CN105144374A - 包括具有减小的结构密度的冷却结构的散热器 - Google Patents

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雅各布·维勒·特里德
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Abstract

本发明提供了一种用于冷却热发生设备的散热器，其包括本体部分，该本体部分具有用于接触热发生设备的第一表面，以及接触冷却部分的第二表面，并且冷却部分包括冷却结构。冷却结构的结构密度随着到本体部分的距离增加而减小。冷却结构可以是三维结构，例如栅格或格架，但是冷却结构还可以是从本体部分的第二表面突出或延伸的翅片。可以利用例如选择性激光熔化过程(SLM)的增材制造来制造散热器。散热器可以由例如铝、铜的金属、例如氮化铝(AIN)、碳化硅的陶瓷或含有石墨、石墨烯或碳纳米管的合成物制成。

Description

包括具有减小的结构密度的冷却结构的散热器
技术领域
本发明大体上涉及散热器，并且更特别地涉及包括具有向外减小的材料密度的冷却结构的散热器。本发明的散热器可以例如用于消散由电部件或电子部件与电组件或电子组件产生的热量。
背景技术
随着通过集成电路损耗的功率的快速升高，改进的散热器设计需要减小它们与强制空气流之间的热阻力。已经使用诸如挤压、机加工与压铸的制造方法来制造传统的纵向翅片设计。尽管这些技术增加了相对小的成本，但是它们排除了制造更加复杂的散热器设计。但是可能需要更加复杂的结构以改进散热器的性能。
在Hernon等的美国专利申请No2009/0321045A1中描述了更加复杂的结构的散热器。Hernon等引入利用牺牲式样的3D打印和随后的熔模铸造的概念以形成复杂结构的散热器的构思。典型的3D打印机通过连续的固体层利用激光与液体光聚合物来制造3D形式，实例是立体光刻快速成型系统。
良好地适于制造复杂结构的散热器的一个3D打印过程或增材制造过程是选择性激光熔化(SLM)过程。称作选择性区激光熔化的过程开始于在1995年德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所(FraunhoferInstituteILT)。
选择性激光熔化(SLM)是增材制造过程，其将3DCAD数据用作数字信息源以及以高能激光束(通常地镱纤维激光)形式的能量以通过将微细金属粉末熔合在一起形成三维金属部分。尽管因为此过程将金属完全地熔化成固体均质块，这被公认为是误称，但是工业标准术语是激光烧结。此过程以将3DCAD文件数据分切成通常从20微米到100微米厚的层，形成各层的2D图像开始；此文件格式是在大部分基于层的3D打印或立体光刻技术上使用的工业标准.stl文件。此文件然后被加载到文件准备软件包中，该文件准备软件包分配允许解释并且通过不同类型的附加制造装置构造此文件的参数、值以及物理支持。
通过SLM，雾化微细金属粉末的薄层利用涂覆机构均匀地分布在通常金属的基板上，该基板紧固到沿着竖直轴(Z)移动的分度台。这发生在包括在低于百万分之500的氧气等级氩气或氮气的惰性气体的严格控制的大气的室内部。一旦各层被分布，部分几何体的各2D切片就通过将激光能量选择性地施加到粉末表面，通过利用高频扫描镜沿着X轴与Y轴引导聚焦的激光束而熔合。激光能量足够强烈以允许颗粒完全熔化(焊接)以形成固体金属。此过程逐层重复直到完成此部分。
最适于SLM过程的此应用类型是具有薄壁与隐藏间隙或通道的复杂几何体与结构。当制造混合形式时，其中固体与部分形成或格架式几何体可以一起生产以形成单个物体，可以获得益处。
由Hernon等描述的散热器具有一体地连接在一起的基部部分与热交换部分。由此，基部部分与热交换部分是作为单个铸造单元制造的单个连续实体。由Hernon等描述的散热器的热交换部分具有复杂的三维结构，但是由Hernon等提出的结构中没有任何一个具有减小的材料厚度。
然而，通过本发明人已经发现，通过使用冷或热交换结构可以获得非常有效的散热器，其中材料密度随着与待冷却的热发生设备的距离而减小。
发明内容
根据本发明提供了用于冷却热发生设备的散热器，所述散热器包括：
本体部分，其具有用于接触热发生设备的第一表面；以及
冷却部分，其连接到本体部分的第二表面并且保持冷却结构；
其中所述冷却结构或者所述冷却结构的至少一部分的所述材料密度随着到所述本体部分的所述第二表面和/或第一表面的距离增加而减小。
当沿着基本上垂直于本体部分的第一表面的方向截取时，可以观察或测量到冷却结构的材料密度随着到本体部分的第二表面和/或第一表面的距离的增加而减小。
根据本发明的实施方式，第一表面是本体部分的第一外表面并且第二表面是本体部分的第二外表面。第二表面相对于第一表面也在本发明的一个或多个实施方式内。
