雙層高效水冷基板的製作方法

2023-07-31 07:36:26 1

專利名稱：雙層高效水冷基板的製作方法
技術領域：
本發明涉及換熱技術領域，具體地說是一種用於電子元器件冷卻的雙層高效水冷基板。
背景技術：
隨著電子元器件的高功率、高集成的飛速發展，單位體積功率密度較高的元器件被越來越廣泛的應用。在實際工作中，功率元器件的溫度每增加10°c，其壽命將減少一半，因此，與大功率元器件相配套的散熱器件也在逐漸的發生技術變革。傳統風冷冷卻方式已經無法滿足大功率電子元器件的工作要求，水冷正逐步取代風冷主要應用於大功率元器件的冷卻。與風冷板相比，水冷基板具有單位體積散熱效率大、可靠性高和良好的可維護性的特點，是一種廣泛應用於日常及工業大功率電子元器件的散熱設備。功率模塊工作時產生的熱量，通過與水冷基板安裝接觸面傳遞到其關鍵散熱部件，同時，冷卻液通過進水口進入水冷基板後，流經冷卻液流道後從出水口流出。冷卻液在冷卻流道的流動過程中帶走功率模塊產生的熱量，從而降低功率模塊的溫度，使其正常工作。目前，市面上水冷基板產品普遍是由平板、槽板(或槽板及散熱翅片)和進、出水口各一個等部件組成。槽板與平板經焊接後所形成的空腔(或用於放置散熱翅片)為腔體，與進水口直接連接的腔體稱為進水腔體，與出水口直接連接的腔體稱為出水腔體。現普遍使用的水冷基板為單層腔體雙面冷卻。單層腔體雙面冷卻的水冷基板為避免雙面安裝的功率模塊間的散熱幹擾，會增大內腔及散熱翅片高度，使得槽板的機械加工的深度增大、生產效率降低、產生大量原材料浪費，從而導致成本增高，同時由於內腔及散熱翅片高度的增加，也會減小其內腔的最大承受壓力，降低水冷基板可靠性。普通水冷基板是在功率模塊安裝位置的板面下方設置出水腔體分隔板。這種功率模塊安裝位置的板面下方設置出水腔體分隔板結構，會減弱冷卻液對出水腔體位置安裝的功率模塊的冷卻效果，導致其工作溫度升高，降低其可靠性及使用壽命。

發明內容
根據上述提出的技術問題，而提供一種雙層高效水冷基板。本發明的目的在於克服現有技術中的不足之處，可以提高水冷基板單位體積散熱量、提高功率模塊工作空間的利用率；降低水冷基板的機械加工難度、減少機械加工量、提高生產效率、降低成本；優化水冷基板內部結構，提高產品的散熱效率。本發明採用的技術手段如下一種雙層高效水冷基板，包括槽板、固定在所述槽板上表面的平板I以及固定在所述槽板下表面的平板I1、進水口和出水口，其特徵在於所述槽板包括構成「工」字形槽板的左擋板，右擋板以及固定在所述左擋板和所述右擋板之間的、將所述槽板分隔成雙層腔體的橫板；所述左擋板和所述右擋板之間還設有隔板，所述隔板將橫板分成進水腔橫板和出水腔橫板；所述橫板分隔成的雙層腔體被所述隔板分隔成四個可供冷卻液流動的腔體，分別是進水腔體1、進水腔體I1、出水腔體I和出水腔體II ;所述進水腔體I和所述進水腔體II內均設有散熱翅片。 優選地，所述進水口和所述出水口設置在所述水冷基板的同側或異側。優選地，所述橫板上還可設有用於將所述進水腔體I和所述進水腔體II分別分成N+1個往回形流道的流道擋板，其中N為所述流道擋板的個數。優選地，當所述進水口和所述出水口設置為同側時，所述流道擋板的個數滿足N=2n(n彡O);當所述進水口和所述出水口設置為異側時，所述流道擋板的個數滿足N=2n+1(η ^ O)。優選地，所述散熱翅片的張數為m，m滿足m=2 (N+1)。優選地，所述橫板的長度小於等於所述左擋板和所述右擋板的長度。