CN112951781B - 一种功率半导体模块冷却装置及功率半导体模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率半导体模块冷却装置及功率半导体模块，其中功率半导体模块冷却装置包括：具有热交换腔的冷却壳体和设置在所述冷却壳体前、后两侧并形成所述热交换腔的侧壁的前侧散热板、后侧散热板；所述冷却壳体上还具有与所述冷却腔连通的进水通道和出水通道；所述前侧散热板与所述冷却壳体通过一体式焊接，所述后侧散热板与所述冷却壳体之间通过一体式焊接。本发明减少了辅助配件，简化了装配工艺，失效点减少，能够更稳定的为半导体功率组件进行散热。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是一种功率半导体模块冷却装置及功率半导体模块。
背景技术
随着人们对环境保护、节能减排意识的不断提高，新能源汽车已成为世界各大车企及相关机构争相研制的热点。电动汽车控制器中功率半导体模块作为新能源车关键零部件之一，其在工作过程中会产生大量的热量，因此，如何有效的对功率半导体模块进行散热影响着功率半导体模块的运行性能。
现有技术中的功率半导体模块冷却装置结构较为复杂，所需零配件较多，在装配过程中不仅造成繁琐，从而降低生产效率，而且由于各个配件之间相互关联的过程中由于误差或者装配原因会造成失效点较多，从而导致冷却效果降低。
因此，有必要提供一种结构简单且能够稳定为功率半导体模块进行降温的冷却装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率半导体模块冷却装置，以解决现有技术中的不足，它能够减少了辅助配件，装配工艺简单，失效点减少，能够更稳定的为半导体功率组件进行散热。
本发明提供了一种功率半导体模块冷却装置，包括：具有热交换腔的冷却壳体和设置在所述冷却壳体前、后两侧并形成所述热交换腔的侧壁的前侧散热板、后侧散热板；所述冷却壳体上还具有与所述冷却腔连通的进水通道和出水通道；所述前侧散热板与所述冷却壳体通过一体式焊接，所述后侧散热板与所述冷却壳体之间通过一体式焊接。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述一体式焊接为摩擦焊接。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述冷却壳体包括本体、沿前后方向贯穿所述本体的穿孔、设置在所述本体的前侧壁上的前侧开口和设置在所述本体的后侧壁上的后侧开口；所述前侧散热板安装固定在所述本体上并用于遮盖所述前侧开口，所述后侧散热板安装固定在所述本体上并用于遮盖所述后侧开口。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述本体上还设置有用于定位所述前侧散热板的前侧定位槽。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述进水通道和所述出水通道在水平方向上相对设置在所述热交换腔的相对两侧，且在竖向方向上所述进水通道设置在所述出水通道的上侧。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述前侧散热板和所述后侧散热板上均设置有散热基板和自所述散热基板向热交换腔内突伸的散热翅片，所述散热翅片具有针齿型结构，所述散热基板与所述冷却壳体连接固定；所述前侧散热板上的散热翅片和所述后侧散热板上的散热翅片相互交叉设置并在所述热交换腔内形成翅片阵列。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述翅片阵列的上侧与所述热交换腔的上侧壁之间形成导流空间，所述导流空间一端延伸至所述进水通道，且所述热交换腔的上侧壁向远离所述进水通道的方向高度逐渐降低以使所述导流空间向远离所述进水通道的方向空间逐渐收缩。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述翅片阵列的下侧与所述热交换腔的下侧壁之间形成引流空间，所述引流空间的一端延伸至所述出水通道，且所述热交换器两的下侧壁向所述出水通道的方向倾斜以使所述引流空间向靠近出水通道的方向空间逐渐增大。
