开关管散热组件

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种开关管散热组件。

背景技术

随着材料科学、电子信息技术以及封装技术等基础科学的发展，开关管(如IGBT或MOS管)因为价格、性能等方面的原因逐渐被分立式开关管(如IGBT)器件所替代。在开关电源及光伏逆变器等领域，开关管(如IGBT)已取得广泛应用。但是在实际应用中，开关管(如IGBT)的安装固定影响着开关管(如IGBT)的性能和可靠性，进而影响到产品的质量。对于一些较大功率的场合，开关管(如IGBT)本身的自然散热和辐射散热已经不能满足开关管(如IGBT)的散热需求，往往需要给开关管(如IGBT)安装散热器以增大模块的散热面积进行辅助散热。

开关管在运行中产生大量热量，若不能及时带走将会影响电力系统设备运行稳定性和可靠性。现有技术中，开关管安装占用空间位置过大，对开关管的散热不充分。

发明内容

本发明实施例中提供一种开关管散热组件，以解决现有技术中开关管安装占用空间位置过大且开关管的散热不充分的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种开关管散热组件，包括：换热板，换热板内部设置有流通冷却液的通道，换热板的两侧均形成换热面；多个开关管，所有开关管分别布置在换热板的两侧。

进一步地，通道呈S型布置。

进一步地，通道包括多个直线段流道，直线段流道并行布置，所有直线段流道沿换热板铺开布置。

进一步地，换热板上设置有冷却液进口端和冷却液出口端，冷却液进口端和冷却液出口端与通道连通。

进一步地，还包括：安装块，安装块可拆卸地连接在换热板上，安装块的位置与冷却液进口端和冷却液出口端对应设置，安装块上设置有与冷却液进口端和冷却液出口端连通的连通口，冷却液管路通过连通口与通道连通。

进一步地，冷却液进口端和冷却液出口端同时位于换热板的同一边。

进一步地，冷却液进口端和冷却液出口端相邻设置。

进一步地，冷却液进口端和冷却液出口端位于换热板的同一侧。

进一步地，还包括：防垢件，防垢件可转动地设置在通道内，防垢件的外径小于通道的内径。

进一步地，防垢件包括：螺旋纽带，螺旋纽带悬浮在通道内，螺旋纽带沿自身中心轴可转动，螺旋纽带在水流冲击后进行转动。

进一步地，螺旋纽带至少包括两个，两个螺旋纽带之间通过柔性连杆连接。

进一步地，防垢件还包括固定环，固定环位于防垢件的两端并与对应的螺旋纽带连接，固定环的外周与通道匹配，固定环的轴线与螺旋纽带的中心轴共线。

进一步地，还包括：安装框架，安装框架连接在换热板上，安装框架具有安装槽，开关管安装在安装槽内，开关管通过安装框架固定连接在换热板上。

进一步地，开关管的底面涂有导热层，开关管通过螺钉安装在安装槽内。

进一步地，安装槽的槽深小于开关管的高度，开关管的连接点高于安装框架。

进一步地，安装框架为多个，安装框架分别位于换热板的两侧，所有安装框架相对于换热板对称设置。

进一步地，还包括：固定柱，固定柱穿设在换热板上并贯穿换热板的两侧，每两个位于换热板两侧的安装框架与固定柱对应设置；固定螺钉，固定螺钉穿过安装框架并螺接在固定柱上，每两个位于换热板两侧的安装框架通过固定螺钉连接在固定柱上。

进一步地，固定柱为铜柱。

将开关管布置在换热板的两侧，呈现双面布置，可以有效地利用换热板的换热面，增加了换热效率，对开关管的散热更加充分。而且，相比于现有技术中开关管都是单侧散热的结构来说，本发明的开关管散热组件还能有效地节省空间。

