CN102754202B - 散热装置和使用该散热装置的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明是与温度保证值高的第一发热部件和温度保证值低的第二发热部件抵接的散热装置，散热装置具有形成有狭缝的金属部件。金属部件具有被狭缝划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域2个散热区域。第一散热区域与第一发热部件抵接，第二散热区域与第二发热部件抵接。

Description

散热装置和使用该散热装置的电子设备

技术领域

本发明涉及能够使在印刷电路板上组装的多个发热部件（例如，半导体）的散热的散热装置，特别是涉及具有热切断狭缝的散热装置。

背景技术

在现有的印刷电路板中，配置有多个发热部件（例如，半导体）。在发热部件中设定有允许的工作温度，因自身的发热和与其接近的发热部件的热的影响而成为允许温度以上的工作温度的情况较多。因此，有必要对发热部件自身的热进行散热。作为该方法的一个例子，已知的结构有：如图8所示，使通过铝等的金属材料的挤压加工而制造的具有多个散热片形状的散热板（散热器）603与发热部件602a、602b接触，使发热部件602a、602b的热散热。

图8是表示现有的散热装置的结构的立体图，功率放大器电路晶体管等的发热部件602a、602b通过螺钉等隔着绝缘材料（未图示）固定于作为散热装置的散热器603。散热器603固定于在壳体601内设置的底架（未图示）等。

散热器603通常由铝等铸造，排列设置有多个散热片603a。此外，经由在固定有散热器603的壳体601的底板601a和顶板601b打通的通风机（ventilator，未图示）或通风孔604a、604b，因发热部件602a、602b发出的热而使散热器603加热，因自然对流现象外部空气自底板601a的通风孔604a如箭号所示地流入。然后，在现有的散热装置中，由发热部件602a、602b发出的热自顶板601b的通风孔604b如箭号所示地流出。像这样，现有的散热装置采用自然空气冷却。

在这样的现有的散热方法中，发热部件602a、602b的消耗电力少，在其他的发热部件未接近的情况下是有效的（例如，参照专利文献1）。

但是，不仅随着发热部件（例如，半导体）的高功能化的消耗电力增加，而且印刷电路板一个劲地向着小型化发展。因此，在印刷电 路板上发热部件以数毫米的距离接近的情况变多。根据这些主要原因，对于允许工作温度被仅确保于数℃的发热部件，除自身发热外，还受到接近地配置的工作温度高数十℃的其他发热部件的热的影响，而发生超过允许工作温度的温度上升。

根据现有技术，对应手段是使散热板仅与发生超过允许工作温度的温度上升的发热部件抵接，降低发热部件的工作温度。但是，根据发热部件彼此接近的配置状态，接近的工作温度高数十℃的发热部件也同时散热，变得有必要一同考虑使发生超过允许工作温度的温度上升的发热部件的周围温度也下降的对策。

此时，优选对各个发热部件固定散热板，但因发热部件的接近而使得带有需要冷却的散热面积的散热板的安装变得困难。因此，为了冷却多个发热部件，考虑有以下方法：如图9A、9B所示地将覆盖并隐藏成为散热对象的多个发热部件713、714那样的一体型的散热板719以跨越多个发热部件713、714的方式安装。

详细说明图9A、9B，为了将相对于允许工作温度余裕仅确保数℃的发热部件（例如，半导体）714的工作温度控制在允许范围内，除发热部件714自身的散热外，还需要降低接近的发热部件（例如，半导体）713的工作温度，下降环境温度。作为其方法，如图9A、9B所示，使发热部件713、714隔着传热橡胶720与具有多个散热片形状的铝的散热板719抵接而进行散热。铝的热传导率是约200～300W/(m·K)。

图10表示此时的现有的散热板719的热分布。在图10中表示，在印刷电路板711具有：散热板719；发热部件713、714；其他的部件730、731；和温度测定点a2、b2、c2、d2。而且，在图10中，分别表示温度测定点a2、b2、c2、d2的温度测定值。如图10所示，现有的散热板719的热分布为：在全部的温度测定点a2、b2、c2、d2为约57℃，大体上均匀地分布。然而，相对于允许工作温度余裕仅确保数℃的发热部件714，因超过允许温度55℃而具有故障的可能性。

