專利名稱：一種功率半導(dǎo)體器件蒸發(fā)冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件的一種冷卻裝置，尤其是涉及功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置。
背景技術(shù)：
隨著高壓交流輸電技術(shù)、交流變頻調(diào)速技術(shù)等方面日益廣泛應(yīng)用，電力電子裝置的緊湊型和可靠性問(wèn)題越來(lái)越受到廣大電力技術(shù)人員的關(guān)注。在影響電力電子裝置可靠性的多種因素中，散熱是至關(guān)重要的一個(gè)。大功率半導(dǎo)體器件(亦稱電力電子器件)工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量，將導(dǎo)致芯片溫度的升高，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)纳岽胧?，可能使芯片的溫度超過(guò)所允許的最高結(jié)溫，從而導(dǎo)致器件性能的惡化以致?lián)p壞。所以在電路設(shè)計(jì)中，選擇適當(dāng)?shù)纳岱绞?，并進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，是使器件的潛力得到充分發(fā)揮，提高電路可靠性不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一。
現(xiàn)代電力電子裝置一般采用空氣冷卻或者水冷。應(yīng)該說(shuō)，從散熱的角度來(lái)說(shuō)，水冷是非常理想的。但是，水循環(huán)系統(tǒng)工藝要求高，安裝復(fù)雜，維護(hù)工作量大，而且一旦漏水，會(huì)帶來(lái)安全隱患。所以，能夠用空氣冷卻解決問(wèn)題的場(chǎng)合，就不要采用水冷。采用水冷必須解決冷卻水的純度和長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的可靠性及腐蝕兩大問(wèn)題?？傊?，開(kāi)發(fā)和選擇新型高效散熱技術(shù)對(duì)電力電子裝置進(jìn)行冷卻，是保證裝置可靠性和縮小設(shè)備體積的一個(gè)重要措施。
中國(guó)專利200320129492.1公開(kāi)了一種大功率電力電子器件蒸發(fā)冷卻裝置，包括蒸發(fā)冷卻箱8和冷凝器9，冷凝器9置于蒸發(fā)冷卻箱8之上方，冷凝器9中有冷凝管3、進(jìn)水口1和出水口2；蒸發(fā)冷卻箱8與冷凝器9連為一整體或與冷凝器9分體，兩者通過(guò)連接管7連通；蒸發(fā)冷卻箱8中與器件接觸的壁面為平面，內(nèi)充有冷卻液5，功率模塊4固定在蒸發(fā)冷卻箱8的外側(cè)板表面。這種蒸發(fā)冷卻箱采用容積式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部體積較大，液體量多，箱體壁面接縫采用焊接方式，上部有出汽口，與器件進(jìn)行熱傳遞。經(jīng)過(guò)多次樣機(jī)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)有以下缺點(diǎn)，如體積大、焊接面、密封面比較多，使得加工安裝維修均不方便；冷卻介質(zhì)成本較高且比重大，灌液量多，成本也高，重量大，同時(shí)設(shè)計(jì)裕度過(guò)大。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明優(yōu)化了現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)，提供了一種改進(jìn)型的非浸泡方式的蒸發(fā)冷卻裝置。本發(fā)明加工更簡(jiǎn)單、密封性能好、體積小、可以降低成本?？梢栽谀撤N特殊條件下作用。
本發(fā)明由用于安裝器件的蒸發(fā)冷卻散熱器和冷凝器組成，冷凝器置于蒸發(fā)冷卻散熱器之上方，用連接管連通，蒸發(fā)冷卻散熱器與器件散發(fā)熱量的底座接觸面為平面，器件緊固于蒸發(fā)冷卻散熱器壁面，冷凝器中有冷凝管，冷凝器外部有進(jìn)水口和出水口便于連接用戶水管，冷凝管內(nèi)通二次冷卻水。蒸發(fā)冷卻散熱器內(nèi)充蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)采用沸點(diǎn)適中符合環(huán)保要求的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。
