專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸發(fā)冷卻裝置的蒸發(fā)室，尤其是一種銅、鋁等薄金屬板做內(nèi)膽，鋼、不銹鋼等金屬做外加 固框架的蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室。 技術(shù)背景中國(guó)專(zhuān)利CN2824289公開(kāi)了一種開(kāi)關(guān)電源的全系統(tǒng)非消耗性冷劑重力循環(huán)蒸發(fā)冷卻裝置，專(zhuān)利中列舉 了幾種蒸發(fā)室的結(jié)構(gòu)，由于冷媒有一定的壓力，蒸發(fā)室要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，為了保證與半導(dǎo)體功率器件 的熱接觸，貼裝表面需加工成很高的光潔度和平整度，這都增加成本。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于滿足蒸發(fā)室的密封性、耐壓強(qiáng)度和與半導(dǎo)體功率器件接觸面要求的情況下，降 低材料和加工工藝成本。銅鋁金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，機(jī)械加工易形成光潔的表面，尤其是銅非常容易 通過(guò)焊接、卡壓形成密封腔體，是制造空調(diào)器通用零部件最常用的金屬，但其價(jià)格較高，且機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)低 于鋼和不銹鋼材。用薄銅板制作內(nèi)膽，實(shí)現(xiàn)良好的密封和熱接觸，用鋼、不銹鋼3金屬做外加固框架滿足強(qiáng)度耍求的 蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室對(duì)大功率開(kāi)關(guān)電源冷卻，應(yīng)是很好的選擇。 毫無(wú)疑問(wèn)本技術(shù)也可以應(yīng)用于其它高功率密度的裝置。圖(1)為本發(fā)明的一種典型內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室。圖中l(wèi)為被冷卻的半導(dǎo)體功率器件，2為 用薄金屬板，以銅板為最好，制作的內(nèi)膽，3為由高機(jī)械強(qiáng)度的金屬如鋼、不銹鋼等材料制成外套卡箍，4 為兼做電輸出引線的金屬壓板，5和6也為電輸出引線，7為液體冷媒入口， 8為氣體冷媒出口。液體冷奴 入口 7和氣體冷媒出口 8則分別與位于其上邊蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷凝器下部的液體冷媒出口和上部的氣體冷奴 入口連接。工作時(shí)蒸發(fā)室內(nèi)膽2與蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的冷凝器共同構(gòu)成一個(gè)封閉的腔體，內(nèi)部充有冷媒，在系統(tǒng)的 工作溫度范圍內(nèi)，選取冷媒的工作壓力應(yīng)在10—30個(gè)大氣壓，以保證內(nèi)膽的外表面與T.導(dǎo)體功率器件冇 良好的熱接觸，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求又不會(huì)太高。內(nèi)膽銅板的厚度以0.5—2mm為宜，T導(dǎo)體功率器件 的導(dǎo)熱面積越大、銅板的厚度越大。大功率的IGBT、 二極管整流橋、可控硅模塊，其換熱底面的面積可達(dá)50—100cnf',最高L:作溫皮時(shí) 底面壓力可達(dá)數(shù)噸，現(xiàn)有的功率模塊結(jié)構(gòu)自身難于承受，本發(fā)明采用由鑄造或焊接工藝生產(chǎn)的專(zhuān)ffl框架將 模塊固定于內(nèi)膽式蒸發(fā)室的外加固框架上。如圖2中的4。圖3所示為本發(fā)明的以密封為主要目的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室。發(fā)熱的變壓器、屯感器1宜廠蒸發(fā)室內(nèi)部，由穿板接頭4實(shí)現(xiàn)電連接，蒸發(fā)室內(nèi)膽2可由普通鋼板或不銹鋼板焊接成結(jié)合拉伸成剛制造， 外加固框架由角鋼或槽鋼構(gòu)成網(wǎng)格狀部件再由螺栓組合而成。此種方式可極大的減輕蒸發(fā)室的重量，減小 密封系統(tǒng)的制作難度。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明


