CN210245486U - 一种大功率集成散热晶闸管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率集成散热晶闸管，包括晶闸管换热组件和散热组件；晶闸管换热组件包括晶闸管、封装体、液态合金、第一封堵件、第二封堵件、托底槽和半导体散热层；托底槽位于晶闸管下方；托底槽的面积大于晶闸管的面积；托底槽的侧壁与晶闸管之间通过封装体浇注封装；晶闸管与托底槽以及封装体围成容置腔；液态合金承装于托底槽内，与半导体散热层接触；晶闸管包括沿轴向依次设置的管盖、上钼片、芯片、下钼片和管座，管座与下钼片连接的一端设置有循环流道，管座的另一端与散热器连接，管盖内设置有散热流道。本实用新型能够大幅提高散热效率、减少温升、运行可靠、使用寿命长。

Description

一种大功率集成散热晶闸管

技术领域

本实用新型涉及晶闸管散热技术领域，尤其是涉及一种大功率集成散热晶闸管。

背景技术

晶闸管作为一种开关元件，可以在高电压大电流的场合使用。由于晶闸管本身具有一定的压降，因此当电流流过时会存在一定的损耗，电流越大，损耗就越大。晶闸芯片产生损耗时，器件的温度会随之升高，而温度升高对器件的特性会产生不利的影响。而且当温度高过一定的值，器件将失效。因此，在晶闸管使用时，通过散热器将其热量带走是目前比较通用和有效的方法。

现有的晶闸管具有以下缺陷：一是当晶闸管在通流时间过长时，会导致严重发热，热损耗呈指数级增长，从而大幅度降低晶闸管的通流性能，影响电能传输，因而能否快速地将晶闸管产生的热量传递转移出去，成为保证并提高晶闸管性能稳定的关键因素；同时，对提高晶闸管以及换流阀的寿命也有非常明显的效果；二是目前的散热器从冷却方法上可以分为风冷和水冷两种，风冷散热器一般有铝型材和热管散热器，在工作时需要配风机，体积较大，对于水冷散热器，通常，在直流换流阀内部，晶闸管与散热器通过压装结构设计牢固联接，散热器内部通入循环的冷却水将晶闸管产生的热量带走，然而受结构设计、成本限制，通过增大晶闸管尺寸来提高其流通能力、控制结温的方法应用空间十分有限，主要依赖于散热效率的提升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够大幅提高散热效率、减少温升、运行可靠、使用寿命长的集成散热晶体管。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种大功率集成散热晶闸管，包括晶闸管换热组件和散热组件；

晶闸管换热组件包括晶闸管、封装体、液态合金、第一封堵件、第二封堵件、托底槽和半导体散热层；晶闸管底部与半导体散热层贴合；托底槽位于晶闸管下方；托底槽的面积大于晶闸管的面积；托底槽的侧壁与晶闸管之间通过封装体浇注封装；晶闸管与托底槽以及封装体围成容置腔；液态合金承装于托底槽内，与半导体散热层接触；

散热组件包括第一引流管、第二引流管和散热管；第一引流管的一端贯穿托底槽一侧的侧壁，与容置腔连通；第二引流管的一端贯穿托底槽另一侧的侧壁，与容置腔连通；第一引流管与托底槽之间通过第一封堵件密封；第二引流管与托底槽之间通过第二封堵件密封；第一引流管的另一端与第二引流管的另一端通过散热管连通；

晶闸管包括沿轴向依次设置的管盖、上钼片、芯片、下钼片和管座，管座与下钼片连接的一端设置有循环流道，管座的另一端与散热器连接，管盖内设置有散热流道；循环流道的内壁设置有多个突起，突起包括柱形部和球形部，球形部设置在柱形部的顶端；