如上所述的功率半导体模块冷却装置，其中，优选的是，所述进水通道上远离所述热交换腔的一端为矩形孔，所述出水通道上远离所述热交换腔的一端为矩形孔。
一种功率半导体模块，包括所述的功率半导体模块冷却装置、半导体功率组件和覆铜陶瓷基板，所述半导体功率组件固定在所述覆铜陶瓷基板上，所述覆铜陶瓷基板贴合在所述前侧散热板和/或后侧散热板上。
与现有技术相比，本发明通过将前侧散热板和后侧散热板与冷却壳体连接固定实现安装完成，并且半导体功率组件通过覆铜陶瓷基板贴合在前侧散热板或后侧散热板上，结构更加精简，提高了整个设备的组装效率。相比于传统的模块，减少了辅助配件，装配工艺简单，失效点减少，能够更稳定的为半导体功率组件进行散热。
附图说明
图1是本发明实施例公开的功率半导体模块冷却装置的分解图；
图2是本发明实施例公开的功率半导体模块冷却装置中冷却壳体的结构示意图；
图3是图2的仰视图；
图4是本发明实施例公开的功率半导体模块的内部结构示意图；
图5是本发明实施例公开的功率半导体模块的结构示意图。
附图标记说明：
1-冷却壳体，10-热交换腔，11-进水通道，12-出水通道，13-本体，130-前侧定位槽，131-前侧开口，132-后侧开口，14-导流空间，15-引流空间，
2-前侧散热板，21-散热基板，22-散热翅片，3-后侧散热板，
100-半导体模块冷却装置，200-半导体功率组件，300-覆铜陶瓷基板。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1-4所示，公开了一种功率半导体模块冷却装置，包括：具有热交换腔10的冷却壳体1和设置在所述冷却壳体1前、后两侧并形成所述热交换腔10的侧壁的前侧散热板2、后侧散热板3。所述冷却壳体1上还具有与所述冷却腔10连通的进水通道11和出水通道12；所述前侧散热板2与所述冷却壳体1通过一体式焊接紧密连接，所述后侧散热板3与所述冷却壳体1之间通过一体式焊接紧密连接。
本实施例中进水通道11、热交换腔10和所述出水通道12形成冷却介质的流通通道，冷却介质在该流通通道内流通过程中，在热交换腔10内与前侧散热板2和后侧散热板3进行热交换从而将前侧散热板2和后侧散热板3上的热量进行传导。前侧散热板2和后侧散热板3上可以安装固定半导体功率组件200，具体的半导体功率组件200可以通过覆铜陶瓷基板300贴合在所述前侧散热板2和/或后侧散热板3上，从而实现对半导体功率组件200的散热。
在本实施例中通过将前侧散热板2和后侧散热板3与冷却壳体1连接固定实现安装完成，并且半导体功率组件200通过覆铜陶瓷基板300贴合在前侧散热板2或后侧散热板3上，结构更加精简，提高了整个设备的组装效率。相比于传统的模块，减少了辅助配件，装配工艺简单，失效点减少，能够更稳定的为半导体功率组件200进行散热。
此外本发明实施例公开的一体式焊接为摩擦焊接。所谓一体式焊接是在焊接后两者之间直接形成密封避免两者之间存在缝隙，从而使两者形成一体的样式。在本实施例中优选的采用摩擦焊接进行连接固定，采用摩擦焊接能够起到密封热交换腔10的作用，且密封性更好，可靠性更高。相比于传统模块用夹子密封热交换腔，有效的提高热交换腔的密封有效性，此外传统结构中夹子的夹紧力难以控制，夹紧力过大会导致热交换腔等零件损坏，过小无法密封，规避了重要失效点。
