一种半导体器件水冷散热结构的制作方法

1.本实用新型属于散热装置技术领域，具体涉及一种半导体器件水冷散热结构。


背景技术：

2.半导体器件在工作时所产生的热量限制器件性能和可靠性，散热是半导体器件生产和应用的重点工作之一。温度过高会影响包括igbt模块在内的大多半导体器件的使用性能，甚至造成功率器件的不可逆转的损坏不可逆转的损坏，影响元器件的正常使用。10℃法则表明，当器件温度降低10℃，器件的可靠性将增长一倍。因此，从提高半导体器件的使用可靠性的角度出发，如何对半导体器件进行散热已经成为各国研究的热点。
3.常规散热措施是将器件安装在具有较大散热面积的散热器上，或同时对散热器进行风冷或者水冷。传统水冷散热器，水冷腔体的水冷板壁与功率器件基板通过导热硅脂连接，由于导热硅脂的导热系数较低，且在涂抹时易产生气泡等，从而形成了较大热阻且极易造成局部温度过高，进而导致功率元件的整体散热效果较差。而且，传统的水冷散热器，多由多边形柱状散热片形成散热通道，会存在水循环不均匀、散热片之间容易被水沟堵塞、以及清洗困难等缺陷。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种半导体器件水冷散热结构。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本实用新型提供了一种半导体器件水冷散热结构，包括：
6.散热壳体，所述散热壳体上设置有冷却液进口和冷却液出口；
7.底板，与所述散热壳体连接以密封所述散热壳体，所述底板同时作为半导体器件的基板；
8.所述底板与所述散热壳体组成的腔体内设置有由一组开口方向相反的圆弧挡板交替套叠后形成的冷却液槽，所述冷却液槽分别与所述冷却液进口和所述冷却液出口连通，所述冷却液槽内设置有挡板。
9.在本实用新型的一个实施例中，所述圆弧挡板的弧度在180
°‑
360
°
之间。
10.在本实用新型的一个实施例中，所述底板的内部设置真空腔体，所述真空腔体的内部装有液态相变介质。
11.在本实用新型的一个实施例中，所述真空腔体内靠近半导体器件的面上设置有若干均匀分布的毛细结构。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述毛细结构的截面形状为三角形、梯形或矩形。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述底板采用alsic制成。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述散热壳体的边缘设置密封凹槽，所述密封凹槽内设置密封圈，所述底板的边缘与所述密封凹槽内的所述密封圈压紧配合以实现密封固定。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
16.1.本实用新型的半导体器件水冷散热结构，底板与散热壳体组成的腔体内设置有冷却液槽，同时，底板的另一侧成为半导体器件的基板，即，本实用新型中水冷散热结构与半导体器件形成为一体，结构非常紧凑，一体封装的形式避免了低导热系数硅胶产生的热阻，大大提高了半导体器件的散热效果。
17.2.本实用新型的半导体器件水冷散热结构，冷却液槽由一组开口方向相反的圆弧挡板交替套叠后形成，使得冷却液流动轨迹类似锯齿状，增大了散热面积，散热效果更好，同时，在冷却液槽内设置挡板，使得冷却液循环更加均匀，避免出现部分冷却液不流动的问题。
18.3.本实用新型的半导体器件水冷散热结构，底板的内部设置真空腔体，真空腔体的内部装有液态相变介质，可以将半导体器件中核心较大的发热量通过蒸发及冷凝过程快速传导至基板(即散热壳体的底板)，另外，真空腔体内靠近半导体器件的面上设置有若干均匀分布的毛细结构，以便于液态相变介质均匀分布，有利于将来自于半导体器件的热量快速转移入散热壳体的冷却液中，进一步提高散热效率和效果。
19.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例提供的一种半导体器件水冷散热结构的示意图；
21.图2是本实用新型实施例提供的一种冷却液槽的结构示意图；
22.图3是本实用新型实施例提供的另一种半导体器件水冷散热结构的示意图。
具体实施方式
23.为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的一种半导体器件水冷散热结构进行详细说明。
