本發(fā)明涉及一種IGBT模塊液冷板及其制造方法，尤其涉及的是一種進口流道及出口流道分設(shè)于基板兩側(cè)的IGBT模塊液冷板及其制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著電子器件設(shè)備朝著高功率密度和高集成度的方向發(fā)展，使得其熱流密度不斷地增加。通常，IGBT模塊的封裝將IGBT芯片、驅(qū)動電路、控制電路及保護電路封裝到一個模塊內(nèi)部，IGBT結(jié)合了MOSFET等功率器件的優(yōu)點，它具有導(dǎo)通壓降小，工作電壓等級高，在新能源行業(yè)不斷的被廣泛使用。

而隨著IGBT模塊封裝電流密度的不斷增大、功率不斷提升、體積越來越小，IGBT出現(xiàn)了一個問題：IGBT模塊內(nèi)部發(fā)熱量成倍增加，以至于IGBT模塊失效的方式主要為過熱損耗。溫度的升高會給器件帶來一系列的影響，溫度引起的熱學(xué)、力學(xué)載荷越來越重，產(chǎn)生的熱量在內(nèi)部堆積而不易散發(fā)，降低可靠性，甚至運行中斷等，有效的散熱是對IGBT發(fā)展面對的關(guān)鍵性問題。

傳統(tǒng)的IGBT模塊冷板結(jié)構(gòu)多為串聯(lián)S型流道，而通常將冷板安裝在IGBT模塊正下面。這種冷板結(jié)構(gòu)存在以下缺點：1)S型串聯(lián)流道結(jié)構(gòu)冷板在進口和出口之間壓降過大，對液冷系統(tǒng)循環(huán)泵的功率要求高，對系統(tǒng)的成本也相應(yīng)增大；2)S型串聯(lián)流道結(jié)構(gòu)冷板在進口和出口之間溫差過大，極易引起冷板結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分布不均而失效。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種IGBT模塊液冷板及其制造方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中IGBT模塊液冷板進口與出口之間壓降過大，對液冷系統(tǒng)循環(huán)泵功率要求過高，以及進口與出口之間溫差過大，易引起冷板結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分布不均勻的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種IGBT模塊液冷板，設(shè)置于IGBT模塊下端面，其中，所述IGBT模塊液冷板包括：

基板，所述基板上端并聯(lián)設(shè)置有多個液流槽，所述液流槽兩端分別連通設(shè)置有一進液流道及出液流道；

所述基板在每個液流槽上安裝設(shè)置有一蓋板。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述進液流道為一端開口，一端封閉；所述出液流道為一端開口，一端封閉。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述進液流道及出液流道開口方向相同。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述液流槽包括：

設(shè)置于所述液流槽底部、且與所述進液流道及出液流道相連通的第一槽部；

以及設(shè)置于所述第一槽部上方、且與其相通，用于卡持所述蓋板的第二槽部；

以及設(shè)置于所述第二槽部上方、且與其相通，用于容納所述蓋板的第三槽部。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述蓋板下端面設(shè)置有若干個間隔設(shè)置的流道板，若干個所述流道板將所述液流槽分割為多個并聯(lián)的第一分流道。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述蓋板下端面設(shè)置有若干個圓柱體，以增加蓋板對流動于液流槽內(nèi)流體的擾流性能。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述圓柱體包括：行列設(shè)置的第一圓柱體，以及行列設(shè)置、且與所述第一圓柱體交錯設(shè)置的第二圓柱體。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述蓋板在靠近所述進液流道的一端端口處設(shè)置有至少一個分流片，所述分流片將來自于進液流道的冷卻液均勻分流至液流槽的兩側(cè)。

優(yōu)選方案中，所述的IGBT模塊液冷板，其中，所述蓋板采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁板、銅鋁復(fù)合板或鋁合金型材加工而成。

一種如上任意一項所述IGBT模塊液冷板的制作方法，其中，所述制造方法包括：將蓋板及基板分別加工完成后，通過攪拌摩擦焊的方式將二者焊接為一體。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的IGBT模塊液冷板，由于采用了在基板上端并聯(lián)設(shè)置有多個液流槽，而在液流槽兩端分別連通設(shè)置有一進液流道及出液流道；以及基板在每個液流槽內(nèi)設(shè)置有一蓋板。使得該IGBT模塊液冷板在每個蓋板下面的通道流量分布均勻，冷板表面及冷卻液進出口之間具有良好的均溫性，而進出口壓降可控制在合理范圍內(nèi)，散熱功率高；解決了現(xiàn)有技術(shù)中IGBT模塊液冷板進口與出口之間壓降過大，對液冷系統(tǒng)循環(huán)泵功率要求過高，以及進口與出口之間溫差過大，易引起冷板結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分布不均勻的問題。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明中IGBT模塊液冷板較佳實施例的基板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 為本發(fā)明中IGBT模塊液冷板較佳實施例的基板內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 為本發(fā)明中IGBT模塊液冷板較佳實施例的直翅片結(jié)構(gòu)蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 為本發(fā)明中IGBT模塊液冷板較佳實施例的圓柱針狀結(jié)構(gòu)蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5 為本發(fā)明中IGBT模塊液冷板較佳實施例的波紋翅片結(jié)構(gòu)蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6 為本發(fā)明中IGBT模塊液冷板較佳實施例的液冷板與IGBT模塊配合位置示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種IGBT模塊液冷板及其制造方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種IGBT模塊液冷板，其設(shè)置于IGBT模塊下端面，包括：基板1，如圖1所示，所述基板1上端并聯(lián)設(shè)置有多個液流槽13，所述液流槽13兩端分別連通設(shè)置有一進液流道4及出液流道5，如圖2所示；所述基板1在每個液流槽13內(nèi)設(shè)置有一蓋板8，如圖3至圖5所示。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。

