CN107113919A - 电发热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电发热装置，可以是电加热装置、或者半导体冷却装置，本发明采用三明治式结构排列，传热效率高、功率密度大、结构紧凑、体积小，成本低，并且装配简单。
Description
本发明涉及电发热装置，尤其是液体式PTC电制热器和半导体冷却装置。
现有电加热采用金属基座，再在上面***PTC电加热片。主要存在两个缺陷，缺点一是增加了传热中间环节，热阻增加，热效率低、功率密度小；缺点二是增加了子零件，增加了成本。
现有技术采用多个扁平热交换管和PTC加热器相互层叠，扁平热交换管上设置了入口头部和出口头部，并以热交换按压部件紧固以减小接触热阻。该结构相比之前的水暖PTC电加热器结构更紧凑，换热效率有所提高；但其入口头部和出口头部也占据了相当的无换热作用的空间，且必须要以专门的热交换按压部件才能有效地工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，从一个更优的角度，以更简便高效的结构，提供一种电制热器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电制热器，包括PTC电加热组体，所述PTC电加热组体包括PTC电极条组件，所述的PTC电极条组件包括正电极条、PTC发热片组、负电极条，所述PTC发热片组由若干PTC发热片组成。
其中，所述正电极条包括正电极片、正极极耳。
其中，所述负电极条包括负电极片、负极极耳。
其中，所述的PTC发热片组设置在正电极条和负电极条之间，更优选为设置在正电极片和负电极片之间。
其中，所述正电极片和负电极片各自外部的一侧设有第一绝缘层。或者，所述PTC电极条组件外表面设有第一绝缘层，优选为所述PTC电极条组件外部除电极极耳之外的所有外表面设有第一绝缘层。
本发明所谓的PTC发热片，也可称PTC元件，包括PTC发热陶瓷片、和/或高分子PTC发热片。
本发明所谓电极极耳，即为电极条或电极片上的与外界的电连接部分的统称。
其中，PTC电极条组件中的PTC发热片优选通过胶粘的方式与正负电极片连接；当然，也可采用压紧的方式连接。
进一步的，所述PTC电极条组件、第一绝缘层组成第一整体件；所述PTC电制热器包括流体通道，所述流体通道与所述第一整体件依次间隔设置形成PTC电加热组体。其中，所述流体通道也可以是隔板(或称隔板通道)，所述流体通道或隔板包括有：各种翅片、翅片组、扁管等。
进一步的，所述PTC电加热组体的最***优选为流体通道。
进一步的，所述流体通道为翅片组，所述翅片组与第一整体件依次间隔设置。
进一步的，所述翅片组为由多组翅片构成的翅片组；或者，所述翅片组由侧板、翅片、封条组成，在相邻两侧板间放置翅片，翅片底端与顶端放置封条。
进一步的，相邻两流体通道之间分别设置第一密封件，各第一密封件对第一整体件的两侧边缘或整体形成密封绝缘。这样，起到了将换热液体与第一整体件(或PTC电极条组件)之间密封隔绝的效果。
进一步的，所述的PTC电制热器还包括主板，该主板具有内空腔，电极条的极耳通过内空腔伸出于主板之上，并且与主板内壁之间形成密封结构。
进一步的，所述的PTC电加热组体设置在主板的内空腔中，并且与主板的内壁之间形成密封结构；或者，所述的第一整体件设置在主板的内空腔中，并且与主板的内壁之间形成密封结构；或者，电极条的极耳通过内空腔伸出于主板之上，极耳与主板的内壁之间形成密封结构。
进一步的，所述电制热器还包括外壳，所述外壳内部形成空腔；所述主板和/或所述PTC电加热组***于所述外壳的空腔内。
在一种优选实施例中，所述PTC电加热组体暴露于所述外壳的空腔内，所述流体通道与所述空腔连通。这样，PTC电加热组体可直接浸泡于流体中，当流体进入并通过空腔时，流体通过紧凑的空腔直接进入PTC电加热组体的流体通道中，有效换热体积占比更大，整体结构更紧凑。更进一步的，所述主板将外壳的空腔分隔成两个空间，通过主板伸出的极耳位于第一空间，PTC电加热组件其它部分暴露于第二空间，第二空间用于流体通过。
当然，外壳内也可以设置有紧固机构，以使得PTC电加热组体内部接触紧密。所述紧固机构包括多种，壳体内部横向间紧固弹簧，或者螺栓螺母连接紧固。
或者，进一步的，PTC电加热组体上设置有夹紧机构，以使得PTC电加热组体内部接触紧密。
