CN101553704A - 散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于电子元件的流体冷却散热器(1)，包括：与至少一个电子元件(3)相连的换热器(2)，换热器具有带有用于冷却流体的进口(7)和出口(8)的至少一个通道(6)；换热器(2)具有用于接触电子元件(3)的第一外表面(4)和第二外表面(5)；散热器(1)包括加强元件(15)，加强元件在第二外表面(5)处作用在换热器(2)上，用于将换热器(2)连接和压紧在电子元件(3)上。

Description

散热器

技术领域

本发明涉及一种散热器，特别是用于高功率电子元件的流体冷却散热器，也就是说用于大约在几百瓦和几千瓦之间。

背景技术

众所周知，散热器允许将电路和电子元件在工作的过程中产生在其中的热量驱散。

特别地，液体冷却散热器(也称为液体冷却板)是已知的，当系统需要传输热能时使用液体冷却散热器，这比用基于空气、自然对流或者强制冷却的系统所允许的冷却更有效。

液体冷却散热器通常具有受冷却液体流动影响的散热元件，冷却液体与被冷却的电子元件接触。

在电子元件和散热元件之间交换的热量被液体吸收，当液体流动时将热量带走。

流体冷却散热器是公知的，例如相同申请人在EP1253639中所描述的散热器，散热器包括由具有高传导性的材料(通常是金属)制作的板，并且板能连接到被冷却的电子元件，板与板状元件结合，板状元件通常比所述板薄，用于冷却流体循环的通道在设置在板状元件中，优选地通过永久设置。

冷却流体循环管路因而通过设置在板状的构件内的通道形成，并且被用于连接到电子元件的板封闭。

板允许散热器与被冷却元件之间的机械的和热的连接，并且因此尺寸设置为也允许板执行用于加强散热器的结构性功能。由于这些理由，板通常相当厚、相对地非常重，并且由诸如铝的传导材料制成，这使散热器生产成本高。

