CN109076716A - 散热器 - Google Patents

Abstract

本发明获得一种能提高散热性能而维持相邻散热翅片之间的间隙的距离的下限值不变的散热器。所述散热器是基座上设有多个散热翅片的散热器，散热翅片的沿基座的截面形状为与正六边形内接的凹凸形状，凹凸形状的凸部与正六边形相接，对于相邻的散热翅片而言，凸部所接触的正六边形的边在整个区域上互相相对，并且，将互相远离而相对的边之间的距离即边间距离配置成相等。

Description

散热器

技术领域

本发明涉及例如对发热元件进行冷却的散热器。

背景技术

由于SiC成本高昂，因此，使用了SiC的元件必须进行芯片收缩(chip shrink)。其结果是，该元件的发热密度增大，该元件成为高温，因此，需要有高散热性能的散热器。

散热器中的散热翅片每单位体积的散热面积越大，散热器的散热性能越高。相邻的散热翅片之间的间隙的距离越小，散热翅片每单位体积的散热面积越大。然而，为了防止垃圾等异物堵塞于相邻散热翅片之间的间隙中，有时会根据散热器的使用环境来为相邻散热翅片之间的间隙的距离设置下限值。因此，在相邻散热翅片之间的间隙的制约内，进一步增大散热翅片每单位体积的散热面积成为提高散热器的散热性能的关键。另外，作为提高散热器的散热性能的方法，可以举出使散热翅片表面所生成的温度边界层变薄的方法。

以往，已知有由截面形状形成为正六边形的多个散热翅片规则地排列而成的散热器。在该散热器中，对于各个散热翅片而言，构成正六边形的第1边的侧壁面与构成与第1边相对的第4边的侧壁面沿着风的方向即第1方向平行排列，并且，构成第2边的侧壁面与构成与第2边相对的第5边的侧壁面沿着第2方向平行排列，该第2方向相对于第1方向所成的角度为与正六边形的第1边相邻的第2边相对于第1边所成的角度，并且，构成第6边的侧壁面与构成与第6边相对的第3边的侧壁面沿着第3方向平行排列，该第3方向相对于第1方向所成的角度为与正六边形的第1边相邻的第6边相对于第1边所成的角度。另外，在该散热器中，对于各个散热翅片而言，分别对正六边形的第1边至第6边在各侧壁面的延长面上配置有相邻的散热翅片的侧壁面。(例如参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3840970号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，各个散热翅片分别对正六边形的第1边至第6边在各侧壁面的延长面上配置有相邻的散热翅片的侧壁面，因此，相邻的散热翅片之间的空间增大。其结果是，散热翅片每单位体积的散热面积减小，存在散热器的散热性能下降的问题点。另外，各个散热翅片的侧壁面形成为平面，因此，散热翅片表面所生成的温度边界层在散热翅片的侧壁面上发展并变厚，存在散热器的散热性能下降的问题点。

本发明提供一种能提高散热性能而维持相邻散热翅片之间的间隙的距离的下限值不变的散热器。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的散热器是基座上设有多个散热翅片的散热器，散热翅片的沿基座的截面形状为与正六边形内接的凹凸形状，凹凸形状的凸部与正六边形相接，对于相邻的散热翅片而言，凸部所接触的正六边形的边在整个区域上互相相对，并且，将互相远离而相对的边之间的距离即边间距离配置成相等。

发明效果

根据本发明所涉及的散热器，散热翅片的沿基座的截面形状为与正六边形内接的凹凸形状，凹凸形状的凸部与正六边形相接，对于相邻的散热翅片而言，凸部所接触的正六边形的边在整个区域上互相相对，并且，将互相远离而相对的边之间的距离即边间距离配置成相等，因此，能提高散热性能而维持相邻散热翅片之间的间隙的距离的下限值不变。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的散热器的分解立体图。