所述外壳优选塑料壳，且优选采用上下合围形式的塑料壳。
其中，所述主板可以是单开口槽形式的，也可以是多开口槽形式的。
或者，进一步的，所述的PTC电制热器还包括封头，所述的PTC电加热组体的两端与所述封头连通，所述封头上设置有进液口和出液口。所述的PTC电加热组体的两端与所述封头之间的连接优选采用胶粘的方式。所述封头用于进出流体的集液或分液，所述封头可以是类似平行流换热器所用的集流管，或者可以类似是板翅式换热器所用的封头等。
进一步的，所述流体通道采用封闭式流体通道。所谓封闭式流体通道是指，垂直于液体流动方向的流体通道的截面上的四个边(即平行于液体流动方向的流体通道的四个面)是封闭的(或者说相互连接的)，流体与第一整体件之间不直接接触。
进一步的，所述封闭式流体通道为板束或扁管。所述板束由侧板、翅片、封条组成，在相邻两侧板间放置翅片，翅片底端与顶端放置封条；该板束也是一种翅片组。所述扁管可以是单孔的或多孔的；可以是挤压成型的，也可以是焊接成型的，扁管材料可以是金属的，也可以是塑料等非金属的。
或者，进一步的，所述流体通道采用开放式流体通道。所谓开放式流体通道为垂直于液体流动方向的流体通道的截面上的四个边不全是封闭的，流体与第一整体件之间存在直接接触的部分，比如流体与第一整体件的第一绝缘层直接接触。
所述开放式流体通道包括如下几种形式：所述流体通道由两相邻第一整体件与设置于两相邻第一整体件之间的第二密封件包围形成；或者，所述流体通道由两相邻第一整体件与两相邻第一整体件之间的主板部分包围形成；或者，所述流体通道由第一整体件、边板以及设置于第一整体件与边板之间的第二密封件包围形成；或者，所述流体通道由第一整体件、外壳以及设置于第一整体件与外壳之间的第二密封件包围形成。
所述的第二密封件，其作用是用于密封相邻两第一整体件之间的空隙，防止换热液体从相邻两第一整体件之间的上下方向流到主板或外壳之外。若主板是多开口槽形式的，每个开口槽均***第一整体件，并被第一整体件充满且密封，这样则可以省略第二密封件。
所述边板，位于PTC电加热组体的最***，作为两侧流体通道的一部分。
进一步的，两相邻第一整体件之间的上部设置一个所述第二密封件，或者两相邻第一整体件之间的上部和下部各设置一个所述第二密封件。
进一步的，所述第一绝缘层材料为耐换热液体浸泡的绝缘材料。这种材料有耐换热液体浸泡的绝缘硅胶、外部涂覆有环氧树脂的聚酰亚胺薄膜，等等。所谓耐换热液体浸泡的绝缘材料是指该绝缘材料浸泡在换热液体中仍能保持良好的绝缘功能。若选择耐换热液体浸泡的
绝缘材料作为第一绝缘层材料，则也可选用该绝缘材料作为第一密封件。
进一步的，所述开放式流体通道中设置有若干翅片，以强化换热性能。所述翅片可以是各种形式的翅片，比如光直翅片、锯齿翅片、多孔翅片等。其中，包含如下电制热器中的PTC电加热组体的优选方案：第一整体件由PTC电极条组件和设置在PTC电极条组件外的耐换热液体浸泡的绝缘层形成，PTC电加热组体由第一整体件和翅片依次间隔层叠形成。该优选方案将第一整体件和翅片相互组合，翅片一方面发挥了组织流场和提高换热效果的突出作用，另一方面发挥了分隔和支撑第一整体件的作用，增加了整个电制热器的机械强度。
进一步的，所述第一绝缘层为陶瓷绝缘片、或高分子材料绝缘片、或涂覆(如喷涂、浸涂等)绝缘层、或镀绝缘层，或者，所述正电极片和负电极片的外部包裹第一绝缘层。
进一步的，所述第一绝缘层材质选自高分子绝缘材料、陶瓷绝缘材料、和掺杂有陶瓷的高分子复合绝缘材料中的任意一种或几种。
进一步的，所述第一绝缘层材质选自硅胶、有机硅树脂、无机硅、聚酰亚胺、特氟龙、聚酯亚胺、环氧树脂、丙烯酸酯类胶粘剂、丙烯酸类胶粘剂、苯并噁嗪、掺杂有陶瓷的硅胶中的任意一种或几种。
进一步的，设置所述第一绝缘层的方法选自涂覆、平贴、以及绕包(或包裹)中的一种或数种的组合。
进一步的，设置所述第一绝缘层的涂覆方法选自喷涂、刷涂、辊涂、沉积、浸涂、点胶、丝网印、滚涂、电泳、以及刮涂中的一种或数种的组合。
进一步的，所述第一密封件为绝缘密封胶、或绝缘橡胶圈、或焊接密封件。
进一步的，所述正极极耳位于正电极片的顶部，所述负极极耳位于负电极片的顶部；所述流体通道的换热液体流动方向为PTC电制热器的左侧至右侧或由右侧到左侧。
本发明PTC电制热器所用的换热液体优选采用水基冷却液，比如纯水或者常用的防冻液，其中防冻液的主体组分为约50％乙二醇+约50％水。
