阅读说明：本技术 一种igbt模块的石墨烯水冷散热封装结构 (Graphene water-cooling heat dissipation packaging structure of IGBT module ) 是由 李刚 张承平 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种IGBT模块的石墨烯水冷散热封装结构,包括一号芯片、二号芯片和填充树脂,所述一号芯片和二号芯片外侧填充有填充树脂,所述填充树脂顶部和底部均安装陶瓷铜板(高性能Cu-MAX材料),且一号芯片和二号芯片分别焊接于陶瓷铜板之间,所述陶瓷铜板远离填充树脂一侧安装有基板,所述基板远离陶瓷铜板一侧安装有散热器,所述陶瓷铜板顶部表面和底部表面均涂有石墨烯涂层,具体涉及IGBT模块技术领域。本发明通过设置冷箱和循环箱水冷散热提高散热效果,而且在水冷箱与循环箱之间设有弹簧管,弹簧管而且还可以使其水冷箱内腔的水经过弯曲的弹簧管进行散热,增加了水冷箱内腔的水进入到循环箱内腔的时间,促进散热时间。(The invention discloses a graphene water-cooling heat dissipation packaging structure of an IGBT module, which comprises a first chip, a second chip and filling resin, wherein the filling resin is filled outside the first chip and the second chip, ceramic copper plates (high-performance Cu-MAX materials) are respectively installed at the top and the bottom of the filling resin, the first chip and the second chip are respectively welded between the ceramic copper plates, a substrate is installed on one side of the ceramic copper plates, which is far away from the filling resin, a radiator is installed on one side of the substrate, which is far away from the ceramic copper plates, and graphene coatings are respectively coated on the top surface and the bottom surface of the ceramic copper plates. The invention improves the heat dissipation effect by arranging the cold box and the circulating box for water cooling, and the spring pipe is arranged between the cold box and the circulating box, and can also ensure that the water in the inner cavity of the water cooling box can be dissipated by the bent spring pipe, thereby increasing the time for the water in the inner cavity of the water cooling box to enter the inner cavity of the circulating box and promoting the heat dissipation time.)

一种IGBT模块的石墨烯水冷散热封装结构

技术领域

本发明涉及IGBT模块技术领域，更具体地说，本发明涉及一种IGBT模块的石墨烯水冷散热封装结构。

背景技术

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。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快。

但是现有的IGBT模块散热性能不佳，效率低，而且模块没有减震结构，振动会导致焊接点松动。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种IGBT模块的石墨烯水冷散热封装结构，本发明所要解决的问题是：现有的IGBT模块散热性能不佳，效率低，而且模块没有减震结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种IGBT模块的石墨烯水冷散热封装结构，包括一号芯片、二号芯片和填充树脂，所述一号芯片和二号芯片外侧填充有填充树脂，所述填充树脂顶部和底部均安装陶瓷铜板，且一号芯片和二号芯片分别焊接于陶瓷铜板之间，所述陶瓷铜板远离填充树脂一侧安装有基板，所述基板远离陶瓷铜板一侧安装有散热器，所述陶瓷铜板顶部表面和底部表面均涂有石墨烯涂层，所述陶瓷铜板、填充树脂和基板两端安装有封装边框，且封装边框位于散热器之间，所述陶瓷铜板、填充树脂、基板和散热器外围安装有水冷箱，所述水冷箱底部安装有循环箱，所述水冷箱内腔底部开设有出水口，所述出水口底部固定连接有弹簧管，且弹簧管底端贯穿插接于循环箱内腔顶部，所述水冷箱与循环箱之间安装有弹簧支架，且弹簧支架位于循环箱顶部两端，所述水冷箱内腔底部安装有水轮，所述水轮包括转轴，且转轴贯穿于水冷箱内腔底部，所述转轴一侧安装有风叶，且风叶位于水冷箱内腔，所述转轴底端安装有二号斜面齿轮，所述水冷箱底部安装散热机构，所述散热机构包括风扇，且风扇通过机架安装于水冷箱底部，所述风扇一端安装有一号斜面齿轮，且一号斜面齿轮与二号斜面齿轮啮合连接。

优选的，所述散热器为石墨烯铝材散热器。

所述陶瓷铜板为高性能Cu-MAX材料。

优选的，所述封装边框内侧镶嵌有石墨烯丝网，所述封装边框靠近水冷箱内腔一侧固定设有散热翅。

优选的，所述水冷箱内腔两侧均固定设有波纹。

优选的，所述循环箱两端均插接有循环管，且循环管另一端插接于水冷箱顶部两侧。

优选的，所述循环箱底部固定安装有安装板。

优选的，所述水轮位于出水口顶部两侧。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过设置水冷箱和循环箱进行水冷散热提高散热效果，而且在水冷箱与循环箱之间设有弹簧管，弹簧管的设置使其不仅仅具有弹性支撑的具有减震作用，弹簧支架同样进行弹性支撑起到减震作用，弹簧管而且还可以使其水冷箱内腔的水经过弯曲的弹簧管进行散热，增加了水冷箱内腔的水进入到循环箱内腔的时间，促进散热时间，使其水进入循环箱内腔经过冷却处理，而且当水冷箱内腔的水流经过水轮的使其，从而带动水轮进行转动，因此水轮底部的转轴带动底部的二号斜面齿轮转动，所以二号斜面齿轮则配合一号斜面齿轮带动风扇进行转动，因此风扇位于弹簧管两侧进散热，提高弹簧管内腔水散热效果，而且风扇位于循环箱与水冷箱之间，促进两者之间通气对流，提高整个模块的散热效果，散热机构通过水轮借助水流动力进行驱动，结构简单，节约驱动源，降低能源消耗；

