CN103715154A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种冷却装置，发热元件能够接合至冷却装置，冷却装置包括基部、多个第一组散热翅片和多个第二组散热翅片。第二组和第一组沿着冷却介质流经基部的通道的流动方向交替布置。每个第二组中的第二最外散热翅片比每个第一组中的第一最外散热翅片距离基部的侧表面更远。每个第二组中的第二最外散热翅片的侧表面与基部的侧表面之间的宽度等于或大于每个第一组中的同第一组中的第一最外散热翅片相邻的散热翅片的侧表面与第二最外散热翅片的侧表面之间的宽度。

Description

冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，该冷却装置经由流经基部的通道的冷却介质对接合至基部的发热元件进行冷却。

背景技术

日本未审专利申请公报No.2012-29539公开了一种具有如下基部的冷却装置：诸如电子部件之类的发热元件从外侧安装在该基部上并且通道形成在该基部中以允许冷却介质流经其中从而冷却发热元件。

在上述公报所公开的冷却装置中，多个散热翅片（pin fin）以交错布置的方式设置在基部的通道中，以用于增大通道的内表面与冷却介质之间的接触区域。从发热元件辐射的热量传递至基部，散热翅片促进从通道的内表面至冷却介质的热辐射，由此高效地冷却发热元件。

上述公报所公开的冷却装置具有定位于散热翅片与通道的内侧面之间的通道控制单元，该通道控制单元在通道中沿着冷却介质的流动方向延伸。通道控制单元引导流经通道的冷却介质离开通道的内侧面，使得冷却介质朝向基部中的形成有散热翅片的区域流动。因此，防止了冷却介质流经通道的内侧面与散热翅片之间的间隙而不流经基部的所述区域，其结果是发热元件被进一步高效地冷却。

在通道控制单元设置于基部的通道中的上述冷却装置中，必须在通道中为通道控制单元确保空间，这使得基部更大。

在冷却装置中，通道控制单元的设置减小了基部的通道的截面积，由此减小了通道控制单元与散热翅片之间的间隙，使得在冷却介质流经通道时发生的压力损失被增大，这使得冷却介质难于平滑地流经通道。

本发明旨在提供一种尺寸得到减小并使冷却介质能够平滑流动的冷却装置。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种冷却装置，发热元件能够接合至该冷却装置。冷却装置包括基部、多个第一组散热翅片和多个第二组散热翅片。基部具有冷却介质流经的通道。第一组散热翅片定位于通道中并且与发热元件相邻。每个第一组中的散热翅片沿着与冷却介质流经通道的流动方向垂直的宽度方向布置。每个第一组中的散热翅片的定位成在第一组中最靠近基部的侧表面的一个散热翅片为第一最外散热翅片。第二组散热翅片定位在通道中并且与发热元件相邻。每个第二组中的散热翅片沿着与冷却介质流经通道的流动方向垂直的宽度方向布置。每个第二组中的散热翅片的定位成在第二组中最靠近基部的侧表面的一个散热翅片为第二最外散热翅片。第二组和第一组沿着流动方向交替布置。第二组中的散热翅片和第一组中的散热翅片以交错布置的方式设置。每个第二组中的第二最外散热翅片比每个第一组中的第一最外散热翅片距离基部的侧表面更远。每个第二组中的第二最外散热翅片的侧表面与基部的侧表面之间的宽度等于或大于每个第一组中的同第一组中的第一最外散热翅片相邻的散热翅片的侧表面与第二最外散热翅片的侧表面之间的宽度。

根据结合通过示例方式示出本发明原理的附图的以下描述，本发明的其他方面和优点将变得明显。

附图说明

通过参照本优选实施方式的下列描述以及附图，本发明及其目的和优点可以得到最好地理解，其中：

图1是示出根据本发明的实施方式的冷却装置的分解立体图；

图2是示出图1的冷却装置的水平截面图；

图3是示出图2的冷却装置的局部放大视图；

图4是示出比较例的冷却装置的示意图；

图5是示出图1的冷却装置的示意图；

图6是示出图1的冷却装置的局部放大视图；

图7A是示出根据本发明的一个改型的冷却装置的局部截面图；以及

图7B是示出根据本发明的另一改型的冷却装置的局部截面图。

具体实施方式

下面将参照图1至图6描述根据本发明的实施方式的冷却装置。参照图1，冷却装置由附图标记10来表示并且具有基部20。基部20包括彼此接合的第一基部构件21和第二基部构件22。构件21、22均由铝制成并且呈大致相同的形状。构件21、22中的每个具有矩形外板23、从外板23的相应的两个短边延伸的两个侧壁25A、从外板23的相应的两个长边延伸的两个侧壁25B、以及从侧壁25A、25B的端部水平向外地延伸的板状接合部26。

