功率器件散热装置及功率器件散热模块的制作方法

本实用新型属于功率器件散热技术领域，特别是涉及一种功率器件散热装置及功率器件散热模块。

背景技术：

功率器件(例如IGBT)在工作时都有一定的损耗，大部分的损耗变成热量。在实际应用过程中，IGBT作为一个功率器件，被广泛应用于变频器、逆变器、电动汽车等领域，IGBT工作时会产生很大的损耗，这些损耗通常表现为热量。为使IGBT能够正常工作，必须加散热装置，最常用的就是将IGBT安装在散热器中间，利用散热器将热量散到周围空间，必要时再加上散热风扇或者水冷，以增加散热效率。另外，为降低IGBT工作时的温度，通常采用的方式是：降低IGBT工作电流或选择更大的IGBT、加大散热器或改为导热能力更强的铜散热器或热管散热器。

如图1所示，为现有的一种IGBT散热装置，该散热装置包括进水主管1a、出水主管2a及多个内部具有工质流道的散热板3a，散热板3a的两端焊接在进水主管1a、出水主管2a的外周上，散热板3a的两端在内部分别与进水主管1a、出水主管2a连通，以使得，冷却液从进水主管1a的入口进入，流经每一散热板3a内的工质流道，并吸收IGBT4a散发的热量之后，汇入出水主管2a，由出水主管2a的出口流出。以此实现IGBT4a的散热。

但是，图1所示的IGBT散热装置，多个散热板3a要与进水主管1a、出水主管2a焊接，焊接位置较多，制造工艺复杂，且造价较高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有的IGBT散热装置焊接位置较多，制造工艺复杂，且造价较高的缺陷，提供一种功率器件散热装置及功率器件散热模块。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

提供一种功率器件散热装置，包括散热主体、第一工质隔板、第二工质隔板、第一盖板、第二盖板、可供冷却液流入的进液管及可供冷却液流出的出液管；

所述散热主体上设置有可插接功率器件的至少一插槽、与所述插槽隔绝的至少一工质流道以及与所述插槽和工质流道隔绝的多个冷却液通道，所述插槽、工质流道及冷却液通道层叠布置；

所述第一工质隔板密封连接在所述散热主体上并处于所述工质流道的一端，所述第一工质隔板与所述工质流道的一端之间形成第一腔室，所述第二工质隔板密封连接在所述散热主体上并处于所述工质流道的另一端，所述第二工质隔板与所述工质流道的另一端之间形成第二腔室，所述工质流道连通于所述第一腔室及第二腔之间以形成工质封闭循环空间，所述工质封闭循环空间内封装有可相变的工质；

所述第一盖板密封连接在所述散热主体上并处于所述冷却液通道的一端，所述第一盖板与所述冷却液通道的一端之间形成第三腔室，所述第二盖板密封连接在所述散热主体上并处于所述冷却液通道的另一端，所述第二盖板与所述冷却液通道的另一端之间形成第四腔室，所述进液管与所述第三腔室连通，所述出液管与所述第四腔室连通，所述冷却液通道连通于所述第三腔室与第四腔室之间以形成冷却液封闭循环空间，经由所述进液管流入的冷却液通过所述冷却液封闭循环空间之后从所述出液管流出。

可选地，所述散热主体通过金属挤压一体成型。

可选地，所述散热主体为六面体结构，所述散热主体具有第一端面、第二端面、第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面，所述第一侧面、第二侧面、第三侧面及第四侧面顺次连接，且连接于所述第一端面与第二端面之间；

所述工质流道的两端分别贯穿所述第一侧面及第三侧面；

所述插槽的两端分别贯穿所述第一侧面及第三侧面；

所述冷却液通道两端分别贯穿所述第二侧面及第四侧面，所述第一盖板位于所述第二侧面外侧，所述第二盖板位于所述第四侧面外侧。

可选地，所述散热主体、第一隔板或第二隔板上设置有与所述工质封闭循环空间连通的工质充装孔，所述工质充装孔上连接有充装柱，通过所述充装柱可向所述工质封闭循环空间内充入工质。

