CN104882424A - 液冷散热器及相应的igbt模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液冷散热器及相应的IGBT模块，其中液冷散热器包括本体、设置于所述本体上的液体流道，所述液体流道的一端设置有液体入口，所述液体流道的另一端设置有液体出口，所述液体流道中沿液体的流动方向设置有若干扰流件，所述液体入口端的液体流道中扰流件之间的间距大于所述液体出口端的液体流道中扰流件之间的间距。本发明的液冷散热器通过在液体流道中设置扰流件来增强冷却液的扰动，从而改变不同位置处的对流换热系数，在保证了液冷散热器的散热效果的同时提高了其均温性，延长了使用该液冷散热器的器件的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种液冷散热器，以及应用该液冷散热器的IGBT模块。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(IGBT)，简称IGBT模块，是一种比较理想的全控型器件，其具有工作频率高、功率容量大和驱动简单等优点。已经广泛的应用于消费电子、医疗设备、智能电网、及轨道交通等领域，且在节能、提高能效等方面发挥重要作用。IGBT模块将IGBT芯片、驱动电路、控制电路及保护电路封装到一个模块内部，形成一个功能完整、具有一定通用性的电力电子集成模块。随着IGBT模块应用范围的增大及应用要求的提高，其必将朝着体积更小、集成度更高、性能及可靠性更强的方向发展。
随着IGBT模块的不断发展，如果单从电力电子技术的角度来说，集成度还有很大的提升空间。然而集成度的不断提高必然使得发热量提高，当IGBT模块的温度超过其工作允许的范围后，很可能导致器件失效甚至损坏，造成严重经济损失。因此，IGBT模块散热问题成为制约电力电子集成模块朝更高集成度发展的最大障碍。
在众多电力电子设备散热方式中，风冷散热方式由于具有结构简单、成本低及可靠性高等优点成为目前IGBT模块的主要散热方式。然而，随着IGBT模块集成化程度越来越高，功率越来越大，由于风冷强制对流换热系数较低从而无法进一步提高IGBT模块的散热性能。液冷散热由于具有极高的对流换热系数而使得其冷却效率获得了进一步的提高。
液冷散热是通过液冷散热器实现的，上述液冷散热器通常包括液冷管道，液冷管道中具有流动的冷却液。冷却液可将IGBT模块中的热量带走，从而实现IGBT模块的散热。目前的液冷管道通常为S形，其具有入口和出口，上述入口处由于冷却液温度较低从而具有比较好的散热效果，但随着冷却液的流动其温度逐渐升高，在出口处的冷却液由于其温度较高从而散热效果下降。如此则导致了IGBT模块内部温度梯度较大，有可能由于热应力的不同而造成IGBT模块的损坏。此外，S形液冷管道中拐角处由于突然改变了水流的流动方向，在拐角处会产生局部紊流段，冷却液的流速会明显增加，由于流速不同，对流换热系数也不同，进而导致散热效果不同。如此，使用具有S形液冷管道液冷散热器的IGBT模块的温度一致性较差，均温性不好。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种液冷散热器、以及应用该液冷散热器的IGBT模块。
为了实现上述目的之一，本发明的一种液冷散热器，其包括本体、设置于所述本体上的液体流道，所述液体流道的一端设置有液体入口，所述液体流道的另一端设置有液体出口，所述液体流道中沿液体的流动方向设置有若干扰流件，所述液体入口端的液体流道中扰流件之间的间距大于所述液体出口端的液体流道中扰流件之间的间距。
作为本发明的进一步改进，所述液体流道呈S形排列，所述S形的液体流道包括若干相互平行的直线流道、以及连通所述若干直线流道的弯曲流道，所述相邻的直线流道之间，靠近所述液体出口的直线流道中扰流件之间的间距小于与其相邻的直线流道中扰流件之间的间距。
作为本发明的进一步改进，所述扰流件的形状为圆柱形。
作为本发明的进一步改进，所述扰流件与所述液体流道一体成型而成。
作为本发明的进一步改进，所述扰流件和液体流道的材质为铝。
作为本发明的进一步改进，所述若干扰流件错位分布，所述任一扰流件、及其两侧的与其相邻的扰流件位于三角形的三个顶点。
为实现上述另一发明目的，本发明的一种IGBT模块，其包括如上所述的液冷散热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的液冷散热器通过在液体流道中设置扰流件来增强冷却液的扰动，从而改变不同位置处的对流换热系数，在保证了液冷散热器的散热效果的同时提高了其均温性，延长了使用该液冷散热器的器件的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的液冷散热器一具体实施方式的平面结构示意图。
图中相关结构与其标号的对应关系如下：
本体-10；液体流道-20，液体入口-201，液体出口-202，直线流道-203，弯曲流道-204；扰流件-30。
具体实施方式
本发明公开一种液冷散热器，其包括本体、设置于所述本体上的液体流道，所述液体流道的一端设置有液体入口，所述液体流道的另一端设置有液体出口，所述液体流道中沿液体的流动方向设置有若干扰流件，所述液体入口端的液体流道中扰流件之间的间距大于所述液体出口端的液体流道中扰流件之间的间距。
