專利名稱：一種散熱裝置及功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體模塊散熱應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種散熱裝置及功率模塊。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件在其工作器件將產(chǎn)生熱量，這些熱量通常會(huì)使半導(dǎo)體器件的工作狀況惡化。對(duì)電力半導(dǎo)體器件而言，其在工作期間必須得到冷卻，以保持器件的合格性能，而且大功率半導(dǎo)體經(jīng)常采用液體冷卻?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)驅(qū)動(dòng)器等大功率應(yīng)用領(lǐng)域?qū)β誓K的長(zhǎng)期可靠性、大功率密度、優(yōu)異的散熱性能及電氣堅(jiān)固性能等提出更高的要求。如圖一是一種具有水冷散熱裝置的傳統(tǒng)功率模塊，功率器件10進(jìn)行開(kāi)關(guān)工作所產(chǎn)生的熱量依次通過(guò)第一焊接層20、覆銅陶瓷基板50 (DBC，Direct Bonded Copper)、第二焊接層30、銅底板或AlSiC底板60、導(dǎo)熱硅脂層40，最后傳遞到散熱器70，與散熱器70的循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換。而圖二是一種采用電極作為壓力裝置，將DBC基板50固定于散熱器上。雖然模塊的傳熱途徑減少了，但仍需通過(guò)導(dǎo)熱硅脂40與散熱器進(jìn)行熱交換。采用導(dǎo)熱硅脂的功率半導(dǎo)體模塊，由于導(dǎo)熱硅脂的熱導(dǎo)率很小，極大地影響了功率半導(dǎo)體模塊與散熱器的熱交換效率。如圖三是一種具有散熱器的功率模塊，圖中DBC通過(guò)焊接層90與散熱底板73連接，散熱器70中含有柱狀散熱片74 ；此結(jié)構(gòu)的功率模塊在散熱底板73的背面形成針翅 (Pin-fin)結(jié)構(gòu)的擾流柱，該擾流柱為柱狀散熱片74，能與循環(huán)冷卻水進(jìn)行充分的熱交換并提高冷卻效率，但該結(jié)構(gòu)的冷卻方式為單向冷卻。如圖四是另一種具有散熱器的功率模塊，圖中70為散熱器，73為具有針翅結(jié)構(gòu)的散熱底板；散熱底板上共有三組DBC冷卻水對(duì)散熱底板進(jìn)行冷卻時(shí)，水流從入口 71流入，從出口 72流出，冷卻水先與第一組DBC51上的功率器件傳遞下來(lái)的熱量進(jìn)行熱交換后，再與第二組DBC52上功率器件10傳遞下來(lái)的熱量進(jìn)行熱交換，最后與第三組DBC53上功率器件傳遞下來(lái)的熱量進(jìn)行熱交換；這樣導(dǎo)致在散熱底板的背面產(chǎn)生了溫差，在圖四的Tl，T2，T3 處，有Τ3>Τ2>Τ1，這將影響模塊的散熱性能。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體功率模塊散熱性能不佳的問(wèn)題，從而提供了一種具有較好散熱性能的散熱裝置及功率模塊。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案一種散熱裝置，包括散熱底板和設(shè)置于散熱底板下面用于改變冷卻液流動(dòng)方向的分流裝置，所述分流裝置包括頂層和底層，所述頂層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)入口、復(fù)數(shù)個(gè)出口以及分隔壁，所述分隔壁限定出了冷卻液的流動(dòng)通道；所述底層包括用于放置復(fù)數(shù)個(gè)入口的冷卻液流入?yún)^(qū)、用于放置復(fù)數(shù)個(gè)出口的冷卻液流出區(qū)以及用于隔開(kāi)流入?yún)^(qū)和流出區(qū)的阻擋板；所述流動(dòng)通道具有改變液體流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折處；位于所述流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的分隔壁呈弧形。進(jìn)一步地，還包括設(shè)置于所述流動(dòng)通道中用于擾流并增加散熱的分流片。優(yōu)選地，所述分流裝置中位于對(duì)應(yīng)分流片位置的分隔壁側(cè)面設(shè)置有突起。優(yōu)選地，所述分流裝置中位于對(duì)應(yīng)分流片位置的分隔壁呈波浪形狀。優(yōu)選地，所述分隔壁和分流片的端部均為平滑結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述流動(dòng)通道呈S型。優(yōu)選地，所述散熱底板是銅底板、AlSiC底板、鋁底板中的一種。本實(shí)用新型還提供另一種功率模塊，包括上述的散熱裝置、散熱殼體、以及設(shè)置于散熱底板上的功率半導(dǎo)體；所述散熱殼體包括凹槽、與入口連通的入液口以及與出口連通的出液口，所述散熱裝置放置于所述凹槽中。