本發(fā)明涉及電子器件散熱技術(shù)，尤其涉及的是一種模塊化的igbt液冷板及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著電子器件封裝的熱流密度越來越大，單一通道的冷板結(jié)構(gòu)很難滿足其散熱要求，對(duì)于中尺度的冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多通道冷板結(jié)構(gòu)越來越受研究者的青睞。隨著新能源行業(yè)的發(fā)展，igbt（insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管或者大功率開關(guān)器件）作為大功率的開關(guān)器件逐漸得到廣泛的使用，igbt模塊主要是對(duì)一系列芯片的封裝，內(nèi)部的芯片為igbt芯片和二極管芯片，在實(shí)際工作過程中經(jīng)常伴有高的熱流密度，因此igbt模塊的失效主要是過熱失效，igbt模塊內(nèi)部的熱量及時(shí)的散出是當(dāng)前解決的關(guān)鍵性問題。由于冷板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，熱載荷范圍廣，但隨著芯片的熱流密度不斷擴(kuò)大，單一通道冷板結(jié)構(gòu)不再滿足其散熱要求。

傳統(tǒng)的igbt模塊冷板結(jié)構(gòu)多為串聯(lián)s型單通道冷板結(jié)構(gòu)或多通道冷板結(jié)構(gòu)，即流道的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為s型，通常只針對(duì)特定的igbt模塊數(shù)進(jìn)行冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)流道存在以下缺點(diǎn)：（1）s型串聯(lián)的單通道或多通道結(jié)構(gòu)中，進(jìn)出口壓力沿程損失較大，會(huì)引起較大的壓降，因此對(duì)液冷系統(tǒng)循環(huán)泵的功率要求高，所需要的成本相應(yīng)增大（2）傳統(tǒng)冷板結(jié)構(gòu)對(duì)于進(jìn)出口流道過長(zhǎng)的情況容易引起冷板表面較大的溫差，容易導(dǎo)致熱應(yīng)力分布不均而失效；（3）傳統(tǒng)冷板結(jié)構(gòu)只是針對(duì)一定數(shù)量的igbt模塊設(shè)計(jì)，當(dāng)模塊數(shù)量增加或減少，需要再重新設(shè)計(jì)冷板結(jié)構(gòu)，沒有很好的通用性。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種模塊化的igbt液冷板及其制造方法，旨在通過所述igbt液冷板使每個(gè)igbt模塊下面的通道流量分布均勻，液冷板表面具有良好的均溫性，進(jìn)出口壓降控制在合理范圍內(nèi)，散熱功率高，對(duì)于其它數(shù)目的igbt模塊冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很好的通用性，使整個(gè)流道結(jié)構(gòu)加工方便，整體密封性好。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種模塊化的igbt液冷板，其中，所述模塊化的igbt液冷板包括：

