CN204836913U - 复合散热器和散热模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提出一种复合散热器和散热模组，复合散热器设置在电子装置中，所述电子装置包括热源和载板，所述热源设置在所述载板上，所述复合散热器包括：第一散热部分，设置在所述载板上，并与所述热源贴合设置第二散热部分，所述第二散热部分的一部分连接于所述第一散热部分，并设置于所述第一散热部分远离所述载板的一侧；所述第二散热部分的导热系数高于所述第一散热部分。本实用新型提出的复合散热器和散热模组，其第二散热部分的导热系数高于所述第一散热部分，不仅增加了散热的表面积，而且提高了整个散热器的导热性能，使热量能够尽快逸散。

Description

复合散热器和散热模组

技术领域

本实用新型涉及一种复合散热器和散热模组。

背景技术

电子器件在工作时都不可避免的会产生热量，如果不及时有效的将热量散掉，器件的温度就会超出器件能够可靠工作的温度范围以外从而导致器件失效。

散热技术按冷却介质分类，可分为风冷技术和液冷技术。其中风冷技术由于其可靠性、经济性而被广泛使用。当器件产生的热量超过一定值后，使用风冷散热器可以扩大器件的散热面积，以满足散热要求。不同风冷散热器的散热性能各有不同，其散热能力主要取决于以下因素：表面积、导热系数、外形、流过该风冷散热器的空气流速等。传统风冷散热器的主要制造工艺有挤压成型、插片、铲片、机加工、锻造等。根据散热需要和制造工艺，常用的散热器材料主要是金属，例如铜或铜合金、铝或铝合金等。散热器也可使用两种以上的材料做组合，例如散热器基板使用铜做，而翅片则使用铝。

电子产品中，提高传统散热器散热性能存在多个瓶颈。如图1所示为一种电源的剖面图。如图1所示，电源包含一外壳5’，外壳5’中容纳了电源中的热源1’、散热器2’、载板6’及其他器件7’。热源1’例如可以为Mosfet、IGBT、二极管、三极管、晶闸管等各类开关元件，其可以通过贴装等方式安装于散热器2’上，散热器2’及其他器件7’可以安装于电源中的载板6’例如PCB上。

在现有的电源中，散热的瓶颈主要有：

1.散热器的体积有限：在电子设备中，散热器只能在有限的空间里做设计。如图1所示，受散热器周边其他器件7’与机壳5’所限制，散热器2’的体积有限，影响散热效果。

2.散热器的重量受限：通常散热器材料的密度比较高，因此其重量会占电子设备重量的一定比例。如图1所示，散热器2’通常由金属材料制成，重量比较大。不利于设备的轻量化。因此散热器不能重量过大，这一限制条件也影响了散热效果。

3.散热器的材料受限：如图1所示，由于散热器2’通常由金属制成，其导热系数在400W/(mK)以下，不利于提高导热率。

4.散热器的安装受到电源内部机构因素限制：散热器2’在电子设备中的安装固定，稳定性等方面受所安装的位置空间限制。

5.体积引起的风道因素：散热器2’形成风道，对其他热源造成风流不畅的影响。如图1所示散热器2’的下游空气温度通常较高，在一定条件下散热器2’的下游的散热条件较为恶劣，因此散热器的设计需要考虑对下游热源的影响，导致散热器设计受限。

综上所述，需开发一种新的散热器结构，以利于解决以上提到的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前电子设备中热源散热器的瓶颈，而提出一种新的复合散热器和散热模组，这种散热模组可显著冷却器件，提高可靠性。

为实现上述目的，本实用新型实施例提出一种复合散热器，设置在电子装置中，该电子装置包括热源、载板和外壳，该热源设置在该载板上，该热源和该载板收容于该外壳内，该复合散热器包括：

第一散热部分，紧贴该热源设置；

第二散热部分，设置于该第一散热部分远离该载板的一侧，与该第一散热部分垂直连接；

该第二散热部分与该第一散热部分材料相异，该第二散热部分的导热系数高于该第一散热部分。

在一实施例中，所述第二散热部分贴合于所述外壳的内壁，所述第二散热部分的导热系数高于所述外壳，所述第二散热部分的导电系数低于所述外壳。

在一实施例中，所述复合散热器还包括连接界面，所述第二散热部分通过所述连接界面与所述第一散热部分连接。

在一实施例中，所述连接界面为硅脂、垫片、相变材料、金属材料或焊料。

在一实施例中，所述第二散热部分通过机械连接的方式与所述第一散热部分连接。

在一实施例中，所述第二散热部分通过螺丝紧固或者夹片连接的方式与所述第一散热部分连接。

在一实施例中，所述第二散热部分的表面积大于所述第一散热部分的表面积。

在一实施例中，所述第二散热部分为所述外壳中与所述第一散热部分垂直的部分。

在一实施例中，所述第二散热部分的导电系数小于第一散热部分的导电系数。

在一实施例中，所述第一散热部分的材料为金属材料，所述第二散热部分的材料为石墨。

在一实施例中，所述第二散热部分的面积大于等于第一散热部分的面积的百分之十。

本实用新型另一实施例提出一种散热模组，设置在电子装置的载板上，该散热模组包括复合散热器和热源，该热源为单列直插芯片，该单列直插芯片插设在该载板上，该复合散热器为上述的复合散热器。