本發(fā)明較佳實施例中，IGBT模塊通過電子封裝，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，設(shè)置有3個IGBT子模塊12，如圖6所示，每個IGBT子模塊12對應(yīng)一蓋板，即所述液流槽13及蓋板的數(shù)量與IGBT子模塊12的數(shù)量相對應(yīng)，其位置優(yōu)選為IGBT子模塊12的正下方。

具體實施時，所述進液流道4及出液流道5皆為一端開口，一端封閉，如圖1所示，即所述基板1設(shè)置有一與進液流道4相連通的進液口2，以及一與出液流道5相連通的出液口3，所述進液口2及出液口3優(yōu)選設(shè)置在蓋板的同一端，以便進行冷卻液的循環(huán)使用，簡化液冷板結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，基板1內(nèi)的內(nèi)部流道包括依次連通設(shè)置的進液流道4、液流槽13流道及出液流道5，其中進液流道4及出液流道5優(yōu)選采用圓形結(jié)構(gòu)，一方面保證冷卻液在其內(nèi)的流動流暢性，另一方面便于進液口2與接頭的連接（接頭指冷卻液液源與基板1之間的接頭），再一方面可使多個液流槽13進口處流量分布均勻。而液流槽13則優(yōu)選為六邊形結(jié)構(gòu)，其使液流槽13流道寬度由進口到中間區(qū)域逐漸增大，從而使冷卻液充分接觸中間區(qū)域的部分的同時，防止進口處冷卻液過于分散，導(dǎo)致流動不均勻。液流槽13和進口流道4、出口流道5之間采用過渡的連接方式，這樣可以使液流槽13的進口很小，在進口流道4中3個進口部分的表面積相對整個進口流道4的表面積很小，這樣可以使進口流道4中的冷卻液充分接觸3個液流槽13進口部分，能很大程度上提高每個并聯(lián)液流槽13之間流量分布的均勻性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的IGBT模塊液冷板，由于采用了在基板1上端并聯(lián)設(shè)置有多個液流槽13，而在液流槽13兩端分別連通設(shè)置有一進液流道4及出液流道5；以及基板1在每個液流槽13內(nèi)設(shè)置有一蓋板。使得該IGBT模塊液冷板在每個蓋板下面的通道流量分布均勻，冷板表面及冷卻液進出口之間具有良好的均溫性，而進出口壓降可控制在合理范圍內(nèi)，散熱功率高；解決了現(xiàn)有技術(shù)中IGBT模塊液冷板進口與出口之間壓降過大，對液冷系統(tǒng)循環(huán)泵功率要求過高，以及進口與出口之間溫差過大，易引起冷板結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力分布不均勻的問題。

同時，本發(fā)明采用液冷板結(jié)構(gòu)實為模塊化結(jié)構(gòu)，其市場前景好，裝配和拆卸方便，液冷板的密封性好。而且由于整個液冷板的基板1采用對稱結(jié)構(gòu)，進口和出口的位置可以對調(diào)，只需要改變蓋板安裝的方向即可。

該結(jié)構(gòu)的液冷板既克服了單一通道流阻過大和多通道流量分配不均問題，使得整個液冷板具有均溫性好，進出口壓降較低，調(diào)節(jié)蓋板翅片結(jié)構(gòu)可以有效改變整個冷板的散熱能力，基板1和蓋板結(jié)構(gòu)制造工藝成熟，簡單。

本發(fā)明進一步較佳實施例中，如圖1所示，所述液流槽13包括：設(shè)置于所述液流槽13底部、且與所述進液流道4及出液流道5相連通的第一槽部6；以及設(shè)置于所述第一槽部6上方、且與其相通，用于卡持所述蓋板的第二槽部14；以及設(shè)置于所述第二槽部14上方、且與其相通，用于容納所述蓋板的第三槽部15。

所述第二槽部14設(shè)置有四個用于卡合所述蓋板的卡合口，所述卡合口中部呈曲線型，一端呈半圓型，一端呈平面型，使得蓋板安裝方便、且能夠精準定位，使其在第二槽部14范圍內(nèi)僅能夠垂直移動。蓋板8的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計為與液流槽13第二槽部14及第三槽部15連通后相同的結(jié)構(gòu)，不僅方便了蓋板8和基板1的配合，同時也提高了整個液冷板的密封性。

