[发明专利]一种大功率平板整体式相变散热方法及散热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用热传导散热的散热器散热方法及装置，尤其是指一种相变(或热管)散热技术散热的散热器散热方法及散热器，国际专利分类号为F28B1/00，由于相变散热技术有高效节能的优点，该类型的散热器有了广泛的应用(如热管散热器)，本发明的技术主要用于大功率半导体元件用散热器。

背景技术

大功率整流(变流)装置中使用半导体元件作开关器件，为了减少单个桥臂元件并联的数量，均趋向于使用大元件，如电力机车用整流装置由原来一个桥臂用6个2英寸晶闸管串、并联，到现在的一个桥臂只用一个5英寸晶闸管，单个半导体元件的发热功耗达数千瓦。所以，要求配套的散热器有更高的散热能力，而且要在有限的空间里实现散热。由于相变类散热器具有高效节能的特点，所以，在大功率半导体元件散热领域有了越来越多的应用。

目前一般使用的相变类散热器由圆形热管、散热翅片和基板(固定发热元件)组成，优点是技术成熟。其不足之处：由于热管与散热片及基板的连接是一种装配结构，在散热器的热阻要求很小的应用场合，接触热阻影响较大，受工艺的影响也较大，散热效率受到限制；另外，通过多根热管的排列来实现较大热功率的传输，基板的温度会不均匀，而且这种温差会随功率增加而变大，对半导体元件的影响是不利的。为了有效解决大功率半导体元件散热问题，很有必要对此加以研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决大功率半导体元件散热问题，提出一种散热效果更好，且温差小，能满足机车整流装置用大功率半导体元件的散热要求的散热方法及散热器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种大功率半导体散热器，应用相变散热的原理，采用平板整体式相变散热的方式进行散热的散热器。并在平板整体式散热器内腔的蒸发段增加毛细吸液芯，在毛细吸液芯在元件所在的发热区域均布开有垂直窄槽，通过窄槽露出的内腔发热表面形成的液态工质膜实现高效的相变换热。

所述的散热器散热具体方式是：采用垂直放置的平板整体式散热器，通过在散热器内腔下部的蒸发段增加毛细吸液芯，且毛细吸液芯在元件所在的区域均布开垂直窄槽，通过毛细吸液芯含水，在窄槽露出的内腔发热表面形成液态工质膜，这层液态工质膜从发热表面吸热，相变成气态工质后直接进入散热器空腔，通过散热器内腔上部冷凝段放热相变成液态工质，从散热器内腔表面分布的垂直的微形沟槽流回蒸发段，实现循环相变散热；对于单面发热源的情形，将散热器内腔的3面回流截流并导入蒸发段的发热面，将传热路径降致最低。通过散热器内腔上部冷凝段放热相变成液态工质，从散热器内腔表面分布的垂直的微形沟槽流回蒸发段实现高效的相变散热。

根据上述原理所开发的大功率半导体散热器，为平板整体式结构，垂直放置，包括散热本体、散热翅片和铜板台面，散热本体内为空腔结构，外部为散热翅片，在散热本体空腔结构的蒸发段内设有能提高散热效率的均布垂直窄槽的毛细吸液芯，整个空腔内表面分布垂直的微形沟槽起液态工质的回流作用。散热本体的内腔下端为蒸发段，毛细吸液芯安装在散热本体内腔下端蒸发段上。毛细吸液芯为腔体结构，由铜粉烧结而成。在毛细吸液芯对应元件发热的高度位置均布有垂直窄槽，槽宽0.8～1.5mm，能保证此处的内腔表面形成液态工质膜，液态工质膜吸热相变成蒸汽能直接进入散热本体的空腔。对单面发热源的散热，在毛细吸液芯上设有截流块，截流块位于毛细吸液芯的上部，截流块在散热本体内腔内形成三面截流结构，并将回流液态工质导入唯一的发热面。

在所述的散热本体内腔中间有加强筋，保证铜板台面的刚性。内腔的整个表面分布有垂直均布的微形(毛细)沟槽，起液态工质的回流作用。散热本体外面是散热翅片，散热翅片表面为曲面能增加散热面积。

在散热本体上、下设有堵头，散热本体通过上、下堵头与本体焊接形成密封内腔。散热本体及散热翅片材料均为铝合金，整体化学镀镍，台面钎焊铜板，发热元件就安装在此台面，实现铜-铜接触，降低接触热阻。

散热本体内腔的上部为冷凝段，冷凝段的外部为一体的散热翅片，由翅片将热量传入空气中。铜板台面位于散热本体的下部。

主要结构特点在于：

1.用挤压成形工艺将平板矩形内腔，包括内腔表面的垂直毛细沟槽，以及外部散热翅片一次性成型，获得整体式结构，再用机加工形成元件安装平台和安装孔。