管盖上沿圆周布设有散热通孔，管盖包括外环部、内环部、连接于外环部和内环部之间的连接部，外环部和内环部沿中心轴线相互错开，散热通孔布设于外环部和内环部上。

本实用新型中，优选地，循环流道呈之字形。

本实用新型中，优选地，散热器内设置有冷却水道，冷却水道沿散热器的轴线方向设置，冷却水道具有入水口和出水口。

本实用新型中，优选地，冷却水道的首尾端设置有垂直于冷却水道的轴线旁的两个管道，管道通过管座和散热器的接触面分别与管座内的循环流道的首尾端连接，使得晶闸管和散热器上各有一对进出水端，且两对进出水端相匹配，使得晶闸管和散热器经过压装后，两对进出水端无缝衔接形成一个连通的流道。

本实用新型中，优选地，冷却水道呈之字形。

本实用新型中，优选地，冷却水道的内壁设置有多个突起，突起包括柱形部和球形部，球形部设置在柱形部的顶端。

本实用新型中，托底槽的一侧的侧壁上设有第一通孔，第一引流管穿过第一通孔与容置腔连通，第一封堵件呈环形，且设于第一引流管与第一通孔之间的缝隙中；

托底槽的另一侧的侧壁上设有第二通孔，第二引流管穿过第二通孔与容置腔连通，第二封堵件呈环形，且设于第二引流管与第二通孔之间的缝隙中。

本实用新型中，优选地，第一通孔与第二通孔的高度高于托底槽内部的底面。

本实用新型具有的有益效果是：

1、在晶闸管的管座内部加设循环流道后，冷却液能够进一步靠近位于晶闸管中心的芯片，能够有效减少结壳之间的热阻，降低结温。

2、循环流道和冷却水道采用之字形，延长了液体的流动路径，且在内壁设置包括柱形和球形的突起后，进一步增大了内壁与冷却液的接触面积，提高了对流换热效率。

3、在管盖内设置散热流道，进一步减小热阻，降低结温，提高了晶闸管的散热效果。

4、由于半导体散热层具有传热、散热性能好、机械强度高、耐磨的特点，因此当半导体散热层与晶闸管底部贴合，再与液态合金大面积接触后，可将晶闸管内部所产生的热量迅速传递给液态合金；液态合金的特点在于其比热容极高，流动性能极好，控制节奏较强，能够吸收大量热。再通过第一引流管和第二引流管将高温液态合金流体导入散热管，由于散热管本身置于外界环境中，可以将管内液态合金的热量散出。因此，上述结构的大功率集成散热晶闸管可以快速地将晶闸管产生的热量传递转移出去，保证并提高晶闸管工作的稳定性；同时，对提高晶闸管的寿命也有非常明显的效果。

5、设置若干散热通孔，有效地起到晶闸管散热的作用，散热效果好。

6、通过多重散热，散热效果极大加强，保证并提高晶闸管工作的稳定性，并提高晶闸管的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的晶闸管的结构示意图。

图3是本实用新型的散热器及其冷却水道的结构示意图。

图4是本实用新型的管座内循环流道的示意图。

图5是本实用新型的晶闸管的示意图。

图6是本实用新型的晶闸管的循环流道和散热器的冷却水道的截面示意图。

图7是本实用新型的管盖内散热流道的示意图。

图8是本实用新型的具有凹陷的流槽的截面图。

图9是本实用新型的管座的正面结构示意图。

图中：1、晶闸管换热组件，2、散热组件，3、封装体，4、晶闸管，41、管盖，411、入口，412、出口，42、管座，43、散热通孔，44、循环流道，45、散热器，46、散热流道，47、突起，48、柱形部，49、球形部，50、冷却水道， 51、入水口，52、出水口，53、流槽，54、凹陷，55、外环部，56、内环部， 57、连接部，5、液态合金，6、第一封堵件，61、第二封堵件，7、托底槽，8、第一引流管，81、第二引流管，9、散热管，10、半导体散热层，11、容置腔