当限定基本上垂直于本体部分的第一表面并且穿过本体部分的中心的中心线或轴时，冷却结构或者冷却结构的至少一部分的材料密度随着到该中心轴的距离增加而减小在本发明的实施方式内。由此，当限定基本上垂直于本体部分的第一表面并且穿过本体部分的中心的中心线或轴时，冷却结构或者冷却结构的至少一部分的材料密度在沿着所述中心轴测量时可以随着本体部分的第二表面和/或第一表面的距离增加而减小，并且可以随着到所述中心轴的距离增加进一步减小。
冷却部分保持网格或栅格或格架状冷却结构，其可以是三维网格或栅格或格架状冷却结构在本发明的一个或多个实施方式中。
冷却结构可以由限定空气和/或液体流动通道的材料结构制成，并且由在冷却结构内的空气和/或液体流动通道占据的总空间可以随着到本体部分的第二表面和/或第一表面的距离增加而增加。冷却结构可以限定不同方向的多个空气和/或液体流动通道，由此多个空气和/或液体流动通道彼此相交或者交叉。
对于具有格架状冷却结构的本发明的实施方式来说，然后格架状冷却结构的至少一部分可以由在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，并且对于在连接点处连接到彼此的多个不同定向的格架元件，材料密度可以随着到本体部分的第二表面和/或第一表面的距离增加而减小。
对于具有网格或栅格或格架状冷却结构的实施方式来说，然后网格或栅格状冷却结构可以由限定空气和/或液体流动通道的材料结构制成，并且由在冷却结构内的空气和/或液体流动通道占据的总空间可以大于由冷却结构的材料部分占据的总空间。
本发明还覆盖具有网格或栅格或格架状冷却结构的实施方式，其中，三维栅格或格架状冷却结构是空间栅格结构。这里，空间栅格结构可以是基本上模块化空间栅格结构。
对于具有网格或栅格或格架状冷却结构的实施方式来说，网格或栅格或格架状冷却结构可以由限定空气和/或液体流动通道的实体材料结构制成。然而，本发明还覆盖其中栅格或网格状冷却结构由限定空气和/或液体流动通道的材料制成，并且其中所述材料结构的至少一部分是中空的实施方式。
对于具有网格或栅格或格架状冷却结构的实施方式来说，栅格或格架状冷却结构可以由限定空气和/或液体流动通道的材料结构制成，该流动通道从连接到第二表面的冷却结构的内部部分到冷却结构的外结合部的具有从5mm以下增加到5mm以上的直径。
本体部分的厚度从本体部分的外边缘或多个外边缘到本体部分的中心向内地增加在本发明的一个或多个实施方式内。本体部分的厚度可以从本体部分的外边缘或多个外边缘到本体部分的中心在全部方向中向内地增加。本体部分的厚度当沿着任意边缘部分测量时可以小于在本体部分的中心处测量的厚度。
本发明覆盖一个或多个实施方式，其中本体部分的第一表面覆盖本体部分的外表面的至少中心部分。
本发明还覆盖一个或多个实施方式，其中本体部分具有保持第一表面的下外表面，并且其中第二表面的至少一部分形成冷却结构连接至其的基本上向上延伸的上表面。根据本发明的一个或多个实施方式，然后第二表面的至少一部分形成冷却结构连接至其的基本上向上弯曲的上表面。第二表面的至少一部分可以形成冷却结构连接至其的基本上向上的圆顶状上表面。第二表面或上表面可以基本上形成为旋转表面。
本发明还覆盖其中所述第二表面的至少一部分形成所述冷却结构连接至其的基本上向上的圆锥状或金字塔状的上表面的实施方式。
第一表面是本体部分的外表面并且第二表面是本体部分的内表面在本发明的一个或多个实施方式内。这里，冷却结构可以向内指向。
根据本发明，冷却部分与冷却结构可以以几种不同方式成形。由此，冷却结构可以包括从第二表面突出或延伸的多个翅片。翅片的厚度或宽度可以在远离本体部分的第二表面的一个或多个方向中向外地减小。翅片可以是板状或针状。
对于本发明的散热器来说，优选的是本体部分与具有冷却结构的冷却部分一体地连接到彼此。
当制造本发明的散热器时可以使用不同材料。由此，本体部分、冷却部分和/或冷却结构可以由诸如铝或铜的金属制成，或者由诸如氮化铝(AIN)或碳化硅的工业陶瓷制成，或者由含有诸如石墨烯或碳纳米管的石墨和/或碳的合成物制成。
为了获得散热器冷却结构的较大表面，本发明还覆盖其中冷却结构的至少一部分具有微结构表面的实施方式。本发明还覆盖其中冷却结构的至少一部分具有纳米结构表面的实施方式。
根据本发明，还提供了用于制造根据上述实施方式中的一个或多个的散热器的方法，其中此方法包括增材制造过程。这里，增材制造过程可以包括选择性激光熔化(SLM)过程。SLM过程可以利用金属来形成三维网格或栅格状冷却结构，其中金属可以是铝或铜。
当结合附图阅读时通过下面的详细描述理解多个实施方式。
附图说明
图1示出了现有技术散热器；
图2示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第一实施方式；
