CN117693156A - 包括排出热能的两相流体的电子部件、电子系统和飞行器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种电子部件、包括该电子部件的电子系统和包括该电子系统的飞行器。该电子部件包括用于从所述电子部件的半导体排出热能的两相流体。本发明的主题是一种电子部件(30)，该电子部件包括：导电材料层(32a‑32d)和非导电材料层(34a‑34c)的堆叠体，容积限定在两个相邻层之间；以及设置在所述容积中的半导体(36)。电子部件(30)还包括冷却装置，该冷却装置采用填充所述容积(38)的两相流体的形式。此电子部件的重量和容积减小，并且性能得到改进。
Description
技术领域
本申请涉及一种电子部件，该电子部件包括用于直接冷却所述电子部件的半导体的装置，该装置采用与所述半导体接触流动的两相流体的形式。
背景技术
图1示出了根据一个实施例的电子部件。此电子部件10包括与陶瓷衬底14a-14c的层交替的铜层12a-12d的堆叠体。铜层12a、12d是堆叠体的外层。在衬底层之一14b上，布置了至少一个半导体16。半导体16经由焊料22电连接到相邻的铜层12b、12c。半导体16由环氧树脂层18保护，该环氧树脂层定位在布置了半导体16的衬底层14b与相邻的铜层12c之间。电子部件10具有被称为“直接键合铜”的结构。
为了冷却半导体16，散热器20在层的堆叠体的两侧上，经由导热膏附接到电子部件10，或者直接焊接到铜的外层。由于
散热器20的位置，由半导体16发射的热损失必须通过铜层12a-12d和陶瓷层14a-14c排出，这导致效率低下，因为所述层具有明显的热阻。
此外，这种散热器具有明显的重量，这影响了电子部件的重量。
本发明旨在提出这种冷却电子部件的半导体的方式的替代解决方案。
发明内容
为此，本发明的一个主题是一种电子部件，该电子部件包括至少一个第一和一个第二导电材料层与至少一个第三非导电材料层交替的堆叠体，第三层定位在第一层与第二层之间，并且包括面向第二层并与第二层间隔布置的第一面以及面向第一层并与第一层接触布置的与第一面相反的第二面，容积限定在第三层的第一面与第二层之间。
根据本发明，电子部件包括布置在第三层的第一面上在所述容积中的至少一个半导体和采用填充所述容积的两相流体的形式的冷却装置。
因此，根据本发明的电子部件没有环氧树脂层或散热器。
有利地，根据本发明的电子部件相对于现有技术的电子部件的重量轻，因为所述电子部件没有散热器，而散热器对所述电子部件的重量具有不可忽视的影响。此外，特别是由于半导体的冷却更高效，所以根据本发明的电子部件具有改进的性能，这允许它们的使用寿命延长，而且电子部件的效率较高。有利地，安装根据本发明的电子部件较容易，因为它体积较小。
根据另一个特征，两相流体是液气两相流体。根据此特征，该容积具有入口和出口，该电子部件包括两相流体的罐、流体地连接在罐与所述容积的入口之间的泵、在所述容积的入口与出口之间流动的两相流体、以及流体地连接在所述容积的出口与罐的入口之间的冷凝器。
根据另一个特征，液气两相流体包括在以下列表中：电介质油、净化水、甲醇、丙酮、R1234制冷剂气体和FC-7油。
根据另一个特征，两相流体是固液两相流体。根据此特征，电子部件包括封装第一层、第二层和第三层的壳体，所述壳体填充有两相流体并由导热材料制成。
根据另一个特征，固液两相流体包括在以下列表中：月桂酸、纯镓和INERTEK微囊。
根据另一个特征，电子部件是功率转换器、或开关、或逆变器、或电压适配器、或电流适配器。
本发明的另一个主题是包括至少一个根据本发明的电子部件的电子系统、以及包括至少一个根据本发明的电子系统的飞行器。
附图说明
其他特征和优点将从本发明的以下描述中变得明显，该描述仅仅是通过示例方式参照附图给出的，在附图中：
图1是电子部件的剖视示意图，展示了现有技术的一个实施例，
图2是电子部件的剖视示意图，展示了本发明的一个实施例，
