CN102510702A - 用于电子或电气产品的散热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子或电气产品的散热器，所述散热器包括：基板；和至少一个翅片组，每个所述翅片组包括多个翅片，所述翅片包括连接部和从连接部凸出的翅片主体，并且所述翅片通过所述连接部与所述基板结合；其中，所述基板和所述翅片的翅片料均采用金属制成，并且所述基板和所述翅片的翅片料中的至少一个为铝复合钎焊板；其中，所述多个翅片的连接部和翅片主体由单块翅片料一体成型，并且所述至少一个翅片组与所述基板的表面通过钎焊工艺连接。

Description

用于电子或电气产品的散热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种散热器，更具体地说，本发明涉及一种用于电子或电气产品的散热器及其制造方法。

背景技术

电子或电气产品的散热器一般包括基板和翅片，并采用导热系数较高的铜合金、铝合金或镁合金等材料制成。散热器的基板和翅片结构可以一体成型，或者分别形成然后组装在一起。一体成型式散热器通过挤压、切割或压铸等工艺制成，例如精密切割型散热器、挤压型散热器、压铸型散热器等；组装式散热器通过连接基板和翅片制成，例如插齿型散热器、折页型散热器等。

对于散热器来说，提高散热效率最有效的方法是增加翅片的表面积、或者提高翅片的齿高度与齿间距(即相邻翅片之间的距离)之比。通常通过增大翅片的齿高度或减小翅片的齿间距来实现。然而，翅片齿高度的增大和齿间距的减小会增加散热器的尺寸或重量，并且明显增加制造难度和制造成本。在不增加散热器尺寸和重量的前提下，增加翅片的表面积或提高翅片的齿高度与齿间距之比的唯一方法是减小翅片的厚度，从而增加翅片的数量。

但是，对于一体成型式散热器(比如，挤压型散热器)来说，翅片的厚度一般只能减小到某一数值，因此，齿高度和齿间距之比通常小于20。用传统的制造方法(比如机械加工、挤压或压铸)已经很难制造出更薄的翅片，而且会显著增加制造成本。对于组装式散热器来说，其能获得较高的齿高度与齿间距之比，一般可以达到60，但是其制备方法复杂，成本高昂，不适合大批量生产。

当今，电子或电气产品(例如，平板显示设备、LED灯等)的发展趋势是轻、薄、美观，但其功率容量却在快速增加。这意味着需要提供一种效率更高、同时体积更小、重量更轻的散热方案。显然，上述传统的散热方案已经无法满足这样的需求。

发明内容

根据本发明非限制性的一个方面，提供了一种散热器及其制造方法。该散热器具有紧凑的结构，能够有效地增加散热面积，大大提高散热效率，可以广泛满足电子或电气产品日益苛刻的散热要求。

根据本发明的一个其他方面，本发明涉及一种用于电子或电气产品的散热器，所述散热器包括：基板；和至少一个翅片组，每个所述翅片组包括多个翅片，所述翅片包括连接部和从连接部凸出的翅片主体，并且所述翅片通过所述连接部与所述基板结合；其中，所述基板和所述翅片的翅片料均采用金属制成，并且所述基板和所述翅片的翅片料中的至少一个为铝复合钎焊板；其中，所述多个翅片的连接部和翅片主体由单块翅片料一体成型，并且所述至少一个翅片组与所述基板的表面通过钎焊工艺连接。