設(shè)置于igbt模塊下端面的基板；

所述基板上端串聯(lián)設(shè)置有供冷卻液流通對(duì)所述igbt模塊進(jìn)行冷卻的第一液流槽和第二液流槽；

所述第一液流槽連通設(shè)置有一進(jìn)液流道，所述第二液流槽連通設(shè)置有一出液流道；

所述第一液流槽與所述第二液流槽通過一中間液流道連接；

所述第一液流槽和第二液流槽均由多個(gè)大小相同的液流槽并聯(lián)組成；

所述基板上方設(shè)置有一用于對(duì)igbt模塊進(jìn)行密封的密封圈；

所述基板上方設(shè)置有一將所述基板和密封圈進(jìn)行蓋合的蓋板。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述進(jìn)液流道與所述出液流道設(shè)置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述液流槽中部設(shè)置有多個(gè)間距相同的翅片，所述翅片用于將流經(jīng)所述液流槽的冷卻液分為多個(gè)通道。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述液流槽在放置所述igbt模塊的進(jìn)口部位設(shè)置一用于調(diào)節(jié)igbt模塊之間流量分布不均勻、并增加液冷板表面均溫性的倒角。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述igbt模塊中的芯片分布在中間多通道區(qū)域的正上方；所述液流槽一端設(shè)置有若干個(gè)導(dǎo)流片，所述導(dǎo)流片用于控制冷卻液集中在發(fā)熱芯片正下方的多通道區(qū)域來增大換熱效率。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述導(dǎo)流片數(shù)量為6個(gè)，所述導(dǎo)流片的間距相同且與多通道中翅片的間距相等。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述基板上端面在所述igbt模塊的芯片布置區(qū)域設(shè)置有若干個(gè)局部擾流結(jié)構(gòu)，以增加基板對(duì)流動(dòng)于液流槽內(nèi)流體的擾流性能。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述局部擾流結(jié)構(gòu)包括：圓形結(jié)構(gòu)、方形結(jié)構(gòu)或者菱形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選方案中，所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述基板和蓋板之間通過螺釘進(jìn)行連接；

所述基板和蓋板采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁板、銅鋁復(fù)合板或鋁合金型材加工而成。

一種如上任意一項(xiàng)所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述制造方法包括：將蓋板及基板分別加工完成后，所述igbt模塊設(shè)置在所述液流槽上方，并在所述基板上設(shè)置密封圈，再通過螺釘將所述蓋板固定在所述基板上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種模塊化的igbt液冷板及其制造方法，所述igbt液冷板包括：設(shè)置于igbt模塊下端面的基板；所述基板上端串聯(lián)設(shè)置有供冷卻液流通對(duì)所述igbt模塊進(jìn)行冷卻的第一液流槽和第二液流槽；所述第一液流槽連通設(shè)置有一進(jìn)液流道，所述第二液流槽連通設(shè)置有一出液流道；所述第一液流槽與所述第二液流槽通過一中間液流道連接；所述第一液流槽和第二液流槽均由多個(gè)大小相同的液流槽并聯(lián)組成；所述基板上方設(shè)置有一用于對(duì)igbt模塊進(jìn)行密封的密封圈；所述基板上方設(shè)置有一將所述基板和密封圈進(jìn)行蓋合的蓋板。本發(fā)明通過所述igbt液冷板使每個(gè)igbt模塊下面的通道流量分布均勻，液冷板表面具有良好的均溫性，進(jìn)出口壓降控制在合理范圍內(nèi)，散熱功率高，對(duì)于其它數(shù)目的igbt模塊冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很好的通用性，使整個(gè)流道結(jié)構(gòu)加工方便，整體密封性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明模塊化的igbt液冷板較佳實(shí)施例的基板上液流槽組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明模塊化的igbt液冷板較佳實(shí)施例的流道結(jié)構(gòu)和熱源分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明模塊化的igbt液冷板較佳實(shí)施例的基板上擾流柱及熱源集中區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明模塊化的igbt液冷板較佳實(shí)施例的基板上三種形狀的擾流柱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明模塊化的igbt液冷板較佳實(shí)施例的基板內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明模塊化的igbt液冷板較佳實(shí)施例的整個(gè)液冷板組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種模塊化的igbt液冷板，如圖1所示，所述模塊化的igbt液冷板包括：設(shè)置于igbt模塊下端面的基板10；所述基板10上端串聯(lián)設(shè)置有供冷卻液流通對(duì)所述igbt模塊進(jìn)行冷卻的第一液流槽11和第二液流槽12；所述第一液流槽11連通設(shè)置有一進(jìn)液流道13，所述第二液流槽12連通設(shè)置有一出液流道14；當(dāng)然，還可以為第一液流槽11連通設(shè)置有一出液流道14，第二液流槽12連通設(shè)置有一進(jìn)液流道13，符合一進(jìn)一出規(guī)則即可。

