CN100437996C - 电热灶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电热灶。该电热灶包括：电路板，其设有至少一个半导体芯片，且用于控制施加于感应加热装置的电流；散热器，其用于吸收半导体芯片的热量，并将热量排放到外界；以及至少一个热传导夹，其用于将半导体芯片固定在散热器上，以将半导体芯片的热量传至散热器；其中，所述热传导夹的一部分位于该半导体芯片与该电路板之间，所述热传导夹的另一部分设置为接触该散热器。根据本发明的电热灶可有效地散发设置在电热灶上的半导体芯片的热量。

Description

电热灶
本申请要求于2005年2月25日提交的韩国专利申请No.P 2005-15888的权益，在此通过参考援引上述申请的全部内容，如同在此全都阐明。
技术领域
本发明涉及一种烹饪用具(cooking appliance)，且特别涉及一种电热灶(electric range)。
背景技术
一般而言，电热灶是通过由电炉(electric heater)或其它电加热元件(element)所产生的热量来烹饪食物的用具。
这种电热灶安装在电烤箱(electric oven range)等的炉灶面(cook-top)上。最近，人们开发了利用感应加热(induction heating)来加热烹饪容器(cooking container)的装置，以替代使用由燃气(fuel gas)的燃烧产生的火焰的炉灶(burner)。
由于电热灶比使用炉灶的燃气灶(gas range)更安全，所以感应加热式电热灶的应用领域逐渐扩大。感应加热式电热灶被设计为利用磁场来加热盛装在金属容器中的食物，所述磁场是通过在感应加热线圈(induction heatingcoil)中导入电流而在其周围产生的。
同时，为了控制流过感应加热线圈的电流，感应加热式电热灶包括含有半导体的电路装置。然而，半导体会散发大量的热量，要是不能有效地冷却半导体，就会导致内部电路的故障。
为了解决上述问题，在电热灶中设置有散热器(heat sink)，以吸收半导体的热量并将热量排放到外界。因此，要将半导体稳定地固定在散热器上。
然而，该技术方案的问题在于当维修和更换时难以将半导体与散热器分离。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种电热灶，其能够从本质上克服由现有技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的目的在于提供一种可有效地散发设置在电热灶上的半导体芯片的热量的电热灶。
本发明的附加优点、目的和特点一部分将在后面的说明中描述，并且一部分对于研究下文的本领域技术人员变得显而易见，或者可以从本发明的实践中了解。本发明的这些目的和其它优点可以通过由书面说明及其权利要求和附图中特别指出的结构实现和获得。
为了达到这些目的和其他优点并依据本发明的目的，正如在此具体实施并广泛说明的，电热灶包括：电路板，其设有至少一个半导体芯片，且用于控制施加于感应加热装置的电流；散热器，其用于吸收半导体芯片的热量，并将热量排放到外界；以及至少一个热传导夹，其用于将半导体芯片固定在散热器上，以将半导体芯片的热量传至散热器；其中，所述热传导夹的一部分位于该半导体芯片与该电路板之间，所述热传导夹的另一部分设置为接触该散热器。
热传导夹可被设置为覆盖半导体芯片的上表面。
热传导夹可包括：结合部，其具有容置凹槽，以与半导体芯片的上表面接触；以及多个延伸部，其延伸于结合部的相对侧，以在其下表面处与散热器接触。
通过紧固螺丝而使多个延伸部与散热器结合。在每个所述延伸部和散热器之间设有电绝缘片。热传导夹可由铝制成。容置凹槽可为向上凸起的凹槽，且半导体芯片的上表面置于相应的凸起的容置凹槽中。
电热灶还可包括设置在半导体芯片和散热器之间的电绝缘片。通过紧固螺丝而使热传导夹与散热器结合。通过将螺丝同时穿过电路板和散热器而将其紧固在散热器上。
在本发明的另一方面，提供了一种电热灶，包括：电路板，其设有至少一个半导体芯片，且用于控制施加于感应加热装置的电流；散热器，其用于吸收半导体芯片的热量并将热量排放到外界；至少一个热传导夹，其包括具有容置凹槽以与半导体芯片的上表面接触的结合部，以及延伸于结合部的相对侧以在其下表面与散热器接触的多个延伸部；以及电绝缘片，其设置在半导体芯片和散热器之间。