在一个实施例中，所述基板中布置有至少一个冷却通道，并且所述冷却通道填充有可流动的冷却介质。

在一个实施例中，所述翅片主体沿翅片的高度方向上的横截面选自以下中的至少一个：三角形，矩形，梯形，曲线形。

在一个实施例中，所述翅片主体沿翅片的高度方向上的横截面为直线形，所述翅片主体呈平面薄板状，并且所述翅片主体彼此间隔开

在一个实施例中，所述翅片主体的厚度为0.01mm到1mm。

在一个实施例中，所述连接部在所述基板上周期性排列。

在一个实施例中，所述翅片主体具有从其侧表面上伸出的伸出臂。

在一个实施例中，所述伸出臂沿翅片的长度方向上布置成对称分布。

在一个实施例中，所述伸出臂沿翅片的长度方向上被布置成错开分布。

在一个实施例中，所述伸出臂沿翅片的高度方向上被布置成多行分布。

在一个实施例中，所述翅片的表面上分布有微突起。

在一个实施例中，所述翅片的表面上涂覆有较高热辐射系数的材料、或者处理成黑色或深色。

根据本发明的其他方面，本发明涉及一种用于电子或电气产品的散热器的制造方法，所述散热器包括基板和多个翅片，所述方法包括以下步骤：a)分别选择用于所述基板和用于所述翅片的翅片料的金属，并且所述基板和所述翅片的翅片料中的至少一个为铝复合钎焊板；b)将单块翅片料成形为所述多个翅片，所述翅片包括连接部和从所述连接部凸出的翅片主体；和c)利用钎焊工艺将所述翅片与所述基板结合。

在一个实施例中，所述步骤b)采用折弯工艺将单块翅片料成形为所述多个翅片。

在一个实施例中，所述翅片主体为平面薄板状，并且所述翅片主体彼此间隔开。

在一个实施例中，在步骤a)和b)之间具有以下步骤：对所述翅片料的表面进行压花处理生成微突起结构。

在一个实施例中，在步骤a)和b)之间具有以下步骤：对所述翅片料进行冲压，以生成从所述翅片料的表面的伸出的伸出臂结构。

在一个实施例中，在步骤b)和c)之间具有以下步骤：将所述多个翅片切割成所需尺寸的翅片组。

在一个实施例中，步骤c)进一步包括将所述翅片固定到所述基板上，将固定好的所述翅片和所述基板放进钎焊炉中，同时将所述钎焊炉内温度升至钎焊所需的温度，由此，将所述翅片连接到所述基板上。

在一个实施例中，在步骤c)之后，对所述翅片和所述基板进行最终表面清洁工作。

在一个实施例中，在步骤c)之后，进行以下步骤：用具有较高热辐射系数的材料涂覆所述翅片，或者将所述翅片处理成黑色或深色。

根据本发明的又一个方面，本发明涉及一种平板显示设备，所述平板显示设备包括上文描述的散热器。

根据本发明的再一个方面，本发明涉及一种LED灯，所述LED灯包括上文描述的散热器。

附图说明

本发明将参考优选实施例更详细地说明，其中：

图1是示出根据本发明的一个实施例的散热器的结构的剖视图；

图2a-2c是示出翅片主体沿翅片的高度方向上的剖视图；

图3a-3b是示出翅片沿长度方向上的轮廓的立体图；

图4是示出根据本发明的一个实施例的散热器的翅片上的伸出臂的立体图；

图5是示出翅片的表面上的微突起的剖视图；

图6是示出翅片的表面上的较高热辐射系数的涂层的剖视图；

图7是示出在基板上组合成不同的翅片组的立体图；

图8是示出翅片的制造流程的框图；

图9是示出完成的翅片组的立体图；

图10是示出经过压花、冲压、折弯的翅片的立体图；

图11是示出翅片和基板的连接工艺流程的框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，其中同样的部件在各图中自始至终使用相同的附图标记。

本发明的散热器的一个非限制性示范性实施例在图1中显示，其中，散热器1包括两个主要组件，即基板2和翅片3。为了下文描述方便，将沿翅片3的厚度方向称为x轴方向，沿翅片3的长度方向称为y轴方向，沿翅片3的高度方向称为z轴方向。

