CN116779560B - 一种大功率半导体散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体散热技术领域，具体涉及一种大功率半导体散热结构。包括半导体基座、壳体和两个导热机构。壳体安装于半导体基座的上端面，半导体基座的下端面用于安装半导体芯片，壳体能够沿着竖直方向伸缩。壳体内充满冷却液，壳体的一端开设有入液口，壳体的另一端开设有出液口。每个导热机构包括调节杆和多个导热板，调节杆滑动地设置于壳体内，导热板滑动地设置于壳体内，导热板的上端垂直设置于调节杆上，多个导热板沿着调节杆的长度方向均布，两个导热机构中的导热板交错设置，以解决现有的散热设备受到安装环境的限制，散热效果较差的问题。

Description

一种大功率半导体散热结构

技术领域

本发明涉及半导体散热技术领域，具体涉及一种大功率半导体散热结构。

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，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，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。电子元器件的高效散热问题，受到传热学以及流体力学的原理影响，电气器件的散热就是对电子设备运行温度进行控制，进而保障其工作的温度性以及安全性，其主要涉及散热、材料等各个方面的不同内容。现阶段主要的散热方式主要就是自然、强制、液体、制冷、疏导、热管等方式。

如授权公告号为CN109742059B的中国专利提供了一种应用于大功率半导体模块“何氏”散热结构，虽然能够对散热基板进行持续冷却，但由于在散热时，热量主要是集中在半导体的基板上，使得散热设备常常会受到不同安装环境的限制，导致散热设备没有足够的空间进行散热。

发明内容

本发明提供一种大功率半导体散热结构，以解决现有的散热设备受到安装环境的限制，散热效果较差的问题。

本发明的一种大功率半导体散热结构采用如下技术方案：一种大功率半导体散热结构包括半导体基座、壳体和两个导热机构。壳体安装于半导体基座的上端面，半导体基座的下端面用于安装半导体芯片，壳体能够沿着竖直方向伸缩。壳体内充满冷却液，壳体的一端开设有入液口，壳体的另一端开设有出液口。

每个导热机构包括调节杆和多个导热板，调节杆滑动地设置于壳体内，调节杆沿着半导体基座的长度方向延伸。多个导热板滑动地设置于壳体内，多个导热板沿着调节杆的长度方向均布，每个导热板的上端都垂直设置于调节杆上，且导热板能够弯曲，两个导热机构中的导热板交错设置。两个导热机构能够互相靠近或远离。

进一步地，壳体的上端面固定设置有冷却密封盖，冷却密封盖具有左右两个端部，在两个端部上分别固定设置有转动壳，转动壳处开设有贯穿冷却密封盖的第一通孔。

所述大功率半导体散热结构还包括两个调节机构，两个调节机构和两个导热机构一一对应。每个调节机构包括第一内螺杆、第一外螺筒和摆动圆盘。第一内螺杆竖直设置于半导体基座上，第一内螺杆周壁上设置有第一螺纹。第一外螺筒套设于第一内螺杆上，第一外螺筒内开设有与第一螺纹配合的第一螺纹槽。摆动圆盘转动设置于转动壳内，第一外螺筒的上端穿过第一通孔并连接于摆动圆盘。摆动圆盘上设置有伸缩杆，伸缩杆沿着摆动圆盘的径向延伸，伸缩杆的一端转动连接于相邻的调节杆的一端。

进一步地，调节机构还包括扭簧，扭簧设置于摆动圆盘内，扭簧的内端固定连接于第一外螺筒的上端，扭簧的外端固定连接于摆动圆盘的内壁。

进一步地，冷却密封盖上开设有至少一个第二通孔。所述大功率半导体散热结构还包括至少一个拧紧机构，拧紧机构包括第二内螺杆和第二外螺筒。第二内螺杆竖直设置于半导体基座上，第二内螺杆周壁上设置有第二螺纹。第二外螺筒套设于第二内螺杆上，第二外螺筒的上端设置于第二通孔内，第二外螺筒内开设有与第二螺纹配合的第二螺纹槽。第二外螺筒的上端固定设置有转动块，转动块的下端面和冷却密封盖的上端面相抵。