基部20中具有用作通道的内部空间S，冷却介质流经该通道。在外板23的外表面（外板的内表面面向内部空间S）处，用作发热元件的半导体器件28在外板23——该外板23的内表面面向内部空间S——的外表面处经由矩形绝缘基板27接合至第一基部构件21的外板23。更具体地，绝缘基板27在绝缘基板的下表面处经由用作接合层的金属板（未示出）接合至第一基部构件21。值得指出的是，绝缘基板27的长边方向对应于第一基部构件21的长边方向。半导体器件28经由用作配线层的金属板（未示出）安装在绝缘基板27的上表面。

矩形支承板32置于第一基部构件21与第二基部构件22之间并且在基部20的内部空间S中支承多个散热翅片31。支承板32在平面图中具有与第一基部构件21的接合部26和第二基部构件22的接合部26的外部型面大致相同的形状和尺寸。支承板32保持在基部构件21、22的接合部26之间，使得支承板32的相反的表面分别面向基部构件21、22的外板23。第一基部构件21的接合部26、第二基部构件22的接合部26以及支承板32通过钎焊方式密封地接合在一起。由此，设置在冷却装置中的支承板32将内部空间S分隔成第一通道S1（图2）和第二通道S2（图1）。

第一基部构件21的侧壁25A和接合部26具有凹部33A、34A（参照图2）。第二基部构件22的侧壁25A和接合部26同样具有凹部33B、34B。通过使第一基部构件21和接合部26和第二基部构件22的接合部26在支承板32的相反表面上接合至支承板32的适当位置，第一基部构件21的凹部33A、34A允许第一通道S1与基部20的外部连通。类似地，第二基部构件22的凹部33B、34B允许第二通道S2与基部20的外部连通。

圆筒形入口管41在基部构件21、22的凹部33A、33B处接合至基部构件21、22，使得冷却介质经由通过凹部33A、33B形成的开口分别流入第一通道S1和第二通道S2中。另外，圆筒形出口管42在基部构件21、22的凹部34A、34B处接合至基部构件21、22，使得冷却介质经由通过凹部34A、34B形成的开口分别流出第一通道S1和第二通道S2。由此，冷却介质在沿着基部构件21、22的长边的方向上从入口管41朝向出口管42流动。

参照图2，散热翅片31在平面图中以交错布置的方式形成在支承板32的上表面和下表面上，由此形成散热翅片单元50。散热翅片31在支承板32的上表面和下表面上的交错布置是相同的。具体地，在示出的实施方式（在图中示出了一个表面上的散热翅片）中的支承板32的相反表面中的每个表面上的散热翅片31包括七排散热翅片31，这七排散热翅片31在沿着支承板32的长边的方向上（或者在冷却介质流经内部空间S的流动方向上）大致等距离地间隔开。更具体地，七排包括三个第一排散热翅片和四个第二排散热翅片，其中，每个第一排散热翅片包括在沿着支承板32的短边的方向上以预定的间隔布置的三个第一散热翅片31B，每个第二排散热翅片包括沿着与第一散热翅片31B相同的方向和相同的间隔布置的四个第二散热翅片31A。此外，第一排的第一散热翅片31B和第二排的第二散热翅片31A沿着流动方向交替地布置，并且任意两个相邻的第一排和第二排的第一散热翅片31B和第二散热翅片31A以交错布置的方式设置，如在图2中清楚地示出的。

如图1和图2所示，所有的散热翅片31为具有相同的长度和直径的圆柱形形状，并且从支承板32的相应表面延伸。从支承板32的上表面向上延伸的所有散热翅片31在其上端处接合至第一基部构件21的外板23。从支承板32的下表面向下延伸的所有散热翅片31在其下端处接合至第二基部构件22的外板23。

