一种基于3D打印的相变直通道冷板的制作方法

xiaoxiao2026-09-13  8


本发明涉及igbt冷却散热领域,适用于超高热流密度散热技术,特别涉及一种基于3d打印的相变直通道冷板。


背景技术:

1、igbt(insulated gate bipolar transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。

2、当前,igbt模块在向大功率化和高集成化发展过程之中,散热问题变得尤为关键。散热技术经历了从单面间接散热到单面直接水冷,再到双面水冷结构的演进,有效降低了热阻,提升了散热效率。随着新能源产业的快速发展,对高性能igbt的需求不断增长,这推动了散热技术的持续创新。

3、直通道冷板散热技术作为一种高效的散热方式,通过优化通道结构和采用高性能冷却介质,如纳米流体,显著提升了散热性能。然而,单相流动冷却技术在直通道内可能引起器件表面温度梯度,造成局部温度偏高和较大的热应力,散热能力也有限,散热均衡性不足,产生温阶范围较大。

4、因此,解决上述问题是解决直通道冷板开发技术问题的关键。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于3d打印的直通道相变冷板,以克服现有技术存在的缺陷。本发明从消除传统直通道内可能引起器件表面温度梯度,造成局部温度偏高和较大热应力的问题角度出发,设计了一种基于3d打印的相变直通道冷板。

2、本发明采用如下技术方案:

3、一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,包括上盖板、与该上盖板长度方向连接的第一侧面板、与该上盖板宽度方向连接的第二侧面板、与该第一侧面板和第二侧面板底面连接的下盖板、以及位于第二侧面板上的支撑肋;

4、所述上盖板与下盖板之间设有若干条沿长度方向平行设置的工质流道,工质流道从一端流入液体工质,从另一端流出液体工质;

5、所述下盖板、上盖板、第一侧面板、第二侧面板及工质流道所围成的间隙空间为三维真空腔体,在该三维真空腔体内充灌并密封液体工质;

6、所述三维真空腔体内设有网状的毛细结构。

7、进一步地,所述毛细结构的毛细孔等效半径的尺度小于50μm。

8、进一步地,所述上盖板上设有充液口,该充液口用于将液体充入到三维真空腔体内。

9、进一步地,所述液体工质为水、丙酮、乙醇或乙二醇中的一种。

10、进一步地,所述上盖板、第一侧面板、第二侧面板、下盖板及支撑肋为3d打印工艺一体化成型。

11、进一步地,3d打印工艺采用的材料为铝合金材料或铜材。

12、进一步地,所述冷却工质流道为槽体结构,若干条所述槽体结构在所述工质流道两端相连通。

13、进一步地,每个所述冷却工质流道一端设有进液口,另一端设有出液口。

14、进一步地,所述上盖板与下盖板的长度范围为100~300mm,宽度范围为40~200mm,所述高度h3的范围为4~10mm。

15、与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:

16、本发明中3d打印微通到冷板内部有封闭中空腔体,内部有多孔网状毛细结构填充,同时充灌液体,形成3d-vc(三维真空均热板)结构,同时以3d-vc外表面为壁面形成单相冷却工质流道。传统vc(真空)仅在二维平面实现快速均温,凭借3d-vc良好的均温性,使整个直通道壁面迅速均温,消除传统直通道冷板内可能引起器件表面温度梯度,造成局部温度偏高和热应力较大的问题,从而进一步提升散热效率,突破了传统vc技术瓶颈。

17、从原理上讲,3d-vc(三维真空腔)内部充灌的液体受热发生相变变成气体,迅速实现均温,其等效导热系数可以为铜的数十倍,可以使整个直通道壁面迅速均温。而良好的均温性可以彻底消除传统直通道内可能引起器件表面温度梯度,尤其是上下表面,以及流动方向上下游的温度梯度,继而进一步解决了局部温度偏高和较大热应力的问题,从而可以显著提升igbt模块散热效率。

18、而3d打印的相变直通道冷板的设计可以实现超高热流密度的散热能力,有效解决igbt模块不同热流密度的散热需求。



技术特征:

1.一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,包括上盖板、与该上盖板长度方向连接的第一侧面板、与该上盖板宽度方向连接的第二侧面板、与该第一侧面板和第二侧面板底面连接的下盖板、以及位于第二侧面板上的支撑肋;

2.如权利要求1所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述毛细结构的毛细孔等效半径的尺度小于50μm。

3.如权利要求2所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述上盖板上设有充液口,该充液口用于将液体充入到三维真空腔体内。

4.如权利要求3所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述液体工质为水、丙酮、乙醇或乙二醇中的一种。

5.如权利要求3所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述上盖板、第一侧面板、第二侧面板、下盖板及支撑肋为3d打印工艺一体化成型。

6.如权利要求5所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,3d打印工艺采用的材料为铝合金材料或铜材。

7.如权利要求3所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述冷却工质流道为槽体结构,若干条所述槽体结构在所述工质流道两端相连通。

8.如权利要求3所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,每个所述冷却工质流道一端设有进液口,另一端设有出液口。

9.如权利要求3所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述上盖板与下盖板的长度范围为100~300mm,宽度范围为40~200mm,所述高度h3的范围为4~10mm。

10.如权利要求1所述的一种基于3d打印技术的相变直通道冷板,其特征在于,所述冷却工质流道6的高度范围为10-30mm。


技术总结
本发明公开了一种基于3D打印技术的相变直通道冷板,应用于超高热流密度散热技术领域,其包括上盖板、与该上盖板长度方向连接的第一侧面板、与该上盖板宽度方向连接的第二侧面板、与该第一侧面板和第二侧面板底面连接的下盖板、以及位于第二侧面板上的支撑肋;所述上盖板与下盖板之间设有若干条沿长度方向平行设置的工质流道;所述下盖板、上盖板、第一侧面板、第二侧面板及工质流道所围成的间隙空间为三维真空腔体,在该三维真空腔体内充灌并密封液体工质;三维真空腔体内设有网状的毛细结构。3D打印的相变直通道冷板的设计可以实现超高热流密度的散热能力,有效解决IGBT模块不同热流密度的散热需求。

技术研发人员:张永海
受保护的技术使用者:苏州既济热能科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/9/23
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