附图说明

图1是本发明实施例的开关管散热组件的结构示意图；

图2是图1的开关管散热组件的俯视示意图；

图3是图1的开关管散热组件的内部结构示意图；

图4是图1的开关管散热组件的换热板的结构配合示意图；

图5是图1的开关管散热组件的防垢件的结构示意图；

图6是本发明实施例的开关管散热组件的爆炸结构示意图；

图7是图6的开关管散热组件的安装框架的结构示意图；

图8是本发明实施例的开关管散热组件的立体结构示意图；

图9是图8的开关管散热组件的内部安装配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供了一种开关管散热组件，开关管散热组件包括换热板10和多个开关管30，换热板10内部设置有流通冷却液的通道20，换热板10的两侧均形成换热面。所有开关管30分别布置在换热板10的两侧。

将开关管(如IGBT)布置在换热板10的两侧，呈现双面布置，可以有效地利用换热板10的换热面，增加了换热效率，对开关管的散热更加充分。而且，相比于现有技术中开关管都是单侧散热的结构来说，本发明的开关管散热组件还能有效地节省空间。

通道20呈S型布置。S型的通道20可以使自身流通长度增加，最大化提升了换热性能。S型的通道20采用埋铜管设计，也就是上述的通道20布置在换热板的内部。

优选地，S型的通道20其具体形状可以参见图3和图4，通道20包括多个直线段流道21，直线段流道21并行布置，所有直线段流道21沿换热板10铺开布置。相邻的两个直线段流道21通过弯曲段连接的，多个直线段流道的布置与普通串行布置相比流道更长，直线段流道21的布置方式可以使换热板10都具有很强的换热能力，可提高换热板10的均温性，结构简单。

优选地，结合图2至图4所示，换热板10上设置有冷却液进口端11和冷却液出口端12，冷却液进口端11和冷却液出口端12与通道20连通。外部的冷却液由冷却液进口端11(冷端)进入到通道20内，经过换热后冷却液由冷却液出口端12(热端)流出。

为了方便安装，开关管散热组件还包括安装块40，安装块40可拆卸地连接在换热板10上，安装块40的位置与冷却液进口端11和冷却液出口端12对应设置，安装块40上设置有与冷却液进口端11和冷却液出口端12连通的连通口41，冷却液管路通过连通口41与通道20连通。外部的冷却液管路均是密封连接在连通口41内，然后通过安装块40固定在换热板10上，进而达到冷却液管路与通道20的互通并通入冷却液。安装块40不仅起到安装固定作用，而且还能到了密封连接的作用，使冷却液管路在连通时不会发生泄漏现象。本实施例中，安装块40通过固定销连接在换热板10上。

为了提高换热板10的均温性，将通道20布置为逆流式，即冷却液进口端11和冷却液出口端12同时位于换热板10的同一边。本处换热板的同一边是指换热板其中一个侧边，可以参见图3和图4，也就是说，冷却液由一个位置区域进入通道20，就由同一个位置区域流出。

优选地，冷却液进口端11和冷却液出口端12相邻设置。参见图3和图4，冷却液进口端11和冷却液出口端12是相邻的，并且可以由一个安装块40完成冷却液管路对接。

冷却液进口端11和冷却液出口端12位于换热板10的同一侧。换热板10一般呈矩形板状，换热板10既具有两个面积最大的换热面(布置开关管的换热面)，还具有多个侧面，只要是处于同一个侧面，那么就可以是位于换热板10的同一侧。

基于增强近壁面区域流体扰动的强化传热方式虽然使换热能力得到了一定程度的强化，但同时也付出了流体阻力过大增加的代价。实现管内核心区域温度的均匀，并且尽可能增加温度均匀区域的范围，这样就能够使热边界层的厚度减薄，通过增大热边界层的温度梯度以增加边界层的导热，从而实现换热增大的目的。

基于核心流原理，本发明增加了扰动和防垢结构。结合图4和图5，开关管散热组件还包括防垢件50，防垢件50可转动地设置在通道20内，防垢件50的外径小于通道20的内径。防垢件50不仅可以实现在通道20旋转转动，清除通道内壁的污垢，还可以对边界层扰动增大，使靠近边界层位置的流体温度梯度增大，强化整体的换热效果。