基部构件21、22的沿着冷却介质的流动方向延伸的侧壁25B的内侧面中的每个内侧面形成有从该内侧面向内突出并且以与散热翅片31相同的间隔沿着流动方向间隔开的三个突起60，如图2和图3所示。如在图2中看到的，每个突起60具有与圆柱形散热翅片31在基部20的水平截面中的圆相同的圆的部段（圆的部段小于半圆）的形状。突起60形成为使得其竖直截面朝向端部逐渐减小。突起60形成为使得相对于突起60的外周面的任何法线都指向基部构件21、22的内部空间S的内部并离开侧壁25B。

通过使支承板32保持在基部构件21、22的接合部26之间，突起60和第一散热翅片31B沿着三条平行的虚线布置，其中三条平行的虚线在沿着支承板32的短边的方向上（或者与流动方向垂直的宽度方向上）延伸。在本实施方式中，沿着在宽度方向上延伸的三条平行的虚线布置的第一散热翅片31B和突起60形成第一组散热翅片。在这种情形下，形成基部构件21、22的侧壁25B的一部分的突起60将被认为是第一组散热翅片中的第一最外散热翅片。

在本实施方式中，沿着横跨流动方向的宽度方向布置的四排第二散热翅片31A形成第二组散热翅片。在第二组散热翅片中的每组中定位成最靠近基部构件21、22的相对的侧壁25B的第二散热翅片31A被认为是第二最外散热翅片31A1。不同于第一最外散热翅片，第二最外散热翅片31A1与基部构件21、22的侧壁25B间隔开。在这一点上，突起60比第二最外散热翅片31A1更靠近在内部空间S中沿着冷却介质的流动方向延伸的侧壁25B的侧表面。即，第二最外散热翅片31A1比突起60距离侧壁25B的侧表面更远。

值得指出的是，距离L1或第二最外散热翅片31A1的外周面（侧表面）与基部构件21、22中的每个基部构件的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B的内侧面之间的最短距离大于距离L2或第一组散热翅片中定位成最靠近突起60的第一散热翅片31B的外周面（侧表面）与同第一散热翅片31B相邻的第二最外散热翅片31A1的外周面（侧表面）之间的最短距离。因此，第二最外散热翅片31A1的外周面与基部构件21、22中的每个基部构件的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B的内侧面之间的宽度W1大于第一组散热翅片中定位成最靠近突起60的第一散热翅片31B的外周面与同第一散热翅片31B相邻的第二最外散热翅片31A1的外周面（侧表面）之间的宽度W2。

距离L3或突起60的外周面与同突起60相邻的第二最外散热翅片31A1的外周面之间的最短距离大致等于距离L2。因此，突起60的外周面与同突起60相邻的第二最外散热翅片31A1之间的宽度W3大致等于宽度W2。

下面将描述上述冷却装置10的操作。参照图4，其示出冷却介质流入比较例的由附图标记110表示的冷却装置中的方式，冷却介质不仅流经其中形成有散热翅片131的内部空间S的区域P1（如由图4中的实线箭头指示的），而且部分冷却介质还流经内部空间S的最外排散热翅片131与基部120的内侧面之间的区域P2（如由图4中的虚线箭头指示的）。流经区域P2的冷却介质对从基部120通过散热翅片131的热辐射的贡献非常小，使得不能实现接合至基部120的半导体器件28的高效的冷却效果。

参照图5，其示出冷却介质流入本实施方式的冷却装置10中的方式，另一方面，第二最外散热翅片31A1的外周面与本实施方式的冷却装置10中的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B的内侧面之间的宽度W1小于侧壁125B与同图4中示出的比较例的冷却装置110中的侧壁125B相邻的散热翅片131之间的宽度W11。由此，冷却介质稳定地流经内部空间S的区域P1，如由图5中的实线箭头指示的。因此，冷却介质对从基部20通过散热翅片31的热辐射的贡献是极高效的，因此有效地冷却了接合至基部20的半导体器件28。

