CN2285514Y

CN2285514Y - 大功率半导体器件的导流抽风式散热降温装置

Info

Publication number: CN2285514Y
Application number: CN 96236484
Authority: CN
Inventors: 贾新竹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-07-01
Anticipated expiration: 2006-12-09

Abstract

一种大功率半导体器件的导流抽风式散热降温装置,由抽风筒、散热器、流线型导流体、固定块、风机组成。充分利用半导体器件和散热器对抽风筒内空气加热产生的空气上升动力和风机对抽风筒内空气施加的上升动力,并由流线型导流体把进入抽风筒内的冷空气进一步加速,并引导吹向半导体器件和散热器的温度最高处,起到最佳散热降温效果。

Description

大功率半导体器件的导流抽风式散热降温装置

本实用新型是一种大功率半导体器件在工作时的散热降温装置。

随着半导体工业的发展，各种大电流、耐高电压、高频率的大功率半导体器件正不断被制造出来，并在电子及电力设备中得到广范应用。由于这些大功率半导体器件工作于大电流、高电压、高频率的场合，这些器件本身产生的热量也越来越大，这些热量使半导体器件本身的温度升高，影响半导体器件的安全使用。增加大功率半导体器件的散热能力是保证器件安全使用的一种重要途径。目前普遍采用的增加大功率半导体器件散热能力的技术有：(一)大功率半导体器件紧密联结一个散热器，并且在半导体器件和散热器接触面之间涂以薄层导热硅脂，由于半导体器件工作于高电压状态，而联结的散热器体积又较大，容易在使用及维修时与外界接触，为了防止散热器带高电压与外界接触短路造成不良后果，采取的措施是在半导体器件和散热器接触面之间涂以薄层导热硅脂，并在半导体器件和散热器接触面之间垫一层云母片做为电绝缘措施，但是这样会如大热阻，降低大功率半导体器件与散热器之间的散热能力，对半导体器件的安全使用极为不利。(二)用风机对半导体器件及散热器进行强制风冷(图1)，由图可看到，风机3产生的气流有部分吹过半导体器件1和散热器2(如图中箭头m1所示)，风机产生的气流还有一部分没有吹过半导体器件和散热器(如图中箭头m2所示)，所以风机产生的气流进行强制风冷的效率还不高。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术所存在的不足之处，而提供一种散热器与大功率半导体器件之间热阻小，能对散热器进行电绝缘保护，并且能提高风机产生气流散热降温效率的大功率半导体器件的导流抽风式散热降温装置。

本实用新型的技术解决方案是：提供一种大功率半导体器件的导流抽风式散热降温装置，其特殊之处在于，本装置由抽风筒、散热器、流线型导流体、固定块、风机组成，所述的抽风筒是一个上端面和下端面为畅开口的长筒，在抽风筒的内侧，位于散热器的四周围按装有流线型导流体，流线型导流体用电气绝缘材料制成，流线型导流体固定在抽风筒内壁上与抽风筒内壁紧密相联，散热器置于抽风筒内部，散热器与抽风筒之间留有空间距离，散热器与抽风筒之间用固定块作隔离固定，固定块用电气绝缘材料制成，散热器与流线型导流体之间留有在散热器上按装大功率半导体器件及空气流通的空间距离，在抽风筒的上端面畅开口及抽风筒下端面畅开口分别按装风机，风机座与抽风筒的联接应密封不漏气。

采用流线型导流体是为了减小抽风筒内流动气体所受到的摩擦阻力及改变抽风筒内气流通道的横截面的面积，固定块和流线型导流体用电气绝缘材料制成是为了保证散热器与抽风筒之间有良好的电气绝缘，风机座与抽风筒的联接应密封不漏气是为了使风机驱动的气流完全流经抽风筒。