功率半導(dǎo)體器件即電力電子器件用于散發(fā)熱量的底座安裝在蒸發(fā)冷卻散熱器的外側(cè)板表面，蒸發(fā)冷卻散熱器充有冷卻介質(zhì)，功率半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)器件發(fā)熱面?zhèn)髦僚c器件接觸的蒸發(fā)冷卻散熱器，根據(jù)沸騰換熱機(jī)理，蒸發(fā)冷卻散熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)吸熱，在沸點(diǎn)蒸發(fā)產(chǎn)生相變，由于密度壓差在重力加速度作用下生成的流動(dòng)壓頭，克服阻力壓降形成一定流量的循環(huán)，使冷卻介質(zhì)在沸騰點(diǎn)蒸發(fā)成汽態(tài)上升到冷凝器上部，并與其內(nèi)的冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換冷凝成液體后，重新流回蒸發(fā)冷卻散熱器。如此的蒸發(fā)冷卻方式由于相變吸熱量大，所以能對(duì)大功率電力電子器件進(jìn)行高效的冷卻。該結(jié)構(gòu)功率器件組合安裝方便，也可以將功率器件的芯片直接與蒸發(fā)冷卻散熱器封裝一體，散熱器采用導(dǎo)電金屬材料，同時(shí)做電極引線，是整個(gè)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且靈活。箱體式結(jié)構(gòu)個(gè)功率器件集中在箱體四壁，器件安裝和電氣連線不方便。
本發(fā)明蒸發(fā)冷卻散熱器為管道式結(jié)構(gòu)，散熱器內(nèi)部為空心管道，可以是螺紋管、微肋管、收縮管，或多孔表面管，采用型材或鑄造制成，以減少焊接面。散熱器上下端部設(shè)有進(jìn)液口和出汽口。冷卻介質(zhì)在管道內(nèi)流動(dòng)，與器件進(jìn)行熱傳遞。由于采用了管道式結(jié)構(gòu)，本發(fā)明比中國(guó)專利200320129492.1的結(jié)構(gòu)體積更小，灌液量小，結(jié)構(gòu)密封面減少。
本發(fā)明基于管內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱原理。流動(dòng)沸騰是指液體在壓差作用下，以一定的流速流經(jīng)加熱面時(shí)所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。現(xiàn)有技術(shù)的蒸發(fā)冷卻箱容積式結(jié)構(gòu)，采用大容積沸騰換熱原理，所謂大容積飽和沸騰是指加熱面被浸潤(rùn)在無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的液體中所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。由于加熱面處得氣泡生長(zhǎng)受流體流動(dòng)方向上的附加作用，是當(dāng)?shù)氐臍饣^(guò)程發(fā)生變化，如改變起始沸騰條件、減小氣泡脫離直徑，增加氣泡逸離頻率，影響氣泡聚合過(guò)程等，因此，管內(nèi)沸騰的機(jī)理要比大容積沸騰更為復(fù)雜。影響管內(nèi)沸騰的因素很多，首先是液體在管內(nèi)流動(dòng)速度的影響，按強(qiáng)迫流動(dòng)的對(duì)流放熱方程式Nuf=0.021Ref0.8.Prf0.43.(Prf/Prw)0.25]]>當(dāng)熱負(fù)荷很低，即沸騰很弱時(shí)，放熱系數(shù)α基本上與不沸騰時(shí)的對(duì)流放熱相一致。只在流速w很小時(shí)才顯示出沸騰對(duì)放熱的增強(qiáng)作用，當(dāng)q不斷增大時(shí)，α的數(shù)值也不斷增大，流動(dòng)速度的影響則逐漸減弱；只有流速很高時(shí)，才顯示出對(duì)α有影響。
管內(nèi)沸騰時(shí)臨界狀態(tài)的到來(lái)在很大程度上取決于形成的汽泡從受熱面上脫離的條件。所以流動(dòng)速度提高時(shí)，汽泡容易被液流從受熱面上沖走，使臨界點(diǎn)來(lái)得晚一些，從而提高了qKP(臨界熱負(fù)荷)的數(shù)值。
管內(nèi)蒸汽含量的多少對(duì)沸騰放熱也有很大的影響，上述關(guān)于液體在管內(nèi)流動(dòng)沸騰的放熱系數(shù)的關(guān)系式，是指沸騰時(shí)液體內(nèi)蒸汽含量不大的狀況，當(dāng)單位容積內(nèi)蒸汽含量很大時(shí)，α就迅速增加，這是因?yàn)檎既莘e大部分的蒸汽在管子中心流動(dòng)，而液體則被擠向壁面形成一層薄膜，這層薄膜在高速地流動(dòng)著，從而形成了放熱的有利條件，提高液體的換熱效率。
