CN207781584U - 一种大功率igbt液冷散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率IGBT液冷散热装置，包括依次固定为一体的上盖板、上导流板、基板、下导流板和下盖板；上导流板和下导流板分别与基板形成第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道；基板的一侧设有液流入口和液流出口，另一侧设有导电排；基板内设有导流孔和集液槽，导流孔设置于液流出口的内侧，集液槽与液流出口相连通；第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道均与液流入口和液流出口相连通。通过设置多层螺旋式迷宫凹槽液流通道，有效增强散热面积及涡流效应，大幅降低IGBT温升，从而降低大功率IGBT器件的散热需求，提高IGBT的稳定性和可靠性；导电排与基板连体设计，能够降低导电排温度，提高整体装置的安全性。

Description

一种大功率IGBT液冷散热装置

技术领域

本实用新型涉及散热器技术领域，更具体地说，涉及一种适用于在大功率晶闸管、IGBT电力电子功率器件的液冷式散热装置。

背景技术

现代电力电子设备对可靠性要求、性能指标、功率密度等要求进一步提高，电力电子设备的热设计也越来越重要。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT器件是轨道交通、电力电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响整机可靠性、安全性以及使用寿命，IGBT器件的散热方案除了能有效的散掉热量之外，可靠性也是至关重要的。

当前IGBT元器件在工作时会产生导通以及开关损耗，因此需要安装冷却设备进行散热，以降低功率器件的结温，确保IGBT元器件在允许温度下正常、可靠运行。目前IGBT器件的冷却方式主要有风冷、液冷和热管等，随着器件性能要求和功率密度的进一步提高，对散热要求也越来越严苛。从可靠性考虑，一般选用散热效率高的液冷散热器对功率器件进行冷却，由于小流量大功耗成为一种趋势，而常规的直槽道结构难以实现高功率密度冷却要求，需要采用强化散热技术。

传统的液冷散热器是通过在液冷基板上开直槽，再将液冷盖板与基板在中间夹一层钎料片通过真空钎焊焊接在一起，在盖板面安装电子器件，采用的盖板多为薄壁板结构以降低散热器传导热阻要求。可见现有液冷板流道简单，水在单层同一平面上冷却，散热性能低安全性风险高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种大功率IGBT液冷散热装置，克服现有技术的不足，提供了新一代的一种大功率IGBT液冷散热装置，解决了轨道交通、电力电子设备现有技术液冷***无法适应现有电力电子设备中IGBT元件功率增加发热的问题。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供一种大功率IGBT液冷散热装置，包括依次固定为一体的上盖板、上导流板、基板、下导流板和下盖板；

所述上导流板和下导流板分别与所述基板形成第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道；

所述基板的一侧设有液流入口和液流出口，另一侧设有导电排；所述基板内设有导流孔和集液槽，所述导流孔设置于所述液流出口的内侧，所述集液槽与所述液流出口相连通；

所述第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道均与所述液流入口和所述液流出口相连通，冷却液自所述液流入口流入，经过所述导流孔，分别流经所述第一螺旋式迷宫液流通道和所述第二螺旋式迷宫液流通道，汇集至所述集液槽内，从所述液流出口流出。

进一步的，所述上盖板通过上导流板与所述基板焊接为一体，所述下盖板通过下导流板与所述基板焊接为一体。

进一步的，所述上导流板设有第一螺旋式迷宫凹槽，所述下导流板设有第二螺旋式迷宫凹槽，所述基板的上部和下部均设有第三螺旋式迷宫凹槽；所述第一螺旋式迷宫凹槽和所述第三螺旋式迷宫凹槽错位排布形成所述第一螺旋式迷宫液流通道，所述第二螺旋式迷宫凹槽和所述第三螺旋式迷宫凹槽错位排布形成所述第二螺旋式迷宫液流通道。

进一步的，所述第一螺旋式迷宫凹槽和第二螺旋式迷宫凹槽上均设有迷宫凹槽液流入口和迷宫凹槽液流出口；所述迷宫凹槽液流入口与所述导流孔的位置相对应，所述迷宫凹槽液流出口与所述集液槽的位置相对应。

进一步的，所述第一螺旋式迷宫液流通道和所述第二螺旋式迷宫液流通道的形状为圆形、方形或多边形其中的任意一种。

进一步的，所述导电排与所述基板为一体设计。

进一步的，所述液流入口外表面对应设有入口水嘴，所述液流出口外表面对应设有出口水嘴。

进一步的，所述上导流板和下导流板均为复合钎料板。

实施本实用新型的大功率IGBT液冷散热装置，具有以下有益效果：(1)通过设计复杂的螺旋式迷宫凹槽液流通道，有效增强散热面积及涡流效应，大幅度降低热阻满足大功率IGBT器件散热需求，散热效果良好；