图3示出了在图2的散热器中的热分布；
图4示出了通过图2的散热器的气流；
图5示出了根据本发明的实施方式的具有针状翅片的散热器；
图6示出了根据本发明的实施方式的具有板状翅片的散热器；
图7示出了根据本发明的实施方式的具有板状翅片的双重散热器；
图8示出了根据本发明的实施方式的具有集成散热器的笔记本计算机；
图9示出了根据本发明的实施方式的具有集成散热器的平板计算机；
图10示出了根据本发明的实施方式的设计用于水冷的圆柱状散热器；
图11示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第二实施方式；
图12示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第三实施方式；
图13示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第四实施方式；
图14示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第五实施方式；
图15示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第六实施方式；
图16示出了具有与根据本发明的实施方式的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器集成的底座的LED射灯；
图17示出了与根据本发明的实施方式的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器集成的机壳；
图18示出了与具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器集成的机壳的另一个实施方式；
图19示出了具有用于连接到散热器的后表面的LED光引擎；
图20示出了具有用于连接到散热器的表面的计算机处理器单元、CPU；
图21示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第七实施方式；
图22示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第八实施方式；
图23示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的第九实施方式；以及
图24示出了根据本发明的实施方式的具有集成散热器的计算机机箱。
具体实施方式
图1示出了三个现有技术散热器100、110、与120。第一散热器100具有基部或核心101以及连接到核心101的弯曲冷却翅片102。翅片102全部具有相同的弯曲，并且翅片102的材料厚度完全相等。散热器110还具有基部或核心111以及连接到核心111的直线形翅片112，翅片112的材料厚度沿着翅片112完全是相等的。散热器120还具有基部或核心121以及连接到核心121的销形翅片122，翅片122的材料厚度沿着翅片122完全是相等的。散热器100、110和120是由包括挤出、机加工与压铸形成的散热器类型的典型。
图2示出了根据本发明的散热器200的第一实施方式，此散热器200可以利用诸如选择性激光熔化(SLM)过程的3D打印与铸造过程形成。散热器200具有本体部分201，此本体部分保持具有网格、栅格或格架状冷却结构的冷却部分202。以如200a和200b的不同角度以及通过如200c和200d的版本的剖切示出了散热器200。本体部分201具有用于与热发生设备接触的第一平面表面203，以及用于保持或连接到此外包括栅格状冷却结构或者通过栅格状冷却结构形成的冷却部分202的第二表面204。本体部分201与具有冷却结构的冷却部分202一体地连接到彼此。如这里使用的，整体定义为表示散热器的本体部分201与冷却部分202是单个、连续实体。
对于图2的散热器200来说，本体部分201具有用于接触热发生设备的平的下表面203，同时本体部分201具有用于连接到具有冷却结构的冷却部分202的基本上向上延伸或向上弯曲的上表面。向上弯曲本体部分201可以视为基本上是圆顶形状，并且本体部分201的厚度从外边缘到中心向内地增加。可见本体部分201的厚度从本体部分201的外边缘或多个外边缘到本体部分的中心在全部方向中向内地增加。还可见沿着任何边缘部分测量的本体部分201的厚度小于在本体部分201的中心处测量的厚度。