由于很厚的板产生的硬度的结果，当与电子元件装配时这样的换热器不能充分变形。

换而言之，由于散热器不能完全地有效适应被冷却的电子元件，在整个接触表面上热耦合效率不高。

发明内容

在本文中，本发明的主要目的是提供一个克服上述缺点的用于高功率电子元件的流体冷却散热器。

本发明的目的是提供不受连接板的厚度影响的，能够有效地散热并且能有效地与被冷却电子元件连接的散热器。

本发明的另一个目的是提供一种轻而且结实的散热器。

然而，本发明的另一个目的是提供一种保证与被冷却的电子元件高效热耦合的散热器。

本发明的另一个目的是提供一种比现有技术的散热器更经济而且在工业水平上容易制造的散热器。

所述的技术目的和说明的目标，通过包含在权利要求1以及其他的一个或多个从属权利要求中所描述的技术特征的流体冷却散热器来实现。

本发明更多的特征和优点在详述中更显而易见。

附图说明

参考如附图所示的优选的但不是限制性的流体冷却散热器的实施例说明如下，其中：

图1是根据本发明的散热器的第一实施例的分解示意性前视图；

图2是图1所示散热器的示意性前视图；

图3是图1所示散热器的示意性顶视图；

图4是图1所示散热器的示意性底视图；

图5是根据本发明的散热器的第二实施例的分解示意性前视图；

图6是图5所示的散热器在优选的应用构造中的示意性前视图；

图7是图5所示散热器的示意性顶视图；

图8是图5所示散热器的示意性底视图；

图9是根据本发明的散热器的第三实施例的分解的示意性前视图；

图10是图9所示的散热器在优选的操作构造中的示意性前视图；

图11是根据本发明的散热器的第四实施例的示意性前视图；

图12是图11所示散热器的示意性前视图；

图13是图11所示散热器的示意性侧视图；

图14是根据本发明的散热器的第五实施例的示意性顶视图；

图15是在为了更清晰而去除一些部分的情况下的图14所示散热器的示意性底视图；

图16是图14所述散热器的示意性前视图；

图17是根据本发明的散热器的优选应用的示意性前视图。

具体实施方式

参考附图，附图标记1表示根据本发明的流体冷却散热器。

散热器1优选地适用于处理具有大约在一百瓦和几千瓦之间功率的电子元件中的热。

散热器1包括与被冷却的至少一个电子元件3接触的散热元件或换热器2。如图所示，具有凸缘3a，电子元件3采用下文详述的方法以凸缘3a连接到换热器2。

换热器2受冷却液体的影响，冷却液体在换热器2内流动，冷却液体吸收并带走元件3与散热元件2之间交换的热量。

换热器2具有用于连接到元件3的第一外表面4和第二外表面5，这些表面封闭用于冷却液体循环的通道6。

通道6具有用于冷却流体的进口7和出口8。

在所述的方案中，通道6的进口7和出口8具有相应的连接器7a、8a，连接器7a、8a用于连接到液压供应管路，液压供应管路是常规的因此不描述。

通道6的进口7和出口8的位置通过示例的方式示出，常规地称为进口和出口。

类似地，通道6在换热器2内的延伸具有任何优选的路径。在没有图示的可选择的实施方式中，依靠用于冷却流体循环的相应的通道6的延伸，进口7和出口8的位置根据不同的构造条件可以在任何位置。

热交换器2优选地包括具有厚度T1和宽度L1的第一板9，第一板9具有第一表面10和第二表面11。换热器2也包括具有厚度T2以及宽度L2的第二板12，第二板12具有第一表面13和第二表面14。

第一板9和第二板12连接在一起，特别是第二板12的第一表面13与第一板9的第二表面11连接从而封闭形成供冷却流体流动的通道6。

如图所示，第二板12的第二表面14包括用于将换热器2与电子元件3连接的外表面4。

而且，通道6优选地通过固定设置而形成在第一板9中。

在实践中，冷却流体与第二板12流动接触并且吸收第二板12的热量，热量通过传导从元件3传送通过连接表面4。

第一和第二板9、12优先地通过高温或低温的焊接或铜焊接点(未示出)连接在一起。

特别地，板9和12优选地由诸如铜或铝或铜铝合金的传导材料制成。

板9的厚度T1优选的是在十分之几毫米至几毫米之间，从而最小化所用材料和优化运行。

板12的厚度T2优选的是在十分之几毫米至几毫米之间，从而最小化制造板所用的材料。

如下文的详述，减少的厚度T1和T2是这样的以至于能够适应被冷却的电子元件3，即散热元件2具有可以通过弯曲而变形的结构。

特别是，在如图1和2中以示例方式说明的优选实施例中，板9的厚度T1大约为1mm。而且，板12优选的厚度T2大约为1mm。

所公开的散热器1也包括加强元件15，加强元件用于连接换热器2与电器元件3。

特别地，加强元件15在第二外表面5处设置在换热器2上，并且特别地，加强元件15具有用于连接到所述第二外表面5的表面16。

有利地，加强元件15具有中心部分15a，中心部分15a大致包括连接表面16，连接表面16设计为挤压在换热器2上以将换热器2压在电子元件上。

如下文详述，加强元件15也具有位于中心部分15a的相对侧的侧面部分15b，侧面部分15b优选地设计为将元件15固定到电子元件3。

加强元件15优先地由塑料或复合材料或者能够被模制或冲压的金属(例如印模压铸件或成型钢板)制造。

元件15具有加强结构，从而元件15能够特别地为换热器2提供与电子元件3装配所需的机械特性。

加强元件15优选地制成一体以在工业水平上优化产量。

如图1至图4中所示，加强元件15影响第一板9的全部第一表面10，因而形成用于连接元件15的第二外表面5。外表面5大致是平的，并且相似地，用于将加强元件15连接到换热器2的表面16也大致是平的。

加强元件15具有第一和第二开口17、18，第一和第二开口17、18作为用于冷却流体循环的通道6的入口7和出口8的通道。

特别地，开口17和18用于连接器17a和18a的通道。

加强元件15具有为构件21设置的连接构件19，用于将元件3固定到元件15，优选地使用凸缘3a。

连接元件19优选地设置在加强元件15的侧面部分15b处。

在通过示例的方式说明的实施方式中，连接元件19包括多个孔19(优选地是盲孔)，包括例如螺钉21a的固定构件21与其中带有螺纹的孔啮合。

图1和2示出连接构件19如何优选地包括嵌入加强元件15内的螺纹衬套19a。

螺钉21a通过设置在凸缘3a上的孔20接合在孔19或衬套19a中，螺钉21a将加强元件15拉向电子元件3，从而，在加强元件15(特别是中心部分15a)和元件3之间的散热元件2有效地附着于元件3，优化用于元件冷却的热量交换。以这种方式，当散热器1被装配时，换热器2通过加强元件15而锁定在电子元件3上，加强元件15在固定构件21的作用下挤压换热器2。

