CN202888157U - 一种电力半导体元件用液冷板式散热器 - Google Patents

Abstract

一种电力半导体元件用液冷板式散热器，包括基板和盖板，基板和盖板采用真空钎焊成为一体结构，在基板和盖板上布有IGBT元件安装孔及其元件安装面；在基板与盖板贴合的内面上开有冷却液流道；其特征在于：所述的冷却液流道整体使用沉台加直槽的组合结构，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件发热区域的散热得到强化；在沿上槽道方向上设有两个截流沉台，且截流沉台与槽道流动方向成一定角度；且在下部的流道沉台处设有两个以上小凸块。该液冷冷板具有散热能力强、加工简单、可靠性高的优点，可广泛应用在IGBT的冷却装置中。

Description

一种电力半导体元件用液冷板式散热器

技术领域

本实用新型涉及一种液冷散热器，尤其指用于电力半导体元件冷却的液冷板式散热器，国际专利分类号为B61F05/02，主要用于大功率IGBT元件的液冷冷却。 

背景技术

大功率IGBT元件在工作时耗散功率高、热流密度和发热量大，导致元件温度升高，将严重影响产品的质量和可靠性，因此必须对其采用适当的冷却方式进行散热。电力半导体元件的冷却通常用液冷、风冷、热管、自然冷却散热器，其中液冷包括水冷和油冷。在实际的工程应用中，为了冷却溶液在零度以下不结冰，一般采用一定比例乙二醇水溶液进行冷却。 

在低功率的电力半导体元件的液冷散热器中，由于热流密度低，简单的流道设计即可满足散热要求，所以现在一般的液体散热器都是采用简单的回形结构或网格结构。而随着IGBT大范围推广和其耗散功率的提高，散热器的结构及内部流道布局变得非常重要。再用简单的内部结构已经不能满足要求，需要对此加以改进。通过专利检索发现有不少关于液冷散热器的专利，其中与本实用新型相关的主要有以下几个： 

1、专利号为CN02254483.6，名称为“液冷散热器”的中国实用新型专利，该专利公开了一种液体散热器，其特点是在散热体至少有一条管道穿过至少散热体，在管道上安装有另一组散热片，管道的两端与泵的进出口连接。散热片可以与散热体连接，散热片也可以与散热体分离，管道的两端与泵的进出口连接。

2、专利号为CN200820235849.7，名称为“液冷散热器”的中国实用新型专利，该专利公开了一种液冷散热器，包括良导热散热主体，在所述散热主体内设置有至少一个主流道，在所述主流道内设置有至少一块隔板，以将所述主流道分割成多个并联连接的子流道。散热主体利用型材截面的易加工性，通过在主流道中设置隔板，可将主流道设计成为多种样式、多种形状，可改变流道形状(例如矩形、圆形、长圆形、齿形等)来增大液流过流面积、提高散热效率；对于难以成型的型材，可以将主流道和隔板设计为分离式，即将主流道和隔板分别成型，再进行组合装配，由此形成复杂形状，来保证该液冷散热器双层流道的实现。 

3、专利号为CN201120030282.1，名称为“一种液冷散热器”的中国实用新型专利，该专利公开了一种液冷散热器，包括散热主体，所述散热主体内设置有冷却液主流道，所述冷却液主流道在所述散热主体内盘旋延伸，所述冷却液主流道的一端设有冷却液入口，所述冷却液主流道的另一端设有冷却液出口，其特征在于，所述散热主体内至少设置有一条旁路流道，所述旁路流道连通所述冷却液主流道的一部分的上游和下游。 

上述这些专利，虽然都涉及到液冷散热器，并提到了内部的流道结构，但通过仔细分析，可以发现其内部的结构仍是简单的流道结构，因此仍不能满足现有大耗散功率要求，需要对此做进一步的改进。 

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有液冷散热器内部结构过于简单，不能满足大耗散功率要求的不足，提出一种具有优化内部流道结构的电力半导体元件用液冷板式散热器；该种液冷散热器在双面安装元件、单个IGBT功率高达4KW情况下，完全可以满足大功率IGBT的散热要求。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种电力半导体元件用液冷板式散热器，包括基板和盖板，基板和盖板采用真空钎焊成为一体结构，在基板和盖板上布有IGBT元件安装孔及其元件安装面；在基板与盖板贴合的内面上开有冷却液流道；其特点在于：所述的冷却液流道整体使用沉台加直槽的组合结构，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件发热区域的散热得到强化；由于实际使用过程中，基板的各流道中液流流速不一致，为了保证中间区域的流速较高，在沿上槽道方向上设有两个截流沉台，且截流沉台与槽道流动方向成一定角度；且在下部的流道沉台处设有两个以上小凸块，一方面能使流速更均匀，同时使基板和盖板更好地焊接，提高了散热器的焊接强度。 

