內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室的製作方法
2024-02-05 03:02:15 1
專利名稱：內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室的製作方法
技術領域：
本發明涉及蒸發冷卻裝置的蒸發室，尤其是一種銅、鋁等薄金屬板做內膽，鋼、不鏽鋼等金屬做外加 固框架的蒸發冷卻裝置蒸發室。 技術背景中國專利CN2824289公開了一種開關電源的全系統非消耗性冷劑重力循環蒸發冷卻裝置，專利中列舉 了幾種蒸發室的結構，由於冷媒有一定的壓力，蒸發室要有一定的機械強度，為了保證與半導體功率器件 的熱接觸，貼裝表面需加工成很高的光潔度和平整度，這都增加成本。 發明內容本發明的目的就在於滿足蒸發室的密封性、耐壓強度和與半導體功率器件接觸面要求的情況下，降 低材料和加工工藝成本。銅鋁金屬具有良好的導熱性能，機械加工易形成光潔的表面，尤其是銅非常容易 通過焊接、卡壓形成密封腔體，是製造空調器通用零部件最常用的金屬，但其價格較高，且機械強度遠低 於鋼和不鏽鋼材。用薄銅板製作內膽，實現良好的密封和熱接觸，用鋼、不鏽鋼3金屬做外加固框架滿足強度耍求的 蒸發冷卻裝置蒸發室對大功率開關電源冷卻，應是很好的選擇。 毫無疑問本技術也可以應用於其它高功率密度的裝置。圖(1)為本發明的一種典型內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室。圖中l為被冷卻的半導體功率器件，2為 用薄金屬板，以銅板為最好，製作的內膽，3為由高機械強度的金屬如鋼、不鏽鋼等材料製成外套卡箍，4 為兼做電輸出引線的金屬壓板，5和6也為電輸出引線，7為液體冷媒入口， 8為氣體冷媒出口。液體冷奴 入口 7和氣體冷媒出口 8則分別與位於其上邊蒸發冷卻系統冷凝器下部的液體冷媒出口和上部的氣體冷奴 入口連接。工作時蒸發室內膽2與蒸發冷卻系統的冷凝器共同構成一個封閉的腔體，內部充有冷媒，在系統的 工作溫度範圍內，選取冷媒的工作壓力應在10—30個大氣壓，以保證內膽的外表面與T.導體功率器件冇 良好的熱接觸，同時對結構的強度要求又不會太高。內膽銅板的厚度以0.5—2mm為宜，T導體功率器件 的導熱面積越大、銅板的厚度越大。大功率的IGBT、 二極體整流橋、可控矽模塊，其換熱底面的面積可達50—100cnf',最高L:作溫皮時 底面壓力可達數噸，現有的功率模塊結構自身難於承受，本發明採用由鑄造或焊接工藝生產的專ffl框架將 模塊固定於內膽式蒸發室的外加固框架上。如圖2中的4。圖3所示為本發明的以密封為主要目的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室。發熱的變壓器、屯感器1宜廠蒸發室內部，由穿板接頭4實現電連接，蒸發室內膽2可由普通鋼板或不鏽鋼板焊接成結合拉伸成剛製造， 外加固框架由角鋼或槽鋼構成網格狀部件再由螺栓組合而成。此種方式可極大的減輕蒸發室的重量，減小 密封系統的製作難度。下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明
圖1是本發明的一種安裝有塑封半導體功率器件的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室； 圖2是本發明的一種安裝有半導體功率模塊的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室；圖3是本發明的一種腔室內置有發熱部件以密封為主要目的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室； 圖4是本發明的多面體形狀內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室。 圖5是長方形內膽的帶有安裝螺栓外套箍。
具體實施方式
圖(l)給出了一種安裝有塑封半導體功率器件的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室結構。圖中1為被冷卻的半導體功率器件，2為用薄金屬板，以銅板為最好，製作的內膽，3為外套卡箍，由高機械強度的金屬 如鋼、不鏽鋼等材料製成，4為兼做電輸出引線的金屬壓板，5和6也為電輸出引線，7為液體冷媒入口， 8為氣體冷媒出口， 9為緊固螺栓。內膽2為長方形的密封腔體，液體冷媒入口 7和氣體冷媒出口 8分別 焊裝於內膽2的下面和上面，內膽左右表面的寬度大於前後表面，並且應通過拋光等方式提高光潔度，T 導體功率器件1的導熱面貼裝於內膽2的左右表面。根據電連接的需耍可在功率器件的外農面設置2到 層引線板，最外層的引線板做成U形強化後可兼做壓板。圖1中採用了外部的螺栓9將兩個側面安裝的組 件連接固定，並抵抗蒸發室內的壓力，使半導體功率器件1與內膽2形成良好的熱接觸。外套卡箍也可加 工成圖5所示的結構，焊接於卡箍300上的螺栓301可代替圖1中的為緊固螺栓9，壓板可為獨立的緊構 件，電連接也可置於外部。蒸發冷卻系統如為重力循環，應由蒸發器組件、冷凝器組件和它們之間連接管道組成，本發明的內 膽式蒸發室可與中國專利CN2824289公開的任何結構的蒸發室組合成蒸發器組件，也可以由1個或多個本 發明的內膽式蒸發室組合成蒸發器組件。液體冷媒入口 7和氣體冷媒出口 8分別於的冷凝器下部的液體冷 媒出口和上部的氣體冷媒入口連接。由於內膽是由薄金屬板製成，加工時只需拋光外表面，而無須考慮整 個平面的平整度，與功率器件的熟接觸靠冷媒的壓力保證，極大的降低了加工成本。圖2示出的是本發明用於大功率的IGBT、 二極體整流橋、可控矽模塊的實施例。圖中1為半導體功 率模塊，其換熱底面的面積可達50—100cm2; 2為蒸發室的內膽；3為外加l古l框架；4為T.導體功率模塊1 的專用固定框架；5和6分別為冷媒的液體入口和氣體出口。半導體功率模塊1由專用固定框架4緊同在 外加固框架上，使其散熱底面與蒸發室的內膽2緊密接觸。