基板2由金属制成，并且用于接触热源。基板2可以是实心的，或者，基板2可以在其内部布置至少一条冷却通道，所述冷却通道填充可流动的冷却介质。

翅片3的翅片料为金属板材，并且包括周期性排列的连接部3a和从连接部3a凸出的翅片主体3b。翅片主体3b沿z轴方向上的横截面可以具有不同的形状，例如三角形、矩形、梯形、曲线形等，如图2a-2c所示。优选的，翅片主体3b沿z轴方向上的横截面为竖直或倾斜的直线，参见图1，此时，所述翅片主体呈平面薄板状，彼此间隔开并且优选地相互平行。连接部3a用于连接相邻的翅片主体3b，并且紧密地与基板2结合。在一些示例中，连接部3a沿z轴方向上的横截面可以为点状，参见图2b和图2c，此时，连接部3a和基板2沿y轴方向进行线接触。翅片3的连接部3a和翅片主体3b由单块翅片料通过折弯等工序一体成型，然后通过钎焊工艺连接到基板2的表面上。

基板2和翅片3的翅片料采用任何合适的金属材料制成，优选采用导热系数较高的金属，例如铝、铜、镁等或者其合金。用于基板2和翅片3的翅片料的金属材料可以相同、也可以不同，并且基板2和翅片3的翅片料中的至少一个采用铝复合钎焊板制成。

铝复合钎焊板为不同合金的铝锭贴合在一起轧制而成的复合铝板，且至少有一层为钎焊层。举例来说，对于三层铝复合钎焊板，三层从上到下依次为上钎焊层、芯层和下钎焊层，钎焊层用于将翅片钎焊到基板上，并采用比如4XXX铝合金，芯层用于增加散热器的强度，并采用比如3XXX铝合金、1XXX铝合金等合金或其他铝合金；对于五层铝复合钎焊板，五层从上到下依次为上钎焊层、中间层、芯层、中间层、下钎焊层，钎焊层和芯层的用料和三层铝板类似，中间层用于提高散热器的耐腐蚀性，并采用比如5XXX铝合金或其他合金。其中，根据GB/T 16474-1996对于铝合金牌号的定义，1XXX表示纯铝(铝含量不低于99.00％)，3XXX表示以锰为主要合金元素的铝合金，4XXX表示以硅为主要合金元素的铝合金，5XXX表示以镁为主要合金元素的铝合金。

在不被理论束缚的前提下，申请人认为，翅片可用于提高散热效率。翅片3的几何参数(包括齿高度、齿间距等)可以根据散热需求的不同而变化，其中，齿高度是指沿z轴方向从基板2的表面到翅片3的顶端之间的竖直距离，齿间距是指两个相邻翅片3的中心竖直轴线之间的水平距离。

如图3a-3b所示，为了使翅片和气流之间具有更好的热传导性，翅片3沿y轴方向可具有不同的轮廓，例如直线型、波浪形等。

如图4所示，可通过冲压工艺在翅片主体3b的左右两侧上制造出一系列较小的伸出臂4，所述伸出臂4从翅片主体的侧表面上伸出，并在侧表面上留下相应的开口5。翅片3的伸出臂4和开口5一方面增加了翅片3的总散热面积，另一方面有利于气流的流动，提升气流带走热量的效率。根据实际的需要，伸出臂4沿y轴方向可以被布置成对称分布或错开分布，并且沿z轴方向可以被布置成多行分布。

如图5所示，为了进一步提高散热效率，翅片3的整个表面可以具有微突起6，以便充分进行热交换。微突起6可以通过压花工艺制成，且制造成本较低。微突起6可以设计成各种形状，例如三角形、矩形、弧形、以及不规则形状等。此外，如图6所示，翅片3的整个表面可以涂覆有较高热辐射系数的材料7(比如石墨等)、或者被处理成黑色或深色，以增加热辐射效果。