大容積沸騰時(shí)，由溫差引起的自然對(duì)流，流動(dòng)沸騰是以一定的流速流經(jīng)加熱面，與氣泡方向相同的沸騰現(xiàn)象，對(duì)核態(tài)沸騰傳熱有強(qiáng)化作用，并且管徑越小，強(qiáng)化作用越明顯， h自然對(duì)流＜h流動(dòng)對(duì)流。
由于采用管道結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)改變流道的表面形狀，以提高強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)，管道可以采用各種形式的內(nèi)肋管、內(nèi)螺旋管、縮放管、橫紋管等，如采用垂直上升螺紋管，其傳熱系數(shù)是光管的1.6～2倍.或采用內(nèi)部微肋管，微肋管傳熱系數(shù)是光管的1.2～1.5倍，改變流道形狀可使沸騰得到強(qiáng)化，原因是由于流體質(zhì)點(diǎn)速度變化或產(chǎn)生的劇烈漩渦，不斷沖刷流動(dòng)邊界層，使流動(dòng)邊界層和傳熱邊界層相應(yīng)地減薄，從而可提高傳熱效率。多孔表面管也是一種在光滑表面上覆蓋多孔層后所形成的換熱，它也能對(duì)沸騰換熱進(jìn)行顯著的強(qiáng)化。按加工工藝不同，分為燒結(jié)型、機(jī)械加工型、噴涂型及電化學(xué)腐蝕型等四種。其傳熱系數(shù)可達(dá)光滑表面的5倍左右。多孔表面之所以能夠取得較好的強(qiáng)化換熱效果在于它有大量的氣化核心和較高的氣泡脫離頻率，兩相流速提高，使傳熱系數(shù)升高，同時(shí)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得多孔層中可以建立起穩(wěn)定的氣液兩相流動(dòng)與傳熱傳質(zhì)循環(huán)。
中國(guó)專利200320129492.1的箱體結(jié)構(gòu)屬于自然對(duì)流傳熱，本發(fā)明采用管道式結(jié)構(gòu)和多種強(qiáng)化傳熱的措施，提高對(duì)流傳熱效率，因此從原理分析，本發(fā)明傳熱效果更好。蒸發(fā)冷卻散熱器內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)可以根據(jù)熱負(fù)荷能力、介質(zhì)流速等參數(shù)及臨界熱流密度交互計(jì)算來(lái)確定。
因?yàn)楣β势骷墓收下孰S結(jié)溫的升高按指數(shù)函數(shù)增加，因此器件運(yùn)行時(shí)必須保證其內(nèi)部的結(jié)溫始終保持在允許的結(jié)溫之內(nèi)。為降低器件結(jié)溫，須設(shè)計(jì)熱阻盡可能低的熱流通路，使器件的熱量能通過(guò)它盡快發(fā)散出去，根據(jù)傳熱學(xué)的基本原理，即要提高對(duì)流換熱系數(shù)及降低表面接觸熱阻。由上述可知本發(fā)明管道式結(jié)構(gòu)比中國(guó)專利200320129492.1的箱體結(jié)構(gòu)的換熱系數(shù)提高。為降低表面接觸熱阻即可以減小散熱器與元件發(fā)熱面接觸的壁厚，可以采用導(dǎo)熱性好的金屬(如紫銅)，且在接觸面之間添導(dǎo)熱性好的硅脂，以減小接觸面之間的空隙，這些措施均可以減小熱阻。
本發(fā)明冷卻效率高，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，器件安裝和檢修方便，同時(shí)由于冷卻介質(zhì)本身具有絕緣性，因此提高了器件的可靠性，無(wú)水冷的結(jié)露、水路電位不固定、水路堵塞、腐蝕等帶來(lái)的故障以及水處理設(shè)備的投資，經(jīng)濟(jì)性較好。


圖1a為本發(fā)明實(shí)施例之一空氣冷凝器式蒸發(fā)冷卻散熱器分體式結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b為散熱器內(nèi)部側(cè)視圖；圖2a為本發(fā)明實(shí)施例之二水冷凝器式多個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b為散熱器側(cè)視內(nèi)部剖面圖；圖3a是本發(fā)明實(shí)施例之三外部風(fēng)冷式蒸發(fā)冷卻散熱器一體式結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b是散熱器正視內(nèi)部剖面圖。