以上，封闭式流体通道和开放式流体通道上均指不包含专门的入口头部和出口头部。PTC电加热组体上流体的进口和出口在流体通道的两侧。
另外，本发明还提供一种PTC电制热器芯体，所述芯体由第一整体件、板束以及第一密封件组成。第一整体件和板束交替层叠设置，并在相邻两板束之间设置第一密封件，第一密封件对第一整体件除极耳之外的四周进行密封。
当然，可进一步拓展，本发明还提供一种PTC电制热器芯体，所述芯体包括第一整体件、流体通道。第一整体件和流体通道交替层叠设置形成类似三明治结构的PTC电制热器芯体。
本发明还提供一种半导体冷却装置，所述半导体冷却装置包括半导体散热组体，所述半导体散热组体包括若干半导体电极整体件和若干流体通道；所述半导体电极整体件与所述流体通道相互交替层叠设置，所述流体通道的至少部分表面与所述半导体电极整体件的至少部分外表面直接接触，并且所述流体通道内设有冷却液通道。
其中，上述半导体冷却装置中的流体通道也可称为隔板或隔板通道。
其中，所述半导体电极整体件由半导体电极组件和设置于所述半导体电极组件外侧的第一绝缘层构成；其中，所述半导体电极组件包括半导体芯片和设置于所述半导体芯片上下两侧的电极片。所述电极片为片状的电极。其中包括如下情况：电极片数量为2个，即集电极和发射极的连接电极为电极片，栅极的连接电极为传统的键合绑定线(wire bond)；或者，电极片数量为3个或5个，即集电极、发射极、以及栅极的所有连接电极均为电极片。
其中，所述半导体芯可以是IGBT芯片和/或二极管芯片。
进一步的，相邻两所述流体通道之间设置第一密封件，各所述第一密封件对所述半导体电极整体件的四周或整体形成密封。
进一步的，所述流体通道为封闭式冷却液通道。
进一步的，所述流体通道为板束或扁管。
进一步的，所述流体通道为开放式冷却液通道。
进一步的，所述流体通道为波纹状翅片、或者锯齿形翅片、或者带边板的翅片。
进一步的，所述半导体散热组体的最外两侧为流体通道。
进一步的，所述半导体冷却装置还包括外壳，所述外壳用于容纳所述半导体散热组体，所述电极片与外界的电连接部(如极耳)延伸于所述外壳之外并与所述外壳之间密封，所述外壳上设置有进液口和出液口。
进一步的，所述第一绝缘层为耐冷却液浸泡的绝缘材料。
进一步的，所述耐冷却液浸泡的绝缘材料为高分子绝缘材料、陶瓷绝缘材料、和掺杂有陶瓷的高分子绝缘材料中的任意一种或几种。
进一步的，所述电极片与所述半导体芯片之间设置有凸台。所述凸台也可以称为垫高层，用于增加两侧电极片的间距。
进一步的，所述电极片之间在除所述半导体芯片之外的部位还设置有第二绝缘层。
进一步的，所述半导体芯片与所述电极片的电连接方式为导电胶粘接、或者锡焊、或者钎焊、或者压接。
进一步的，设置第一绝缘层的方式为喷涂或浸涂。
进一步的，所述电极片材料为铝合金、或者不锈钢、或者铜；其中优选为不锈钢。
进一步的，所述半导体电极组件的电极片数量为2个或3个或5个。
本发明的有益效果是：本发明采用三明治式结构排列，传热效率高、功率密度大、结构紧凑、体积小，成本低，并且装配简单。
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是第一整体件的结构示意图；
图2是第一整体件与流体通道交替层叠的结构示意图；
图3是正电极片和负电极片的外部包裹第一绝缘层的截面剖视示意图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是PTC电加热组体的结构示意图；
图6-1是单开口槽主板的结构示意图；
图6-2是多开口槽主板的结构示意图；
图7是PTC电加热组体安装在主板中的示意图；
图8-1是一种封闭式流体通道(板束)的结构示意图(***图)；
图8-2是另一种封闭式流体通道(扁管)的结构示意图；
图9-1是锯齿翅片形式的开放式流体通道的结构示意图；
图9-2给出了一种平直翅片形式的开放式流体通道，包括平行的竖板和竖板两端连接的上下平板，平板与第一整体件直接接触，竖板之间形成流体通道；
图10-1、10-2是包含有开放式流体通道的PTC电加热组体的侧面结构示意图；
图11是包含有开放式流体通道的PTC电制热器示意图；
图12是封头的正视图和侧视图；
图13半导体电极组件顶视图；
图14半导体电极整体件顶视图；
图15图14中的半导体电极整体件A-A剖面示意图；
图16半导体散热组体剖面示意图；
