一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器制造技术

本实用新型专利技术属于大功率IGBT模块散热领域，具体涉及一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器，所述微通道散热器包括盖板和基板，所述盖板包括冷却工质入口，所述基板包括内部流道、尾凹三角形肋柱、梯形凹腔、冷却工质出口及圆角斜面，所述散热器基板的下部为IGBT器件贴合面。热量由IGBT芯片产生依次传导到散热器中，冷却工质从工质入口流进换热微通道，流经梯形凹腔和尾凹三角形肋柱，将传导到散热器中的热量吸收，最后从工质出口流出换热微通道，把IGBT器件产生的热量及时带走。凹腔及肋柱的混合微通道结构，增大了通道的换热面积及通道中冷却工质的扰动，大大提高IGBT器件的可靠性和使用寿命。的可靠性和使用寿命。的可靠性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器


[0001]本技术属于应用在大功率IGBT器件的微通道散热器散热领域，具体涉及一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器。

技术介绍

[0002]IGBT作为新型功率半导体器件的主流器件被广泛应用于汽车电子、航空航天、国防军工、轨道交通、智能电网和新能源汽车等战略性新兴产业领域。随着电力电子技术的发展，为适应新能源汽车行业发展的需求，大功率IGBT模块不断朝着小型化、智能化、集成化的方向发展，大功率IGBT模块的功率等级不断升高，其产生较大的热损耗。IGBT器件的工作极限温度为150℃，结温限制在175℃左右。文献表明，温度每高于极限温度1℃，芯片的可靠性降低6%，寿命显著降低。如果不能及时高效地对IGBT功率模块进行散热，将会对其导致器件性能下降，应力过大或分布不均造成的芯片与陶瓷层的断裂或封装材料疲劳失效等不可逆的损伤，进而会对新能源电动汽车中的电动控制系统，车载空调控制系统等产生致命的影响，因此，需要更复杂的热管理方式。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于为大功率IGBT器件提供一种新的散热方式，设计一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器，提高微通道换热器的传热性能和流动性能。
[0004]为了实现本技术的目的 ,本技术采用的技术方案为：本技术公开了一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器，包括散热器盖板和散热器基板，所述散热器盖板一端设置有冷却工质入口，所述散热器基板包括冷却工质出口、内部流道、尾凹三角形肋柱以、梯形凹腔、螺丝孔及圆角斜坡，所述内部流道中设置多个周期性间隔布置的尾凹三角形肋柱及梯形凹腔，所述散热器基板的下部为IGBT元件贴合面。
[0005]所述内部流道每隔一段等间距设置一个梯形凹腔，所述梯形凹腔对称分布在流道两侧固体壁面上，所述梯形凹腔的中心位置设有尾凹三角形肋柱，所述尾凹三角形肋柱凹口端靠近工质出口，所述尾凹三角形肋柱尖锐端靠近工质入口。
[0006]所述圆角斜面（10）位于冷却工质入口（3）的正下方。
[0007]所述散热器盖板及散热器基板上螺丝孔的直径为4mm，所述工质入口及工质出口的通道半径为5mm。
[0008]所述相邻两个流道（5）的梯形凹腔（7）位置呈交错排列。
[0009]所述尾凹三角形肋柱（6）尾端顶点与凹入端顶点之间间距a为0.05mm。
[0010]所述尾凹三角形肋柱（6）前端两侧分别与梯形凹腔（7）两侧平行，与水平线间夹角均为45
°
。
[0011] 与现有结构相比，本技术的有益效果在于： 1、相对于矩形微通道换热器，本技术通过在微通道内布置梯形凹腔及尾凹三角形肋柱等扰流结构能够显著提高微通道换热器的传热性能，提高IGBT器件的可靠性和使用寿命。
[0012]2、相对于菱形肋柱的梯形空腔微通道换热器，本技术在几乎相同的换热效果下有着更小体积的肋柱，提升了壁面换热效率，减小了压降损失。
附图说明
[0013]图1为本技术的整体结构示意图；
[0014]图2为本技术散热器基板的正面结构示意图；
[0015]图3为本技术的内部结构剖面图；
[0016]图4为本技术的局部立体结构放大图；
[0017]图5为本技术的局部单个通道结构放大图。
[0018]图6为本技术的单个扰流元结构放大图。