進(jìn)一步地，散熱殼體和散熱底板交界處設(shè)置有密封圈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果本實(shí)用新型提供的散熱裝置及功率模塊，所述流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的呈弧形，冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞位置沿冷卻液的流動(dòng)方向彼此錯(cuò)開(kāi)，這使得會(huì)產(chǎn)生壓力損失的點(diǎn)在冷卻液的流動(dòng)方向上分散，可以抑制在冷卻水流通道中產(chǎn)生渦流，并可減小因冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞而導(dǎo)致的壓力損失的增大，使得散熱性能更好。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種具有水冷散熱裝置的傳統(tǒng)功率模塊。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用電極作為壓力裝置的散熱器。圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一種具有散熱器的功率模塊。圖4是現(xiàn)有技術(shù)中另一種具有散熱器的功率模塊。圖5是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中分流裝置的底層結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例散熱殼體的俯視示意圖。圖8是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實(shí)用新型第三實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本實(shí)用新型第四實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本實(shí)用新型第五實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是本實(shí)用新型第五實(shí)施例中分流片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。一種散熱裝置，包括散熱底板和設(shè)置于散熱底板下面用于改變冷卻液流動(dòng)方向的分流裝置，所述分流裝置包括頂層和底層，如圖5是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖，圖中虛線所示為水流方向示意；所述頂層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)入口 101、復(fù)數(shù)個(gè)出口 102以及分隔壁103，所述分隔壁103限定出了冷卻液的流動(dòng)通道120，其中，所述流動(dòng)通道具有改變液體流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折處；位于所述流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的分隔壁103呈弧形。由于流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的呈弧形，冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞位置沿冷卻液的流動(dòng)方向彼此錯(cuò)開(kāi)，這使得會(huì)產(chǎn)生壓力損失的點(diǎn)在冷卻液的流動(dòng)方向上分散，可以抑制在冷卻水流通道中產(chǎn)生渦流，并可減小因冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞而導(dǎo)致的壓力損失的增大， 使得散熱性能更好。這種散熱裝置采用直接水冷散熱底板的設(shè)計(jì)，取消了在散熱底板與散熱殼體的安裝界面之間使用導(dǎo)熱硅脂，并且通過(guò)使用獨(dú)立的分流裝置來(lái)改變冷卻液的流動(dòng)方向，以保證冷卻液能同時(shí)冷卻整個(gè)散熱底板，不會(huì)在底板背面產(chǎn)生溫差。圖6是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中分流裝置的底層結(jié)構(gòu)示意圖；所述底層包括用于放置復(fù)數(shù)個(gè)入口 101的冷卻液流入?yún)^(qū)105、用于放置復(fù)數(shù)個(gè)出口 102的冷卻液流出區(qū)106以及用于隔開(kāi)流入?yún)^(qū)和流出區(qū)的阻擋板104。本實(shí)施例中，所述分隔壁103的端部設(shè)置為平滑結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為圓弧狀，也可以是橢圓狀，可以使產(chǎn)生壓力損失的位置在冷卻水流的方向上被分散，從而可以減小冷卻水流的壓力損失，實(shí)現(xiàn)順暢的冷卻水流。本實(shí)施例中的通道呈S型，增加了利用效率。并且本實(shí)施例中的散熱底板為銅底板、AlSiC底板、鋁底板中的一種。