孔，所述功率半导体通过螺钉安装入对应的所述安装螺孔以与所述安装件固定连接。
优选的，所述功率半导体的底部与所述第一安装槽的底部之间还涂覆有导热层。
优选的，所述液体通道为U字型。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
1.本液冷散热器将功率半导体通过螺栓固定在安装件上，安装件接触液冷组件上的散热柱。向液体循环件注入一定量的冷却液，冷却液通过液体主流道和液体分流道流入各个散热柱的液体通道，通过冷却液的上下流动，降低散热柱的温度来增加散热件与安装件的温度差，提高传热效率，散热柱均匀分布实现均匀散热。冷却液从散热器两侧的液体出口流至多个换热器，提高冷却液的冷却效率。
2.本液冷散热器通过外壁的散热鳍片，增加外壁的传热表面积，提高散热效率。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，一种功率半导体的液冷散热器的结构示意图；
图2为本发明的较佳的实施例中，散热件的俯视图；
图3为本发明的较佳的实施例中，散热件的剖视图；
图4为本发明的较佳的实施例中，液体循环件的剖视图；
图5为本发明的较佳的实施例中，液体循环件的俯视图；
图6为本发明的较佳的实施例中，安装件的三视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种功率半导体的液冷散热器，如图1所示，包括：
安装件1，安装件1的顶部开设有用于安装功率半导体的第一安装槽11；
液冷组件2，液冷组件2与安装件1的底部连接，液冷组件2的顶部设有若干散热柱21，安装件1的底部开设有用于容纳各散热柱的第二安装槽12，各散热柱21的顶部和第二安装槽12的底部接触，液冷组件2的侧壁设有一个液体入口22和至少一个液体出口23，各散热柱21内置液体通道211，各液体通道211的入口连接液体入口22，各液体通道211的出口连接液体出口23。
本发明的较佳的实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，液冷组件2包括：
散热件24，散热件上设有若干散热柱21，各散热柱21均内置有液体通道211；
液体循环件25，连接散热件24的底部，液体循环件25的内部设有与液体入口22连通的液体主流道251，液体循环件25的顶部设有若干与各液体通道211对应的液体分流道252，每个液体通道211的入口通过一个对应的液体分流道252连接液体主流道251，液体循环件25的顶部表面开设有多条与各液体出口23对应连通的排液槽253，每个排液槽253连通对应的液体出口23和多个液体通道211的出口。
本发明的较佳的实施例中，散热件24上的各散热柱21按行列均匀设置，每个排液槽253对应连通同一列的各散热柱21的液体通道211的出口和对应的液体出口23。
具体的，本实施例中，为了解决传统功率半导体液冷散热器散热效率低和散热不均的问题本发明提出了一种功率半导体的液冷散热器，如图1所示，本液冷散热器分为三层，分别是最上层的安装件1，中间的散热件24，和底部的液体循环件25，可以从图中看出，第一安装槽11和第二安装槽12之间的间隔很小仅一层1mm金属材料，使得第二安装槽12内的散热柱21的顶部和第一安装槽11内的功率半导体的底部间距很小，使得热传导效率高，提供散热效率；
具体的，本发明的优选的一次实施例中，将散热柱21的高度设为6mm，第二安装槽12的深度也设为6mm使得散热柱21的顶部和第二安装槽12的底部接触，同时第一安装槽11和第二安装槽12之间仅间隔1mm的金属，提高了散热效率。
如图2，为散热件24的俯视图，可以看出散热柱21在散热件24的顶部是按照行列的方式均匀分布的，使得实现均匀散热的效果，如图3所示，为散热件24的剖视图，可以看到每个散热件21的内部都设置有一个液体通道211冷却液可以通过这个液体通道211在散热柱21中流动带走功率半导体产生的热量，如图4所示，为与散热件24相配合的液体循环件25的剖视图，可以看出，在液体循环件25的底部设有一个液体主流道251，外部换热器的冷却液通过液体入口22流入液体主流道251，随后通过各个液体分流道252流入对应的散热柱21中的液体通道211里，冷却液在散热柱21中实现热交换后流入排液槽253中再通过对应的液体出口23流回换热器完成整个散热过程。液体入口22与液体出口23呈竖直方向分布，避免液体出口23的热量累计对功率半导体的影响。
如图5所示，为液体循环件25的俯视图，可以看出，表面设有多个排液槽253，每个排液槽253连通一个液体出口23，与散热件24上的一列散热柱21的位置对应，在每个排液槽253的一侧设有多个液体分流道252，以此方式实现多个散热柱21通过不同的液体分流道252流入冷却液，通过同一个排液槽253排出冷却液；提高排液效率，并且如图中所示，本实施例中各排液槽253错位分布，相邻的排液槽253对应的液体出口23设在液体循环件25的不同侧的侧壁，使冷却液分流可以至多个换热器，提高冷却液的冷却效率。