图2是表示图1的散热翅片及基座的立体图。

图3是从与基座垂直的方向对图2的7个散热翅片进行观察而得的图。

图4是表示图3的1个散热翅片的放大图。

图5是表示散热翅片的对边距离与热传导率之间的关系的曲线图。

图6是表示凹部深度与热传导率之间的关系的曲线图。

图7是表示本发明的实施方式4所涉及的散热器的散热翅片及基座的立体图。

图8是表示从图7的散热器去除散热翅片而得的基座的立体图。

图9是表示本发明的实施方式5所涉及的散热器中的多个散热翅片的俯视图。

图10是表示使制冷剂以相对于将与散热翅片外接的正六边形的顶点相连结的直线垂直的方式进行流通的状态的图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的散热器的分解立体图。在图中，散热器包括：基座2，该基座2的表面设置有发热元件1；多个散热翅片3，该多个散热翅片3设于基座2的背面；外壳4，该外壳4对基座2进行收纳；制冷剂入口部5，该制冷剂入口部5设于外壳4的侧壁；以及制冷剂出口部6，该制冷剂出口部6设于外壳4的与设有制冷剂入口部5的侧壁相对的侧壁。

在散热器中，制冷剂沿图1的箭头A的方向进入制冷剂入口部5。进入制冷剂入口部5的制冷剂通过制冷剂入口部5，进入外壳4与基座2之间的空间。在该空间内，制冷剂与从发热元件1进行了受热的散热翅片3进行热交换。由此，发热元件1通过散热翅片3来进行冷却。通过与散热翅片3之间的热交换而进行了受热的制冷剂直接进入制冷剂出口部6。进入制冷剂出口部6的制冷剂通过制冷剂出口部6排出至散热器的外部。

此外，用于散热器的制冷剂可以是液体、气体、气液混合体中的任意形态。另外，散热器可以因设置散热器的环境不同而不具备外壳4。

图2是表示图1的散热翅片3及基座2的立体图，图3是从与基座2垂直的方向对图2的7个散热翅片3进行观察而得的图，图4是表示图3的1个散热翅片3的放大图。散热翅片3形成为沿基座2的截面形状与正六边形内接。在图3中，虚线表示与散热翅片3外接的正六边形。将与1个散热翅片3外接的正六边形中的相对的边之间的距离设为对边距离w。

另外，散热翅片3的截面形状呈与正六边形内接的凹凸形状。散热器3具有与正六边形相接的凸部31、以及远离正六边形的凹部32。多个凹部32配置成与正六边形的边相对。将与散热翅片3外接的正六边形的边、与该边所相对且互相相邻的多个凹部32的共通接线之间的距离设为凹部深度a。换言之，凹部深度a是凹凸形状的凹部32中的底部与凸部31所接触的正六边形的边之间的距离。在图4中，虚线表示将正六边形的一边进行延长后的线，单点划线表示相邻凹部32的共通接线。

在一个散热翅片3的周围，配置有6个散热翅片3。以一个散热翅片3为中心，6个散热翅片3沿周向并排配置。与一个散热翅片3外接的正六边形的各边和与周围的各散热翅片3外接的正六边形的各个边相对。

与一个散热翅片3外接的正六边形的边、与配置于一个散热翅片3周围的6个散热翅片3各自所外接的正六边形的边互相分离地在整个区域上相对。将与一个散热翅片3外接的正六边形的边、与配置于一个散热翅片3周围的6个散热翅片3各自所外接的正六边形的边之间的距离设为边间距离t。

此外，散热翅片3的根部也可以形成有角R，换言之，具有圆角。另外，散热翅片3也可以形成为随着沿垂直方向从基座2远离而变细的锥形形状。在这种情况下，边间距离t只要设为锥形形状的散热翅片3的平均高度处的边间距离t即可。例如在散热翅片3呈直线形倾斜的情况下，平均高度为其中间部分的高度。在因与制冷剂的流路有关的尺寸制约、形状制约等而导致所排列的多个散热翅片3的外周部与流路发生干扰的情况下，也可以使配置于其外周部的散热翅片3的一部分形状变形为与流路形状相吻合。

