一种IGBT模块散热组件和一种控制器的制作方法

一种igbt模块散热组件和一种控制器
技术领域
1.本实用新型涉及散热技术领域，尤其涉及一种igbt模块散热组件和一种控制器。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor绝缘栅双极型晶体管)模块作为驱动系统中的关键部件，其散热性直接影响系统的可靠性，频繁启动和关闭会使igbt模块产生大量热量，如果不能及时将热量传递出去会造成igbt模块被击穿，控制器被烧毁，影响了控制器的质量及可靠性。
3.相关技术中采用在igbt模块下放置散热水箱的方式对igbt模块进行散热操作，但是这种方法只能散去igbt下方产生的热量，热量向上传导，同样会导致温度升高，igbt同样存在被击穿的风险。


技术实现要素：

4.鉴于此，本实用新型提供一种igbt模块散热组件及包括其的控制器，至少用于解决现有技术中存在的igbt模块散热效果差的技术问题，具体地：
5.第一方面，本实用新型提供一种igbt模块散热组件，包括导热架和散热箱，所述导热架设置在所述散热箱的顶部，所述导热架为可容纳igbt模块的框架结构，所述导热架与所述igbt模块具有热传导关系，所述导热架与所述散热箱具有热传导关系。
6.进一步可选地，所述导热架设有一个或多个传热肋，所述一个或多个传热肋围成一个可容纳igbt模块的容纳腔或所述多个传热肋围成多个可容纳igbt模块的容纳腔；所述容纳腔的容积大小使所述igbt模块容置在所述容纳腔内时与所述容纳腔的内侧壁保持接触。
7.进一步可选地，所述导热架包括所述多个传热肋，所述多个传热肋两两相对，且每相邻两个相对的所述传热肋之间连接有导热条；所述导热条和所述两个相对的传热肋围成一个所述容纳腔；所述传热肋和导热条的底部与所述散热箱的顶部形成热传导关系。
8.进一步可选地，所述导热架包括多个顺次排列的导热架单元；每一所述导热架单元包括相对设置的所述传热肋以及连接在该相对两个所述传热肋之间的导热条，所述导热条和该两个相对的所述传热肋围成一个所述容纳腔；所述传热肋和导热条的底部均与所述散热箱的顶部形成热传导关系。
9.进一步可选地，所述传热肋和所述导热条沿着背离所述散热箱的顶板方向延伸，且所述传热肋和/或所述导热条的底部贴合于所述散热箱的顶板。
10.进一步可选地，所述传热肋的底部设有连接座和/或所述导热条的底部设有连接座，且所述连接座与所述散热箱顶板相连接。
11.进一步可选地，任意相邻所述容纳腔之间通过连接座和/或所述导热条延伸连接。
12.进一步可选地，所述传热肋背离所述散热箱顶板方向的延伸高度不大于与其贴合的所述igbt模块侧边的高度。
13.进一步可选地，所述散热箱的壳体具有长度方向和宽度方向，在所述壳体的宽度方向的侧板上设有冷却液的进液口和出液口，多个所述igbt模块沿所述壳体的长度方向排列在所述壳体的顶面，且每个所述igbt模块沿所述壳体的宽度方向延伸。
14.第二方面，本实用新型提供一种控制器，包括上述igbt模块散热组件和igbt模块，所述igbt模块设置在所述igbt模块散热组件的框架结构内。
15.本实用新型在igbt模块设置下部散热箱的基础上进行改进设置，设置具有框架结构的导热架，以使散热箱和导热架形成热传导关系，igbt模块与导热架形成热传导关系，从而使得igbt模块上部产生的热量能够传递至框架结构的散热架，并通过散热架传递给散热箱进行散热操作。使聚集于igbt模块上部的热量通过导热架传导至冷却水道，解决了igbt模块上部热量聚集的问题，显著降低了igbt模块温升。在提高了igbt模块的散热能力的同时也不会影响igbt模块的安装空间。
附图说明
16.通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架前的主视图；
18.图2示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架前的俯视图；
19.图3示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架前的立体图；