如图7所示，在基板2上，翅片3可以分成不同的翅片组。各个翅片组之间的布局可以散热模拟结果进行设计，以更好地提升翅片3和气流之间的导热性，并且有利于简单安装。

现在介绍本发明的上述实施例的散热器的制作方法。首先说明翅片3的制造流程，参见图8。在步骤801中，根据散热器的应用场合和客户的要求(比如抗腐蚀性、强度等)选择用于翅片3的翅片料，包括金属板材的层数、材料、及长度、宽度、厚度等。在步骤802中，对翅片料进行压花处理，以在板材的表面生成所需密度的微突起结构。随后，将具有微突起的翅片料沿x轴方向切割成所需的宽度。在步骤803中，对翅片料进行冲压，以产生伸出于板材表面的伸出臂结构。伸出臂沿y轴方向可以对齐分布、或者错开分布，并且沿z轴方向可以被布置成多行分布。在步骤804中，按照所要求的翅片沿z轴方向的横截面形状、齿高度、齿间距等几何参数，通过折弯工艺将单块翅片料成形为连接部3a和从连接部凸出的翅片主体3b。最后，在步骤805中，将翅片3沿y轴方向切割成所需的长度，从而形成多个翅片组，如图9所示。需要指出的是如果所述设计的翅片不包括微突起或伸出臂，则在翅片的制造流程中可以省去相应的步骤802或803。

图10显示完成压花、冲压、折弯等工序的翅片组，所述翅片组随后将通过钎焊工艺连接到基板2上。参见图11。在步骤1101中，根据散热器的应用场合和客户的要求选择用于基板2的金属板材，包括板材的层数，各层材料及长度、宽度、厚度，以及板材中是否布置有冷却通道等。需要指出的是，基板2和翅片3中的至少一个由铝复合钎焊板制成。在步骤1102中，按所需的布局，将一个或多个翅片组用夹具简单固定到基板2上，且翅片的连接部3a紧密地与基板2结合。在步骤1103中，把固定好的翅片组和基板2放进钎焊炉中，同时将炉内温度升至钎焊所需的温度(即高于钎焊层熔点，低于中间层或芯层熔点的温度)。翅片组通过钎焊工艺连接到基板上，形成散热器1。在步骤1104中，对散热器1进行表面清洁工作，此外，在翅片3的表面上可以涂覆较高热辐射系数的材料(诸如石墨)、或者可以处理成黑色或深色。需要指出的是，如果翅片没有设计成涂覆较高热辐射系数的材料或者处理成黑色或深色，则在散热器的制造流程中可以省去步骤1104中的相应操作。

本发明的实施例的散热器和现有技术的散热器相比，在散热性能和制造成本上具有明显的优势。

首先，本发明的实施例的散热器的制造方法简单。翅片由翅片料在室温下通过折弯等工艺一体成型，随后通过已有成熟的钎焊工艺连接到基板上。以上制造流程适于大规模连续生产，所带来的直接好处就是制造成本低。

此外，本发明的实施例的散热器的翅片通过压花、冲压和涂覆等工艺很容易添加微突起、伸出臂和较高热辐射系数的涂层等结构，这些结构促进了翅片表面和气流之间的充分热交换，提升了散热效率。而对于传统的散热器翅片来说，若要添加微突起、伸出臂和较高热辐射系数的涂层等结构，所需要的工艺复杂得多。

其次，在本发明的实施例的散热器中，与散热效率相关的主要参数(例如翅片的齿高度、齿间距等)可以根据设计需要任意调整，而不会受到制造工艺的限制。

由于本发明的实施例的翅片由金属薄板通过折弯工艺形成，因此，翅片主体的厚度可以轻松达到约0.1mm-约1mm、甚至为0.01mm。这提供了比传统的散热器高得多的齿高度与齿间距之比。对于传统的一体成型式散热器来说，齿高度和齿间距之比一般小于20；对于传统的连接式散热器来说，齿高度和齿间距之比一般小于60。而本发明的实施例的散热器的齿高度和齿间距比可高达100-500、甚至更多。因此，本发明的实施例的散热器的散热面积得到了显著地增加，举例来说，与相同尺寸的传统挤压型散热器相比，本发明的实施例的散热面积可以增加25％-500％。因此，本发明的实施例的散热器的散热效率得到了很大的提升。

最后，本发明的实施例的散热器结构紧凑，与传统的散热器相比尺寸更小、重量更轻，材料的使用量也相应减小。紧凑结构为各种设计提供了更大的自由度，满足了当今电子电气产品(比如平板显示设备、LED灯等)的发展趋势，即，轻薄美观成为下一代产品的设计中最重要的元素。