本实用新型提出的复合散热器和散热模组，其第二散热部分的导热系数高于该第一散热部分，增加了散热的表面积，提高了整个散热器的散热效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是现有的一种散热器结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的一种电子装置的结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例的电子装置的结构示意图；

图4是本实用新型再一实施例的电子装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的设备和方法的例子。

下面结合具体实施例对本实用新型内容进行详细说明。

图2至图4给出了包含本实用新型中复合散热器若干实施例的电子装置的结构示意图。下面结合附图对本实用新型实施例作进一步的描述。

如图2所示，一种电子装置，例如为电源，包括热源1、第一散热部分2、连接界面3、第二散热部分4、外壳5、载板6以及其他器件7。因此，复合散热器至少包括第一散热部分2和第二散热部分4。载板6可以为电子装置的电路板，例如PCB板，本实用新型并不以此为限。

热源1可以是IGBT、二极管、三极管、Mosfet或功率模块IPM等功耗比较大，需要散热器辅助散热的电子元件。

第一散热部分2在本实施例中为具有鳍片的散热结构。热源1与第一散热部分2贴合，产生的热量一部分通过第一散热部分2散去。第一散热部分2可以是传统散热器的任何一种设计。例如：材料可以是铜或铜合金，铝或铝合金，或是其他金属；制造工艺可以是挤压，锻造，插片，铲片，机加工等。图2中并未完全示意出载板上所安装的其他器件7，根据电子装置内其他器件7的位置摆放和安规要求等，其他器件7基本围绕着第一散热部分2，第一散热部分2的尺寸被限定在一定范围内。因此在热源1发热量比较大的情况下，第一散热部分2的散热面积不足，无法满足散热要求。将第二散热部分4安装在第一散热部分2上可以增加整个散热面积，有效地降低热源1的温度。

第二散热部分4通过连接界面3与第一散热部分2进行近似垂直连接。对于连接界面3，应尽量通过一些手段将其热阻降至最小，降低其温差。具体实现方式可以是采用界面材料，例如硅脂，垫片，相变材料，金属材料，焊料等。或者，在其他实施例中，也可以通过机械接触或螺丝紧固的方式连接第一散热部分2和第二散热部分4。在本实施例中，第二散热部分4连接于第一散热部分2远离载板6的一侧。

如图2所示，第二散热部分4可贴合在外壳5上，利用外壳5表面的空气气道实现散热目的。第二散热部分4与外壳5的依附方式以结构上的牢靠为考量。为了减小扩散热阻，该第二散热部分4使用较高导热系数的材料，尤其是导热性能优于金属的材料，例如石墨片。高导热系数的非金属材料会有效提高第二散热部分4的导热能力，通常可以提高25％以上。此外，为了减小对流热阻，该第二散热部分4与其周围空气的接触面积例如与外壳表面的空气流道接触的面积应该尽量大。为了使散热效率相对传统的散热器有较为明显的改进，添加了第二散热部分4之后整个复合散热器的散热面积与第一散热部分2的面积之比应在10％以上。优选地，第二散热部分4的面积是第一散热部分2面积的40％以上，这样散热能力可以改善10％以上。

图3为本实用新型实施例的电子装置的另一示意图，在图3中，第一散热部分2并未设置鳍片。在本实用新型中，对外壳5的材质无特定要求。另外，如图4所示，作为一个实施例，当外壳5的材质导热系数较高时，外壳5亦可以作为第二散热部分2，即作为扩展的散热面积辅助第一散热部分2散热。具体实现的方式是第一散热部分2通过连接界面3与外壳5中与第一散热部分2垂直的部分相连。连接界面3也可采用界面材料，例如硅脂、垫片、相变材料、金属材料、焊料等，或通过机械接触或螺丝紧固的方式使第一散热部分2与外壳5连接在一起。在这一情况下，外壳5就是第二散热部分4。