圖中1蒸發(fā)冷卻散熱器、2功率半導(dǎo)體器件、3 水冷凝器或空氣冷卻器、4冷卻水或風(fēng)進(jìn)口、5 冷卻水或風(fēng)出口、6 集液管、7回液管、8 均壓管、9 出汽管、10蒸發(fā)冷卻介質(zhì)、11 固定螺栓、12 電連接頭、13 散熱片、14 散熱器殼體、15進(jìn)液管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖1a所示，空氣冷凝器式蒸發(fā)冷卻散熱器分體式結(jié)構(gòu)。冷凝器為空氣冷卻器3，蒸發(fā)冷卻散熱器1與空氣冷卻器3分體，空氣冷卻器3置于蒸發(fā)冷卻散熱器1之上方，兩者通過(guò)出汽管9連通，風(fēng)機(jī)從進(jìn)口4吹進(jìn)冷風(fēng)，從出口5吹出來(lái)。蒸發(fā)冷卻散熱器1外部尺寸寬×厚×高為100mm×30mm×630mm。如圖1b所示，蒸發(fā)冷卻散熱器1寬100mm×厚30mm×高590，內(nèi)部為寬90mm×厚15mm×高590的方形管道，內(nèi)表面噴涂為多孔表面，增加氣化核心和提高的氣泡脫離頻率，強(qiáng)化換熱效果。在散熱器1的內(nèi)部充入蒸發(fā)冷卻介質(zhì)10。蒸發(fā)冷卻散熱器1的外側(cè)板表面加工成光滑的平面，安裝功率半導(dǎo)體器件2。功率半導(dǎo)體器件2的熱量通過(guò)蒸發(fā)冷卻散熱器1的外側(cè)板傳至其內(nèi)的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)10，冷卻介質(zhì)10在沸點(diǎn)蒸發(fā)，產(chǎn)生相變吸熱，由于密度壓差在重力加速度作用下生成的流動(dòng)壓頭，克服阻力壓降形成一定流量的循環(huán)，使冷卻介質(zhì)10在沸騰點(diǎn)蒸發(fā)成汽態(tài)上升到空氣冷卻器3上部，并與其內(nèi)的冷空氣進(jìn)行熱交換凝結(jié)成液體后，重新流回蒸發(fā)冷卻散熱器1。這種方式的空氣冷卻器或水冷凝器放置比較靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。多個(gè)功率器件安裝在同一表面，由于采用銅等導(dǎo)電材料作散熱器，可以不用再在器件極板引出電連接線，可用散熱器兼做電極板引線，通過(guò)電連接頭12與外部電源線連接。如圖1b為內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖所示。
實(shí)驗(yàn)表明此實(shí)施例工作電流為2520A，壓力為0.008MPa時(shí)，功率半導(dǎo)體器件2平均壁溫63℃，殼溫76℃內(nèi)；工作電流為2520A，壓力為0.015MPa時(shí)，功率半導(dǎo)體器件2平均壁溫64℃，殼溫可控制在78℃內(nèi)；工作電流為2520A，壓力為0.0225MPa，電壓3.79v，功率為3528w時(shí)，功率半導(dǎo)體器件2平均壁溫65℃，殼溫可控制在78℃內(nèi)；隨著蒸發(fā)冷卻散熱器1內(nèi)的冷卻介質(zhì)蒸汽壓力升高，殼溫會(huì)有略微升高，這是因?yàn)槔鋮s介質(zhì)10的沸點(diǎn)隨壓力升高而升高，引起壁溫升高，如果為負(fù)壓，壁溫會(huì)降低，殼溫也會(huì)隨著降低。
采用非浸泡式蒸發(fā)冷卻方式冷卻大功率器件可以達(dá)到理想的冷卻效果。而且一個(gè)散熱器可以冷卻多個(gè)功率器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單冷卻效率高。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器并聯(lián)與水冷凝器分體式如圖2a所示，6個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器1通過(guò)出汽管15及均壓管8連通，在其頂部與水冷凝器3連通，冷凝器裝有冷凝管。功率半導(dǎo)體器件2夾裝在蒸發(fā)冷卻散熱器1的外側(cè)板表面之間，用固定螺栓11固定。為提高導(dǎo)熱率，蒸發(fā)冷卻散熱器1為空心殼體，外表面加工光滑平整。散熱器1內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2b所示，在散熱器1的內(nèi)部，以寬度方向并排均布的9根直徑為10mm的內(nèi)螺旋圓管為中央，外部用銅澆筑成型，并在上下留有匯流的進(jìn)液管15和出汽管9。