进一步地，转动壳内设置有限位块，摆动圆盘的外壁上开设有限位槽，限位块设置于限位槽内。第一外螺筒转动，扭簧蓄力，在扭簧压缩到预设值以下时，限位块脱离限位槽。

进一步地，调节机构还包括至少一个弹簧，弹簧套设于第一外螺筒，弹簧的下端固定连接于半导体基座，弹簧的上端固定连接于冷却密封盖。

进一步地，冷却密封盖上沿着导热板的长度方向开设有两个第一滑槽，调节杆靠近伸缩杆的一端固定设置有竖直的连接杆，连接杆滑动地设置于第一滑槽内，伸缩杆靠近调节杆的一端转动连接于连接杆。

进一步地，导热板为传热材料，将半导体基座上的热量传导到导热板上。

进一步地，半导体基座上开设有多个螺纹孔，半导体基座上设置有多个螺钉，通过多个螺钉将半导体基座安装在指定位置。

进一步地，入液口处外接循环进液装置，出液口处外接循环出液装置。

本发明的有益效果是：本发明的一种大功率半导体散热结构，可根据安装的环境来调节冷却密封盖安装的厚度，以保证在安装后不影响其他的单元进行工作。导热板通过导热材料的设置及时地将热量从集成板转移到导热材料上，且导热板可伸缩，保证在不同体积下都可以正常导热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大功率半导体散热结构的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构处于较大空间时的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构处于较小空间时的结构示意图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构的壳体的结构示意图；

图6为图5中B处的放大图；

图7为图5中C处的放大图；

图8为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构处于较大空间时的剖视图；

图9为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构处于较小空间时的剖视图；

图10为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构较大空间时的冷却液的流向示意图；

图11为本发明另一实施例提供的一种大功率半导体散热结构较小空间时的冷却液的流向示意图。

图中：100、冷却密封盖；200、壳体；210、半导体基座；211、入液口；212、出液口；220、导热板；310、弹簧；331、第一内螺杆；332、第一外螺筒；341、第二内螺杆；342、第二外螺筒；400、调节机构；410、摆动圆盘；411、伸缩杆；420、调节杆；430、转动壳；431、限位块；440、扭簧。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1至图11所示，本发明实施例提供了一种大功率半导体散热结构，包括半导体基座210、壳体200和两个导热机构。壳体200安装于基座210的上端面，半导体基座210的下端面用于安装半导体芯片，壳体200能够沿着竖直方向伸缩。壳体200内充满冷却液，壳体200的一端开设有入液口211，壳体200的另一端开设有出液口212。

每个导热机构包括调节杆420和多个导热板220，调节杆420滑动地设置于壳体200内，调节杆420沿着半导体基座210的长度方向延伸。多个导热板220滑动地设置于壳体200内，多个导热板220沿着调节杆420的长度方向均布，每个导热板220的上端都垂直设置于调节杆420上，且导热板220能够弯曲，两个导热机构中的导热板220交错设置，两个导热机构能够互相靠近或远离。当两个导热机构中的导热板220相对移动时，逐渐减小两个相邻导热板220所形成的长度，便于冷却液通过。

在另一实施例中，壳体200的上端面固定设置有冷却密封盖100，冷却密封盖100具有左右两个端部，在两个端部上分别固定设置有转动壳430，转动壳430处开设有贯穿冷却密封盖100的第一通孔。所述大功率半导体散热结构还包括两个调节机构400，两个调节机构400和两个导热机构一一对应。每个调节机构400包括第一内螺杆331、第一外螺筒332和摆动圆盘410。第一内螺杆331竖直设置于半导体基座210上，第一内螺杆331周壁上设置有第一螺纹。第一外螺筒332套设于第一内螺杆331上，第一外螺筒332内开设有与第一螺纹配合的第一螺纹槽。摆动圆盘410转动设置于转动壳430内，第一外螺筒332的上端穿过第一通孔并连接于摆动圆盘410。摆动圆盘410上设置有伸缩杆411，伸缩杆411沿着摆动圆盘410的径向延伸，伸缩杆411的一端转动连接于相邻的调节杆420的一端。

当在空间较小的环境中，需要压缩壳体200时，使得冷却密封盖100向下移动，冷却密封盖100向下移动带动第一外螺筒332向下移动，第一外螺筒332向下移动的同时转动，进而带动摆动圆盘410开始转动，摆动圆盘410带动调节杆420移动，使得两个调节杆420靠近，并使得相邻的两个导热板220相对移动。