作为其理由，在现有的发热部件713、714的散热方法中，当具有不同的允许工作温度和消耗电力的发热部件713、714通过一个散热板719而被冷却时，具有以下课题：散热板719的温度超过相对于允许工作温度余裕仅确保数℃的发热部件714。

此外，为了将发热部件714的发热温度下降到允许工作温度以下，考虑有增加散热板719的面积能或提高散热片的高度，但印刷电路板711的设计上是困难的。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－141451号公报

发明内容

本发明是与温度保证值高的第一发热部件和温度保证值低的第二发热部件抵接的散热装置，散热装置具有形成有狭缝的金属部件。金属部件具有被狭缝划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域2个散热区域。金属部件的第一散热区域与第一发热部件抵接，金属部件的第二散热区域与第二发热部件抵接。

根据这样的结构，在多个发热部件接近的印刷电路板上，优先相对于工作允许温度余裕小的发热部件，进行散热。

此外，本发明的电子设备具有散热装置。散热装置具有金属部件，该金属部件与温度保证值高的第一发热部件和温度保证值低的第二发热部件抵接并且形成有狭缝。金属部件具有被狭缝划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域2个散热区域。金属部件的第一散热区域与第一发热部件抵接，金属部件的第二散热区域与第二发热部件抵接。

附图说明

图1是表示在本发明的实施方式1中的散热装置的结构的概略的立体图。

图2是表示在本发明的实施方式1中的其它例子的散热装置的结构的概略的立体图。

图3是表示在本发明的实施方式2中的散热装置的结构的概略的立体图。

图4A是表示在本发明的实施方式3中的散热装置结构的概略的顶视图。

图4B是表示在本发明的实施方式3中的散热装置结构的截面图。

图5是表示在本发明的实施方式3中的散热装置的结构的分解图。

图6是本发明的实施方式3中的具有狭缝的散热器和其周边部的热分布图。

图7是概念地表示具有散热装置的电子设备的结构的图。

图8是表示现有的散热装置的结构的立体图。

图9A是表示具有现有的多个散热片形状的散热板的概略的顶视图。

图9B是表示具有现有的多个散热片形状的散热板的概略的截面图。

图10是具有现有的多个散热片形状的散热板的热分布图。

具体实施方式

（实施方式1）

以下参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是表示在本发明的实施方式1中的散热装置200的结构的概略的立体图。

在图1中，电子设备中的散热装置200具有作为形成有狭缝211的金属部件的散热器210，散热器210与位于在印刷电路板221安装的半导体231上的第一发热部件241、第二发热部件242抵接，对从第一发热部件241、第二发热部件242产生的热进行散热。

散热器210由铝等铸造，排列设置有多个散热片。而且，散热器210在散热片与散热片之间设置有狭缝211。由此，散热器210成为具有仅在端部连接的2个散热区域的形状。即，金属部件具有通过狭缝211划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域的2个散热区域。而且，散热器210与在2个散热区域温度保证值不同的第一发热部件241、第二发热部件242抵接，进行散热。此外，散热器210经由连接部件251、252、253安装并保持于印刷电路板221。

在此，对热传导是松耦合这个词的意思进行说明。第一散热区域与第二散热区域相互接近地形成。假设在散热器210不具有狭缝211的情况下，第一散热区域与第二散热区域相互积极地进行热交换。因为在第一散热区域和第二散热区域的热以热传导率高的铝为路径直接地传递，所以散热区域彼此越接近热传导的速度越快。作为结果，第一散热区域与第二散热区域成为热平衡的可能性高。另一方面，在如本实施方式散热器210具有狭缝211的情况下，第一散热区域与第二散热区域相互不积极地进行热交换。这是因为热传导的路径通过狭缝211被切断。例如，第一散热区域的热绕过狭缝211传递到第二散热区域。作为结果，第一散热区域与第二散热区域成为热平衡的可能性低。

