CN220402202U - 电子元器件的直接水冷装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电子元器件的直接水冷装置。直接水冷装置包括散热机构、密封机构、冷却液容器和连接机构，散热机构与冷却液容器经连接机构固定连接，密封机构设置在散热机构与冷却液容器之间。本实用新型中的一种电子元器件的直接水冷装置中的散热机构和冷却液容器之间通过螺纹紧固件以及密封机构进行紧密连接，将冷却液容器和散热机构上的连接孔的位置内移，与之相对应的，散热机构、冷却液容器和密封机构的结构也相应作出变化，并改变直接水冷装置的安装方向，自冷却液容器指向散热机构的方向进行固定连接，最终由于连接孔内移而产生的多余空间便可以节约下来，在提高散热效果的同时，可以带来整个IGBT模块的体积、重量的减小。
Description
技术领域
本实用新型特别涉及一种电子元器件的直接水冷装置，属于电子元器件技术领域。
背景技术
如图1所示，单面直接水冷结构在基板背面增加针翅状散热结构，无需导热硅脂，直接插入散热水套中，热阻可显著降低。Pinfin基板与散热水套之间则通过图4密封圈以及螺栓进行紧密连接，以防止冷却液泄露。目前英飞凌HP2/HPDrive、三菱电机J1系列、比亚迪V-215/V-315等主流汽车IGBT模块均采用此密封方式的单面直接水冷结构。
Pinfin基板和散热水套通过螺纹紧固件以及密封圈进行紧密连接，因此需要在Pinfin基板和散热水套边缘预留螺孔位置，这样的结构布局导致Pinfin基板与散热水套体积较大，同时导致IGBT模块整体体积以及重量较大，且密封机构中的连接孔导致其密封效果差，基由以上因素导致现有的单面直接水冷结构的散热效果较差。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种电子元器件的直接水冷装置，从而克服现有技术中的不足。
为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
本实用新型提供了一种电子元器件的直接水冷装置，包括：
散热机构，所述散热机构上设置有第一连接孔；
密封机构，所述密封机构包括密封机构主体和第一凸台，所述密封机构主体为环形结构，所述第一凸台设置在所述密封机构主体的内环面上，所述第一凸台上设置有第二连接孔；
冷却液容器，所述冷却液容器上还设置有第三连接孔，所述密封机构设置在所述冷却液容器与所述散热机构之间；以及，
连接机构，所述连接机构连续设置在所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第三连接孔内，并至少与所述冷却液容器、所述散热机构固定连接。
与现有技术相比，本实用新型中的一种电子元器件的直接水冷装置中的散热机构和冷却液容器之间通过螺纹紧固件以及密封机构进行紧密连接，将冷却液容器和散热机构上的连接孔的位置内移，与之相对应的，散热机构、冷却液容器和密封机构的结构也相应作出变化，并改变直接水冷装置的安装方向，自冷却液容器指向散热机构的方向进行固定连接，最终由于连接孔内移而产生的多余空间便可以节约下来，在提高散热效果的同时，可以带来整个IGBT模块的体积、重量的减小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的一种单面直接水冷结构的结构示意图；
图2是本实用新型一典型实施案例中提供的一种电子元器件的直接水冷装置的结构示意图；
图3是本实用新型一典型实施案例中提供的一种电子元器件的直接水冷装置的结构示意图；
图4是本实用新型一典型实施案例中提供的一种电子元器件的直接水冷装置的结构示意图；
图5是本实用新型一典型实施案例中提供的一种电子元器件的直接水冷装置的结构示意图；
图6是本实用新型一典型实施案例中提供的一种电子元器件的直接水冷装置的结构示意图；
图7是基由对比例1中的一种电子元器件的直接水冷装置的芯片结温仿真测试结果；
图8是基由实施例1中的一种电子元器件的直接水冷装置的芯片结温仿真测试结果。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管；Mos，是MOSFET的缩写，是金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管；FRD，快恢复二极管；以上均是是功率模块中最重要的功能电子元器件。
DBC(Direct Bonding Copper)，覆铜陶瓷基板简称陶瓷覆铜板，在功率模块中的作用主要是电流导通、电气隔离和散热。
本实用新型提供了一种电子元器件的直接水冷装置，包括：
散热机构，所述散热机构上设置有第一连接孔；
密封机构，所述密封机构包括密封机构主体和第一凸台，所述密封机构主体为环形结构，所述第一凸台设置在所述密封机构主体的内环面上，所述第一凸台上设置有第二连接孔；
冷却液容器，所述冷却液容器上还设置有第三连接孔，所述密封机构设置在所述冷却液容器与所述散热机构之间；以及，
连接机构，所述连接机构连续设置在所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第三连接孔内，并至少与所述冷却液容器、所述散热机构固定连接。
进一步的，散热机构包括连接基板，第一连接孔设置在所述连接基板上。
进一步的，连接基板具有第一表面，第一表面具有第一区域和第二区域，第二区域环绕第一区域设置第一连接孔设置在第二区域。
进一步的，散热机构还包括散热基台以及散热结构，散热基台固定设置在连接基板上，散热结构固定设置在散热基台上.