20.图4示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架后的立体图；
21.图5示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架后的侧面图；
22.图6示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架后的主视图；
23.图7示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架后的俯视图；
24.图8示出本实用新型实施例导热架的侧面图；
25.图9示出本实用新型实施例导热架的俯视图；
26.图10示出本实用新型实施例导热架的主视图；
27.图11示出本实用新型实施例导热架的立体图；
28.图12示出本实用新型实施例igbt模块外壳的结构示意图之一；
29.图13示出本实用新型实施例igbt模块的结构示意图；
30.图14示出本实用新型实施例igbt模块上盖壳体的结构示意图；
31.图15示出本实用新型实施例igbt模块外壳的结构示意图之二；
32.图16示出本实用新型实施例igbt模块底部导热铜板的结构示意图；
33.图17示出图13的主视图；
34.图18示出图14的主视图；
35.图19示出图15的主视图；
36.图20示出图16的主视图；
37.图21示出实用新型实施例igbt模块透明硅脂的结构示意图；
38.图22示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架前温升图；
39.图23示出本实用新型实施例igbt模块安装导热架后温升图。
40.图中：
41.10、igbt模块散热组件；1、导热架；11、传热肋；12、导热条；13、连接座；2、散热箱；21、进液口；22、出液口；3、igbt模块；31、上盖壳体；32、外壳；33、透明硅脂；34、igbt底部导热铜板。
具体实施方式
42.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
44.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
45.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
46.本实用新型第一方面提供了一种igbt模块散热组件10，包括导热架1和散热箱2，导热架1设置在散热箱2的顶部，导热架1为可容纳igbt模块3的框架结构，导热架1与igbt模块3具有导热关系，导热架1与散热箱2具有热传导关系。
47.具体地，igbt模块散热组件10用于容纳并对安装在其内部的igbt模块3进行散热操作，ibgt模块散热组件10包括导热架1和散热箱2，其中导热架1安装在散热箱2的顶部，用于将igbt模块3产生的热量传导至散热箱2。
48.如图4、图5、图6和图7所示，导热架1位于上部，散热箱2位于下部，igbt模块3设置在导热架1围合而成的框架结构内。igbt模块3在工作的过程中会产生热量，但如果散热的速度较慢，导致热量过多的聚集在igbt模块3的上部，影响igbt模块3的工作性能，通过设置可容纳igbt模块3的导热架1，在igbt模块3产生热量后，位于igbt模块3上部的热量能够从igbt模块3传导至导热架1上，同时由于位于下部的散热箱2具有一定的散热作用，此时热量从温度相对高的导热架1传导至热量相对低的散热箱2，同时igbt模块3设置在散热箱2上，由igbt模块3底部散发的热量可以直接传递至散热箱2进行散热处理，从而将温度较高的igbt模块3上部囤积的热量通过导热架1传导至散热箱2上。
49.具体地，散热箱2内流淌着可用于散热的冷却液，从而实现散热操作。其中用于散热的冷却液可以是水，也可以是其他用于冷却的液体，具体地，冷却液的选取可根据igbt模
块3实际的使用环境进行适应性调整。
