CN102231370B - 一种高倍翅冷板散热器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高倍翅冷板散热器及其制作方法。高倍翅冷板散热器，其特征在于：由多个散热单元拼合构成，所述散热单元为铝或铜挤压成型的等截面型材；多个散热单元在宽度方向上并列布置，各相邻的散热单元的基板部间以条状钩与插槽对应插接，并且条状钩和插槽以朝上或朝下的斜面抵靠配合，当相邻的两散热单元中一者受到上下方向的作用力时，条状钩与插槽沿所述斜面相对滑动，使相邻的散热单元相靠拢，以此构成散热单元间的卡固结构；并且，由搅拌摩擦焊将各基板部焊接成一体。本发明制作简单，翅片高度可加大、翅片厚度可做薄，各散热单元拼合后的翅片的间距也可制作地较小，即达到高倍翅的要求，可制作出25倍翅～40倍翅。

Description

一种高倍翅冷板散热器及其制作方法

技术领域

本发明涉及散热器，具体涉及一种冷板散热器。

背景技术

散热器常用于功率元件的散热降温，在电子电力行业的产品中有许多功率元件，在使用过程中有5%~8%的功率损耗产生热量，使元件温度升高，工作状态变坏，可靠性大幅度降低直至损坏，在一定温度范围内功率元件的温度每升高5℃，可靠性下降一个数量级，因此散热器的性能直接影响到产品的可靠性。

现有技术中，冷板散热器的结构大致由一基板以及固定排列在基板散热面上的散热片构成。从制作方式角度可分为钎焊式、铝型材一体挤压式以及铲翅式等。

钎焊式冷板散热器是先制作出基板和散热片，然后通过整体真空钎焊将散热片和基板焊接起来，真空焊接能耗大、成本较高。

铝型材一体挤压式冷板散热器是采用铝合金一体挤压成型，其优点是结构简单，但是其散热片的厚度无法做薄（一般至少0.8mm）、散热片的高度无法做高，散热片的间距也无法做小（一般至少3mm），即无法做到高倍翅（倍翅：即翅片高度与翅片间距之比），使单位散热面积所需的金属用量大，散热效率低。

铲翅式冷板散热器是在基板散热面上以刀具铲削出散热片，其缺点是其散热片的厚度厚（一般至少3mm）、散热片的高度也无法做高，散热片的间距也更大（一般达10mm），更加达不到高倍翅的要求。

而对于散热器制造厂家来说，为了在单位散热面积里减少金属用量，提高散热效率，高倍翅一直是追求的目标。

发明内容

本发明目的是提供一种高倍翅冷板散热器及其制作方法，在达到高倍翅的基础上进一步降低制作成本。

为达到上述目的，本发明采用的产品结构技术方案是：一种高倍翅冷板散热器，由多个散热单元拼合构成，所述散热单元为铝或铜挤压成型的等截面型材，该等截面型材由基板部以及基板部上向上伸出的一翅片部构成，基板部的宽度方向上相背的两侧面中，一面上沿长度方向设有插槽，另一面上凸设有条状钩；所述多个散热单元在宽度方向上并列布置，各相邻的散热单元的基板部间以条状钩与插槽对应插接，并且条状钩和插槽以朝上或朝下的斜面抵靠配合，当相邻的两散热单元中一者受到上下方向的作用力时，条状钩与插槽沿所述斜面相对滑动，使相邻的散热单元相靠拢，以此构成散热单元间的卡固结构；并且，所述多个散热单元的基板部底面上进行搅拌摩擦焊，由搅拌摩擦焊将各基板部焊接成一体。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述“搅拌摩擦焊”是现有一种焊接技术。搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样．搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于：搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(welding pin)伸入工件中，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。

2、上述方案中，考虑到实际搅拌摩擦焊时，焊头是对基板部底面作用，从而基板部的间隙顶端更易张开变大，会使基板部的底面变形为弧面，故进一步较佳方案是：将所述插槽和条状钩均设置于基板部两侧面的上部。

为达到上述目的，本发明采用的制作方法技术方案是：一种高倍翅冷板散热器的制作方法，预先准备一个搅拌摩擦焊时使用的夹具，该夹具具有一对X向夹持面，并且，朝Z向伸设有多块间隔布置的Z向支承板；

具体按以下步骤进行：

第一步，以挤压方式制作出铝或铜的散热单元型材，该散热单元型材由一基板部以及基板部上向上伸出的一翅片部构成，散热单元型材的基板部宽度方向上相背的两侧面中，一面上沿长度方向设有插槽，另一面上凸设有条状钩；

