[发明专利]冷却装置

说明书

一种冷却装置，用于冷却功率器件，诸如半导体功率器件，所述冷却装置包括外壳，所述外壳具有围绕基板的周边的侧壁以及与所述基板相对的盖板。所述外壳形成腔，冷却流体可在设置于所述外壳中的入口与出口之间流动通过所述腔。所述腔内被提供有一个或多个挡板，所述一个或多个挡板被布置为迫使冷却流体沿着迷宫式路径在所述入口与所述出口之间流动通过所述腔。至少一个所述挡板包括至少一个通孔，所述至少一个通孔允许冷却流体从挡板的一侧穿过其中到达另一侧。

技术领域

本发明涉及冷却装置，特别是适用于功率半导体器件的冷却装置。

背景技术

功率模块在工业中广泛用于控制多相电机。在过去的十年中，电动马达和发电机作为可再生能源供应，在运输工具中作为内燃发动机的替代或辅助牵引单元，得到越来越多的应用。

本发明旨在通过更有效地去除以热的形式存在的废能来改善电源供应可操作的范围。

功率模块是为功率半导体器件开关提供高密度解决方案的便利方式，功率半导体开关是直流电(DC)到多相交流电(AC)和AC到DC电源供应的重要部件。功率半导体开关的高密度导致热损失的集中，这使部件的局部温度升高。大量的研究和开发工作集中在去除废热上，使得电源供应能够在更高的极限下运行，从而增加功率密度并提高机器可靠性。

领先的热量去除解决方案采用附接有针状翅片的散热器。流体(通常为水)经过腔室，功率模块针状翅片突出到该腔室中。针状翅片布置提供了大的表面积和低的湍流量以及低的混合量，这被认为是用于去除热量的最佳可用形式，然而迄今为止使用的现有技术方法未能充分利用流动冷却剂的热容量，并且已经确定可以进行改进以增加到流体的热传递。

热量去除的现有技术装置通常在其有效性方面受到损害，因为散热部件通常被流体连续冷却，并且靠近流体输送(fluid traverse)末端的装置可见较热的流体，因此冷却效率较低。靠近流体输送末端的装置首先达到其温度极限，并且整体模块额定值受到最热装置的限制。另外，不同的热去除导致功率器件中的不同的热应力，这可能对功率模块的寿命产生不利影响。

针状翅片式散热器的重要变量是入口歧管与出口歧管之间的压降，该压降由针本身引起，并且因用于将冷却剂流体引导到冷却腔内的低流量区域的偏转板而加剧。

鉴于现有技术中提供的针状翅片式冷却的缺陷，应当理解，需要一种冷却功率半导体的改进方法。

发明内容

根据本发明，提供一种冷却装置，包括：具有基板的外壳、围绕基板周边的侧壁、以及与基板相对的盖板，基板、侧壁和盖板布置为形成流体密封的腔，冷却流体能够流动通过该腔；从基板突出到腔中的针状翅片阵列；与腔流体连通的入口和出口，入口和出口被布置为使得在入口与出口之间流动的冷却流体经过针状翅片阵列流动通过腔；以及在基板与盖板之间延伸的一个或更多个挡板，并且在相对的侧壁之间沿着基板的一部分延伸，用于当冷却流体在入口与出口之间流动通过腔时为冷却流体提供迷宫式流动路径，其中，至少一个挡板包括至少一个通孔，冷却流体能够通过该至少一个通孔从挡板的一侧流动到另一侧。

有利地，配备具有通孔的挡板提供了与已知的冷却装置相比具有优异冷却能力的冷却装置。挡板为冷却流体提供曲折路径，迫使冷却流体经过更多的针状翅片，并且挡板中的通孔还提供冷却优势，因为更多的热量可传递到冷却流体，并且通孔还有助于减小冷却流体在入口与出口之间承受的压降。

冷却装置可在相应的挡板中包括多个孔，孔沿着挡板的长度的至少一部分布置成阵列。孔的阵列可包括两排或更多排的孔。孔排可彼此偏移。

在冷却装置中，入口和出口可位于外壳的同一侧壁中，或者，入口和出口可位于盖板中，与基板相对。

做为选择，入口可位于第一侧壁中，并且出口可位于不同于第一侧壁的第二侧壁中。第一侧壁和第二侧壁可彼此相对。入口和出口可彼此斜对。

针状翅片可安装在基板上并且热联接到基板。针状翅片还可附接到盖板。