应该理解，关于本发明的前面的总体说明和后面的详细说明都是示范性的和解释性的，且意图提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所包含的附图用于提供对本发明的进一步理解，其被纳入并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出了根据本发明的感应加热式电热灶的分解透视图；
图2是示出了根据本发明第一实施例的电热灶中设置的半导体芯片的固定结构的分解透视图；
图3是示出了根据本发明第二实施例的电热灶中设置的半导体芯片的固定结构的分解透视图；
图4是示出了根据本发明实施例的实验结果的曲线图。
具体实施方式
现在，将详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。在附图中，将尽可能地用相同的标号表示相同或相似的部件，并因而略去其详细说明。
现在，将参照图1至图4来说明根据本发明的电热灶。
图1是示出了根据本发明的感应加热式电热灶的分解透视图。
如图1所示，感应加热式电热灶主要包括感应加热线圈3、电路板10及散热器20。
具体的，电路板10包括用于控制流过感应加热线圈3的电流的各种器件，如晶体管、电阻器和半导体芯片。也就是说，通过对电路板10的人工操作而调节向感应加热线圈3的电流的供给。
感应加热线圈3设置在电路板10的上侧，且用于通过从中流过的电流来产生磁场。众所周知，由于磁场强度随电流大小而变化，所以可通过调节供给到感应加热线圈10上的电流大小而改变磁场强度。
在感应加热线圈3的上侧设置有上面板(upper panel)(未示出)，其用于放置盛装有待烹饪食物的金属容器(未示出)。感应加热线圈3一接通电流就产生磁场，其中可在电流穿过电路板时对其进行调节。
磁场穿过上面板而作用到容器上，从而在金属容器内产生感应电流。由于烹饪用具通常由具有高电阻值的金属制成，在容器内流动的感应电流将通过电阻产生热量，从而加热盛装在容器中的食物。
为了防止由感应加热线圈3加热的容器辐射的热量和感应加热线圈3的磁场影响电路板10，在感应加热线圈3和电路板10之间设置有防护板(shieldplate)5。
散热器20设在电路板10的背侧(rear side)以将热量从电路板10排放到外界。也就是说，电路板10中产生的热量被传至散热器20，从而通过与外界空气的热交换而将热量排放到外界。为此，优选的，散热器20由高导热材料制成，并沿散热器20的一侧设置多个散热片以增加与外界空气的导热面积。
更优选的，在散热器20的旁边设置用于吹动外界空气的风扇25。从而，传至散热器20的热量可通过与风扇25吹动的外界空气的热交换而排放到外界。
在电路板10上设置的器件中，特别是例如作为关键设备的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的半导体芯片，将会散发大量的热量且对热量敏感。因此，只要没有有效地冷却半导体芯片，电路板10就可能引起控制故障。
现在将说明作为上述问题的解决方案的、根据本发明实施例的半导体芯片的冷却结构。
图2是示出了根据本发明第一实施例的电热灶的主要部件的透视图。
如图2所示，散热器20设置于电热灶中设置的电路板10的一侧。散发出大量热量的例如IGBT的半导体芯片连接在电路板10上。半导体芯片具有多个连接引脚，连接引脚在其末端弯曲成近似L形状以连接到电路板10上。
半导体芯片通过连接引脚以电信号传输方式连接到电路板10上，并且同时连接到散热器20上。为能有效地将热量从半导体芯片传至散热器20，必须将散热器20固定为与半导体芯片接触。
为此，优选的，通过固定夹(fixing clip)50将半导体芯片30夹(clamp)在散热器20的表面上。
在每个固定夹50的相对两侧设置两个半导体芯片。固定夹50具有固定部(fixing part)52，以及位于固定部52相对两侧的弹压部(pressure part)54。
固定部52具有与在散热器20上形成的螺丝孔相对应的中心螺丝孔。在将螺丝64紧固在螺丝孔内时，固定部52与散热器20的上表面接触并相互结合(couple)。设置于固定部52的相对两侧的弹压部54，用于通过弹力而将半导体芯片30压向散热器20的表面。
换句话说，当将固定夹50置于半导体芯片30之间，且紧固螺丝64以使固定夹50与散热器20结合时，通过弹压部54将半导体芯片30固定为与散热器20接触。