如以上所说明的那样，根据本发明的实施方式1所涉及的散热器，与散热翅片3外接的正六边形的边以边间距离t在整个区域上相对，因此，散热翅片3成为边间距离t下的最密配置，散热翅片3的表面积增大。因此，即使在为了防止垃圾等异物堵塞而对边间距离t设定了下限值的制约的情况下，也能在该制约内提高散热器的散热性能。另外，制冷剂与设于散热翅片3侧面的凹凸形状之中的凸部31发生碰撞从而对制冷剂流进行搅拌，温度边界层变薄，因此，能进一步提高散热器的散热性能。

实施方式2.

在边间距离t固定的情况下，散热翅片3的对边距离w越大，从散热翅片3的根部至前端为止的热阻越小，因此，能高效地将散热翅片3的整个侧面用于散热，即，翅片效率得以提高。然而，对边距离w越大，每单位基座面积所能配置的散热翅片3的片数变得越少，因此，散热器的散热面积减少。

另一方面，在边间距离t固定的情况下，散热翅片3的对边距离w越小，从散热翅片3的根部至前端为止的热阻越大，因此，随着向散热翅片3的前端推进，温度下降，仅散热翅片3的侧面的一部分有助于散热，即，翅片效率变差。然而，对边距离w越小，每单位基座面积所能配置的散热翅片3的片数变得越多，因此，散热器的散热面积增大。

如上所述，对于散热翅片3而言，在边间距离t一定的条件下，根据对边距离w的不同在散热的效率与散热面积之间存在折衷关系，对边距离w存在最恰当值。

图5是表示散热翅片3的对边距离w与热传导率之间的关系的曲线图。在图5中，横轴是散热翅片3的对边距离w，纵轴是热传导率(任意单位)。在图5中，示出了在固定边间距离t、凹部深度a、散热翅片3的高度、制冷剂流量的条件下实施三维热流体仿真而得的结果。

如图所示，在对边距离w为2.5mm附近热传导率最大。将对边距离w设为2.0mm～3.1mm，从而能获得热传导率的最大值的70％，特别能提高散热器的散热性能。除将对边距离w设为2.0mm～3.1mm以外的结构与实施方式1相同。

如以上所说明的那样，根据本发明的实施方式2所涉及的散热器，对边距离w为2.0mm～3.1mm，因此，特别能提高散热性能。

实施方式3.

散热翅片3的凹部深度a越深，在设于散热翅片3侧面的凸部31处制冷剂流越是被进一步搅拌，使温度边界层变薄的效果变得越大，散热器的散热量越是增大。然而，散热翅片3的凹部深度a越深，在散热翅片3侧面的凹部32处，制冷剂流速越是下降，因此，散热器的散热量越是减少。

另一方面，散热翅片3的凹部深度a越浅，在侧面的凸部31处制冷剂流的搅拌越是减少，使温度边界层变薄的效果变得越小，散热器的散热量越是减少。然而，散热翅片3的凹部深度a越浅，在散热翅片3侧面的凹部32处，制冷剂流速的下降越是得到抑制，因此，散热器的散热量越是增大。

如上所述，对于散热翅片3而言，根据凹部深度a的不同，在使凸部31的温度边界层变薄的效果与凹部32的制冷剂流速之间存在折衷关系，凹部深度a存在最恰当值。

图6是表示凹部深度a与热传导率之间的关系的曲线图。在图6中，横轴是散热翅片3的凹部深度a，纵轴是热传导率(任意单位)。在图6中，示出了在固定边间距离t、对边距离w、散热翅片3的高度、制冷剂流量的条件下实施三维热流体仿真而得的结果。

如图所示，在凹部深度a为0.1mm附近热传导率最大。将凹部深度a设为0.05mm～0.15mm，从而能获得热传导率的最大值的70％，特别能提高散热器的散热性能。除将凹部深度a设为0.05mm～0.15mm以外的结构与实施方式1或实施方式2相同。

如以上所说明的那样，根据本发明的实施方式3所涉及的散热器，凹部深度a为0.05mm～0.15mm，因此，特别能提高散热性能。

实施方式4.