由于换热器2通过加强元件15压在元件3上，所以加强元件15提供给换热器2用于装配的足够的刚性，并且第二板12的表面14与电子元件3牢固地接触。

实践中，加强元件15是用于换热器2的加强元件，以提供给换热器2适合散热器1装配在电子元件3上的机械特性。

如图2、6、10、12和16所示，应该注意，装配设置在电子元件3上的散热器1中，在加强元件15的侧面部分15b和电子元件3的凸缘3a之间，优选地具有间隙29。

换而言之，换热器2的最大高度H1大于加强元件15的基本上与第一板9的第一表面10接触的表面16和与凸缘3a相对的加强元件15的侧面部分3b的表面33之间的距离H2。

参考图16，换热器2的最大高度H1大于表面16与表面33之间的距离H2，表面16是基本上与第一板9的第一表面10接触的装配元件15的表面，表面33是与面向第一板9的第二板12的第一表面13相反的加强元件15的侧面3b部分的表面。

间隙29是如此以至于通过在固定构件21作用，获得加强元件15的中心部分15a在换热器2上的合适压力是可能的，因此优化换热器2在电子元件3上的贴合并且优化两者之间的热交换。

特别地，图17示出优选的散热器1的应用。

应当注意的是，间隙29是这样以通过固定构件21的作用允许换热器2以及电子元件3的凸缘3a的适当的弯曲(示意地用箭头F表示)在两者之间(特别是在通常产生较多的热量的电子元件3的中心区域3b处)产生了较大的贴合力。

应当注意，如图3、6、7、11和14所示，加强元件15包括用于固定装置27的第二连接构件26。

特别地，第二连接构件26允许散热器1装配到结构28，这不是本发明的一部分，因此不做详细描述，结构28通过加强元件15支撑电子元件3。

为用于将加强元件15固定到支撑结构28的装置27提供的第二连接构件26优选地在加强元件15本身中，在为用于将部件3固定到元件15的装置21提供的第二连接构件19的相反一侧。

在图5和图6中说明的解决方案中，加强元件15的连接表面16(也就是说中心部分15a)与板9的第一表面10接近。

实践中，例如，板9大致弯曲的部分22对应加强元件15连接表面16的大致直的部分23。

以这种方式，加强元件15作用在换热器2上的压力分布在外表面5上。特别地，通过对加强元件15适当地塑形，作用在换热器2上的负荷能够根据实际的需要适当地集中，所采取的方式不再进一步的描述。

特别地，参考图9和10，应当注意，连接表面16成形为与板9的第一表面10匹配。板9的大致弯曲部分22对应于连接表面16的大致弯曲部分24，弯曲部分24大致跟随与部分22相同的路径。

以在这种方式，由加强元件15对换热器2施加的压力更好地分布在换热器2的第一表面10的受加强元件15影响的部分上。

特别地，参考图7和11，应当注意，在说明的优选的实施例中，受加强元件15影响的换热器2的外表面5包括第一板9的表面10的部分。

如图14、15和16所示，板12的宽度L2大于板9的宽度L1。以这种方式，外周边部分12a限定在板12上，内部地通过板9限定。

在这个外周边部分12a中(即板12的没有连接到板9的部分)有为构件21提供的第三连接构件，第三连接构件用于将电子元件3固定到加强元件15。

特别地，在外周边部分12a中有孔30，孔30用于螺钉21a的通道。以这种方式，电子元件3的凸缘3a以及电子元件3本身、散热元件2以及加强元件15相对彼此定位，这样使部件特别容易装配。应当注意的是，板9大致在周边部分12a处连接在板12上。所述的连接优选地是用如已经提出的金属件加工(包括材料)实现的，周边12a是这样以至于，在两个板9、12的连接过程中焊接材料不影响并且不接触所述板12的表面14，这因而保持表面14的性质(例如粗糙度)不变，而不需要做进一步的处理，这些处理可能破坏板12的传热性能和机械强度的。特别地，参考图11、12、16和17，应当注意的是，散热器1包括位于通道6中的结构性的加强构件25。