由此，通过半导体芯片30和散热器20之间的接触面将半导体芯片30产生的热量传到散热器20，从而冷却半导体芯片30。
可选择的，可利用螺丝64直接使半导体芯片与散热器结合，而无需使用固定夹。
参照图2，半导体芯片30具有与在散热器20上形成的螺丝孔32b相对应的中心螺丝孔32a。当将螺丝62紧固在螺丝孔32a和32b中时，半导体芯片30被固定为与散热器20紧密接触。在此情况下，将固定螺丝62精确地且紧密地紧固在螺丝孔32a和32b中是相当重要的，这是因为不精确的螺丝紧固将使部分半导体芯片30偏离散热片20，从而导致热传导失败。
为了防止电流从半导体芯片30泄漏到加热器20，优选的，在半导体芯片30和散热器20之间设置电绝缘片(electric insulation sheet)40。
当将螺丝62紧固在半导体芯片30上形成的螺丝孔32a和散热器20上形成的32b中时，电绝缘片40受压并夹在半导体芯片30和散热器20之间。
同时，因为例如IGBT的半导体芯片30在工作中会散发大量的热量，所以其可能引起突然的温度升高。突然的温度升高将阻碍从半导体芯片30到散热器20的充分的热传导。
为了解决上述问题，后面将说明的本发明的第二实施例公开了一种用于提高从半导体芯片到散热器的热传导效率的结构。
图3是示出了根据本发明第二实施例的电热灶的散热结构的透视图。这里，电热灶的基本结构与上述第一实施例中的电热灶的基本结构相同，因此省略了其详细说明。
参照图3，在电热灶内设置电路板(在图2中标记为标号10)，其用于控制对加热装置的电流的供给，所述加热装置利用感应加热而加热食物等。此处，加热装置优选上述感应加热线圈。在电路板10的一侧设有散热器120，用于吸收电路板10和半导体芯片130内产生的热量并将热量排放到外界。
将散热器120配置为与电路板10或半导体芯片130相接触，以传导半导体130中产生的热量。沿散热器120的一侧设有多个外凸的散热片(fin)，以增加与外界空气的热交换面积。
在散热器120的旁边设有风扇(在图1中标记为标号25)，以将外界空气吹向散热器120。当吹动的空气在多个散热片之间循环时，空气与传到散热器120的热量进行热交换，从而可将半导体芯片130中产生的热量排放到外界。
在安装于电路板10上的各种半导体芯片中，特别是在例如IGBT的半导体芯片130散发大量热量的情况下，通过半导体芯片的上表面和下表面将热量传至散热器是相当重要的。
由此，优选的，半导体芯片130通过热传导夹(heat spread clip)150与散热器120结合。热传导夹150使半导体芯片130在经其上表面实现热传导路径的同时，在其底面处与散热器120的表面接触。
具体的，将热传导夹150设置为覆盖半导体芯片130的上表面，并挤压半导体芯片130以在其下表面处与散热器120的表面接触。热传导夹150具有至少一个结合部(coupling portion)151和位于结合部151相对两侧的延伸部(extension)153。
结合部151具有可与半导体芯片的上表面接触的容置凹槽(receivingrecess)150a。将从结合部151的相对两侧延伸的两个延伸部153配置为在其下表面处与散热器120相接触。
通过这种配置，半导体芯片130的上表面与限定有容置凹槽150a的结合部151的下表面相接触，使得半导体芯片130的热量能够连续地传至结合部151和延伸部153上，从而将热量传至散热器120上。
从上述说明可以容易地理解，热传导夹150被设计为以尽可能宽的接触面而与半导体芯片130相接触，以增加热传导效率。优选的，热传导夹150由重量轻且具有高导热率的铝制成，但是并不局限与此，热传导夹150也可以由其他高导热材料制成。
优选的，通过螺丝162来紧固热传导夹150和散热器120的接触部分。为此，延伸部153在相应于散热器120上形成螺丝孔120a的位置上设有螺丝孔154。当将螺丝162紧固在螺丝孔中时，热传导夹150被固定在预定位置，从而半导体芯片130被下压并固定在预定位置。
此处，优选的，通过使螺丝162同时穿过电路板10和热传导夹150而将其紧固在散热器120上的螺丝孔120a内。这对稳定地维持半导体芯片130和电路板10之间的电信号连接是有效的。
结合部151的容置凹槽150a为向上凸起形成的凹槽。这意味着半导体芯片130的上表面可置于凸起的凹槽中。当通过紧固螺丝而固定延伸部153时，结合部151可弹性地变形以具有环绕的轮廓，从而与半导体芯片130的上表面紧密接触。
