CN103199066A - 一种肋线式散热器及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种肋线式散热器及制造方法，其特征在于：肋线式散热器包括有肋线(8)和导热固定板(7)或包箍套(1)，采用数多肋线(8)的肋脚(3)端插入导热固定板(7)上的孔内，采用焊接方法焊接连接结构；或采用将数多肋线(8)的肋脚(3)段靠紧成一捆，外套上包箍套(1)，再采用缩紧制具工艺，将包箍套(1)缩紧结构，最后采用车削或磨削加工散热器传热接触面(5)，至所有肋脚端面(4)与导热固定板(7)底面或包箍套(1)底端面整齐光洁。本发明肋线式散热器，散热性能高，生产工艺简单，材料利用率高，对推动与普及现高额散热成本的半导体固态照明技术，意义空前。

Description

一种肋线式散热器及制造方法
技术领域
本发明属于半导体电子器件散热技术领域。
技术背景
众所周知，现今半导体电子技术飞速发展，尺寸小，工作频率或功率却在不断增大，大的温升陡趋明显，为了使其更好、更稳定、长寿命的工作运行，设计配置科学合理的散热设备至关重要，例如计算机CPU芯片、显卡芯片等，特别是现今发展如火如荼的半导体固态照明灯具芯片散热犹为显著，其80％以上的电能转化为热量，温度每升高2℃，其寿命减少10％，解决其散热迫在眉捷。
传热和散热技术发展了近百年，业内人士还是一辈辈继承着祖辈的基业，采用传统的设计结构和制造方法，虽然能够勉强解决散热问题，但是，散热器产品沉重，尺寸超大，生产工艺多，必然导致材料浪费多和不菲的价格，这与当今大力推崇和倡导的节能环保型和节约型工业发展思路是相悖的，轻重量、低成本、高性能的散热设备将是时代需求的宠物。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提出一种最佳的结构和廉价的制造方法。
本发明的技术方案是：一种肋线式散热器包括有肋线和导热固定板或包箍套，肋线包括肋脚和肋身，肋线采用冲压折弯成型工艺制成各种形状或采用绕簧工艺绕制成弹簧形状，导热固定板采用冲压工艺制成的网孔板结构，包箍套采用挤出工艺成型或采用易加工金属薄管裁切而成，采用数多肋线的肋脚端插入导热固定板上的孔内，再采用焊接方法焊接固定连接结构；或采用将数多肋线的肋脚段靠紧成一捆，外套上包箍套，再采用缩紧制具工艺，将包箍套缩紧结构，最后采用车削或磨削加工散热器传热接触面，至所有肋脚端面与导热固定板底面或包箍套底端面整齐光洁。
本发明肋线式散热器的肋线，采用铝质、或铜质、或铜铝复合材料的各种形状截面的线材，其截面积S1大于2m m2，小于30m m2，为了保证肋线的肋脚与半导体元器件的导出传热面有足够的接触传热面积，肋脚的截面最好采用圆形，肋脚的平均间隙e1小于15mm，数多肋脚端面的总截面积n S1，是半导体元器件的导出传热面积S的1到6倍，为了使数多肋线肋脚的端面都能直接或最近与小尺寸的半导体元器件的导出传热面接触传热，肋脚间尽量靠近设置。肋线采用冲压工艺或绕簧工艺制成很多形状，增加了肋线长度，即增加了散热面积，同时散热器的整体尺寸变小了，变得更加紧凑，造形千变万化。数多肋线的肋身，在一个平面上呈圆半径向外辐射状，在纵面上呈层叠式，层层间呈错列式结构设置；或数多肋身呈球形半径向外辐射式结构设置；或数多肋身平行与肋脚竖直结构设置，相邻肋身间的平均间隙e2大于2mm，小于30mm，使本发明肋线式散热器的散热肋线肋身部分更加通透，提高了肋身与空气的对流换热系数，大大地提高了散热性能。
本发明肋线式散热器的导热固定板，采用铝、或铜、或铜铝复合板材，其厚度大于2mm，小于20mm；包箍套采用铝、或铜、或铜铝复合材料，其高度大于2mm，小于30mm。肋脚与导热固定板焊接方法，可以是表面都采用镀镍工艺处理，再采用锡焊工艺焊接，或采用铝焊或铜焊工艺直接焊接。
采用同样重量的纯铝，制成的同等表面积的冷锻肋柱式和肋片式一体结构(所称一体，是肋柱或肋片与导热板为一体成型结构)的散热器，在同一个有限测试环境，同时做同功率热工测试，结果是肋柱式一体结构散热器散热效果较好。分析得出：一、肋柱式一体结构散热器的肋柱与导热板的交接传热面积较大；二、肋柱式一体结构散热器较肋片式一体结构散热器通透性更好。又将肋柱式一体结构散热器的每根肋柱的靠近脚端向外一层层折弯，增加肋柱间的平均间距，平均间距大致增大2倍，散热器高度尺寸减小，横向尺寸增大了，测得散热效果较之前状态提高了25％。分析得出，散热器的散热性能，与肋柱或肋片与周围空气的对流换热系数有关，散热器的散热肋柱或肋片结构设计得越通透，空气对流换热系数越高。