本發(fā)明涉及功率器件的冷卻技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種毛細(xì)相變冷卻器及其安裝方法。

背景技術(shù)：

隨著電子電力技術(shù)的飛躍發(fā)展，各種交流電機(jī)、變頻器、開光電源及照明裝置等整機(jī)裝置逐漸向大功率、緊湊化、輕量化及數(shù)控化方向發(fā)展。在這些整機(jī)裝置中，大功率的半導(dǎo)體器件例如IGBT、可控硅，整流橋等，是構(gòu)成電控回路的重要元件。在實(shí)際工作中，高度集成的大功率器件產(chǎn)生的熱量會使芯片溫度升高，如果散熱緩慢，就有可能使芯片溫度升高到超過所允許的最高結(jié)溫，器件的性能將顯著下降，并且不能穩(wěn)定工作，甚至可能會直接燒壞。因此，控制大功率器件的升溫速度，使芯片內(nèi)部溫度始終維持在允許的結(jié)溫之內(nèi)，保證機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行，成為大功率器件技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難題。

傳統(tǒng)的大功率器件的散熱普遍采用風(fēng)冷散熱模式，由于空氣的比熱容較小，通過空氣帶走的熱量相對較小，對于發(fā)熱量較小的元器件可以滿足散熱需求，但是面對結(jié)構(gòu)日益緊湊、功率日益增大的大功率器件，傳統(tǒng)的散熱方式已經(jīng)無法滿足散熱需求。

針對大功率器件的散熱問題，目前普遍采用將大功率器件直接貼附在液冷散熱器的冷卻板的表面通過水冷散熱，由于大功率器件的發(fā)熱面與液冷散熱器之間仍然存在間隙，接觸熱阻較大，影響液體冷卻的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種提高冷卻效果的毛細(xì)相變冷卻器及其安裝方法。

一種毛細(xì)相變冷卻器，用于功率器件的散熱，包括冷卻器本體和毛細(xì)吸液層；

所述冷卻器本體具有冷卻腔體和與所述冷卻腔體相連通的散熱口；所述冷卻腔體的底部為用于盛放冷卻液的積液部；在所述冷卻器本體上，至少圍繞所述散熱口的周邊部分用于與所述功率器件的散熱壁密封配合；

所述毛細(xì)吸液層用于設(shè)置在所述散熱口位置并緊貼到所述散熱壁上，且所述毛細(xì)吸液層的一端用于伸入所述積液部中。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述散熱口設(shè)于所述冷卻器本體的一側(cè)壁上，且位于所述積液部的上方。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毛細(xì)吸液層的一端通過彎折后伸入所述積液部中。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毛細(xì)吸液層為無紡布吸液層、銅網(wǎng)吸液層或燒結(jié)銅粉吸液層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毛細(xì)吸液層的厚度為0.1-2cm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毛細(xì)相變冷卻器還包括絕緣密封膠層，所述絕緣密封膠層至少設(shè)置在圍繞所述散熱口的周邊部分；當(dāng)所述功率器件與所述冷卻器本體的散熱口配合時(shí)，所述冷卻器本體與所述功率器件通過所述絕緣密封膠層密封連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毛細(xì)相變冷卻器還包括散熱結(jié)構(gòu)，所述散熱結(jié)構(gòu)的冷凝通道與所述冷卻腔體相連通，用于供揮發(fā)后的所述冷卻液冷凝回流至所述冷卻腔體中。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述散熱結(jié)構(gòu)設(shè)于所述冷卻器本體上，且位于所述冷卻腔體的頂端。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述散熱結(jié)構(gòu)為風(fēng)冷散熱器、水冷換熱器或翅片式自然對流散熱器。

上述毛細(xì)相變冷卻器的安裝方法，包括如下步驟：

(1)將冷卻液置于冷卻器本體的冷卻腔體內(nèi)，并集中在積液部；

(2)將毛細(xì)吸液層設(shè)于功率器件的散熱壁上，并使所述毛細(xì)吸液層的一端能夠伸入所述積液部并接觸所述冷卻液；

(3)將所述冷卻器本體的散熱口的周邊部分和所述散熱壁配合密封所述散熱口。

上述毛細(xì)相變冷卻器包括冷卻器本體和毛細(xì)吸液層；所述冷卻器本體具有冷卻腔體和和與所述冷卻腔體相連通的散熱口；所述冷卻腔體的底部為用于盛放冷卻液的積液部，；至少圍繞所述散熱口的周邊部分用于與所述功率器件的散熱壁密封配合；所述毛細(xì)吸液層用于設(shè)置在所述散熱口位置并緊貼到所述散熱壁上，且所述毛細(xì)吸液層的一端用于伸入所述積液部中。上述毛細(xì)相變冷卻器，通過直接將毛細(xì)吸液層直接設(shè)于功率器件的散熱壁上，毛細(xì)吸液層通過毛細(xì)吸液作用使功率器件的散熱壁的表面溫度相同，相對于傳統(tǒng)冷卻器的傳熱壁，明顯減少接觸熱阻，提高散熱效率。另外，上述毛細(xì)相變冷卻器采用冷卻液的比熱容大于空氣的比熱容，相對于傳統(tǒng)空氣冷卻方式，能夠大幅度提高傳熱性能，且冷卻液還存在相變吸熱過程，也能提高功率器件的散熱效率。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的功率器件的毛細(xì)相變冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。