图17实施例五提供的另一种半导体电极整体件的半导体电极组件的平面打散图；
图18实施例六中的半导体电极整体件剖面示意图；
图19实施例六中的半导体散热组体示意图。
现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例一
如附图所示，一种电制热器，包括PTC电加热组体，PTC电加热组体包括PTC电极条组件，PTC电极条组件包括正电极条1、PTC发热片组、负电极条2，PTC发热片组由若干PTC发热片3组成。其中，PTC发热片3优选为PTC发热陶瓷片。
正电极条1包括正电极片、正极极耳；负电极条2包括负电极片、负极极耳；PTC发热片3组设置在正电极片和负电极片之间。正极极耳位于正电极片的左侧边顶部，负极极耳位于负电极片的右侧边顶部。正极极耳、负极极耳根据实际需求可以设置在正电极片或负电极片顶端的任意位置。优选地，可以采用硅胶将PTC发热片组粘接于正负电极片之间。
PTC电极条组件、第一绝缘层4组成第一整体件8；如图1所示的第一整体件8，其正电极片和负电极片各自外部的一侧设有第一绝缘层4。第一绝缘层4为陶瓷绝缘片或高分子绝缘材料或喷涂绝缘层或镀绝缘层；或者，如图3、图4所示的第一整体件8，其正电极片和负电极片的外部包裹第一绝缘层4。
PTC电制热器包括流体通道5，如图5所示，流体通道5与第一整体件8依次间隔设置形成PTC电加热组体，PTC电加热组体的最***为流体通道5。流体通道5在工作时内部有换热液体流经过，依靠PTC电极条组件工作产生的热量对流体通道5内的换热液体进行加热。
如图5所示，相邻两流体通道5之间分别设置第一密封件6，各第一密封件6对第一整体件8的两侧边缘形成密封绝缘，也可以对第一整体件8的下部、上部以及整体形成密封绝缘。第一密封件6为膏状绝缘密封胶，可以选用具有较强粘接强度的胶作为第一密封件6，以便使得相邻两流体通道5之间强力地粘接起来，并使得流体通道5与第一整体件8紧密接触传热。
如图6-1、图7所示，为能将密封好的PTC电加热组体组装起来，PTC电制热器还包括主板7，该主板7具有内空腔71，PTC电加热组体设置在主板7的内空腔71中，并且与主板7的内壁之间形成密封结构。另外，主板7的外部包裹有用于容纳主板7与PTC电加热组体的塑料外壳(未示出)。塑料外壳的作用是个容腔，换热液体从中经过。除了进出口之外，其他地方均进行密封，塑料外壳采用上、下外壳合围形式。在PTC电加热组体层叠方向上，塑
料外壳内壁面间间隙略小于PTC电加热组体层叠方向上的厚度(当然，也可在塑料外壳内表面间设置弹性橡胶件)，然后将PTC电加热组体卡入塑料外壳内达到进一步压紧PTC电加热组体的作用。
PTC发热片3的数量为18个，若干PTC发热片3呈三行六列分布在正电极片和负电极片之间，根据该实施例要求，第一整体件8的数量为三个，流体通道5的数量为四个，针对其他实施方式，也可以设置其他数量的第一整体件8与流体通道5数量。对于PTC发热片3的数量选择，用户可以根据实际需求选择，本申请中所有数字，仅为举例，可推而广之。
流体通道5优选为如图8-1所示的单层板束511，这是一种封闭式流体通道，由两块侧板5b、一组翅片5a、两个封条5c组成，在两侧板5b间放置翅片，翅片5a底端与顶端放置封条5c。该单层板束511也是一种翅片组。流体通道5内换热液体的流动方向为PTC电制热器的左侧至右侧或由右侧到左侧。为了更好地进行密封，也可在板束511的两个侧板5b外表面开设一圈凹槽，用于放置O型密封圈，以将第一整体件8更好地密封于两个单层板束511之间。
比如，单层板束511长宽尺寸为190*70mm，厚度为5±0.5mm。正电极条1和负电极条2长宽为180*60mm，厚度为0.2±0.05mm，正极极耳、负极极耳的尺寸为10*10mm；PTC发热片3为30*20mm，厚度为3.5±0.05mm；第一绝缘层4的厚度为0.5±0.05mm。
当然，封闭式流体通道5也可采用如图8-2所示的多孔挤压扁管512。挤压扁管512作为一种封闭式流体通道，其成型工艺简单。
本发明采用三明治式结构排列，传热效率高、功率密度大、结构紧凑、体积小，成本低，并且装配简单。