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例散熱殼體的俯視示意圖；散熱殼體包括凹槽203、與入口 101連通的入液口 201以及與出口 102連通的出液口 202 ；所述散熱裝置放置于所述凹槽 203中；這樣冷凍液從入液口 201流入后，進(jìn)入冷卻液流入?yún)^(qū)105，然后經(jīng)過(guò)分流裝置的底層直接進(jìn)入入口 101，經(jīng)過(guò)入口 101，冷卻液流入分流裝置的頂層，在流動(dòng)通道120中流動(dòng)，直至進(jìn)入出口 102，并經(jīng)出口 102流到分流裝置的底層中的冷卻液流出區(qū)106，經(jīng)過(guò)冷卻液流出區(qū)106再?gòu)某鲆嚎?202流出，完成冷卻。圖8是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；本實(shí)施例與圖6中實(shí)施例的區(qū)別在于，入口 101設(shè)置于分隔壁103的彎角處，出口 102設(shè)置于分隔壁103的端部，圖中的虛線為水流方向。圖9是本實(shí)用新型第三實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；與圖6中項(xiàng)比較，該圖中增加了分流片110，為了避免由于增加入口與對(duì)應(yīng)出口之間通道長(zhǎng)度而引起的冷卻不均勻的效果，增加通道的寬度，從而在S型通道中設(shè)置用于擾流并增加散熱的分流片，所述分流片設(shè)置于所述通道中，分流片的端部與分隔壁的端部在冷卻液的流動(dòng)方向上錯(cuò)開(kāi)。分流片110起到增大換熱面積和增強(qiáng)擾流的作用，并且使水可流過(guò)的截面積減小，起到增加流速的作用，有利于提高水與壁面的換熱系數(shù)。并且當(dāng)散熱底板上焊接有功率器件時(shí)，只在功率器件底下加分流片，而在其他部分仍采用光滑通道，。沒(méi)有加分流片的S 型水路，冷卻液在S型水路中流的比較通暢，液體流動(dòng)換熱不夠充分。增加了分流片的S型水路要比沒(méi)有加分流片的S型水路熱交換性能有很大的提升。分流片的端部與分隔壁的端部在冷卻水的流動(dòng)方向上錯(cuò)開(kāi)，可以抑制渦流的產(chǎn)生，并可有效的減小冷卻水流的壓力。分割壁103與分流片110的端部都被設(shè)置成平滑的圓弧結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生壓力損失的位置在冷卻水流的方向上被分散。因此，可以減小冷卻水流的壓力損失，并且可以實(shí)現(xiàn)順暢的冷卻水流。圖10是本實(shí)用新型第四實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；本實(shí)施例中所述分流裝置中位于對(duì)應(yīng)分流片位置的分隔壁側(cè)面設(shè)置有平滑突起。圖11是本實(shí)用新型第五實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；所述分流裝置中位于對(duì)應(yīng)分流片位置的分隔壁呈波浪形狀。波浪形結(jié)構(gòu)或平滑突起結(jié)構(gòu)被設(shè)置為使得其可在冷卻水通路的一部分剖面上阻擋冷卻水流，在冷卻水通路的布置有波浪形結(jié)構(gòu)或平滑突起的剖面中，冷卻水具有不均勻的速度分布，可以提高半導(dǎo)體功率器件的冷卻效率。該分流片的形狀可以是直線型或者錯(cuò)位的柱形結(jié)構(gòu)，如圖12所示分流片結(jié)構(gòu)為錯(cuò)位的柱形結(jié)構(gòu)，當(dāng)沿與冷卻水流方向垂直的平面切割分流片時(shí)，分流片還可以具有諸如人字形，矩形或三角形的剖面形狀，但不局限于此結(jié)構(gòu)。一種功率模塊，包括上述的散熱裝置、散熱殼體，以及設(shè)置于散熱底板上的功率半導(dǎo)體。散熱裝置，包括散熱底板和設(shè)置于散熱底板下面用于改變冷卻液流動(dòng)方向的分流裝置，所述分流裝置包括頂層和底層，如圖5是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中分流裝置的頂層結(jié)構(gòu)示意圖，圖中虛線所示為水流方向示意；所述頂層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)入口 101、復(fù)數(shù)個(gè)出口 102以及分隔壁103，所述分隔壁103限定出了冷卻液的流動(dòng)通道120，其中，所述流動(dòng)通道具有改變液體流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折處；位于所述流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的分隔壁呈弧形。所述散熱殼體包括凹槽、與入口連通的入液口以及與出口連通的出液口，所述散熱裝置放置于所述凹槽中。由于流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的呈弧形，冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞位置沿冷卻液的流動(dòng)方向彼此錯(cuò)開(kāi)，這使得會(huì)產(chǎn)生壓力損失的點(diǎn)在冷卻液的流動(dòng)方向上分散，可以抑制在冷卻水流通道中產(chǎn)生渦流，并可減小因冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞而導(dǎo)致的壓力損失的增大，使得散熱性能更好。