防垢件50包括螺旋纽带51，螺旋纽带51悬浮在通道20内，螺旋纽带51沿自身中心轴可转动，螺旋纽带51在水流冲击后进行转动。螺旋纽带51在管程水流的冲刷下，螺旋纽带51的迎水面受水流的冲击而旋转，防止管壁污垢的产生。本实施例中，螺旋纽带51是四边纽带结构，当然也可以是其他数量的螺旋纽带。

优选地，螺旋纽带51至少包括两个，两个螺旋纽带51之间通过柔性连杆52连接。间隔的两个螺旋扭带之间存在h＝1/2D间隙，使得流动阻力增长幅度减小，保证整体的综合强化传热效率呈现增长的趋势。螺旋纽带51本实施例中均设置在直线段流道21内，螺旋纽带51规则布置。

防垢件50还包括固定环53，固定环53位于防垢件50的两端并与对应的螺旋纽带51连接，固定环53的外周与通道20匹配，固定环53的轴线与螺旋纽带51的中心轴共线。螺旋纽带51间由柔性连杆52进行连接，连固定环53与管壁进行定位，螺旋纽带51可以绕中心轴自由旋转，防垢件50整体悬浮在换热管中。

通道20沿开关管(IGBT功率模块)呈竖向(图中方向)布置，使冷却液在换热板内的竖向流动距离最大化，延长冷却液在换热板内流动的时间。保证冷却液在换热器内部全程维持湍流状态，冷剂与开关管进行充分换热，提高散热效果。换热板的材质为6061铝合金，通道20的管道材质为纯铜。

参见图6至图9，开关管散热组件还包括安装框架60，安装框架60连接在换热板10上，安装框架60具有安装槽61，开关管30安装在安装槽61内，开关管30通过安装框架60固定连接在换热板10上。用于安装开关管30(IGBT)的安装框架60采用绝缘导热材料，开关管30的模块底面和四周表面均与安装框架60接触导热，这种结构配合与开关管30(IGBT)直接安装在换热板10表面相比，接触面积增大，使开关管30(IGBT)换热效果更充分。通过安装框架60进行安装，保证开关管与换热板之间具有电气距离，确保充分的电气隔离。

开关管30的底面涂有导热层，开关管30通过螺钉安装在安装槽61内。安装时，将开关管背后涂抹导热层(如导热硅脂)，安装在安装槽61内，并通过内六角螺钉将开关管固定在安装框架60上。开关管30的背面与安装槽61可能存在较小缝隙，通过涂抹导热硅脂可以增加接触面积，进而增大散热表面积。

安装槽61的槽深小于开关管30的高度，开关管30的连接点高于安装框架60。开关管30的连接点位于安装框架60外部，这种方便开关管30进行电连接。

如图6和图8，安装框架60为多个，安装框架60分别位于换热板10的两侧，所有安装框架60相对于换热板10对称设置。也就说，如换热板10的一侧是6个安装框架60，另一侧也是6个安装框架，而且两两对称设置，整体也是对称设置的。

具体结合图9所示，开关管散热组还包括固定柱71和固定螺钉72，固定柱71穿设在换热板10上并贯穿换热板10的两侧，每两个位于换热板10两侧的安装框架60与固定柱71对应设置。固定螺钉72穿过安装框架60并螺接在固定柱71上，每两个位于换热板10两侧的安装框架60通过固定螺钉72连接在固定柱71上。对称设置在换热板10两侧的两个安装框架60通过固定柱71和固定螺钉72相对固定，而且同时连接在换热板10上。这样的结构设置可以使整体结构更加紧凑，固定柱71的结构是穿设在换热板10上的，进而能够增加安装框架60的换热效果。

进一步优选地，固定柱71为铜柱。固定柱71采用铜柱，一方面是铜导热性较好，相比金银成本低，另一方面是换热板材料一般选用铝，这种材料区别可以防止同种材料紧密接触产生渗透导致卡死。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。