功率模塊的一體化液冷散熱裝置及其使用的底板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設(shè)備使用的功率模塊散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及功率模塊的一體 化液冷散熱裝置及其使用的散熱底板。
【背景技術(shù)】
[0002] 在設(shè)計電力變換設(shè)備時，由于變換設(shè)備本身存在相當可觀的功率損耗，常常需要 設(shè)計體積龐大的散熱系統(tǒng)來使設(shè)備冷卻下來，常用的散熱方式有自然風冷，強迫風冷和液 冷三種方式，由于空氣的體積比熱容很小，風冷散熱器一般需要很大的散熱面積，雖然近年 來強化傳熱技術(shù)取得了很大進展，傳熱效率不斷提高，使得風冷散熱器越來越小，但散熱介 質(zhì)本身的特性限制了風冷散熱器的進一步縮小。因此，有必要采用體積比熱容更大的液體 來作為散熱介質(zhì)，進一步縮小散熱器尺寸。
[0003] 常見的液冷散熱系統(tǒng)，功率模塊帶有很厚的底板，與散熱器是分離的，安裝在散熱 器上時需要涂覆導(dǎo)熱硅脂來填充接觸面之間的空隙，由于導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)與金屬相比 是很小的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了功率模塊的一體化液冷散熱裝置及 其使用的底板，將傳熱較差的導(dǎo)熱硅脂層去掉，減小液冷散熱系統(tǒng)的尺寸，并且將功率模塊 與散熱器做一體化設(shè)計，散熱器即是模塊的底板，散熱路徑更短。提高了功率模塊的散熱效 率，提升了功率模塊的功率密度，縮小了電力變送系統(tǒng)的體積。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：功率模塊的一體化液冷散熱裝置，連接在功率模塊 的功率芯片、覆銅基板和底板的底部，包括固連在底板底部的方形液冷散熱體，散熱體內(nèi)設(shè) 有從左至右貫通的液體流道，液體流道的頂部位置處設(shè)有連接切口；底板的底部設(shè)有叉排 狀若干擾流柱，底板的擾流柱部分穿過連接切口扣入液體流道內(nèi)。本發(fā)明的一體化液冷散 熱裝置，將傳熱較差的導(dǎo)熱硅脂層去掉，將功率模塊與散熱器做一體化設(shè)計，散熱器即是模 塊的底板，散熱路徑更短，進而提高了功率模塊的散熱效率，并且精簡了其整體結(jié)構(gòu)，降低 了制造成本。
[0006] 本發(fā)明的進一步改進在于，散熱體的連接切口的形狀和大小與功率模塊上的功率 芯片相適應(yīng)。
[0007] 本發(fā)明的進一步改進在于，位于散熱體的連接切口的頂部邊緣上還設(shè)有一圈U型 缺口。
[0008] 本發(fā)明的進一步改進在于，散熱體的頂部位置還設(shè)有若干連接孔，從而連接功率 模塊。
[0009] 本發(fā)明的進一步改進在于，散熱體由鋁碳化硅復(fù)合材料或者銅材制成。
[0010] 本發(fā)明的進一步改進在于，散熱體的液體流道還包括設(shè)在其兩端的流道入口和出 口，以及位于入口和出口之間的散熱部，其中入口和出口為常開式，散熱部內(nèi)容納底板的擾 流柱。
[0011] 本發(fā)明的進一步改進在于，底板上的每一個擾流柱為橢圓形擾流柱，橢圓形擾流 柱的橫截面為橢圓形，并且其從底板的底部往上延伸，橢圓形的長徑和短徑分別遞減。冷卻 液在流過橢圓擾流柱陣列時，與流過圓柱擾流柱陣列相比，由于偏折角度小，流動壓力損失 小于圓柱擾流柱陣列的，產(chǎn)生的流動漩渦(漩渦無助于強化換熱)更小，換熱效率更高。
[0012] 帶橢圓擾流柱的功率模塊底板，連接在功率模塊的覆銅基板和散熱體之間，底板 包括本體和設(shè)在其一側(cè)的若干叉排狀擾流柱;每一個擾流柱為橢圓形擾流柱，并且橢圓形 擾流柱的橫截面為橢圓形，并且其從底板的底部往上延伸，橢圓形的長徑和短徑分別遞減。 冷卻液在流過橢圓擾流柱陣列時，與流過圓柱擾流柱陣列相比，由于偏折角度小，流動壓力 損失小于圓柱擾流柱陣列的，產(chǎn)生的流動漩渦(漩渦無助于強化換熱)更小，換熱效率更高。
