一种IGBT散热装置的制作方法

一种igbt散热装置
技术领域
1.本发明涉及igbt散热技术领域，具体为一种igbt散热装置。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。igbt模块是由igbt(绝缘栅双极型晶体管芯片)与fwd(二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的igbt模块直接应用于变频器、ups不间断电源等设备上。
3.igbt元器件在工作时会产生导通以及开关损耗，因此需要安装冷却设备进行散热，以降低功率器件的结温，确保igbt元器件在允许温度下正常、可靠运行。目前igbt器件的冷却方式主要有风冷、液冷和热管等，随着器件性能要求和功率密度的进一步提高，对散热要求也越来越严苛。
4.根据专利cn111384012a可知现有的igbt散热装置在进行液冷散热时需要额外安装电路来使得内部的制冷液流动循环，完成散热，而这种方式大大增加了生产和使用时的成本，同时这些电路和循环电机的运行会产生热量，增加了内部热量的产生量，一旦电路或循环机构出现损坏就会导致内部散热功能急剧下降，影响igbt的整体使用效果，为此，我们提出一种igbt散热装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种便于利用自身发热驱动冷却液循环流动进行散热的igbt散热装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种igbt散热装置，包括芯片、封装壳体、循环装置和降温装置，所述封装壳体内固定连接有液冷管，所述循环装置安装于所述封装壳体内，用于在所述芯片受热时通过热力转化为驱动力不断驱动所述液冷管内的制冷液进行循环流动，所述降温装置安装于所述封装壳体上，用于对所述液冷管远离所述芯片处的制冷液进行降温，辅助散热，便于利用芯片运行时自身的发热量带动液冷管内的制冷液进行不断单向循环流动，并通过降温装置散发到外界，大大提升了散热效率的同时无需额外增加驱动电机和电路，减少内部器件的产热量，结构整体通过热力驱动，消耗内能产生机械能进行驱动，使得热量得以合理利用，节约了使用成本，装置内部无需通电和芯片控制，降低生产成本的同时损坏的风险大大降低，便于长期使用。
7.优选的，所述循环装置包括固定安装于芯片上的安装架，所述安装架上固定连接有驱动管，所述驱动管的两侧均固定连接有用于储存受热膨胀液体的弧形管，所述弧形管
与所述驱动管相连通，所述驱动管内滑动连接有第一滑块，所述第一滑块固定连接有与所述驱动管一端的内壁固定连接的第一拉簧，所述驱动管远离所述第一拉簧的一端设有用于带动所述液冷管内的制冷液进行循环流动的循环件，便于利用芯片自身的热能驱动冷却液进行循环流动。
8.优选的，所述循环件包括与所述安装架转动连接的转动盘，所述转动盘的顶面同轴固定连接有转动轴，所述液冷管的两端分别固定连接有输入管和输出管，所述转动轴的顶端转动连接有与所述输入管和所述输出管均固定连接的固定盖，所述转动轴的侧面固定连接有多组与所述固定盖内壁滑动连接的驱动叶，所述输入管和所述输出管均与所述固定盖的内部相连通，所述驱动管内设有用于在所述弧形管内的膨胀液受热不断膨胀推动所述第一滑块移动时联动所述转动盘进行单向转动的驱动件，便于通过驱动叶的转动带动冷却液从输入管流向输出管，实现单向流动循环。
9.优选的，所述驱动件包括固定安装于所述驱动管内的固定环，所述固定环的侧面固定连接有第二拉簧，所述第二拉簧远离所述固定环的一端固定连接有与所述驱动管内壁滑动连接的滑动管，所述滑动管的侧面开设有排气槽，所述滑动管的一端固定连接有安装环，所述安装环的侧面固定连接有第一弹簧，所述第一弹簧远离所述安装环的一端固定连接有与所述滑动管内壁滑动连接的第二滑块，所述滑动管上设有用于在所述滑动管往复伸缩时联动所述转动盘进行不断单向转动的转动件，便于利用气压带动滑动管进行不断的往复滑动。
