專利名稱：一種大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，主要運(yùn)用于晶閘管應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于晶閘管而言，額定工作結(jié)溫L為重要的基本參數(shù)之一。晶閘管的溫度必須保持在某 一臨界值以下，以避免正向漏電流或反向漏電流變大到引起器件損壞的程度。在開通、關(guān)斷 期間和通態(tài)時(shí)，會(huì)有一個(gè)能使器件溫度顯著增高的功耗值，熱量通常是從與晶閘管相連接的 冷卻表面或散熱器上傳出去。如果晶閘管的冷卻條件差，會(huì)導(dǎo)致晶閘管結(jié)溫上升，使所需要
的門極觸發(fā)電壓V^和門極觸發(fā)電流IeT降低，晶閘管在外來干擾下容易造成誤觸發(fā)。目前行 業(yè)常采用的冷卻方式主要有空氣冷卻和液體冷卻兩種?？諝饫鋮s僅限用于小功率晶閘管，容 量稍大晶閘管工作穩(wěn)定性就難以保障；液體冷卻有以下幾方面不足1、要采用昂貴的預(yù)防措 施防止液體純度降低；2、系統(tǒng)中需要?jiǎng)恿ρh(huán)設(shè)備，降低了系統(tǒng)的可靠性；3、工作環(huán)境要 求嚴(yán)格，占用空間大，維護(hù)工作較多。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提出一種散熱效率高、可靠性強(qiáng)、成本低的大功率 晶閘管用散熱系統(tǒng)。為此，本發(fā)明提出了一種大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其包括晶閘管壓 接散熱器l、冷卻介質(zhì)回流母管2、冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管3、冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管4和外端熱交換 器5，所述晶閘管壓接散熱器1通過其上部和下部的所述冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管4并聯(lián)到所述冷 卻介質(zhì)回流母管2和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管3上，所述冷卻介質(zhì)回流母管2和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管 3兩端延伸并與外端熱交換器5連接，從而形成冷卻介質(zhì)相變自循環(huán)回路。
其中，所述晶閘管壓接散熱器l包括散熱器基體ll，散熱器基體的上、下端設(shè)有與冷卻 介質(zhì)導(dǎo)流子管4相連接的氣態(tài)介質(zhì)出口 12和液態(tài)介質(zhì)入口 13，散熱器基體的內(nèi)部均勻布置 有冷卻介質(zhì)循環(huán)槽道14和蒸發(fā)室15，各槽道14的上端與氣態(tài)介質(zhì)出口 12連通、其下端與 液態(tài)介質(zhì)入口 13連通，所述散熱器基體11的兩側(cè)設(shè)有與晶閘管相互疊壓的臺(tái)面17和用于固 定晶閘管的固定機(jī)構(gòu)16。
其中，所述晶閘管壓接散熱器l采用銅及氧化金屬材料制成，兩側(cè)設(shè)有彈簧懸掛孔和接 線孔。
其中，所述冷卻介質(zhì)回流母管2、冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管3和冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管4采用耐腐蝕高絕緣強(qiáng)度塑料制成，并采用多重防漏措施。
其中，所述外端熱交換器5采用鋁質(zhì)波浪型肋板制成，所述冷卻介質(zhì)選自熱容量大的環(huán) 保型絕緣介質(zhì)。
其中，在具有N個(gè)晶閘管的系統(tǒng)中，釆用具有N+1個(gè)晶閘管壓接散熱器1的冷卻循環(huán)回 路以并聯(lián)的方式連接，其中N為自然數(shù)，冷卻介質(zhì)回流母管2位于散熱器串的上方并與散熱 器串平行，以促進(jìn)冷卻介質(zhì)受熱相變后回流入外端熱交換器5，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管3位于散 熱器串的下方并與散熱器串平行，冷卻介質(zhì)回流母管2和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管3的端部都與外 端熱交換器5相連。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的大功率晶閘管用散熱系統(tǒng)具有散熱效率高、可靠性強(qiáng)、 成本低的優(yōu)點(diǎn)，并且還具有熱慣性大，易于吸收短時(shí)間內(nèi)的過載作用，電氣性能高，不需維 護(hù)等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)的主視圖2為圖1的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)的左視圖3為本發(fā)明散熱系統(tǒng)中晶閘管壓接散熱器的外部結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明散熱系統(tǒng)中晶閘管壓接散熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，即圖3的A-A剖視圖； 其中，1-晶閘管壓接散熱器，2-冷卻介質(zhì)回流母管，3-冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管，4-冷卻介質(zhì)導(dǎo) 流子管，5-外端熱交換器，6-晶閘管，11-散熱器基體，12-氣態(tài)介質(zhì)出口， 13-液態(tài)介質(zhì)入口， 14-冷卻介質(zhì)循環(huán)槽道，15-蒸發(fā)室，16-固定機(jī)構(gòu)，17-臺(tái)面，18-彈簧懸掛孔，19-接線孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本發(fā)明采用相變冷卻方式，該系統(tǒng)主要包括晶閘管壓接散熱器、冷卻介質(zhì)導(dǎo)流管、外端 熱交換器和冷卻介質(zhì)。