优选地，所述液体流道呈S形排列，所述S形的液体流道包括若干相互平行的直线流道、以及连通所述若干直线流道的弯曲流道，所述相邻的直线流道之间，靠近所述液体出口的直线流道中扰流件之间的间距小于与其相邻的直线流道中扰流件之间的间距。
优选地，所述扰流件的形状为圆柱形。
优选地，所述扰流件与所述液体流道一体成型而成。
优选地，所述扰流件和液体流道的材质为铝。
优选地，所述若干扰流件错位分布，所述任一扰流件、及其两侧的与其相邻的扰流件位于三角形的三个顶点。
本发明还公开一种IGBT模块，其包括如上所述的液冷散热器。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的液冷散热器100包括本体10，设置于本体10上的液体流道20。其中，上述液体流道20为冷却液的流动管道，该液体流道20的一端开设有液体入口201，另一端开设有液体出口202。冷却液从上述液体出口202进入液体流道20，并沿液体流道20流动，最后从液体出口202流出，冷却液在液体流道20中流动过程中，将热量带走，从而达到降低温度的目的。
为了平衡上述液体入口201和液体出口202处散热效果的差异，上述液体流道20中沿冷却液的流动方向，设置有若干扰流件30。设置扰流件不但增加了液冷散热器的散热面积，同时，增加了冷却液的扰动，使得对流换热系数增大，进而提高了散热的效果。进一步地，上述液体入口201端的液体流道20中扰流件30之间的间距，大于液体出口202端的液体流道20中扰流件30之间的间距。如此设置，液体入口201端的冷却液的流速小于液体出口202端的冷却液的流速，即液体出口202端的散热效果得到了增强，从而解决了液冷散热器的液体入口和液体出口处散热效果差异较大的问题。
作为一种实施方式，上述液体流道20呈S形排列，该S形的液体流道20包括若干相互平行的直线流道203、以及连通上述若干直线流道203的弯曲流道204。由于冷却液在弯曲流道204处流速突然增加，该处对流换热系数相应增大，如此S形的液体流道20在弯曲流道204处散热效果相对直线流道203处的散热效果好，从而导致S形液冷散热器100均温性较差。因此，在上述直线流道203中设置若干扰流件30，且相邻的直线流道203之间，靠近液体出口202的直线流道203中扰流件30之间的间距，小于与其相邻的直线流道203中扰流件30之间的间距。也即，沿冷却液的流动方向，靠近液体出口202处的直线流道203中的扰流件30的数量多于，远离液体出口202处直线流道203中的扰流件30的数量。如此设置，可提高直线流道203中冷却液的数量，增加其散热效果，从而解决S型液冷散热器的直线流道和弯曲流道散热效果不均衡的问题。
优选地，上述扰流件30为圆柱体，且其与液体流道20一体成型而成。如此，便于液冷散热器的生产和加工。为了增强扰流件30的扰流效果，上述若干扰流件30错位分布，即对于任一扰流件30而言，该扰流件30与其两侧相邻的扰流件30在位置关系上位于三角形的三个顶点。如此，冷却液与扰流件30发生碰撞，改变流动方向后，可继续与下一个扰流件30发生碰撞，从而使每个扰流件30都能够发挥扰流的作用。
上述扰流件30和液体流道20的材质可以为铝，从而液冷散热器性能良好，且较为轻便。
本发明还一种一种IGBT模块，该IGBT模块包括基板、以及如上所述的液冷散热器，该液冷散热器通过导热硅脂与IGBT模块的基板相接触。
综上所述，本发明的液冷散热器通过在液体流道中设置扰流件来增强冷却液的扰动，从而改变不同位置处的对流换热系数，在保证了液冷散热器的散热效果的同时提高了其均温性，延长了使用该液冷散热器的器件的寿命。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种液冷散热器，其包括本体、设置于所述本体上的液体流道，所述液体流道的一端设置有液体入口，所述液体流道的另一端设置有液体出口，其特征在于，所述液体流道中沿液体的流动方向设置有若干扰流件，所述液体入口端的液体流道中扰流件之间的间距大于所述液体出口端的液体流道中扰流件之间的间距。
2.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述液体流道呈S形排列，所述S形的液体流道包括若干相互平行的直线流道、以及连通所述若干直线流道的弯曲流道，所述相邻的直线流道之间，靠近所述液体出口的直线流道中扰流件之间的间距小于与其相邻的直线流道中扰流件之间的间距。
3.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述扰流件的形状为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述扰流件与所述液体流道一体成型而成。
5.根据权利要求4所述的液冷散热器，其特征在于，所述扰流件和液体流道的材质为铝。
6.根据权利要求1所述的液冷散热器，其特征在于，所述若干扰流件错位分布，所述任一扰流件、及其两侧的与其相邻的扰流件位于三角形的三个顶点。
7.一种IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块包括根据权利要求1所述的液冷散热器。
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