IGBT装置的制作方法

本实用新型涉及反向器领域，尤其涉及一种IGBT装置。

背景技术：

IGBT是转换器(inverter)的核心元器件，IGBT的散热设计在高功率的转换器中变得越来越重要。为了更有效地对IGBT进行散热，通常在高功率的转换器中设置了水冷散热系统。然而，在高功率的转换器中水冷散热系统尤其大且复杂，其由泵、构造复杂的散热片以及很长的水管组成。

因此，业内需要一种高效、结构简单、造价低的转换器IGBT冷却装置。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种IGBT装置，其包括一个IGBT芯片，IGBT芯片固定连接在铜基板上，其中，所述铜基板在其延伸方向上设置有复数个冷却通道。

进一步地，所述IGBT装置还包括：一个冷却装置，其通过传输通道连接于所述复数个冷却通道，其中，所述冷却通道中具有冷却剂，所述冷却装置为所述冷却剂降低温度；一个冷却剂装置，其中容纳有经过所述冷却装置冷却过的冷却剂；一个泵，其将从冷却剂装置传输的冷却剂通过加压传输给所述铜基板中的所述复数个冷却通道。

进一步地，所述冷却通道的水力学直径为：

其中，所述S为冷却通道的横截面积，A是冷却通道横截面积的周长。

进一步地，当铜基板的厚度通常为500um时，所述冷却通道的水力学直径为50um～100um。

进一步地，所述冷却通道的热传递系数为：

其中Nu为是努赛尔数，λ为冷却介质的热特性参数。

本实用新型提供的IGBT装置结构紧致，体积小，并具有较低热阻、较高热传输率和大功率密度，因此具有较高的可靠性。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个具体实施例的IGBT装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个具体实施例的IGBT装置的局部结构示意图；

图3是根据本实用新型的一个具体实施例的IGBT装置的剖面结构示意图；

图4是根据本实用新型的一个具体实施例的IGBT装置的冷却循环示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。

本实用新型的转换器IGBT冷却机制是通过冷却通道(microchannel heat sink)来实现的。本实用新型设置的冷却通道通过冷却介质的流动来强制对流(forced convection)以散热，因此本实用新型具有紧密的微结构(compact microstructure)，高热密度(high heat density)，低热阻(low thermal resistance)，结构简单且易于批量生产，是一种能够高流通性和高功率的IGBT散热机制。

如图1、图2和图3所示，IGBT装置包括一个IGBT芯片10和铜基板12。其中，IGBT芯片10固定连接在铜基板12上，IGBT芯片10的下表面和铜基板12的上表面相互贴合。其中，所述IGBT芯片10和铜基板12的连接方式包括但不限于螺栓连接、螺纹连接、拼插连接等，现有技术中已有成熟的技术支持，此处不再赘述。具体地，所述铜基板12在其延伸方向上设置有复数个冷却通道12a。其中，冷却通道12a是微通道，在铜基板12中设置尽量多的微通道12，微通道12中循环流动着冷却剂。因此，IGBT芯片的热量被铜基板中的多个冷却通道12a传输到冷却介质，并进一步将热量传输到外壳以外，以达到给IGBT芯片10降温的目的。

进一步地，如图4所示，IGBT装置100还包括一个冷却装置400、一个冷却剂装置300和一个泵200。其中，如图3所示，冷却装饰400通过传输通道12连接于所述复数个冷却通道12a，其中，所述冷却通道12a中具有冷却剂，所述冷却装置400用于为所述冷却剂降低温度。冷却装置400典型地为风扇装置。冷却剂装置300中容纳有经过所述冷却装置400冷却过的冷却剂，冷却剂装置300用于回收并容纳通过冷却装置400冷却过的冷却剂，以便循环利用。泵200连接于所述冷却剂装置300，将从冷却剂装置300传输得到的冷却剂通过加压重新传输回所述铜基板12中的所述复数个冷却通道12a，以便循环利用冷却剂对IGBT芯片10降温。

进一步地，所述冷却通道的水力学直径(channel hydraulics diameter)为：

其中，所述S为冷却通道的横截面积，A是冷却通道横截面积的周长。通常的冷却通道直径为大于3mm，窄的冷却通道直径范围为200um到3mm，因此，冷却通道的水力学直径的取值范围为10um到200um。

进一步地，冷却通道的热传递系数(convective heat transfer coefficient)为：

其中Nu为是努赛尔数(Nusselt Number)，λ为冷却介质的热特性参数(thermal property constant)。当通道的水力学直径减小到冷却通道级别，冷却通道的的热传递系数h则比大通道(macro channel)的热传递系数高很多，因此芯片能够得到有效地散热。

此外，IGBT装置100的铜基板12的厚度为400um～600um，典型的IGBT铜基板的厚度通常为500um，本实用新型利用为机械系统技术(MEMS technology)在转换器的IGBT铜基板上进行冷却通道的制程。其中，冷却通道的直径的取值范围为50um～100um。其中，转换器的IGBT工作产生的热量被传输到铜基板上并通过多个冷却通道散热。铜基板连接于IGBT芯片，铜基板上具有冷却通道，IGBT芯片的热量被铜基板和冷却通道传输到冷却介质，并进一步传输到外壳以外。

本实用新型提供的IGBT装置结构紧致，体积小，并具有较低热阻(low thermal resistance)、较高热传输率(high heat dissipation capacity)和大功率密度(high power density IGBT)，因此具有较高的可靠性。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。