CN103369932A - 一种功率器件散热器的散热片排布方法及散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率器件散热器的散热片排布方法及散热器，将散热器的散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，改变散热器基板不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。本发明通过利用调整散热片的排布方式，通过不同数量和厚度的铝板组合，能在散热器进风口到出风口方向，形成不同的散热片的间距，通过调整散热片的间距，消除进风口到出风口方向风温不相同对功率器件的温升的影响，实现功率器件的均温。

Description

一种功率器件散热器的散热片排布方法及散热器

技术领域

本发明涉及一种功率器件散热器的设计和加工制作方法及其散热器，尤其是针对一个散热器上安装多个功率半导体器件的散热片排布方法及散热器，主要应用用于200A以上大功率晶闸管、25A以上晶闸管及整流模块、50A以上大功率IGBT。 

背景技术

大功率半导体器件在运行过程中会产生大量的热，为了不至于烧坏功率器件，现在都必须通过散热器来帮助其散热；其中，散热片式散热器是一种常用的散热器，散热片式散热器主要承载功率器件的传热和散热功能。 

目前的散热片式散热器基本都是由两个单元结合，散热片和基板，散热片主要起散热功能，基板起传热功能。一般散热片式散热器在加工制作时，都是先分别制作好基板和散热片，再将散热片插入到基板上，然后通过焊接将散热片与基板焊接起来，组成散热片式散热器，这种散热器具有散热功率较大，性能稳定可靠的特点，因此得到广泛应用。然而，随着功率器件的功率密度越来越大，散热器的热流密度也越来越高，要求的散热器的散热能力越来越强。为提高单位体积的散热能力，只有通过提高散热面积和材料的热导率来实现。现有提高散热器面积的主要方法主要是采用多孔散热片或波纹片提高散热面积，但除存在流阻大、进风口先后的功率器件散热器温度差大等缺陷外，还存在如下两个缺陷：一随着散热片高度的增高，散热片的效率低；二散热器无法用整体型材成型，只能采用嵌片或镶齿的工艺；但如果为了增加散热面积，将散热片间距的减少，嵌片和镶齿工艺实现困难将增加，导致质量不稳定，因此现有的型材、嵌（镶）片散热器的散热片的最小间距2.5mm以上，散热能力有限，当功率密度更大时，只有采用其它方式的散热器。此外，采用现有的嵌片或镶齿的工艺，为了保证制作工艺，散热片一般都是采用相同厚度的散热片，按照等间距的方式进行排布；这样虽说制作比较简单，但对于多个功率器件同时排布在一个散热器上时，由于同一个散热器安装多个功率器件时，进风口和出风口的风温可能达到20℃以上，出风口的功率器件会比进风口的功率器件高15℃以上，这样就会出现各个功率器件的散热效果不一样，导致各功率温度不均匀，这样将造成部分功率器件提前老化失效，将极大影响功率器件的使用性能，因此很有必要对此加以改进。 

通过专利检索到一些有关散热器方面的专利，但未发现与本发明相同的专利技术，与本发明技术相关的专利主要有以下一些： 

1、专利申请号为CN201010611031.2，发明名称为“  一种插片式散热器及具有插片式散热器的散热装置”，该专利公开了一种插片式散热器及具有插片式散热器的散热装置，插片式散热器设置有基板和安装于所述基板的散热翅片，所述散热翅片通过设置于其下部的鼓风机进行鼓风，所述散热翅片设置有弧形缺口，所述弧形缺口与所述鼓风机的位置相对应。插片式散热器的散热装置，设置有支架、安装于所述支架的插片式散热器和设置于所述支架下部的鼓风机；插片式散热器设置有基板和安装于所述基板的散热翅片，所述散热翅片设置有弧形缺口，所述弧形缺口位于所述鼓风机上部位置。

2、专利申请号为CN201110453400.4，发明名称为“   一种传导制冷型高功率半导体激光器及其制备方法”该专利公开了一种传导冷却型高功率半导体激光器及其制备方法，包括散热器和一个或者多个半导体激光器单元；所述半导体激光器单元由芯片、与芯片焊接的起散热导电作用的衬底、以及与衬底焊接的起绝缘散热作用的绝缘片组成，半导体激光器单元通过绝缘片焊接在散热器上。 

