功率模块的一体化液冷散热装置及其使用的底板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力设备使用的功率模块散热技术领域，特别是涉及功率模块的一体 化液冷散热装置及其使用的散热底板。
【背景技术】
[0002] 在设计电力变换设备时，由于变换设备本身存在相当可观的功率损耗，常常需要 设计体积庞大的散热系统来使设备冷却下来，常用的散热方式有自然风冷，强迫风冷和液 冷三种方式，由于空气的体积比热容很小，风冷散热器一般需要很大的散热面积，虽然近年 来强化传热技术取得了很大进展，传热效率不断提高，使得风冷散热器越来越小，但散热介 质本身的特性限制了风冷散热器的进一步缩小。因此，有必要采用体积比热容更大的液体 来作为散热介质，进一步缩小散热器尺寸。
[0003] 常见的液冷散热系统，功率模块带有很厚的底板，与散热器是分离的，安装在散热 器上时需要涂覆导热硅脂来填充接触面之间的空隙，由于导热硅脂的导热系数与金属相比 是很小的。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了功率模块的一体化液冷散热装置及 其使用的底板，将传热较差的导热硅脂层去掉，减小液冷散热系统的尺寸，并且将功率模块 与散热器做一体化设计，散热器即是模块的底板，散热路径更短。提高了功率模块的散热效 率，提升了功率模块的功率密度，缩小了电力变送系统的体积。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：功率模块的一体化液冷散热装置，连接在功率模块 的功率芯片、覆铜基板和底板的底部，包括固连在底板底部的方形液冷散热体，散热体内设 有从左至右贯通的液体流道，液体流道的顶部位置处设有连接切口；底板的底部设有叉排 状若干扰流柱，底板的扰流柱部分穿过连接切口扣入液体流道内。本发明的一体化液冷散 热装置，将传热较差的导热硅脂层去掉，将功率模块与散热器做一体化设计，散热器即是模 块的底板，散热路径更短，进而提高了功率模块的散热效率，并且精简了其整体结构，降低 了制造成本。
[0006] 本发明的进一步改进在于，散热体的连接切口的形状和大小与功率模块上的功率 芯片相适应。
[0007] 本发明的进一步改进在于，位于散热体的连接切口的顶部边缘上还设有一圈U型 缺口。
[0008] 本发明的进一步改进在于，散热体的顶部位置还设有若干连接孔，从而连接功率 模块。
[0009] 本发明的进一步改进在于，散热体由铝碳化硅复合材料或者铜材制成。
[0010] 本发明的进一步改进在于，散热体的液体流道还包括设在其两端的流道入口和出 口，以及位于入口和出口之间的散热部，其中入口和出口为常开式，散热部内容纳底板的扰 流柱。
[0011] 本发明的进一步改进在于，底板上的每一个扰流柱为椭圆形扰流柱，椭圆形扰流 柱的横截面为椭圆形，并且其从底板的底部往上延伸，椭圆形的长径和短径分别递减。冷却 液在流过椭圆扰流柱阵列时，与流过圆柱扰流柱阵列相比，由于偏折角度小，流动压力损失 小于圆柱扰流柱阵列的，产生的流动漩涡(漩涡无助于强化换热)更小，换热效率更高。
[0012] 带椭圆扰流柱的功率模块底板，连接在功率模块的覆铜基板和散热体之间，底板 包括本体和设在其一侧的若干叉排状扰流柱;每一个扰流柱为椭圆形扰流柱，并且椭圆形 扰流柱的横截面为椭圆形，并且其从底板的底部往上延伸，椭圆形的长径和短径分别递减。 冷却液在流过椭圆扰流柱阵列时，与流过圆柱扰流柱阵列相比，由于偏折角度小，流动压力 损失小于圆柱扰流柱阵列的，产生的流动漩涡(漩涡无助于强化换热)更小，换热效率更高。
[0013] 本发明的进一步改进在于，底板还包括设置在其周边的若干固定孔。
[0014] 本发明的进一步改进在于，每一个扰流柱与其相邻的扰流柱之间的列间距为3.5 ~6 · 0mm，行间距为3 · 0~10 · 0mm，扰流柱长轴3 · 0~8 · 0mm，短轴为2 · 0~6 · 0mm。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:功率模块的一体化液冷散热装置，将传热 较差的导热硅脂层去掉，将功率模块与散热器做一体化设计，散热器即是模块的底板，散 热路径更短。冷却液在流过椭圆扰流柱阵列时，与流过圆柱扰流柱阵列相比，由于偏折角度 小，流动压力损失小于圆柱扰流柱阵列的，产生的流动漩涡(漩涡无助于强化换热)更小，换 热效率更高。
[0016] 散热器采用铝碳化硅复合材料（热膨胀系数与芯片接近，热适配性好）或者铜材 (导热系数高，散热效率高）。散热器背面有扰流柱，扰流柱形状为椭圆（常规设计扰流柱形 状为圆柱），扰流柱排列方式为叉排。
[0017] 与分体式散热器相比，该结构紧凑，换热效率高，流动阻力小，与相同密度排列的 圆柱扰流柱相比，椭圆扰流柱散热底板在相同流动阻力损失的情况下，散热底板的温升比 圆柱扰流柱底板低12.5 %。提高了功率模块的散热效率，提升了功率模块的功率密度，缩小 了电力变送系统的体积。
【附图说明】
[0018] 图1为功率模块的一体化液冷散热装置的一个实施例的结构示意图；
[0019] 图2为带椭圆扰流柱的功率模块底板的一个实施例的结构示意图；
[0020] 图3为图2的实施例改进如的结构不意图；
[0021] 图4为图1的实施例的散热体的一个实施例的三维结构示意图；
[0022] 图5为图4的实施例的俯视图；
[0023]图6为图4的实施例的主视图；
[0024]图7为图4的实施例的左视图；
[0025] 图8为功率模块的详细连接结构示意图；
[0026] 其中：
[0027] 1-功率模块，11-引线端子，12-功率芯片，13-壳体，14-覆铜基板，15-底板，151-扰 流柱，152-本体，153-固定孔;2-散热体，21-入口，22-出口，23-散热部，24-液体流道，25-连 接切口，26-U型缺口，27-连接孔。
【具体实施方式】
[0028]为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施 例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
[0029]如图8所示，功率模块1 一般由引线端子11、功率芯片12、壳体13、覆铜基板(DBC基 板)14和底板15组成。
[0030] 如图1和图4、5、6和7所示，功率模块的一体化液冷散热装置，连接在功率模块1的 功率芯片12、覆铜基板14和底板15的底部，包括固连在底板15底部的方形液冷散热体2,散 热体2内设有从左至右贯通的液体流道24，液体流道24的顶部位置处设有连接切口 25;底板 15的底部设有叉排状若干扰流柱151，底板15的扰流柱部分穿过连接切口 25扣入液体流道 24内。本发明的一体化液冷散热装置，将传热较差的导热硅脂层去掉，将功率模块与散热器 做一体化设计，散热器即是模块的底板，散热路径更短。其中底板15-般由铜制成，为铜底 板。
[0031] 在上述实施例中，散热体2的连接切口 25的形状