[發明專利]一種用于IGBT散熱的磁流體泵裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201910787108.2
• 申請日: 2019-08-25
• 公開（公告）號: CN110534488B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 宋學官;王榮譽;項曉敏;宗超勇;鄭鳳杰;李昆鵬;孫偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/473;H02K44/02;G01D21/02;G01R31/26
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種用于IGBT散熱的磁流體泵裝置，該磁流體泵裝置用于為IGBT芯片組散熱，IGBT芯片組包括IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)和IGBT底板(23)，所述IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)和IGBT芯片C(24)通過焊錫焊接在IGBT底板(23)上，IGBT芯片組設置在磁流體泵上；其特征在于，所述的磁流體泵裝置包括磁流體泵、水冷散熱裝置、壓力測量裝置、溫度測量裝置和數據采集系統；

所述的磁流體泵內設有液態金屬，磁流體泵包括磁流體泵上殼體(7)、磁流體泵下殼體(2)，及上下殼體內的磁流體泵管道(3)，及磁流體泵上殼體(7)內從左至右依次設置的磁體S極A(9)、磁體N極A(10)、磁體S極B(11)、磁體N極B(12)，磁流體泵上殼體(7)前面設有正電極A(18)和負電極B(39)，磁流體泵上殼體(7)后面設有負電極A(19)和正電極B(40)；所述的磁流體泵上殼體(7)與下方磁流體泵下殼體(2)之間通過連接螺栓連接，與上方IGBT底板(23)之間通過連接螺栓連接；所述磁流體泵下殼體(2)通過磁流體泵進水管道(1)、磁流體泵出水管道(16)與水冷散熱裝置連接，其中，磁流體泵出水管道(16)與磁流體泵下殼體(2)之間通過法蘭連接，磁流體泵進水管道(1)與磁流體泵下殼體(2)之間通過法蘭連接；所述磁流體泵管道(3)與磁流體泵上殼體(7)之間通過螺紋連接；所述磁體S極A(9)和磁體N極A(10)產生磁場，正電極A(18)和負電極A(19)產生電場，在同時受到電場和磁場的作用下液態金屬向上運動；同理在磁體S極B(11)、磁體N極B(12)形成的磁場和負電極B(39)、正電極B(40)形成的電場作用下，液態金屬向下運動；

所述的水冷散熱裝置為水冷設備(17)，為磁流體泵內的液態金屬散熱；所述水冷設備(17)與磁流體泵進水管道(1)、磁流體泵出水管道(16)之間均通過法蘭連接；

所述的壓力測量裝置為壓力傳感器A(4)和壓力傳感器B(14)，分別設置在磁流體泵進水管道(1)和磁流體泵出水管道(16)上，用于測量磁流體泵進水管道(1)和磁流體泵出水管道(16)內的壓力；

所述的溫度測量裝置為溫度傳感器A(5)、溫度傳感器B(15)和熱成像儀(36)，分別設置在磁流體泵進水管道(1)、磁流體泵出水管道(16)和IGBT芯片組上，用于測量磁流體泵進水管道(1)、磁流體泵出水管道(16)和IGBT芯片組的溫度；

所述的數據采集系統為工控機(38)，用于控制外電路給IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)加熱至某一溫度，并采集壓力傳感器A(4)、壓力傳感器B(14)、溫度傳感器A(5)、溫度傳感器B(15)、熱成像儀(36)的數據信息，與各傳感器之間電連接。

2.根據權利要求1所述的一種用于IGBT散熱的磁流體泵裝置，其特征在于，所述的磁流體泵上殼體(7)與IGBT底板(23)之間設有環形凹槽，環形凹槽內設有環形密封圈(20)用于密封。

3.根據權利要求1所述的一種用于IGBT散熱的磁流體泵裝置，其特征在于，所述的法蘭連接處均設有密封圈用于端面密封。

4.根據權利要求1所述的一種用于IGBT散熱的磁流體泵裝置，其特征在于，所述的熱成像儀(36)與IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)距離30cm，用于測量芯片的溫度變化。

5.根據權利要求1所述的一種用于IGBT散熱的磁流體泵裝置，其特征在于，所述的液態金屬為GaInSn合金材料，包括質量分數為68％的Ga、22％的In、10％的Sn。

6.根據權利要求1-5任一所述的用于IGBT散熱的磁流體泵裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步、啟動系統，開啟水冷設備(17)，調節適當的流量和壓力為磁流體泵散熱；通過工控機(38)采集壓力傳感器A(4)、壓力傳感器B(14)、溫度傳感器A(5)和溫度傳感器B(15)的數據信息，實時監測磁流體泵的散熱情況；控制外電路給IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)加熱，通過熱成像儀(36)觀察芯片的溫度，使芯片加熱至某一溫度；

第二步、通過工控機(38)控制外電路給正電極A(18)、負電極A(19)、負電極B(39)和正電極B(40)供電，洛倫茲力驅動液態金屬流動進行散熱；通過控制兩對電極電壓的大小，控制液態金屬的流動速度；熱成像儀(36)采集IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)表面的溫度后，上傳至工控機(38)進行數據的處理；

第三步、通過對比IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)散熱前和散熱后的溫度變化，分析磁流體泵裝置的散熱效果；判斷測試是否完成，如果測試沒有完成，那么繼續控制外電路加熱IGBT芯片A(8)、IGBT芯片B(22)、IGBT芯片C(24)至另一溫度或者調節電極電壓的大小來控制液態金屬的流動速度；如果測試完成，那么結束關閉系統。