10.优选的，所述转动件包括固定安装于所述滑动管一端的驱动杆，所述驱动杆一端的侧面固定连接有驱动块，所述转动盘的底面开设有多组首尾相互连通的弧形槽，所述弧形槽上转动连接有仅可以单向转动的单向转盘，所述单向转动盘的侧面开设有多组用于卡接所述驱动块的卡接槽，所述驱动块与所述弧形槽滑动连接，所述弧形槽的一端侧面固定连接有发条转轴，所述发条转轴上设有挡板，便于通过不断往复滑动的滑动管带动转动盘的单向转动。
11.优选的，所述降温装置包括固定安装于所述芯片两侧的导热管，所述液冷管固定安装于所述导热管内，所述导热管的侧面设有用于将所述导热管上的热量散发到外界的散热件，所述导热管内设有用于控制所述驱动管内气体流动保证其内部气压平衡的控制件，便于将液冷管内的热量进行导出。
12.优选的，所述控制件包括固定安装于所述驱动管一端的固定管，所述固定管的内壁与所述滑动管的外壁滑动连接，所述安装环的侧面固定连接有与所述固定管相连通的连接软管，所述固定管的侧面开设有出气孔，所述固定管的侧面固定连接有与所述导热管固定连接的连接管，所述连接管与所述出气孔和所述导热管均连通，所述导热管的侧面设有用于控制所述导热管内气压平衡的平衡件，便于控制驱动管内气体流动保证其内部气压平衡。
13.优选的，所述散热件包括固定安装于所述导热管侧面的多组散热片，所述散热片等间距固定安装于所述封装壳体内，便于将导热管内的热量向外界散发，促进散热。
14.优选的，所述平衡件包括固定安装于所述导热管侧面的多组排气管，多组所述排气管均与所述导热管相连通，多组所述排气管等间距分布于多组所述散热片之间，便于将导热管内气压平衡的同时对加速散热片处的气体流动，促进散热。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明解决了现有igbt散热装置使用时内部液冷需要单独安装循环电机等元器件进行电路控制，增加自身产热量的同时增加了生产使用成本和损坏风险的问题，通过设置循环装置，便于利用芯片运行时自身的发热量带动液冷管内的制冷液进行不断单向循环流动，无需额外增加驱动电机和电路，减少内部器件的产热量，结构整体通过热力驱动，消耗内能产生机械能进行驱动，使得热量得以合理利用；
17.通过多组散热片将液冷管内的高温制冷液散发到外界，并在制冷剂循环流动的同时带动内部气体进行循环流动，将内部的高温气体向外排出的同时对散热片进行吹风，提升散热效率；
18.该装置内部无需通电和芯片控制，节约了使用成本，在降低生产成本的同时损坏的风险大大降低，便于长期使用。
附图说明
19.图1为本发明整体结构示意图；
20.图2为本发明内部结构示意图；
21.图3为本发明循环装置结构示意图；
22.图4为本发明降温装置结构示意图；
23.图5为图4中a区域放大图；
24.图6为图4中b区域放大图；
25.图7为本发明转动件结构示意图；
26.图8为图7中c区域放大图；
27.图9为本发明驱动件结构示意图；
28.图10为图9中d区域放大图；
29.图11为本发明控制件结构示意图；
30.图12为图11中e区域放大图。
31.图中：1-芯片；2-封装壳体；3-液冷管；4-循环装置；5-降温装置；6-安装架；7-驱动管；8-弧形管；9-第一滑块；10-第一拉簧；11-循环件；12-转动盘；13-转动轴；14-输入管；15-输出管；16-固定盖；17-驱动叶；18-驱动件；19-固定环；20-第二拉簧；21-滑动管；22-排气槽；23-安装环；24-第一弹簧；25-第二滑块；26-转动件；27-驱动杆；28-驱动块；29-弧形槽；30-单向转盘；31-卡接槽；32-发条转轴；33-挡板；34-导热管；35-散热件；36-控制件；37-固定管；38-连接软管；39-出气孔；40-连接管；41-平衡件；42-散热片；43-排气管。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例1