冷却部分202保持三维网格、栅格或格架状冷却结构，并且冷却结构202的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分201的第二表面204与第一表面203的距离增加而减小。网格、栅格或格架状冷却结构限定空气或液体流动通道205，并且网格、栅格或格架形成为使得由在冷却结构内的空气或液体流动通道占据的总空间随着到本体部分201的第二表面204的距离增加而增加。由在冷却结构内的流动通道占据的总空间可以大于由冷却结构的材料部分占据的总空间。对于散热器200来说，冷却结构形成为使得其限定不同方向的流动通道，由此多个流动通道彼此相交或交叉。散热器200的冷却结构可以视为格架状结构，其由在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成。这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分201的第二表面204的距离增加而减小。
冷却部分202的冷却结构可以视为空间栅格结构。空间栅格可以以规则或重复方式形成，同时还具有随着到表面204的距离减小的材料厚度。对于图2的散热器来说，冷却结构由限定流动通道的实体材料结构制成。然而，本发明还覆盖其中限定网格、栅格或格架状冷却结构的材料结构为中空的实施方式。
优选的是流动通道205的直径从连接到第二表面204的冷却结构的内部部分到冷却结构的外部结合部从低于5mm增加到高于5mm。
图3示出了当热发生设备定位在本体部分201的第一表面203的中心时，图2的散热器200中的热分布。图3示出了通过散热器200d的剖切，并且由于向上弯曲的本体部分201，从第一表面203的中心部分到第二表面204的不同部分的热距离几乎相等，由此热量将在第二表面204处以及冷却结构的开始处相等地分布。
图4示出了用于当热发生设备定位在本体部分201的第一表面203处时的情形的通过图2的散热器200的气流。图4示出了散通过热器200d的剖切。冷却结构加热空气，由此形成从冷却结构的外围到中心并且进一步到冷却结构的上边界的空气流动。
图5示出了根据本发明的实施方式的具有针状翅片502的散热器500。还可以利用3D打印与铸造过程，诸如选择性激光熔化(SLM)过程形成散热器500。散热器500具有本体部分，该本体部分保持具有为多个针状翅片502的冷却结构的冷却部分。以如500a和500b的不同角度以及通过如500c的版本的剖切示出了散热器500。本体部分501具有用于与热发生设备接触的第一表面503，以及保持或连接到具有冷却翅片502的冷却部分的第二表面504。本体部分501与冷却翅片502一体地连接到彼此。
对于图5的散热器500来说，本体部分501具有用于与热发生设备接触的平的下表面503，同时本体部分501具有用于连接到冷却翅片502的基本上向上延伸或向上弯曲或圆顶状的上表面。冷却翅片502的厚度或直径以及由此材料密度随着到本体部分501的第二表面504的距离增加而减小。由在冷却结构或冷却翅片502内的空气占据的总空间可以大于由冷却翅片502占据的总空间。对于图5的散热器500来说，本体部分501与冷却结构或翅片502由实体材料结构制成。
在图5中的散热器500的本体部分501是圆顶状，但是本发明还覆盖其中第二表面的至少部分形成有冷却结构连接至其的基本上向上的圆锥或金字塔状上表面的实施方式。本体部分501的厚度从本体部分501的外边缘或多个外边缘到本体部分的中心在全部方向中向内地增加，并且沿着任何边缘部分测量的本体部分501的厚度小于在本体部分501中心处测量的厚度。
图6示出了根据本发明的实施方式的具有板状翅片602的散热器600。还可以利用3D打印与铸造过程，诸如选择性激光熔化(SLM)过程形成散热器600。散热器600具有本体部分601，该本体部分保持具有为多个板状翅片602的冷却结构的冷却部分。散热器600以如600a和600b的不同角度示出。本体部分601具有用于接触热发生设备的第一平面表面603，以及保持或连接到具有冷却翅片602的冷却部分的第二向上弯曲表面604。本体部分601与冷却翅片602整体地连接到彼此。板状冷却翅片602的厚度或宽度以及由此材料密度随着到本体部分601的第二表面604的距离增加而减小。此外这里，本体部分601与冷却结构或翅片602由实体材料结构制成。
图7示出了根据本发明的实施方式的具有板状翅片702a、702b的双重散热器700。散热器700由与图6的散热器600相同的两个散热器制成。由此，散热器700具有两个本体部分701a、701b，每个都保持具有为多个板状翅片702a、702b的冷却结构的冷却部分。散热器700以如700a和700b的不同角度示出。板状冷却翅片702a、702b的厚度或宽度以及由此板的材料密度随着到本体部分701a、701b的距离增加而减小。