进一步的，散热基台的外边缘还设置有避让第一凸台的避让缺口.
进一步的，避让缺口是自散热基台的外边缘沿选定方向凹陷形成的，选定方向为第二区域指向第一区域的方向.
进一步的，散热基台设置在第一区域.
进一步的，在选定方向上，第一连接孔的外边缘与散热基台的外边缘之间的最小垂直距离在2mm以上。
进一步的，散热结构为针翅状散热结构。
进一步的，散热基台为覆铜陶瓷散热基台。
进一步的，在选定方向上，密封机构主体的外边缘、第一凸台的外边缘与散热基台的外边缘之间的垂直距离相同。
进一步的，在选定方向上，密封机构的外边缘与散热基台的外边缘之间的垂直距离d1≥2mm。
进一步的，在选定方向上，第二连接孔的外边缘与第一凸台的外边缘之间的垂直距离d2≥2mm。
进一步的，冷却液容器具有一容置腔，容置腔的腔壁上还设置有第二凸台，第三连接孔设置在第二凸台上。
进一步的，在第一连接孔的轴向上，第二凸台的正投影的轮廓形状与第一凸台的正投影的轮廓形状相同。
进一步的，冷却液容器具有第二表面、第三表面和侧面，第二表面与第三表面背对设置，侧面位于第二表面和第三表面之间，容置腔的开口设置在第二表面，以及，
冷却液容器的外部表面还设置有槽状结构，每一槽状结构与一第二凸台相对应，第三连接孔的一端暴露在槽状结构内，其中，槽状结构连续与冷却液容器的侧面、第三表面相连通。
进一步的，冷却液容器包括沿第三连接孔的轴向依次设置的第一部分和第二部分，第一表面设置在第一部分上，第三表面设置在第二部分上，其中，第三连接孔对应设置在第一部分内，槽状结构设置在第二部分上。
进一步的，冷却液容器的第二表面还设置有定位槽，密封机构的一部分嵌设在定位槽内且与冷却液容器密封配合，另一部分自定位槽内露出并与连接基板密封配合。
进一步的，连接机构的轴向长度小于等于第一连接孔的深度与第三连接孔的深度之和。
进一步的，第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔同轴设置。
如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本实用新型实施例中的各组成部分均可以通过市购获得或者通过本领域技术人员已知的工艺对市购获得的工件进行加工获得，除非特别说明，各组成部分的尺寸以及形状等均可以根据具体情况进行调整。
实施例1
请参阅图2，一种电子元器件的直接水冷装置，包括散热机构10、密封机构20、冷却液容器30(也可以称之为散热水套，下同)和连接机构40，散热机构10和冷却液容器30经连接机构40固定连接，密封机构20设置在散热机构10和冷却液容器30之间，并分别与散热机构10和冷却液容器30密封配合。
具体的，散热机构10上设置有多个第一连接孔14，密封机构20上设置有多个第二连接孔23，冷却液容器30上设置有多个第三连接孔35，每一第一连接孔14与一第二连接孔23、一第三连接孔35同轴设置，连接机构40连续设置在一第三连接孔35、一第二连接孔23、一第一连接孔14内，并与冷却液容器30、散热机构10固定连接。
更具体的，第三连接孔35、第一连接孔14可以是螺纹孔，连接机构40可以是螺纹连接机构，连接机构40通过螺纹连接的方式与散热机构10、冷却液容器30固定连接，可以通过旋拧连接机构40的方式使散热机构10与冷却液容器30紧固配合，进而实现密封机构20与散热机构10、冷却液容器30的密封配合(散热机构10、冷却液容器30夹紧密封机构20，进而使散热机构10、冷却液容器30与密封机构20无间隙配合)，示例性的，连接机构40可以是螺栓或螺丝等；当然，第二连接孔23也可以是螺纹孔，但第二连接孔23也可以是非螺纹孔，第二连接孔23主要是与连接机构40配合实现对密封机构20的定位作用。