3、专利申请号为CN201210491876.1，发明名称为“，发明名称为“一种间断错位风冷散热器”，该专利公开了一种间断错位风冷散热器，包括基板、挡板和翅片组，其特征在于：所述翅片组包括宽齿距翅片组和窄齿距翅片组；所述基板两端固定有所述挡板，所述基板和所述挡板之间形成可容纳所述宽齿距翅片组和所述窄齿距翅片组的容纳空间，所述宽齿距翅片组和所述窄齿距翅片组固定在所述容纳空间内；所述宽齿距翅片组和所述窄齿距翅片组之间设有间断区。 

上述这些专利虽都涉及散热片式散热器，也提到了散热片的安装，但都未涉及到有关如何改善散热片排布方法，使得多个功率器件同时排布在同一个散热器上时，各功率器件的散热效果都是一样的，保证功率器件散热的均匀性，因此都仍存在前面所说的一些问题，所以很有必要对此加以进一步的改进。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有散热器的散热片排布方式所存在的一些不足，提供一种新的散热器散热片排布方式及其散热器，按照该种方法制作出来的散热器能够有效保证各功率器件都能有相等的散热效果，有效保证功率器件的使用性能。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案: 一种功率器件散热器的散热片排布方法，将散热器的散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，改变散热器基板不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。 

进一步地，所述的散热片是按照靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距排布的，通过增加出风口位置的散热片数量，来增加出风口位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。 

进一步地，所述的靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距是按照下述规律来分配的： 

根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，来确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，以保证散热片从基板上任意一位置所带走的热量是基本相等的。

进一步地，所述的散热片之间距离缩减的梯度是均匀递减的，从入风口开始均匀递减到出风口，递减的速率与出风口相对入风口温升的速率相对应。 

进一步地，所述的散热片之间的距离缩减的，通过散热片之间间隔片的调整实现出风口散热片间距≤2.5mm。 

一种按照上述散热片排布方式的功率器件散热器，包括散热基板和散热片，所述散热片与散热基板连接在一起，排列在散热基板的一面上，在散热基板的另一面上紧贴散热器基板表面安装有多个功率器件，其特征在于，散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，根据散热基板不同位置散热效果的不同，采取不同的间距排列，来改变散热器基板不同位置的散热面积，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。 

进一步地，所述的散热片是按照靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距排布的，通过增加出风口位置的散热片数量，来增加出风口位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。 

进一步地，所述的靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距是按照下述规律来分配的： 

根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，来确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，以保证散热片从基板上任意一位置所带走的热量是基本相等的。

进一步地，所述的散热片之间距离缩减的梯度是均匀递减的，从入风口开始均匀递减到出风口，递减的速率与出风口相对入风口温升的速率相对应。 

进一步地，所述的散热片之间的距离缩减的，通过散热片之间间隔片的调整实现出风口散热片间距≤2.5mm。 

本发明通过利用调整散热片的排布方式，通过不同数量和厚度的铝板组合，能在散热器进风口到出风口方向，形成不同的散热片的间距，通过调整散热片的间距，消除进风口到出风口方向风温不相同对功率器件的温升的影响，实现功率器件的均温。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是附图1的B-B剖面视图；

图3是附图1的A-A剖面视图。

其中：1、基板， 2、第一散热片， 3、第二散热片， 4、第三散热片,  5、第四散热片，6、第一功率器件，7、第二功率器件，8、入风口，9、出风口。 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。 

通过附图所示，可以清楚看出本发明涉及一种高热流密度散热器的散热片排布方法，将散热器的散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，改变散热器基板不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量是一样，保证个功率器件可以得到均匀的散热效果。 

进一步地，所述的散热片是按照靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距排布的，通过增加出风口位置的散热片数量，来增加出风口位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。 

进一步地，所述的靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距是按照下述规律来分配的： 

根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，来确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，以保证散热片从基板上任意一位置所带走的热量是基本相等的。

进一步地，所述的散热片之间距离缩减的梯度是均匀递减的，从入风口开始均匀递减到出风口，递减的速率与出风口相对入风口温升的速率相对应。 

一种按照上述散热片排布方式的功率器件散热器，包括散热基板和散热片，所述散热片与散热基板连接在一起，排列在散热基板的一面上，在散热基板的另一面上紧贴散热器基板表面安装有多个功率器件，其特征在于，散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，根据散热基板不同位置散热效果的不同，采取不同的间距排列，来改变散热器基板不同位置的散热面积，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。 