图8示出了根据本发明的实施方式的具有集成散热器的笔记本计算机800。散热器具有本体部分801，其可以是笔记本计算机覆盖件或底板的一体部分，其中诸如集成电路的热发生设备可以固定到或者接触覆盖件或底板的内表面，该内表面然后可以视为本体部分801的第一表面。散热器还保持具有连接到本体部分801的第二表面804的冷却结构802的冷却部分。图8中示出的冷却结构802是三维网格、栅格或格架状冷却结构802，并且冷却结构802的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分801的第二表面804的距离增加而减小。冷却结构802可以视为格架状结构，其由在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成。这些不同定向的格架元件随着到本体部分801的第二表面804的距离增加而减小。笔记本计算机800的冷却结构还可以具有诸如图6的板状翅片602的其它形式。此外这里，本体部分801与冷却结构802整体地连接到彼此，并且冷却结构802由实体材料结构制成。
图9示出了根据本发明的实施方式的具有集成散热器的平板计算机900。此原理与图8的散热器相同。散热器具有本体部分901，其可以是平板覆盖件或底板的一体部分，其中覆盖件或底板的内表面可以视为本体部分901的第一表面。散热器还保持具有连接到本体部分901的第二表面904的冷却结构902的冷却部分。此外这里示出的冷却结构902是三维网格、栅格或格架状冷却结构902，并且冷却结构902的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分901的第二表面904的距离增加而减小。冷却结构902这里此外可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分901的第二表面904的距离增加而减小。
图24示出了根据本发明的实施方式的具有集成散热器的计算机机箱2400。此原理与图8和图9的散热器相同。散热器具有本体部分2401，其可以是机箱或底座2400的一体部分，其中机箱或底座的内表面可以视为本体部分2401的第一表面2403。散热器还保持具有连接到本体部分2401的第二表面2404的冷却结构2402的冷却部分。此外这里示出的冷却结构2402是三维网格、栅格或格架状冷却结构2402，并且冷却结构2402的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分2401的第二表面2404与第一表面2403的距离增加而减小。冷却结构2402这里此外可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分2401的第二表面2404的距离增加而减小。
图10示出了根据本发明的实施方式的设计用于水冷的圆柱状散热器1000。散热器1000整体上示出为1000a并且示出为通过如1000b的版本的剖切。散热器1000具有本体部分1001，该本体部分保持具有冷却结构1002的冷却部分。本体部分1001具有用于接触热发生设备的第一外表面1003，以及保持或连接到具有向内指向的冷却结构1002的冷却部分的第二内表面1004。此外这里示出的冷却结构1002是三维网格、栅格或格架状冷却结构1002，并且冷却结构1002的材料厚度以及由此材料密度具有内部渐变结构并且随着到本体部分1001的第二内表面1004的距离增加而减小。此外这里，冷却结构1002可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分1001的第二表面1004的距离增加而减小。散热器1000具有管状本体部分1001，由此诸如水的流体可以经过散热器的内部，由此冷却冷却结构1002。
图11-图15与图21-图23示出了根据本发明的具有网格、栅格或格架状冷却结构的散热器的几个实施方式。图11的散热器1100包括具有冷却结构1102的冷却部分，该冷却结构具有大于本体部分1101的直径。本体部分1101具有平的第一表面1003并且可以具有用于连接到具有冷却结构1102的冷却部分的基本上向上延伸或向上弯曲的上表面。当沿着基本上垂直于本体部分1101的第一下表面1103的方向截取时，冷却结构1102的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分1101的第二表面(未示出)与第一表面1103的距离增加而减小。冷却结构1102可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中当沿着基本上垂直于本体部分1101的第一下表面1103的方向截取时，这些不同定向的格架元件随着到本体部分1101的第二表面与第一表面1103的距离增加而减小。