同时采用一体式焊接热交换腔10的耐压也提高了由原来的0.2mpa提升到了0.5mpa，从而使热交换腔10可以满足更宽的流量要求，提升冷却装置的冷却效果。
具体的，所述冷却壳体1包括本体13、沿前后方向贯穿所述本体13的穿孔、设置在所述本体13的前侧壁上的前侧开口131和设置在所述本体13的后侧壁上的后侧开口132；所述前侧散热板2安装固定在所述本体1上并用于遮盖所述前侧开口131，所述后侧散热板3安装固定在所述本体1上并用于遮盖所述后侧开口132。
为了方便实现本体13与前侧散热板2和后侧散热板3的安装固定，所述本体13上还设置有用于定位所述前侧散热板2的前侧定位槽130以及用于定位所述后侧散热板3的后侧定位槽。前侧散热板2定位在前侧定位槽130内后再通过摩擦焊接与本体13完成连接，前侧定位槽130在定位的同时也能起到避让的作用，使焊接后的前侧散热板2的外表面不超出本体13的前侧面，焊接后的后侧散热板3的外表面不超出本体13的后侧面。
所述进水通道11和所述出水通道12在水平方向上相对设置在所述热交换腔10的相对两侧，且在竖向方向上所述进水通道11设置在所述出水通道12的上侧。上述结构的设置使进水通道11和出水通道12相对较远距离的设置从而能够增大冷却介质在流通通道内流动的距离从而能够更好的实现换热。
作为进一步的改进，所述前侧散热板2和所述后侧散热板3上均设置有散热基板21和自所述散热基板21向热交换腔10内突伸的散热翅片22，所述散热翅片22具有针齿型结构，多个所述散热翅片22均匀间隔排布在所述散热基板21上，所述散热基板21与所述冷却壳体1连接固定；所述前侧散热板2上的散热翅片和所述后侧散热板3上的散热翅片相互交叉设置并在所述热交换腔10内形成翅片阵列。采用针齿型散热器，能够有效的提高冷却效果，同时可以规避传统翅片型散热器因清洁度堵塞问题，堵塞后影响散热效率。多个针齿型散热器组成的翅片阵列在热交换腔10内形成不同的流通通道，使进水通道11和出水通道12之间可以设置成多个回路，从而使在热交换腔10内流动中的冷却介质流动过程更加的紊乱从而使冷却介质在热交换腔10内的流动时间延长，能够更好的提升冷却效率。
进一步的，所述翅片阵列的上侧与所述热交换腔10的上侧壁之间形成导流空间14，所述导流空间14一端延伸至所述进水通道11，且所述热交换腔10的上侧壁向远离所述进水通道11的方向高度逐渐降低以使所述导流空间14向远离所述进水通道11的方向空间逐渐收缩。上述结构的设置使导流空间14在靠近进水通道11的位置处时空间较大，随着向热交换腔10内延伸导流空间14的空间逐渐缩小。需要说明的是在导流空间14内没有散热翅片。设置导流空间14的目的是避免在进水通道11的入口处设置散热翅片从而对散热介质的流动产生影响容易出现从进水通道11回流的情况出现，但是设置导流空间14能够有效的避免冷却介质从进水通道11的回流。
进一步的，所述翅片阵列的下侧与所述热交换腔10的下侧壁之间形成引流空间15，所述引流空间15的一端延伸至所述出水通道12，且所述热交换器两10的下侧壁向所述出水通道12的方向倾斜以使所述引流空间15向靠近出水通道12的方向空间逐渐增大。引流空间15的位置处也没有设置散热翅片，上述结构的设置能够有效的引导流体从出水通道12流出，能够增大出水面积减少出水回流保证出水的通常，同时配合针齿型散热器结构使水流压降明显能够满足更大的流量要求。
参见图3，在本实施例中所述进水通道11上远离所述热交换腔10的一端为矩形孔，所述出水通道12上远离所述热交换腔10的一端为矩形孔。将入口和出口都设置成矩形的能够有效的减少旧式传统圆形入口或出口的水流旋涡，避免水流形成死区，从而保证了水流的通畅。
需要说明的是在本实施例中所述散热基板21和所述散热翅片22一体成型设置，且两者的材质均为铝材质，且冷却壳体1的材质也为铝合金材质，采用铝合金材质不仅能够提升热传导的效率且能够使冷却装置更经久耐用保证稳定性。
