一种用于冷却至少一个受热面的装置，其包括限定了许多入口歧管和出口歧管的基板。入口歧管构造成可接受冷却剂，并且出口歧管可排出冷却剂。入口歧管和出口歧管是交错的。该装置还包括至少一个具有内表面和外表面的衬底。内表面联接在基板上，并且限定了许多微槽道，所述微槽道构造成可从入口歧管接受冷却剂，并可将冷却剂传送到出口歧管。微槽道定向成基本上垂直于入口歧管和出口歧管。外表面与受热面形成热接触。该装置还包括将冷却剂供给入口歧管的入口充实室，以及从出口歧管排出冷却剂的出口充实室。入口充实室和出口充实室定向在基板的平面内。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有用于功率器件的微槽道冷却的散热器 相关申请的交叉引用本申请相关于与其同时提交的Stevanovic等人的与GE档案号 155941相对应的题名为"功率模块、相脚和三相逆变器"的共同转让 的待审的美国专利申请，该专利申请通过引用而完整地结合在本申 请中。背景本专利技术大致涉及一种用于冷却受热面的装置，更具体地说，涉 及一种散热器(heat sink),其用于半导体功率器件的微槽道冷却。更高密度的功率电子器件的发展使得冷却功率半导体器件变得 日益更加困难。对于能够消耗高达500W/cm2的现代硅基功率器件， 需要改进的热管理方案。当器件温度局限于50K的增量时，自然的 和强制空气冷却方案只能操纵高达大约一(l)W/cm2的热通量。传统 的液体冷却板可达到大约二十(20)W/cm2的热通量。热导管、冲击喷 雾和液体沸腾能够实现更大的热通量，但这些技术可能导致制造困 难和高昂的成本。传统的高热通量的功率器件的冷却曾遭遇到的另 一 问题是受热 面上的非均匀的温度分布。这是由于非均匀的冷却槽道结构，以及 冷却流体随着其流过与受热面平行的长槽道而出现温度上升的原因 而引起的。一种有前景的用于高性能的热管理的技术是微槽道冷却。在二 十世纪八十年代，其^L论证是冷却硅集成电路的有效措施，这种硅 集成电路设计证明具有高达1000W/cn^的热通量，以及低于IO(TC的 表面温度上升。其它微槽道散热器的设计也论证了相似的热性能。公开的Valenzuela等人的题名为"热交换器"的美国专利申请No.20030066634 Al提供了相对于传统液体冷却设计的改良。Valenzuela等人的器件 包括正常流动的微槽道散热器，其结合了亚毫米级别的槽道和受热 面的垂直流动的好处。在大多数微槽道设计中，增加的热传递:^支小 型槽道中增加的压力损失抵消，其导致了增加的泵吸需求。通过改 变流动通路的几何形状，以产生与受热面垂直而非与之平行的流动， 较短的槽道也是可行的，从而使压力损失不是很严重。然而，这种 散热器的制造有些困难，因为必须首先在单个的铜叠片上加工出微 槽道和更大的流体供给/返回通路，之后将其组装成堆叠结构。Schultz-Harder等人的题名为"用于电气构件或电路的冷却器或散 热器和带有这种散热器的电路"的美国专利No.6,014,312还提供了相 对于传统微槽道液体冷却设计的改良。Schultz-Harder等人的器件还 由铜叠片堆叠组成，其带有重叠但轻微偏置的毫米尺寸的孔，类似 于一叠片状瑞士硬干酪。流体流动平行于受热面。这些孔引起液体 中额外的湍流，增强了热传递，但也导致了更高的压力降。器件制 造需要叠片在其粘接之前进行精密对准。基于公开的热性能结果， Schultz-Harder等人的设计比Valenzuela等人的设计效率较低，但仍 然比传统的散热器较好。Hamilton等人的题名为"利用航空燃料的针对航空电子装置的微 槽道冷却"的美国专利No.5,692,558,其描述了利用航空燃料用于冷 却半导体器件的微槽道散热器。这些槽道直接建造在器件的半导体衬底中，以减少半导体结-至-流体热阻。Hamilton等人的题名为"从 半导体中吸热和在半导体中形成微槽道的方法"的美国专利 No.5,998,240 (Hamilton II)还公开了直接在射频(RF)功率器件的半导 体衬底上形成微槽道的方法。另外，Hamilton II还公开一种完全三相 逆变器，其带有转换功率器件(IGBT和二极管)的直接冷却。虽然直 接在半导体器件的衬底上实现微槽道可能适合于低电压RF应用，但是其并不适用于转换功率逆变器应用。用于转换逆变器应用的IGBT 和二极管功率器件具有垂直结构，并且半导体衬底的底部是连接其 它电路构件的功率端子(集电器/阴极)。转换功率器件的集电器/阴极 端子可引导大部分电流(差不多150A),并阻塞可能超过几千伏的电 压。