[发明专利]基于环路热管的IGBT模块散热器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及IGBT模块的散热装置及其制造方法，具体涉及一种基于环路热管的IGBT模块散热器及其制造方法。

背景技术

在现有的技术领域中，大功率变流装置是风能发电的关键部件，承担着电能由交流变直流、直流变交流的功能，其工作功率的范围直接制约着风力发电机的额定发电量。而IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS（绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET（金属-氧化层-半导体-场效应管）的高输入阻抗和GTR（电力晶体管）的低导通压降两方面的优点。IGBT模块是高压大功率变流装置的关键部件。在高压大功率变流装置工作时，强电流的流通必然会发生能量的损耗，这部分能耗转化为热量，传递到IGBT模块中从而提高了IGBT模块的结点温度。当IGBT模块的结点温度小于某一个数值时，IGBT模块才能正常工作，而一旦超过这个范围，那么IGBT模块的性能将明显降低，不能正常工作，甚至损坏组件，这个允许的最大结点温度称为最大结温。为了保证IGBT模块能安全工作，要求结温必须控制在最大结温以下，一般要求不要超过65℃。当IGBT模块的结温每超过10℃时，整个电子系统的可靠性能就要降低50%。

为了能让IGBT模块正常工作，人们研究IGBT模块的散热器。环路热管技术是一种新型的冷却技术，目前已有用于解决大功率IGBT模块散热问题的产品。环路热管是一种传热效率极高的换热元件，冷、热流体间的热量传递是靠热管内工作介质蒸发和冷凝的相变过程来实现的，它的当量热导率可达金属的10³～10⁴倍。目前的IGBT模块的热管散热器工作原理是，热管的蒸发段的液态工作介质吸收IGBT模块传递过来的热量，发生汽化，气态工作介质沿热管流动到热管的冷凝段放热液化，液化后的液态工质在毛细芯的作用下回流到热管的蒸发段，这样使得热管内的工质不断往复地循环，而冷凝段工质放出的热量被热管外的空气或冷水带走。目前的环路热管的蒸发段设计呈U形，再将蒸发段固定于散热底座；与蒸发段连通的冷凝段也设计呈U形，且置于冷空气或冷水中散热。

这种IGBT模块的环路热管对IGBT模块的散热虽然起到一定的作用，但还是存在较大缺陷。如作用毛细芯驱动工作介质的循环，环路热管内的工作介质流动阻力较大，从而导致传热性能低。同时U形的蒸发段与散热底座的接触面各积有限，故对大功率的IGBT模块的散热需要布置很多根环路热管，从而导致散热器的面积非常庞大。而且一旦某一根环路热管出现损坏，就会导致IGBT模块的局部温度升高，影响整个电子元件系统的稳定性。同理，U形的冷凝段与冷空气或冷水的接触面积少，导致汽态的工作介质无法迅速液化，故散热效果差。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种体积小，散热效率高，稳定性好的基于环路热管的IGBT模块散热器及其制造方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本基于环路热管的IGBT模块散热器，包括基板、散热底座、水冷换热器和至少2根环路热管，所述IGBT模块固定于基板的正面，所述散热底座固定于基板的背面，所述环路热管的蒸发段固定于散热底座内，所述环路热管的冷凝段固定于水冷换热器内,所述蒸发段通过环路热管的连接段与冷凝段连通；所述冷凝段位于蒸发段的上方，所述蒸发段设置第一螺旋部，且自第一螺旋部的进液口至第一螺旋部的出汽口螺旋上升。

所述第一螺旋部的各个管道自内向外分布，且自内向外的各个管道的旋距依次增大，所述第一螺旋部的各个出汽口在圆周上等角度分布。

所述冷凝段设置第二螺旋部，且自第二螺旋部的进汽口至第二旋部的出液口螺旋下降。

所述第二螺旋部的各个管道自内向外分布，且自内向外的各个管道的旋距依次增大，所述第二螺旋部的各个进汽口在圆周上等角度分布。

所述环路热管的数量为4根。当环路热管的数量为4根据时，各个出汽口在圆周上以90°的等角度分布，各个进汽口在圆周上以90°的等角度分布。

所述水冷换热器的冷水入口管道位于冷凝段的上方，且与第二螺旋部中旋距最小的管道具有一定的角度，所述水冷换热器的冷水出口管道位于冷凝段的下方。当冷水入口管道与与第二螺旋部中最小旋距的管道具有角度时，冷水在水冷热器内的流动为螺旋下降的流动，同时沿着冷凝段的管道的螺旋下降，这可增大冷水的流体扰动，从而强化传热。