所述构件25防止通道6被加强元件15施加的压力压碎，虽然保持板9和12的厚度T1和T2相对地低。

有利地，结构性的加强构件25大致占据通道6的整个高度。

散热器1也包括装置31，装置31用于在散热器1操作时在通道6内流动的冷却流体中产生湍流。

结构性的加强构件25和用于产生湍流的装置31构成插在通道6中的所谓的“扰流件(fret)”32。

扰流件32(还称为“湍流器(turbulator)”)允许换热器2抵挡加强元件15的压力，并且在流过它的液体中产生湍流。扰流件32优选地是交错类型。如附图17所示，扰流件优选地是波形的。

以这种方式，有可能保持板9和12的厚度T1和T2进一步受控，由于用于产生湍流的构件31，保证冷却流体和电子元件3之间合适的热交换。

所描述的本发明带来了重大的效益。受益于执行结构功能的加强元件的压力，薄板的使用显著减少所用材料的数量，因而降低散热器的重量和成本。如所述，对于散热器正确装配在电子元件上所必须的机械性能，优选地由塑料制造加强元件是经济的和容易加工的。

加强元件的形状为与散热器相匹配，允许加强元件被压靠电子元件，这保证有效的热交换。薄的换热器允许通过弯曲最小变形，这保证在被冷却的电子元件上最佳附合。

合适形状的加强元件也允许由于固定构件产生的力和压力被分布在电子元件的最合适区域(例如在中心区域处)。

所描述的本发明已被证实具有工业实用性，在不脱离本发明的精神下，可以有多种方式改变和修改。而且，本发明的所有细节可以采用在技术上等价的构件替代。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1、一种流体冷却散热器组件，包括：

换热器(2)，所述换热器能够与至少一个电子元件(3)相连接，所述换热器(2)具有用于与所述电子元件(3)接触的第一外表面(4)和大致与所述第一外表面(4)相对的第二外表面(5)，所述换热器具有带有用于冷却流体的入口(7)和出口(8)的至少一个通道(6)；和

加强元件(15)，所述加强元件与所述换热器(2)相连接，用于将所述换热器(2)应用到所述电子元件(3)，并将所述换热器(2)压靠在所述电子元件上，所述加强元件(15)连接到所述换热器(2)的所述第二外表面(5)。

2、根据权利要求1所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)大致在所述第二外表面(5)处连接到所述换热器(2)，并使得可以使用所述入口(7)和所述出口(8)。

3、根据权利要求2所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)至少部分地影响所述外连接表面(5)。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)具有用于大致在第二外表面(5)处连接到换热器(2)的表面(16)。

5、根据权利要求4所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述连接表面(16)大致是平坦的。

6、根据权利要求4所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)连接表面(16)被成形为形状与所述外固定表面(5)匹配。

7、根据权利要求1-6中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述换热器(12)能够变形，尤其是当装配在相应的电子元件(3)上时。

8、根据权利要求1-7中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)包括接合装置(19)，所述接合装置用于将所述电子元件(3)固定到所述加强元件(15)用的装置(21)，所述换热器(2)被定位并保持在所述电子元件(3)与所述加强元件(15)之间。

9、根据权利要求1-8中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述换热器(2)包括：具有第一表面(10)和第二表面(11)的第一板(9)；具有第一表面(13)与第二表面(14)的第二板(12)，所述第二板(12)的所述第一表面(13)连接到所述第一板(9)的第二表面(11)，通道(6)位于所述第二板(12)的所述第一表面(13)与所述第一板(9)的所述第二表面(11)之间，所述第二板(12)的所述第二表面(14)至少部分地形成用于与所述电子元件(3)接触的所述第一外表面(4)，所述第一板(9)的所述第一表面(10)至少部分地形成所述第二外表面(5)。

10、根据权利要求9所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述通道(6)形成在所述第一板(9)的所述第二表面(11)中。

11、根据权利要求9或10所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述第二板(12)的宽度(L2)基本上大于所述第一板(9)的宽度(L1)。

12、根据权利要求9-11中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述第一板(9)的厚度(T1)在十分之几毫米与几毫米之间。

13、根据权利要求9-12中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述第二板(12)的厚度(T2)在十分之几毫米与几毫米之间。

14、根据权利要求1-13中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述流体冷却散热器组件包括换热器(2)结构加强装置(25)，所述结构加强装置位于所述通道(6)内。

15、根据权利要求14所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述换热器(2)结构加强装置(25)包括位于所述通道(6)内的湍流器(32)。