可选地，所述第一盖板上设置有与所述第三腔室连通的进液口，所述第二盖板上设置有与所述第四腔室连通的出液口；

所述进液管连接在所述进液口上，所述出液管连接在所述出液口上。

可选地，每一所述工质流道包括沿功率器件插接方向排列成至少一排的多个微通道孔，所述多个微通道孔彼此隔离，所述多个微通道孔的一端与所述第一腔室连通，所述多个微通道孔的另一端与所述第二腔室连通。

可选地，所述多个微通道孔平行间隔设置，且所述多个微通道孔的延伸方向与所述插槽的延伸方向相同。

可选地，所述第一侧面形成有内凹的第一槽，所述第一槽内设置有第一台阶，所述第一工质隔板密封嵌入所述第一槽中并与所述第一台阶抵接，所述第一工质隔板的外侧表面与所述第一侧面平齐，所述第一腔室形成于所述第一工质隔板的内侧表面与所述第一槽的底面之间；

所述第三侧面形成有内凹的第二槽，所述第二槽内设置有第二台阶，所述第二工质隔板密封嵌入所述第二槽中并与所述第二台阶抵接，所述第二工质隔板的外侧表面与所述第三侧面平齐，所述第二腔室形成于所述第二工质隔板的内侧表面与所述第二槽的底面之间。

可选地，所述插槽的两端分别形成第一突出端及第二突出端，所述第一突出端突出于所述第一槽的底面并与所述第一侧面平齐，所述第二突出端突出于所述第二槽的底面并与所述第三侧面平齐；

所述第一工质盖板上设置有第一避让孔，所述第一突出端密封插接于所述第一避让孔中，所述第二工质盖板上设置有第二避让孔，所述第二突出端密封插接于所述第二避让孔中。

可选地，所述散热主体上设置有可插接多个功率器件的多个插槽以及与所述多个插槽隔绝的多个工质流道，所述多个工质流道与所述多个冷却液通道交替层叠排布，所述多个插槽与所述多个冷却液通道交替层叠排布。

另外，本实用新型还提供了一种功率器件散热模块，其包括至少一个功率器件及上述的功率器件散热装置，所述功率器件插接于所述散热主体的插槽中。

可选地，所述功率器件与所述插槽的内侧壁之间设置有导热胶。

根据本实用新型的功率器件散热装置及功率器件散热模块，工质流道连通于第一工质隔板及第二工质隔板之间以形成工质封闭循环空间，工质封闭循环空间内封装有可相变的工质，冷却液通道连通于第三腔室与第四腔室之间以形成冷却液封闭循环空间，这样，第一工质隔板、工质流道及第二工质隔板构成热管，由于插槽、工质流道及冷却液通道层叠布置，功率器件(例如IGBT)插接于插槽中，由于工质的吸热速度远大于冷却液的吸热速度，液态工质通过工质流道的侧壁吸收功率器件的热量并汽化，将功率器件散发的热量快速导出至工质封闭循环空间，此为一级热量交换；而后，通过冷却液在冷却液封闭循环空间内的循环流动，气态工质遇冷液化放热，热量通过冷却液通道的侧壁被冷却液带走，将工质封闭循环空间的热量导出至冷却液封闭循环空间，此为次级热量交换。以此，功率器件的热量通过冷却液带走，实现功率器件的散热。并且，由于工质流道与插槽之间共用槽壁，且工质流道与冷却液通道也是共用槽壁，因而，有效放大了功率器件同热管的接触面积以及工质流道与冷却液通道的换热面积，工质流道与插槽之间的热阻极小，功率器件的散热效率高，适用于大功率器件散热。另外，用插槽、工质流道及冷却液通道的层叠布置代替现有技术中多个散热板与进水主管、出水主管的焊接，能够避免过多的焊接点，制造工艺简单，造价较低，可以有效的降低热阻，减少发生冷却液泄漏的风险，提高散热效率。