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

如图1～9所示，本实用新型提供了一种大功率集成散热晶闸管，包括晶闸管换热组件1和散热组件2；

晶闸管换热组件1包括晶闸管4、封装体3、液态合金5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半导体散热层10；晶闸管4底部与半导体散热层10 贴合；托底槽7位于晶闸管4下方；托底槽7的面积大于晶闸管4的面积；托底槽7的侧壁与晶闸管4之间通过封装体3浇注封装；晶闸管4与托底槽7以及封装体3围成容置腔11；液态合金5承装于托底槽7内，与半导体散热层10 接触；

散热组件2包括第一引流管8、第二引流管81和散热管9；第一引流管8 的一端贯穿托底槽7一侧的侧壁，与容置腔11连通；第二引流管81的一端贯穿托底槽7另一侧的侧壁，与容置腔11连通；第一引流管8与托底槽7之间通过第一封堵件6密封；第二引流管81与托底槽7之间通过第二封堵件61密封；第一引流管8的另一端与第二引流管81的另一端通过散热管9连通；

晶闸管4包括沿轴向依次设置的管盖41、上钼片、芯片、下钼片和管座42，管座42与下钼片连接的一端设置有循环流道44，管座42的另一端与散热器45 连接，管盖41内设置有散热流道46；循环流道44的内壁设置有多个突起47，突起47包括柱形部48和球形部49，球形部49设置在柱形部48的顶端；

管盖41上沿圆周布设有散热通孔43，管盖41包括外环部55、内环部56、连接于外环部55和内环部56之间的连接部57，外环部55和内环部56沿中心轴线相互错开，散热通孔43布设于外环部55和内环部56上。

晶闸管包括沿轴向依次设置的管盖41、上钼片(未示出)、芯片(未示出)、下钼片(未示出)和管座42，管座42与下钼片连接的一端设置有循环流道44 (见图4)，管座44的另一端与散热器45连接，管盖41内设置有散热流道46 (见图7)。

其中，如图3和6所示，循环流道44呈之字形。循环流道44的内壁设置有多个突起47，突起47包括柱形部48和球形部49，球形部49设置在柱形部 48的顶端。

散热流道46是由两块铜板及两块铜板上的流槽53交叉形成的双层交叉网状流道。

如图5所示，散热器45内设置有冷却水道50，冷却水道50沿散热器45的轴线方向设置，冷却水道50具有入水口51和出水口52。冷却水道50的首尾端设置有垂直于冷却水道50的轴线旁的两个管道，管道通过管座42和散热器45 的接触面分别与管座42内的循环流道44的首尾端连接，使得晶闸管4和散热器45上各有一对进出水端，且两对进出水端相匹配，使得晶闸管4和散热器45 经过压装后，两对进出水端无缝衔接形成一个连通的流道。

本实施例中，如图5所示，冷却水道50呈之字形。冷却水道50的内壁设置有多个突起47，突起47包括柱形部48和球形部49，球形部49设置在柱形部48的顶端。

本实施例中，散热流道46是由两块铜板及两块铜板上的流槽53交叉形成的双层交叉网状流道。两个铜片通过焊接连接在一起。流槽53设置在铜板的壁面，流槽53的深度为1.5～2mm，宽度为2.5～4.5mm。管盖41上设置有入口41 和出口42，入口41和出口42从管盖41的表面延伸至管盖41的内部并与双层交叉网状流道相连通。通过进入该流道内的空气与芯片进行热交换，达到散热的目的。

为了进一步增大流槽53的有效面积，以使更多的空气能够进入流槽53内，在本实用新型的另一较佳实施例中，如图8所示，流槽53的内壁设置有多个凹陷54，较佳地，凹陷54呈错列排列。

托底槽7的一侧的侧壁上设有第一通孔，第一引流管8穿过第一通孔与容置腔11连通，第一封堵件6呈环形，且设于第一引流管8与第一通孔之间的缝隙中；

托底槽7的另一侧的侧壁上设有第二通孔，第二引流管81穿过第二通孔与容置腔11连通，第二封堵件61呈环形，且设于第二引流管81与第二通孔之间的缝隙中。

第一通孔与第二通孔的高度高于托底槽7内部的底面。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大功率集成散热晶闸管，其特征在于：包括晶闸管换热组件(1)和散热组件(2)；