实验所述样品都是采用纯铝冷锻工艺制成，冷锻工艺是先用板材料冲成圆饼毛坯料，每一件就有四直角料浪费，毛坯料再放入冷锻压机锻压成半成品散热器，还必需得采用车加工工序，又有车削浪费，就光材料浪费率就达40％。如果为了提高冷锻肋柱式一体结构散热器25％的散热性能，则还必须像做实验样件一样，增加将肋柱一排排折弯的工序，这道工序又不容易设计治具和采用机械操作来一步操作完成，所以费工费时，增加的费用不菲。综上所述，本发明采用金属线材来替代设计冷锻肋柱式一体结构散热器的肋柱，所以本发明中称为肋线式，采用将数多肋线肋脚端插入设置在网孔板结构的导热固定板孔内，再采用焊接方法来固定连接、或用包箍套来捆绑数多肋线肋脚段，最后采用车削或磨削加工使全部肋脚端面整齐光洁。
附图说明
下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步说明。
图1为本发明散热器所采用包箍套的三维示意图。
图2为本发明散热器所采用导热固定板的三维示意图。
图3、4、5、6、7分别为三种本发明散热器的三维视图和三维剖切结构示意图。
图中，1、包箍套，2、肋身，3、肋脚，4、肋脚端面，5、散热器传热接触面，6、收缩治具压印，7、导热固定板，8、肋线。
图中，e2为相邻肋身的平均间距，S1为肋线肋脚端面面积，则nS1为本发明肋线散热器n只肋线肋脚端面的总面积，设S为半导体电子器件的导出传热面面积，h为导热固定板的厚度，H为包箍套的高度。
具体实施方案
图1、2分别示出本发明肋线式散热器所采用的包箍套1或者采用的导热固定板7的三维示意图，都采用高导热金属材料铝、或铜、或铜铝复合材料，包箍套1采用挤出工艺成型，再采用裁切加工成一段段而成，导热固定板7采用冲压工艺制成，其上均匀布置了数多孔，表面镀镍处理。
图3a、4a、5a、6a、7和图3b、4b、5b、6b，分别为三种本发明肋线式散热器的三维视图和三维剖切结构示意图，图3、4、5、6所示肋线式散热器，包括数多肋线8和一件导热固定板7组成，数多肋线8的肋脚3插入导热固定板7上，肋线8和导热固定板7表面镀镍处理，采用锡焊工艺焊接固定连接。图7所示肋线式散热器，包括数多肋线8和一件包箍套1组成，采用在数多肋线8的肋脚3端套上包箍套1，采用缩紧治具，将包箍套1压缩变形(见图7所示，包箍套1柱面周圈收缩治具压印6)工艺组装。两种组装结构还都可以采用铝焊或铜焊工艺，将肋脚3与导热固定板7在导热固定板7的肋脚3出口处焊接或在包箍套1的底面即数多肋脚3紧靠段端面4焊接连接，最后，将组装好的肋线式散热器套上夹具，采用车床或磨床加工导热固定板7或包箍套1的底面，即肋线8的肋脚3的固定组装端面，至所有肋脚3端面与导热固定板7或包箍套1的底面整齐光洁，做为肋线式散热器接触传热面5。图中示出，肋线8包括肋身2和肋脚3，肋线8采用折弯成型工艺制成，相邻肋线8的肋身2的平均间隙e大于2mm，小于30mm，肋线8的截面积S1大于2m m2，小于30m m2，采用圆形截面线材，散热器数多肋线8肋脚端面积4的总面积nS1，是半导体电子元器件的导出传热面面积S的1倍到6倍。
图3所示肋线式散热器，肋线8的肋身2呈环形，两肋脚3对称平行，肋身2与肋脚3呈垂直折弯结构，两肋脚3插入导热固定板7的孔内至与底面平齐，肋线8分成三层设置，形成层层错列式结构。图4所示肋线式散热器，肋线8的肋身2呈蛇形折弯，肋身2与肋脚3呈垂直折弯结构，肋线8分三层设置。图5所示肋线式散热器，肋线8的肋身2呈直线状，肋身2与肋脚3呈大于90度折弯结构，数多肋线8的肋身2，大致以导热固定板7的中心为球心，以球半径方向向外呈辐射状结构设置，这样的结构可以使肋线8的肋身2平均间隙e2很大，增加肋线8表面与空气的对流换热系数。图6所示肋线式散热器，肋线8采用绕簧工艺绕制成弹簧状结构，肋身2轴线与肋脚3平行，数多肋线8绕导热固定板7中轴线环绕正列设置，这样的结构，大大地增加了肋线8的长度，也缩小了散热器的整体外观尺寸。图7所示肋线式散热器，肋线8的肋身2呈直线状结构，与肋脚3成垂直折弯结构，数多肋脚3段紧靠在一起，采用包箍套1缩紧组装，肋身2采用层层错列结构设置。
综上所述，本发明提出的肋线式散热器，重量极轻，肋线形状设计灵活，散热器整体结构千变万化，通透性好，空气对流换热系数非常高，生产工艺简单，采用材料价格低廉，材料利用率高，基本没损耗浪费，应用于半导体电子器件散热领域意义重大，特别是推动与普及现高额散热成本的半导体固态照明技术，意义空前。