請結(jié)合圖1，一實(shí)施方式的毛細(xì)相變冷卻器10，用于功率器件20的散熱，包括冷卻器本體100、毛細(xì)吸液層200和散熱結(jié)構(gòu)300。

功率器件20是指輸出功率比較大的電子元件，包括用復(fù)合型電壓驅(qū)動時(shí)的功率半導(dǎo)體器件，例如IGBT、IGCT、可控硅、整流橋或繼電器等。

在本實(shí)施方式中，冷卻器本體100具有冷卻腔體110和與冷卻腔體110相連通的散熱口。冷卻腔體110的底部為用于盛放冷卻液30的積液部。在冷卻器本體100上，至少圍繞散熱口的周邊部分用于與功率器件20的散熱壁相配合密封冷卻腔體110。

在本實(shí)施方式中，絕緣密封膠層120至少圍繞散熱口的周邊設(shè)置。當(dāng)功率器件20與冷卻器本體100的散熱口配合時(shí)，冷卻器本體100與功率器件20通過絕緣密封膠層120密封連接?？梢岳斫猓ㄟ^絕緣密封膠層120的牢固粘接作用，可以使功率器件20與冷卻器本體100的散熱口的外周部分絕緣密封，進(jìn)而使冷卻腔體110處于密封，屬于優(yōu)選的實(shí)施方式。

在本實(shí)施方式中，毛細(xì)吸液層200用于設(shè)置在散熱口所在位置并緊貼到功率器件20的散熱壁上，并且毛細(xì)吸液層200的一端用于浸泡在位于積液部的冷卻液30中。毛細(xì)吸液層200可以通過網(wǎng)孔狀或網(wǎng)線狀結(jié)構(gòu)固定鋪展或吸附在功率器件20的散熱壁上。毛細(xì)吸液層200用于浸泡在冷卻液30中的一端通過毛細(xì)作用吸收冷卻液30，并潤濕整個(gè)毛細(xì)吸液層200，也就是使功率器件20的散熱壁始終與冷卻液30接觸，散熱壁的溫度均勻，提高散熱效率。

可以理解，散熱口的大小應(yīng)盡量最大化滿足功率器件20散熱需求，也就是使毛細(xì)吸液層200盡可能最大化覆蓋散熱壁的發(fā)熱部分，使功率器件20的整個(gè)散熱壁的溫度均勻，顯著提高換熱效率。

具體地，冷卻液30可以為硅油、礦物油及植物油等絕緣液體工質(zhì)?？梢岳斫?，在其他實(shí)施方式中，冷卻液30也可以選用水，只要能夠根據(jù)實(shí)際情況滿足散熱需求即可。

具體地，散熱口設(shè)于冷卻器本體100的一側(cè)壁上且位于積液部的上方。優(yōu)選地，散熱口可以位于該側(cè)壁的中部毛細(xì)吸液層200的一端通過彎折伸入至積液部中，該端通過毛細(xì)吸液作用吸收冷卻液30，并潤濕整個(gè)毛細(xì)吸液層200，進(jìn)而使散熱壁始終處于換熱過程中。

優(yōu)選地，毛細(xì)吸液層200的耐熱溫度大于100℃。例如，毛細(xì)吸液層200可以為無紡布吸液層、銅網(wǎng)吸液層或燒結(jié)銅粉吸液層，通過加工成滿足散熱要求的形狀，緊貼或吸附在散熱壁上。毛細(xì)吸液層的厚度為0.1～2cm，以盡量提高毛細(xì)吸液層200中冷卻液30的承載量，提高熱交換效率。在本實(shí)施例方式中，散熱結(jié)構(gòu)300的冷凝通道與冷卻腔體110相連通，用于供揮發(fā)后的冷卻液30冷凝回流至冷卻腔體110內(nèi)。

優(yōu)選地，散熱結(jié)構(gòu)300設(shè)于冷卻器本體100上，且位于冷卻腔體110的頂端，且與散熱口相對設(shè)置，使冷凝回流的液體澆灌在毛細(xì)吸液層200上，可以進(jìn)一步提高冷卻效率。其中，散熱結(jié)構(gòu)300可以為風(fēng)冷散熱器、水冷換熱器或翅片式對流散熱器?？梢岳斫?，在其他實(shí)施方式中，散熱結(jié)構(gòu)300也可以位于冷卻腔體110的中上部，通過揮發(fā)后的冷卻液30的冷凝或冷卻即可。

可以理解，在其他實(shí)施方式中，如果功率器件20置換為散熱量不大、但依然需要維持在一定溫度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)或器件時(shí)，可以不需要設(shè)置散熱結(jié)構(gòu)300。

