專利名稱：一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及換熱器，具體將涉及一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器。
背景技術(shù)：
隨著電力半導(dǎo)體器件的飛速發(fā)展，電力電子技術(shù)越來越趨向于大容量化和高頻化，這一點(diǎn)在電力系統(tǒng)中尤為突出，由此帶來的最顯著的問題就是電力電子器件及其裝置的高功率密度散熱問題，要在很小的接觸面積內(nèi)傳導(dǎo)出幾百瓦甚至幾千瓦的熱量并非易事。以高功率絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)為例,其安全工作的溫度范圍僅在80°C以內(nèi)，而在較高的開關(guān)頻率和直流電壓下，銅基板平均熱流密度已非常高，大量的熱若得不到及時(shí)排散，所產(chǎn)生的高溫使產(chǎn)品的性能降低，可靠性，穩(wěn)定性，精度下降，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，且發(fā)熱的熱流密度在整個(gè)基板上的分布并不均，芯片部分局部熱流密度甚至達(dá)到lOOW/cm2，這就導(dǎo)致了即使散熱技術(shù)能滿足其總散熱量的需求，也可能因?yàn)榫植繜狳c(diǎn)的熱量無法及時(shí)排出而引起瞬時(shí)溫度大幅度升高，而縮短其使用壽命甚至燒壞。微槽道換熱器是實(shí)現(xiàn)電力電子元器件高熱流密度散熱的有效技術(shù)，但傳統(tǒng)的微槽道換熱器很難滿足其局部熱點(diǎn)的要求，因此，在實(shí)際應(yīng)用中元器件往往降額運(yùn)行以保證安全性，但這造成了極大的浪費(fèi)，增加了總體成本。因此，需要提供一種能滿足存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)在微槽道換熱器存在的上述問題，本實(shí)用新型提供了一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，用于解決存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元 器件的散熱問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的采用以下技術(shù)方案:一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述微槽道換熱器的微槽道上連有超高導(dǎo)熱材料襯底層。微槽道換熱器的材質(zhì)可以為鋁或銅，也可采用銀、金等貴金屬。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，超高導(dǎo)熱材料襯底層由超高導(dǎo)熱材料薄膜經(jīng)金屬化制得。通過對(duì)超高導(dǎo)熱材料薄膜的表面進(jìn)行金屬化處理，使得超高導(dǎo)熱材料襯底層能夠被焊接到微槽道換熱器的底部，從而實(shí)現(xiàn)超高導(dǎo)熱材料襯底層與微槽道散熱器的可靠連接。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，超高導(dǎo)熱材料襯底層通過焊接方式連接到所述換熱器的微槽道上。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，超高導(dǎo)熱材料襯底層為金剛石襯底層或石墨襯底層。[0009]本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，超高導(dǎo)熱材料襯底層的厚度為0.5 5mm。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，微槽道換熱器的槽道數(shù)為10 500個(gè)。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，微槽道換熱器的微槽道間距為0.5 2_。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，微槽道換熱器的外形尺寸為20mmX 20mmX 10mm 530_X 900_X 30mm。本實(shí)用新型的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其中，微槽道換熱器的微槽道的截面尺寸為0.4mmX Imm 5_X8_更進(jìn)一步的，本實(shí)用 新型中所述金剛石襯底層微槽道換熱器的工作壓力范圍為O 8bar。本實(shí)用新型是將超高導(dǎo)熱材料(金剛石、石墨)薄膜作為微槽道換熱器的襯底層，利用其高導(dǎo)熱性能將被冷卻電力元器件的局部熱點(diǎn)處的高熱流密度均勻傳遞到整個(gè)散熱面積上，再利用微槽道換熱器的高散熱能力將熱量傳導(dǎo)給工質(zhì)，從而滿足存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力元器件的散熱要求。本實(shí)用新型用于將高功率絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)等存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力元器件進(jìn)行熱流密度均勻化，就是利用襯底層的超高導(dǎo)熱性能將局部熱點(diǎn)處大量的熱均勻分布到整個(gè)散熱面上，從而消除局部熱點(diǎn)的影響，在高熱流密度電力元器件的散熱面上形成一個(gè)較均勻的熱流密度場(chǎng)，使到達(dá)微槽道底部的熱流密度維持在一個(gè)較均勻的狀態(tài)，再利用微槽道換熱器的高熱流密度散熱能力將熱量傳導(dǎo)給工質(zhì)，從而滿足存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力元器件的散熱要求。

圖1為采用金剛石襯底層微槽道換熱器冷卻電力電子元器件的系統(tǒng)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；1-超高導(dǎo)熱材料襯底層，2-微槽道換熱器，3-微槽道換熱器，4-金剛石襯底層/石墨襯底層，5-冷凝器，6-儲(chǔ)液器，7-泵，8-電力電子元器件。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:本實(shí)用新型提供的超高導(dǎo)熱材料襯底層微槽道換熱器適用于如圖1所示的存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，主要由兩部分組成:超高導(dǎo)熱材料襯底層I和微槽道換熱器2，如圖1所示。金剛石襯底層/石墨襯底層4與微槽道換熱器3的底部通過焊接相連接形成本實(shí)用新型的微槽道換熱器。為便于和微槽道換熱器3底面連接，超高導(dǎo)熱材料襯底層的表面進(jìn)行金屬化處理后焊接與微槽道換熱器的底部。為了獲得較好的傳熱效果，微槽道換熱器的材質(zhì)一般選用鋁或銅。微槽道的截面尺寸為2mmX8mm，加工方案采用精密電火花打孔再線切割，保證了各槽道之間相對(duì)獨(dú)立密封。整個(gè)微槽道散熱器的尺寸為130mm (W) X 140mm (L) XlOmm
(H)。本實(shí)施例中，微槽道之間的間距為1mm，微槽道換熱器中的微槽道個(gè)數(shù)為40個(gè)。通常情況下，金剛石襯底層微槽道換熱器的工作壓力范圍為O Sbar時(shí)，將獲得較好的傳熱效果。
權(quán)利要求1.一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述微槽道換熱器的微槽道上連有超高導(dǎo)熱材料襯底層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述超高導(dǎo)熱材料襯底層由超高導(dǎo)熱材料薄膜經(jīng)金屬化制得。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述超高導(dǎo)熱材料襯底層通過焊接方式連接到所述換熱器的微槽道上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述超高導(dǎo)熱材料襯底層為金剛石襯底層或石墨襯底層。
5.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述超高導(dǎo)熱材料襯底層的厚度為0.5 5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述微槽道換熱器的槽道數(shù)為10 500個(gè)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述微槽道換熱器的微槽道間距為0.5 2_。
8.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述微槽道換熱器的外形尺寸為20mmX20mmX IOmm 530mm X 900mm X 30mm。
9.如權(quán)利要求1所述的一種適用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的微槽道換熱器，其特征在于所述微槽道換熱器的微槽道的截面尺寸為0.4mmX Imm 5mmX 8mm。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力電子元器件的金剛石襯底層微槽道換熱器，微槽道換熱器的微槽道上通過焊接連有金剛石襯底層。本實(shí)用新型能將電力電子元器件的局部熱點(diǎn)處的高熱流密度均勻到整個(gè)散熱面積上，從而滿足存在局部熱點(diǎn)的高熱流密度電力元器件的散熱要求。
文檔編號(hào)H05K7/20GK203071055SQ20122066736
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者胡曉, 喬爾敏, 趙國亮, 荊平 申請(qǐng)人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司