[0013] 本發(fā)明的進一步改進在于，底板還包括設(shè)置在其周邊的若干固定孔。
[0014] 本發(fā)明的進一步改進在于，每一個擾流柱與其相鄰的擾流柱之間的列間距為3.5 ~6 · 0mm，行間距為3 · 0~10 · 0mm，擾流柱長軸3 · 0~8 · 0mm，短軸為2 · 0~6 · 0mm。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:功率模塊的一體化液冷散熱裝置，將傳熱 較差的導(dǎo)熱硅脂層去掉，將功率模塊與散熱器做一體化設(shè)計，散熱器即是模塊的底板，散 熱路徑更短。冷卻液在流過橢圓擾流柱陣列時，與流過圓柱擾流柱陣列相比，由于偏折角度 小，流動壓力損失小于圓柱擾流柱陣列的，產(chǎn)生的流動漩渦(漩渦無助于強化換熱)更小，換 熱效率更高。
[0016] 散熱器采用鋁碳化硅復(fù)合材料（熱膨脹系數(shù)與芯片接近，熱適配性好）或者銅材 (導(dǎo)熱系數(shù)高，散熱效率高）。散熱器背面有擾流柱，擾流柱形狀為橢圓（常規(guī)設(shè)計擾流柱形 狀為圓柱），擾流柱排列方式為叉排。
[0017] 與分體式散熱器相比，該結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，流動阻力小，與相同密度排列的 圓柱擾流柱相比，橢圓擾流柱散熱底板在相同流動阻力損失的情況下，散熱底板的溫升比 圓柱擾流柱底板低12.5 %。提高了功率模塊的散熱效率，提升了功率模塊的功率密度，縮小 了電力變送系統(tǒng)的體積。
【附圖說明】
[0018] 圖1為功率模塊的一體化液冷散熱裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為帶橢圓擾流柱的功率模塊底板的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為圖2的實施例改進如的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021] 圖4為圖1的實施例的散熱體的一個實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5為圖4的實施例的俯視圖；
[0023]圖6為圖4的實施例的主視圖；
[0024]圖7為圖4的實施例的左視圖；
[0025] 圖8為功率模塊的詳細連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 其中：
[0027] 1-功率模塊，11-引線端子，12-功率芯片，13-殼體，14-覆銅基板，15-底板，151-擾 流柱，152-本體，153-固定孔;2-散熱體，21-入口，22-出口，23-散熱部，24-液體流道，25-連 接切口，26-U型缺口，27-連接孔。
【具體實施方式】
[0028]為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，該實施 例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限定。
[0029]如圖8所示，功率模塊1 一般由引線端子11、功率芯片12、殼體13、覆銅基板(DBC基 板)14和底板15組成。
[0030] 如圖1和圖4、5、6和7所示，功率模塊的一體化液冷散熱裝置，連接在功率模塊1的 功率芯片12、覆銅基板14和底板15的底部，包括固連在底板15底部的方形液冷散熱體2,散 熱體2內(nèi)設(shè)有從左至右貫通的液體流道24，液體流道24的頂部位置處設(shè)有連接切口 25;底板 15的底部設(shè)有叉排狀若干擾流柱151，底板15的擾流柱部分穿過連接切口 25扣入液體流道 24內(nèi)。本發(fā)明的一體化液冷散熱裝置，將傳熱較差的導(dǎo)熱硅脂層去掉，將功率模塊與散熱器 做一體化設(shè)計，散熱器即是模塊的底板，散熱路徑更短。其中底板15-般由銅制成，為銅底 板。
[0031] 在上述實施例中，散熱體2的連接切口 25的形狀