[发明专利]具有改进挡板的半导体冷却装置

说明书

本发明涉及一种具有改进挡板的半导体冷却装置。半导体冷却装置包括一个或多个半导体组件、外壳和一个或多个挡板。每个组件包括散热器和安装在散热器上并热耦合到散热器的一个或多个半导体功率器件。外壳用于将一个或多个组件容纳在外壳内的腔室中，并且包括与腔室流体连通的入口端口和出口端口。挡板被布置成使得流体流过每个挡板到达相应的散热器。每个挡板包括通孔，通孔布置成使得流体流过通孔到半导体组件的安装有半导体功率器件的区域，或者流到与安装半导体功率器件的位置相对的散热器的区域。每个挡板是印刷电路板，包括用于相邻半导体组件的控制和/或检测电路，并且电连接到该半导体组件的一个或多个半导体功率器件。

技术领域

本发明涉及一种用于冷却诸如功率半导体的半导体器件的半导体冷却装置。由于此类器件产生的高功率损耗和相关联的热量，此类装置在逆变器领域中是有利的。

背景技术

电气和电子元件在使用时会产生热量作为副产物。过热通常会影响性能和元件寿命，因此电气和特别是电子元件通常会被冷却以防止过热。

设备对它们可以有效操作的上限温度有限制，并且当超出了限制温度，因此设备可能变得效率低下并可能发生故障。在大多数情况下，由于过热，设备无法从故障中恢复，并且它们所在的整个系统变得无法使用，需要维修或在许多情况下更换“烧坏”的模块/系统。

预防胜于治疗，为了使系统更加稳固，已经付出了很多努力，但修理简单也同样有价值。

许多不同的方法已被用于解决过热限制：一些人试图增加设备的运行限制，尽管其范围有限，而大部分努力都集中在从设备、子模块和系统中去除热量。在许多功率电子元件应用中，散热器用于需要有效散热的地方。散热器通过热接触从电子元件吸收和散发热量。例如，散热器可以焊接、粘合或以其他方式安装到功率电子设备，以通过提供废热可以流入的大热容量来改善散热。

在高功率应用中，散热器可以扩大以提高热容量。然而，增加散热器的尺寸会增加电源模块的重量和体积以及相应的成本。在许多情况下，此类模块的可用空间(尤其是汽车应用)正在减少，而不是相反。

已经为冷却计算系统中的电子元件付出了相当大的努力，其中中央处理单元(CPU)具有数百万个集成在硅芯片表面上的半导体器件。虽然任何一个设备的热损失很小，但集成密度导致总散热量很高，严重限制了CPU的速度和寿命。

一些用于冷却计算系统中电子元件的技术也已应用于高功率单开关器件或低级集成半导体开关器件的冷却。

在US2011/103019中，描述了一种为电子系统提供浸没冷却的液密外壳，其中提供了冷却板，该冷却板具有用于向其供应冷却剂的液体导管，所述冷板具有耦合到电子系统的电子元件上的底面和至少一个在侧壁上的开放端口。在一个特定实施例中，由导管供应的冷却剂进入冷却板的顶部，并被部分允许通过侧端口离开，同时使剩余的冷却剂流过指向高热通量元件的射流：侧端口孔和射流孔的尺寸经过调整，以提供元件的优化冷却。

US2011/103019特别针对计算机中CPU的冷却并且描述了安装在基板上的高功率处理器芯片的冷却，所述基板电气地和机械地附接到处理器模块，处理器模块进一步附接到印刷电路板。

US2011/103019的缺点是通过所述基板的热传播差，特别是通过与所述印刷电路板的连接的热传播差。

对于中等功率转换器模块，还有另一个功率耗散量级需要应对，即100安培的电流和1000V量级的电压。对于中等功率转换器，使用半导体开关装置，并且US2011/0242760教导了一种装置，其中半导体开关装置安装在层压母线上以保持相位之间的电隔离。在US2011/0242760之前，母线中的所述叠层将是温度限制特征，而US2011/0242760教导将液体冷却散热器应用于所述叠层母线，其中散热器与母线电隔离。在绝缘层的温升和热限制再次成为限制因素之前，从母线移除热量以及通过来自安装在其上的电隔离开关装置的热传导来提高总功率容量。