50.如图1、图2和图3所示为未安装散热架的igbt模块3，其中igbt模块3安装在散热水箱顶部，相关技术中，采用在igbt模块3下部设置水道的方式对igbt模块3进行散热的方式能够对igbt模块3底部进行良好的散热，但是igbt模块3上部的热量如果不能很好的消散，同样会导致igbt模块3被击穿，因此，本公开在下部设置水道的方式进行改进设计以使igbt模块3的上下热量都能被消散，大大降低了igbt模块3的整体升温，避免由于过温的出现igbt模块3的击穿。
51.优选地，在本实施例中，导热架1包括设置有一个或多个传热肋11，一个或多个传热肋11围合成一个可容纳igbt模块3的容纳腔，或者是多个传热肋11围合成多个可容纳igbt模块3的容纳腔。也就是说，导热架1包括传热肋11，不同数量的传热肋11通过不同的设置方式能够围合成不同数量的容纳腔。
52.在一个具体实施例中，当导热架1为一个传热肋11时，一个导热架1围合成一个可容纳igbt模块3的容纳腔。可以将整个容纳腔理解为一个整体结构，整体的导热架1节省制造磨具，一体成型，提高了力学性能，从而使得整体式的导热架1与下部设置散热箱2形成热传导关系。
53.在一个具体实施例中，当导热架1为多个传热肋11时，多个传热肋11围合成一个可容纳igbt模块3的容纳腔。可以将整个容纳腔理解为组合式结构，多个传热肋11通过组合围合成一个容纳腔，方便对单独传热肋11的更换与维修，从而实现多个传热肋11组成的导热架1与下部设置的散热箱2形成热传导关系。
54.在一个具体实施例中，当导热架1为多个传热肋11时，多个传热肋11围合成多个可容纳igbt模块3的容纳腔。可以将多个传热肋11理解成为能够形成多个容纳igbt模块3的容纳腔，以容纳多个igbt模块3，也就是说，存在多个igbt模块3时，采用多个传热肋11组合的方式围合成多个能够容纳igbt模块的容纳腔。
55.如图8、图9、图10和图11所示为导热架1为多个传热肋11围合成多个igbt模块3容纳腔的结构形式，其中图12为安装在其内的igbt模块3的形状。
56.值得注意的是，本技术中存在多个传热肋11时，多个传热肋11可以是相同的，也可以是不同，可以采用板材的形式，也可以采用翅片的形式，只要是能够配合起到将igbt模块3上部热量传导至下部散热箱2即可，上述图8至图11中仅为多种情况中的一种情况，并非是唯一限定，因此可根据实际的igbt模块3及其使用工况进行相适应的调整。同时，图12中的igbt模块3也为igbt模块3中的其中一种情况，本技术同样可以根据调整导热架1的设置形式以满足不同形状igbt模块3的安装。
57.具体地，容纳腔的容积大小使igbt模块3容置在容纳腔时与容纳腔的内壁保持接触。也就是说，igbt模块3容置在容纳腔时，igbt模块3的外侧壁是贴合在容纳腔的内侧壁上的，从而实现热量的传导过程。可以理解的是，由于二者是直接贴合的，所以在igbt模块3产生热量时，igbt模块3上部的热量会从温度相对高的igbt模块传导至温度相对低的导热架1，从而实现对igbt模块热量的传导过程。
58.可以理解的是，其中igbt模块3与导热架1的安装方式存在很多种，只要保持igbt模块3的外侧面能够与容纳腔保持接触即可，具体可以采用将igbt模块3相互配合的方式，也可以采用不同的配合精度的方式，例如h6或者js6，当然也可以采用过盈配合的方式，
igbt模块3具体与导热架1的配合方式可根据实际igbt模块3的类型以及其使用工况进行适应性调整。
59.其中，导热架1的表面粗糙度应在3.2以下，以便于igbt模块3配合安装。同时，导热架1应选用导热系数高的材料，在此基础上其结构尺寸应满足使导热架1具有一定的结构强度。
60.在一个具体的实施例中，以铜为导热架1材料，导热架1的每根尺寸(长&宽)均应在2mm以上，使导热架1的结构强度在200mpa以上。
61.进一步地，导热架1包括多个传热肋11，多个传热肋11两两相对，且每相邻两个相对的传热肋11之间连接有导热条12，导热条12和两个相对的传热肋11之间围合成一个容纳腔，传热肋11和导热条12底部与散热箱2顶部形成热传导关系。