在器件底部上实现微槽道将出于几个原因而是不实际的。这种 实现将干涉与其它电路构件的电气互连，这种实现将使冷却流体暴 露于高电压下，并对合适的流体构成严格的限制和/或需要去离子化 设备，并且这种实现将由于冷却流体对于变成高频电流的导电路径 而恶化电磁干扰(EMI)问题。Mundinger等人的题名为"模块化的微槽道热交换器"的美国专利 No.5，727,618，其描述了用于冷却高热通量的激光二极管矩阵的微槽 道散热器。这种散热器特征在于微槽道形成于多个铜片上，并且微 槽道的实际实现需要多个铜片的垂直堆叠和钎焊，以获得所需的深 宽比。其还需要多个铜板的堆叠和粘接，蚀刻的几何形状用于使冷 却流体从入口管道向上垂直汇集到受热面，并返回至流体出口。这 种设计具有几个缺点。散热器的制造需要对许多铜箔进行腐蚀、金 属化、堆叠、精密对准和粘接，以获得足够的槽道深度。这对于形 成入口歧管和出口歧管的堆叠的铜板也是一样的。对于较大的散热 器尺寸的可伸缩性受到流体汇集在垂直方向上的限制，并且其可能 导致过大的散热器厚度。最后，Mundinger未能解决在半导体功率器 件和冷却流体之间的电绝缘问题。North等人的题名为"流体冷却的单相散热器"的美国专利 No.6,131,650，其描述了一种将多孔金属垫片与受热面保持接触的散 热器。这种方案的一个缺陷是，多孔金属垫片的热性能效率较低。因此需要提供一种用于冷却受热面的装置，其具有改进的热性 能，可降低制造成本的相对简单的装配工艺，以及用于适应小型和 大型功率器件及不同数量的功率器件的可伸缩性。另外，还需要一 种可在大功率器件和冷却剂之间提供电绝缘的装置。简要描述本专利技术的一个方面致力于用于冷却至少一个受热面的装置。简 要地说，该装置包括基板，其限定了许多入口歧管和许多出口歧管。 入口歧管构造成可接受冷却剂，并且出口歧管构造成可排出冷却剂。 入口歧管和出口歧管是交错的。该装置还包括至少一个衬底，其具 有内表面和外表面。内表面联接在基板上，并且限定了许多微槽道， 所述微槽道构造成可从入口歧管接受冷却剂，并可将冷却剂传送至 出口歧管。微槽道定向成基本上垂直于入口歧管和出口歧管。外表 面与受热面形成热接触。该装置还包括构造成可将冷却剂供给入口歧管的入口充实室(plenum)，以及构造成可从出口歧管排出冷却剂的 出口充实室。入口充实室和出口充实室定向在基板的平面内。附图当参照附图阅读以下详细说明时，本专利技术的这些以及其它特征、 方面和优点将变得更好理解，其中，相似的标号在全部附图中代表 相似的部件，其中附图说明图1以侧视图显示了用于冷却功率器件的装置；图2显示了位于图1装置的基板中的交错的入口歧管和出口歧管；图3显示了联接在图2基板上的衬底，其中衬底包括许多定向 成基本上垂直于入口歧管和出口歧管的微槽道；图4是形成于散热器基板中的入口歧管和出口歧管的另 一视图5以局部分解图显示了基板和衬底，并且包括示例性的微槽 道布置的详细一见图6以另一局部分解图显示了基板和衬底；图7示意性地显示了一组示例性的^(鼓槽道；图8显示了另一示例性的微槽道布置；图9是几个带有示例性的直线几何形状的微槽道的横截面图； 图10是几个带有示例性的弯曲几何形状的微槽道的横截面图； 图11以横截面图显示了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于冷却至少一个受热面的装置，所述装置包括：限定了多个入口歧管和多个出口歧管的基板，其中，所述入口歧管构造成可接受冷却剂，并且所述出口歧管构造成可排出冷却剂，而且所述入口歧管和出口歧管是交错的；至少一个具有内表面和外表面 的衬底，其中，所述内表面联接在所述基板上，所述内表面限定了多个微槽道，所述微槽道构造成可从所述入口歧管接受冷却剂，并可将冷却剂传送至所述出口歧管，其中，所述微槽道定向成基本上垂直于所述入口歧管和出口歧管，并且所述外表面与所述受热面形成热接触；构造成可将冷却剂供给所述入口歧管的入口充实室；和构造成可从所述出口歧管排出冷却剂的出口充实室，其中，所述入口充实室和所述出口充实室定向在所述基板的平面内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：LD斯特瓦诺维克，SA索洛维茨，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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