相比于现有技术，本发明有如下突出的特点和技术效果：本发明通过将第一整体件和板束等流体通道更加简便的叠装，并优选通过密封胶粘接的方式将第一整体件两侧的板束紧密地连接在一起，既实现了可靠的密封，也实现了可靠的紧贴。相比于现有技术中先将多个扁平热交换管层叠之后再***PTC加热器，以及其必须专门使用的热交换推压部件作为紧固固定机构；本发明结构更简单，工艺更简便，PTC电制热器内部的紧密接触也能得到保障，导热效果更好；虽然本发明也可增加专门的紧固固定机构，但不是必需的或优选的。另外，由于PTC电加热组体上的流体进出口为板束的两端，不需要专门的流体入口头部和出口头部，故体积更紧凑；再加上PTC电加热组体可直接浸泡在冷却液中，故换热效率更高。
实施例二
在PTC电极条组件上，除极耳之外的所有外表面均涂覆耐换热液体浸泡的绝缘硅胶作为
第一绝缘层4；即形成第一整体件8。第一绝缘层4材料采用耐换热液体浸泡的绝缘硅胶。这种硅胶浸泡于换热液体中仍然能保持良好的电绝缘功能，适合应用于采用开放式的流体通道的PTC电加热组体。本实施例采用由多组如图9-1所示的锯齿翅片513构成的翅片组作为流体通道。而且，由于PTC电极条组件四周、上部和底部均涂覆了该耐换热液体浸泡的第一绝缘层4，故不再需要另外设置第一密封件。本实施例优选采用四个如图9-1所示的锯齿形翅片513和三个第一整体件8相互交替层叠形成PTC电加热组体(或称PTC电制热器芯体)。选用耐冷却液的胶粘剂将锯齿翅片513和第一整体件8之间粘接起来，这样，一方面可以提高PTC电加热组体内部的机械强度(如应用于汽车上的抗振动强度)，另一方面可以减小锯齿翅片513和第一整体件8之间接触热阻，有利于热量更高效地传递到锯齿翅片513上并散发到换热液体中。通常第一整体件8的刚度和强度不足以满足车用抗振动要求，故其中锯齿翅片513发挥着重要的作用：一方面起分隔和支撑第一整体件8的作用，提高整体的抗振强度；另一方面起组织冷却液流场、强化换热、提升该PTC电制热器发热功率密度的积极作用。
然后，将该PTC电加热组体的各个极耳101穿过如图6-2所示的塑料主板7的内空腔72(或称插槽孔)伸出于主板7之上，并在极耳101与内空腔72之间做好密封(如采用绝缘密封胶进行密封)。塑料外壳12由上壳体121和下壳体122组成，下壳体122在垂直于图11的方向上设置有进液口和出液口(图上未示出)。将PTC电加热组体***下壳体122的空腔内，内空腔左右内表面设置有具有弹性的橡胶层(未示出)，下壳体122的空腔内表面之间的间距尺寸优选为略小于PTC电加热组体的左右方向的厚度尺寸，以便形成一定的过盈紧固配合。主板7与下壳体122上部边沿四周形成可靠的密封(如用橡胶密封圈加螺栓螺母紧固连接密封)。然后将上壳体121覆盖于主板7之上并紧固密封。这样即形成本发明优选的PTC电制热器。
当然，本实施例也可采用如图9-2所示的开放式流体通道。
当然，也可在两相邻第一整体件8之间的上部设置了一个第二密封件10，并在两侧锯齿翅片的外部增加边板9，构成如图10-2所示的PTC电加热组体。
本实施例通过多个第一整体件8和锯齿翅片513相互间隔层叠，形成“三明治”式的PTC电制热器，不仅零部件更少、成本更低，而且从发热部件(PTC发热片)到传热介质(换热液体)的热传递路径更短更高效。
实施例三
本实施例采用实施例一所述的PTC电加热组体，即封闭式流体通道511与第一整体件8间隔设置另加第一密封件6形成PTC电加热组体。所不同的是，在PTC电加热组体左右两端
采用如图12所示的封头11与其连通，连接的方式为胶粘，组成带封头11的PTC电制热器。
实施例四
该半导体冷却装置包括半导体散热组体，所述半导体散热组体包括六组半导体电极整体件和七根扁管；所述半导体电极整体件与扁管相互交替层叠设置的，所述扁管表面与所述半导体电极整体件外表面直接接触，并且所述扁管内设有封闭式冷却液通道；其中，所述半导体电极整体件由半导体电极组件和设置于所述半导体电极组件外侧的第一绝缘层构成，其中，所述半导体电极组件包括半导体芯片和设置于所述半导体芯片上下两侧的电极片。本实施例中，采用将电极极耳与电极片集成在一起的电极条，该极耳即为与外界的电连接部。
为了确保半导体电极整体件四周与冷却液充分密封，在相邻两扁管之间分别设置第一密封件，各第一密封件对半导体电极整体件除极耳之外的四周或整体形成密封。