16、根据权利要求1-15中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述流体冷却散热器组件包括用于在冷却流体中产生湍流的装置(31)，所述装置位于所述通道(6)内。

17、根据权利要求16所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，用于产生湍流的所述装置(31)包括位于所述通道(6)内的湍流器(32)。

18、根据权利要求1-17中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)由塑料制成。

19、根据权利要求1-18中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)由复合材料制成。

20、根据权利要求1-19中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)由能够模制或冲压的材料制成。

21、根据权利要求1-20中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)是刚性的。

22、根据权利要求1-21中任一项所述的流体冷却散热器组件，其特征在于，所述加强元件(15)被制成为单个主体。

23、根据权利要求1所述的流体冷却散热器组件，其中，在所述加强元件(15)与所述电子元件(3)的安装凸缘(3a)之间具有空气间隙(29)。

Claims (22)

1、一种流体冷却散热器，包括：

能够与至少一个电子元件(3)连接的换热器(2)，所述换热器(2)具有用于接触所述电子元件(3)的第一外表面(4)和第二外表面(5)，而且具有带有用于冷却流体的进口(7)和出口(8)的至少一个通道(6)，所述散热器的特征在于，所述散热器包括与所述换热器(2)连接的加强元件(15)，所述加强元件(15)将所述换热器(2)应用于所述电子元件(3)，并将所述换热器(2)压靠在所述电子元件上。

2、根据权利要求1所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)大致在所述第二外表面(5)处连接到所述换热器(2)。

3、根据权利要求2所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)至少部分地影响所述外部连接表面(5)。

4、根据权利要求1至3任何一项所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)具有用于大致在第二外表面(5)处连接到所述换热器(2)的表面(16)。

5、根据权利要求4所述的散热器，其特征在于：所述连接表面(16)大致是平坦的。

6、根据权利要求4所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)的连接表面(16)的形状与所述外部固定表面(5)相匹配。

7、根据权利要求1至6任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述换热器(2)能够变形，特别是当所述换热器(2)被安装在相应的电子元件(3)上时。

8、根据权利要求1至7任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)包括用于将所述电子元件(3)固定到所述加强元件(15)的装置(21)用的接合装置(19)，所述换热器(2)位于并保持在所述电子元件(3)和所述加强元件(15)之间。

9、根据权利要求1至8任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述换热器(2)包括具有第一表面(10)和第二表面(11)的第一板(9)；

具有第一表面(13)和第二表面(14)的第二板(12)，所述第二板(12)的第一表面(13)连接至所述第一板(9)的第二表面(11)，所述通道(6)位于所述第二板(12)的第一表面(13)与所述第一板(9)的第二表面(11)之间，所述第二板(12)的第二表面(14)至少部分地形成与所述电子元件(3)接触的所述第一外表面(4)，所述第一板(9)的第一表面(10)至少部分地形成所述第二外表面(5)。

10、根据权利要求9所述的散热器，其特征在于：所述通道(6)设置在所述第一板(9)的第二表面(11)中。

11、根据权利要求9或10所述的散热器，其特征在于：所述第二板(12)的宽度(L2)大致大于所述第一板(9)的宽度(L1)。

12、根据权利要求9至11任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述第一板(9)的厚度(T1)在十分之几毫米至几毫米之间。

13、根据权利要求9至12任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述第二板(9)的厚度(T2)在十分之几毫米至几毫米之间。

14、根据权利要求1至13任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述散热器包括设置在通道(6)中的换热器(2)结构加强装置(25)。

15、根据权利要求14所述的散热器，其特征在于：所述换热器(2)结构加强装置(25)包括设置在所述通道(6)中的湍流器(32)。

16、根据权利要求1至15任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述散热器包括用于在冷却流体中产生湍流的装置(31)，所述装置(31)设置在所述通道(6)内。

17、根据权利要求16所述的散热器，其特征在于：用于产生湍流的所述装置(31)包括设置在所述通道(6)中的湍流器(32).

18、根据权利要求1至17任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)由塑料制作。

19、根据权利要求1至18任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)由复合材料制作。

20、根据权利要求1至19任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)由能够被模制或被冲压的材料制成。

21、根据权利要求1至20任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)是刚性的。

22、根据权利要求1至21任何一项权利要求所述的散热器，其特征在于：所述加强元件(15)被制成单个主体。

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