進一步較佳實施例中，如圖3所示，所述蓋板下端面設(shè)置有若干個間隔設(shè)置的流道板，若干個所述流道板將所述液流槽13分割為多個并聯(lián)的第一分流道。

具體實施時，可將流道板設(shè)置為直線型或波紋型，即直翅片結(jié)構(gòu)9或波紋型結(jié)構(gòu)11，當其設(shè)置為直翅片結(jié)構(gòu)9時，其直翅片采用密排方式進行排列設(shè)置，該結(jié)構(gòu)特點在于密排的直翅片可以與液流槽13配合形成多通道流道結(jié)構(gòu)，從而可以在很大程度上減小流道沿程阻力，這樣只爭對蓋板翅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計就可以解決傳統(tǒng)多通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計。波紋型結(jié)構(gòu)11的設(shè)計與直翅片結(jié)構(gòu)9同理，在此不進行過多贅述。

密排的直翅片可以替換為若干個圓柱體，以增加蓋板對流動于液流槽13內(nèi)流體的擾流性能，所述圓柱體可以包括：行列設(shè)置的第一圓柱體16，以及行列設(shè)置、且與所述第一圓柱體16交錯設(shè)置的第二圓柱體17。

本發(fā)明進一步較佳實施例中，所述蓋板在靠近所述進液流道4的一端端口處設(shè)置有至少一個分流片7，如圖3所示，所述分流片7將來自于進液流道4的冷卻液均勻分流至液流槽13的兩側(cè)。

優(yōu)選所述分流片7設(shè)置有兩個，兩個分流片平行設(shè)置，其與蓋板入口端端面之間的角度為45°。

分流片7的設(shè)置能解決液流槽13流道入口部分冷卻液只偏向于腔體的一側(cè)流動問題，可以使整個腔體流道的流量分布更均勻。而在此基礎(chǔ)上在蓋板8上已優(yōu)選的直翅片結(jié)構(gòu)9，能夠在蓋板8和液流槽13配合時形成中間區(qū)域多通道結(jié)構(gòu)，有效的增加了冷卻液了冷板的有效接觸面積，從而提高了整個冷板的換熱能力；圓柱針狀結(jié)構(gòu)10及波紋型結(jié)構(gòu)11與直翅片結(jié)構(gòu)9同理。

與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明設(shè)計3個IGBT模塊為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，而進液流道4與出液流道5采用圓形流道，其與六邊形腔體之間采用過渡連接方式，基板1每個腔體的入口面積相對進液流道4及出液流道5的表面積較小，從而讓冷卻液充分的接觸每個腔體的進口部分，當腔體進入冷卻液以后，基板1每個腔體的截面積逐漸增大，可以很大程度減少了U形多通道并聯(lián)流道每條支路流量分布不均的問題。

而且，本發(fā)明為保證蓋板與液冷槽之間的良好配合，將蓋板中間部分設(shè)計為階梯平臺，凹下區(qū)域可以設(shè)計增加任意形狀的翅片結(jié)構(gòu)，改變翅片的疏密度可以改變冷板的綜合散熱能力，和腔體裝配時形成多通道流道結(jié)構(gòu)。在每個蓋板對應(yīng)的進水口流道部分增加一對平行的斜分流片7，可以有效的解決流體往腔體流動時只偏向于一個方向。

本發(fā)明進一步較佳實施例中，液冷板采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁合金材料（鋁板或鋁擠型材）基板1和高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁板、銅鋁復(fù)合板或鋁合金型材的蓋板通過攪拌摩擦焊工藝焊接組成；蓋板與IGBT接觸的平面為銅鋁復(fù)合材料的銅材面，如果采用鋁材則沒有方向要求，蓋板與水槽接觸的平面采用鏟齒工藝將整面加工成密集的細密水道，水道與壁厚的比例為2:1。

一種如上任意一項所述IGBT模塊液冷板的制作方法，其中，所述制造方法包括：將蓋板及基板1分別加工完成后，通過攪拌摩擦焊的方式將二者焊接為一體。

在本發(fā)明提出的具體實施例中，存在多種可替代方案，如3模塊U型并聯(lián)多通道流道結(jié)構(gòu)，替代方案可以為多模塊Z型多通道流道結(jié)構(gòu)；圓柱形進液流道4及出液流道5與六邊形腔體流道過渡的連接方式，替代方案可為四邊形進出口流道和四邊形腔體過渡連接等。又如階梯形蓋板結(jié)構(gòu)，下凹區(qū)域可以設(shè)計增加任意多種形狀的翅片結(jié)構(gòu)；入口處增加了平行分流片7，替代方案可為平板型加翅片結(jié)構(gòu)，而分流片7形狀可換圓柱擾流柱等。本發(fā)明中所采用的分離模塊式設(shè)計，替換方案可為在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的整體式設(shè)計。

應(yīng)當理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。