图13中的电极条502、503、505由电极片521、531、551和极耳522、532、552组成，图15示出了各电极片上焊锡层位置的示意图。下侧电极片551上表面分别布置有一个IGBT芯片506和一个二极管芯片507，下侧电极片551通过焊锡层505b与IGBT芯片506的集电极电连接，通过焊锡层505a和二极管芯片507的负极电连接；上侧左电极片521通过焊锡层502b与IGBT芯片506的发射极电连接，通过焊锡层502a和二极管芯片507的正极电连接；上侧右电极片531通过焊锡层503a与IGBT芯片506的栅极电连接。上侧左右两边的电极片521、531之间也需用第二绝缘层504隔离。若上下电极片之间的间距很小，抗爬电距离不足，则需在上下电极片之间除芯片506、507之外的地方涂覆第二绝缘层504以确保上下电极片之间可靠绝缘，其中第二绝缘层504可采用绝缘硅胶。由此，即形成了半导体电极组件。
该半导体电极组件两侧预留三个与外界的电连接部，即三个极耳522、532、552。该半导体电极组件上，电极片521、531、551上所有外露表面均涂覆第一绝缘层501，更为优选地，整个半导体电极组件上除极耳之外其余外露表面均涂覆第一绝缘层501，形成半导体电极整体件102，如图14所示。
如图16所示，流体通道采用多孔挤压扁管512，内部形成有封闭式冷却液通道。半导体散热组体由六组半导体电极整体件102和七根多孔挤压扁管512交替层叠形成，即半导体散热组体的最外两侧为扁管512。若第一绝缘层501不耐冷却液浸泡，则在每相邻两根扁管512之间设置第一密封件100，该密封件材料为耐防冻液的密封材料，以使得半导体电极整体件102与冷却液隔离，由此，形成了半导体散热组体。
本实施例还包括外壳(未示出)，该外壳由左右两半部分(或前后两半部分)组成，外壳
用于容纳半导体散热组体，电极条的极耳延伸于外壳之外以便与外界电连接，电极条与外壳之间做密封处理，外壳上设置有进液口和出液口。
上述结构的半导体冷却装置，发热芯片与冷却液之间的传热途径较短，热阻小，且芯片两侧均得到充分的冷却，冷却效率高；故该半导体冷却装置体积小，功率密度非常高。并且，本实施例以全电极片替代传统的绑定线(wire bond)或绑定带(ribbon bond)，电极片与芯片的接触面更大，故电极片的载流能力更强，且显著减小了寄生电感，芯片的电流冲击更小，芯片更安全。而且，该结构简单，制造成本低。
实施例五
本实施例提供另一种半导体电极整体件。如图17中所示为其半导体电极组件的平面打散图，其中点划线框中为半导体电极组件14，为了更清楚说明，上部电极片P3、P4、P5从半导体电极组件14上单独抽离图示出来，虚线框表述各上部电极片在半导体电极组件14上原来的位置。与实施例四不同的是，本实施例的半导体电极整体件包括5个电极片，下部有2个电极片P1、P2，上部有3个电极片P3、P4、P5，上下电极片之间设置有2个IGBT芯片A1、A2和2个二极管芯片B1、B2。下部电极片P1分别与IGBT芯片A1的集电极、A2的发射极、二极管B1的负极和B2的正极电连接；P2与IGBT芯片A2的栅极电连接；上部电极片P3与A1的栅极电连接；P4与A1的发射极、B1的正极电连接；P5与A2的集电极、B2的负极电连接。由此，组成了包含有2个IGBT芯片和2个二极管芯片的半导体电极组件14；然后，在该半导体电极组件14上，除各极耳(未示出)之外，其余所有外露部位喷涂绝缘胶粘剂形成第一绝缘层，从而形成了半导体电极整体件。然后参照上述实施例所示，组成一种半导体冷却装置。
实施例六
本实施例部分参照实施例四，本实施例的半导体电极整体件如图18所示，下侧电极片551上表面分别布置有一个IGBT芯片506和一个二极管芯片507，下侧电极片551通过导电胶(导电胶均未图示出)与IGBT芯片506的集电极电连接，通过导电胶和二极管芯片507的负极电连接；上侧左电极片521上通过导电胶分别与凸台502c、凸台502d粘接在一起，上侧右电极片531上通过导电胶与凸台503c粘接在一起。上侧左电极片521的凸台502d通过导电胶与IGBT芯片506的发射极电连接，凸台502c通过导电胶与二极管芯片507的正极电连接；上侧右电极片531的凸台503c通过导电胶与IGBT芯片506的栅极电连接。上侧左右两边的电极片521、531之间也需用第二绝缘层504隔离。由于上下电极片之间的间距很小，抗爬电距离不足，故需在上下电极片之间除芯片506、507之外的地方涂覆第二绝缘层504以确保上
下电极片之间可靠绝缘，其中第二绝缘层504可采用绝缘硅胶。由此，即形成了半导体电极组件。
上述电连接或者用压接替代导电胶电连接，本发明所谓压接是指通过外部压力压紧电极片、凸台和芯片，使其可靠地电连接。
该半导体电极组件两侧预留三个与外界的电连接部，即三个极耳522、532、552。上述半导体电极组件上，除三个极耳522、532、552处之外，其余所有外露表面均涂覆第一绝缘层501b，该第一绝缘层501b所用的材料是耐冷却液浸泡的绝缘材料；由此，从而形成半导体电极整体件103。
本实施例还引入如图9-1所示的锯齿形翅片513，将两组上述半导体电极整体件103和三组翅片513交替层叠压紧，形成如图19所示的半导体散热组体，其中翅片513中包含有开放式冷却液通道，冷却液直接与第一绝缘层501b接触。
本实施例包括外壳(未示出)，该外壳由左右两半部分(或前后两半部分)组成，外壳用于容纳半导体散热组体，电极条的极耳延伸于外壳之外以便与外界电连接，电极条与外壳之间做密封处理，外壳上设置有进液口和出液口。
本实施例除了拥有实施例四所示的技术效果之外，本实施例结构更简单，冷却液与第一绝缘层直接接触，避免了扁管壁面的导热热阻和扁管壁面与第一绝缘层之间的接触热阻，故换热效率更高，成本更低。导电胶的胶基体材料可优选采用硅胶，其固化温度更低，操作工艺更简便。硅胶为弹性体抗温度交变能力强，可以有效地适应半导体芯片温度交变环境，延长半导体冷却装置的工作寿命。
实施例七
本实施例大部分与实施例六类似，其采用的半导体电极组件外部设置耐冷却液的绝缘层形成半导体电极整体件，并与锯齿翅片组合形成半导体散热组体。所不同的是，其半导体电极组件的电极片数量为2个，即集电极和发射极的连接电极为电极片，栅极的连接电极为传统的绑定线(wire bond)或绑定带(ribbon bond)。
或者，半导体整体件采用类似CN103999213A中的半导体封装体，并在该半导体封装体本体外部涂覆耐冷却液的绝缘层。然后与锯齿翅片组成半导体散热组体。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (33)
- 一种电制热器，其特征是，包括PTC电加热组体，所述PTC电加热组体包括PTC电极条组件，所述的PTC电极条组件包括正电极条、PTC发热片组、负电极条，所述PTC发热片组由若干PTC发热片组成；所述的PTC发热片组设置在正电极条和负电极条之间；所述正电极条和负电极条各自外部的一侧设有第一绝缘层。
- 根据权利要求1所述的一种电制热器，其特征是，所述正电极条包括正电极片、正极极耳；所述负电极条包括负电极片、负极极耳。
- 根据权利要求1所述的一种电制热器，其特征是，所述PTC电极条组件、第一绝缘层组成第一整体件；所述PTC电制热器包括流体通道，所述流体通道与所述第一整体件依次间隔设置形成PTC电加热组体。
- 根据权利要求3所述的一种电制热器，其特征是，所述流体通道为翅片组，所述翅片组与第一整体件依次间隔设置。
- 根据权利要求4所述的一种电制热器，其特征是，所述翅片组为由多组翅片构成的翅片组；或者，所述翅片组由侧板、翅片、封条组成，在相邻两侧板间放置翅片，翅片底端与顶端放置封条。
- 根据权利要求3所述的一种电制热器，其特征是，相邻两流体通道之间分别设置第一密封件，各第一密封件对第一整体件的两侧边缘或整体形成密封绝缘。
- 根据权利要求3中所述的一种电制热器，其特征是，所述的PTC电制热器还包括外壳；所述外壳内部形成空腔，所述PTC电加热体组件暴露于所述空腔内，所述流体通道与所述空腔连通。
- 根据权利要求7所述的一种电制热器，其特征是，外壳内设置有紧固机构，以使得PTC电加热组体内部接触紧密。
- 根据权利要求2-8中任意一项所述的一种电制热器，其特征是，所述的PTC电制热器还包括主板；所述主板位于所述外壳的空腔内。
- 根据权利要求9所述的一种电制热器，其特征是，该主板具有内空腔，电极条的极耳通过主板的内空腔伸出于主板之上，并且与主板内空腔之间形成密封结构。
- 根据权利要求1或3所述的一种电制热器，其特征是，PTC电加热组体上设置有夹紧机构，以使得PTC电加热组体内部接触紧密。
- 根据权利要求3所述的一种电制热器，其特征是，所述的PTC电制热器还包括封头，所述的PTC电加热组体的两端与所述封头连通，所述封头上设置有进液口和出液口。
- 根据权利要求3所述的一种电制热器，其特征是，所述流体通道为封闭式流体通道。
- 根据权利要求13所述的一种电制热器，其特征是，所述封闭式流体通道为板束或扁管。
- 根据权利要求1所述的一种电制热器，其特征是，所述PTC电极条组件和设置在PTC电极条组件外表面的第一绝缘层形成第一整体件；其中，所述第一绝缘层材料为耐换热液体浸泡的绝缘材料；所述PTC电制热器还包括流体通道，所述流体通道与所述第一整体件依次间隔设置形成PTC电加热组体；其中，所述流体通道的至少部分表面与所述第一整体件至少部分外表面直接接触。
- 根据权利要求15所述的一种电制热器，其特征是，所述流体通道为锯齿翅片、或者平直翅片、或者多孔翅片。
- 根据权利要求1所述的一种电制热器，其特征是，所述第一绝缘层材料为耐换热液体浸泡的绝缘材料。
- 根据权利要求17所述的一种电制热器，其特征是，所述第一绝缘层为陶瓷绝缘片、或高分子材料绝缘片、或涂覆绝缘层、或镀绝缘层。
- 根据权利要求2所述的一种电制热器，其特征是，所述第一绝缘层包裹所述正电极片和负电极片。
- 一种半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体冷却装置包括半导体散热组体，所述半导体散热组体包括若干半导体电极整体件和若干流体通道；所述半导体电极整体件与所述流体通道相互交替层叠设置，所述流体通道的至少部分表面与所述半导体电极整体件的至少部分外表面直接接触，并且所述流体通道内设有冷却液通道；其中，所述半导体电极整体件由半导体电极组件和设置于所述半导体电极组件外侧的第一绝缘层构成；其中，所述半导体电极组件包括半导体芯片和设置于所述半导体芯片上下两侧的电极片。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，相邻两所述流体通道之间设置第一密封件，各所述第一密封件对所述半导体电极整体件的四周或整体形成密封。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，所述流体通道内设有封闭式冷却液通道。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，所述流体通道为板束或扁管。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，所述流体通道内设有开放式冷却液通道。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，所述流体通道为波纹状翅片、或者锯齿形翅片、或者带边板的翅片。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体散热组体的最外两侧为流体通道。
- 根据权利要求20所述半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体冷却装置还包括外壳，所述外壳用于容纳所述半导体散热组体，所述电极片与外界的电连接部延伸于所述外壳之外并与所述外壳之间密封，所述外壳上设置有进液口和出液口。
- 根据权利要求20所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述第一绝缘层为耐冷却液浸泡的绝缘材料。
- 根据权利要求28所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述耐冷却液浸泡的绝缘材料为高分子绝缘材料、陶瓷绝缘材料、和掺杂有陶瓷的高分子绝缘材料中的任意一种或几种。
- 根据权利要求20所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述电极片与所述半导体芯片之间设置有凸台。
- 根据权利要求20所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述电极片之间在除所述半导体芯片之外的部位还设置有第二绝缘层。
- 根据权利要求20所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体芯片与所述电极片的电连接方式为导电胶粘接、或者锡焊、或者钎焊、或者压接。
- 根据权利要求20所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体电极组件的电极片数量为2个或3个或5个。
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