(2)通过在液冷散热装置内设多层螺旋式迷宫液流通道，实现多层液流散热通道，大幅降低IGBT温升，提高IGBT稳定性可靠性；

(3)基板侧面设有导电排，导电排与液冷散热装置为连体设计，能够降低导电排温度提高整体装置的安全性；

(4)基板正面及背面都设有散热盖板并布有螺旋式迷宫液流通道，可实现大功率压接型IGBT器件双面散热。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型大功率IGBT液冷散热装置的结构分解示意图；

图2为本实用新型大功率IGBT液冷散热装置的整体组装示意图；

图3为本实用新型大功率IGBT液冷散热装置的基板的螺旋式迷宫液流通道结构示意图；

图4为本实用新型大功率IGBT液冷散热装置的上导流板和下导流板螺旋式迷宫液流通道结构示意图。

具体实施方式

图1至图4示出本实用新型大功率IGBT液冷散热装置的一个优选实施例，其包括依次固定为一体的上盖板001、上导流板002、基板004、下导流板005和下盖板007；上导流板002和下导流板005分别与基板004形成第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道；基板004的一侧设有液流入口010和液流出口012，另一侧设有导电排003；基板004内设有导流孔015和集液槽016，导流孔015设置于液流出口012的内侧，集液槽016与液流出口012相连通；第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道均与液流入口010和液流出口012相连通，冷却液自液流入口010流入，经过导流孔015，分别流经第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道，汇集至集液槽016内，从液流出口012流出。IGBT器件与上盖板001和下盖板007相贴合，上导流板002和下导流板005分别与基板004形成第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道，如此，冷却液从第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道内流过，从而将上盖板001和下盖板007上的IGBT器件的热量带走，液流通道设置为螺旋式迷宫形状，冷却液在液流通道中均匀流动，热交换充分，有效增强散热面积及涡流效应，大幅度降低热阻满足大功率IGBT器件散热需求，散热效果良好。基板004上设有液流入口010和液流出口012，内部设有导流孔015和集液槽016，导流孔015设置于液流出口012的内侧，集液槽016与液流出口012相连通。使用时，冷却液从液流入口010进入，导流孔015位于第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道的液流通道入口处，引导冷却液进入第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道，集液槽016位于第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道的液流通道出口处，用于收集已经充分流动进行过热交换的冷却液，集液槽016中的冷却液到达一定容量便从液流出口012释放出，完成液冷散热的一个流程。

本实施例中上盖板001通过上导流板002与基板004焊接为一体，下盖板007通过下导流板005与基板004焊接为一体。通常的IGBT液冷散热装置盖板与基板通过螺栓连接，本实施例中所有器件焊接为一体，不需要螺栓固定，整体外观更加美观。

本实施例中上导流板002设有第一螺旋式迷宫凹槽008，下导流板005设有第二螺旋式迷宫凹槽014，基板004的上部和下部均设有第三螺旋式迷宫凹槽009；第一螺旋式迷宫凹槽008和第三螺旋式迷宫凹槽009错位排布形成第一螺旋式迷宫液流通道，第二螺旋式迷宫凹槽014和第三螺旋式迷宫凹槽009错位排布形成第二螺旋式迷宫液流通道。第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道的形状为圆形、方形或多边形其中的任意一种。第一螺旋式迷宫凹槽008和第二螺旋式迷宫凹槽014均与第三螺旋式迷宫凹槽009相适配，两者配合使用形成螺旋式迷宫液流通道，该螺旋式迷宫液流通道可以根据需求设置为不同形状，本实施例中的第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道为方形，较大程度的增强散热面积及涡流效应，散热效果较好。

本实施例中第一螺旋式迷宫凹槽008和第二螺旋式迷宫凹槽014上均设有迷宫凹槽液流入口018和迷宫凹槽液流出口017；迷宫凹槽液流入口018与导流孔015的位置相对应，迷宫凹槽液流出口017与集液槽016的位置相对应。导流孔015位于第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道的迷宫凹槽液流入口018处，引导冷却液进入第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道，集液槽016位于第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道的迷宫凹槽液流出口017处，用于收集已经充分流动进行过热交换的冷却液。

本实施例中导电排003与基板004为一体设计，导电排003直接与冷散热装置连体设计，能够降低导电排温度，提高整体装置的安全性。

本实施例中液流入口010外表面对应设有入口水嘴011，液流出口012外表面对应设有出口水嘴013，入口水嘴011作为冷却液的注入口，也可以设为管道，也能达到相同效果，也属于本实用新型的构思。出口水嘴013作为冷却液循环流动后的出口，也可以设为管道，也能达到相同效果，也属于本实用新型的构思。