在功率半導(dǎo)體器件2與接觸壁之間涂抹導(dǎo)熱脂以減小熱阻，蒸發(fā)冷卻散熱器1內(nèi)的空心殼體充蒸發(fā)冷卻介質(zhì)10，水冷凝器3包括進(jìn)水口4，出水口5，六個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器1上部通過(guò)端部出汽管9與均壓管8連通，下部通過(guò)端部進(jìn)液管15與集液管6連通，集液管6通過(guò)回液管7與頂部冷凝器3連通。功率半導(dǎo)體器件2工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)蒸發(fā)冷卻散熱器1的外側(cè)板傳至其內(nèi)的冷卻介質(zhì)10，蒸發(fā)冷卻散熱器1內(nèi)的冷卻介質(zhì)10吸熱，在沸點(diǎn)蒸發(fā)產(chǎn)生相變，由于密度壓差在重力加速度作用下生成的流動(dòng)壓頭，克服阻力壓降形成一定流量的循環(huán)，使冷卻介質(zhì)在沸騰點(diǎn)蒸發(fā)成汽態(tài)上升到冷凝器3上部，并與其內(nèi)的冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換冷凝成液體后，經(jīng)冷凝器3、回液管7、集液管6和進(jìn)液管15，重新流回到蒸發(fā)冷卻散熱器1。由于采用內(nèi)部管道，強(qiáng)化了核態(tài)沸騰，提高換熱效率。
本發(fā)明實(shí)施例之三外部風(fēng)冷式蒸發(fā)冷卻散熱器一體式結(jié)構(gòu)如圖3a所示。臥式布置的蒸發(fā)冷卻散熱器1與立式布置的空氣散熱片13連為一體。空氣散熱片13中設(shè)有冷卻介質(zhì)10的流通通道，這些通道與臥式蒸發(fā)冷卻散熱器1的管道相通，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3b所示。蒸發(fā)冷卻散熱器1底板寬×厚×長(zhǎng)為100mm×30mm×200mm，內(nèi)部寬×厚×高為80mm×24mm×180mm的空心長(zhǎng)方體，上部為內(nèi)部空心的圓柱體散熱片，增加換熱面積，提高冷卻效果，類似熱管散熱片。散熱器1內(nèi)充滿蒸發(fā)冷卻介質(zhì)10。功率半導(dǎo)體器件2安裝在蒸發(fā)冷卻散熱器1的外側(cè)板表面，功率半導(dǎo)體器件2的熱量通過(guò)蒸發(fā)冷卻散熱器的外側(cè)板傳至散熱器1內(nèi)的冷卻介質(zhì)10，冷卻介質(zhì)10在沸點(diǎn)蒸發(fā)，產(chǎn)生相變吸熱，由于密度壓差在重力加速度作用下生成流動(dòng)壓頭，克服阻力壓降形成一定流量的循環(huán)，使冷卻介質(zhì)10在沸騰點(diǎn)蒸發(fā)成汽態(tài)上升到空氣散熱片13中，通過(guò)空氣散熱片13與外部冷空氣進(jìn)行熱交換，凝結(jié)成液體后，經(jīng)空氣散熱片13內(nèi)表面向下流回蒸發(fā)冷卻散熱器1。這種方式的空氣散熱片體積小，可以使用在缺水的特殊環(huán)境中。多個(gè)功率器件安裝在同一表面，由于采用銅等導(dǎo)電材料作散熱器，可以不用再在器件極板引出電連接線，可用散熱器兼做電極板引線，通過(guò)連接頭12與外部電源線連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和維修方便。如圖3b所示。
這三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是功率半導(dǎo)體器件2通過(guò)固定螺栓和導(dǎo)熱膠(脂)固定在蒸發(fā)冷卻散熱器1外側(cè)表面上，安裝和檢修方便，更換器件時(shí)不需要打開(kāi)蒸發(fā)冷卻散熱器。由于冷卻介質(zhì)10的沸點(diǎn)低，從而使得功率半導(dǎo)體器件2的最高溫度控制在器件結(jié)溫允許的范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率半導(dǎo)體器件蒸發(fā)冷卻裝置，包括蒸發(fā)冷卻散熱器[1]和冷凝器[3]，冷凝器[3]置于蒸發(fā)冷卻散熱器[1]之上方，冷凝器[3]中有冷凝管、冷卻水或冷風(fēng)進(jìn)口[4]和冷卻水或熱風(fēng)出口[5]；其特征在于蒸發(fā)冷卻散熱器[1]散熱器內(nèi)部設(shè)有采用型材或鑄造制成的管道，管道可以是螺紋管、微肋管、收縮管，或多孔表面管，其形狀為矩形、圓形或多邊形，散熱器[1]上下端部設(shè)有進(jìn)液管[15]和出汽管[9]，管道內(nèi)充入蒸發(fā)冷卻介質(zhì)[10]；蒸發(fā)冷卻散熱器[1]中與器件接觸的外側(cè)板表面為光滑平面，功率半導(dǎo)體器件[2]固定在此外側(cè)板表面；大功率半導(dǎo)體器件[2]工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)器件發(fā)熱面?zhèn)髦僚c器件接觸的蒸發(fā)冷卻散熱器[1]，蒸發(fā)冷卻散熱器[1]管道內(nèi)的蒸發(fā)冷卻介質(zhì)[10]在沸點(diǎn)蒸發(fā)產(chǎn)生相變，由于密度壓差在重力加速度作用下生成的流動(dòng)壓頭，克服阻力壓降形成一定流量的循環(huán)，使冷卻介質(zhì)在沸騰點(diǎn)蒸發(fā)成汽態(tài)上升到冷凝器[3]上部，并與其內(nèi)的冷卻循環(huán)水或冷風(fēng)進(jìn)行熱交換，冷凝成液體后，重新流回蒸發(fā)冷卻散熱器[1]。