总结以上的差异，在狭缝211形成前后，连结第一散热区域与第二散热区域的热传导的路径长（热传导度）发生变化。像这样热传导是松耦合是指：通过狭缝211的形成而发生的相对的热传导度低的状态。

第一发热部件241配置在半导体231上，其温度保证值为100℃。第二发热部件242配置在半导体231上，其温度保证值为80℃。即，散热装置200的金属部件的第一散热区域与温度保证值高的第一发热部件241抵接。此外，金属部件的第二散热区域与比第一发热部件241的温度保证值低的第二发热部件242抵接。

通过在散热器210设置狭缝211，在散热器210的2个散热区域分离地进行第一发热部件241和第二发热部件242的散热。因此，散热器210的温度分布的均匀化的效果变少，第一发热部件241成为93℃，第二发热部件242成为77℃。即，通过成为作为第一发热部件241、第二发热部件242的各自的保障温度的100℃和80℃以下，能够使第一发热部件241、第二发热部件242双方满足温度保证值。

而且，当通过狭缝211将散热器210分为2个散热区域时，如图1所示使用比第二发热部件242大的面积，该第二发热部件242的温度保证值比第一发热部件241的温度保证值低。即，使得第二散热区域的热的散热能力比第一散热区域的热的散热能力高。通过这样的方式，与用狭缝211将散热器210分为均等2个散热区域的情况相比，能够进一步降低温度保证值低的第二发热部件242的温度。

根据所述结构，具有安装有多个发热部件的散热器的散热装置200的特征在于：在散热片与散热片之间设置有狭缝211，使散热装置200上的温度分布难以均匀化，由此，能够通过1个散热器210对多个发热部件进行散热，能够实现部件个数和成本的削减。

另外，在本实施例中，虽然在散热器210设置狭缝211，但也可以在散热器210设置薄壁部212，将散热器210的散热区域分为2个。此时，通过将散热器210的厚度从5mm降低为2mm，能够切断（分割）散热区域。此外，如图1所示，通过一并使用狭缝211和薄壁部212，能够进一步切断散热区域。即，作为金属部件的散热器210具有形成薄的壁厚的薄壁部212，并可以在薄壁部212形成狭缝211。

此外，如图1所示，作为金属部件的散热器210具有分割为2组而形成的散热片。而且，在第二散热区域形成的散热片的数量，可以比在第一散热区域形成的散热片的数量形成得多。由此，能够进一步提高在第二散热区域的热的散热能力，所以能够进一步降低温度保证值低的第二发热部件242的温度。

另外，如图2所示，狭缝211a可以由狭缝211b和孔211c的组合而构成。图2是表示在本发明的实施方式1中的其他的例子的散热装置200a的结构的概略的立体图。在图2中，狭缝211a由狭缝211b和2个孔211c形成。此外，狭缝211a虽然形成于薄壁部212，但即使不形成薄壁部212，如本实施方式的其他的例子的散热装置200a那样，也能够通过1个散热器210a对多个发热部件进行散热，能够实现部件个数和成本的削减。

此外，在图2中，虽然使用2个孔211c，但孔211c的数量可以是1个，也可以比2个多。此外，狭缝211a可以使用多个狭缝211b而构成。即，狭缝可以以至少包括孔和狭缝的方式分割而形成。

另外，通过使散热器210的表面黑体化，可以提高散热效率。在这种情况下，能够将散热器210的温度整体降低2～4℃。

（实施方式2）

本发明的实施方式2，为了使散热器与发热部件的连接更加紧密，而在散热器与发热部件之间设置有传热部件。对于其他的结构，因为与本发明的实施方式1相同，所以省略说明。

图3是表示在本发明的实施方式2中的散热装置200b的结构的概略的立体图。在图3中，作为第一传热部件的传热橡胶301设置在作为金属部件的散热器210与第一发热部件241之间。作为第二传热部件的传热橡胶302设置在散热器210与第二发热部件242之间。即， 本实施方式的散热装置200b具有：散热器210；与第一发热部件241和金属部件抵接的传热橡胶301；和与第二发热部件242和金属部件抵接的传热橡胶302。