附图说明

图1是现有的IGBT散热装置的立体示意图；

图2是本实用新型本实施例提供的功率器件散热模块的立体图；

图3是本实用新型本实施例提供的功率器件散热模块的分解图；

图4是本实用新型本实施例提供的功率器件散热模块的侧视图；

图5是本实用新型本实施例提供的功率器件散热模块的俯视图；

图6是沿4中A-A方向剖切之后的视图(变换视角)；

图7是沿5中B-B方向剖切之后的视图(变换视角)；

图8是本实用新型本实施例提供的功率器件散热模块其散热主体的立体图；

图9是图8的另一视角图。

说明书中的附图标记如下：

1、功率器件；

2、功率器件散热装置；21、散热主体；211、插槽；2111、第一突出端；2112、第二突出端；212、工质流道；2121、微通道孔；213、工质充装孔；215、第一槽；2151、第一台阶；216、第二槽；2161、第二台阶；217、冷却液通道；22、第一工质隔板；221、第一避让孔；23、第二工质隔板；231、第二避让孔；24、进液管；25、出液管；26、第一腔室；27、第二腔室；28、第一盖板；281、第三腔室；282、进液口；29、第二盖板；291、第四腔室；292、出液口；

3、充装柱。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2-8所示，本实用新型本实施例提供的功率器件散热模块，包括多个功率器件1及功率器件散热装置2。

本实施例中，功率器件1为IGBT。然而，在其它实施例中，也可以是其它工作时产生热量的功率器件。

如图2-8所示，功率器件散热装置2包括散热主体21、第一工质隔板22、第二工质隔板23、第一盖板28、第二盖板29、可供冷却液流入的进液管24及可供冷却液流出的出液管25，所述散热主体21上设置有可插接多个功率器件1的多个插槽211、与所述插槽211隔绝的多个工质流道212及与所述插槽211和工质流道212隔绝的冷却液通道217，所述功率器件1插接于所述散热主体的插槽211中。插槽211与功率器件1数量一致。即，在本实施例中，功率器件散热装置2能够同时对多个功率器件1进行散热。

本实施例中，所述功率器件1与所述插槽211的内侧壁之间设置有导热胶。导热胶一方面实现功率器件1与散热主体21的连接。另一方面，能够填充功率器件1与插槽211的槽壁之间的间隙，使得功率器件1与散热主体21紧密接触，减少二者之间的热阻。

如图6-8所示，所述多个工质流道212与所述多个插槽211交替层叠排布。更为优选地，每个插槽211在层叠方向的两侧都设置有一个工质流道212，即两个工质流道212夹着一个插槽211。这样，功率器件1在层叠方向上的两个相对的表面都可以快速地与两侧的工质流道212内的制冷剂换热，功率器件1的热量都能够快速散热，提高了散热效率。

如图6-8所示，所述第一工质隔板22通过焊接或胶粘的方式密封连接在所述散热主体21上并处于所述工质流道212的一端，所述第一工质隔板22与所述工质流道212的一端之间形成第一腔室26，所述第二工质隔板23通过焊接或胶粘的方式密封连接在所述散热主体21上并处于所述工质流道212的另一端，所述第二工质隔板23与所述工质流道212的另一端之间形成第二腔室27。所述工质流道连通于所述第一腔室及第二腔之间以形成工质封闭循环空间，所述工质封闭循环空间内封装有可相变的工质。所述第一盖板28通过焊接或胶粘的方式密封连接在所述散热主体21上并处于所述冷却液通道217的一端，所述第一盖板28与所述冷却液通道217的一端之间形成第三腔室281，所述第二盖板29通过焊接或胶粘的方式密封连接在所述散热主体21上并处于所述冷却液通道217的另一端，所述第二盖板29与所述冷却液通道217的另一端之间形成第四腔室291，所述进液管24与所述第三腔室281连通，所述出液管25与所述第四腔室291连通，所述冷却液通道217连通于所述第三腔室281与第四腔室291之间以形成冷却液封闭循环空间，经由所述进液管24流入的冷却液通过所述冷却液封闭循环空间之后从所述出液管25流出。

本实施例中，所述工质封闭循环空间内封装有可相变的工质。工质具有低沸点、高换热系数的特性，以通过汽化吸收功率器件1的热量，并通过液化放热，将热量传递给冷却液通道内流动的冷却液，以将功率元件的热量快速导出。所述工质选自乙二醇、丙酮、甲醇、制冷剂(R134a，R410A等)、氨中的其中一种或多种的混合物。