在另一实施例中，调节机构400还包括扭簧440，扭簧440设置于摆动圆盘410内，扭簧440的内端固定连接于第一外螺筒332的上端，扭簧440的外端固定连接于摆动圆盘410的内壁。当冷却密封盖100向上移动时，扭簧440用于将摆动圆盘410反向转动复位，从而使得两个调节杆420相互远离。

在另一实施例中，冷却密封盖100上开设有一个第二通孔。所述大功率半导体散热结构还包括一个拧紧机构，拧紧机构包括第二内螺杆341和第二外螺筒342。第二内螺杆341竖直设置于半导体基座上，第二内螺杆341周壁上设置有第二螺纹。第二外螺筒342套设于第二内螺杆341上，第二外螺筒342的上端设置于第二通孔内，第二外螺筒342内开设有与第二螺纹配合的第二螺纹槽。第二外螺筒342的上端固定设置有转动块，转动块的下端面和冷却密封盖100的上端面相抵。在空间较小的环境中，通过人工使转动块转动，转动块带动第二外螺筒342转动，第二外螺筒342相对于第二内螺杆341转动并向下移动，从而带动冷却密封盖100向下移动，壳体200收缩，导热板220被压缩。

在一些其它实施例中，冷却密封盖100上的第二通孔有多个，拧紧机构有多个。第二通孔沿着冷却密封盖100的周壁均匀设置，每个第二通孔对应一个拧紧机构。

在另一实施例中，转动壳430内设置有限位块431，摆动圆盘410的外壁上开设有限位槽，限位块431设置于限位槽内。第一外螺筒332转动，扭簧440蓄力，在扭簧440压缩到预设值以下时，限位块431脱离限位槽，摆动圆盘410开始转动。

在另一实施例中，调节机构400还包括一个弹簧310，弹簧310套设于第一外螺筒332，弹簧310的下端固定连接于半导体基座210，弹簧310的上端固定连接于冷却密封盖100。弹簧310用于将第一外螺筒332和冷却密封盖100复位。

在一些其它实施例中，调节机构400的弹簧310有两个，其中一个弹簧310套设于第一外螺筒332，另一个弹簧310套设于第二外螺筒342。

在另一实施例中，冷却密封盖100上沿着导热板220的长度方向开设有两个第一滑槽，调节杆420靠近伸缩杆411的一端固定设置有竖直的连接杆，连接杆滑动地设置于第一滑槽内，伸缩杆411靠近调节杆420的一端转动连接于连接杆。摆动圆盘410通过伸缩杆411带动连接杆转动，进而带动调节杆420移动，使得两个调节杆420靠近或远离。

在另一实施例中，导热板220为传热材料，将半导体基座210上的热量传导到导热板220上，冷却液从多个导热板220之间流过，冷却液与散热基板直接和导热板220、半导体基座210接触，保证了最大散热面积，提高了散热效率。

在另一实施例中，半导体基座210上开设有多个螺纹孔，半导体基座210上设置有多个螺钉，通过多个螺钉穿过螺纹孔将半导体基座210安装在指定位置。

在另一实施例中，入液口211处外接循环进液装置，外接循环进液装置通过入液口211内通入冷却液，出液口212处外接循环出液装置，外接循环出液装置通过出液口212将冷却液抽出，使得冷却液能够流动，从而能够更好地散热。

工作过程：图10和图11中的箭头指向为冷却液的流动方向。通过多个螺钉将半导体基座210安装在指定位置，然后根据安装的环境可以调节冷却密封盖100安装的厚度，以保证在安装后不影响其他的单元进行工作。通过入液口211处外接循环进液装置，出液口212处外接循环出液装置，冷却液从入液口211进入壳体200内，经过壳体200，并最终从出液口212流出，使得冷却液能够流动，从而能够更好地散热。

在空间较大的环境中，冷却液的流向如图10所示，冷却液流过更长的距离，有充足的时间对导热板220进行冷却。

在空间较小的环境中，冷却液的流向如图11所示，通过人工使转动块转动，转动块带动第二外螺筒342转动，第二外螺筒342相对于第二内螺杆341转动并向下移动，从而带动冷却密封盖100向下移动，壳体200收缩，导热板220被压缩。