Claims (6)

1.一种肋线式散热器及制造方法，其特征在于：肋线式散热器包括有肋线(8)和导热固定板(7)或包箍套(1)，肋线(8)包括肋脚(3)和肋身(2)，肋线(8)采用冲压折弯成型工艺制成各种形状或采用绕簧工艺绕制成弹簧形状，导热固定板(7)采用冲压工艺制成的网孔板结构，包箍套(1)采用挤出工艺成型或采用易加工金属薄管裁切而成，采用数多肋线(8)的肋脚(3)端插入导热固定板(7)上的孔内，再采用焊接方法焊接固定连接结构；或采用将数多肋线(8)的肋脚(3)段靠紧成一捆，外套上包箍套(1)，再采用缩紧制具工艺，将包箍套(1)缩紧结构，最后采用车削或磨削加工散热器传热接触面(5)，至所有肋脚端面(4)与导热固定板(7)底面或包箍套(1)底端面整齐光洁。 
2.根据权利要求1所述的肋线式散热器及制造方法，其特征在于：所述肋线(8)采用铝质、或铜质、或铜铝复合材料的各种形状截面的线材，其截面积S1大于2m m2，小于30m m2。 
3.根据权利要求1所述的肋线式散热器及制造方法，其特征在于：所述数多肋线(8)的肋身(2)在一个平面上呈圆半径向外辐射状，在纵面上呈层叠式，层层间呈错列式结构设置；或数多肋身(2)呈球形半径向外辐射式结构设置；或数多肋身(2)平行与肋脚(3)竖直结构设置，相邻肋身(2)间的平均间隙e2大于2mm，小于30mm。 
4.根据权利要求1所述的肋线式散热器及制造方法，其特征在于：所述肋脚(3)的平均间隙e1小于15mm，数多肋脚端面(4)的总截面积n S1，是被散热半导体电子元器件的热导出传热面积S的1倍到6倍。 
5.根据权利要求1所述的肋线式散热器及制造方法，其特征在于：所述导热固定板(7)采用铝、或铜、或铜铝复合板材，其厚度大于2mm，小于20mm；包箍套(1)采用铝、或铜、或铜铝复合材料，其高度大于2mm，小于30mm。 
6.根据权利要求1所述的肋线式散热器及制造方法，其特征在于：所述肋脚(3)与导热固定板(7)焊接方法，可以是表面都采用镀镍工艺处理，再采用锡焊工艺焊接，或采用铝焊或铜焊工艺直接焊接。 
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Applicant before: Qin Jizhong

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130710