CN209312749U - 半导体器件散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体器件散热装置，包括至少一组半导体散热单元环路，半导体散热单元环路包括冷凝器以及与半导体器件表面连接的蒸发器，蒸发器的出口端与冷凝器的入口端连通，蒸发器的入口端与冷凝器的出口端连通。本实用新型利用蒸发器内的液体工质将半导体器件散发的热量吸收，液体工质受热气化后传输到冷凝器处放热并重新转化为液体工质，再排回蒸发器内，并通过毛细结构不断为蒸发器提供可吸收热量的液体工质。本实用新型可方便、高效地将半导体器件所散发的热量进行远距离转移，避免热量集中、通风不畅对半导体器件的性能造成影响；且本实用新型无需外部机械装置提供动力、生产成本低、热量传输效率高。

Description

半导体器件散热装置

技术领域

本实用新型涉及半导体散热系统技术领域，尤其是一种半导体器件散热装置。

背景技术

半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料的特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。半导体器件被广泛应用于工程技术的各个领域，尤其以半导体芯片的应用最为普遍。目前，半导体芯片的应用以计算机CPU、空调IPM以及PFC电路功率元器件为代表，还有激光投影仪中激光器和显示芯片等。这些半导体器件在应用中伴随其高性能化的工作而产生很大的发热量，为了防止由于这些半导体器件温度上升而可能使电子设备产生的功能故障，需要提高该半导体器件的散热性，使其产生的热量能够良好地向外部释放。

目前，半导体器件的散热主要采用以下几种方式：1、铝型材散热器与风扇一体式，将导热硅脂与半导体发热对象紧固在一起，通过风扇运转将铝型材散热器传导出来热排出机体外部，实现降温功能；2、重力热管一端与半导体发热器件紧固连接，将热量传导到有风扇的铝型材散热器上，通过流过铝型材的空气将热量排出到机体外部，实现降温；3、利用制冷循环，一般采用压缩机，通过将冷端与发热半导体进行紧固连接进行降温，利用制冷循环将热量传递到机体外部。

专利号为CN201180020727.0的中国专利公开了一种散热装置及半导体装置，散热装置能够满足对冷却对象物的绝缘功能与冷却功能，并能够削减部件件数，该散热装置具备由陶瓷构成的基体、以及在基体的内部供制冷剂流动的制冷剂流路，通过对层叠多个陶瓷片材而成的层叠体进行烧结而形成基体；该多个陶瓷片材包括：形成有构成制冷剂流路的多个狭缝的陶瓷片材；以及形成有将制冷剂流路与外部相互连通的连通路陶瓷片材。通过将供半导体元件安装的金属板与散热装置接合而构成半导体装置。

专利号为CN200410103832.2的中国专利公开了一种半导体装置，半导体装置由半导体元件、一对上下散热片和散热块构成。散热块具有小于半导体元件的平面形状。半导体元件具有面向散热块的发热部。发热部具有外周缘，发热部的外周缘与散热块的外周缘的距离在1.0mm以下。

专利号为CN201110398635.8的中国专利公开了一种热管散热装置，在压缩机的壳体表面套设有主散热装置，在空调器外机的中隔板上设置副散热装置，主散热装置和副散热装置内均设置热管且两装置的热管是连通的，副散热装置还设有使副散热装置内的热管换热冷凝的制冷器。

上述专利所公开的技术方案往往仅将发热器件的热量通过导热结构导出到附近的空气中，而对于发热量大的半导体器件而言，热量仍然会集中在发热器件周围，久而久之，依然会由于热量过高而产生故障。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种对半导体器件散热良好的半导体器件散热装置。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：半导体器件散热装置，包括至少一组半导体散热单元环路，所述半导体散热单元环路包括冷凝器以及与半导体器件表面连接的蒸发器，所述蒸发器的出口端与冷凝器的入口端连通，蒸发器的入口端与冷凝器的出口端连通。