第二步，将所述散热单元型材截取成多个等长的散热单元；

第三步，将所述多个散热单元在宽度方向上并列布置，并将相邻的散热单元的条状钩与插槽进行插接，条状钩与插槽以斜面卡抵配合，从而将各基板部相拼合； 

第四步，将第三步拼合好的散热单元放置于夹具上，并调整夹具，使X向夹持面在散热单元的宽度方向上将第三步所述拼合好的散热单元夹持；每个Z向支承板沿着翅片部的高度方向对应伸入各散热单元的翅片部的间隙中并支撑着基板部；

第五步，利用一搅拌摩擦焊的焊接设备，以焊接设备的焊头旋转着伸入基板部的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头停转抬起，完成对散热单元的基板部的第一道搅拌摩擦焊；在搅拌摩擦焊的过程中，焊接设备的焊头移至一散热单元上时即对该散热单元产生一抵压力，从而使其条状钩与相邻的散热单元的插槽间产生沿所述斜面的滑动，从而使其与相邻的散热单元相靠拢。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，还包括第六步，焊接设备的焊头沿散热单元的长度方向平移一段距离，在距所述第一道搅拌摩擦焊的一段距离的位置上，焊接设备的焊头再次旋转着伸入基板部的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头停转抬起，完成对散热单元的基板部的第二道搅拌摩擦焊。还包括第七步，焊接设备的焊头沿散热单元的长度方向再平移一段距离，在距所述第二道搅拌摩擦焊的一段距离的位置上，焊接设备的焊头第三次旋转着伸入基板部的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头停转抬起，完成对散热单元的基板部的第三道搅拌摩擦焊

上述在散热单元的基板部上完成三道搅拌摩擦焊是较佳的具体实例，实际中根据拼合后的散热单元的整个基板部的尺寸大小可选择合适的搅拌摩擦焊的道数以及各道搅拌摩擦焊间相隔的距离。

2、上述方案中，所述“搅拌摩擦焊的焊接设备”是指现有搅拌摩擦焊的设备，它一般具有一床面，在床面上是用于装夹着工件（在这即是被夹具夹持着的散热单元），具有一焊头对着工件设置，使焊头可绕中心轴旋转，并能相对工件作X向、Y向的平移及Z向的升降。搅拌摩擦焊的焊接设备具体可采用铣床，将铣床的刀具换成焊头即可。

所述焊头，在现有技术中也被称为搅拌头，它是搅拌摩擦焊专用焊头，它具有一摩擦肩部，以及在轴肩部中心凸出的头部。

3、上述方案中，所述“X向夹持面”和“Z向支承板”中的X向和Z向是指空间中相垂直的两个方向，具体命名可以互换。

为了夹持的刚性更好，所述夹具可以再具有一对Y向夹持面；在第四步中，所述夹具的Y向夹持面在散热单元的长度方向上将第三步所述拼合好的散热单元夹持。

本发设计原理以及带来的效果是：

本发明将现有一体的冷板散热器分解成多个带一片翅片的散热单元，散热单元为铝或铜挤压成型的等截面型材，将这些散热单元相拼合并以搅拌摩擦焊将其焊接成一体。并且，在各散热单元间设有卡固结构，卡固结构是通过插槽与条状钩间的斜面配合，将搅拌摩擦焊时焊头对基板部的抵压力的一部分转化成能使相邻基板部相靠拢的作用力，从而使相邻散热单元的基板部的拼合面间能够更加紧靠，更能保证拼合面间不存在间隙，从而提高传热效果。并且，也保证了焊接后基板的变形最小，不会拱起成弧形。

由于散热单元仅带一片翅片，其制作简单，翅片高度可加大、翅片厚度可做薄，各散热单元拼合后的翅片的间距也可制作地较小，即达到高倍翅的要求，可制作出25倍翅～40倍翅。由于采用搅拌摩擦焊工艺将各散热单元连接，搅拌摩擦焊焊接时温度相对较低，残余应力或变形较小，使基板部拼合成的基板整体的变形较小，焊接前及焊接过程中对环境的污染小，也较节省能源。而若将各散热片采用常规螺栓连接，而基板必然需要制作地较厚度，不然无法穿置螺栓，并且螺栓的连接也不可靠，在有震动的场合使用有螺栓可能松动，使拼合面的间隙加大，从而影响到基板的传热效果，影响散热效率。

