CN213244790U - 一种散热装置 - Google Patents

Abstract

一种散热装置，用于电子器件的散热，所述散热装置包括基板、散热片以及连接所述基板与所述散热片的换热件，所述基板包括相对的吸热面与散热面，所述吸热面用于与电子器件连接以吸收电子产品产生的热量；所述基板内形成有空腔，所述空腔内承载有相变工质，所述换热件连接于所述基板的散热面上并与所述基板的空腔相连通，所述散热片设于所述散热面上并与所述换热件的外壁面连接，所述相变工质在所述基板的空腔内吸热汽化并沿所述换热件流动、在所述换热件内放热冷凝并回流至所述基板的空腔内，本实用新型散热装置通过工质的相变可以快速地吸热与放热，通过基板与换热件构成工质的蒸发‑冷凝路径，将电子器件的热量迅速地传递至散热片散发，保证电气安全。

Description

一种散热装置

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，特别是涉及一种用于电子器件的散热装置。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

IGBT等功率电子器件在工作中，由于自身的功率损耗会导致温度升高。为保证IGBT 器件的可靠运行，通常会在IGBT器件上连接散热器以加大散热面积，实现发热与散热的热平衡，保证IGBT器件的结温在允许的范围内。然而，散热器是利用空气的自然对流及辐射作用将热量带走，散热器的热交换效率较低，对于一些功率较大的IGBT器件难以达到理想的散热效果。

实用新型内容

有鉴于此，提供一种简单、高效的散热装置。

本实用新型提供一种散热装置，用于电子器件的散热，所述散热装置包括基板、散热片以及连接所述基板与所述散热片的换热件，所述基板包括相对的吸热面与散热面，所述吸热面用于与电子器件连接以吸收电子产品产生的热量；所述基板内形成有空腔，所述空腔内承载有相变工质，所述换热件连接于所述基板的散热面上并与所述基板的空腔相连通，所述散热片设于所述散热面上并与所述换热件的外壁面连接，所述相变工质在所述基板的空腔内吸热汽化并沿所述换热件流动、在所述换热件内放热冷凝并回流至所述基板的空腔内。

进一步地，所述换热件为L形管状结构，包括折弯连接第一段与第二段，所述第一段远离第二段的一端开口、第二段远离第一段的一端封闭；所述基板的散热面形成有贯穿的插接孔与所述第一段远离第二段的一端相插接，所述散热片形成有贯穿的连接孔与所述换热件的第二段相插接。

进一步地，所述基板为方形板状结构，还包括在第一方向上相对的第一侧面、第二侧面以及在第二方向上相对的第三侧面、第四侧面；在所述第二方向上，所述插接孔偏离所述基板的中央、相对地靠近所述第三侧面而远离所述第四侧面；所述换热件的第一段由所述基板的散热面朝向所述第三侧面所在的一侧倾斜延伸。

进一步地，所述换热件具有多个且成对设置，各对换热件沿所述第二方向排布，每一对换热件的两个第一段彼此靠近、两个第二段彼此背离并分别由相应的第一段朝向所述基板的第一侧面、第二侧面延伸。

进一步地，所述换热件的内壁面上设置有毛细层，以促进冷凝相变工质向所述基板回流。

进一步地，所述换热件为扁平板状结构且连接于所述基板的散热面上；所述散热片与所述换热件的侧面相贴合。

进一步地，所述基板为方形板状结构，还包括在第一方向上相对的第一侧面、第二侧面以及在第二方向上相对的第三侧面、第四侧面；所述换热件为多个且沿所述第一方向间隔排布，所述散热片夹设于相邻的换热件之间；每一所述换热件内形成有多个翅片，所述翅片之间形成供汽态相变工质流动以及液态相变工质回流的气液流道；在所述第二方向上，所述翅片偏离所述换热件的中部，相对地靠近所述第三侧面而远离所述第四侧面。

进一步地，所述气液流道由所述基板的散热面朝向所述第三侧面所在的一侧倾斜延伸。

本实用新型还提供一种散热装置，用于电子器件的散热，其特征在于：所述散热装置包括基板、散热片以及连接所述基板与散热片的换热件，所述基板包括相对的吸热面与散热面，所述吸热面用于与电子器件连接，所述换热件连接于所述散热面上，所述基板内形成有空腔，所述空腔内承载有液态相变工质，当所述散热装置处于第一状态时，所述空腔内的液态相变工质的液面不低于所述电子器件的顶面。

进一步地，所述基板的散热面形成有贯穿的插接孔与所述换热件相连通，当所述散热装置处于第一状态时，所述空腔内的液态相变工质的液面不高于所述插接孔。

相较于现有技术，本实用新型散热装置通过工质的相变可以快速地吸热与放热，通过基板与换热件构成工质的蒸发-冷凝路径，将电子器件的热量迅速地传递至散热片散发，使电子器件处于适当的温度范围，保证电气安全。

