一种铜铝复合水冷板及水冷板基板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种铜铝复合水冷板及水冷板基板，铜铝复合水冷板包括基板和盖板，基板上设置有冷却液流道，基板包括铜板和与铜板压合在一起的铝板，基板正面为用于安装模块器件的铜板，基板背面为铝板，冷却液流道设置在铝板部分。冷却液流道内部设有枣核状结构。水冷板基板背面的冷却液流道内部设有枣核状结构。铜铝复合水冷板具有铜的良好焊接性能和铝的高导热性和可加工性特点，结构紧凑，质量轻，流道布局方式采用枣核状结构，大大增加了冷却液的扰动效果，在增加换热面积的同时也会减少压损，该种流道结构能够大幅度提高大功率变流器功率模块用水冷板的散热效率，且流阻低，可靠性好，能满足高功率模块的散热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种铜铝复合水冷板及水冷板基板
本技术涉及散热

技术介绍
随着电子设备和电子元器件往小型化、轻量化方向发展，元器件的性能要求和功率密度要求进一步提高，由于器件本身的热电耦合特性，其损耗也随之增加。有研究表明，电子设备的常见故障中，由于电子设备温度过高导致设备不能正常工作的高达50%—60%，因此电子设备内的温升必须严格控制，以确保发热元件正常、可靠的运行，而运用良好的散热元件即电子水冷板对这些大功率器件散热是解决上述问题的必经之路。目前，主流机车上对变流器模块进行排热的散热器装置主要有水冷和风冷两种方式，风冷一般不适用于高功率密度模块的散热要求。而水冷方式中冷却液的对流换热系数高，水冷散热器的换热能力强，且占用空间小、布局紧凑，变流器模块中IGBT等大功率器件的冷却一般选用散热效率高的水冷散热方式。因铝材良好的焊接性、导热性和工艺性能，目前国内外常用的IGBT水冷板都是采用铝材结构，IGBT模块通过螺纹连接的方式，在模块表面与水冷板接触表面涂一层导热硅脂进行固定，元器件的热量通过水冷板内部冷却液带走，以达到散热的效果。传统的铝质水冷板，需要在模块与冷板之间直接涂导热硅脂，再通过螺栓紧固贴合，这样一方面会增加水冷板与模块之间的接触热阻，不利于热量消散；另一方面当导热硅脂干涸时如不及时更换，模块温度会迅速上升，增加了维护成本和后期使用风险。现有技术中，申请号为201620020908.3的中国技术公开了一种水冷散热板，包括下壳体以及设置在下壳体内的上壳体，所述上壳体与所述下壳体密封连接，所述上壳体为一体成型的铜铝复合基板，所述下壳体首尾两端开设有进水口和出水口，所述上壳体下部设有若干散热柱，若干所述散热柱均匀的排设在上壳体下部并扣设在下壳体内部的第一型腔内，所述下壳体内部设有弧形状凸起。申请号为201520138853.1的中国技术公开了一种水冷板，包括基板、盖板，盖板连接在基板的背面，基板背面设置有冷却液流道，冷却液流道包括依次相连的入口沉台、中间流道和出口沉台；中间流道采用并联加串联方式连接。中间流道包括若干个流动单元，若干个流动单元并联后其两端分别连接入口沉台和出口沉台；每个流动单元均包括三个浅沉台，其中二个浅沉台并联后与第三个浅沉台串联。以上现有技术，难以满足高功率模块的散热需求，且与被散热器件的固定连接方式单一。
技术实现思路
本技术要解决的问题是，针对现有铝质水冷板的不足，提供一种铜铝复合水冷板及水冷板基板，通过在冷却液流道内设置枣核状结构来增加流体扰动、减小流动阻力，从而提高散热效率；铜铝复合水冷板具有铜的良好焊接性能和铝的高导热性和可加工性特点，能满足高功率模块的散热需求，具有很高的传热效率和散热效果。本技术的技术方案是：一种铜铝复合水冷板，包括基板和连接在基板背面的盖板，所述基板上设置有冷却液流道，所述基板采用铜铝复合板结构，基板包括铜板和与铜板压合在一起的铝板，基板正面为用于安装模块器件的铜板，基板背面为铝板，冷却液流道设置在铝板部分。所述冷却液流道内部设有枣核状结构：冷却液流道内表面设置有若干枣核状突起，枣核状突起采用并排分布加串联排布相结合的方式排列在基板背面的冷却液流道内。所述冷却液流道为水道。所述基板背面设有定位凸台，盖板上设有与定位凸台相配合的凹槽，凹槽扣合于定位凸台上。所述基板背面周边还设有盖板槽，所述基板与盖板为采用凹凸配合法定位焊接和搅拌摩擦焊接形成的一体式结构。所述铜铝复合水冷板还包括固定在基板上的接头水嘴，冷却液流道两端均连接有接头水嘴。所述接头水嘴固定在铜面左边的二个角部。一种水冷板基板，所述基板上设置有冷却液流道，所述冷却液流道内部设有枣核状结构：冷却液流道内表面设置有若干枣核状突起，枣核状突起采用并排分布加串联排布相结合的方式排列在基板背面的冷却液流道内。所述水冷板基板还包括固定在基板上的接头水嘴，冷却液流道两端均连接有接头水嘴，冷却液流道与接头水嘴相连通。