附图说明

附图1为本发明实施例散热单元结构示意图；

附图2为本发明实施例整体结构示意图；

附图3为附图2的仰视示意图；

附图4为本发明实施例散热单元间的卡固结构示意图；

附图5为本发明实施例制作过程中搅拌摩擦焊时的示意图一，此图表示本发明实施例的正面；

附图6为本发明实施例制作过程中搅拌摩擦焊时的示意图二，此图表示本发明实施例的底面。

以上附图中：1、散热单元；2、基板部；3、翅片部；4、条状刺；5、插槽；6、条状钩；7、斜面；8、焊头；9a、第一道搅拌摩擦焊；9b、第二道搅拌摩擦焊；9c、第三道搅拌摩擦焊；10、Z向支承板；11、基座；12、X向夹持面；13、Y向夹持面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图1～附图６所示：

一种高倍翅冷板散热器，由多个散热单元１拼合构成。

见附图１所示，所述每个散热单元１为铝或铜挤压成型的等截面型材，该等截面型材由基板部２以及基板部２上向上伸出的一翅片部３构成。基板部２的截面形状为矩形，而翅片部３的截面形状为一竖向长条状。具体如图1所示，翅片部３截面的宽度从根部向上逐渐变窄，且翅片部3的两侧表面上设有多个凸起的条状刺4，以增加表面积。且，每个散热单元１的基板部2宽度方向上相背的两侧面中，一面上沿等截面型材的长度方向设插槽5，另一面上凸设有条状钩6。

见附图2、附图3及附图4所示，所述多个散热单元1在宽度方向上并列布置，其基板部2相拼合，并经搅拌摩擦焊将多个散热单元1的基板部2连接成一体。所述插槽5和条状钩6即位于各相邻的散热单元1的基板部2对应拼合面上，条状钩6与插槽5对应插接，并且条状钩6和插槽5以朝上或朝下（图示为朝上）的斜面7抵靠配合，当相邻的散热单元1中一者受到上下方向的作用力时，见附图4，条状钩6与插槽5沿所述斜面7相对滑动，使相邻的散热单元1相靠拢，以此构成散热单元1间的卡固结构。

具体，所述插槽5和条状钩6位于基板部2两侧面的上部。

所述高倍翅冷板散热器的制作方法是：

预先准备一个搅拌摩擦焊时使用的夹具，该夹具包括一基座11，该基座11的X向上设有一对X向夹持面12，其Y向上设有一对Y向夹持面13；并且，基座11上朝Z向伸设有多块间隔布置的Z向支承板10，如附图4、附图5、附图6中的双点划线所示。

具体按以下步骤进行：

第一步，以挤压方式制作出铝或铜的散热单元型材，该散热单元型材由一基板部以及基板部2上向上伸出的一翅片部3构成，散热单元型材的基板部2宽度方向上相背的两侧面中，一面上沿长度方向设有插槽5，另一面上凸设有条状钩6；

第二步，将所述散热单元型材截取成多个等长的散热单元1；

第三步，将所述多个散热单元1在宽度方向上并列布置，并将相邻的散热单元1的条状钩6与插槽5进行插接，条状钩6与插槽5以斜面7卡抵配合，从而将各基板部2相拼合； 

第四步，将第三步拼合好的散热单元1放置于夹具上，并调整夹具，使X向夹持面12在散热单元1的宽度方向上将第三步所述拼合好的散热单元1夹持（该夹持力图中表示为F2）， Y向夹持面13在散热单元1的长度方向上将第三步所述拼合好的散热单元1夹持（该夹持力图中表示为F3），每个Z向支承板10沿着翅片部3的高度方向对应伸入各散热单元的翅片部3的间隙中并支撑着基板部2； 

第五步，利用一搅拌摩擦焊的焊接设备，将夹具的基座11固定在焊接设备的工作台面上，以焊接设备的焊头8旋转着伸入基板部2的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元1的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头8停转抬起，完成对散热单元的基板部的第一道搅拌摩擦焊9a；在搅拌摩擦焊的过程中，焊接设备的焊头8移至一散热单元1上时即对该散热单元1产生一抵压力（该抵压力图中表示为F1），从而使其条状钩6与相邻的散热单元1的插槽5间产生沿所述斜面7的滑动，利用斜面7将抵压力F1分解成一将相邻散热单元1相靠拢的力，从而使相邻的散热单元1相靠拢；

第六步，焊接设备的焊头8沿散热单元1的长度方向平移一段距离，在距所述第一道搅拌摩擦焊9a的一段距离的位置上，焊接设备的焊头再次旋转着伸入基板部2的底面，并一边旋转一边沿着散热单元1的宽度方向从拼合好的散热单元1的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头8停转抬起，完成对散热单元1的基板部2的第二道搅拌摩擦焊9b；在该道搅拌摩擦焊的过程中，也同样当焊接设备的焊头8移至一散热单元1上时即对该散热单元1产生一抵压力，从而使其条状钩6与相邻的散热单元1的插槽5间产生沿所述斜面7的滑动，利用斜面7将抵压力F1分解成一将相邻散热单元1相靠拢的力，从而使相邻的散热单元1相靠拢；