附图说明

图1为本实用新型散热装置一实施例的结构示意图。

图2为图1沿II-II线的剖视图。

图3为图1所示散热装置的另一角度示意图。

图4为图3所示散热装置的爆炸图。

图5为图1所示散热装置的使用状态示意图。

图6为图1所示散热装置的另一使用状态示意图。

图7为本实用新型散热装置另一实施例的结构示意图。

图8为图7所示散热装置的使用状态示意图。

图9为图7所示散热装置的另一使用状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本实用新型的一个或多个实施例，以使得本实用新型所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

本实用新型散热装置用于对电子器件，特别是大功率IGBT器件等散热，以确保电子器件在适当的温度下运行，保证电气安全。如图1-3所示，本实用新型一实施例的散热装置包括基板10、散热片30、以及连接基板10与散热片30的换热件50。

基板10优选地为铜、铝或者铜合金、铝合金等导热性能良好的材料制成，整体可以为圆形或方形薄板结构。基板10的厚度方向(即图4所示Y方向)上的相对两侧面分别作为吸热面12与散热面14，其中吸热面12用于与电子器件100(见图6)连接以吸收电子产品的热量；散热面14与散热片30连接，吸热面12所吸收的部分热量可以由散热面14直接传导至散热片30进行散发。基板10的内部形成有空腔16用于容纳相变工质70，相变工质70 优选沸点低、易挥发的液体，如水、甲醇等，吸热时可由液态转化为气态、放热时可由气态转化为液态。工质70吸热或者放热产生相变，其传热效率远远大于热传导或者热辐射，因此基板10通过其吸热面12所吸收的电子器件100的热量的绝大部分被工质70吸收并通过换热件50传递至散热片30散发，相对于散热面14与散热片30之间的热传导，散热效率可以数十倍甚至百倍地提升。

散热片30优选地由铝、铝合金、不锈钢等材料制成，重量轻且导热性能好。散热片30 为多片堆栈结构，每一散热片30为薄片状，极大地增加了与空气的热交换面积。本实施例中，散热片30竖直地设置于基板10的散热面14上，两者之间可以通过焊接等方式固定连接。在其它实施例中，散热片30与基板10也可以是一体结构。较佳地，每一散热片30与基板10相连接的侧边折弯形成一折边32，相邻的散热片30的折边32相抵顶，共同形成一与散热面14相贴合的平板，既增加了散热片30与基板10的接触面积，也确保散热片30之间形成适当的间隔距离，空气可以顺畅地在散热片30之间流动，带走散热片30的热量。在一些实施例中，散热装置还可以包括有风机，风机提供强制气流加速空气在散热片30之间的流动，进一步加强散热片30与空气的热交换。

请同时参阅图4，本实施中，换热件50为L形的中空圆管结构，包括大致呈直线状的第一段52与第二段54、以及位于第一段52与第二段54之间的弯曲过渡段56。其中，第一段52的末端，即其远离第二段54的一端开口并与基板10插接相连；第二段54的末端，即其远离第一段52的一端封闭，第二段54与散热片30插接相连。换热件50折弯成L状，可以有效增加换热件50与散热片30的接触面积，加强换热件50与散热片30之间的传热效率。按图示方向，基板10为长方块形，散热片30沿基板10的长度方向(即图4的X方向)排布，换热件50的第一段52大致垂直于基板10的散热面14设置、第二段54沿X方向延伸并与散热片30垂直地相插接。较佳地，散热片30上形成有贯穿的连接孔34用于插接换热件50的第二段54，连接孔34的周缘形成有凸环36，凸环36与相邻的散热片30相抵顶，共同形成一与第二段54的外壁面相贴的套管，加大换热件50与散热片30之间的接触面积，加强两者之间的热传导。

基板10的散热面14上形成有贯穿的插接孔18用于插接换热件50的第一段52，第一段 52的末端插接于插接孔18内并与散热面14密封连接，换热件50的内部空间通过其末端开口与基板10内的空腔16相连通，从而工质70可以在基板10与换热件50之间流动。具体地，基板10还包括在第一方向，即图4所示X方向上相对的第一侧面22与第二侧面24；在第二方向，即图4所示Z方向上相对的第三侧面26与第四侧面28。沿X方向，插接孔 18位于基板10的中央；沿Z方向，插接孔18偏置于基板10的上半部，相对地靠近第三侧面26而远离第四侧面28。较佳地，换热件50成对设置，每对换热件50的两个第一段52 相靠近，位于基板10长度方向上的中央位置；每对换热件50的两个第二段54彼此相背，分别朝向第一侧面22与第二侧面24延伸。换热件50可以有多对，多对换热件50沿基板10 的宽度方向上下排布，图示实施例中换热件50为两对。