變壓器、電感器等發熱量很大的電子或機電零部件，經常沒有統一的散熱面，最好是置於蒸發室內與 冷媒直接換熱。密封與機械強度是其蒸發室的兩大難題，尤其是體積較大的部件。本發明的圖3所示的實 施例提供了一種很好的解決方案。圖3中1為發熱的變壓器、屯感器等部件，2為蒸發室內膽，3為外加 固框架，4為穿板接頭，5為輸出引線。此方法可比較容易的用l一2mm的不鏽鋼板構造體積人至數立力-米 的蒸發室,其形狀也易於加工成能夠承受大壓力的球形、圓柱形。外加固框架為由網格狀的角鋼成槽鋼構 成的部件組合而成，每一個部件與所述內膽的一個或幾個外表表面貼合，由密封的穿板接頭實現腔體內外 的電連接。如果將蒸發室的內膽製作成多面體結構，則可降低對外加固框架的結構要求，甚至可以由引線板做 外加固框架。本發明的圖4所示的實施例提供了一種多面體結構內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室。圖4中1為 半導體功率模塊，2為蒸發室的內膽，3電引出線，5和4分別冷媒的液體入口和氣體出口。電引出線3緊 固了半導體功率模塊並承受蒸發室內膽的壓力。多面體結構內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室以6—10面體為佳， 面數越多，外圍引線板越接近於圓形，易於承受較大的力；但面數太多則是結構過亍複雜，壓力過大。以上對本發明的幾個實施例作了詳盡的表述，但本領域的I:程技術人員應明了凡基r本發明權利保 護範圍內的幾種方式的組合以及不脫離本發明權利要求宗旨變化均應在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於蒸發室是由內膽和外加固框架兩大部分組成，內膽是由銅鋁等導熱性好、延展性好的0.5—2mm金屬薄板衝壓、焊接加工成密封的腔體，所述內膽的外表面拋光成高光潔度，其不同的位置安置半導體功率器件和所述外加固框架，所述的外加固框架由鋼或不鏽鋼等高機械強度的金屬加工；
2、根據權利要求1所述的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於內膽用0. 5—lmm薄 銅板製作的長方形體，面積最小的上下端面分別設置冷媒氣體出口和液體入口，半導體功率 器件貼裝於矩形形體面積最大的端面，所述的外加固框架為鋼或不鏽鋼等高機械強度金屬制 作的卡箍，放置在所述的長方形內膽外周、半導體功率器件之間；
3、 根據權利要求1和權利要求2所述的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於在所述 的貼裝於內膽外表面半導體功率器件的外面裝有多層相互絕緣並與功率器件電引線相連的引 線板，最外層的引線板為U形，兼做功率器件的壓板，兩邊的壓板由螺栓連接構成所述加固 框架的一部分，緊固半導體功率器件，使之與所述的內膽形成良好的熱接觸；
4、 根據權利要求l所述的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於對形體較大的半導體 功率器件模塊配有專用的外結構框架，框架用黃銅、鋼、不鏽鋼等金屬製作，將半導體功率器件模塊緊固在所述的外加固框架，使半導體功率器件模塊的導熱面與所述內膽形成緊密的 貼合；
5.根據權利要求1所述的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於所述蒸發室的內膽制 作成多面體結構，多面體的每一個面上貼裝半導體功率器件，半導體功率器件的外邊裝置可 兼做電引線的圍板，構成所述外加固框架的一部分，使半導體功率器件模塊的導熱面與所述 內膽形成緊密的貼合；
6、 一種蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於蒸發室是由內膽和加固框架兩大部分組成，內 膽是由銅、鋼或不鏽鋼等延展性好的0.5—2mm金屬薄板衝壓、焊接加工成密封的腔體，腔體 內安放發熱的變壓器、電感器等電子、機電部件，加固框架為由網格狀的角鋼或槽鋼構成的 部件組合而成，每一個部件與所述內膽的一個或幾個外表表面貼合，由密封的穿板接頭實現 腔體內外的電連接；
7、 根據權利要求1和權利要求6所述的內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室，其特徵在於所述的 內膽腔室內和外表面均裝有發熱的器件。
全文摘要
一種內膽式蒸發冷卻裝置蒸發室。它是由薄金屬板製成的內膽和外加固框架組成。易於實現密封和與半導體功率器件的熱傳遞、加工容易、成本低。
文檔編號H01L23/34GK101400241SQ20071015162
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月25日 優先權日2007年9月25日
發明者王玉富 申請人:王玉富