2、本发明通过设置在陶瓷铜板底部与填充树脂之间以及顶部与基板之间均涂有石墨烯涂层，封装边框的内侧镶嵌有石墨烯丝网，石墨烯具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)，当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK，因此石墨烯涂层和石墨烯丝网的设置对整个模块具有非常好的导热性能，促进散热效果。

3、散热器采用石墨烯铝材散热器，石墨烯铝材散热器具有较轻的质量，适应性强，还具有较强的耐酸碱特性，更重要的是，石墨烯铝材散热器具有比金属更高的超高表面热辐射能力，散热效果较强。

附图说明

图1为本发明整体结构的示意图；

图2为本发明水轮俯视结构示意图。

附图标记为：1、一号芯片；2、二号芯片；3、填充树脂；4、陶瓷铜板；5、石墨烯涂层；6、基板；7、散热器；8、水冷箱；81、波纹；82、出水口；9、封装边框；91、石墨烯丝网；92、散热翅；10、弹簧管；11、弹簧支架；12、散热机构；121、风扇；122、一号斜面齿轮；13、水轮；131、风叶；132、转轴；133、二号斜面齿轮；14、循环箱；15、循环管；16、安装板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例的IGBT模块的石墨烯水冷散热封装结构，包括一号芯片1、二号芯片2和填充树脂3，一号芯片1和二号芯片2外侧填充有填充树脂3，填充树脂3顶部和底部均安装陶瓷铜板4，且一号芯片1和二号芯片2分别焊接于陶瓷铜板4之间，陶瓷铜板4远离填充树脂3一侧安装有基板6，基板6远离陶瓷铜板4一侧安装有散热器7，陶瓷铜板4顶部表面和底部表面均涂有石墨烯涂层5，陶瓷铜板4、填充树脂3和基板6两端安装有封装边框9，且封装边框9位于散热器7之间，陶瓷铜板4、填充树脂3、基板6和散热器7外围安装有水冷箱8，水冷箱8底部安装有循环箱14，水冷箱8内腔底部开设有出水口82，出水口82底部固定连接有弹簧管10，且弹簧管10底端贯穿插接于循环箱14内腔顶部，水冷箱8与循环箱14之间安装有弹簧支架11，且弹簧支架11位于循环箱14顶部两端，水冷箱8内腔底部安装有水轮13，水轮13包括转轴132，且转轴132贯穿于水冷箱8内腔底部，转轴132一侧安装有风叶131，且风叶131位于水冷箱8内腔，转轴132底端安装有二号斜面齿轮133，水冷箱8底部安装散热机构12，散热机构12包括风扇121，且风扇121通过机架安装于水冷箱8底部，风扇121一端安装有一号斜面齿轮122，且一号斜面齿轮122与二号斜面齿轮133啮合连接。

散热器7为石墨烯铝材散热器，石墨烯铝材散热器具有较轻的质量，适应性强，还具有较强的耐酸碱特性，更重要的是，石墨烯铝材散热器具有比金属更高的超高表面热辐射能力，散热效果较强。

所述陶瓷铜板4为高性能Cu-MAX材料。

封装边框9内侧镶嵌有石墨烯丝网91，封装边框9靠近水冷箱8内腔一侧固定设有散热翅92。

水冷箱8内腔两侧均固定设有波纹81。

循环箱14两端均插接有循环管15，且循环管15另一端插接于水冷箱8顶部两侧。

循环箱14底部固定安装有安装板16。

水轮13位于出水口82顶部两侧。

如图1-2所示，实施场景具体为：在实际使用时，在整个模块的外侧设有水冷箱8，水冷箱8的底部设有循环箱14，水冷箱8与循环箱14之间通过弹簧管10和循环管15贯通连接，这样循环箱14内腔灌入的冷却水经过驱动泵从循环管15进入水冷箱8,内腔进行水冷却，这样水带着模块从内向外散热的热量经过外围的水冷箱8内腔的水吸附，最后水冷箱8内腔的水经过弹簧管10又回到循环箱14的内腔当中，弹簧管10的设置使其不仅仅具有弹性支撑的具有减震作用，弹簧支架11同样进行弹性支撑起到减震作用，弹簧管10而且还可以使其水冷箱8内腔的水经过弯曲的弹簧管10进行散热，增加了水冷箱8内腔的水进入到循环箱14内腔的时间，促进散热时间，使其水进入循环箱14内腔经过冷却处理，而且当水冷箱8内腔的水流经过水轮13的使其，从而带动水轮13进行转动，因此水轮13底部的转轴132带动底部的二号斜面齿轮133转动，所以二号斜面齿轮133则配合一号斜面齿轮122带动风扇121进行转动，因此风扇121位于弹簧管10两侧进散热，提高弹簧管10内腔水散热效果，而且风扇121位于循环箱14与水冷箱8之间，促进两者之间通气对流，提高整个模块的散热效果，散热机构12通过水轮13借助水流动力进行驱动，结构简单，节约驱动源，降低能源消耗；在陶瓷铜板4底部与填充树脂3之间以及顶部与基板6之间均涂有石墨烯涂层5，封装边框9的内侧镶嵌有石墨烯丝网91，石墨烯具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)，当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK，因此石墨烯涂层5和石墨烯丝网91的设置对整个模块具有非常好的导热性能，促进散热效果。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。