圖1是本發(fā)明的一種安裝有塑封半導(dǎo)體功率器件的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室； 圖2是本發(fā)明的一種安裝有半導(dǎo)體功率模塊的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室；圖3是本發(fā)明的一種腔室內(nèi)置有發(fā)熱部件以密封為主要目的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室； 圖4是本發(fā)明的多面體形狀內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室。 圖5是長(zhǎng)方形內(nèi)膽的帶有安裝螺栓外套箍。
具體實(shí)施方式
圖(l)給出了一種安裝有塑封半導(dǎo)體功率器件的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室結(jié)構(gòu)。圖中1為被冷卻的半導(dǎo)體功率器件，2為用薄金屬板，以銅板為最好，制作的內(nèi)膽，3為外套卡箍，由高機(jī)械強(qiáng)度的金屬 如鋼、不銹鋼等材料制成，4為兼做電輸出引線的金屬壓板，5和6也為電輸出引線，7為液體冷媒入口， 8為氣體冷媒出口， 9為緊固螺栓。內(nèi)膽2為長(zhǎng)方形的密封腔體，液體冷媒入口 7和氣體冷媒出口 8分別 焊裝于內(nèi)膽2的下面和上面，內(nèi)膽左右表面的寬度大于前后表面，并且應(yīng)通過(guò)拋光等方式提高光潔度，T 導(dǎo)體功率器件1的導(dǎo)熱面貼裝于內(nèi)膽2的左右表面。根據(jù)電連接的需?？稍诠β势骷耐廪r(nóng)面設(shè)置2到 層引線板，最外層的引線板做成U形強(qiáng)化后可兼做壓板。圖1中采用了外部的螺栓9將兩個(gè)側(cè)面安裝的組 件連接固定，并抵抗蒸發(fā)室內(nèi)的壓力，使半導(dǎo)體功率器件1與內(nèi)膽2形成良好的熱接觸。外套卡箍也可加 工成圖5所示的結(jié)構(gòu)，焊接于卡箍300上的螺栓301可代替圖1中的為緊固螺栓9，壓板可為獨(dú)立的緊構(gòu) 件，電連接也可置于外部。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)如為重力循環(huán)，應(yīng)由蒸發(fā)器組件、冷凝器組件和它們之間連接管道組成，本發(fā)明的內(nèi) 膽式蒸發(fā)室可與中國(guó)專(zhuān)利CN2824289公開(kāi)的任何結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)室組合成蒸發(fā)器組件，也可以由1個(gè)或多個(gè)本 發(fā)明的內(nèi)膽式蒸發(fā)室組合成蒸發(fā)器組件。液體冷媒入口 7和氣體冷媒出口 8分別于的冷凝器下部的液體冷 媒出口和上部的氣體冷媒入口連接。由于內(nèi)膽是由薄金屬板制成，加工時(shí)只需拋光外表面，而無(wú)須考慮整 個(gè)平面的平整度，與功率器件的熟接觸靠冷媒的壓力保證，極大的降低了加工成本。圖2示出的是本發(fā)明用于大功率的IGBT、 二極管整流橋、可控硅模塊的實(shí)施例。圖中1為半導(dǎo)體功 率模塊，其換熱底面的面積可達(dá)50—100cm2; 2為蒸發(fā)室的內(nèi)膽；3為外加l古l框架；4為T(mén).導(dǎo)體功率模塊1 的專(zhuān)用固定框架；5和6分別為冷媒的液體入口和氣體出口。半導(dǎo)體功率模塊1由專(zhuān)用固定框架4緊同在 外加固框架上，使其散熱底面與蒸發(fā)室的內(nèi)膽2緊密接觸。
變壓器、電感器等發(fā)熱量很大的電子或機(jī)電零部件，經(jīng)常沒(méi)有統(tǒng)一的散熱面，最好是置于蒸發(fā)室內(nèi)與 冷媒直接換熱。密封與機(jī)械強(qiáng)度是其蒸發(fā)室的兩大難題，尤其是體積較大的部件。本發(fā)明的圖3所示的實(shí) 施例提供了一種很好的解決方案。圖3中1為發(fā)熱的變壓器、屯感器等部件，2為蒸發(fā)室內(nèi)膽，3為外加 固框架，4為穿板接頭，5為輸出引線。此方法可比較容易的用l一2mm的不銹鋼板構(gòu)造體積人至數(shù)立力-米 的蒸發(fā)室,其形狀也易于加工成能夠承受大壓力的球形、圓柱形。外加固框架為由網(wǎng)格狀的角鋼成槽鋼構(gòu) 成的部件組合而成，每一個(gè)部件與所述內(nèi)膽的一個(gè)或幾個(gè)外表表面貼合，由密封的穿板接頭實(shí)現(xiàn)腔體內(nèi)外 的電連接。如果將蒸發(fā)室的內(nèi)膽制作成多面體結(jié)構(gòu)，則可降低對(duì)外加固框架的結(jié)構(gòu)要求，甚至可以由引線板做 外加固框架。本發(fā)明的圖4所示的實(shí)施例提供了一種多面體結(jié)構(gòu)內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室。