更具体的，第一连接孔14、第二连接孔23、第三连接孔35的孔径也是相同的。
具体的，请一并参阅图2和图3，散热机构10包括连接基板11、散热基台12以及散热结构13，散热基台12固定设置在连接基板11上，散热结构13固定设置在散热基台12上，散热基台12以及散热结构13被封装在冷却液容器30的容置腔31内而与冷却液容器30内的冷却液接触。
具体的，连接基板11具有第一表面，第一表面具有第一区域和第二区域，第二区域环绕第一区域设置，散热基台12设置在第一区域，多个第一连接孔14设置在第二区域，可以理解的，多个第一连接孔14环绕散热基台12设置，更具体的，在选定方向上，第一连接孔14的外边缘与散热基台12的外边缘之间的最小垂直距离在2mm以上，以保证连接机构40不会与散热基台12接触，选定方向为第二区域指向第一区域的方向。
更具体的，散热基台12为覆铜陶瓷散热基台，散热结构13为针翅状(Pinfin)散热结构，散热结构13的具体尺寸等可以根据具体情况进行设定，在此不对具体的限定。
更具体的，请一并参阅图2和图4，密封机构20包括密封机构主体21和多个第一凸台22，密封机构主体21为环形结构，多个第一凸台22间隔设置在密封机构主体21的内环面上，每一第一凸台22上设置有一第二连接孔23，相应的，散热基台12的外边缘还设置有避让第一凸台22的多个避让缺口15，每一避让缺口15与一第一凸台22相对应，可以理解的，避让缺口15可以是自散热基台12的外边缘沿选定方向凹陷形成的；更具体的，密封机构主体21分别与连接基板11、冷却液容器30密封配合，第一凸台22主要用于实现密封机构20的定位，基于此，可以避免密封机构20用于实现散热机构10、冷却液容器30密封的部分出现间隙，进而提高散热机构10与冷却液容器30之间的密封效果。
具体的，请一并参阅图5，在第一连接孔14的轴向上，每一避让缺口15的正投影的面积大于第一凸台22的正投影的面积，在选定方向上，密封机构主体21的外边缘、第一凸台22的外边缘与散热基台12的外边缘之间的垂直距离相同；更具体的，在选定方向上，密封机构20的外边缘与散热基台12的外边缘之间的垂直距离d1≥2mm，在选定方向上，第二连接孔23的外边缘与第一凸台22的外边缘之间的垂直距离d2≥2mm。
示例性的，密封机构20可以是橡胶密封圈等柔性构件。
具体的，请一并参阅图6，冷却液容器30具有一容置腔31，容置腔31用于容置冷却液，容置腔31具有可供冷却液进出的入口32和出口33，密封机构20设置在冷却液容器30与连接基板11之间，散热结构13被封装在容置腔31内，可以理解的，容置腔31为具有开口的腔体，散热机构10设置在容置腔31的开口处，当散热机构10与冷却液容器30固定连接时，散热机构10与冷却液容器30配合并围合形成一密闭的腔室，其中，散热机构10中的散热基台12以及散热结构13位于该密闭的腔室内，并与该密闭的腔室内的冷却液接触。
具体的，容置腔31的腔壁上还设置有多个第二凸台34，多个第二凸台34沿容置腔31的周向方向依次间隔设置，每一第二凸台34上对应设置有一个第三连接孔35，可以理解的，每一第二凸台34与一第一凸台22相对应，作为优选的方案，第二凸台34的形状可以与第一凸台22的形状相同，即在第一连接孔14的轴向上，第二凸台34的正投影的轮廓形状与第一凸台22的正投影的轮廓形状相同。示例性的，第一凸台22和第二凸台34的径向截面的形状可以是多边形或扇形等。