本实施方式中的冷却装置10的基部20的内部空间S的宽度W4可以小于冷却装置110的基部120的内部空间S的宽度W14。因此，基部20的在与冷却介质的流动方向垂直的宽度方向上的尺寸减小并且因此基部20被制得更小。

在基部20的内部空间S具有宽度W4的本实施方式中，冷却介质流经基部20的内部空间S的通道的宽度相比于宽度W2没有减小。因此，防止了在冷却介质流经基部20的内部空间S时发生的压力损失被增大。

参照图6，沿着基部20的侧壁25B流动的冷却介质通过突起60被向内引导成离开侧壁25B，如箭头线指示的。因此，冷却介质被引导成朝向内部空间S的区域P1流动。

宽度W3与宽度W2大致相等。在突起60形成在基部20的侧壁25B上的本实施方式中，流经基部20的内部空间S的冷却介质的通道的宽度相比于宽度W2没有减小。因此，防止了在冷却介质流经基部20的内部空间S时发生的压力损失被增大。

上述实施方式具有如下有利效果。

（1）在根据本发明的本实施方式中，其中第二最外散热翅片31A1的外周面与基部构件21、22中的每个基部构件的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B的内侧面之间的宽度W1大于第一组散热翅片中与突起60相邻的第一散热翅片31B的外周面与同第一散热翅片31B相邻的第二最外散热翅片31A1的外周面之间的宽度W2，基部构件21、22的侧壁25B定位成靠近散热翅片31，同时为第二最外散热翅片31A1与基部构件21、22的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B之间的宽度W1确保了足够的空间或距离。由此，冷却介质可以稳定地流经内部空间S的区域P1，并且防止了在冷却介质流经基部20的内部空间S时发生的压力损失被增大。因此，冷却介质通过内部空间S的区域P1的这种平滑流动有助于高效地冷却半导体器件28。另外，在基部20的内侧面定位成靠近散热翅片31的本实施方式中，内部空间S的宽度尺寸减小，由此减小了具有内部空间S的基部20的尺寸并且因此减小了冷却装置10的尺寸。

（2）突起60的外周面与同突起60相邻的第二最外散热翅片31A1之间的宽度W3大致等于第一组散热翅片中与突起60相邻的第一散热翅片31B的外周面与同第一散热翅片31B相邻的第二最外散热翅片31A1的外周面之间的宽度W2。另外，第二最外散热翅片31A1的外周面与基部构件21、22中的每个基部构件的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B的内侧面之间的宽度W1大于突起60的外周面与同突起60相邻的第二最外散热翅片31A1之间的宽度W3。因此，宽度W1大于宽度W2。由于为宽度W1确保了足够的空间或距离，所以防止了在冷却介质流经基部20的内部空间S时发生的压力损失被增大。

（3）在本实施方式中，形成为从在内部空间S中沿着冷却介质的流动方向延伸的侧壁25B突出到内部空间S中的突起60将冷却介质朝向内部空间S的区域P1引导，由此允许冷却介质进一步稳定地流经内部空间S的区域P1。

（4）在本实施方式中，其中突起60形成为使得其竖直截面朝向其端部逐渐减小，即使距离L3被设定的相对较小，也可以为突起60的外周面与同突起60相邻的第二最外散热翅片31A1之间的宽度确保足够的空间或距离。因此，进一步减小了在冷却介质流经突起60与同突起60相邻的第二最外散热翅片31A1之间的空间时发生的压力损失。

（5）基部20通过散热翅片31来加强，从而增加了基部的刚度。因此，经加强的基部20限制了基部20由于绝缘基板27与基部20之间的线性热膨胀系数差而引起的扭曲。

本实施方式可以实施为如下改型。

参照图7A，突起60可以形成为具有与圆柱形散热翅片31在基部20的水平截面中的圆相同的圆的半圆的半圆柱形的形状。

参照图7B，突起60可以形成为具有与圆柱形散热翅片31的圆相同的圆的部分圆并且在水平截面中比图7A的半圆柱体大的部分圆柱体的形状。

在上述实施方式中，可以构造成使得第二最外散热翅片31A1的外周面与基部构件21、22中的每个基部构件的同第二最外散热翅片31A1相邻的侧壁25B的内侧面之间的宽度W1等于第一组散热翅片中与突起60相邻的第一散热翅片31B的外周面与同第一散热翅片31B相邻的第二最外散热翅片31A1的外周面之间的宽度W2。