62.可以理解的是，导热架1的框架结构由两个相对设置的传热肋11，以及连接在传热肋11之间的导热条12围合而成，也就是说，此时的容纳腔包括两个相对的传热肋11和设置在二者之间的导热条12与散热箱2顶部形成有热传导关系。也就是说，在热量传递至导热架1时，由于其下方设置了散热箱2，散热箱2通过内部液体的循环，相对来讲，散热箱2的温度相对低，而此时导热架1上的温度相对高，从而使得igbt模块3上部的热量能够从温度相对较高的导热架1传递至下方温度相对较低的散热箱2，从而实现传热肋11和导热条12的底部与散热箱2顶部之间的热传导关系。
63.在上述导热架1包括多个传热肋11的同时，导热架1的设置还包含的另一种方式。具体地，导热架1包括多个顺次排列的导热架1单元，每一个导热架1单元包括相对设置的传热肋11和设置在传热肋11之间的导热条12，导热条12和相对设置的传热肋11围合成一个容纳腔，同时导热架1包括多个导热架1单元，也就是说，导热架1包括多个顺次排列的容纳腔。也就是说，存在多个igbt模块3时，igbt模块3顺次排列着，并在其外部设置有顺次排列的导热单元，以实现多个igbt模块3之间的散热操作。
64.具体地，多个导热架1单元可以采用单独设置的方式也可以采用将多个导热单元连接的方式设置，也就是说，多个导热单元可以采用相互独立的设置方式，多个导热单元也可以采用连接在一起的方式，连接在一起的方式可通过相邻导热单元相邻的连接方式也可采用一体成型的方式，具体地，多个导热单元的设置方式可根据实际的情况进行相适应的调整。
65.进一步限定了传热肋11和导热条12的具体设置方式，传热肋11和导热条12为沿着背离散热箱2顶板的方向延伸，且传热肋11和/或导热条12的底部贴合与散热箱2的顶板。
66.也就是说，传热肋11和/或导热条12的底部与散热箱2的顶部是贴合的，其中可以设置传热肋11的底部与散热箱2顶部是贴合的，也可以设置导热条12的底部与散热箱2是贴合的，还可以设置传热肋11和导热条12的底部与散热箱2的顶部都是贴合的状态，以适应不同类型igbt模块3的散热要求。
67.在一个优选的实施例中，采用传热肋11和导热条12二者的底部与散热箱2的顶部均为贴合的状态，以使igbt模块3的侧边产生的热量均能够通过与其贴合的导热架1将热量传递至下方的导热箱顶部。
68.进一步地，传热肋11的底部设置有连接座13和/或导热条12的底部设置有连接座13，具体限定了连接座13的设置位置，其中，连接座13的设置位置并不唯一，可以将连接座
13设置在传热肋11的底部，也可以将连接座13设置在导热条12的底部，还可以在传热肋11和导热条12的底部都设置连接座13。具体地，连接座13与散热箱2顶板相连接，从而通过连接座13，将传热肋11和散热条安装在散热箱2顶板上，以实现导热架1的安装操作。
69.具体地，连接座13可通过螺栓固定的方式将其与散热箱2顶板相连接，螺栓是比较常见的连接部件，简单易得，便于安装。
70.还可以采用焊接的方式将导热座焊接在散热箱2的顶板上。焊接的方式可避免在导热架1以及散热箱2上打孔，节省了材料加工成本。
71.当然还可以采用卡接等方式，具体的连接座13与导热架1的连接方式，可根据实际散热箱2的类型以及连接座13的设置方式等因素综合考虑，并做适应性调整。
72.具体地，连接座13的形状可以为方形，也可以为圆形，也可以为其他形状。这里不做具体限定，可以根据实际的应用情况进行相适应的调整。
73.在一个优选实施例中，采用在传热肋11和导热条12底部均设置安装座的方式，具体可在传热肋11和导热条12的连接处设置连接座13，这样不仅能够保证导热架1与散热箱2的连接强度，同时能够保证传热肋11和散热条的连接强度。
74.在采用多个导热架单元时，多个导热架1包括顺次排列的导热架单元，其中，多个导热架单元之间通过连接座13和/或导热条12延伸连接。也就是说，在采用两个相对传热肋11以及之间设置的导热条12组成一个导热架单元，且导热架1包括多个导热架单元时，相邻容纳腔之间可通过连接座13和/或导热条12延伸连接。