具体的，请一并参阅图2和图6，冷却液容器30具有第二表面、第三表面和侧面，第二表面与第三表面背对设置，侧面位于第二表面和第三表面之间，容置腔31的开口设置在第二表面，以及，冷却液容器30的外部表面还设置有槽状结构37，每一槽状结构37与一第二凸台34相对应，第三连接孔35的一端暴露在槽状结构37内，其中，槽状结构37连续与冷却液容器30的侧面、第三表面相连通，可以理解的，自该槽状结构37处可以对连接机构40执行旋拧操作，通过设置槽状结构37减小了冷却液容器30的体积和重量，槽状结构37的大小以保证能够在槽状结构37处对连接机构40执行旋拧操作为准，槽状结构37的径向截面形状可以是弧形或多边形等。
具体的，连接机构40是自第三连接孔指向第一连接孔的方向设置的，即连接机构自第三连接孔进入，连接机构的末端位于第一连接孔内，以及，连接机构40的轴向长度小于等于第一连接孔14的深度与第三连接孔35的深度之和，从而避免连接机构40与散热机构10中的散热基台12接触，可以理解的，第三连接孔35的深度小于冷却液容器30的高度。
更具体的，冷却液容器30包括沿第三连接孔35的轴向依次设置的第一部分和第二部分，第一表面设置在第一部分上，第三表面设置在第二部分上，其中，第三连接孔35对应设置在第一部分内，槽状结构37设置在第二部分上；示例性的，在第三连接孔35的轴向上，第一部分的厚度一般在3mm左右。可以理解的，该槽状结构37沿第三连接孔35的轴向设置在第三连接孔35的一侧，在与同一第二凸台34对应的第一部分的厚度大于第二部分的厚度，即相当于对第二部分与第二凸台34对应的区域进行了减薄，从而降低了冷却液容器30的体积和重量。
需要说明的是，冷却液容器30上的第二凸台34伸入容置腔31内，必然带来容置腔31的体积的减小，为了保证散热效果，第二凸台34不宜过多地伸入容置腔31内，相比较而言，本实用新型在尽量保证容置腔31体积的同时，大大减小了直接水冷装置的体积和重量。
具体的，冷却液容器30的第二表面还设置有定位槽36，密封机构20的一部分嵌设在定位槽36内且与冷却液容器30密封配合，另一部分自定位槽36内露出并与连接基板11密封配合，可以理解的，为了更好对密封机构进行固定，定位槽36的形状轮廓与密封机构的形状轮廓相同，但径向尺寸略小于密封机构，以使密封机构位于定位槽36内时是被柔性压缩的。
对比例1
请参阅图1，对比例1中的一种电子元器件的直接水冷装置与实施例1中的结构基本相同，不同之处在于：对比例1中的密封机构不包含第一凸台、冷却液容器不包含第二凸台以及槽状结构，相应的，散热机构中也不设置避让缺口。
为探究结构改变对散热效果的影响，分别对对比例1和实施例1中的直接水冷装置进行了仿真，仿真测试结果分别如图7和图8所示如下图所示，由仿真结果可知，基于实施例1中的直接水冷装置的芯片结温有所下降，热阻下降0.64％，说明本实用新型在减小体积同时散热效率还有略微提升。
本实用新型中的一种电子元器件的直接水冷装置中的散热机构和冷却液容器之间通过螺纹紧固件以及密封机构进行紧密连接，将冷却液容器和散热机构上的连接孔的位置内移，与之相对应的，散热机构、冷却液容器和密封机构的结构也相应作出变化，并改变直接水冷装置的安装方向，自冷却液容器指向散热机构的方向进行固定连接，最终由于连接孔内移而产生的多余空间便可以节约下来，在提高散热效果的同时，可以带来整个IGBT模块的体积、重量的减小。
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电子元器件的直接水冷装置，其特征在于，包括：
散热机构，所述散热机构上设置有第一连接孔；
密封机构，所述密封机构包括密封机构主体和第一凸台，所述密封机构主体为环形结构，所述第一凸台设置在所述密封机构主体的内环面上，所述第一凸台上设置有第二连接孔；