圖4中1為 半導(dǎo)體功率模塊，2為蒸發(fā)室的內(nèi)膽，3電引出線，5和4分別冷媒的液體入口和氣體出口。電引出線3緊 固了半導(dǎo)體功率模塊并承受蒸發(fā)室內(nèi)膽的壓力。多面體結(jié)構(gòu)內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室以6—10面體為佳， 面數(shù)越多，外圍引線板越接近于圓形，易于承受較大的力；但面數(shù)太多則是結(jié)構(gòu)過(guò)亍復(fù)雜，壓力過(guò)大。以上對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例作了詳盡的表述，但本領(lǐng)域的I:程技術(shù)人員應(yīng)明了凡基r本發(fā)明權(quán)利保 護(hù)范圍內(nèi)的幾種方式的組合以及不脫離本發(fā)明權(quán)利要求宗旨變化均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于蒸發(fā)室是由內(nèi)膽和外加固框架兩大部分組成，內(nèi)膽是由銅鋁等導(dǎo)熱性好、延展性好的0.5—2mm金屬薄板沖壓、焊接加工成密封的腔體，所述內(nèi)膽的外表面拋光成高光潔度，其不同的位置安置半導(dǎo)體功率器件和所述外加固框架，所述的外加固框架由鋼或不銹鋼等高機(jī)械強(qiáng)度的金屬加工；
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于內(nèi)膽用0. 5—lmm薄 銅板制作的長(zhǎng)方形體，面積最小的上下端面分別設(shè)置冷媒氣體出口和液體入口，半導(dǎo)體功率 器件貼裝于矩形形體面積最大的端面，所述的外加固框架為鋼或不銹鋼等高機(jī)械強(qiáng)度金屬制 作的卡箍，放置在所述的長(zhǎng)方形內(nèi)膽外周、半導(dǎo)體功率器件之間；
3、 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于在所述 的貼裝于內(nèi)膽外表面半導(dǎo)體功率器件的外面裝有多層相互絕緣并與功率器件電引線相連的引 線板，最外層的引線板為U形，兼做功率器件的壓板，兩邊的壓板由螺栓連接構(gòu)成所述加固 框架的一部分，緊固半導(dǎo)體功率器件，使之與所述的內(nèi)膽形成良好的熱接觸；
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于對(duì)形體較大的半導(dǎo)體 功率器件模塊配有專(zhuān)用的外結(jié)構(gòu)框架，框架用黃銅、鋼、不銹鋼等金屬制作，將半導(dǎo)體功率器件模塊緊固在所述的外加固框架，使半導(dǎo)體功率器件模塊的導(dǎo)熱面與所述內(nèi)膽形成緊密的 貼合；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于所述蒸發(fā)室的內(nèi)膽制 作成多面體結(jié)構(gòu)，多面體的每一個(gè)面上貼裝半導(dǎo)體功率器件，半導(dǎo)體功率器件的外邊裝置可 兼做電引線的圍板，構(gòu)成所述外加固框架的一部分，使半導(dǎo)體功率器件模塊的導(dǎo)熱面與所述 內(nèi)膽形成緊密的貼合；
6、 一種蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于蒸發(fā)室是由內(nèi)膽和加固框架兩大部分組成，內(nèi) 膽是由銅、鋼或不銹鋼等延展性好的0.5—2mm金屬薄板沖壓、焊接加工成密封的腔體，腔體 內(nèi)安放發(fā)熱的變壓器、電感器等電子、機(jī)電部件，加固框架為由網(wǎng)格狀的角鋼或槽鋼構(gòu)成的 部件組合而成，每一個(gè)部件與所述內(nèi)膽的一個(gè)或幾個(gè)外表表面貼合，由密封的穿板接頭實(shí)現(xiàn) 腔體內(nèi)外的電連接；
7、 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求6所述的內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室，其特征在于所述的 內(nèi)膽腔室內(nèi)和外表面均裝有發(fā)熱的器件。
全文摘要
一種內(nèi)膽式蒸發(fā)冷卻裝置蒸發(fā)室。它是由薄金屬板制成的內(nèi)膽和外加固框架組成。易于實(shí)現(xiàn)密封和與半導(dǎo)體功率器件的熱傳遞、加工容易、成本低。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101400241SQ20071015162
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者王玉富 申請(qǐng)人:王玉富