第七步，焊接设备的焊头8沿散热单元1的长度方向再平移一段距离，在距所述第二道搅拌摩擦焊9b的一段距离的位置上，焊接设备的焊头8第三次旋转着伸入基板部2的底面，并一边旋转一边沿着散热单元1的宽度方向从拼合好的散热单元1的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头8停转抬起，完成对散热单元的基板部的第三道搅拌摩擦焊9c；在该道搅拌摩擦焊的过程中，也同样当焊接设备的焊头8移至一散热单元1上时即对该散热单元1产生一抵压力，从而使其条状钩6与相邻的散热单元1的插槽5间产生沿所述斜面7的滑动，利用斜面7将抵压力F1分解成一将相邻散热单元1相靠拢的力，从而使相邻的散热单元1相靠拢。

第八步，可按需要进行后处理，去除每道搅拌摩擦焊结束时留下的匙孔以及降低基板部2的底面的表面粗糙度。

所述搅拌摩擦焊的焊接设备是指现有搅拌摩擦焊的设备，它一般具有一床面，在床面上固定摆放着工件（在这即是被夹具夹持着的散热单元1），具有一焊头8对着工件设置，使焊头8可绕中心轴旋转，并能相对工件作X向、Y向的平移及Z向的升降。搅拌摩擦焊的焊接设备具体可采用铣床，将铣床的刀具换成焊头8即可。所述焊头8，在现有技术中也被称为搅拌头，它是搅拌摩擦焊专用焊头，它具有一摩擦肩部，以及在轴肩部中心凸出的头部。

另，所述每个散热单元1的基板部2上位于翅片部3两侧的肩部设计出有一段高度落差δ，见附图1所示，使Z向支承板10仅抵着一个散热单元1的基板部2的肩部保持其不动，而对相邻另一个散热单元1留有一运动空间，见附图4所示。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高倍翅冷板散热器的制作方法，其特征在于：

预先准备一个搅拌摩擦焊时使用的夹具，该夹具具有一对X向夹持面，并且，朝Z向伸设有多块间隔布置的Z向支承板；

具体按以下步骤进行：

第一步，以挤压方式制作出铝或铜的散热单元型材，该散热单元型材由一基板部以及基板部上向上伸出的一翅片部构成，散热单元型材的基板部宽度方向上相背的两侧面中，一面上沿长度方向设有插槽，另一面上凸设有条状钩；

第二步，将所述散热单元型材截取成多个等长的散热单元；

第三步，将所述多个散热单元在宽度方向上并列布置，并将相邻的散热单元的条状钩与插槽进行插接，条状钩与插槽以斜面卡抵配合，从而将各基板部相拼合； 

第四步，将第三步拼合好的散热单元放置于夹具上，并调整夹具，使X向夹持面在散热单元的宽度方向上将第三步所述拼合好的散热单元夹持；每个Z向支承板沿着翅片部的高度方向对应伸入各散热单元的翅片部的间隙中并支撑着基板部；

第五步，利用一搅拌摩擦焊的焊接设备，以焊接设备的焊头旋转着伸入基板部的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头停转抬起，完成对散热单元的基板部的第一道搅拌摩擦焊；在搅拌摩擦焊的过程中，焊接设备的焊头移至一散热单元上时即对该散热单元产生一抵压力，从而使其条状钩与相邻的散热单元的插槽间产生沿所述斜面的滑动，从而使其与相邻的散热单元相靠拢。

2.根据权利要求1所述高倍翅冷板散热器的制作方法，其特征在于：还包括第六步，焊接设备的焊头沿散热单元的长度方向平移一段距离，在距所述第一道搅拌摩擦焊的一段距离的位置上，焊接设备的焊头再次旋转着伸入基板部的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头停转抬起，完成对散热单元的基板部的第二道搅拌摩擦焊。

3.根据权利要求2所述高倍翅冷板散热器的制作方法，其特征在于：还包括第七步，焊接设备的焊头沿散热单元的长度方向再平移一段距离，在距所述第二道搅拌摩擦焊的一段距离的位置上，焊接设备的焊头第三次旋转着伸入基板部的底面，并一边旋转一边沿着散热单元的宽度方向从拼合好的散热单元的一端移动至另一端，然后焊接设备的焊头停转抬起，完成对散热单元的基板部的第三道搅拌摩擦焊。

4.根据权利要求1所述高倍翅冷板散热器的制作方法，其特征在于：所述夹具还具有一对Y向夹持面；在第四步中，所述夹具的Y向夹持面在散热单元的长度方向上将第三步所述拼合好的散热单元夹持。

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