专利名称：一种大功率半导体冷却装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大功率半导体的冷却装置，更具体地说，涉及一种热管冷却装置。
半导体元件在工作时，其耗散功率所产生的热量必须通过外部的冷却装置迅速带走，以防结温升高而使半导元件损坏。采用热管作为半导体的冷却装置具有传热速度快，热阻小等优点，固此被广泛采用。
图1是日本三菱电机株式会社生产的大功率硅整流二极管冷却装置的结构示意图。这种冷却装置的结构是在半导体(1)的两极板上贴附冷却器(2)(俗称冷铁)，充入冷却器(2)内的工作介质被邻近的半导体(1)产生的热量蒸发，从而吸收了后者的热量。所产生的蒸气通过绝缘管(3)进入冷凝器(4)，与周围的冷却介质进行热交换，达到冷却散热的目的。其不足之处是1、与半导体极板相接触的是冷却器(2)的金属表面，工作介质只能从冷却器(2)的内表面上吸热。因此，从半导体极板到工作介质之间存在一个接触热阻和一个金属导热热阻。这两个热阻大大降低了冷却效果。2、多个半导体元件共用一个冷凝器(4)，带来了正、负两极板间的绝缘问题。这不仅对工作介质的电阻率有很高的要求，而且需在工作介质流通的金属管道上插接一段绝缘管道(3)(一般采用陶瓷管)，给冷却装置的机械强度及密封可靠性等也带来不良影响。此外，多个半导体元件共用一个冷凝器(4)，使热量的输送管道相应增多，造成焊点，焊缝多。在工作中，只要有一处焊缝发生泄漏，将使整个冷却装置无法工作，造成所有半导体元件的损坏。本实用新型的目的是要克服现有技术的不足而提供一种结构简单，冷却效果好，可靠性高的半导体冷却装置。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一种大功率半导体的冷却装置，包括正、负极板和冷凝翅片管，其特征是两极板分别与以密封方式附接于极板上的蒸发腔盖一起构成相互独立的蒸发腔，蒸发腔与冷凝翅片管相通，内充有在工作温度下能产生相变工作介质。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到所述冷却装置的极板在位于蒸发腔内的表面上开有沟槽或密集小孔。充入的工作介质是氟里昂或丙酮。蒸发腔盖以螺纹联接方式或锥面联接方式附接于极板上构成蒸发腔。
附图的图面说明如下图1是现有技术冷却装置的结构示意图；图2是本实用新型的结构示意图。
以下将结合附图对本实用新型作进一步详细的描述参照附图，本实用新型摒弃了现有技术中的冷却器(4)，将正、负极板(6)分别与蒸发腔盖(9)密封联接，构成相互独立的蒸发腔(10)。蒸发腔(10)与冷凝翅片管(7)连通，里面充入二相工作介质(8)。半导体工作时产生的热量由极板(6)散发到蒸发腔(10)内。蒸发腔(10)内的工作介质(8)直接从极板(6)上吸收热量而蒸发，其蒸气进入冷凝翅片管(7)内。冷凝成液体又回流到蒸发腔(10)去，完成相变换热过程。极板(6)的主要作用是导电和作为散热用的蒸发表面。为了提高沸腾蒸发的效率，在极板(6)位于蒸发腔(10)内的表面(5)上开有沟槽。沟槽可以是环形的或直线形的。这些沟槽也可以用密集的小孔或其他不规则的粗糙表面等形式来代替。蒸发腔盖(9)的主要作用是与极板(6)一起形成一个密封的蒸发腔(10)。它与极板(6)的联接方式很多，可用螺纹联接，或锥面联接，或镶套式焊接等，只要保证其密封及承压强度和接触面积的要求即可，冷凝翅片管(7)的制作材料可采用导热快的材料，如铜。其长短、直径及根数等可根据半导体元件的耗散功率和工作品质因素来决定，这属于常规设计的范畴。工作介质(8)在冷却装置中作为载热体。它在密封容器内产生蒸发、凝结相变和汽相、液相的流动过程。本实用新型所使用的工作介质(8)可以是氟里昂，如R113、R11等，也可是丙酮、水或氨水。
实施例额定工作电流为1000安培的硅整流二极管，其耗散功率为800瓦。按每块极板耗散功率500瓦计算，用一根长200毫米、直径20毫米的冷凝翅片管即可满足散热需要。极板内表面采用环形槽结构，极板与蒸发腔盖采用锥面联接。工作介质为丙酮。冷凝翅片管的散热方式为风冷。
本实用新型对比现有技术有如下优点1、半导体元件的极板直接浸泡在工作介质中，减少了金属表面间的接触热阻和金属导热热阻，使传热、冷却效果得以加强，从而提高了半导体元件的负载能力。
2、半导体正、负两极的冷却装置完全分开，不存在绝缘问题，对工作介质的绝缘性亦无要求。
3、由于是对单个半导体元件进行冷却，冷却装置互相独立，使之体积小，结构简单，制造、安装、维修方便，可靠性高。即使个别冷却装置出现故障，也不致影响其他半导体元件的工作。
权利要求1.一种大功率半导体的冷却装置，包括正、负极板(6)和冷凝翅片管(7)，其特征在于两极板(6)分别与以密封方式附接于极板(6)上的蒸发腔盖(9)一起构成相互独立的蒸发腔(10)，蒸发腔(10)与冷凝翅片管(7)相通，内充有在工作温度下能产生相变的工作介质(8)。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述的极板(6)在位于蒸发腔(10)内的表面(5)上有沟槽。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述的极板(6)在位于蒸发腔(10)内的表面(5)上有密集小孔。
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述的工作介质(8)是氟里昂。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述的工作介质(8)是丙酮。
6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述的蒸发腔盖(9)以螺纹联接方式附接于极板(6)上构成蒸发腔(10)。
7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述的蒸发腔盖(9)以锥面联接方式附接于极板(6)上构成蒸发腔(10)。
专利摘要本实用新型公开了一种大功率半导体的冷却装置，它包括正、负极板和冷凝翅片管，其特征是两极板分别与以密封方式附接于极板上的蒸发腔盖一起构成相互独立的蒸发腔，蒸发腔与冷凝翅片管相通，内充有在工作温度下能产生相变的工作介质。本实用新型使半导体的极板直接浸泡于工作介质中，使冷却效果大大增强，且半导体正、负两极的冷却装置相互独立，避免了装置的绝缘问题。
文档编号H01L23/34GK2062116SQ8921911
公开日1990年9月12日 申请日期1989年12月25日 优先权日1989年12月25日
发明者奚旸 申请人:江西省科学院能源研究所