所述第一液流槽11與所述第二液流槽12通過一中間液流道15連接；所述第一液流槽11和第二液流槽12均由多個(gè)大小相同的液流槽并聯(lián)組成；如圖1所示，即本發(fā)明優(yōu)選方式為所述第一液流槽11由2個(gè)大小相同的液流槽組成，所述第二液流槽12由2個(gè)大小相同的液流槽組成，當(dāng)然，還可以為其他數(shù)量的液流槽并聯(lián)組成第一液流槽11和第二液流槽12。

如圖6所示，所述基板10上方設(shè)置有一用于對(duì)igbt模塊進(jìn)行密封的密封圈19；所述基板10上方設(shè)置有一將所述基板10和密封圈19進(jìn)行蓋合的蓋板21。

igbt(insulatedgatebipolartransistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由bjt(雙極型三極管)和mos(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有mosfet的高輸入阻抗和gtr的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。

igbt模塊主要是對(duì)一系列芯片的封裝，內(nèi)部的芯片為igbt芯片和二極管芯片，如圖2所示，本發(fā)明的igbt模塊主要是對(duì)igbt芯片1和二極管芯片2的封裝，在1個(gè)igbt模塊液冷板結(jié)構(gòu)中，芯片主要是布置在中間多通道區(qū)域的正上方，流體域3充分填充中間的多通道區(qū)域。所述進(jìn)液流道13與所述出液流道14設(shè)置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)單個(gè)igbt模塊液冷板之間的互換性。

如圖6所示，所述基板10設(shè)置有一與進(jìn)液流道13相連通的進(jìn)液口22，以及一與出液流道14相連通的出液口23，所述進(jìn)液口22及出液口23優(yōu)選設(shè)置在基板10的同一端，以便進(jìn)行冷卻液的循環(huán)使用，簡(jiǎn)化液冷板結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)液口22連接一轉(zhuǎn)換接口24，所述出液口23連接一轉(zhuǎn)換接口25，轉(zhuǎn)換接口24和轉(zhuǎn)換接口25大小結(jié)構(gòu)均相同，便于提高igbt模塊之間互換性。

其中，進(jìn)液流道13及出液流道14優(yōu)選采用圓柱形結(jié)構(gòu)，一方面保證冷卻液在其內(nèi)的流動(dòng)流暢性，另一方面便于進(jìn)液口22與接頭的連接（接頭指冷卻液液源與基板10之間的接頭），再一方面可使多個(gè)液流槽進(jìn)口處流量分布均勻。而單個(gè)液流槽則優(yōu)選為六邊形結(jié)構(gòu)，其使液流槽流道寬度由進(jìn)口到中間區(qū)域逐漸增大，從而使冷卻液充分接觸中間區(qū)域的部分的同時(shí)，防止進(jìn)口處冷卻液過于分散，導(dǎo)致流動(dòng)不均勻。液流槽和進(jìn)液流道13、出液流道14以及中間流道15之間采用過渡的連接方式，這樣可以使液流槽的進(jìn)口很小，在進(jìn)液流道13中2個(gè)進(jìn)口部分的表面積相對(duì)整個(gè)進(jìn)液流道13的表面積很小，這樣可以使進(jìn)液流道13中的冷卻液充分接觸2個(gè)液流槽進(jìn)口部分，能很大程度上提高每個(gè)并聯(lián)液流槽之間流量分布的均勻性，出液流道14的設(shè)計(jì)原理相同。

本發(fā)明進(jìn)一步較佳實(shí)施例中，如圖5所示，所述液流槽中部設(shè)置有多個(gè)間距相同的翅片16，本發(fā)明中所述翅片16的數(shù)量?jī)?yōu)選為15個(gè)（將所述液流槽分為16個(gè)通道），所述翅片16用于將流經(jīng)所述液流槽的冷卻液分為多個(gè)通道。