冷却密封盖100向下移动带动第一外螺筒332向下移动，由于第一内螺杆331和第一外螺筒332螺纹配合，第一外螺筒332向下移动的同时转动，此时扭簧440开始蓄力。当扭簧440被压缩到一定程度后，限位块431脱离限位槽，摆动圆盘410开始转动，摆动圆盘410通过伸缩杆411带动调节杆420移动，使得两个调节杆420靠近，并使得相邻的两个导热板220相对移动，从而减少冷却液流过距离，进而减小冷却液流动的阻力，冷却液能够快速流动散热，确保冷却的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大功率半导体散热结构，其特征在于： 包括半导体基座、壳体和两个导热机构；壳体安装于半导体基座的上端面，半导体基座的下端面用于安装半导体芯片，壳体能够沿着竖直方向伸缩；壳体内充满冷却液，壳体的一端开设有入液口，壳体的另一端开设有出液口；每个导热机构包括调节杆和多个导热板，调节杆滑动地设置于壳体内，调节杆沿着半导体基座的长度方向延伸；多个导热板滑动地设置于壳体内，多个导热板沿着调节杆的长度方向均布，每个导热板的上端都垂直设置于调节杆上，且导热板能够弯曲，两个导热机构中的导热板交错设置；两个导热机构能够互相靠近或远离；

壳体的上端面固定设置有冷却密封盖，冷却密封盖具有左右两个端部，在两个端部上分别固定设置有转动壳，转动壳处开设有贯穿冷却密封盖的第一通孔；所述大功率半导体散热结构还包括两个调节机构，两个调节机构和两个导热机构一一对应；每个调节机构包括第一内螺杆、第一外螺筒和摆动圆盘；第一内螺杆竖直设置于半导体基座上，第一内螺杆周壁上设置有第一螺纹；第一外螺筒套设于第一内螺杆上，第一外螺筒内开设有与第一螺纹配合的第一螺纹槽；摆动圆盘转动设置于转动壳内，第一外螺筒的上端穿过第一通孔并连接于摆动圆盘；摆动圆盘上设置有伸缩杆，伸缩杆沿着摆动圆盘的径向延伸，伸缩杆的一端转动连接于相邻的调节杆的一端；

所述调节机构还包括扭簧，扭簧设置于摆动圆盘内，扭簧的内端固定连接于第一外螺筒的上端，扭簧的外端固定连接于摆动圆盘的内壁；

所述冷却密封盖上开设有至少一个第二通孔；所述大功率半导体散热结构还包括至少一个拧紧机构，拧紧机构包括第二内螺杆和第二外螺筒；第二内螺杆竖直设置于半导体基座上，第二内螺杆周壁上设置有第二螺纹；第二外螺筒套设于第二内螺杆上，第二外螺筒的上端设置于第二通孔内，第二外螺筒内开设有与第二螺纹配合的第二螺纹槽；第二外螺筒的上端固定设置有转动块，转动块的下端面和冷却密封盖的上端面相抵；

所述转动壳内设置有限位块，摆动圆盘的外壁上开设有限位槽，限位块设置于限位槽内；第一外螺筒转动，扭簧蓄力，在扭簧压缩到预设值以下时，限位块脱离限位槽。

2.根据权利要求1所述的一种大功率半导体散热结构，其特征在于：调节机构还包括至少一个弹簧，弹簧套设于第一外螺筒，弹簧的下端固定连接于半导体基座，弹簧的上端固定连接于冷却密封盖。

3.根据权利要求1所述的一种大功率半导体散热结构，其特征在于：冷却密封盖上沿着导热板的长度方向开设有两个第一滑槽，调节杆靠近伸缩杆的一端固定设置有竖直的连接杆，连接杆滑动地设置于第一滑槽内，伸缩杆靠近调节杆的一端转动连接于连接杆。

4.根据权利要求1所述的一种大功率半导体散热结构，其特征在于：导热板为传热材料，将半导体基座上的热量传导到导热板上。

5.根据权利要求1所述的一种大功率半导体散热结构，其特征在于：半导体基座上开设有多个螺纹孔，半导体基座上设置有多个螺钉，通过多个螺钉将半导体基座安装在指定位置。

6.根据权利要求1所述的一种大功率半导体散热结构，其特征在于： 入液口处外接循环进液装置，出液口处外接循环出液装置。