如图5所示，本发明的另一实施例还公开了一种功率半导体模块，包括上述的功率半导体模块冷却装置100、半导体功率组件200和覆铜陶瓷基板300，所述半导体功率组件200固定在所述覆铜陶瓷基板300上，所述覆铜陶瓷基板300贴合在所述前侧散热板2和/或后侧散热板3上。其中覆铜陶瓷基板300为DBC覆铜陶瓷基板。通过上述结构能够有效的实现对半导体功率组件200进行散热。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种功率半导体模块冷却装置，其特征在于，包括：
具有热交换腔的冷却壳体和设置在所述冷却壳体前、后两侧并形成所述热交换腔的侧壁的前侧散热板、后侧散热板；
所述冷却壳体上还具有与所述热交换腔连通的进水通道和出水通道；
所述前侧散热板与所述冷却壳体通过一体式焊接，所述后侧散热板与所述冷却壳体之间通过一体式焊接；
所述一体式焊接为摩擦焊接；
所述进水通道、热交换腔和所述出水通道形成冷却介质的流通通道，冷却介质在该流通通道内流通过程中，在热交换腔内与前侧散热板和后侧散热板进行热交换，从而将前侧散热板和后侧散热板上的热量进行传导；
前侧散热板和后侧散热板上安装固定半导体功率组件，所述半导体功率组件通过覆铜陶瓷基板贴合在所述前侧散热板和/或后侧散热板上，从而实现对半导体功率组件的散热；
所述冷却壳体包括本体、沿前后方向贯穿所述本体的穿孔、设置在所述本体的前侧壁上的前侧开口和设置在所述本体的后侧壁上的后侧开口；所述前侧散热板安装固定在所述本体上并用于遮盖所述前侧开口，所述后侧散热板安装固定在所述本体上并用于遮盖所述后侧开口；
为了方便实现本体与前侧散热板和后侧散热板的安装固定，所述本体上还设置有用于定位所述前侧散热板的前侧定位槽以及用于定位所述后侧散热板的后侧定位槽；
所述前侧散热板定位在前侧定位槽内后再通过摩擦焊接与本体完成连接，前侧定位槽在定位的同时也能起到避让的作用，使焊接后的前侧散热板的外表面不超出本体的前侧面，焊接后的后侧散热板的外表面不超出本体的后侧面；
所述进水通道和所述出水通道在水平方向上相对设置在所述热交换腔的相对两侧，且在竖向方向上所述进水通道设置在所述出水通道的上侧；
所述前侧散热板和所述后侧散热板上均设置有散热基板和自所述散热基板向热交换腔内突伸的散热翅片，所述散热翅片具有针齿型结构，所述散热基板与所述冷却壳体连接固定；所述前侧散热板上的散热翅片和所述后侧散热板上的散热翅片相互交叉设置并在所述热交换腔内形成翅片阵列；
所述翅片阵列的上侧与所述热交换腔的上侧壁之间形成导流空间，所述导流空间一端延伸至所述进水通道，且所述热交换腔的上侧壁向远离所述进水通道的方向高度逐渐降低以使所述导流空间向远离所述进水通道的方向空间逐渐收缩；
所述翅片阵列的下侧与所述热交换腔的下侧壁之间形成引流空间，所述引流空间的一端延伸至所述出水通道，且所述热交换腔的下侧壁向所述出水通道的方向倾斜以使所述引流空间向靠近出水通道的方向空间逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块冷却装置，其特征在于：所述进水通道上远离所述热交换腔的一端为矩形孔，所述出水通道上远离所述热交换腔的一端为矩形孔。
3.一种功率半导体模块，其特征在于：包括如权利要求1或2所述的功率半导体模块冷却装置、半导体功率组件和覆铜陶瓷基板，所述半导体功率组件固定在所述覆铜陶瓷基板上，所述覆铜陶瓷基板贴合在所述前侧散热板和/或后侧散热板上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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