晶閘管釆用"n+l"方式與所述晶閘管壓接散熱器壓裝，閥體上方安裝 冷卻介質(zhì)導(dǎo)出母管，下方安裝冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管，每個(gè)散熱器通過導(dǎo)流子管并聯(lián)，導(dǎo)流母管 兩端與閥體兩側(cè)的熱交換器相連。
所述晶閘管壓接散熱器采用銅及氧化金屬材料，保證低熱阻和足夠的機(jī)械強(qiáng)度；內(nèi)壁絕 緣，外壁導(dǎo)電良好。根據(jù)散熱量大小，內(nèi)部設(shè)計(jì)相應(yīng)的冷卻介質(zhì)循環(huán)槽和蒸發(fā)室。散熱器液 態(tài)冷卻介質(zhì)進(jìn)口在下端，出口在上端。兩側(cè)設(shè)有彈簧懸掛孔和接線孔，散熱器臺(tái)面大小和形 位公差均滿足晶閘管安裝要求，臺(tái)面外圈設(shè)有固定晶閘管裝置，便于晶閘管的安裝和更換。 所述冷卻介質(zhì)導(dǎo)流管路采用耐腐蝕高絕緣強(qiáng)度塑料，采用多重防漏措施，并經(jīng)計(jì)算采用最優(yōu)化的布局，促進(jìn)冷卻介質(zhì)循環(huán)。所述外端熱交換器采用鋁質(zhì)波浪型肋板，以提高熱交換率增 加換熱面積。所述冷卻介質(zhì)釆用為環(huán)保型絕緣介質(zhì)，熱容大。
如圖l、 2所示，本發(fā)明包括晶閘管壓接散熱器l、冷卻介質(zhì)回流母管2、冷卻介質(zhì)導(dǎo)入 母管3、冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管4、外端熱交換器5。 N+1個(gè)晶閘管壓接散熱器1與N個(gè)晶閘管相 互疊壓在一起，使串聯(lián)晶閘管均勻散熱，以保證各晶閘管相同的工作溫度。晶閘管壓接散熱 器1通過冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管4分別與上方冷卻介質(zhì)回流母管2和下方冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管3相 連，各散熱器1的冷卻循環(huán)回路采用并聯(lián)方式，獨(dú)立互不影響。冷卻介質(zhì)回流母管2位于閥 串上方并與閥串平行，以促進(jìn)冷卻介質(zhì)受熱相變后回流入外端熱交換器5。冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母 管3位于閥串下方并與閥串平行，兩端與外端熱交換器5相連。
晶閘管工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)經(jīng)過晶閘管兩側(cè)的散熱器1與內(nèi)部的冷卻介質(zhì)發(fā)生熱 交換，冷卻介質(zhì)因溫度升高發(fā)生相變，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣化后的冷卻介質(zhì)通過上方的導(dǎo)流 子管4流入冷卻介質(zhì)回流母管2，然后經(jīng)冷卻介質(zhì)回流母管2進(jìn)入外端熱交換器5，通過外端 熱交換器5的冷卻使氣態(tài)的冷卻介質(zhì)液化，在重力作用下，液態(tài)的冷卻介質(zhì)經(jīng)冷卻介質(zhì)導(dǎo)入 母管3、下方的導(dǎo)流子管4回流到散熱器1，完成一次循環(huán)過程。
如圖3和圖4的本發(fā)明散熱裝置中散熱器的外部、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖所示，晶閘管壓接散 熱器l包括散熱器基體ll，散熱器基體的上、下端安裝有與冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管4相連接的氣 態(tài)介質(zhì)出口 12和液態(tài)介質(zhì)入口 13，根據(jù)散熱量大小，散熱器基體的內(nèi)部均布冷卻介質(zhì)循環(huán) 槽道14和蒸發(fā)室15。各槽道14的上端與氣態(tài)介質(zhì)出口 12相連通，各槽道的下端與液態(tài)介 質(zhì)入口13相連通，散熱器基體ll的兩側(cè)具有與晶閘管相互疊壓的臺(tái)面17，臺(tái)面的大小和形 位公差均滿足晶閘管安裝要求，該臺(tái)面經(jīng)精加工處理，為了便于晶閘管的安裝和更換，臺(tái)面 外圈配有用于固定晶閘管的固定機(jī)構(gòu)16，該固定機(jī)構(gòu)16可選用掛鉤等易于安裝、方便操作 的部件。散熱器基體ll的兩端設(shè)有兩個(gè)彈簧懸掛孔18，為了使各散熱器的電位相等，避免 操作人員觸電，在散熱器基體的上部裝有一用于連接等電位線接線孔19。