图7是表示本发明的实施方式4所涉及的散热器的散热翅片及基座的立体图，图8是表示从图7的散热器去除散热翅片而得的基座的立体图。在基座2上，形成有蜿蜒形状的凹凸部21。在制冷剂通过散热翅片3之间时，蜿蜒形状的凹凸部21对制冷剂流进行复杂的搅拌，使基座2所产生的温度边界层变薄，促进散热器的散热。其它结构与实施方式1至实施方式3相同。

如以上所说明的那样，根据本发明的实施方式4所涉及的散热器，基座2上形成有凹凸部21，凹凸部21形成为蜿蜒形状，因此，能使基座2所产生的温度边界层变薄，能进一步促进散热。

实施方式5.

图9是表示本发明的实施方式5所涉及的散热器中的多个散热翅片的俯视图。在图9中，示出了沿散热翅片3的轴向进行观察而得的散热翅片3。另外，在图9中，示出了一个散热翅片3、以及设于该散热翅片3周围的6个散热翅片3。另外，在图9中，还示出了通过相邻的散热翅片3之间的制冷剂的流路方向11。在图中，通过散热器的制冷剂相对于直线12平行流通，直线12是将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线。换言之，将散热翅片3配置成使得制冷剂相对于直线12进行流通，直线12是将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线。这里，所谓将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线12，是指将与散热翅片3外接的正六边形的各顶点即互相相对的一对顶点连结而成的直线12。使制冷剂相对于将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线平行流通，从而与使制冷剂相对于将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线垂直流通的情况相比，能高效地将散热翅片3的侧面用于散热。

图10是表示使制冷剂相对于将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线垂直流通的状态的图。如图所示，在使制冷剂相对于将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线垂直流通的情况下，沿与制冷剂流正交的方向产生制冷剂的沉淀区域13。利用与制冷剂的沉淀区域13相邻的散热翅片3的侧面，无法产生足够的散热。另一方面，如图9所示，在使制冷剂相对于将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线平行流通的情况下，不会产生制冷剂的沉淀区域13，因此，能用散热翅片3的整个面来产生足够的散热，能提高散热器的散热性能。

如以上所说明的那样，根据本发明的实施方式5所涉及的散热器，对散热翅片3进行配置，使得制冷剂相对于将与散热翅片3外接的正六边形的顶点连结而成的直线平行流通，因此，不会产生制冷剂的沉淀区域13，能进一步提高散热器的散热性能。

Claims (5)

1.一种散热器，该散热器是基座上设有多个散热翅片的散热器，其特征在于，

所述散热翅片的沿所述基座的截面形状为与正六边形内接的凹凸形状，

所述凹凸形状的凸部与所述正六边形相接，

对于相邻的所述散热翅片而言，所述凸部所接触的所述正六边形的边在整个区域上互相相对，并且，将互相远离而相对的所述边之间的距离即边间距离配置成相等。

2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，

所述正六边形中的相对的边之间的距离即对边距离为2.0mm～3.1mm。

3.如权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，

所述凹凸形状的凹部中的底部与所述凸部所接触的所述正六边形的边之间的距离即凹部深度为0.05m～0.15mm。

4.如权利要求1至3的任一项所述的散热器，其特征在于，

所述基座上的设有所述散热翅片的面上形成有凹凸部，

所述凹凸部呈蜿蜒形状。

5.如权利要求1至4的任一项所述的散热器，其特征在于，

对所述散热翅片进行配置，使得制冷剂相对于将所述正六边形的顶点连结而成的直线平行流通。