传热橡胶301例如热传导率为1～2W/(m·K)，传热橡胶302例如热传导率为3～6W/(m·K)。即，第一传热部件的热传导率比第二传热部件的热传导率低。

设置于第一发热部件241与散热器210之间的传热橡胶301使用热传导率比设置于第二发热部件242与散热器210之间的传热橡胶302低的材料。其结果是，降低从温度保证值高的第一发热部件241向散热器210的传热，使从温度保证值低的第二发热部件242向散热器210的传热的效率提高。

即，通过传热橡胶301、传热橡胶302使得从第一发热部件241和第二发热部件242向散热器210的热传导率带有差异。具体来说，使从温度保证值低的第二发热部件242向散热器的传热，比从温度保证值高的第一发热部件241向散热器210的传热效率高。因此，散热器210的温度分布的均匀化的效果进一步变少，使得第一发热部件241为94℃，第二发热部件242为75℃。即，相对于作为第二发热部件242的保障温度的80℃，能够进一步带有余裕。

根据所述结构，作为具有安装有多个发热部件的散热器的电子设备的散热装置，通过在发热部件与散热装置之间设置传热部件而使他们贴紧，能够确实地对来自发热部件的热进行传热。并且，通过在温度保证值高的发热部件中使用热传导率低的传热部件，能够提高从温度保证值低的发热部件向散热器的传热效率。

另外，在本实施方式中，如图3所示传热部件仅设在发热部件的上部，但也可以使传热部件覆盖发热部件的整个侧面与印刷电路板接触，或者覆盖侧面的一部分。在这种情况下，能够使发热部件的发热从侧面传递到散热装置。此外，也能够从印刷电路板进行散热。

此外，在本发明中，如图1、图2、图3所示，设第一发热部件241、第二发热部件242存在于半导体231上。但是，在第一发热部件241、第二发热部件242被直接安装于印刷电路板221的情况下，也能够适用本发明。

（实施方式3）

首先，对本发明的实施方式3的散热结构进行说明。图4A是表示在本发明的实施方式3中的散热装置400结构的概略的顶视图。图4B是表示在本发明的实施方式3中的散热装置400结构的截面图。此外，图5是表示在本发明的实施方式3中的散热装置400结构的分解图。

如图4A、4B和图5所示，在印刷电路板311上安装有作为散热对象的例如作为半导体的第一发热部件313和作为半导体的第二发热部件314。第一发热部件313、第二发热部件314，为了向金属部件的散热器312传递热，而各自隔着作为第一传热部件的传热橡胶316、作为第二传热部件的传热橡胶317抵接。此外，使用螺钉318将散热器312安装于印刷电路板311。

在本实施方式中的散热装置400的散热器312为印刷电路板311的制约上能够安装的52.5×70mm的一体型，成为设置有“コ”字型的狭缝315的形状。由热传导率70～100W/(m·K)的铁形成。即，作为金属部件的散热器312具有被狭缝315划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域的2个散热区域。散热器312在作为狭缝315的“コ”字的内侧的第一散热区域321，隔着传热橡胶316与第一发热部件313抵接。此外，散热器312在作为狭缝315的“コ”字的外侧的第二散热区域322，隔着第二传热橡胶317与第二发热部件314抵接。

第一发热部件313，虽然消耗7W左右的电力但相对于允许工作温度80℃在不使用散热板的情况下具有十数℃的余裕。

第二发热部件314，虽然仅消耗1W左右的电力但相对于允许工作温度55℃在不使用散热板的情况下具有数℃的余裕。

因为第二发热部件314与第一发热部件313以数毫米的距离接近，所以第二发热部件314的发热的主要原因为：自身发热；和通过由第一发热部件313的发热引起的环境温度的上升而导致的上升。因此，第二发热部件314当不使用散热器312时超过允许工作温度55℃。

传热橡胶316配置在第一发热部件313与散热器312的第一散热区域321之间，将第一发热部件313的发热传递到散热器312。另外，传热橡胶316具有1～2W/(m·K)的热传导率。