图3是电子部件的剖视示意图，展示了本发明的第一实施例，
图4是电子部件的剖视示意图，展示了本发明的第二实施例，以及
图5是包括电子系统(该电子系统本身包括电子部件)的飞行器的立体示意图，展示了本发明的一个实施例。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的一个实施例的电子部件30。此电子部件30包括导电材料层32a-32d(比如铜)与非导电材料层34a-34c(例如陶瓷衬底)交替的堆叠体。第一铜层32a和第四铜层32d是堆叠体的外层。陶瓷层34a-34c只是堆叠体的内层。第一陶瓷层34a布置在第一铜层32a与第二铜层32b之间；第二陶瓷层34b布置在第二铜层32b与第三铜层32c之间；第三陶瓷层34c布置在第三铜层32c与第四铜层32d之间。当然，电子部件30可以包括比所示更多或更少的铜层32a-32d或陶瓷层34a-34c。
在第二陶瓷层34b与第三铜层32c之间，限定了容积38。第二陶瓷层34b具有面向第二铜层32b并与第二铜层接触布置的第一面F1、以及面向第三铜层32c并与第三铜层间隔布置的相反的第二面F2。换句话说，层32a、34a、32b、34b以此顺序彼此接触堆叠，在所述层之间没有空间，并且层32c、34c、32d以此顺序彼此接触堆叠，在所述层之间没有空间，而在层34b和32c之间有空间。
在陶瓷层34b上，在第二面F2处，布置了至少一个半导体36。半导体36因此布置在容积38中。半导体36经由焊料42电连接到第二铜层32b和第三铜层32c。因此，电子部件30具有被称为“直接键合铜”的结构。
此电子部件30的容积38没有环氧树脂。
电子部件30包括至少部分定位在容积38中的冷却装置。这些冷却装置采用填充容积38的两相流体的形式。换句话说，半导体36浸没在填充容积38的两相流体中。除了焊接到陶瓷层34b的半导体36的表面之外，半导体36的其他表面与两相流体接触。两相流体布置在容积38中，而不是图1所示的根据现有技术使用的环氧树脂布置在该容积中。
两相流体是一种相变材料，其可以取决于温度从第一状态的相改变为第二状态的相，反之亦然。例如，两相流体可以是液气两相流体，或者固液两相流体。
此电子部件30没有散热器。
根据图3所示的第一实施例，两相流体是液气两相流体。非限制性地，液气两相流体可以是HFE-7000(氢氟醚)或NOVECTM 7000型的电介质油、净化水、甲醇、丙酮、R1234制冷剂气体或实际上是FC-7X油。两相流体被配置为当温度低于预定相变温度时处于液相，并且当温度变得高于预定相变温度时转变成气相。当两相流体处于气相时，此两相流体被配置成当温度再次变得低于预定相变温度时转变回液相。
电子部件30包括两相流体的罐50，该罐包括入口50a和出口50b。在罐50中，两相流体处于液态。罐50的出口50b经由管道54a流体连接到泵56。泵56还经由管道54b流体连接到容积38的入口38a。两相流体在容积38的入口38a与出口38b之间流动。泵56使得能够对来自罐50的两相流体加压，使得两相流体在容积38中被正确地输送和流动。两相流体的流动由箭头F示出。电子部件30包括冷凝器52，该冷凝器分别经由管道54c、54d流体地连接到容积38的出口38b和罐50的入口50a。
当使用电子部件30时，半导体36的温度升高，并且在容积38的入口38a与出口38b之间流动的两相流体将从其液相转变为其气相，以便吸收这种温度升高并冷却所述半导体36。更具体地，两相流体的相变使得能够提取工作中的半导体36发射的热能。
当气体形式的两相流体进入冷凝器52时，在被送回罐50之前，该流体从其气态转变成液态。冷凝器52因此使得能够冷却已从半导体36吸收热能的两相流体。
为了冷却两相流体，冷凝器52可以与环境空气接触，或者与二次冷却回路接触。
通过两相流体的相变来冷却使得能够通过控制电子部件30的容积38的出口38b处的压力来施加半导体36的结温。