在上述实施方式中，在形状上与图6、图7A和图7B所示的突起60类似的突起可以形成为从支承板32的相反的表面延伸。

在上述实施方式中，诸如在图6、图7A和图7B中示出的突起60之类的突起可以呈具有圆的部分圆的部分圆柱体的形状，该圆的直径与圆柱形散热翅片31的直径不同。

在上述实施方式中，如图6、图7A和图7B中示出的突起60不是必须形成为部分圆柱形形状。突起60可以形成为具有球形外表面。在这种结构中，通过突起60与同突起60相邻的散热翅片31之间的空间的冷却介质的流动方向改变成垂直于突起60的球形外表面的方向。因此，流入基部20的内部空间S中的冷却介质被朝向内部空间S的形成有散热翅片31的区域高效地引导。

在上述实施方式中，散热翅片31可以由诸如三角柱形或四角柱形之类的多角柱形的翅片来代替。

在上述实施方式中，散热翅片31可以在平面图中布置成栅格形状。

在上述实施方式中，可以按照需要改变由支承板32支承的散热翅片31的数量。

在上述实施方式中，可以对支承板32进行改变以便仅在支承板的一侧上具有散热翅片31，而不将内部空间S分隔成上部空间和下部空间。

Claims (5)

1.一种冷却装置（10），发热元件（28）能够接合至所述冷却装置（10），其中所述冷却装置（10）包括具有通道（S）的基部（20），冷却介质流经所述通道（S），其中多个散热翅片（31A、31B、60）定位于所述通道（S）中并且与所述发热元件（28）相邻，其中所述散热翅片（31A、31B、60）以交错布置的方式设置，

其特征在于，

所述散热翅片（31A、31B、60）具有多个第一组散热翅片（31B、60）和多个第二组散热翅片（31A），其中每个第一组中的所述散热翅片（31B、60）沿着与所述冷却介质流经所述通道（S）的流动方向垂直的宽度方向布置，其中每个第一组中的所述散热翅片（31B、60）的定位成在所述第一组中最靠近所述基部（20）的侧表面（25A、25B）的一个散热翅片为第一最外散热翅片（60），其中每个第二组中的散热翅片（31A）沿着与所述冷却介质流经所述通道（S）的所述流动方向垂直的所述宽度方向布置，其中每个第二组中的所述散热翅片（31A）的定位成在所述第二组中最靠近所述基部（20）的所述侧表面（25A、25B）的一个散热翅片为第二最外散热翅片（31A1），其中所述第二组和所述第一组沿着所述流动方向交替布置，其中每个第二组中的所述第二最外散热翅片（31A1）比每个第一组中的所述第一最外散热翅片（60）距离所述基部（20）的所述侧表面（25A、25B）更远，其中每个第二组中的所述第二最外散热翅片（31A1）的侧表面与所述基部（20）的所述侧表面（25A、25B）之间的宽度（W1）等于或大于每个第一组中的同所述第一组中的所述第一最外散热翅片（60）相邻的所述散热翅片（31B）的侧表面与所述第二最外散热翅片（31A1）的所述侧表面之间的宽度（W2）。

2.根据权利要求1所述的冷却装置（10），其特征在于，所述第一最外散热翅片（60）的侧表面与所述第二最外散热翅片（31A1）的所述侧表面之间的宽度（W3）等于每个第一组中的同所述第一组中的所述第一最外散热翅片（60）相邻的所述散热翅片（31B）的所述侧表面与所述第二最外散热翅片（31A1）的所述侧表面之间的宽度（W2）。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置（10），其特征在于，所述第一最外散热翅片（60）为形成为从所述基部（20）的所述侧表面（25A、25B）突出的突起。

4.根据权利要求3所述的冷却装置（10），其特征在于，所述突起形成为使得所述突起的横截面朝向所述突起的端部逐渐减小。

5.根据权利要求1或2所述的冷却装置（10），其特征在于，所述发热元件（28）为经由绝缘基板（27）接合至所述基部（20）的半导体器件。

Images