传热橡胶317配置在第二发热部件314与散热器312的第二散热区域322之间，将第二发热部件314的发热传递到散热器312。另外，传热橡胶317具有2～4W/(m·K)的热传导率。传热橡胶317因为相对于传热橡胶316具有约2倍的热传导率，所以能够更有效地对第二发热部件314进行散热。

通过这样的方式，第一发热部件313、第二发热部件314的热经由传热橡胶316、传热橡胶317向散热器312上的各自的第一散热区域321、第二散热区域322传递，从第一散热区域321、第二散热区域322上向空气中热辐射而被散热。

接着，对在本实施方式中的散热装置400的热传递进行说明。在使散热器312隔着传热橡胶316、传热橡胶317与第一发热部件313、第二发热部件314抵接时，散热器312的狭缝315以使得第二发热部件314的第二散热区域322比第一发热部件313的第一散热区域321大的方式成为包围第一发热部件313的形状。

这是因为，由于第二发热部件314相对于允许温度只有数℃的余裕，所以确保更大的散热面积。相反，第一发热部件313相对于允许温度有十数℃的余裕，所以仅具有使环境温度下降的程度的散热。

此外，在具有图4A的狭缝315的散热器312中，当第一发热部件313的发热经由散热器312向第二发热部件314传热时，必须绕过狭缝315的距离的量，作为结果使热传导降低。

接着，对本实施方式中的具有狭缝315的散热器312的热分布的具体例子进行说明。图6是本发明的实施方式3中的具有狭缝315的散热器312和其周边部的热分布图。在图6中，在印刷电路板311上表示有：散热器312；第一发热部件313；第二发热部件314；其他的部件330、331；和温度测定点a、b、c、d、e、f。并且，各自表示有温度测定点a、b、c、d、e、f的温度测定值。

如图6所示，当在第一发热部件313、第二发热部件314装载有散热器312时，以狭缝315为边界成为不均匀的温度分布。即，第二发热部件314的第二散热区域322（温度测定点e、f）约为53℃，收束于工作允许温度55℃以下。此外，第一发热部件313的第一散热区域321（温度测定点a），虽然约为65℃，相对于第二发热部件321的第 二散热区域322变高，但收束于工作允许温度80℃以下。

根据所述结构，能够通过在与多个发热部件抵接的散热器中具有“コ”字型的狭缝，对相对于工作允许温度余裕少的发热部件分配大的散热面积，并且通过切断来自各自的发热部件的发热，将各自的发热部件收束于工作允许温度以下。

另外，在本实施方式，将狭缝设为“コ”字型，但也可以设为“＞”字型、 字型。

另外，在本实施方式中，如图4B所示传热橡胶仅设在发热部件的上部，但也可以使传热部件覆盖发热部件的整个侧面与印刷电路板接触，或者覆盖侧面的一部分。在这种情况下，能够使发热部件的发热也从侧面传递到散热板。此外，也能够从印刷电路板进行散热。

如上所述，在本实施方式，对以下散热装置进行了说明：通过具有狭缝而维持一体型的形状，并且与虚拟地将多个独立的散热器添加于各自的发热部件的状态近似，由此即使在不安装多个散热板的情况下也能够冷却多个发热部件（芯片）。图7是概念地表示具有有上述散热装置400的电子设备401的结构的图。散热装置400可以是在从实施方式1至3中说明过的散热装置中的任一个。

即，电子设备具有散热装置400，该散热装置400具有与温度保证值高的第一发热部件和温度保证值低的第二发热部件抵接、并且形成有狭缝的金属部件。金属部件具有被狭缝划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域2个散热区域。金属部件的第一散热区域与第一发热部件抵接，金属部件的第二散热区域与第二发热部件抵接。

通过具有散热装置400，电子设备401能够高密度地安装发热量多的半导体等发热部件。因此，能够提供实现小型化、高性能化的电子设备。另外，电子设备也可以具有显示元件，能够应用于数字电视和录像装置等许多民用设备。