图12的散热器1200整体上示出为1200a并且示出为如1200b的剖切描述。本体部分1201具有用于连接到热发生设备的平的第一表面1203，本体部分的四个侧壁限定第二表面1204并且具有冷却结构1202的冷却部分连接到本体部分1201的全部四个侧壁1204。冷却结构1202的材料厚度以及由此材料密度随着到第二表面504的距离增加而减小。冷却结构1202可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分1201的第二表面1204的距离增加而减小。
图13的散热器1300具有特定设计，该设计具有通过具有冷却结构1302的冷却部分连接在一起的两个本体部分1301a、1301b。每个本体部分1301a、1301b都具有用于连接到热发生设备的相应的第一表面1303a、1303b。图14的散热器1400具有单个本体部分1401，单个本体部分具有用于连接到热发生设备的第一表面1403，同时冷却部分的冷却结构分成两个冷却结构1402a、1402b，其中冷却结构1402a、1402b的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分1401的第二表面(未示出)的距离增加而减小。图15的散热器1500是图14的散热器1400的变型，并且由此还具有单个本体部分1501，单个本体部分具有用于连接到热发生设备的第一表面1503，同时冷却部分的冷却结构分成两个冷却结构1502a、1502b，其中冷却结构1502a、1502b的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分1501的第二表面(未示出)的距离增加而减小。
图21的散热器2100整体上示出为2100a并且示出为通过如2100b的版本的剖切。散热器2100包括具有冷却结构2102的冷却部分，该冷却结构2102具有等于本体部分2101的直径。本体部分2101具有用于连接到热发生设备的平的第一表面2103。冷却结构连接至其的本体部分2101的上部限定本体部分2101的第二表面。当沿着基本上垂直于本体部分2101的第一下表面2103的方向截取时，冷却结构2102的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分2101的第二表面与第一表面2103的距离增加而减小。还可见，当限定基本上垂直于本体部分2101的第一表面2103并且穿过本体部分2101的中心的中心线或轴时，冷却结构2102或者冷却结构的至少一部分的材料密度随着到此中心轴的距离增加而减小。此外这里，冷却结构2102可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分2101的第一表面与第二表面2103的距离增加而减小。
图22的散热器2200整体上示出为2200a并且示出为通过如2200b的版本的剖切。散热器2200包括具有冷却结构2202的冷却部分，该冷却结构2202具有等于本体部分2201的直径。本体部分2201具有用于连接到热发生设备的平的第一表面2103。冷却结构连接至其的本体部分2201的上部限定本体部分2201的第二表面。当沿着基本上垂直于本体部分2201的第一下表面2203的方向截取时，冷却结构2202的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分2201的第二表面与第一表面2203的距离增加而减小。冷却结构2202可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分2201的第一表面与第二表面2203的距离增加而减小。
图23的散热器2300整体上示出为2300a与2300b，其中2300b是侧视图，并且示出为通过如2300c的版本的剖切。散热器2300包括具有冷却结构2302的冷却部分，该冷却结构具有等于本体部分2301的直径。本体部分2301具有用于连接到热发生设备的平的第一表面2303。冷却结构连接至其的本体部分2301的上部限定本体部分2301的第二表面。当沿着基本上垂直于本体部分2301的第一下表面2303的方向截取时，冷却结构2302的材料厚度以及由此材料密度随着到本体部分2301的第二表面与第一表面2303的距离增加而减小。此外这里，冷却结构2302可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中当沿着基本上垂直于本体部分2301的第一下表面2303的方向截取时，这些不同定向的格架元件随着到本体部分2301的第二表面与第一表面2303的距离增加而减小。