进一步的是：所述半导体散热单元环路的数量为至少两组，各组半导体散热单元环路的冷凝器并排设置在散热风道中。

进一步的是：所述蒸发器内设有储液器和毛细结构，所述储液器内装有液体工质，储液器设置在蒸发器的入口端；所述毛细结构与储液器连通并朝向蒸发器的出口端延伸。

进一步的是：所述毛细结构为表面遍布多个毛细孔的管状结构。

进一步的是：所述冷凝器为翅片换热器、微通道换热器、管板式换热器、板式换热器、丝管式换热器或旋翅式换热器。

进一步的是：所述蒸发器通过蒸汽管路与冷凝器的入口端连通，冷凝器的出口端通过液体管路与蒸发器连通；所述半导体散热单元环路还包括设置在蒸发器入口端的启动器，所述启动器串联在蒸汽管路中。

进一步的是：所述冷凝器与蒸发器均为管状结构，且冷凝器的管径尺寸小于蒸发器的管径尺寸。

进一步的是：所述蒸发器与半导体器件表面相连接的面为平整表面。

进一步的是：所述蒸发器与半导体器件表面之间填充有导热介质。

进一步的是：所述导热介质为导热硅胶、导热硅脂或石墨垫片。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置与半导体器件进行热传递的循环环路，利用蒸发器内的液体工质将半导体器件散发的热量吸收，液体工质受热气化后传输到冷凝器处放热并重新转化为液体工质，再排回蒸发器内，并通过毛细结构不断为蒸发器提供可吸收热量的液体工质，实现液体工质的循环利用。本实用新型通过液体工质吸热气化、放热液化以及液体毛细冷凝原理，可方便、高效地将半导体器件所散发的热量进行远距离转移，避免热量集中、通风不畅对半导体器件的性能造成影响；且本实用新型无需外部机械装置提供动力、生产成本低、热量传输效率高。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为冷凝器管路的分配示意图；

图中标记为：1-半导体器件、2-蒸发器、3-冷凝器、4-储液器、5-毛细结构、6-蒸汽管路、7-液体管路。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。

如图1所示，本实用新型所述的半导体器件散热装置通过半导体散热单元环路来与半导体器件1进行热交换，并将吸收的热量传输至远距离处的冷凝器3放出。半导体散热单元环路的具体结构包括蒸发器2、冷凝器3和对应的连接管路，蒸发器2与半导体器件1的表面接触并连接；冷凝器3采用管状结构，蒸发器2可采用管状结构或长方体结构，若蒸发器2采用管状结构，冷凝器3的管径尺寸小于蒸发器2的管径尺寸，为了提高热传递的面积，蒸发器2与半导体器件1表面相连接的面以平整表面为佳，即蒸发器2采用半圆管状结构；另外，由于机械加工不可能加工出理想化的平整表面，蒸发器2与半导体器件1的接触面上会存在细小的沟壑，沟壑中充满了空气，而空气的热阻值较高，为了降低热阻值以提高散热性能，在蒸发器2与半导体器件1之间填充导热介质，导热介质可选用导热硅胶、导热硅脂或石墨垫片。蒸发器2的出口端通过蒸汽管路6与冷凝器3的入口端连通，冷凝器3的出口端通过液体管路7与蒸发器2的入口端连通。

半导体散热单元环路的数量可根据需要进行散热的半导体器件数量进行选择，如图1所示，采用了两组半导体散热单元环路，若采用多组半导体散热单元环路，各组半导体散热单元环路中的冷凝器3并排设置在散热风道中。另外，各组半导体散热单元环路中冷凝器3的规格大小可根据各自对应的散热量需求而定。

本实用新型所述的半导体器件散热装置可应用于大部分具有半导体器件的设备中，如空调室外机等设备。若应用于空调室外机中，冷凝器3可设置在室外机的风道内，安装固定在空调室外机隔板的风机侧。冷凝器3可选用现有的空调、冰箱或车用空调的换热器，例如翅片换热器、微通道换热器、管板式换热器、板式换热器、丝管式换热器或旋翅式换热器。