通常，冷却液由水、防冻剂及添加剂三部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型及乙二醇型等类型的冷却液。但是，本实施例中，冷却液还可以扩展至低沸点冷媒，例如液氮、氟利昂。

如图3及图8所示，所述散热主体21上设置有工质充装孔213，所述工质充装孔213上连接有内部中空的充装柱3。在第一工质隔板22、第二工质隔板23与散热主体21密封连接完成之后(第一盖板28及第二盖板29安装之前)，可通过所述充装柱3向所述工质封闭循环空间内充入工质。图3中，充装柱3为原始长度，实际上，在工质充装完成之后，可以对充装柱3进行剪切，以将充装柱3突出第一工质隔板22的长度控制在14mm以内，以避免影响第一盖板28的装配。充装完成之后，通过焊接、堵块或密封胶等方式封闭充装柱的开口，以使得工质封闭循环空间与外部完全隔绝。

然而，在其它实施例中，充装柱3的外端也可以是穿出第一盖板28，这样，在功率器件散热模块的第一盖板及第二盖板装配完成之后再进行工质充装。

本实施例中，如图6及图7所示，每一所述工质流道212包括沿功率器件1插接方向排列成至少一排的多个微通道孔2121，所述多个微通道孔2121彼此隔离，所述多个微通道孔2121的一端与所述第一腔室26连通，所述多个微通道孔2121的另一端与所述第二腔室27连通。优选地，所述多个微通道孔2121平行间隔设置，且所述多个微通道孔2121的延伸方向与所述插槽211的延伸方向相同。

本实施例中，如图6及图8所示，每一所述工质流道212的多个微通道孔2121排成多排并环绕插槽211一圈，即插槽211位于多个微通道孔2121内。每一组所述工质流道212与对应的插槽211整体位于相邻的两个冷却液通道217之间。冷却液通道217与多个微通道孔2121的延伸方向正交。这样，所述多个工质流道212与所述多个冷却液通道217交替层叠排布，所述多个插槽211与所述多个冷却液通道217也是交替层叠排布。即，每一工质流道212与对应的插槽211构成的单根热管结构整体与所述多个冷却液通道217交替层叠排布。

然而，在其它实施例中，所述工质流道的多个微通道孔也可以只在插槽的叠层方向的一侧排成一排，或者是，所述工质流道的多个微通道孔也可以是在插槽的叠层方向的两侧各排成一排。

本实施例中，如图6及图7所示，每一冷却液通道217由多个通孔组成。通孔连通于第三腔室281及第四腔室291之间。

然而，在其它实施例中，每一冷却液通道217也可以是整体式通孔(例如U型孔)，或者，每一冷却液通道217内具有多个肋片以形成蛇形通道。

另外，在其它实施例中，在第一盖板28、第二盖板29上也可以设置另外的冷却液通道，比如蛇形通道。

本实施例中，优选地，所述散热主体21通过金属挤压一体成型，例如铝挤压一体成型、铜挤压一体成型。这样，避免了现有技术中过多的焊接点。金属挤压一体成型的散热主体21可以不做任何处理，直接用于功率器件散热装置2。也可以通过在成型之后，做一些机加工(例如开槽、孔)再用于功率器件散热装置2。当然，作为替代方案，散热主体21也可以直接通过金属块(铝块、铜块等)机加工得到。

如图6-8所示，所述散热主体21为六面体结构，所述散热主体21具有第一端面DM1、第二端面DM2、第一侧面CM1、第二侧面CM2、第三侧面CM3及第四侧面CM4，所述第一侧面CM1、第二侧面CM2、第三侧面CM3及第四侧面CM4顺次连接，且连接于所述第一端面DM1与第二端面DM2之间。

如图6所示，所述工质流道212的两端分别贯穿所述第一侧面CM1及第三侧面CM3；所述插槽211的两端分别贯穿所述第一侧面CM1及第三侧面CM3。所述冷却液通道217两端分别贯穿所述第二侧面CM2及第四侧面CM4，所述第一盖板28位于所述第二侧面CM2外侧，所述第二盖板29位于所述第四侧面CM4外侧。