图18示出了具有与带有网格、栅格或格架状冷却结构1602的散热器1600集成的底座1601的LED射灯1610。灯1610安装在支架1611上。散热器1600的本体部分1601组成底座，并且本体部分1601的第一表面是作为底板的一部分的第一内表面。具有冷却结构1602的冷却部分连接在底板1601的顶部上，由此底板的顶部保持连接到冷却结构1602的第二表面。冷却结构1602可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到底板或本体部分1601的第二表面距离增加而减小。
图17示出了与具有网格、栅格或格架状冷却结构1702的散热器1700集成的机壳1710。散热器1700的本体部分1701组成机壳1710的顶部部分，并且本体部分1701的第一表面是热发生设备可以连接至其的第一内表面1703。本体部分1701的上部保持具有冷却结构1702的冷却部分连接至其的第二外表面1704。冷却结构1702可以视为格架状结构，其通过在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，其中这些不同定向的格架元件的材料密度随着到本体部分1701的第二表面1704的距离增加而减小。
图18示出了与具有网格、栅格或格架状冷却结构1802散热器1800集成的机壳1810的另一个实施方式。此外这里，散热器1800的本体部分1801组成机壳1810的顶部部分，并且本体部分1801的第一表面是热发生设备可以连接至其的第一内表面1803。本体部分1801的上部保持具有冷却结构1802的冷却部分连接至其的第二外表面1804。对于散热器1800的此实施方式来说，冷却结构1802的顶端连接到实体冷却本体1811。由此，只要冷却结构由栅格或格架状结构1802制成，冷却结构1802的材料厚度或密度就随着到第二表面1804或者到本体部分1801的距离而减小，同时当冷却结构变成冷却本体1811时，冷却结构的密度增加或停止减小。
图19示出了具有用于连接到根据根据本发明的散热器的一个或多个实施方式的散热器的后表面1901的LED光引擎1900。光引擎1900可以是Osram式LED光引擎。
图20示出了计算机处理器单元(CPU)2000，其具有表面2001用于连接到根据根据本发明的散热器的一个或多个实施方式的散热器。
上面讨论并且在图2-图18以及图21-图24中示出的散热器结构可以利用3D打印与铸造过程制成或形成，这可以是增材制造过程，诸如选区激光熔化(SLM)过程。SLM过程可以使用金属来形成具有冷却结构的散热器。这里，金属可以是铝或铜。然而，还可以使用其它材料以通过SLM过程形成散热器。由此，散热器与冷却结构可以由诸如氮化铝(AIN)或碳化硅的工业陶瓷制成，或者可以由诸含有如石墨烯或碳纳米管的石墨和/或碳的合成物制成。
冷却结构的至少一部分具有微结构表面或纳米结构表面也在本发明的实施方式内。

Claims (36)

1.一种用于冷却热发生设备的散热器，所述散热器包括：
本体部分，其具有用于接触所述热发生设备的第一表面；以及
冷却部分，其连接到所述本体部分的第二表面并且包括冷却结构；
其中，所述冷却结构或者所述冷却结构的至少一部分的所述材料密度随着到所述本体部分的所述第二表面和/或第一表面的距离增加而减小。
2.根据权利要求1所述的散热器，其中，所述第一表面是所述本体部分的第一外表面并且所述第二表面是所述本体部分的第二外表面。
3.根据权利要求1或2所述的散热器，其中，所述第二表面与所述第一表面相对。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的散热器，其中，当限定基本上垂直于所述本体部分的所述第一表面并且穿过所述本体部分的中心的中心线或轴线时，所述冷却结构或者所述冷却结构的至少一部分的所述材料密度随着到所述中心轴线的距离增加而减小。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的散热器，其中，所述冷却部分保持三维栅格或格架状冷却结构。
6.根据权利要求5所述的散热器，其中，所述冷却结构限定不同方向的多个空气和/或液体流动通道，由此多个空气和/或液体流动通道彼此相交或者交叉。
7.根据权利要求5或6所述的散热器，其中，所述格架状冷却结构的至少一部分由在连接点处连接到彼此的不同定向的格架元件形成，并且其中，对于在连接点处连接到彼此的多个不同定向的格架元件，所述材料密度随着到所述本体部分的第二表面和/或第一表面的距离增加而减小。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的散热器，其中，所述栅格或格架状冷却结构由限定空气和/或液体流动通道的材料结构制成，并且其中，由所述冷却结构内的空气和/或液体流动通道占据的总空间大于由所述冷却结构的材料部分占据的总空间。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的散热器，其中，所述三维栅格或格架状冷却结构是空间栅格结构。
