[发明专利]一种复合散热结构及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及散热领域，特别涉及大功率电力电子功率器件的散热以及封装。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。大功率电力电子IGBT模块在国民经济各个领域中应用越来越广泛，特别是在轨道交通、智能电网、电动汽车、风能、太阳能等领域具有举足轻重的作用，成为目前世界学术界及工业领域研究的热点。随着对IGBT模块的功率密度、应用温度、可靠性等性能要求越来越高，芯片内部发热功率也在急剧增加，器件最大工作温度已接近175℃。为了满足大电流、高功率密度应用需求，芯片结温必须要控制在一个合理的范围内。

热管是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导的一种结构。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。

水冷散热也叫液冷，主要是使用液体譬如水等流过管道，带走热量。水冷散热是目前散热效率最高的一种散热方式。

现有的散热方式均是单一的散热，如单纯的液冷、风冷等，散热效果比较一般，为了满足大电流、高功率密度应用需求，需要提供一种能够高效散热的方式。

发明内容

本发明的目的是针对目前大功率IGBT散热的高要求形势下，为了满足大电流、高功率密度应用需求，提供一种能够高效散热的方式。本发明的另一目的是根据目前已有的大功率IGBT封装模块的散热方式及发展方向，提出封装结构方面的改进，尤其是铜基板散热结构部分的改良，实现了功率模块的高散热要求。

本发明提供一种用于大功率IGBT的冷却方法，使用了两种散热结构的结合，适用于大功率IGBT模块，也适用于SiC器件模组。本发明使用铜基板构成的微热管与液流通道的结合，液流通道通过热管内部，供冷却液体通过。

本发明采用的技术方案如下：

一种复合散热结构，其包括铜基板，所述铜基板包括两部分：上端和下端，以及金属管；所述上端和下端构成真空腔体，在所述腔体的内壁部分烧结一层铜，或者采用细铜丝编织的铜丝网，所述金属管横穿所述真空腔体。

其中，所述铜基板热管内部结构可以采用圆形，方形。

优选的，在所述真空腔体内部设置几个支撑凸台，以提高腔体的刚度。

优选的，所述上端和下端在真空环境下进行密闭，或者在密闭之后将内部抽成真空。

优选的，所述金属管采用不锈钢或者其他金属材料制成。

本发明还提供一种热管液冷复合散热结构的铜基板的制作工艺，包括以下步骤：首先加工出具有内腔的铜基板，冷凝端及蒸发端的部分烧结出一定厚度的铜层，形成毛细层；在铜基板宽侧打孔，将金属管装配进去，形成液体管道；之后将铜基板密封成真空，构成微热管。

另外，本发明还提供一种大功率IGBT封装结构，其包括上述复合散热结构，其中所述铜基板封装在塑料外壳之中，所述外壳内部设置有二极管芯片、IGBT芯片，铝丝，最下层为DBC层、电极设置在所述外壳外面。

由于铜基板结构为内部真空的微热管结构，上部为冷凝端，下部为蒸发端，其中冷凝端及蒸发端部分有烧结成型的毛细结构，有利于蒸汽在冷凝端冷凝成液体，回流到蒸发端。热管的中间部分为多列微型管道，可以使冷却液通过，加速蒸汽在冷凝端的冷却过程。相比传统的普通热管，冷却效率又增加了不少。本发明可以用于大功率IGBT散热以及其他需要散热的电力电子领域。

附图说明

图1A是本发明的实施例的一个结构示意图；

图1B是本发明的实施例的剖面示意图；

图2A是本发明的实施例铜基板基本结构图；

图2B是本发明的实施例铜基板结构剖视图；

图2C是本发明的实施例铜基板侧面剖视图；