附图图面说明如下：

图1是现有技术中，用风机对功率半导体器件进行散热降温时，功能不足之处的说明图。

图2是本实用新型一个实施例的结构示意图的纵剖面图。

图3是本实用新型一个实施例的结构示意图的俯视剖面图。

图4是本实用新型一个实施例的风机第二种按装方法示意图。

图中各标号的说明如下：

1-大功率半导体器件，2-散热器，3-风机，4-抽风筒，5-散热器，6-大功率半导体器件，7-流线型导流体， 8-固定块，9-风机，10-风机，11-风机。

以下将结合附图对本实用新型进行详细的叙述：

参见图1知，在现有技术中，大功率半导体器件1和散热器2联接，风机3置于散热器上方，风机工作时加速上升气流，被加速的气流有m1部分流过大功率半导体器件，起到降温作用，但是气流m2部分不经过大功率半导体器件，所以风机没有充分发挥作用。

参见图2和图3知，本实用新型的一个实施例由抽风筒4、散热器5、流线型导流体7、固定块8、风机9组成。抽风筒4是一个用铝板制成的直长筒型状，其筒芯为矩型孔，长筒的上端面和下端面为畅开口，抽风筒的上、下两个畅开口作为上界面和下界面，在上、下两个界面之间的抽风筒可以看做一个流管。在抽风筒的内侧，有四个流线型导流体7，分别按装在抽风筒的四壁，按装方向是自下往上为流线型方向，流线型导流体用电气绝缘材料绝缘类酚醛塑料制成，流线型导流体固定在抽风筒内壁上与抽风筒内壁紧密相联，采用流线型导流体是为了减小流动气体所受到的摩擦阻力，采用电气绝缘材料制成，是因为流线型导流体与散热器之间矩离较近，防止使用及维修时流线型导流体与散热器或大功率半导体器件相碰，造成散热器与抽风筒之间电气短路。散热器置于抽风筒内部，散热器与抽风筒之间留有空间距离，散热器采用铝材制做，散热器横截面的四个角为直角，在散热器的四条直角侧棱边与抽风筒的四条内直角侧棱边之间用四个固定块分别作隔离固定，固定块的长度和散热器直角侧棱边的长度相等，固定块的横截面为直角L型，固定块用电气绝缘材料绝缘类酚醛塑料制成，每个固定块的内直角棱分别与散热器的一条直角侧棱边相联固定，每个固定块的外直角棱分别与抽风筒的一条内直角侧棱边相联固定，固定块把散热器和抽风筒固定为一个整体，又在散热器和抽风筒之间起到电气绝缘作用，散热器与流线型导流体之间留有在散热器上按装大功率半导体器件及空气流通的空间距离。在抽风筒的上端面按装风机9向抽风筒外抽风，风机座与抽风筒的联接应密封不漏气，这样当风机9向抽风筒外抽风时，补充进入抽风筒的气体只能由抽风筒的下端面进入。

本实用新型在使用时，由于散热器和抽风筒之间有电气绝缘隔离，所以可把大功率半导体器件与散热器接触面之间涂以薄层导热硅脂后直接紧密联接固定，由于取消了云母垫片，所以提高了大功率半导体器件与散热器之间的热交换能力，大功率半导体器件在散热器上的按装高度位置，应位于流线型导流体最厚的高度位置处，当大功率半导体器件开始工作后，所产生的热量传给散热器，并加热了大功率半导体器件和散热器周围的空气，在抽风筒内产生上升气流，这上升气流在抽风筒内产生向上的抽风作用，被加热的空气由抽风筒的上端面畅开口流出，由抽风筒的下端面畅开口补充流入冷空气，半导体器件发出的热量越多，抽风筒内空气上升流动越快。由于在抽风筒的上端面按装风机9向抽风筒外抽风，更加速了抽风筒内空气上升流动的速度。由于抽风筒可以看作以上、下两个畅开口为上界面和下界面的一个流管，由于在抽风筒的内壁按装有流线型导流体，所以在流管内部的不同高度，能流动气体的横截面面积大小不同，在流线型导流体最厚的地方，能通过气体的横截面积最小，由于抽风筒内气体可看作常压状态，根据流体动力学中不可压缩流体在流管中作稳恒流动的连续性方程可知，在流线型导流体最厚的地方，由于通过气体的横截面积最小，气体流动的速度最快，大功率半导体器件置于此高度与散热器相联接，由于大功率半导体器件及与其相联的散热器部份温度最高，而其周围气体流动速度最快，可提高大功率半导体器件的散热效果。抽风筒内的气体流动方向如箭头m3所示。

