[發明專利]一種大功率半導體器件散熱系統

有效

• 申請號: 200910085139.X
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN101562158A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 李志麒;張皎;任孟干;常忠;張雷;王承民;李金元;王愛
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;中電普瑞科技有限公司
• 主分類號: H01L23/427
• 分類號: H01L23/427;H01L23/367
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種大功率半導體器件散熱系統，主要運用于晶閘管應用領域。

背景技術

對于晶閘管而言，額定工作結溫T_J為重要的基本參數之一。晶閘管的溫度必須保持在某 一臨界值以下，以避免正向漏電流或反向漏電流變大到引起器件損壞的程度。在開通、關斷 期間和通態時，會有一個能使器件溫度顯著增高的功耗值，熱量通常是從與晶閘管相連接的 冷卻表面或散熱器上傳出去。如果晶閘管的冷卻條件差，會導致晶閘管結溫上升，使所需要 的門極觸發電壓V_GT和門極觸發電流I_GT降低，晶閘管在外來干擾下容易造成誤觸發。目前行 業常采用的冷卻方式主要有空氣冷卻和液體冷卻兩種。空氣冷卻僅限用于小功率晶閘管，容 量稍大晶閘管工作穩定性就難以保障；液體冷卻有以下幾方面不足：1、要采用昂貴的預防措 施防止液體純度降低；2、系統中需要動力循環設備，降低了系統的可靠性；3、工作環境要 求嚴格，占用空間大，維護工作較多。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是提出一種散熱效率高、可靠性強、成本低的大功率 晶閘管用散熱系統。為此，本發明提出了一種大功率半導體器件散熱系統，其包括晶閘管壓 接散熱器1、冷卻介質回流母管2、冷卻介質導入母管3、冷卻介質導流子管4和外端熱交換 器5，所述晶閘管壓接散熱器1通過其上部和下部的所述冷卻介質導流子管4并聯到所述冷 卻介質回流母管2和冷卻介質導入母管3上，所述冷卻介質回流母管2和冷卻介質導入母管 3兩端延伸并與外端熱交換器5連接，從而形成冷卻介質相變自循環回路。

其中，所述晶閘管壓接散熱器1包括散熱器基體11，散熱器基體的上、下端設有與冷卻 介質導流子管4相連接的氣態介質出口12和液態介質入口13，散熱器基體的內部均勻布置 有冷卻介質循環槽道14和蒸發室15，各槽道14的上端與氣態介質出口12連通、其下端與 液態介質入口13連通，所述散熱器基體11的兩側設有與晶閘管相互疊壓的臺面17和用于固 定晶閘管的固定機構16。

其中，所述晶閘管壓接散熱器1采用銅及氧化金屬材料制成，兩側設有彈簧懸掛孔和接 線孔。

其中，所述冷卻介質回流母管2、冷卻介質導入母管3和冷卻介質導流子管4采用耐腐 蝕高絕緣強度塑料制成，并采用多重防漏措施。

其中，所述外端熱交換器5采用鋁質波浪型肋板制成，所述冷卻介質選自熱容量大的環 保型絕緣介質。

其中，在具有N個晶閘管的系統中，采用具有N+1個晶閘管壓接散熱器1的冷卻循環回 路以并聯的方式連接，其中N為自然數，冷卻介質回流母管2位于散熱器串的上方并與散熱 器串平行，以促進冷卻介質受熱相變后回流入外端熱交換器5，冷卻介質導入母管3位于散 熱器串的下方并與散熱器串平行，冷卻介質回流母管2和冷卻介質導入母管3的端部都與外 端熱交換器5相連。

本發明的有益效果是：本發明的大功率晶閘管用散熱系統具有散熱效率高、可靠性強、 成本低的優點，并且還具有熱慣性大，易于吸收短時間內的過載作用，電氣性能高，不需維 護等特點。

附圖說明

圖1為本發明的大功率半導體器件散熱系統的主視圖；

圖2為圖1的大功率半導體器件散熱系統的左視圖；

圖3為本發明散熱系統中晶閘管壓接散熱器的外部結構示意圖；

圖4為本發明散熱系統中晶閘管壓接散熱器的內部結構示意圖，即圖3的A-A剖視圖；

其中，1-晶閘管壓接散熱器，2-冷卻介質回流母管，3-冷卻介質導入母管，4-冷卻介質導 流子管，5-外端熱交換器，6-晶閘管，11-散熱器基體，12-氣態介質出口，13-液態介質入口， 14-冷卻介質循環槽道，15-蒸發室，16-固定機構，17-臺面，18-彈簧懸掛孔，19-接線孔。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

本發明采用相變冷卻方式，該系統主要包括晶閘管壓接散熱器、冷卻介質導流管、外端 熱交換器和冷卻介質。晶閘管采用“n+1”方式與所述晶閘管壓接散熱器壓裝，閥體上方安裝 冷卻介質導出母管，下方安裝冷卻介質導入母管，每個散熱器通過導流子管并聯，導流母管 兩端與閥體兩側的熱交換器相連。