75.具体地，在多个导热架单元存在的情况下，多个导热架单元之间可通过连接的方式使其成为一个整体结构，具体地，在传热肋11和导热条12的连接处设置有连接座13。多个导热架单元之间相邻的位置就是连接座13和导热条12的端部，可通过延长连接座13和/或导热条12的方式实现相邻导热架单元之间的连接。
76.可以理解的是，延长连接座13和导热条12其中之一即可满足相邻导热架单元之间的连接强度，因此，在考虑节约材料和生产工艺的前提下，通过延长连接座13或导热条12其中之一即可。
77.在一个优选的实施例中，延长连接座13或者延长导热条12的方式实现多个导热单元之间的连接在一起，具体可采用卡扣连接、焊接等方式，当然也可采用一体成型的设置方式，省去不必要的连接关系，同时保证了力学性能，也可采用其他方式，根据实际需要适应性调整。
78.在上述多种设置方式以及连接方式的基础上，具体地限定传热肋11与igbt模块3的高度关系，其中，传热肋11背离散热箱2顶板方向的延伸高度不大于与其贴合的igbt模块3的高度。
79.可以理解的是，如图12至图16所示为一种igbt模块各部件的结构示意图，图17至图21为igbt模块各部件的主视图，igbt模块3主要包括上盖壳体31、外壳32、透明硅脂33和igbt模块3底部导热铜板34，其中上盖壳体31和igbt模块3底部导热铜板34之间铺设了具有一定厚度的透明硅脂33，透明硅脂33具有导热及防漏电的作用，主要作用是防止漏电。由于透明硅脂33具有一定的导热性，因此，热量往往也会上往走，从而导致igbt模块3上部温度较高。也就是说，在考虑传热肋11的设置高度时，只要其高度满足高于igbt模块3内部透明硅脂33的高度即可实现热量的传递，因此，传热肋11的整体高度小于等于与其贴合的igbt
模块3的高度。也就是说，可以将传热肋11设置为与igbt模块3等高，也可以小于igbt模块3的高度，以节省材料成本。
80.如图4所示，具体地，散热箱2的壳体具有长度方向和宽度方向，在壳体宽度方向的侧板上设置有冷却液的进液口21和出液口22，进液口21和出液口22设置在散热壳体的相同侧边，具体设置在散热壳体的宽度方向的侧边上，多个igbt模块3沿着壳体的长度方向排列在散热箱2的顶部，且每个igbt模块3沿壳体的宽度方向延伸。
81.具体地，设置散热箱2内冷却液的流向对igbt模块3散热效果的影响，将igbt模块3顺次排列在散热箱2的顶部，而散热箱2的进液方向和出液方向与igbt模块3的顺次排列方向相同，同时与每个igbt模块3的延伸方向垂直。这样设置能够在保证良好的散热效果的同时，还能保证散热箱2顶部空间的利用率。
82.如图22和图23所示，在散热箱2相同侧边设置进液口21和出液口22，并使散热箱2的进液方向和出液方向与igbt模块3的顺次排列方向相同，同时与每个igbt模块3的延伸方向垂直的设置方式下，设置导热架1前后的温升图。
83.导热架1与温度较高的igbt模块上部及温度较低的散热箱2顶部相连，根据牛顿冷却定律：q＝h*a*(t
hot-t
co
ld)
84.其中，q为传热功率，a为传热面积，h为传热系数，t
hot-t
co
ld为温差，可知热量将会沿着导热架1由温度相对较高的igbt模块3上部传递至温度相对较低的散热箱2的顶部。
85.由于增设了本公开中的导热架1，igbt模块3最高温升减少了4.8℃(同比降低9％的温升)，避免局部过温等问题的出现，有效的延长控制器寿命，提高控制器可靠性及效率，有效的延长控制器寿命，提高控制器可靠性及效率。
86.本实施例第二方面的实施例介绍了一种控制器，包括第一方面实施例中的igbt模块散热组件10，因此具有第一方面igbt模块散热组件10具有的全部有益技术效果，在此不再赘述。
87.控制器还包括igbt模块3，igbt模块3安装在igbt模块散热组件10的框架结构内，igbt模块散热组件10的框架结构为igbt模块3提供了安装空间。
88.以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。