冷却液容器，所述冷却液容器上还设置有第三连接孔，所述密封机构设置在所述冷却液容器与所述散热机构之间；以及，
连接机构，所述连接机构连续设置在所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第三连接孔内，并至少与所述冷却液容器、所述散热机构固定连接。
2.根据权利要求1所述的直接水冷装置，其特征在于：所述散热机构包括连接基板，所述第一连接孔设置在所述连接基板上；
和/或，所述连接基板具有第一表面，所述第一表面具有第一区域和第二区域，所述第二区域环绕所述第一区域设置所述第一连接孔设置在所述第二区域。
3.根据权利要求2所述的直接水冷装置，其特征在于：所述散热机构还包括散热基台以及散热结构，所述散热基台固定设置在所述连接基板上，所述散热结构固定设置在所述散热基台上；
和/或，所述散热基台的外边缘还设置有避让所述第一凸台的避让缺口；
和/或，所述避让缺口是自所述散热基台的外边缘沿选定方向凹陷形成的，所述选定方向为所述第二区域指向所述第一区域的方向；
和/或，所述散热基台设置在所述第一区域；
和/或，在所述选定方向上，所述第一连接孔的外边缘与所述散热基台的外边缘之间的最小垂直距离在2mm以上；
和/或，所述散热结构为针翅状散热结构；和/或，所述散热基台为覆铜陶瓷散热基台。
4.根据权利要求3所述的直接水冷装置，其特征在于：在所述选定方向上，所述密封机构主体的外边缘、所述第一凸台的外边缘与所述散热基台的外边缘之间的垂直距离相同；
和/或，在所述选定方向上，所述密封机构的外边缘与所述散热基台的外边缘之间的垂直距离d1≥2mm。
5.根据权利要求3或4所述的直接水冷装置，其特征在于：在所述选定方向上，所述第二连接孔的外边缘与所述第一凸台的外边缘之间的垂直距离d2≥2mm。
6.根据权利要求3所述的直接水冷装置，其特征在于：所述冷却液容器具有一容置腔，所述容置腔的腔壁上还设置有第二凸台，所述第三连接孔设置在所述第二凸台上；
和/或，在所述第一连接孔的轴向上，所述第二凸台的正投影的轮廓形状与所述第一凸台的正投影的轮廓形状相同。
7.根据权利要求6所述的直接水冷装置，其特征在于：所述冷却液容器具有第二表面、第三表面和侧面，所述第二表面与所述第三表面背对设置，所述侧面位于所述第二表面和第三表面之间，所述容置腔的开口设置在所述第二表面，以及，
所述冷却液容器的外部表面还设置有槽状结构，每一所述槽状结构与一所述第二凸台相对应，所述第三连接孔的一端暴露在所述槽状结构内，其中，所述槽状结构连续与所述冷却液容器的侧面、第三表面相连通。
8.根据权利要求7所述的直接水冷装置，其特征在于：所述冷却液容器包括沿所述第三连接孔的轴向依次设置的第一部分和第二部分，所述第一表面设置在所述第一部分上，所述第三表面设置在所述第二部分上，其中，所述第三连接孔对应设置在所述第一部分内，所述槽状结构设置在所述第二部分上。
9.根据权利要求7所述的直接水冷装置，其特征在于：所述冷却液容器的第二表面还设置有定位槽，所述密封机构的一部分嵌设在所述定位槽内且与所述冷却液容器密封配合，另一部分自所述定位槽内露出并与所述连接基板密封配合。
10.根据权利要求7或8或9所述的直接水冷装置，其特征在于：所述连接机构的轴向长度小于等于所述第一连接孔的深度与所述第三连接孔的深度之和；
和/或，所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第三连接孔同轴设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |