CN108447832A - 半导体换热装置、半导体模块及电气设备 - Google Patents

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刘刚
孙健
翟超
徐明明
汪海涛
闫铭
任静
李二帅
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XJ Electric Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种半导体换热装置、半导体模块及电气设备，半导体换热装置包括换热基体和间隔设置在换热基体上用于安装半导体的半导体安装面，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。这样远离主进风口的半导体处的进风温度与靠近主进风口的半导体处的进风温度相同，有效降低相邻两个半导体之间的进风温度差。解决了现有技术中存在的由于并联的两个IGBT的温差较大造成的IGBT的使用裕量和稳定性降低的问题。

Description

半导体换热装置、半导体模块及电气设备
技术领域
本发明涉及一种半导体换热装置、半导体模块及电气设备。
背景技术
IGTB作为半导体元件广泛应用于各个领域中，但是IGBT本身的发展不能及时的适应产品需求，同时考虑到产品成本的因素，一般产品中会使用IGBT并联的技术，已满足产品的使用需求。
授权公告号为CN202523698U，授权公告日为2012.11.07的中国专利公开了一种IGBT用风冷散热器，包括铝基体，所述铝基体的一侧设有用于相应IGBT功率模块安装的安装基面，所述铝基体与所述安装基面的相对侧通过铝挤压技术间隔并列一体成型有多个铝制散热片。该IGBT用风冷散热器体积较小、结构简单。但是，由于两个IGBT采用垂直于进风口安装方式安装，铝制散热片四周密封，只有进风口处有风进入，使得两个IGBT的进风口温度存在差异，靠近进风口的IGBT的初始进风温度将小于较远的一个IGBT的进风口温度，这样则使两个IGBT的初始温度存在差异，使IGBT的最大工作温度锁定在较远的一个IGBT的上面，降低IGBT的使用裕量和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体换热装置，以解决现有技术中存在的由于并联的两个IGBT的温差较大造成的IGBT的使用裕量和稳定性降低的问题；本发明的目的还在于提供一种解决上述问题的半导体模块及电气设备。
本发明的半导体换热装置的技术方案是：
方案1、半导体换热装置包括换热基体和间隔设置在换热基体上用于安装半导体的半导体安装面，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。相邻的半导体安装面之间的换热基体上设有辅助进风口，辅助进风口的进风温度与主进风口的进风温度相同，这样远离主进风口的半导体处的进风温度与靠近主进风口的半导体处的进风温度相同，有效降低相邻两个半导体之间的进风温度差。解决了现有技术中存在的由于并联的两个IGBT的温差较大造成的IGBT的使用裕量和稳定性降低的问题。
方案2、在方案1的基础上，所述辅助进风口为长条形，辅助进风口的长度方向垂直于半导体安装面的布置方向。辅助进风口设置为长条形，使辅助进风口更接近辅助进风口处的半导体，方便进入辅助进风口的空气与半导体进行换热。
方案3、在方案1或2的基础上，所述辅助进风口设置在换热基体上设有半导体安装面的一侧。辅助进风口的风从半导体安装面侧进入，方便进行半导体的热交换。
方案4、在方案1或2的基础上，所述换热基体包括翅片式散热体和封装在翅片式散热体***的封装壳体。翅片式散热体的散热面积较大，可有效增加半导体的换热量。
方案5、在方案4的基础上，所述换热基体包括导热板，半导体安装面设置在导热板上，导热板的远离半导体安装面的一侧间隔设有至少两个散热片，各散热片相互平行且垂直于导热板设置，所述封装壳体与导热板围成使空气由主进风口至抽风口方向流动的空气流道，辅助进风口设置在导热板上。换热基体的设置保证了在抽风机吸力作用下空气从主进风口进入散热基体内以对散热基体进行冷却。
方案6、在方案1或2的基础上，所述辅助进风口的面积是主进风口面积的1/4~1/6。辅助进风口面积为主进风口面积的1/4~1/6，既保证了辅助进风口的进风量且不会降低主进风口对靠近主进风口的半导体的冷却。
本发明的半导体模块的技术方案是：
方案1、半导体模块包括半导体换热装置和半导体，所述半导体换热装置包括换热基体和间隔设置在换热基体上安装半导体的半导体安装面，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。
方案2、在方案1的基础上，所述辅助进风口为长条形，辅助进风口的长度方向垂直于半导体安装面的布置方向。
方案3、在方案1或2的基础上，所述辅助进风口设置在换热基体上设有半导体安装面的一侧。
方案4、在方案1或2的基础上，所述换热基体包括翅片式散热体和封装在翅片式散热体***的封装壳体。
方案5、在方案4的基础上，所述换热基体包括导热板，半导体安装面设置在导热板上，导热板的远离半导体安装面的一侧间隔设有至少两个散热片，各散热片相互平行且垂直于导热板设置，所述封装壳体与导热板围成使空气由主进风口至抽风口方向流动的空气流道，辅助进风口设置在导热板上。
方案6、在方案1或2的基础上，所述辅助进风口的面积是主进风口面积的1/4~1/6。
本发明的电气设备技术方案是：
方案1、电气设备包括半导体模块和抽风机，所述半导体模块包括半导体换热装置和半导体，所述半导体换热装置包括换热基体和间隔设置在换热基体上安装半导体的半导体安装面，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。
方案2、在方案1的基础上，所述辅助进风口为长条形，辅助进风口的长度方向垂直于半导体安装面的布置方向。
方案3、在方案1或2的基础上，所述辅助进风口设置在换热基体上设有半导体安装面的一侧。
方案4、在方案1或2的基础上，所述换热基体包括翅片式散热体和封装在翅片式散热体***的封装壳体。
方案5、在方案4的基础上，所述换热基体包括导热板，半导体安装面设置在导热板上，导热板的远离半导体安装面的一侧间隔设有至少两个散热片，各散热片相互平行且垂直于导热板设置，所述封装壳体与导热板围成使空气由主进风口至抽风口方向流动的空气流道，辅助进风口设置在导热板上。
方案6、在方案1或2的基础上，所述辅助进风口的面积是主进风口面积的1/4~1/6。
方案7、在方案1或2的基础上，所述半导体模块设有至少两个，各半导体模块并列布置且相邻两个半导体模块中的一个半导体模块的主进风口与另一个半导体模块的抽风口连通，以使各半导体模块的换热基体的空气流道相互连通。
附图说明
图1为本发明的半导体模块的具体实施例一的主视图；
图2为图1的右视图；
图3为本发明的半导体模块的具体实施例一中的半导体模块用于无功补偿装置的主视图；
图4为图3的A向视图；
图5为本发明的半导体模块的具体实施例二的主视图；
图6为本发明的半导体模块的具体实施例三的主视图；
图中：1-换热基体，2-辅助进风口，3-半导体，4-翅片，20-辅助进风口，21-辅助进风口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的半导体模块的具体实施例一，如图1至图4所示，半导体模块包括半导体换热装置和半导体3，半导体换热装置包括换热基体1和间隔设置在换热基体1的半导体安装面，半导体3安装在半导体安装面上。本实施例中的半导体3为IGBT，换热基体1上设有两个半导体安装面，即换热基体1上安装有两个IGBT。本实施例中，进入换热基体1内的空气用于降低IGBT的工作温度，以保证IGBT的正常运行。在其他实施例中，可在换热基体上间隔设置三个以上的半导体安装面。为保证IGBT的处于合适的工作温度范围内，在换热基体1沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体1的主进风口。如图3和图4所示，两个半导体模块并列安装在无功补偿装置中，两个半导体模块中的一个半导体模块的主进风口与另一个半导体模块的抽风口连通，以使两个半导体模块的换热基体1的空气流道相互连通。图3箭头的方向为空气的流向，即空风在抽风机吸力作用下从图3所示的无功补偿装置左侧的半导体模块的主进风口进入，沿散热基体内的空气流道流向图3所示的无功补偿装置右侧的半导体模块的抽风口。这样两个半导体模块共用同一抽风机使空气从远离抽风机的半导体模块的主进风口进入散热基体对两个半导体模块同时进行散热。在其他实施例中，半导体模块可用在变频器、开关设备等电气设备上；半导体模块也可沿半导体布置方向布置一个、三个或四个以上；两个半导体模块也可垂直于半导体布置方向布置。
换热基体1包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，为了减小两个IGBT之间的温度差，在过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体1以与换热基体1进行热交换的辅助进风口2。这样可以使距离主进风口较远的一个IGBT与距离主进风口较近的IGBT的初始进风度基本相同，这样通过进入辅助进风口2的空气与远离主进风口的IGBT进行热交换，可降低两个IGBT之间的温差，提高IGBT的使用裕量及稳定性。解决了现有技术中存在的由于并联的两个IGBT的温差较大造成的IGBT的使用裕量和稳定性降低的问题。
如图1和图3所示，为使辅助进风口2更接近IGBT以方便与IGBT进行热交换，本实施例中的辅助进风口2设置在换热基体1上设有半导体安装面的一侧，且辅助进风口2为长条形，辅助进风口2的长度方向垂直于半导体安装面的布置方向。在其他实施例中，辅助进风口也可设置在换热基体1的远离半导体安装面或者垂直于半导体安装面的一侧；辅助进风口也可为圆形孔、矩形孔、菱形孔等其他形状的孔。本实施例中的两个IGBT的长度方向与辅助进风口2的长度方向一致，在其他实施例中，IGBT的长度方向也可垂直于长条孔布置。如图2所示，为增加换热基体1的散热面积，本实施例中的换热基体1包括导热板和设置在导热板上的翅片4，即换热基体1为翅片式散热体，翅片4设置在导热板的远离半导体安装面的一侧，各翅片4相互平行且垂直于导热板设置。本实施例中的换热基体1包括翅片式散热体和封装在翅片式散热体***的封装壳体。封装壳体与导热板围成使空气由主进风口至抽风口方向流动的空气流道，辅助进风口2设置在导热板上。为减小换热装置的成本和保证换热效果，本实施例中的换热基体1由铝制型材制成。在其他实施例中，换热基体可为通过换热基体本身进行散热的板式散热器；换热基体也可由铜、铝合金等型材制成。
本发明提供一种适用于PRIMPACK封装IGBT并联的半导体散热装置。将两个IGBT安装在翅片式散热体的导热板上，在两个IGBT中间留有一个辅助进风口2，这样可以减小距离主进风口较远的一个IGBT与距离主进风口较近的IGBT的初始进风温差。同时根据计算与仿真，辅助进风口2的面积相当于主进风口面积的五分之一时，两个IGBT的进风口温差最小，提高了IGBT使用裕量及稳定性。在其他实施例中，辅助进风口的面积可为主进风口面积的六分之一、、四份之一五分之二等其他值。
本发明的半导体模块的具体实施例二，与本发明的半导体模块的具体实施例一相比，区别仅在于：如图5所示，在换热基体上相邻的两个半导体的半导体安装面之间的过渡段上设有两个辅助进风口20。
本发明的半导体模块的具体实施例三，与本发明的半导体模块的具体实施例一相比，区别仅在于：如图6所示，在换热基体上相邻的两个半导体的半导体安装面之间的过渡段上设有六个辅助进风口21，辅助进风口21为矩形孔。
本发明的半导体换热装置的具体实施例，本实施例中的半导体换热装置与上述半导体模块的具体实施例一至实施例三中任意一个所述的半导体换热装置的结构相同，不再赘述。
本发明的电气设备的具体实施例，电气设备包括半导体模块和抽风机，本实施例中的半导体模块与上述半导体模块的具体实施例一至实施例三中任意一个所述的半导体模块的结构相同，不再赘述。