所述冷卻介質(zhì)導(dǎo)流母管和子管均呈一定角度方位連接。它是一種散熱效率高、空間占用 率小、不需維護(hù)的冷卻系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于性能要求高的晶閘管閥體。該系統(tǒng)涉及的晶閘管 壓接散熱器l體積小，與晶閘管匹配性好，易于安裝維護(hù)，基體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的散熱能力優(yōu)良。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不 脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性 的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1、一種大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其特征在于包括晶閘管壓接散熱器(1)、冷卻介質(zhì)回流母管(2)、冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管(3)、冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管(4)和外端熱交換器(5)，所述晶閘管壓接散熱器(1)通過其上部和下部的所述冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管(4)并聯(lián)到所述冷卻介質(zhì)回流母管(2)和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管(3)上，所述冷卻介質(zhì)回流母管(2)和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管(3)兩端延伸并與外端熱交換器(5)連接，從而形成冷卻介質(zhì)相變自循環(huán)回路。
2、 如權(quán)利要求1所述的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其特征在于所述晶閘管壓接散熱 器(1)包括散熱器基體(11)，散熱器基體的上、下端設(shè)有與冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管(4)相連接 的氣態(tài)介質(zhì)出口 (12)和液態(tài)介質(zhì)入口 (13)，散熱器基體的內(nèi)部均勻布置有冷卻介質(zhì)循環(huán)槽 道(14)和蒸發(fā)室(15)，各槽道(14)的上端與氣態(tài)介質(zhì)出口 (12)連通、其下端與液態(tài)介 質(zhì)入口 (13)連通，所述散熱器基體(11)的兩側(cè)設(shè)有與晶閘管相互疊壓的臺(tái)面(17)和用 于固定晶閘管的固定機(jī)構(gòu)(16)。
3、 如權(quán)利要求1-2所述的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其特征在于所述晶閘管壓接散 熱器(1)采用銅及氧化金屬材料制成，兩側(cè)設(shè)有彈簧懸掛孔(18)和接線孔(19)。
4、 如權(quán)利要求1-3所述的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其特征在于所述冷卻介質(zhì)回流 母管(2)、冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管(3)和冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管(4)釆用耐腐蝕高絕緣強(qiáng)度塑料制 成，并采用多重防漏措施。
5、 如權(quán)利要求1-4所述的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其特征在于所述外端熱交換器 (5)采用鋁質(zhì)波浪型肋板制成，所述冷卻介質(zhì)選自熱容量大的環(huán)保型絕緣介質(zhì)。
6、 如權(quán)利要求1-5所述的大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其特征在于在具有N個(gè)晶閘管 的系統(tǒng)中，采用具有N+1個(gè)晶閘管壓接散熱器(1)的冷卻循環(huán)回路以并聯(lián)的方式連接，其中 N為自然數(shù)，冷卻介質(zhì)回流母管(2)位于散熱器串的上方并與散熱器串平行，以促進(jìn)冷卻介 質(zhì)受熱相變后回流入外端熱交換器(5)，冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管(3)位于散熱器串的下方并與散 熱器串平行，冷卻介質(zhì)回流母管(2)和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管(3)的端部都與外端熱交換器(5) 相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率半導(dǎo)體器件散熱系統(tǒng)，其包括晶閘管壓接散熱器、冷卻介質(zhì)回流母管、冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管、冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管和外端熱交換器。所述晶閘管壓接散熱器通過所述冷卻介質(zhì)導(dǎo)流子管并聯(lián)到所述冷卻介質(zhì)回流母管和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管上，所述冷卻介質(zhì)回流母管和冷卻介質(zhì)導(dǎo)入母管兩端延伸與外端熱交換器連接，從而形成冷卻介質(zhì)相變自循環(huán)回路。
文檔編號(hào)H01L23/427GK101562158SQ200910085139
公開日2009年10月21日 申請日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者任孟干, 忠 常, 皎 張, 雷 張, 李志麒, 李金元, 愛 王, 王承民 申請人:中國電力科學(xué)研究院;中電普瑞科技有限公司