虽然本发明参考至少一个实施例来描述，但是本发明还可以在所公开范围和发明精神内进行改动。所以本申请意在覆盖根据本发明一般原则的任何变型、使用和改造。另外，本申请意在覆盖那些属于本发明的、没有在本文中公开但属于本领域公知常识的方案，以及落入所附权利要求限制之内的方案。

Claims (23)

1.一种用于电子或电气产品的散热器，其特征在于，所述散热器包括：

基板；和

至少一个翅片组，每个所述翅片组包括多个翅片，所述翅片包括连接部和从连接部凸出的翅片主体，并且所述翅片通过所述连接部与所述基板结合；

其中，所述基板和所述翅片的翅片料均采用金属制成，并且所述基板和所述翅片的翅片料中的至少一个为铝复合钎焊板；

其中，所述多个翅片的连接部和翅片主体由单块翅片料一体成型，并且所述至少一个翅片组与所述基板的表面通过钎焊工艺连接。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述基板中布置有至少一个冷却通道，并且所述冷却通道填充有可流动的冷却介质。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述翅片主体沿翅片的高度方向上的横截面选自以下中的至少一个：三角形，矩形，梯形，曲线形。

4.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述翅片主体沿翅片的高度方向上的横截面为直线形，所述翅片主体呈平面薄板状，并且所述翅片主体彼此间隔开。

5.根据权利要求4所述的散热器，其特征在于，所述翅片主体的厚度为0.01mm到1mm。

6.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述连接部在所述基板上周期性排列。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的散热器，其特征在于，所述翅片主体具有从其侧表面上伸出的伸出臂。

8.根据权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述伸出臂沿翅片的长度方向上布置成对称分布。

9.根据权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述伸出臂沿翅片的长度方向上被布置成错开分布。

10.根据权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述伸出臂沿翅片的高度方向上被布置成多行分布。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的散热器，其特征在于，所述翅片的表面上分布有微突起。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的散热器，其特征在于，所述翅片的表面上涂覆有较高热辐射系数的材料、或者处理成黑色或深色。

13.一种用于电子或电气产品的散热器的制造方法，所述散热器包括基板和多个翅片，所述方法包括以下步骤：

a)分别选择用于所述基板和用于所述翅片的翅片料的金属，并且所述基板和所述翅片的翅片料中的至少一个为铝复合钎焊板；

b)将单块翅片料成形为所述多个翅片，所述翅片包括连接部和从所述连接部凸出的翅片主体；和

c)利用钎焊工艺将所述翅片与所述基板结合。

14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，所述步骤b)采用折弯工艺将单块翅片料成形为所述多个翅片。

15.根据权利要求14所述的散热器，其中，所述翅片主体为平面薄板状，并且所述翅片主体彼此间隔开。

16.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在步骤a)和b)之间具有以下步骤：对所述翅片料的表面进行压花处理生成微突起结构。

17.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在步骤a)和b)之间具有以下步骤：对所述翅片料进行冲压，以生成从所述翅片料的表面的伸出的伸出臂结构。

18.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在步骤b)和c)之间具有以下步骤：将所述多个翅片切割成所需尺寸的翅片组。

19.根据权利要求13所述的制造方法，其中，步骤c)进一步包括将所述翅片固定到所述基板上，将固定好的所述翅片和所述基板放进钎焊炉中，同时将所述钎焊炉内温度升至钎焊所需的温度，由此，将所述翅片连接到所述基板上。

20.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在步骤c)之后，对所述翅片和所述基板进行最终表面清洁工作。

21.根据权利要求13所述的制造方法，其中，在步骤c)之后，进行以下步骤：用具有较高热辐射系数的材料涂覆所述翅片，或者将所述翅片处理成黑色或深色。

22.一种平板显示设备，所述平板显示设备包括根据权利要求1-12中任一权利要求所述的散热器。

23.一种LED灯，所述LED灯包括根据权利要求1-12中任一权利要求所述的散热器。

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