這種散熱裝置采用直接水冷散熱底板的設(shè)計(jì)，取消了在散熱底板與散熱殼體的安裝界面之間使用導(dǎo)熱硅脂，并且通過(guò)使用獨(dú)立的分流裝置來(lái)改變冷卻液的流動(dòng)方向，以保證冷卻液能同時(shí)冷卻整個(gè)散熱底板，不會(huì)在底板背面產(chǎn)生溫差。為了保證密封性，散熱殼體和散熱底板交界處設(shè)置有密封圈204，如圖7中所示； 同時(shí)根據(jù)散熱底板的厚度，形成使散熱底板的表面與散熱殼體的表面相平的支撐區(qū)域。支撐區(qū)域具有與散熱底板安裝位置相對(duì)應(yīng)的螺絲孔。在散熱殼體和散熱底板交界處設(shè)置有密封圈，通過(guò)將散熱底板緊固到支撐區(qū)域，從而對(duì)密封圈實(shí)施靜壓力。支撐區(qū)域可涂防水密封膠進(jìn)行第二重的密封。這里散熱底板可以是銅底板、AlSiC底板、鋁底板。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種散熱裝置，包括散熱底板和設(shè)置于散熱底板下面用于改變冷卻液流動(dòng)方向的分流裝置；其特征在于，所述分流裝置包括頂層和底層，所述頂層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)入口、復(fù)數(shù)個(gè)出口以及分隔壁，所述分隔壁限定出了冷卻液的流動(dòng)通道；所述底層包括用于放置復(fù)數(shù)個(gè)入口的冷卻液流入?yún)^(qū)、用于放置復(fù)數(shù)個(gè)出口的冷卻液流出區(qū)以及用于隔開(kāi)流入?yún)^(qū)和流出區(qū)的阻擋板；所述流動(dòng)通道具有改變液體流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折處；位于所述流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的分隔壁呈弧形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，還包括設(shè)置于所述流動(dòng)通道中用于擾流并增加散熱的分流片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述分流裝置中位于對(duì)應(yīng)分流片位置的分隔壁側(cè)面設(shè)置有突起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述分流裝置中位于對(duì)應(yīng)分流片位置的分隔壁呈波浪形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的散熱裝置，其特征在于，所述分隔壁的端部為平滑結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的散熱裝置，其特征在于，所述分流片的端部為平滑結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的散熱裝置，其特征在于，所述流動(dòng)通道呈S型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的散熱裝置，其特征在于，所述散熱底板是銅底板、 AlSiC底板、鋁底板中的一種。
9.一種功率模塊，其特征在于包括權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的散熱裝置、散熱殼體、以及設(shè)置于散熱底板上的功率半導(dǎo)體；所述散熱殼體包括凹槽、與入口連通的入液口以及與出口連通的出液口，所述散熱裝置放置于所述凹槽中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率模塊，其特征在于，所述散熱殼體和散熱底板交界處設(shè)置有密封圈。
專利摘要一種散熱裝置，包括散熱底板和設(shè)置于散熱底板下面用于改變冷卻液流動(dòng)方向的分流裝置，分流裝置包括頂層和底層，頂層上分布有復(fù)數(shù)個(gè)入口、復(fù)數(shù)個(gè)出口以及分隔壁，分隔壁限定出了冷卻液的流動(dòng)通道；底層包括用于放置復(fù)數(shù)個(gè)入口的冷卻液流入?yún)^(qū)、用于放置復(fù)數(shù)個(gè)出口的冷卻液流出區(qū)以及用于隔開(kāi)流入?yún)^(qū)和流出區(qū)的阻擋板；所述流動(dòng)通道具有改變液體流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折處；位于所述流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的分隔壁呈弧形；以及一種功率模塊。流動(dòng)通道轉(zhuǎn)折處的呈弧形，冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞位置沿冷卻液的流動(dòng)方向彼此錯(cuò)開(kāi)，可以抑制渦流并減小因冷卻液與分隔壁交叉處的沖撞而導(dǎo)致的壓力損失的增大，使得散熱性能更好。
文檔編號(hào)H01L23/473GK201994284SQ201120044979
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者周莉莉, 張杰夫, 羅淑斌 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司