一種平行微通道水冷基板的制作方法

本發明涉及冷卻基板，尤其是涉及一種平行微通道水冷基板。

背景技術：

隨著電力電子器件集成度、功率密度的不斷增加，其對散熱技術提出了更高的要求。以絕緣柵雙極晶體管（igbt）為例，高度集成的igbt封裝表面會產生極大的熱流密度，這些熱量如不能被及時帶走將會導致igbt表面溫度升高，當其表面溫度超過允許溫度范圍時即會導致igbt器件失效或損壞。

針對大功率電力電子器件的散熱問題國內外學者已經開展了廣泛的研究，其中使用微通道結構的液冷（水冷）技術已被證明是電力電子元件散熱的高效方式，它是在高導熱率的材料上加工出極細的微通道、微槽等微小結構，但對制作工藝要求較高。已有報道多集中在電力電子器件的穩態散熱技術，針對瞬態變工況的研究并不多見。事實上變工況條件更值得關注，特別是非常工況將會影響被冷卻器件的冷卻效果甚至嚴重威脅系統的安全運行。

本技術：
設計制作了一種平行微通道水冷基板，在瞬態啟停、流量波動、流道堵塞等多種變工況條件下進行了其傳熱性能的實驗研究，提出表征工況變動對系統安全影響程度的反應時間（rt）概念，為安全保護裝置及其控制方案的設計提供參考。

技術實現要素：

本發明所要解決的問題是，針對上述現有技術中的缺點，提出改進方案或者替換方案，尤其是一種提高冷卻效率、避免在瞬態啟停、流量波動時造成水冷基板流道堵塞等問題的改進或者替換方案。

為解決上述問題，本發明采用的方案如下：一種平行微通道水冷基板，其特征在于，所述平行微通道水冷基板包括上鋁板、下鋁板、冷卻水進口、冷卻水出口；所述下鋁板上設有水冷流道；所述上鋁板和下鋁板通過mig焊接在一起；所述冷卻水進口設置在上鋁板和下鋁板的右側；所述冷卻水出口設置在上鋁板和下鋁板的左側；所述冷卻水進口和冷卻水出口通過水冷流道連通。

進一步，根據上述設計方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述mig焊接采用雙面焊接。

進一步，根據上述設計方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述水冷流道包括進水流道、支流道、出水流道；所述支流道設有兩條，分別設置在進水流道的上下兩側；所述進水流道通過支流道與出水流道連通。

進一步，根據上述設計方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述冷卻水進口和冷卻水出口上均設有密封環；所述冷卻水進口和冷卻水出口連接至冷卻水循環泵。

進一步，根據上述設計方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述上鋁板和下鋁板為純鋁1060。

本發明的技術效果如下：水冷基板的設計制作選材為進口純鋁1060，選用符合設計尺寸的兩塊鋁板毛坯分別作為上下鋁板下料制作，先將下鋁板加工銑槽再將上鋁板采用mig焊接技術封合形成密閉水冷流道，焊接過程中采用雙面加熱焊接工藝用于應力消除，減小鋁板形變，確保水冷流道不變形。mig焊（熔化極惰性氣體保護焊）英文：metalinert-gaswelding使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質，并保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區高溫金屬的電弧焊方法，稱為熔化極氣體保護電弧焊。用實芯焊絲的惰性氣體（ar或he）保護電弧焊法稱為熔化極惰性氣體保護焊，簡稱mig焊。

現有技術的水冷基板在瞬態啟停變工況條件下，水冷基板表面溫度出現不均勻現象，且遠離流道進出口處往往出現高溫區，這是由于流道末端處殘留液相受熱后的流動受阻，使得此區域得不到足夠冷卻所致。而本申請的平行微通道水冷基板將水冷流道改為一個進水流道從中間進入，然后分為上下兩條支流道，最后再匯聚到出水流道，該設計使得水冷從中部向兩側擴散，保證了冷卻效率。

附圖說明

圖1為平行微通道水冷基板結構示意圖。

圖2為下鋁板結構示意圖。

其中，1為上鋁板、2為下鋁板、3為冷卻水進口、4為冷卻水出口、5為進水流道、6為出水流道、7為支流道。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

如圖1、圖2所示的水冷系統回路上進行。主循環回路中冷卻介質（水）流經被冷卻器件對其進行冷卻，同時介質吸熱后流經空氣冷卻器進行二次散熱，散熱后的介質在主循環泵的作用下進入下一個循環，如此往復；其中穩壓循環系統為水冷基板循環回路和二次散熱回路提供穩壓作用；主測試平臺架用于配合igbt水冷基板性能測試及其附屬設備的裝配與支撐。系統各數據信號由agilent34980a數據采集儀采集并處理。

水冷基板測試實驗段安裝在主測試平臺架上。該實驗采用一尺寸為120*230mm的igbt模擬熱源作為被冷卻對象，功率300w-1500w連續可調。為準確測量模擬熱源表面的溫度，避免由于熱電偶的布置導致散熱面和水冷基板表面產生間隙增加熱阻，以及保證測溫點位置固定不變，在熱源散熱表面和水冷基板冷卻表面間采用高導熱銅基片埋置熱電偶的方式測量溫度，銅基片厚度約為2.5mm，略大于熱電偶線徑。測溫點沿平行流道方向均勻布置，共布置24只t型熱電偶，編號分別為1-24號。冷卻工質進出口溫度采用高精度鎧裝pt100溫度傳感器測量。

為使模擬熱源真實模擬igbt封裝散熱面單面發熱的情況，使用60mm玻璃保溫棉對模擬熱源除散熱面外的其它表面進行保溫。

實驗前對組裝完成的實驗段進行了打壓保壓試驗，打壓壓力1.6mpa，保壓36小時。實驗用冷卻工質選為軟化純水，工質入口溫度25-35℃，流量測試范圍為50kg/h-380kg/h，加熱功率調節范圍300w-1500w，熱平衡測試結果顯示熱損失小于5%。

變工況條件的實驗方法是：針對瞬態啟停工況，保持循環供水系統正常運行，調節模擬熱源至某一恒定輸出功率，當所有溫度測點溫度值穩定后，即可切斷循環水泵電源使供水系統停止運行，同時監控各溫度測點的溫度上升情況，一旦有溫度測點的溫度值超過79℃，則立即投入循環水泵運行，并保持流量恒定不變，同時監控各溫度測點的溫度變化情況；針對流量波動工況，保持循環供水系統處于正常工作狀態，且溫度、功率、流量等參數保持穩定，然后通過流量調節閥按照實驗要求在不同時間間隔內多次調節流量波動至不同程度，同時監控各溫度測點的溫度波動情況，得到一系列結果；針對流道堵塞工況，保持循環供水系統處于正常工作狀態，且系統參數保持穩定，然后使用細條狀橡膠塞分別堵塞進水口和出水口處流道，同時監控各溫度測點的溫度變化情況，改變堵塞流道的個數及系統流動參數重復實驗，得到一系列結果。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種平行微通道水冷基板，其特征在于，所述平行微通道水冷基板包括上鋁板、下鋁板、冷卻水進口、冷卻水出口；所述下鋁板上設有水冷流道；所述上鋁板和下鋁板通過MIG焊接在一起；所述冷卻水進口設置在上鋁板和下鋁板的右側；所述冷卻水出口設置在上鋁板和下鋁板的左側；所述冷卻水進口和冷卻水出口通過水冷流道連通。

技術研發人員：陶勇
受保護的技術使用者：江蘇海鼎電氣科技有限公司
技術研發日：2017.05.22
技術公布日：2017.09.19