[发明专利]流分布器

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布冷却剂的流分布器。具体地讲，本发明涉及一种提供比现有技术分布器更有效和更经济的冷却的流分布模块。

背景技术

通常把功率半导体安装在衬底上，所述衬底包含每一侧均具有金属层的电绝缘层。可以把功率半导体安装在具有用作连接半导体各个端子的电路的第一金属层的绝缘层的第一侧。当半导体处于工作状态时，半导体会产生热量，这一热量透过第一金属层、透过绝缘层、然后透过附接于绝缘层的相反侧的第二金属层。于是，例如可以使用与第二金属层相接触的冷却剂从半导体转移热量。尽管在许多应用中这一做法是足够的，然而在某些情况下，为了缩短热路径长度并从而增加从半导体转移热量的速率，让冷却剂尽可能接近绝缘层地输送是有益的。

已经建议：在第二金属层中形成流体流通道，于是可以使冷却剂更近地流至绝缘层。这一方案具有如下缺点：传统上，金属层的厚度被限制为最多为大约1毫米，从而导致极窄的通道，这致使流阻增加和流量降低。这样的通道也易遭阻塞并导致可靠性的降低。

对上述方案的修改是，建立包含若干薄层的厚金属层，每一个层包含孔图案，当组装时，这些孔形成一组适合于输送冷却剂的流通道。尽管进行了这一改进，但这一方案仍仅允许形成相对窄的通道，并且具有上述缺点。另外，若干金属层的组装也是昂贵的工艺，从而导致该已知方法的明显的商业缺陷。

发明内容

本发明的一个目的旨在提供一种能够提供比已知技术更均匀的冷却的流分布器。

本发明的另一个目的旨在提供一种能够提供比现有技术流分布器更高冷却效率的流分布器。

本发明的再一个目的旨在提供一种能够提供更好热传递，同时维持跨流分布器的低压力降的流分布器。

本发明还有一个目的旨在提供一种能够比已知流分布器更简单并且能够更便宜地加以制造的流分布器。

根据本发明，通过提供一种通过冷却体对流体流进行分布的流分布器，可以实现上述和其它目的，所述流分布器包含：

- 进口集管

- 出口集管

- 一或多个流槽，每一个流槽设置为把进口集管和出口集管流畅地互相连接，每一个流槽包含与进口集管进行流体传递的槽进口、与出口集管进行流体传递的槽出口、以及用于引导从槽进口到槽出口的流体流的流通道，其中，流分布器形成在直接接合到将被冷却的绝缘层的固体层中。

可以由与绝缘层相同的材料形成固体层，或者可以使用不同的材料形成固体层。

这样的流分布器有助于绝缘层的更均匀的冷却，因为每一个流槽对绝缘层的一小部分进行冷却，并且直接从进口集管提供冷却剂以及直接向出口集管排放。

另外，由于直接在固体层中形成流分布器，所以从将被冷却的绝缘层到冷却剂的热路径长度极短。因此，流分布器的冷却效率极高。

直接接合到绝缘层的方法可以为熔融接合、共晶接合或者其它合适的方法。

流体优选为液体，然而可以替换地为气体或者气体与液体的混合。

流分布器包含进口集管、出口集管以及一或多个流槽。把每一个流槽设置为把进口集管和出口集管流畅地互相连接。因此，流体经由一或多个流槽从进口集管导向出口集管。进口集管将流体分布到流槽，并且来自流槽的流体被收集在出口集管中。可以把进口集管有利地流畅地连接到提供冷流体的流体源。相类似，可以把出口集管有利地流畅地连接到用于收集已经被引导通过流槽的流体的流体排放口。流体可以再循环，在这一情况下，可以有利地把热交换器设置在出口集管和进口集管之间，以避免被引导通过流槽的流体的温度增加。

绝缘层可以具有在以下两方面之间加以折衷的厚度，即，一方面在制造期间易于处理，另一方面可以安装在远离流分布器的绝缘层侧的热生成部件所产生的热量易于传输。在一个实施例中，绝缘层的厚度为0.38mm，例如0.2mm~0.5mm，例如0.1mm~1mm，例如0.01mm~10mm。

绝缘层可以包括陶瓷。合适的陶瓷的示例包括氮化硅、氮化铝以及氧化铝。

可以通过压铸（die casting）形成所述进口集管、所述出口集管以及所述一或多个流槽。与其它在固体中形成通道的方法相比，这样的方法是便宜的，因此，与其它可比的产品相比，按这一方式制造的流分布器制造起来更简单和更便宜。

固体层可以包含诸如铝或者铝合金的金属，或者包含合适的塑料材料。

流分布器的厚度至少为0.5mm，也可以为50mm或者更厚。这样的厚度能够使流分布器包含宽的通路，从而提供更好的热传递，同时维持跨流分布器的低压力降。