34.请参阅图1-图2，图示中的一种igbt散热装置，包括芯片1、封装壳体2、循环装置4
和降温装置5，封装壳体2内固定连接有液冷管3，循环装置4安装于封装壳体2内，用于在芯片1受热时通过热力转化为驱动力不断驱动液冷管3内的制冷液进行循环流动，降温装置5安装于封装壳体2上，用于对液冷管3远离芯片1处的制冷液进行降温，辅助散热。
35.请参阅图3-图7，图示中的循环装置4包括固定安装于芯片1上的安装架6，安装架6上固定连接有驱动管7，驱动管7的两侧均固定连接有用于储存受热膨胀液体的弧形管8，弧形管8与驱动管7相连通，驱动管7内滑动连接有第一滑块9，第一滑块9固定连接有与驱动管7一端的内壁固定连接的第一拉簧10，驱动管7远离第一拉簧10的一端设有用于带动液冷管3内的制冷液进行循环流动的循环件11。
36.请参阅图3-图10，图示中的循环件11包括与安装架6转动连接的转动盘12，转动盘12的顶面同轴固定连接有转动轴13，液冷管3的两端分别固定连接有输入管14和输出管15，转动轴13的顶端转动连接有与输入管14和输出管15均固定连接的固定盖16，转动轴13的侧面固定连接有多组与固定盖16内壁滑动连接的驱动叶17，输入管14和输出管15均与固定盖16的内部相连通，驱动管7内设有用于在弧形管8内的膨胀液受热不断膨胀推动第一滑块9移动时联动转动盘12进行单向转动的驱动件18。
37.本实施方案中，将芯片1、循环装置4、降温装置5和液冷管3整体封装在封装壳体2内部，当内部芯片1工作发热时会使得弧形管8内的膨胀液受热逐渐膨胀向驱动管7内流动，从而推动第一滑块9向驱动管7的另一端滑动，第一拉簧10被逐渐拉伸，此时第一滑块9将驱动管7内一侧的气体不断推动压缩，从而使得驱动件18运行，带动转动盘12进行不断单向转动，转动盘12在单向转动时驱动转动轴13转动，即可使得驱动叶17转动，将输入管14内的制冷液抽入到固定盖16内，并随着驱动叶17的转动推向输出管15内，输入管14和输出管15的开口均为倾斜设置，方便进行单向抽吸，输出管15内的制冷液流入到液冷管3内，液冷管3内的制冷液会单向流动到封装壳体2内芯片1的四周，并流向降温装置5内进行降温散热，利用芯片1运行时自身的发热量带动液冷管3内的制冷液进行不断单向循环流动，并通过降温装置5散发到外界，大大提升了散热效率的同时无需额外增加驱动电机和电路，减少内部器件的产热量，结构整体通过热力驱动，消耗内能产生机械能进行驱动，使得热量得以合理利用，节约了使用成本，装置内部无需通电和芯片1控制，降低生产成本的同时损坏的风险大大降低，便于长期使用。
38.实施例2
39.请参阅图7-图12说明实施例2，本实施例对实施例1作进一步说明，图示中的驱动件18包括固定安装于驱动管7内的固定环19，固定环19的侧面固定连接有第二拉簧20，第二拉簧20远离固定环19的一端固定连接有与驱动管7内壁滑动连接的滑动管21，滑动管21的侧面开设有排气槽22，滑动管21的一端固定连接有安装环23，安装环23的侧面固定连接有第一弹簧24，第一弹簧24远离安装环23的一端固定连接有与滑动管21内壁滑动连接的第二滑块25，滑动管21上设有用于在滑动管21往复伸缩时联动转动盘12进行不断单向转动的转动件26。
40.请参阅图7-图8，图示中的转动件26包括固定安装于滑动管21一端的驱动杆27，驱动杆27一端的侧面固定连接有驱动块28，转动盘12的底面开设有多组首尾相互连通的弧形槽29，弧形槽29上转动连接有仅可以单向转动的单向转盘30，单向转动盘12的侧面开设有多组用于卡接驱动块28的卡接槽31，驱动块28与弧形槽29滑动连接，弧形槽29的一端侧面