进一步，在上槽道与下槽道的连接上，采用单一流道设计，中间没用另外切槽，这样可以减小整体的压降； 

进一步，在冷却液流道各部分转角处采用倒角结构，也有助于降低基板流道的压降。

进一步，为了降低重量，在基板和盖板的外部的进出口处采用凸台结构，基板和盖板的进水口和出水口处为高于器件安装平面的突台，凸台形状为立方体或者圆柱体，设置方式为单面或双面凸台。 

本实用新型的优点在于： 

1）内部流道加工简单，但是具有均流和局部强化效果，能满足高热流密度时的散热和压降要求；

2）水冷板的基板和盖板采用真空钎焊焊接，焊接性能好且可靠性高；

3）外部的进出口处采用凸台结构，可以减小散热器的整体重量。

4）冷板采用的是双面安装元件，且单个元件的功率高达4KW。 

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图； 

图2是本实用新型一个实施例的结构侧面示意图；

图3是本实用新型一个实施例的结构俯视示意图；

图4是本实用新型基板的内部流道结构示意图；

图5是附图4的A-A剖面示意图。

图中：1、基板；2、盖板；3、IGBT元件安装孔；4、元件安装面；5、冷却液流道；6、截流沉台；7、上槽道；8、下部流道沉台；9、下槽道；10、进口；11、出口；12、流道沉台；13、突台；14、隔断筋；15、小凸块。 

具体实施方式

附图1－5给出了本实用新型的一个实施例，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。 

从附图中1和5可以看出本实用新型是一种电力半导体元件用液冷板式散热器，包括基板1和盖板2，基板1和盖板2采用真空钎焊成为一体结构，在基板1和盖板2上布有IGBT元件安装孔3及其元件安装面4；在基板1与盖板2贴合的内面上开有冷却液流道5；其特点在于：液冷板式散热器的设计重点在于其内部流道的布局，流道的设计直接决定了散热器的散热性能和压降；所述的冷却液流道5整体使用沉台加直槽的组合结构，沉台处为冷却液体混合区域，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件发热区域的散热得到强化；由于实际使用过程中，基板的各流道中液流流速不一致，为了保证中间区域的流速较高，在沿上槽道7流道方向上设有两个截流沉台6，且截流沉台6与上槽道7流动方向成一定角度（图中与槽道7流动方向夹角Xo=75-85度）；且在下部流道沉台8处设有两个以上小凸块15，一方面能使流速更均匀，同时使基板1和盖板2更好地焊接，提高了散热器的焊接强度。如附图1和4所示，基板上的冷却液流道5包括进口10、出口11、流道沉台12、截流沉台6和上槽道7与下槽道9构成。 

进一步，为了减低压降，在上槽道7与下槽道9的连接上，采用单一流道设计，中间没用另外切槽，这样可以减小整体的压降；两排槽道拐弯处的隔断筋14相对于其他的槽更长，有利于保证槽道的流速均匀。 

进一步，在冷却液流道5各部分转角处采用倒角结构，也有助于降低基板流道的压降。 

进一步，为了降低重量，在基板1和盖板2的外部的进出口处采用凸台结构，基板和盖板的进水口和出水口处为高于器件安装平面的突台13，方便安装大口径的接头，凸台形状为立方体或者圆柱体，设置方式为单面或双面凸台。 

Claims (6)

1.一种电力半导体元件用液冷板式散热器，包括基板和盖板，基板和盖板采用真空钎焊成为一体结构，在基板和盖板上布有IGBT元件安装孔及其元件安装面；在基板与盖板贴合的内面上开有冷却液流道；其特征在于：所述的冷却液流道整体使用沉台加直槽的组合结构，且采用局部截流和均流方式排布，使IGBT元件发热区域的散热得到强化；在沿上槽道方向上设有两个截流沉台，且截流沉台与槽道流动方向成一定角度；且在下部的流道沉台处设有两个以上小凸块。

2.如权利要求1所述的电力半导体元件用液冷板式散热器，其特征在于：截流沉台与上槽道流动方向夹角为75-85度。

3.如权利要求1所述的电力半导体元件用液冷板式散热器，其特征在于：在上槽道与下槽道的连接上，采用单一流道设计，中间没用另外切槽。

4.如权利要求1所述的电力半导体元件用液冷板式散热器，其特征在于：在冷却液流道各部分转角处采用倒角结构。

5.如权利要求1所述的电力半导体元件用液冷板式散热器，其特征在于：在基板和盖板的外部的进出口处采用凸台结构，基板和盖板的进水口和出水口处为高于器件安装平面的突台。

6.如权利要求5所述的电力半导体元件用液冷板式散热器，其特征在于：凸台形状为立方体或者圆柱体，设置方式为单面或双面凸台。

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