一种功率模块的自驱动散热结构制造技术

一种功率模块的自驱动散热结构，包括内部散热结构、外部被动散热装置和冷却流体，内部散热结构集成到功率模块中，内部散热结构通过流体管道与外部被动散热装置连通，外部被动散热装置布置在高于内部散热结构的位置，冷却流体在内部散热结构与外部被动散热装置之间循环流动，具体为：内部散热结构内的冷却流体吸收功率模块的热量后体积膨胀流入外部被动散热装置，外部被动散热装置将冷却流体的热量传递到环境中，冷却流体冷却后在重力作用下回流到内部散热结构。本发明专利技术散热效率高，无需外部能量驱动，且不额外增加功率模块封装体积。且不额外增加功率模块封装体积。且不额外增加功率模块封装体积。

【技术实现步骤摘要】
一种功率模块的自驱动散热结构


[0001]本专利技术涉及功率模块散热结构，具体是涉及一种功率模块的自驱动散热结构。

技术介绍

[0002]功率半导体器件在现代社会的工业和生活中被广泛应用于控制和电能转换。随着功率密度和开关频率的不断增加，器件产热带来高热通量，高的工作温度对器件的工作特性影响很大而且严重威胁着器件运行的可靠性，因此研究功率器件的热管理势在必行。
[0003]而目前器件的散热方式主要采用风冷，然而，尽管通过强制风冷可以提高一定的散热，但风冷和冷板的冷却方式已经接近物理极限，无法满足大功率器件的散热需求。液体冷却的散热潜力虽然更大，但直接水冷的方式用水量巨大，不利于环保要求。因此，更高效节能的微通道冷却方式获得了广泛关注。
[0004]微通道结构因为结构小且方便集成到各层封装结构上，有望实现功率器件的近结热管理，极大的减小传导热阻和增加传热系数。但与所有其他主动散热结构一样，微通道散热结构的运行仍需要额外的能量输入。而随着信息技术更广泛的应用，用于驱动冷却装置运行的能量消耗将是巨大的，这严重阻碍了功率模块在实际中的应用。因此，专利技术一种在高冷却效率的同时实现无需外部能量驱动的功率器件热管理结构是必要的。
[0005]近年来也有不少的无源冷却结构，都是利用温差产电，然后驱动不同的冷却装置对热电装置冷端进行冷却。但是此类无源冷却的封装却存在封装尺寸过大的问题，并且冷却装置远离热源使得传导热阻增加，降低了整体的散热效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提供一种散热效率高，无需外部能量驱动的功率模块的自驱动散热结构，且不额外增加功率模块封装体积。
[0007]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种功率模块的自驱动散热结构，包括内部散热结构、外部被动散热装置和冷却流体，内部散热结构集成到功率模块中，内部散热结构通过流体管道与外部被动散热装置连通，外部被动散热装置布置在高于内部散热结构的位置，冷却流体在内部散热结构与外部被动散热装置之间循环流动，具体为：内部散热结构内的冷却流体吸收功率模块的热量后体积膨胀流入外部被动散热装置，外部被动散热装置将冷却流体的热量传递到环境中，冷却流体冷却后在重力作用下回流到内部散热结构；所述内部散热结构包括微通道和歧管结构，微通道设于下铜层、陶瓷层或上铜层上，歧管结构设于基板、下铜层或陶瓷层上，微通道与歧管结构相对垂直并相连通；歧管结构通过流体管道与外部被动散热装置连通。
[0008]进一步，所述流体管道包括流体流入管道和流体流出管道，流体流入管道、外部被动散热装置、流体流出管道、内部散热结构、流体流入管道依次连通，形成管道循环结构，冷却流体在该管道循环结构内循环流动。
[0009]进一步，所述基板上设有两个歧管连接通道，一个歧管连接通道与歧管结构的进
水口相连通，另一个歧管连接通道与歧管结构的出水口相连通；所述流体流入管道包括第一流入管道和第二流入管道，第一流入管道与第二流入管道之间通过流体入口转接头连接，第一流入管道与外部被动散热装置连接，第二流入管道通过带反向止逆阀的转接头与一个歧管连接通道连接；所述流体流出管道包括第一流出管道和第二流出管道，第一流出管道与第二流出管道之间通过流体出口转接头连接，第一流出管道与外部被动散热装置连接，第二流出管道通过带正向止逆阀的转接头与另一个歧管连接通道连接。
[0010]进一步，所述冷却流体选用低沸点的冷却流体。
[0011]进一步，所述低沸点的冷却流体是指沸点低于80℃的流体。
[0012]进一步，所述低沸点的冷却流体采用氟化液。
[0013]进一步，所述外部被动散热装置为翅片散热结构。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：本专利技术利用微通道及歧管结构中的流体汽化或者热膨胀带来的体积变化，迫使携带热量的流体流动，并经由外部被动散热装置将热量传递到环境中。在不额外增加功率模块封装体积的情况下，实现功率模块的冷却散热，散热效率高，无需外部能量驱动。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