同时，如图3所示，当期望热传导夹150容置多个半导体芯片130时，优选的，热传导夹150具有多个结合部151，每个结合部151具有用于容置各半导体芯片130的容置凹槽150a。在此情况下，多个结合部151通过设在其两个相对侧的延伸部153而彼此连接。优选的，除了位于热传导夹150的左右两端的延伸部153以外，位于半导体芯片130之间的延伸部153也通过紧固螺丝而固定为与散热器120接触。
为了避免流过半导体芯片130的电流泄漏到散热器120上，优选的，在半导体芯片130和散热器120之间设置电绝缘片140。优选的，在延伸部153和散热器120之间也设置电绝缘片，其由高导热材料制成，以有效地传导半导体芯片中产生的热量。
通过使用上述的热传导夹150，半导体芯片130产生的热量不仅可直接传至与半导体芯片130的下表面接触的散热器120，而且还可通过与半导体芯片130的上表面接触的热传导夹150而间接地传至散热器120。在此情况下，电绝缘片140不仅起到防止电流泄漏的绝缘作用，而且还起到热传导介质的作用。
如上所述，半导体芯片130可具有与散热器120间的增大的热交换面积，从而有效地冷却半导体芯片130。
图4是示出了根据本发明实施例的实验结果的曲线图。
曲线图的横坐标表示例如IGBT的半导体的工作时间，曲线图的纵坐标表示半导体芯片的温度。同时，图中的实线表示根据本发明第一实施例所固定的半导体芯片的温度变化，虚线表示根据本发明第二实施例所固定的半导体芯片的温度变化。
如图4所示，实验证明，当利用根据第二实施例的热传导夹固定半导体芯片时，尽管该半导体芯片的初始温度高于第一实施例中的初始温度，但是该半导体芯片具有较低的温度升幅和较低的最高温度。
在第二实施例中，半导体芯片130的热量传到分别与芯片130的下表面和上表面相接触的散热器120和热传导夹150，从而提高了冷却性能。即使半导体芯片在工作中出现突然的温度升高，也能保证半导体芯片的有效散热。
从上述说明中可以清楚的知道，本发明的电热灶具有下列效果。
第一，通过使用热传导夹，电热灶可获得改善的半导体芯片的冷却性能，从而获得提高的半导体芯片和电热灶的可靠性和耐用性。
第二，仅通过提供用于连接热传导夹的空间就可实现半导体芯片的冷却，而无需改变由散热器、风扇及气体流动通道构成的冷却组件的结构。因此，本发明可以容易地应用于普通电热灶。
第三，因为通过热传导夹而相互分离地固定多个半导体芯片，所以在维修或更换时，可以轻易地分离这些半导体芯片。
对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变更。因此，只要关于本发明的修改和变更落在后附的权利要求及其等同物的范围之内，则本发明就将包含这些修改和变更。

Claims (10)

1.一种电热灶，其包括：
电路板，其设有至少一个半导体芯片，并用于控制施加于感应加热装置的电流；
散热器，其用于吸收该半导体芯片的热量，并将该热量排放到外界；以及
至少一个热传导夹，其用于将该半导体芯片固定在该散热器上，以将该半导体芯片的热量传至该散热器；
其中，所述热传导夹的一部分位于该半导体芯片与该电路板之间，所述热传导夹的另一部分设置为接触该散热器。
2.如权利要求1所述的电热灶，其中，所述热传导夹被设置为覆盖所述半导体芯片的上表面。
3.如权利要求1所述的电热灶，其中，所述热传导夹包括：
结合部，其具有容置凹槽，以与所述半导体芯片的上表面接触；以及
多个延伸部，其延伸于该结合部的相对侧，以在其下表面处与所述散热器接触。
4.如权利要求3所述的电热灶，其中，通过紧固螺丝而使所述多个延伸部与所述散热器结合。
5.如权利要求3所述的电热灶，其中，在每个所述延伸部和所述散热器之间设有电绝缘片。
6.如权利要求3所述的电热灶，其中，所述热传导夹由铝制成。
7.如权利要求3所述的电热灶，其中，所述容置凹槽为向上凸起形成的凹槽，并且所述半导体芯片的上表面置于相应的凸起的所述容置凹槽中。
8.如权利要求1所述的电热灶，还包含设置于所述半导体芯片和所述散热器之间的电绝缘片。
9.如权利要求1所述的电热灶，其中，通过紧固螺丝而使所述热传导夹与所述散热器结合。
10.如权利要求9所述的电热灶，其中，通过将所述螺丝同时穿过所述电路板和所述热传导夹而将其紧固在所述散热器上。
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