本实用新型提出了一种新型的复合结构的散热器。该散热器包含了第一散热部分2和第二散热部分4，二者的材料不同，第二散热部分4的导热系数高于第一散热部分2。其中第一散热部分2的材料为金属材料，例如铜或铜合金、铝或铝合金等，其导热系数大约在150～400W/(mK)范围内，电阻率1.6×10^-8Ωm～1×10^-7Ωm。而第二散热部分4为另一种材料，其导热系数大于500W/(mK)。例如，第二散热部分4为石墨片，石墨材料导热性能优于金属，，而其导电性能又弱于金属，普通石墨材料的电阻率范围通常会大于8×10^-6Ωm。第一散热部分2和第二散热部分4可以通过连接界面3连接在一起。连接界面3可为热界面材料(thermalinterfacematerial,TIM)例如硅脂、垫片、相变材料、金属材料、焊料等组合在一起。此外，第一散热部分2和第二散热部分4也可以通过采用螺丝紧固或者夹片等机械方式进行紧固组合。

热源1例如电子元件紧贴第一散热部分材料，这样，在电子设备工作时，热源产生的热量先导入复合散热器第一散热部分2可进行部分散热，剩余热量再扩散至第二散热部分4进行散热，之后该复合散热器将一部分热量散到其散热器风道中，另一部分通过界面传导到扩展散热面积的结构上，再由该结构散到附近的风道里，空气在上述两个风道内不断流动，最终将热量带出电子设备的机壳，实现冷却热源的目的。通过使用这种复合结构的散热器，也即通过采用了导热性能优于金属的第二种材料，能够在有限的空间内提升散热性能。在能有效降低热源的温度的同时，也利于改善复合散热器风道下游的器件的散热环境。同时，因为第二种材料的导电性能弱于金属，因此也能够使安装在该复合结构散热器上的热源减少对电源内部其他元器件的影响，也减少了其他元器件对该热源的影响，也即能够更好地改善电源的电磁干扰特性。

本实用新型另提出一种散热模组，设置在电子装置的载板上。该散热模组包括上述的复合散热器和单列直插芯片。该单列直插芯片是指通过单列直插式封装加工形成的芯片，其通过其接脚插与载板连接上，上述复合散热器的第一散热部分与单列直插芯片的其中一个表面贴合设置，使得热量从单列直插芯片传导至第一散热部分，并进一步传导至第二散热部分，通过第一散热部分以及和第二散热部分将热量逸散。本实用新型中例举的散热模组尤其适用于载板上电子器件摆放密度较高时，单列直插芯片周围给散热器预留的空间较少的情况下，例如只允许单列直插芯片的一侧有预留散热器的空间情况下。该复合散热器充在不占用载板上额外面积的条件下，分利用了载板以上的高度空间对热源进行有效的散热。综上所述，本实用新型提出的复合散热器和散热模组，至少具有如下优点：

1.采用了导热性能优于第一散热部分的第二散热部分，不仅增加了散热的表面积，而且提高了整个散热器的导热性能，使热量能够尽快逸散；

2.第二散热部分靠近电子装置的外壳设置，充分利用了外壳內载板以上的高度空间，有利于电子装置的小型化；

3.在电子装置的外壳为金属壳体的情况下，采用导电性能低于金属的材料制作第二散热部分，减少了电磁屏蔽，提升了电子装置的性能；

4.当利用外壳与第一散热部分垂直的部分作为第二散热部分时，整个外壳作为复合散热器的一部分，进一步提高了散热能力。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种复合散热器，设置在电子装置中，所述电子装置包括热源、载板和外壳，所述热源设置在所述载板上，所述热源和所述载板收容于所述外壳内，其特征在于，所述复合散热器包括：

第一散热部分，紧贴所述热源设置；以及

第二散热部分，设置于所述第一散热部分远离所述载板的一侧，与所述第一散热部分垂直连接；

所述第二散热部分与所述第一散热部分材料相异，所述第二散热部分的导热系数高于所述第一散热部分。

2.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分贴合于所述外壳的内壁，所述第二散热部分的导热系数高于所述外壳，所述第二散热部分的导电系数低于所述外壳。

3.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述复合散热器还包括连接界面，所述第二散热部分通过所述连接界面与所述第一散热部分连接。

4.如权利要求3所述的复合散热器，其特征在于，所述连接界面为硅脂、垫片、相变材料、金属材料或焊料。

5.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分通过机械连接的方式与所述第一散热部分连接。

6.如权利要求5所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分通过螺丝紧固或者夹片连接的方式与所述第一散热部分连接。

7.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分的表面积大于所述第一散热部分的表面积。

8.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分为所述外壳中与所述第一散热部分垂直的部分。

9.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分的导电系数小于第一散热部分的导电系数。

10.如权利要求9所述的复合散热器，其特征在于，所述第一散热部分的材料为金属材料，所述第二散热部分的材料为石墨。

11.如权利要求1所述的复合散热器，其特征在于，所述第二散热部分的面积大于等于第一散热部分的面积的百分之十。

12.一种散热模组，设置在电子装置的载板上，其特征在于，所述散热模组包括复合散热器和热源，所述热源为单列直插芯片，所述单列直插芯片插设在所述载板上，所述复合散热器为如权利要求1-11中任一项所述的复合散热器。