使用本實(shí)施方式的毛細(xì)相變冷卻器10，用于功率器件20的散熱時(shí)，按如下方法安裝：

(1)將冷卻液30置于冷卻器本體100的冷卻腔體110內(nèi)，并集中在積液部。

(2)將毛細(xì)吸液層200設(shè)在功率器件20的散熱壁上，并保證毛細(xì)吸液層200的一端能夠伸入積液部的冷卻液30中。

(3)將散熱壁至少和冷卻器本體100上的散熱口的周邊部分配合密封散熱口。

當(dāng)功率器件20工作時(shí)，毛細(xì)吸液層200的伸入積液部的一端通過毛細(xì)作用吸收冷卻液30，功率器件20的熱量被毛細(xì)吸液層200中承載的冷卻液30吸收，與冷卻腔體110內(nèi)的冷卻液30進(jìn)行流動傳熱，當(dāng)冷卻液30達(dá)到揮發(fā)溫度時(shí)，冷卻液30開始揮發(fā)，進(jìn)入散熱結(jié)構(gòu)300的冷凝通道中，蒸汽遇冷又凝結(jié)成液體，回流到冷卻腔體110中。冷卻液30通過蒸發(fā)相變的反復(fù)循環(huán)過程，可以將功率器件20的熱量帶走。本實(shí)施方式中的毛細(xì)相變冷卻器10過設(shè)置毛細(xì)吸液層200，并充分利用冷卻液30的升溫吸液和蒸發(fā)相變吸熱，能夠有效提高功率器件20的散熱效率，有效控制功率器件20處于芯片的結(jié)溫范圍內(nèi)，延長功率器件20的使用壽命。

下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種用于大功率器件散熱的毛細(xì)相變冷卻器，包括冷卻器本體、導(dǎo)熱硅油、耐溫?zé)o紡布毛細(xì)吸液層、絕緣密封膠層和翅片式自然對流散熱器。

冷卻器本體具有冷卻腔體和與該冷卻腔體相連通的散熱口，位于冷卻腔體內(nèi)底部的積液部填充有導(dǎo)熱硅油。

耐溫?zé)o紡布毛細(xì)吸液層緊貼于大功率器件的散熱壁上，一端通過彎折后伸入至積液部的導(dǎo)熱硅油中，使耐溫?zé)o紡布毛細(xì)吸液層自動通過毛細(xì)作用承載導(dǎo)熱硅油，用于吸收功率器件發(fā)出的熱量。

冷卻器本體與大功率器件通過絕緣密封膠層密封冷卻腔體。

翅片式自然對流散熱器設(shè)于冷卻器本體上，且位于冷卻器本體的冷卻腔體的頂端，并與散熱口相對設(shè)置。

當(dāng)該大功率器件工作時(shí)，大功率器件發(fā)出的熱量通過散熱壁被耐溫?zé)o紡布毛細(xì)吸液層總承載的導(dǎo)熱硅油吸收。當(dāng)大功率器件散發(fā)的熱量使導(dǎo)熱硅油達(dá)到揮發(fā)溫度時(shí)，導(dǎo)熱硅油蒸發(fā)進(jìn)入翅片自然對流散熱器的冷冷凝通道中冷卻，冷卻后的導(dǎo)熱硅油回流至冷卻腔體內(nèi)。經(jīng)過導(dǎo)熱硅油的蒸發(fā)-冷凝回流的反復(fù)循環(huán)過程，能夠有效控制大功率器件的芯片結(jié)溫，延長器件的使用壽命。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種用于大功率器件散熱的毛細(xì)相變冷卻器，包括冷卻器本體、礦物油、銅網(wǎng)毛細(xì)吸液層、絕緣密封膠層和水冷換熱器。

冷卻器本體具有冷卻腔體和與該冷卻腔體相連通的散熱口，位于冷卻腔體內(nèi)底部的積液部填充有礦物油。

銅網(wǎng)毛細(xì)吸液層緊貼于大功率器件的散熱壁上，且一端伸入至積液部的礦物油中，使銅網(wǎng)毛細(xì)吸液層的該端自動通過毛細(xì)作用承載礦物油，用于吸收功率器件發(fā)出的熱量。

冷卻器本體與大功率器件通過絕緣密封膠層密封冷卻腔體。

水冷換熱器設(shè)于冷卻器本體上，且位于冷卻器本體的冷卻腔體的頂端，并與散熱口相對設(shè)置。

當(dāng)該大功率器件工作時(shí)，大功率器件發(fā)出的熱量通過散熱壁被銅網(wǎng)毛細(xì)吸液層總承載的礦物油吸收。當(dāng)大功率器件散發(fā)的熱量是礦物油達(dá)到揮發(fā)溫度時(shí)，礦物油蒸發(fā)進(jìn)入水冷散熱器中冷卻，冷凝后的礦物油回流至冷卻腔體內(nèi)。經(jīng)過礦物油的蒸發(fā)-冷凝回流的反復(fù)循環(huán)過程，能夠有效控制大功率器件的芯片結(jié)溫，延長器件的使用壽命。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。