進(jìn)一步地，可將翅片16設(shè)置為直線型或波紋型，即直翅片結(jié)構(gòu)或波紋型結(jié)構(gòu)，當(dāng)其設(shè)置為直翅片結(jié)構(gòu)時(shí)，其直翅片采用密排方式進(jìn)行排列設(shè)置，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于密排的直翅片可以與液流槽配合形成多通道流道結(jié)構(gòu)，從而可以在很大程度上減小流道沿程阻力。波紋型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與直翅片結(jié)構(gòu)同理，在此不進(jìn)行過多贅述。密排的直翅片還可以替換為若干個(gè)圓柱體，以增加基板10對(duì)流動(dòng)于液流槽內(nèi)流體的擾流性能。

其中，流體域3在中間區(qū)域?yàn)榻孛鏀U(kuò)大(橫向和縱向)，從進(jìn)口到中間區(qū)域過渡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用漸擴(kuò)式，從中間區(qū)域到出口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用漸縮式，中間區(qū)域設(shè)計(jì)為多通道翅片結(jié)構(gòu)；如圖3所示，所述基板10上端面在所述igbt模塊的芯片布置區(qū)域4（即熱源集中區(qū)域）設(shè)置有若干個(gè)局部擾流結(jié)構(gòu)，以增加基板對(duì)流動(dòng)于液流槽內(nèi)流體的擾流性能；如圖4所示，布置的局部擾流結(jié)構(gòu)可為圓形結(jié)構(gòu)5、方形結(jié)構(gòu)6或者菱形結(jié)構(gòu)7，其中所述的菱形結(jié)構(gòu)7能夠克服圓形結(jié)構(gòu)5破壞速度邊界層弱的缺點(diǎn)，也克服了方形結(jié)構(gòu)6與流體域接觸不充分的缺點(diǎn)，具有局部換熱效率高的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明進(jìn)一步較佳實(shí)施例中，如圖5所示，所述液流槽在放置所述igbt模塊的進(jìn)口部位設(shè)置一用于調(diào)節(jié)igbt模塊之間流量分布不均勻、并增加液冷板表面均溫性的倒角18。本發(fā)明提出了單個(gè)igbt模塊進(jìn)口部位增加倒角結(jié)構(gòu)18，可以有效的控制相鄰igbt模塊之間的流量分布比例，能夠有效的igbt調(diào)節(jié)模塊之間流量分布不均勻問題，增加液冷板表面的均溫性。

本發(fā)明進(jìn)一步較佳實(shí)施例中，如圖5和圖6所示，由于所述igbt模塊中的芯片分布在中間多通道區(qū)域的正上方，所述液流槽一端設(shè)置有若干個(gè)導(dǎo)流片17，所述導(dǎo)流片17用于控制冷卻液集中在發(fā)熱芯片正下方的多通道區(qū)域來增大換熱效率。本發(fā)明中所述導(dǎo)流片17數(shù)量?jī)?yōu)選為為6個(gè)，所述導(dǎo)流片17的間距相同且與多通道中翅片16的間距相等，這樣能夠有效的讓流體主要集中在多通道區(qū)域中間6個(gè)小通道里，使模塊內(nèi)部小通道流量分布呈正態(tài)分布趨勢(shì)，也是發(fā)熱芯片正下方的區(qū)域（芯片布置區(qū)域4），中間區(qū)域的散熱效果更好，能夠有效的增大換熱效率。

本發(fā)明進(jìn)一步較佳實(shí)施例中，如圖6所示，所述基板和蓋板之間通過螺釘20（不同位置的螺釘型號(hào)根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置）進(jìn)行連接，且所述基板10和所述蓋板21之間還設(shè)置有一密封圈16，所述密封圈16能夠有效的控制整個(gè)冷板結(jié)構(gòu)的密封性；另外，所述基板10和蓋板21采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁板、銅鋁復(fù)合板或鋁合金型材（鋁板或鋁擠型材）過攪拌摩擦焊工藝焊接組成。