較現有技術相比，本發明涉及的雙層高效水冷基板，槽板的「工」字形結構分別和平板I和平板II形成雙層腔體，這種結構形式在進行雙面冷卻時有效減少了兩側功率模塊安裝面間的散熱幹擾，減少了機械加工量，較好的控制內腔高度在一定的範圍內，保證其內部承壓能力，提高水冷基板可靠性的同時還可以顯著降低生產成本；通過隔板將雙層腔體分割成四個腔體，即進水腔體1、進水腔體I1、出水腔體I和出水腔體II，隔板的一端與出水口平齊，另一端短於水冷基板的邊長，即進水腔和出水腔的末端為連通狀態；所述隔板位置以及出水腔體的上方板面兩側均不安裝功率模塊，這種出水口避開功率模塊安裝位置的結構形式使得冷卻水可以在功率模塊安裝面下方腔體內充分流動吸收熱量，在出出水口前不會因冷卻水溫度過高而引起功率模塊失效，弱化出水口位置高溫冷卻水對功率模塊的影響，從而提高其可靠性，延長其使用壽命。另外，還提供另一種形式的設計，即增加流道擋板的結構形式，將進水腔分隔成往回形式，形成連通的流道，使冷卻水流經的路程增加從而起到充分散熱的效果；其中散熱翅片設置在每一個流道內。本發明所述的進水腔橫板的厚度可以大於或者等於所述出水腔橫板的厚度，是指通過橫板厚度的改變加大出水流量，使冷卻水循環加速；另外，所述橫板的長度小於等於所述左擋板和所述右擋板的長度，是指雙層進水腔體和出水口腔體結構在到達進水口和出水口的位置可融匯合併為一個大的進水口和一個大出水口腔體。這種結構形式可以簡化槽板的加工過程，有效的控制由機械加工而產生的板面變形，降低了槽板加工難度，同時還有效的降低了水冷基板進出水口壓力損失，提高水冷基板的散熱性能。本發明中涉及到的槽板與平板的連接或者散熱翅片與槽板的連接方式可以為金屬粘合膠粘貼為一體，或者焊接固定為一體；金屬粘合膠和焊接均可採用全粘、全焊或者點式粘貼、點焊的形式。其中，金屬粘合膠粘貼的方式可以減少產品變形及原材料性能降低，同時可以消除產品不合格品率，可以通過採取較為簡單的方法對產品的質量進行控制，提高水冷基板產品的合格率,降低其加工過程質量成本。本發明具有可雙面冷卻並有效減少了兩側功率模塊安裝面間的散熱幹擾，弱化出 水口位置高溫冷卻水對功率模塊的影響等優點，從而提高其可靠性，延長其使用壽命。基於上述理由本發明可在水冷換熱等領域廣泛推廣。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的主視圖。圖2是圖1的側視圖。圖3是圖1中垂直於冷卻水流方向的剖視圖。圖4是本發明帶有流道擋板的主視圖。圖5是圖4中垂直於冷卻水流方向的剖視圖。圖中1、槽板11、右擋板12、左擋板13、進水腔橫板14、出水腔橫板2、平板I 3、平板II 4、進水口 41、進水腔體I 42、進水腔體II 5、出水口 51、出水腔體I 52、出水腔體II 6、功率模塊安裝區7、隔板8、散熱翅片9、流道擋板
具體實施例方式結合附圖對本發明進一步說明，如圖1至圖3所示，一種雙層高效水冷基板，包括槽板1、固定在所述槽板I上表面的平板I 2以及固定在所述槽板I下表面的平板II 3、進水口 4和出水口 5，其中進水口 4和出水口 5設置在同側；所述槽板I包括構成「工」字形槽板的左擋板12，右擋板11以及固定在所述左擋板12和所述右擋板11之間的、將所述槽板I分隔成雙層腔體的橫板；所述左擋板12和所述右擋板11之間還設有隔板7，所述隔板7將橫板分成進水腔橫板13和出水腔橫板14 ;所述橫板分隔成的雙層腔體被所述隔板7分隔成四個可供冷卻液流動的腔體，分別是進水腔體I 41、進水腔體II 42、出水腔體I 51和出水腔體II 52 ;所述進水腔體I 41和所述進水腔體II 42內均設有散熱翅片8，散熱翅片8採用整體式散熱翅片。本實施例中採用的原材料為鋁及鋁合金，其水冷基板外表面要經過氧化處理，經過氧化處理的水冷基板可以較好的提高其抗腐蝕能力，增強其功率模塊安裝面的可靠性，延長這種雙層高效水冷基板的使用壽命。