CN203086912U - 一种大功率模块水冷散热板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大功率模块水冷散热板，其包括基板，所述基板内开设有水平方向延伸的水道，所述水道贯通所述基板，该水道贯通至该基板表面的一端为进水口，其贯通至该基板表面的另一端为出水口。本实用新型的大功率模块水冷散热板采用整体基板，使整体结构不需要进行焊接，也不需要填料及气体保护，有效避免了在持续震动的条件下出现漏水现象，提高了功率模块的散热效果，使设备运行更加可靠。

Description

一种大功率模块水冷散热板

技术领域

本实用新型涉及大功率模块用的水冷散热板。

背景技术

一般来说，电力电子设备在运行过程中，电力电子模块的温升应控制在40～45℃，如果超出这个范围，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，从而导致器件的性能随结温升高而降低，甚至会造成器件直接烧毁的后果。在一定温度范围内发热器件的温度升高5℃，可靠性就要下降一个数量级，因此不论采用何种散热方式，都有散热功率的限制。

现有大功率射频模块传统散热方式主要有以下三种。

1）空气冷却：也称自然冷却，一般是将电子元器件的发热核心部位与型材散热器相接触，通过空气的自然对流方式将热传导出来。其优点是结构简单、安装方便、成本低廉（常见有铝板散热器）。

2）强制风冷：这是目前最普遍的散热方式，一般是将电力电子元器件的发热核心部位与散热器相接触将热传导出来，然后再通过风扇转动，来加强空气的流动，通过强制对流的方式将散热片上的热传至周围的环境。其优点是结构简单，价格低廉，安全可靠，技术成熟（常见有风扇）。

3）水循环冷却：其原理是利用水泵驱动水流经过热源，循环带走散热器的热量进行吸热传递。其散热效率高，热传导率为传统风冷方式的20倍以上，可以解决几百至数千瓦的散热问题，是风冷效果所不能比拟的。因为即使是散热效率最高的涡轮风扇风冷散热，其温度比水冷散热也要高大约10℃。

上述三种传统散热方式分别具有以下不足。

（1）空气冷却：目前通讯设备上功率模块所用的散热器使用结构，大多数情况下其散热片是均匀分布在基板的一面上，基板的另一面则直接安装发热器件或PCB板。对于高端电子产品，要求散热结构占用空间越小越好，重量越轻越好，性能越可靠越好，而设备的电子零部件制造越来越复杂，瞬间发热量惊人，仅仅采用空气冷却是远远不能满足大功率模块散热的需要，其体积偏大、散热效率低。

（2）强制风冷：其降温的效果有限，不能将温度降至室温以下，更不能达到令人满意散热效果程度；强制风冷对环境依赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。而且由于存在风扇的转动，所以有噪音，并且如果安装不当还会导致风扇震动，长时间就会损坏设备元件，而且风扇寿命还有时间限制；风扇需要通电，从而耗费能源。

（3）水循环冷却：一般水循环冷却系统有两种：一种是采用在表面开槽的基板，再加一盖板经过密封胶密封，起到散热功能，但是此种结构在持续震动的条件下不能保证很好的密封，容易出现在渗水的情况，引起设备生锈，可能会造成设备元件的短路，影响设备的寿命；另一种是采用型材的铝板，内部具有循环通道的腔体，再加腔体两端用密封胶密封盖板，起到散热功能，其与第一种有同样的缺点，容易滴漏、安全性不高。

实用新型内容

为解决传统散热方式散热装置体积大、散热效果差、有噪音、密封性不佳、寿命短、安全性不高的技术问题，本实用新型提供一种大功率模块水冷散热板，其包括基板，所述基板内开设有水平方向延伸的水道，所述水道贯通所述基板，该水道贯通至该基板表面的一端为进水口，其贯通至该基板表面的另一端为出水口。

进一步的，所述水道包括横向管道和两条纵向管道；所述横向管道贯通所述基板，且其两端开口被密封封堵；一条所述纵向管道的一端为所述进水口，另一条所述纵向管道的一端为所述出水口，所述横向管道连通两所述纵向管道各自的另一端。

进一步的，在水平方向上，两所述纵向管道位于所述横向管道的同侧。

更进一步的，所述横向管道的两端开口被密封螺钉密封封堵。

更进一步的，所述横向管道的轴向和所述纵向管道的轴向分别垂直于所述基板的侧面。

进一步的，所述水道各处的口径相同。

更进一步的，所述水道的顶壁与所述基板的上表面之间的板材的厚度最小处为3mm。

更进一步的，所述水道的底壁与所述基板的下表面之间的板材的厚度最小处为3mm。

更进一步的，所述水道的口径为9mm。

更进一步的，所述基板为铝制材料制成且为方形，所述水道为钻孔成形且在竖直方向上位于所述基板的正中间。

本实用新型带来的有益效果是：本实用新型的大功率模块水冷散热板采用整体基板，使整体结构不需要进行焊接，也不需要填料及气体保护，有效避免了在持续震动的条件下出现漏水现象，提高了功率模块的散热效果，使设备运行更加可靠。本实用新型散热板结构简单，只需钻两条纵向管道和一条横向管道，大大降低了制作工艺难度，减少了制作成本，且使用寿命长。由于基板通过钻孔形式，只有横向管道的两端安装有密封加防水胶的螺钉，在基板其他任何位置没有打孔或穿孔，更加有效起到防漏效果。本实用新型的水冷散热板具有双面散热效果，可固定紧贴两块模块导热体，散热效果好。