10.根据权利要求9所述的散热器结构，其中，所述空间栅格结构是模块化空间栅格结构。
11.根据权利要求5-10中任一项所述的散热器，其中，所述栅格或网格状冷却结构由限定空气和/或液体流动通道的实体材料结构制成。
12.根据权利要求5-10中任一项所述的散热器，其中，所述栅格或网格状冷却结构由限定空气和/或液体流动通道的材料结构制成，并且其中，所述材料结构的至少一部分是中空的。
13.根据权利要求5-12中任一项所述的散热器，其中，所述栅格或格架状冷却结构由限定空气和/或液体流动通道的材料结构制成，该流动通道从连接到所述第二表面的所述冷却结构的所述内部部分到所述冷却结构的所述外结合部具有从5mm以下增加到5mm以上的直径。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的散热器，其中，所述本体部分的厚度从所述本体部分的外边缘或多个外边缘到所述本体部分的所述中心向内地增加。
15.根据权利要求14所述的散热器，其中，所述本体部分的厚度从所述本体部分的所述外边缘或多个外边缘到所述本体部分的所述中心在全部方向中向内地增加。
16.根据权利要求14或15所述的散热器，其中，沿着任何边缘部分测量的所述本体部分的厚度小于在所述本体部分的中心处测量的厚度。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的散热器，其中，所述本体部分的所述第一表面覆盖所述本体部分的外表面的至少中心部分。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的散热器，其中，所述本体部分具有保持所述第一表面的下外表面，并且其中，所述第二表面的至少一部分形成所述冷却结构连接至其的基本上向上延伸的上表面。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的散热器，其中，所述第二表面的至少一部分形成所述冷却结构连接至其的基本上向上弯曲的上表面。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的散热器，其中，所述第二表面的至少一部分形成所述冷却结构连接至其的基本上向上圆顶状的上表面。
21.根据权利要求19或20所述的散热器，其中，所述第二表面或上表面基本上形成为旋转的表面。
22.根据权利要求1-18中任一项所述的散热器，其中，所述第二表面的至少一部分形成所述冷却结构连接至其的基本上向上圆锥状或金字塔状的上表面。
23.根据权利要求1或3-17中任一项所述的散热器，其中，所述第一表面是所述本体部分的外表面并且所述第二表面是所述本体部分的内表面。
24.根据权利要求23所述的散热器，其中，所述冷却结构向内指向。
25.根据权利要求1-4或14-24中任一项所述的散热器，其中，所述冷却结构包括从所述第二表面突出或延伸的多个翅片，并且其中，所述翅片的厚度在远离所述本体部分的所述第二表面的一个或多个方向中向外地减小。
26.根据权利要求25所述的散热器，其中，所述翅片是板状或翅片状。
27.根据权利要求1-26中任一项所述的散热器，其中，所述本体部分与具有冷却结构的冷却部分一体地连接到彼此。
28.根据权利要求1-27中任一项所述的散热器，其中，所述冷却结构由诸如铝或铜的金属制成。
29.根据权利要求1-27中任一项所述的散热器，其中，所述冷却结构由诸如氮化铝(AIN)或碳化硅的工业陶瓷制成。
30.根据权利要求1-27中任一项所述的散热器，其中，所述冷却结构由包括诸如石墨烯或碳纳米管的石墨和/或碳的合成物制成。
31.根据权利要求1-30中任一项所述的散热器，其中，所述冷却结构的至少一部分具有微结构表面。
32.根据权利要求1-31中任一项所述的散热器，其中，所述冷却结构的至少一部分具有纳米结构表面。
33.一种用于制造包括根据权利要求1-32中任一项的冷却结构的散热器的方法，所述方法包括增材制造过程。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述增材制造过程包括选择性激光熔化(SLM)过程。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述SLM过程利用金属以形成三维网格或栅格状冷却结构。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述金属是铝或铜。
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