[0016]图2是图1所示实施例的功率模块封装结构三轴示意图。
[0017]图3是图1所示实施例的功率模块封装结构俯视图。
[0018]图4是图1所示实施例的功率模块封装结构单边主视图。
[0019]图5是图1所示实施例的微通道结构示意图。
[0020]图6是图1所示实施例的上铜层、下铜层与陶瓷层连接示意图。
[0021]图7是图1所示实施例的歧管结构示意图。
[0022]图8是图1所示实施例的仿生瓣膜结构示意图。
[0023]图9是图1所示实施例的功率模块封装剖面图。
[0024]图10是图1所示实施例的外部被动散热装置结构示意图。
[0025]图中：1—外部被动散热装置；1a—翅片散热结构；2—流体管道；2a—流体流入管道；2b—流体流出管道；3—功率模块；4a—带反向止逆阀的转接头；4b—带正向止逆阀的转接头；4
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1—仿生瓣膜；5a—流体入口转接头；5b—流体出口转接头；6—功率端子；7—芯片；8—焊料；9—上铜层；10—陶瓷层；11—下铜层；11a—微通道；12—基板；12a—歧管结构；12b—歧管连接通道；13—防水双面胶；14—封装外壳。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0027]参照图1
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图10，本实施例功率模块的自驱动散热结构包括内部散热结构、外部被动散热装置1和冷却流体，内部散热结构集成到功率模块3中，不改变功率模块3封装形式和基本尺寸，内部散热结构通过流体管道2与外部被动散热装置1连通，外部被动散热装置1布置在高于内部散热结构的位置，冷却流体在内部散热结构与外部被动散热装置1之间循环流动，具体为内部散热结构内的冷却流体通过热交换吸收功率模块3的热量后体积膨胀流
入外部被动散热装置1，外部被动散热装置1将冷却流体的热量传递到环境中，冷却流体冷却后在重力作用下回流到内部散热结构。因本专利技术并未对功率模块3中的原有封装结构及尺寸进行更改，且并不影响本专利技术的封装设计，所以省去了键合线，功率端子6等的示意图。
[0028]功率模块3封装主体结构不变，功率模块3的封装结构为：从上至下依次为芯片7、焊料层8、上铜层9、陶瓷层10、下铜层11，防水双面胶13和基板12，功率模块3的封装结构外设有封装外壳14。
[0029]内部散热结构包括微通道11a、歧管结构12a，微通道11a设于下铜层11上，歧管结构12a设于基板12上，微通道11 a与歧管结构12a相对垂直并相连通，歧管结构12a通过流体管道2与外部被动散热装置1连通。基板12上设有两个歧管连接通道12b，一个歧管连接通道12b与歧管结构12a的进水口相连通，另一个歧管连接通道12b与歧管结构12a的出水口相连通。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率模块的自驱动散热结构，其特征在于：包括内部散热结构、外部被动散热装置和冷却流体，内部散热结构集成到功率模块中，内部散热结构通过流体管道与外部被动散热装置连通，外部被动散热装置布置在高于内部散热结构的位置，冷却流体在内部散热结构与外部被动散热装置之间循环流动，具体为：内部散热结构内的冷却流体吸收功率模块的热量后体积膨胀流入外部被动散热装置，外部被动散热装置将冷却流体的热量传递到环境中，冷却流体冷却后在重力作用下回流到内部散热结构；所述内部散热结构包括微通道和歧管结构，微通道设于下铜层、陶瓷层或上铜层上，歧管结构设于基板、下铜层或陶瓷层上，微通道与歧管结构相对垂直并相连通；歧管结构通过流体管道与外部被动散热装置连通。2.如权利要求1所述的功率模块的自驱动散热结构，其特征在于：所述流体管道包括流体流入管道和流体流出管道，流体流入管道、外部被动散热装置、流体流出管道、内部散热结构、流体流入管道依次连通，形成管道循环结构，冷却流体在该管道循环结构内循环流动。3.如权利要求2所述的功率模块的自驱动散热结构，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，向籽蜓，武新龙，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：