基于上述优点，采用本实用新型的技术方案，还能缩短产品研发周期和生产周期、节约设备投资、降低成本，提高产品的性能和科技含量；生产过程安装简单，方便、易操作，可提高生产量，且成品率高。

附图说明

图1为本实用新型实施例水冷散热板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例水冷散热板的截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型的大功率模块水冷散热板，包括铝制材料的基板1，基板1为整体成型，基板1内钻孔成形有在水平方向延伸的循环水道，水道贯通基板1，水道贯通至基板1的侧面的一端为进水口2a，其贯通至基板1的侧面的另一端为出水口2b。

如图2所示，水道包括横向管道21和两条纵向管道22；横向管道21贯通基板1，且其两端开口被密封封堵，可以采用密封螺钉3封堵；一条纵向管道22的一端为进水口2a，另一条纵向管道22的一端为出水口2b，横向管道21连通两纵向管道22各自的另一端。冷却水从进水口2a进入一条纵向管道22，经过横向管道21，再流向另一纵向管道22，然后从出水口2b流出，带走热量。

优选的，如图2所示，在水平方向上，两纵向管道22位于横向管道21的同侧，这样，在水平方向上，横向管道21和两纵向管道22围出一个U形，大功率模块的最高发热源（功率管）即安装于基板上位于该U形口内。U形循环水道在基板1内开设的位置可根据在基板1上的功放模块的最高发热源的位置而定，保证在水平方向上，水道紧贴最高发热源的三侧面，以利于水道中的冷却水在最高发热源产生热量后第一时间将热量带走。

优选的，如图1、图2所示，基板1为长方形，纵向管道22的轴向垂直于基板1的两相对的侧面，横向管道21的轴向垂直于基板1的另一对相对的侧面。横向管道21分别与两条纵向管道22垂直交叉，并且各自与基板1的侧面也是垂直。因为在研发或生产这产品时，不管是人工钻孔还是机器自动化钻孔，都需水平面来固定基板1，所以管道垂直于侧面更加于生产，易操作，成品率较高。

水道在竖直方向上位于基板1的中部，这是为了可在基板1的上、下表面各紧贴安放一块功放模块，为这两块功放模块起到相同的散热效果。

优选的，水道各处的口径相同，这样才能使进入基板1的冷却水均匀带走热量。水道在径向上由于被基板1的板材围住，所以其口径必须小于基板1的厚度，口径的具体大小可根据需要开设，以下以15mm厚度的基板为例来说明相关尺寸的选定。

基板1的厚度为15mm，此时，循环水道的口径优选为9mm，小于9mm则水道口径偏小，没有起到最大的散热效果。水道两边的孔壁优选均为3mm，即水道的顶壁与基板1的上表面之间的板材的厚度最小处为3mm，其底壁与基板1的下表面之间的板材的厚度最小处也为3mm。由于铝质的基板1长时间处于通水状态，铝和水会产生化学反应，铝会氧化并腐蚀。根据实验，铝与碳钢的腐蚀比较，铝比碳钢的耐蚀性大10倍，则铝的腐蚀率小于0.0125 mm/a（《GB50050—95工业循环冷却水处理设计规范》的第3.1.6.3条款规定：碳钢管壁的腐蚀率宜小于0.125mm/a；铜、铜合金和不锈钢管壁的腐蚀率宜小于0.005 mm/a。），于是推算得知，3mm的孔壁可保证基板寿命大于30年。

如上所云是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种大功率模块水冷散热板，包括基板（1），其特征在于：所述基板（1）内开设有水平方向延伸的水道，所述水道贯通所述基板（1），该水道贯通至该基板（1）表面的一端为进水口（2a），其贯通至该基板（1）表面的另一端为出水口（2b）。

2.根据权利要求1所述的散热板，其特征在于：所述水道包括横向管道（21）和两条纵向管道（22）；所述横向管道（21）贯通所述基板（1），且其两端开口被密封封堵；一条所述纵向管道（22）的一端为所述进水口（2a），另一条所述纵向管道（22）的一端为所述出水口（2b），所述横向管道（21）连通两所述纵向管道（22）各自的另一端。

3.根据权利要求2所述的散热板，其特征在于：在水平方向上，两所述纵向管道（22）位于所述横向管道（21）的同侧。

4.根据权利要求2所述的散热板，其特征在于：所述横向管道（21）的两端开口被密封螺钉（3）密封封堵。

5.根据权利要求2所述的散热板，其特征在于：所述横向管道（21）的轴向和所述纵向管道（22）的轴向分别垂直于所述基板（1）的侧面。

6.根据权利要求1所述的散热板，其特征在于：所述水道各处的口径相同。

7.根据权利要求1或6所述的散热板，其特征在于：所述水道的顶壁与所述基板（1）的上表面之间的板材的厚度最小处为3mm。

8.根据权利要求1或6所述的散热板，其特征在于：所述水道的底壁与所述基板（1）的下表面之间的板材的厚度最小处为3mm。

9.根据权利要求1或6所述的散热板，其特征在于：所述水道的口径为9mm。

10.根据权利要求1或6所述的散热板，其特征在于：所述基板（1）为铝制材料制成且为方形，所述水道为钻孔成形且在竖直方向上位于所述基板（1）的正中间。

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