此处，插槽211为两端开口的槽，这样的设置是为了对应于IGBT等两端出线的功率器件。因而，在其它实施例中，若功率器件一端出线，则插槽也可是一端开口、一端封闭的槽。

如图6及图7所示，所述第一盖板28上设置有与所述第三腔室281连通的进液口282，所述第二盖板29上设置有与所述第四腔室291连通的出液口292。所述进液管24连接在所述进液口282上，所述出液管25连接在所述出液口292上。

如图8及图9所示，所述第一侧面CM1形成有内凹的第一槽215，所述第一槽215内设置有第一台阶2151，所述第一工质隔板22嵌入所述第一槽215中并与所述第一台阶2151抵接，并通过焊接或胶粘的方式密封。所述第一工质隔板22的外侧表面与所述第一侧面CM1平齐，所述第一腔室25形成于所述第一工质隔板22的内侧表面与所述第一槽215的底面之间。所述第三侧面CM3形成有内凹的第二槽216，所述第二槽216内设置有第二台阶2161，所述第二工质隔板23嵌入所述第二槽216中并与所述第二台阶2161抵接，所述第二工质隔板23的外侧表面与所述第三侧面CM3平齐，所述第二腔室27形成于所述第二工质隔板23的内侧表面与所述第二槽216的底面之间。

另外，第一工质隔板22并未遮住插槽211的一端开口，第二工质隔板23并未遮住插槽211的另一端开口。

如图8及图9所示，每一插槽211的两端分别形成第一突出端2111及第二突出端2112，所述第一突出端2111突出于所述第一槽215的底面并与所述第一侧面CM1平齐，所述第二突出端2112突出于所述第二槽216的底面并与所述第三侧面CM3平齐。所述第一工质盖板22上设置有多个第一避让孔221，每一所述第一突出端2111通过焊接或胶粘的方式密封插接于对应的一个第一避让孔221中，所述第二工质盖板23上设置有第二避让孔231，每一所述第二突出端2112通过焊接或胶粘的方式密封插接于对应的第二避让孔231中。

根据本实用新型上述实施例的功率器件散热装置及功率器件散热模块，工质流道连通于第一工质隔板及第二工质隔板之间以形成工质封闭循环空间，工质封闭循环空间内封装有可相变的工质，冷却液通道连通于第三腔室与第四腔室之间以形成冷却液封闭循环空间，这样，第一工质隔板、工质流道及第二工质隔板构成热管，由于插槽、工质流道及冷却液通道层叠布置，功率器件(例如IGBT)插接于插槽中，由于工质的吸热速度远大于冷却液的吸热速度，液态工质通过工质流道的侧壁吸收功率器件的热量并汽化，将功率器件散发的热量快速导出至工质封闭循环空间，此为一级热量交换；而后，通过冷却液在冷却液封闭循环空间内的循环流动，气态工质遇冷液化放热，热量通过冷却液通道的侧壁被冷却液带走，将工质封闭循环空间的热量导出至冷却液封闭循环空间，此为次级热量交换。以此，功率器件的热量通过冷却液带走，实现功率器件的散热。并且，由于工质流道与插槽之间共用槽壁，且工质流道与冷却液通道也是共用槽壁，因而，有效放大了功率器件同热管的接触面积以及工质流道与冷却液通道的换热面积，工质流道与插槽之间的热阻极小，功率器件的散热效率高，适用于大功率器件散热。另外，用插槽、工质流道及冷却液通道的层叠布置代替现有技术中多个散热板与进水主管、出水主管的焊接，能够避免过多的焊接点，制造工艺简单，造价较低，可以有效的降低热阻，减少发生冷却液泄漏的风险，提高散热效率。

上述实施例中，插槽与工质流道的延伸方向相同，且与冷却液通道正交。然而，本领域的技术人员也可以想到的是，将工质流道与冷却液通道设置为延伸方向相同，且与插槽正交。在该类实施例中，第一腔室及第三腔室处于散热主体的同一侧，第二腔室及第四腔室处于散热主体的同一侧(第一腔室的相对侧)，因而，首先需要保证第一腔室与第三腔室的隔绝以及第二腔室与第四腔室的隔绝，其次需要保证第一工质隔板、第二工质隔板只遮盖工质流道而不遮盖冷却液流道。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。