24.有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。
25.实施例一
26.请结合参见图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种半导体器件水冷散热结构的示意图；图2是本实用新型实施例提供的一种冷却液槽的结构示意图。如图所示，本实施例的半导体器件水冷散热结构，包括：散热壳体1和底板2，其中，散热壳体1上设置有冷却液进口101和冷却液出口102；底板2与散热壳体1连接以密封散热壳体1，底板2同时作为半导体器件的基板；底板2与散热壳体1组成的腔体内设置有由一组开口方向相反的圆弧挡板201交替套叠后形成的冷却液槽202，冷却液槽202分别与冷却液进口101和冷却液出口102连通，冷却液槽202内设置有挡板203。
27.在本实施例中，半导体器件4通过散热胶与本实施例的底板2粘结。
28.具体地，散热壳体1由顶壁和两个侧壁一体成型为一个开口槽，开口槽的边缘设置密封凹槽(图中未示出)，所述密封凹槽内设置密封圈，底板2的边缘与密封凹槽内的密封圈压紧配合以实现底板2与散热壳体1的密封固定，进而形成用于盛装冷却液的腔体。其中，一个侧壁上开设有两个窗口，以分别作为冷却液进口101和冷却液出口102，冷却液通过冷却液进口101导入到散热壳体1的腔体中，使用完成后通过冷却液出口102导出散热壳体1的腔体。
29.在本实施例中，圆弧挡板201的弧度在180
°‑
360
°
之间，而且圆弧挡板201的表面是光滑的，以减小流动阻力并避免结垢。在工作过程中，冷却液从冷却液进口101进入冷却液槽202后形成一个类似锯齿状的流动轨迹，最后从冷却液出口102流出。
30.在本实施例中，底板2采用alsic制成。
31.本实施例的半导体器件水冷散热结构，底板2与散热壳体1组成的腔体内设置有冷却液槽202，同时，底板2的另一侧成为半导体器件的基板，即，本实施例的水冷散热结构与半导体器件4形成为一体，结构非常紧凑，一体封装的形式避免了低导热系数硅胶产生的热阻，大大提高了半导体器件4的散热效果。
32.进一步地，本实施例的半导体器件水冷散热结构，冷却液槽202由一组开口方向相反的圆弧挡板201交替套叠后形成，使得冷却液流动轨迹类似锯齿状，增大了散热面积，散热效果更好，同时，在冷却液槽202内设置挡板203，使得冷却液循环更加均匀，避免出现部分冷却液不流动的问题。
33.进一步地，请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的另一种半导体器件水冷散热结构的示意图。如图所示，本实施例的半导体器件水冷散热结构与上述实施例相比，底板2的内部设置有真空腔体3，真空腔体3的内部装有液态相变介质301。在本实施例中，液态相变介质301为新氟碳化合物。真空腔体3内靠近半导体器件4的面上设置有若干均匀分布的毛细结构，即凹槽(图中未示出)，以便于液态相变介质301均匀分布。可选地，所述毛细结构的截面形状为三角形、梯形或矩形。其余结构与上述实施例相同，在此不再赘述。
34.当半导体器件4工作时，热量最终传导到作为基板的底板2上，真空腔体3的靠近半导体器件4热量传来方向的面上成型有若干个便于所述相变介质132均匀分布的毛细结构，使得液态相变介质301能够在靠近半导体器件4热量传来方向的面均匀分布，避免了由于半导体器件4在非水平放置，或非平稳运动时液态相变介质301区温度急剧上升情况的发生，确保液态相变介质301的蒸发过程顺利进行，热量得到均匀传导，从而有利于将来自于半导体器件4的热量快速传递入散热壳体1中，进一步提高散热效率和效果。
35.同时，更容易快速将温度极值点的热量迅速传导出去，且真空腔体3的高热流密度使散热装置的体积更小，且有效减小了重量。
36.本实施例的半导体器件水冷散热结构，底板2的内部设置真空腔体3，真空腔体3的内部装有液态相变介质301，可以将半导体器件4中核心较大的发热量通过蒸发及冷凝过程快速传导至基板(即散热壳体1的底板2)，另外，真空腔体3内靠近半导体器件4的面上设置有若干均匀分布的毛细结构，以便于所液态相变介质301均匀分布，有利于将来自于半导体器件4的热量快速转移入散热壳体1的冷却液中，进一步提高散热效率和效果。
37.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。