晶闸管换热组件(1)包括晶闸管(4)、封装体(3)、液态合金(5)、第一封堵件(6)、第二封堵件(61)、托底槽(7)和半导体散热层(10)；晶闸管(4)底部与半导体散热层(10)贴合；托底槽(7)位于晶闸管(4)下方；托底槽(7)的面积大于晶闸管(4)的面积；托底槽(7)的侧壁与晶闸管(4)之间通过封装体(3)浇注封装；晶闸管(4)与托底槽(7)以及封装体(3)围成容置腔(11)；液态合金(5)承装于托底槽(7)内，与半导体散热层(10)接触；

散热组件(2)包括第一引流管(8)、第二引流管(81)和散热管(9)；第一引流管(8)的一端贯穿托底槽(7)一侧的侧壁，与容置腔(11)连通；第二引流管(81)的一端贯穿托底槽(7)另一侧的侧壁，与容置腔(11)连通；第一引流管(8)与托底槽(7)之间通过第一封堵件(6)密封；第二引流管(81)与托底槽(7)之间通过第二封堵件(61)密封；第一引流管(8)的另一端与第二引流管(81)的另一端通过散热管(9)连通；

晶闸管(4)包括沿轴向依次设置的管盖(41)、上钼片、芯片、下钼片和管座(42)，管座(42)与下钼片连接的一端设置有循环流道(44)，管座(42)的另一端与散热器(45)连接，管盖(41)内设置有散热流道(46)；循环流道(44)的内壁设置有多个突起(47)，突起(47)包括柱形部(48)和球形部(49)，球形部(49)设置在柱形部(48)的顶端；

管盖(41)上沿圆周布设有散热通孔(43)，管盖(41)包括外环部(55)、内环部(56)、连接于外环部(55)和内环部(56)之间的连接部(57)，外环部(55)和内环部(56)沿中心轴线相互错开，散热通孔(43)布设于外环部(55)和内环部(56)上。

2.根据权利要求1的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：循环流道(44)呈之字形。

3.根据权利要求1或2的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：散热器(45)内设置有冷却水道(50)，冷却水道(50)沿散热器(45)的轴线方向设置，冷却水道(50)具有入水口(51)和出水口(52)。

4.根据权利要求3的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：冷却水道(50)的首尾端设置有垂直于冷却水道(50)的轴线旁的两个管道，管道通过管座(42)和散热器(45)的接触面分别与管座(42)内的循环流道(44)的首尾端连接，使得晶闸管(4)和散热器(45)上各有一对进出水端，且两对进出水端相匹配，使得晶闸管(4)和散热器(45)经过压装后，两对进出水端无缝衔接形成一个连通的流道。

5.根据权利要求4的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：冷却水道(50)呈之字形。

6.根据权利要求5的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：冷却水道(50)的内壁设置有多个突起(47)，突起(47)包括柱形部(48)和球形部(49)，球形部(49)设置在柱形部(48)的顶端。

7.根据权利要求1或2或4或5或6的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：托底槽(7)的一侧的侧壁上设有第一通孔，第一引流管(8)穿过第一通孔与容置腔(11)连通，第一封堵件(6)呈环形，且设于第一引流管(8)与第一通孔之间的缝隙中；

托底槽(7)的另一侧的侧壁上设有第二通孔，第二引流管(81)穿过第二通孔与容置腔(11)连通，第二封堵件(61)呈环形，且设于第二引流管(81)与第二通孔之间的缝隙中。

8.根据权利要求7的大功率集成散热晶闸管，其特征在于：第一通孔与第二通孔的高度高于托底槽(7)内部的底面。

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