本实施例中上导流板002和下导流板005均为复合钎料板。复合钎料为在一般的合金钎料中复合入一定体积比的作为增强相的各种形态的高温合金、碳纤维、陶瓷等所形成的钎料，该钎料通过复合效应，形成了类似于金属基复合材料的复合钎料，具备较低的热膨胀系数的优点，从而达到降低残余应力，挑接高温强度的目的，现已得到了广泛的运用。使用复合钎料板作为上导流板002和下导流板005，避免上下部的IGBT器件受热时上导流板002和下导流板005发生膨胀变形，从而导致第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道变形，影响冷却液的流动，从而影响液冷散热效果。

使用本实用新型的大功率IGBT液冷散热装置时，冷却液通过入口水嘴011进入液流入口010，再经导流孔015流入基板004与上导流板002形成的第一螺旋式迷宫液流通道以及基板004与下导流板005形成的第二螺旋式迷宫液流通道中，进行液冷散热。第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道均设有迷宫凹槽液流入口018和迷宫凹槽液流出口017，迷宫凹槽液流入口018与导流孔015的位置相对应，迷宫凹槽液流出口017与集液槽016的位置相对应，冷却液从迷宫凹槽液流入口018进入第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道，循环流动后从迷宫凹槽液流出口017流出汇集到集液槽016，然后经过液流出口012从出口水嘴013流出，从而将上盖板001和下盖板007上的IGBT器件的热量带走。通过设计复杂的螺旋式迷宫凹槽液流通道，有效增强散热面积及涡流效应，大幅度降低热阻满足大功率IGBT器件散热需求，散热效果良好；通过在液冷散热装置内设多层螺旋式迷宫液流通道，实现多层液流散热通道，大幅降低IGBT温升，提高IGBT稳定性可靠性；基板侧面设有导电排，导电排与液冷散热装置为连体设计，能够降低导电排温度提高整体装置的安全性；在基板正面及背面都设有散热盖板并布有螺旋式迷宫液流通道，可实现大功率压接型IGBT器件双面散热。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，包括依次固定为一体的上盖板(001)、上导流板(002)、基板(004)、下导流板(005)和下盖板(007)；

所述上导流板(002)和下导流板(005)分别与所述基板(004)形成第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道；

所述基板(004)的一侧设有液流入口(010)和液流出口(012)，另一侧设有导电排(003)；所述基板(004)内设有导流孔(015)和集液槽(016)，所述导流孔(015)设置于所述液流出口(012)的内侧，所述集液槽(016)与所述液流出口(012)相连通；

所述第一螺旋式迷宫液流通道和第二螺旋式迷宫液流通道均与所述液流入口(010)和所述液流出口(012)相连通，冷却液自所述液流入口(010)流入，经过所述导流孔(015)，分别流经所述第一螺旋式迷宫液流通道和所述第二螺旋式迷宫液流通道，汇集至所述集液槽(016)内，从所述液流出口(012)流出。

2.根据权利要求1所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述上盖板(001)通过上导流板(002)与所述基板(004)焊接为一体，所述下盖板(007)通过下导流板(005)与所述基板(004)焊接为一体。

3.根据权利要求1所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述上导流板(002)设有第一螺旋式迷宫凹槽(008)，所述下导流板(005)设有第二螺旋式迷宫凹槽(014)，所述基板(004)的上部和下部均设有第三螺旋式迷宫凹槽(009)；所述第一螺旋式迷宫凹槽(008)和所述第三螺旋式迷宫凹槽(009)错位排布形成所述第一螺旋式迷宫液流通道，所述第二螺旋式迷宫凹槽(014)和所述第三螺旋式迷宫凹槽(009)错位排布形成所述第二螺旋式迷宫液流通道。

4.根据权利要求3所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述第一螺旋式迷宫凹槽(008)和第二螺旋式迷宫凹槽(014)上均设有迷宫凹槽液流入口(018)和迷宫凹槽液流出口(017)；所述迷宫凹槽液流入口(018)与所述导流孔(015)的位置相对应，所述迷宫凹槽液流出口(017)与所述集液槽(016)的位置相对应。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述第一螺旋式迷宫液流通道和所述第二螺旋式迷宫液流通道的形状为圆形、方形或多边形其中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述导电排(003)与所述基板(004)为一体设计。

7.根据权利要求1所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述液流入口(010)外表面对应设有入口水嘴(011)，所述液流出口(012)外表面对应设有出口水嘴(013)。

8.根据权利要求1所述的大功率IGBT液冷散热装置，其特征在于，所述上导流板(002)和下导流板(005)均为复合钎料板。