根据图4所示的第二实施例，两相流体是固液两相流体。非限制性地，固液两相流体可以是比如椰子油(相变温度在25℃左右)等月桂酸、纯镓(相变温度在30℃左右)或实际上是INERTEK微囊(取决于微囊相变材料，相变温度范围是5℃到28℃)。两相流体被配置成当温度低于预定相变温度时处于固相，并且当温度变得高于预定相变温度时转变成液相。当两相流体处于液相时，此两相流体被配置成当温度再次变得低于预定相变温度时转变回固相。
电子部件30包括封装铜层32a-32d和陶瓷层34a-34c的壳体60。壳体60、特别是半导体36周围的第二陶瓷层34b和第三铜层32c之间的容积38填充有两相流体。在壳体60中，两相流体处于其固态。在固相时，两相流体执行固定和保护半导体36的功能。壳体60由导热材料制成，例如铝或铜。
当使用电子部件30时，半导体36的温度升高，并且存在于容积38中的两相流体将从其固相转变到其液相，以便提取工作中的半导体36发射的热能并吸收这种温度升高。接着，壳体60被配置成热消散在相变期间由两相流体吸收的能量。热能接着通过传导排出到壳体60中，接着通过自然对流或辐射从壳体60排出到电子部件30的周围环境中。
图5示出了飞行器70，其中集成了至少一个电子系统72，该电子系统包括至少一个如上所述的电子部件30。
非限制性地，电子部件30可以是功率转换器、开关、逆变器或电压或电流适配器，更一般地是包括至少一个被称为功率半导体的半导体的任何电子部件。
Claims (8)
1.一种电子部件(30)，所述电子部件包括至少一个第一和一个第二导电材料层(32a-32d)与至少一个第三非导电材料层(34a-34c)交替的堆叠体，所述第三层(34a-34c)定位在所述第一与第二层(32a-32d)之间，并且包括面向所述第二层(32c-32d)并与所述第二层间隔布置的第一面(F2)以及面向所述第一层(32a-32b)并与所述第一层接触布置的与所述第一面(F2)相反的第二面(F1)，容积(38)限定在所述第三层(34a-34c)的第一面(F2)与所述第二层(32a-32d)之间，其特征在于所述电子部件(30)包括布置在所述容积(38)中在所述第三层(34a-34c)的第一面(F2)上的至少一个半导体(36)和采用填充所述容积(38)的两相流体的形式的冷却装置。
2.如权利要求1所述的电子部件(30)，其特征在于，所述两相流体是液气两相流体，所述容积(38)具有入口(38a)和出口(38b)，并且所述电子部件(30)包括两相流体的罐(50)、流体地连接在所述罐(50)与所述容积(38)的入口(38a)之间的泵(56)、在所述容积(38)的入口(38a)与出口(38b)之间流动的所述两相流体、以及流体地连接在所述容积(38)的出口(38b)与所述罐(50)的入口(50a)之间的冷凝器(52)。
3.如权利要求2所述的电子部件(30)，其特征在于，所述液气两相流体包括在以下列表中：电介质油、净化水、甲醇、丙酮、R1234制冷剂气体和FC-7油。
4.如权利要求1所述的电子部件(30)，其特征在于，所述两相流体是固液两相流体，并且所述电子部件(30)包括封装所述第一、第二和第三层(32a-32d，34a-34c)的壳体(60)，所述壳体(60)填充有所述两相流体并且由导热材料制成。
5.如权利要求4所述的电子部件(30)，其特征在于，所述固液两相流体包括在以下列表中：月桂酸、纯镓和INERTEK微囊。
6.如权利要求4所述的电子部件(30)，其特征在于，所述电子部件(30)是功率转换器、或开关、或逆变器、或电压适配器、或电流适配器。
7.一种电子系统(72)，所述电子系统包括至少一个如权利要求1至6之一所述的电子部件(30)。
8.一种飞行器(70)，所述飞行器包括至少一个如权利要求7所述的电子系统(72)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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