参见图4知，本实用新型的一个实施例根据需要，可在抽风筒下端面空气入口处按装风机10，向抽风筒内吹风，进一步加速抽风筒内的上升气流速度，风机座与抽风筒的联接应密封不漏气。抽风筒的上部可弯曲成90度的弧型筒，使抽风筒的上端面面向侧面，并且在侧面畅开口按装风机11向抽风筒外抽风，风机座与抽风筒的联接应密封不漏气，上端面的风机按装在侧面的结构，可防止外界杂物掉入抽风筒内。气流由风机10进入抽风筒，由风机11流出抽风筒，方向如箭头m4所示。

在抽风筒下端面进风口处，可用管道联接制冷设备，向抽风筒内送入经过制冷设备冷却的气体。

本实用新型可广泛用于各种逆变电源、逆变焊机、逆变电炉、电站整流及其它大功率半导体器件散热降温的使用场合。

本实用新型的导流抽风式散热降温装置，也可广泛用于其它需要用降温的方法来保证安全使用的器件。在不影响电绝缘的场合，或不需要考虑电绝缘的场合，本散热装置内部流过的不局限于空气，流过的可以是水及其它更有利于降温的液体或气体。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1：由于散热器置于抽风筒内部，并且散热器和抽风筒之间有电气绝缘隔离，可防止在使用及维修时散热器与外界接触造成电气短路，所以可把大功率半导体器件与散热器接触面之间涂以薄层导热硅脂后直接紧密联接固定，由于取消了云母垫片，所以提高了大功率半导体器件与散热器之间的热交换能力，有利于降低大功率半导体器件的温度。

2：由于风机座与抽风筒的联接密封不漏气，这样当上端面风机向抽风筒外抽风时，补充进入抽风筒的气体只能由抽风筒的下端面进入，当下端面风机向抽风筒内吹风时，气体只能由抽风筒的上端面流出。使风机驱动的气流，都经流线型导流体加速并引导吹向半导体器件和散热器的温度最高处，起到最佳散热降温效果。

3：由于大功率半导体器件和散热器置于抽风筒内部，由大功率半导体器件产生的热量加热了大功率半导体器件和散热器周围的空气，在抽风筒内产生上升气流，这上升气流在抽风筒内形成向上的抽风作用，被加热的空气由抽风筒的上端面畅开口流出，由抽风筒的下端面畅开口补充流入冷空气，经流线型导流体加速并引导吹向半导体器件和散热器的温度最高处，起到散热降温效果，半导体器件发出的热量越多，抽风筒内空气上升流动越快。

4：由于进入抽风筒的气体只能由抽风筒的下端面进入，这样就可以在抽风筒下端面进风口处，用管道联接制冷设备，向抽风筒内送入经过制冷设备冷却的气体，由于降低了进入抽风筒内的气流温度，扩大了进入抽风筒内的气流与大功率半导体器件和散热器之间的温差，则加强了大功率半导体器件的散热降温效果。

Claims

1：一种大功率半导体器件的导流抽风式散热降温装置，其特征在于本装置由抽风筒、散热器、流线型导流体、固定块、风机组成，所述的抽风筒是一个上端面和下端面为畅开口的长筒，在抽风筒的内侧，位于散热器的四周围按装有用电气绝缘材料制成的流线型导流体，流线型导流体固定在抽风筒内壁上与抽风筒内壁紧密相联，散热器置于抽风筒内部，散热器与抽风筒之间留有空间距离，散热器与抽风筒之间用电气绝缘材料制成的固定块作隔离固定，散热器与流线型导流体之间留有在散热器上按装大功率半导体器件及空气流通的空间距离，在抽风筒的上端面或抽风筒下端面分别按装风机，风机座与抽风筒的联接应密封不漏气。