功率模塊安裝區設置在水冷基板的進水腔體I 41和進水腔體II 42兩側，功率模塊工作時會產生大量熱量，通過其與水冷基板的安裝接觸面傳遞到散熱翅片8，通過冷卻液流經散熱翅片8將熱量散去，冷卻液從進水口進入進水腔體，然後從兩層腔體流經後匯入到出水腔體，通過減薄出水橫板的厚度，使出水量增大最終在出水口前匯成一個大出水腔從出水口流出，將熱量帶走，從而降低功率模塊的溫度，使其正常工作。如圖4、圖5所示，本發明還提供了一種帶有流道擋板9的結構，本實施例中，流道擋板9為2塊，形成3條往回形流道，即設置在其中的散熱翅片為6張整體式鋁製散熱翅片，往回形流道形式，使冷卻液流經功率模塊的散熱區域路程延長，充分流經一周後從出水口流出，充分降低功率模塊溫度，提高散熱效率。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種雙層高效水冷基板，包括槽板(I)、固定在所述槽板(I)上表面的平板I (2)以及固定在所述槽板(I)下表面的平板II (3)、進水口(4)和出水口(5)，其特徵在於所述槽板(I)包括構成「工」字形槽板的左擋板(12 )，右擋板(11)以及固定在所述左擋板(12 )和所述右擋板(11)之間的、將所述槽板(I)分隔成雙層腔體的橫板；所述左擋板(12)和所述右擋板(11)之間還設有隔板(7)，所述隔板(7)將橫板分成進水腔橫板(13)和出水腔橫板(14);所述橫板分隔成的雙層腔體被所述隔板(7)分隔成四個可供冷卻液流動的腔體，分別是進水腔體I (41)、進水腔體II (42)、出水腔體I (51)和出水腔體II (52);所述進水腔體I (41)和所述進水腔體II (42)內均設有散熱翅片(8)。
2.根據權利要求1所述的雙層高效水冷基板，其特徵在於所述進水口(4)和所述出水口(5)設置在所述水冷基板的同側或異側。
3.根據權利要求1或2所述的雙層高效水冷基板，其特徵在於所述橫板上還可設有用於將所述進水腔體I (41)和所述進水腔體II (42)分別分成N+1個往回形流道的流道擋板(9),其中N為所述流道擋板(9)的個數。
4.根據權利要求3所述的雙層高效水冷基板，其特徵在於當所述進水口(4)和所述出水口(5)設置為同側時，所述流道擋板(9)的個數滿足Ν=2η (η ^ O);當所述進水口(4)和所述出水口(5)設置為異側時，所述流道擋板(9)的個數滿足Ν=2η+1 (η彡O)。
5.根據權利要求4所述的雙層高效水冷基板，其特徵在於所述散熱翅片(8)的張數為m, m 滿足 m=2 (N+1)。
6.根據權利要求1所述的雙層高效水冷基板，其特徵在於所述橫板的長度小於等於所述左擋板(12)和所述右擋板(11)的長度。
全文摘要
本發明公開了一種雙層高效水冷基板，包括槽板、固定在所述槽板上表面的平板Ⅰ以及固定在所述槽板下表面的平板Ⅱ、進水口和出水口，其特徵在於槽板包括構成「工」字形槽板的左擋板，右擋板以及固定在左擋板和右擋板之間的、將槽板分隔成雙層腔體的橫板；左擋板和所述右擋板之間還設有隔板，隔板將橫板分成進水腔橫板和出水腔橫板；橫板分隔成的雙層腔體被隔板分隔成四個可供冷卻液流動的腔體，分別是進水腔體Ⅰ、進水腔體Ⅱ、出水腔體Ⅰ和出水腔體Ⅱ；進水腔體Ⅰ和進水腔體Ⅱ內均設有散熱翅片。本發明可雙面冷卻並有效減少了兩側功率模塊安裝面間的散熱幹擾，弱化出水口位置高溫冷卻水對功率模塊的影響，從而提高其可靠性，延長其使用壽命。
文檔編號H05K7/20GK103025134SQ20121056630
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者苗苗, 李雪冬 申請人:中國北車集團大連機車研究所有限公司