产业上的可利用性

本发明的散热装置和使用该散热装置的电子设备，因为能够实现部件数量和成本的削减，所以作为用于对多个电气部件进行散热的散热装置等是有用的。

符号的说明

200、200a、200b、400散热装置

210、210a散热器（金属部件）

211、211a、211b狭缝

211c孔

212薄壁部

221印刷电路板

231半导体

241第一发热部件

242第二发热部件

251、252、253连接部件

301传热橡胶（第一传热部件）

302传热橡胶（第二传热部件）

311印刷电路板

312散热器（金属部件）

313第一发热部件

314第二发热部件

315狭缝

316传热橡胶（第一传热部件）

317传热橡胶（第二传热部件）

318螺钉

321第一散热区域

322第二散热区域

401电子设备

Claims (10)

1.一种散热装置，其与温度保证值高的第一发热部件和比所述第一发热部件的所述温度保证值低的第二发热部件抵接，该散热装置的特征在于：

所述散热装置具有形成有狭缝的金属部件，

所述金属部件具有被所述狭缝划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域2个散热区域，且具有分割为2组而形成的散热片，

所述第一散热区域与所述第一发热部件抵接，

所述第二散热区域与所述第二发热部件抵接，

所述第二的所述散热区域的热的散热能力比所述第一的所述散热区域的热的散热能力高，形成于所述第二的所述散热区域的散热片的数量比形成于所述第一的所述散热区域的散热片的数量多，所述狭缝设置在形成于所述第一的所述散热区域的散热片与形成于所述第二的所述散热区域的散热片之间。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述金属部件具有壁厚形成得薄的薄壁部，

在所述薄壁部形成有狭缝。

3.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述狭缝以至少包括孔和狭缝的方式分割而形成。

4.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，还具有：

与所述第一发热部件和所述金属部件抵接的第一传热部件；和

与所述第二发热部件和所述金属部件抵接的第二传热部件，其中

所述第一传热部件的热传导率比所述第二传热部件的热传导率低。

5.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于：

所述狭缝具有“コ”字型的形状，

所述第一散热区域在所述狭缝的“コ”字的内侧，

所述第二散热区域在所述狭缝的“コ”字的外侧。

6.一种电子设备，其特征在于：

该电子设备具有散热装置，所述散热装置具有金属部件，该金属部件与温度保证值高的第一发热部件和比所述第一发热部件的所述温度保证值低的第二发热部件抵接并且形成有狭缝，

所述金属部件具有被所述狭缝划分且热传导相互松耦合的第一散热区域和第二散热区域2个散热区域，且具有分割为2组而形成的散热片，

所述第一散热区域与所述第一发热部件抵接，

所述第二散热区域与所述第二发热部件抵接，

所述第二的所述散热区域的热的散热能力比所述第一的所述散热区域的热的散热能力高，形成于所述第二的所述散热区域的散热片的数量比形成于所述第一的所述散热区域的散热片的数量多，所述狭缝设置在形成于所述第一的所述散热区域的散热片与形成于所述第二的所述散热区域的散热片之间。

7.一种带有散热装置的电子部件，其特征在于：

散热装置，其被狭缝划分，具有热传导相互松耦合的第一散热部和第二散热部2个散热部，所述第一散热部和所述第二散热部的散热能力不同，且具有分割为2组而形成的散热片；

与所述第一散热部连接的第一发热部件；和

与所述第二散热部连接的第二发热部件，

形成于所述第二的所述散热区域的散热片的数量比形成于所述第一的所述散热区域的散热片的数量多，所述狭缝设置在形成于所述第一的所述散热区域的散热片与形成于所述第二的所述散热区域的散热片之间。

8.如权利要求7所述的带有散热装置的电子部件，其特征在于：

所述第二散热部的散热能力比所述第一散热部的散热能力高。

9.如权利要求7所述的带有散热装置的电子部件，其特征在于：

所述第二散热部的散热能力比所述第一散热部的散热能力高，

所述第一发热部件的温度保证值比所述第二发热部件的温度保证值高。

10.如权利要求7所述的带有散热装置的电子部件，其特征在于：

所述第一散热部包含第一金属部件和第一传热部件，

所述第二散热部包含第二金属部件和第二传热部件，

所述第一传热部件的热传导率比所述第二传热部件的热传导率低。