本发明的较佳的实施例中，如图6所示，安装件1的每个外侧壁上均设有至少一个散热层13，每个散热层包括若干散热鳍片131。
本发明的较佳的实施例中，如图6所示，每个散热层13中的各散热鳍片131等间距阵列排布。
具体的，本实施例中，如图6所示，为安装件1的俯视图、仰视图和侧视图，可以从侧视图中看出，在安装件1的侧壁上有多层有散热鳍片组成的散热层13，优选的，本实施例中为了更好的散热效果，将散热层13设为三层，随后观察仰视图或俯视图，可以看出每一层散热层13中的散热鳍片131是按照等间距阵列排布，可以减小相邻散热鳍片131之间的热辐射影响，提高散热效率，优选的，本实施例中在安装件1的长度方向的两侧侧壁上设置了散热鳍片131，为了更好的散热效果还可以在安装件1的宽度方向的侧壁加设散热鳍片131。
本发明的较佳的实施例中，如图6所示，各散热鳍片131为折线型。
具体的，本实施例中，散热鳍片131设为折线型，可以增加散热鳍片131的表面积增加散热效率，本实施例中散热鳍片131弯折一次，为了更好的散热效果还可以在空间允许的情况下弯折多次进一步提高散热效率。
本发明的较佳的实施例中，如图5所示，各液体分流道252平行于液体循环件25的厚度方向。
本发明的较佳的实施例中，如图6所示，安装件1上设有多个安装螺孔14，功率半导体通过螺钉安装入对应的安装螺孔14以与安装件1固定连接。
具体的，本实施例中，功率半导体通过螺钉安装在安装件1的安装螺孔中以安装在第一安装槽11内，如图6所示，第一安装槽11的面积大于第二安装槽12，用于提供空间给功率半导体安装螺钉。
本发明的较佳的实施例中，功率半导体的底部与第一安装槽11的底部之间还涂覆有导热层。
具体的，本实施例中，在第一安装槽11的底部涂覆有导热硅脂材料，可以填充功率半导体底部和第一安装槽11底部之间的空隙提高散热效率。
本发明的较佳的实施例中，如图2所示，液体通道为U字型。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种功率半导体的液冷散热器，其特征在于，包括：
安装件，所述安装件的顶部开设有用于安装所述功率半导体的第一安装槽；
液冷组件，所述液冷组件与所述安装件的底部连接，所述液冷组件的顶部设有若干散热柱，所述安装件的底部开设有用于容纳各所述散热柱的第二安装槽，各所述散热柱的顶部和所述第二安装槽的底部接触，所述液冷组件的侧壁设有一个液体入口和至少一个液体出口，各所述散热柱内置液体通道，各所述液体通道的入口连接所述液体入口，各所述液体通道的出口连接所述液体出口。
2.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述安装件的每个外侧壁上均设有至少一个散热层，每个所述散热层包括若干散热鳍片。
3.根据权利要求2所述的液冷散热器，其特征在于，每个所述散热层中的各所述散热鳍片等间距阵列排布。
4.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述液冷组件包括：
散热件，所述散热件上设有若干所述散热柱，各所述散热柱均内置有所述液体通道；
液体循环件，连接所述散热件的底部，所述液体循环件的内部设有与所述液体入口连通的液体主流道，所述液体循环件的顶部设有若干与各所述液体通道对应的液体分流道，每个所述液体通道的入口通过一个对应的所述液体分流道连接所述液体主流道，所述液体循环件的顶部表面开设有多条与各所述液体出口对应连通的排液槽，每个所述排液槽连通对应的所述液体出口和多个所述液体通道的出口。
5.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，所述散热件上的各所述散热柱按行列均匀设置，每个所述排液槽对应连通同一列的各所述散热柱的所述液体通道的出口和对应的所述液体出口。
6.根据权利要求2所述的液冷散热器，其特征在于，各所述散热鳍片为折线型。
7.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，各所述液体分流道平行于所述液体循环件的厚度方向。
8.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述安装件上设有多个安装螺孔，所述功率半导体通过螺钉安装入对应的所述安装螺孔以与所述安装件固定连接。
9.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述功率半导体的底部与所述第一安装槽的底部之间还涂覆有导热层。
10.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，所述液体通道为U字型。
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