进一步地，所述的散热片是按照靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距排布的，通过增加出风口位置的散热片数量，来增加出风口位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。 

进一步地，所述的靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距是按照下述规律来分配的： 

根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，来确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，以保证散热片从基板上任意一位置所带走的热量是基本相等的。

进一步地，所述的散热片之间距离缩减的梯度是均匀递减的，从入风口开始均匀递减到出风口，递减的速率与出风口相对入风口温升的速率相对应。 

进一步地，所述的散热片之间的距离缩减的，通过散热片之间间隔片的调整实现出风口散热片间距≤2.5mm。 

实施例一 

一种铝制均温散热器：散热器由基板、散热片和顶板组成，通过不同数量和厚度的铝板组合，使得在散热器进风口到出风口方向，形成不同的散热片的间距，通过调整散热片的间距，消除进风口到出风口方向风温不相同对功率器件的温升的影响，实现功率器件的均温。钎焊铝制散热器的方案详细说明如下：

如附图1-3所示，整个功率器件散热器，包括基板1和散热片，散热片由不同厚度、不同尺寸、不同形状的纯铝和纯铝包覆材料板组合形成，且从入风口的功率器件一6下方每两片散热片，即第一散热片2和第二散热片3的间距，要大于出风口功率器件四7下方每两片散热片，即第三散热片4和第四散热片5的间距；通过组合能实现不同的散热片间距等要求。

通过变换件散热片之间的间距，能使的整体散热效果均匀；且散热片的间距是从入风口到出风口散热片的间距均匀缩减的，以保证通过增加出风口的散热面积来减少出风口流动气体升温所带来的影响。 

本发明通过利用调整散热片的排布方式，通过不同数量和厚度的铝板组合，能在散热器进风口到出风口方向，形成不同的散热片的间距，通过调整散热片的间距，消除进风口到出风口方向风温不相同对功率器件的温升的影响，实现第一个功率器件到第N个功率器件的均温。 

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种功率器件散热器的散热片排布方法，其特征是：将散热器的散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，改变散热器基板不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。

2.根据权利要求1所述的功率器件散热器的散热片排布方法，其特征是：所述的散热片是按照靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距排布的，通过增加出风口位置的散热片数量，来增加出风口位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。

3.根据权利要求2所述的功率器件散热器的散热片排布方法，其特征是：所述的靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距是按照下述规律来分配的：

根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，来确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，以保证散热片从基板上任意一位置所带走的热量是基本相等的。

4.根据权利要求3所述的功率器件散热器的散热片排布方法，其特征是：所述的散热片之间距离缩减的梯度是均匀递减的，从入风口开始均匀递减到出风口，递减的速率与出风口相对入风口温升的速率相对应。

5.根据权利4所述的功率器件散热器的散热片排布方法，其特征是：所述的散热片之间距离均匀递减的，通过不同厚度和尺寸组合，实现出风口散热片之间间距小于等于2.5mm。

6.一种按照权利要求1所述散热片排布方法的功率器件散热器，包括散热基板和散热片，所述散热片与散热基板连接在一起，排列在散热基板的一面上，在散热基板的另一面上紧贴散热器基板表面安装有多个功率器件，其特征在于，散热片按照不同厚度和不同间距来进行排列，根据散热基板不同位置散热效果的不同，采取不同的间距排列，来改变散热器基板不同位置的散热面积，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。

7.如权利要求6所述的功率器件散热器，其特征在于，所述的散热片是按照靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距排布的，通过增加出风口位置的散热片数量，来增加出风口位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口位置与入风口位置的气流温差所影响出风口的散热量。

8.如权利要求7所述的功率器件散热器，其特征在于，所述的靠近入风口位置的散热片之间的间距宽于靠近出风口位置的散热片之间的间距是按照下述规律来分配的：

根据散热器从入风口到出风口温度梯度的增加，来确定散热器上散热片之间距离缩减的梯度，以保证散热片从基板上任意一位置所带走的热量是基本相等的。

9.如权利要求8所述的功率器件散热器，其特征在于，所述的散热片之间距离缩减的梯度是均匀递减的，从入风口开始均匀递减到出风口，递减的速率与出风口相对入风口温升的速率相对应。

10.如权利要求9所述的功率器件散热器，其特征在于，所述的散热片之间的距离缩减的，通过散热片之间间隔片的调整实现出风口散热片间距≤2.5mm。

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