[0019]图中：1、散热器盖板；2、散热器基板；3、冷却工质入口；4、冷却工质入口；5、内部流道；6、尾凹三角形肋柱；7、梯形凹腔；8、IGBT元件贴合面；9、螺丝孔；10、圆角斜面。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]本技术公开了一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器，包括散热器盖板1和散热器基板2，所述散热器盖板1一端设置有冷却工质入口3，所述散热器基板2包括冷却工质出口4、内部流道5、尾凹三角形肋柱6、梯形凹腔7、螺丝孔9及圆角斜面10，所述内部流道5中设置多个周期性间隔布置的尾凹三角形肋柱6及梯形凹腔7，所述散热器基板2的下部为IGBT元件贴合面8。本技术通过在微通道内布置梯形凹腔及尾凹三角形肋柱等扰流结构能够显著提高微通道换热器的传热性能。
[0022]所述内部流道3每隔一段等间距设置一个梯形凹腔7，所述梯形空腔7引起的通道流膨胀降低流动压力，并且可以有效增加散热管路的散热面积，增强通道的换热效果。所述梯形凹腔7的存在破坏了平流通道的热边界层，增强了热边界的换热效率。
[0023]所述梯形凹腔7的中央位置设置一个尾凹三角形肋柱6，所述尾凹三角形肋柱6导致的中断效应迫使水流以较高的流速转向空腔，有利于增热，其伴随效应是产生较高的摩擦系数。
[0024]所述相邻两个流道5的梯形凹腔7位置呈交错排列，可以节省较多的空间。
[0025]工作原理：散热器基板的另一侧平面8与IGBT元件散热面贴合，IGBT元件的件的热量由基板传导到散热器中，然后冷却工质从散热器工质入口流进换热微通道，流经梯形凹腔和尾凹三角形肋柱，由于梯形凹腔在通道流动中的膨胀导致流动压力的下降，从而导致流体和腔壁之间的分离，在腔体处发生再循环流动，使得腔体中的冷流体与热壁之间混合，尾凹三角形肋柱让流体分成两个分支，流体被迫朝向空腔，在边界层中实现更大的穿透，从而使热边界层更薄，热阻更小，散热更高。尾凹三角形肋柱通过热传导从微通道基板吸收热量，然后通过对流将其耗散到流体中。最后从换热工质出口流出换热微通道。
[0026] 本实施案例将矩形微通道换热器、菱形肋柱的梯形空腔微通道换热器和尾凹三
角形肋柱的梯形凹腔微通道散热器的仿真模拟结果进行对比。采用Fluent仿真软件中的SST
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K
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W模型，几种微通道散热器的通道截面相同，底面热流密度设置为200W/cm2，入口冷却工质温度为20℃，对比了这几种结构在不同Re下的最高温度、压力损失、努塞尔数比及摩擦系数比。随着Re的增大，相对于矩形微通道，有肋柱的微通道的换热效果更加明显，最高温度均下降了20℃以上，这主要是由于肋柱结构增加了通道中的扰动，提高了对流换热效率。相对于菱形肋柱的梯形空腔微通道换热器，尾凹三角形肋柱的梯形凹腔微通道散热器的的平均努塞尔数及摩擦系数均更优于菱形肋柱的梯形空腔微通道换热器，且棱柱的体积更小，更利于加工。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器 ,包括散热器盖板（1）和散热器基板（2），其特征在于：所述散热器盖板（1）一端设置有冷却工质入口（3），所述散热器基板（2）包括冷却工质出口（4）、内部流道（5）、尾凹三角形肋柱（6）、梯形凹腔（7）、螺丝孔（9）及圆角斜面（10），所述内部流道（5）中设置多个周期性间隔布置的尾凹三角形肋柱（6）及梯形凹腔（7），所述散热器基板（2）的下部为IGBT元件贴合面（8）。2.根据权利要求1所述的一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器，其特征在于：所述内部流道（5）每隔一段等间距设置一个梯形凹腔（7），所述梯形凹腔（7）对称分布在流道两侧固体壁面上，所述梯形凹腔（7）的中心位置设有尾凹三角形肋柱（6），所述尾凹三角形肋柱（6）凹口端靠近工质出口（4），所述尾凹三角形肋柱（6）尖锐端靠近工质入口（3）。3.根据权利要求1所述的一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：靖南，钱丽娟，周芳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：