若采用翅片换热器作为冷凝器3，当因设备中具有多个半导体器件而需要采用多组半导体散热环路时，可对冷凝器3的管路进行分配。如图2所示，若多个半导体器件所需的散热量相同，可将液体管路7数量相同的冷凝器3并列设置在同一散热风道中；若多个半导体器件所需的散热量不同，则可将散热量需求较小的冷凝器3所对应的液体管路7分配一部分给散热量需求较大的冷凝器3，从而满足不同散热量的需求，同时也便于对冷凝器3进行集中设置。

为了使半导体器件散热装置具有更好的启动效果，还可在蒸发器2的入口端附近设置启动器，启动器串联在蒸汽管路6中，通过启动器为半导体散热单元环路提供热动力。

本实用新型中半导体散热单元环路实现与半导体器件1的热交换是依靠蒸发器2内的储液器4和毛细结构5来实现的，如图1所示，储液器4设置在蒸发器2的入口端，毛细结构5与储液器4连通并朝向蒸发器2的出口端延伸；其中，储液器4内装有液体工质，液体工质一般选用常用的冷却水，毛细结构5为表面遍布多个毛细孔的管状结构。本实用新型在工作时，由于蒸发器2的表面与半导体器件1紧密贴合，半导体器件1工作发热并传递给蒸发器2，储液器4内的液体工质吸收热量并气化，气化后的蒸汽状态工质经过蒸汽管路6传输至冷凝器3内，冷凝器3通过风道散热，蒸汽状态工质放热后重新转变为液体工质，再由冷凝器3通过液体管路7回流至储液器4中，实现液体工质的循环利用。本实用新型中，通过毛细结构5利用毛细现象不断将储液器4内的液体工质传送至蒸发器2的吸热段进行热吸收，吸热气化的蒸汽状态工质从毛细结构5的毛细孔排出，并在蒸汽管路6与液体管路7之间的压力差作用下排入冷凝器3中。

本实用新型通过液体工质在散热单元环路中的循环利用，不断将半导体器件的热量传递到外界，无需外部机械装置提供动力，与现有的散热器和风扇相比，可将更多热量传递到更远距离，避免热量集中；与现有的重力热管散热结构相比，其传输效率更高、成本更低；与应用制冷系统来降温的方式相比，其能耗低、可靠性强。

Claims (10)

1.半导体器件散热装置，其特征在于：包括至少一组半导体散热单元环路，所述半导体散热单元环路包括冷凝器(3)以及与半导体器件(1)表面连接的蒸发器(2)，所述蒸发器(2)的出口端与冷凝器(3)的入口端连通，蒸发器(2)的入口端与冷凝器(3)的出口端连通。

2.如权利要求1所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述半导体散热单元环路的数量为至少两组，各组半导体散热单元环路中的冷凝器(3)并排设置在散热风道中。

3.如权利要求1或2所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述蒸发器(2)内设有储液器(4)和毛细结构(5)，所述储液器(4)内装有液体工质，储液器(4)设置在蒸发器(2)的入口端；所述毛细结构(5)与储液器(4)连通并朝向蒸发器(2)的出口端延伸。

4.如权利要求3所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述毛细结构(5)为表面遍布多个毛细孔的管状结构。

5.如权利要求1所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述冷凝器(3)为翅片换热器、微通道换热器或管片式换热器。

6.如权利要求1所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述蒸发器(2)通过蒸汽管路(6)与冷凝器(3)的入口端连通，冷凝器(3)的出口端通过液体管路(7)与蒸发器(2)连通；所述半导体散热单元环路还包括设置在蒸发器(2)入口端的启动器，所述启动器串联在蒸汽管路(6)中。

7.如权利要求1所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述冷凝器(3)与蒸发器(2)均为管状结构，且冷凝器(3)的管径尺寸小于蒸发器(2)的管径尺寸。

8.如权利要求1所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述蒸发器(2)与半导体器件(1)表面相连接的面为平整表面。

9.如权利要求8所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述蒸发器(2)与半导体器件(1)表面之间填充有导热介质。

10.如权利要求9所述的半导体器件散热装置，其特征在于：所述导热介质为导热硅胶、导热硅脂或石墨垫片。