Claims (8)

1.半导体换热装置，包括换热基体和间隔设置在换热基体上用于安装半导体的半导体安装面，其特征是，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。
2.根据权利要求1所述的半导体换热装置，其特征是，所述辅助进风口为长条形，辅助进风口的长度方向垂直于半导体安装面的布置方向。
3.根据权利要求1或2所述的半导体换热装置，其特征是，所述辅助进风口设置在换热基体上设有半导体安装面的一侧。
4.根据权利要求1或2所述的半导体换热装置，其特征是，所述换热基体包括翅片式散热体和封装在翅片式散热体***的封装壳体。
5.根据权利要求4所述的半导体换热装置，其特征是，所述换热基体包括导热板，半导体安装面设置在导热板上，导热板的远离半导体安装面的一侧间隔设有至少两个散热片，各散热片相互平行且垂直于导热板设置，所述封装壳体与导热板围成使空气由主进风口至抽风口方向流动的空气流道，辅助进风口设置在导热板上。
6.根据权利要求1或2所述的半导体换热装置，其特征是，所述辅助进风口的面积是主进风口面积的1/4~1/6。
7.半导体模块，包括半导体换热装置和半导体，所述半导体换热装置包括换热基体和间隔设置在换热基体上安装半导体的半导体安装面，其特征是，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。
8.电气设备，包括半导体模块和抽风机，所述半导体模块包括半导体换热装置和半导体，所述半导体换热装置包括换热基体和间隔设置在换热基体上安装半导体的半导体安装面，其特征是，所述换热基体沿半导体安装面布置方向的两个端面上分别设有抽风口和用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体的主进风口，所述换热基体包括处于相邻两个半导体安装面之间的过渡段，过渡段上设有用于在抽风机吸力作用下使空气进入换热基体以与换热基体进行热交换的辅助进风口。
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