一种水冷散热方法，将铜板和铝板压合在一起制作成铜铝复合水冷板，其铜面直接与模块器件焊接为一体，从而减少接触热阻，提高系统可靠性；在铝面设置冷却液流道，在冷却液流道内设置枣核状结构：冷却液流道内表面设置若干枣核状突起，枣核状突起采用并排分布加串联排布相结合的方式排列，通过在冷却液流道内设置枣核状结构来增加流体扰动、减小流动阻力，从而提高散热效率。采用上述铜铝复合水冷板进行水冷散热；通过在铝面进行凹凸设计及搅拌摩擦焊接工艺的方式，降低漏水隐患风险，且解决了铜-铜或铜-铝之间无法进行焊接的工艺难点。上述铜铝复合水冷板的加工制作方法，包括如下步骤：步骤一：制作基板：A、准备好铜板和铝板，将铜板和铝板压合形成雏形基板；B、制作好接头水嘴，将接头水嘴通过搅拌摩擦焊接的方式固定在雏形基板铜面；C、对雏形基板铝面进行加工，先加工出冷却液流道，再在冷却液流道内加工生成枣核状结构，枣核状突起的排列采用并排分布加串联排布相结合的方式；在雏形基板背面加工出定位凸台和盖板槽，使冷却液流道和接头水嘴相连通，完成基板的制作；步骤二：制作盖板：准备好盖板原材料，制作盖板，在盖板上加工出与基板上的定位凸台相配合的凹槽，使盖板外形轮廓与基板上的盖板槽配合，盖板上的凹槽与基板定位凸台配合定位；步骤三：采用搅拌摩擦焊接工艺将盖板和基板焊接在一起，形成铜铝复合水冷板；步骤四：对铜铝复合水冷板表面进行精加工，完成铜铝复合水冷板的加工制作。铜铝复合水冷板具有铜的良好焊接性能和铝的高导热性和可加工性特点，结构紧凑，质量轻，能满足高功率模块的散热需求，具有很高的传热效率和散热效果，降低了维护成本和后期使用风险。水冷板基板（包括铜铝复合水冷板基板）上的流道布局方式采用枣核状结构并联加串联组合的排列方式，大大增加了冷却液的扰动效果，同时因枣核状突起特有的流线型结构，在增加换热面积的同时也会减少压损，该种流道结构能够大幅度提高大功率变流器功率模块用水冷板的散热效率，且流阻低，可靠性好。盖板通过搅拌摩擦焊接的方式连接在基板的背面，这样既能避开大面积焊接的漏水风险，又降低了铜与铜搅拌摩擦焊接或铜与铝搅拌摩擦焊接的焊接工艺难度。随着我国IGBT产业轻量化（这个也是铜铝复合水冷板产品的一个亮点和优点，本铜铝复合水冷板产品厚度薄且轻，面积小，可散热功率大）、集成化发展的趋势，整个产品布局紧凑，满足今后集成模块轻量化的发展要求。本铜铝复合水冷板的应用将会越来越广泛。附图说明图1是本技术铜铝复合水冷板的主视结构示意图；图2是本技术铜铝复合水冷板的左视结构示意图；图3是本技术铜铝复合水冷板的俯视结构示意图；图4是本技术中的基板的后视结构示意图；图5是沿图4中A-A线的剖视结构示意图；图6是沿图4中B-B线的剖视结构示意图；图7是本技术中的盖板的主视结构示意图；图8是沿图7中C-C线的剖视结构示意图；图中：1、基板,2、盖板，3、接头水嘴；11、铜板,12、铝板，121、水道，122、枣核状结构，123、定位凸台，124、盖板槽；21、凹槽。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步的详细阐述，以更为清楚地理解这种铜铝复合水冷板的新结构特征和运行方式。请参考图1至图8，本实施例的铜铝复合水冷板，包括基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铝复合水冷板，包括基板和连接在基板背面的盖板，所述基板上设置有冷却液流道，其特征是，所述基板采用铜铝复合板结构，基板包括铜板和与铜板压合在一起的铝板，基板正面为用于安装模块器件的铜板，基板背面为铝板，冷却液流道设置在铝板部分。

【技术特征摘要】
1.一种铜铝复合水冷板，包括基板和连接在基板背面的盖板，所述基板上设置有冷却液流道，其特征是，所述基板采用铜铝复合板结构，基板包括铜板和与铜板压合在一起的铝板，基板正面为用于安装模块器件的铜板，基板背面为铝板，冷却液流道设置在铝板部分。2.根据权利要求1所述的铜铝复合水冷板，其特征是，所述冷却液流道内部设有枣核状结构：冷却液流道内表面设置有若干枣核状突起，枣核状突起采用并排分布加串联排布相结合的方式排列在基板背面的冷却液流道内。3.根据权利要求1所述的铜铝复合水冷板，其特征是，所述基板背面设有定位凸台，盖板上设有与定位凸台相配合的凹槽，凹槽扣合于定位凸台上。4.根据权利要求3所述的铜铝复合水冷板，其特征是，所述基板背面周边还设...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴彬彬，唐小堂，贺荣，肖宁，
申请(专利权)人：株洲南车奇宏散热技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南,43