一種如上任意一項(xiàng)所述的模塊化的igbt液冷板，其中，所述制造方法包括：將蓋板21及基板10分別加工完成后，所述igbt模塊設(shè)置在所述液流槽上方，并在所述基板上設(shè)置密封圈16，再通過螺釘20將所述蓋板21固定在所述基板10上。

同時(shí)，本發(fā)明采用液冷板結(jié)構(gòu)實(shí)為模塊化結(jié)構(gòu)，其市場(chǎng)前景好，裝配和拆卸方便，液冷板的密封性好。而且由于整個(gè)液冷板的基板10采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，進(jìn)口和出口的位置可以對(duì)調(diào)，只需要改變蓋板安裝的方向即可。

該結(jié)構(gòu)的液冷板既克服了單一通道流阻過大和多通道流量分配不均問題，使得整個(gè)液冷板具有均溫性好，進(jìn)出口壓降較低，調(diào)節(jié)蓋板翅片結(jié)構(gòu)可以有效改變整個(gè)冷板的散熱能力，基板10和蓋板21結(jié)構(gòu)制造工藝成熟，簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路的缺點(diǎn)，提出一種冷板結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在滿足所需要的性能指標(biāo)前提下，找出綜合散熱性能最好的流道拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)，即本發(fā)明采用兩并兩串（液流槽的兩并兩串）的方式，所優(yōu)選的結(jié)構(gòu)進(jìn)出口壓降最小，結(jié)構(gòu)緊湊，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為模塊化，模塊之間互換性好，液冷板的安裝與拆卸靈活方便，散熱功率大。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種模塊化的igbt液冷板及其制造方法，所述igbt液冷板包括：設(shè)置于igbt模塊下端面的基板；所述基板上端串聯(lián)設(shè)置有供冷卻液流通對(duì)所述igbt模塊進(jìn)行冷卻的第一液流槽和第二液流槽；所述第一液流槽連通設(shè)置有一進(jìn)液流道，所述第二液流槽連通設(shè)置有一出液流道；所述第一液流槽與所述第二液流槽通過一中間液流道連接；所述第一液流槽和第二液流槽均由多個(gè)大小相同的液流槽并聯(lián)組成；所述基板上方設(shè)置有一用于對(duì)igbt模塊進(jìn)行密封的密封圈；所述基板上方設(shè)置有一將所述基板和密封圈進(jìn)行蓋合的蓋板。本發(fā)明通過所述igbt液冷板使每個(gè)igbt模塊下面的通道流量分布均勻，液冷板表面具有良好的均溫性，進(jìn)出口壓降控制在合理范圍內(nèi)，散熱功率高，對(duì)于其它數(shù)目的igbt模塊冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很好的通用性，使整個(gè)流道結(jié)構(gòu)加工方便，整體密封性好。

在本發(fā)明提出的具體實(shí)施例中，存在多種可替代方案，如第一液流槽和第二液流槽，本發(fā)明優(yōu)選方案為2個(gè)液流槽并聯(lián)組成，替代方案可以為多個(gè)（例如3個(gè)或者4個(gè)）液流槽并聯(lián)組成；圓柱形進(jìn)液流道13及出液流道14與六邊形腔體流道（即液流槽的內(nèi)部形狀）過渡的連接方式，替代方案可為四邊形進(jìn)出口流道和四邊形腔體過渡連接等。替代方案可為中間翅片結(jié)構(gòu)為v形結(jié)構(gòu)、順排叉排結(jié)構(gòu)、波紋型結(jié)構(gòu)等；多通道液冷板中倒角部分可替換為局部模塊進(jìn)口尺寸增大，導(dǎo)流片的數(shù)量和間距設(shè)計(jì)可以不按中間區(qū)域翅片間距來約束等；入口處增加了導(dǎo)流片17，替代方案可為平板型加翅片結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)流片17形狀可換圓柱擾流柱等。本發(fā)明中所采用的分離模塊式設(shè)計(jì)，替換方案可為在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的整體式設(shè)計(jì)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。