固定连接有发条转轴32，发条转轴32上设有挡板33。
41.本实施方案中，当第一滑块9滑动推动驱动管7内的气压增大，推动滑动管21滑动，第二拉簧20拉伸，直到排气槽22滑动到驱动管7外，即可将驱动管7内的气体通过滑动管21和排气槽22排出到外界，此时一旦气体排出到一定量后，第二拉簧20会拉动滑动管21回移，从而使得滑动管21带动驱动杆27进行反向移动，如此往复即可实现滑动管21的不断伸缩滑动，从而带动驱动杆27和驱动块28不断往复运行，当驱动块28前移时，会在单向转盘30的限位作用下在弧形槽29内进行单向滑动，直到滑动到两组弧形槽29相连通的位置时，此时会推动挡板33，并在滑动过去之后挡板33在发条转轴32的回弹作用下复位将原先的弧形槽29开口挡住，此时驱动杆27带动驱动块28反向移动，即可使得驱动块28反向滑动到另一组弧形槽29内，直到与卡接槽31卡接后再单向转盘30的转动下滑动到弧形槽29的中部，接着驱动块28再前移，如此往复即可使得驱动块28在多组弧形槽29组成的环状滑槽内进行单向滑动，从而驱动转动盘12进行不断的单向转动。
42.实施例3
43.请参阅图1和图4-图6说明实施例3，本实施例对实施例1作进一步说明，图示中的降温装置5包括固定安装于芯片1两侧的导热管34，液冷管3固定安装于导热管34内，导热管34的侧面设有用于将导热管34上的热量散发到外界的散热件35，导热管34内设有用于控制驱动管7内气体流动保证其内部气压平衡的控制件36。
44.请参阅图4-图12，图示中的控制件36包括固定安装于驱动管7一端的固定管37，固定管37的内壁与滑动管21的外壁滑动连接，安装环23的侧面固定连接有与固定管37相连通的连接软管38，固定管37的侧面开设有出气孔39，固定管37的侧面固定连接有与导热管34固定连接的连接管40，连接管40与出气孔39和导热管34均连通，导热管34的侧面设有用于控制导热管34内气压平衡的平衡件41。
45.请参阅图3-图4，图示中的散热件35包括固定安装于导热管34侧面的多组散热片42，散热片42等间距固定安装于封装壳体2内。
46.请参阅图4-图6和图9-图10，图示中的平衡件41包括固定安装于导热管34侧面的多组排气管43，多组排气管43均与导热管34相连通，多组排气管43等间距分布于多组散热片42之间。
47.本实施方案中，当驱动管7内气压增大时，第二滑块25滑动压缩第一弹簧24，连接软管38开口被堵住，此时通过排气槽22排出的气体会进入到固定管37内通过出气孔39和连接管40进入到导热管34内最后通过排气管43排出，排气管43排出的气流会对散热片42进行一定的吹风散热效果，促进散热片42的散热，液冷管3内液体的热量会通过导热管34流动到散热片42内向外界进行散热，当芯片1温度降低时，此时膨胀液冷却收缩，在第一拉簧10的拉动下第一滑块9反向滑动，将膨胀液回推到弧形管8内，此时驱动管7一端的气压降低，滑动管21向内滑动压缩第二拉簧20，外界的气体通过排气管43、导热管34、连接管40进入到固定管37内，最后通过连接软管38进入到滑动管21的一端，推动第二滑块25滑动，第一弹簧24被拉伸，直到第二滑块25滑动到排气槽22中部位置时，此时滑动管21一端的气体会通过排气槽22流向滑动管21的另一端，从而流入到驱动管7内进行气压的平衡，排气管43虽与外界相连通，但排气管43内的气体与芯片1不连通，不会对芯片1造成污染，仅对驱动管7内的气压进行平衡，同时可以使得驱动管7内的气体流动起来，进行气体交换。
48.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。