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于冷凝器[3]為空氣冷卻管型[3]或空氣散熱片型[13]；蒸發(fā)冷卻散熱器[1]與空氣冷卻管型冷卻器[3]分體時(shí)，兩者通過(guò)出汽管[9]連通；空氣散熱片[13]作為冷凝器時(shí)，蒸發(fā)冷卻散熱器[1]臥式布置，與立式布置的空氣散熱片[13]連為一體，空氣散熱片[13]中設(shè)有冷卻介質(zhì)[10]的流通通道，流通通道與臥式蒸發(fā)冷卻散熱器[1]的管道相通。
3.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于可在兩個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器[1]之間夾裝一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體器件[2]，或多個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器[1]中間夾裝多個(gè)功率半導(dǎo)體器件[2]。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于多個(gè)蒸發(fā)冷卻散熱器[1]連通時(shí)，蒸發(fā)冷卻散熱器[1]上部通過(guò)端部出汽管[9]與均壓管[8]連通，下部通過(guò)進(jìn)液管[15]與集液管[6]連通，集液管[6]與回液管[7]連通至上部冷凝器[3]或冷卻器[3]。
5.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于蒸發(fā)冷卻介質(zhì)循環(huán)可以借助泵提供循環(huán)動(dòng)力或無(wú)泵自循環(huán)。
6.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于蒸發(fā)冷卻介質(zhì)其沸騰點(diǎn)不超過(guò)70℃。
7.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的的功率半導(dǎo)體器件的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于可在功率半導(dǎo)體器件[2]與蒸發(fā)冷卻散熱器[1]之間涂抹導(dǎo)熱脂(膠)。
全文摘要
一種功率半導(dǎo)體器件蒸發(fā)冷卻裝置，其蒸發(fā)冷卻散熱器[1]內(nèi)布置空心管道，散熱器上下端部設(shè)有進(jìn)液管[15]和出汽管[9]，管道內(nèi)充入蒸發(fā)冷卻介質(zhì)[10]。大功率半導(dǎo)體器件[2]安裝在蒸發(fā)冷卻散熱器[1]的外側(cè)板表面，功率半導(dǎo)體器件[2]工作時(shí)產(chǎn)生的熱量傳至與器件接觸的蒸發(fā)冷卻散熱器[1]，根據(jù)沸騰換熱機(jī)理，蒸發(fā)冷卻介質(zhì)[10]吸熱，在沸點(diǎn)蒸發(fā)產(chǎn)生相變，由于密度壓差在重力加速度作用下生成的流動(dòng)壓頭，克服阻力壓降形成一定流量的循環(huán)，使冷卻介質(zhì)在沸騰點(diǎn)蒸發(fā)成汽態(tài)上升到冷凝器[3]上部，并與其內(nèi)的冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換冷凝成液體后，重新流回蒸發(fā)冷卻散熱器[1]。本發(fā)明體積小，冷卻效率高。
文檔編號(hào)H01L23/427GK1851908SQ20061001195
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者顧國(guó)彪, 國(guó)建鴻, 傅德平, 田新東, 李振國(guó), 袁佳毅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所