换热件50的第一段52相对于基板10倾斜一小的角度，如图5所示，第一段52沿远离基板10的方向由散热面14朝向第三侧面26所在的一侧略微倾斜向上延伸，使得工质70汽化后的流动路径倾斜向上；相应地，第一段52在朝向基板10的方向上，朝向第四侧面28 倾斜向下延伸，使冷凝后的回流路径倾斜向下，从而加速蒸汽与冷凝液的流动，进一步加强热传效果。另外，换热件50偏置于基板10的上半部，散热装置竖立时(如图5所示)基板 10内的工质70不会淹没换热件50的开口，影响蒸汽进入换热件50。对应地，每一散热片 30的上半部分(即靠近基板10的第三侧面26的部分)的尺寸大于下半部分(即靠近基板 10的第四侧面28的部分)的尺寸，连接孔34形成于散热片30的上半部分。如此，换热件 50与散热片30的热交换集中于散热片30尺寸较大的上半部分，保证了换热件50与散热片 30之间的热交换效果以及散热片30与空气之间的热交换效果，另外通过减小散热片30的下半部分的尺寸可以有效减小散热装置的整体重量。

本实用新型散热装置在使用时，通过基板10的吸热面12吸收与之连接的电子器件100 所产生的热量，所吸收的热量使基板10内的工质70汽化，汽化的工质70由换热件50的第一段52的开口进入换热件50并沿着换热件50流动至其第二段54，在第二段54将热量传导至散热片30后冷凝成液体，冷凝后的工质70沿着换热件50的内壁面回流至基板10的空腔16内并再次吸热汽化，循环不断地将热量快速地传导至散热片30，散热片30基由其大的表面可以及时地将热量散发至周围空气中。较佳地，换热件50的内壁面上设置有毛细层，毛细层可以是烧结的多孔结构、多孔编制网等，通过毛细作用力可以有效地促进冷凝后的液体由换热件50向基板10回流。

本实用新型通过换热件50在基板10与散热片30之间进行热量传输，利用工质70的相变实现热量的快速吸收与释放，相较于热传导或者热辐射的散热方式，可以大幅提升散热效果，确保电子器件100，特别是大功率IGBT器件运行在一合理的温度范围内，确保电气安全。当然，通过工质70的相变传输热量的同时，也会有少部分的热量通过基板10的散热面14传导至散热片30，散热片30同时与散热面14、换热件50相连接，使得整个散热片30 上的温度比较均匀，可以充分利用散热片30进行热量散发，散热效果更好。应当理解地，本实用新型散热装置主要利用工质70的相变传输热量，散热片30与基板10也可以分离设置并通过换热件50进行热量传输，如电子产品内部结构紧凑、安装空间小的场合，可以将散热片30配置于远离电子器件100的位置上，避免散热片30与电子器件100的周边元器件相干涉。

本实用新型散热装置可以有多种不同的使用状态，以适应电子器件100的不同安装方向。图5所示为本实用新型散热装置的第一状态，电子器件100竖直设置或者相对于竖直方向倾斜一小的角度，散热装置的基板10竖直摆放或者倾斜一小的角度，使吸热面12大致呈竖直状并贴设于电子器件100一侧。此时，换热件50的第一段52、第二段54大致呈水平状；基板10的上半部分，即连接有换热件50的部分朝上，电子器件100与基板10的吸热面12的下半部分相贴。较佳地，基板10内的工质70的液面不低于电子器件100的顶面且不高于基板10的插接孔18，如此工质70在吸热汽化后可以直接进入换热件50并沿换热件50流动至其第二段54以将热量释放至散热片30。冷凝后的工质70沿着换热件50的第一段52朝向基板10回流，回流路径倾斜向下，工质70在自身重力的加持下可以快速回流至基板10。

图6所示为本实用新型散热装置的第二状态，电子器件100’水平设置或者相对于水平方向倾斜一小的角度上，散热装置的基板10水平摆放或者倾斜一小的角度，使吸热面12大致呈水平状并贴设于电子器件100’上。此时，换热件50的第一段52大致呈竖直状、第二段 54大致呈水平状；基板10的散热面14位于吸热面12的上方，工质70的液面与散热面14间隔有小的间隙，基板10类似于一蒸发腔。工质70吸热汽化时，部分汽化的工质70进入换热件50并流动至第二段54将热量传输至散热片30，部分汽化的工质70在基板10的散热面14处放热冷凝将热量通过散热面14传输至散热片30，同样能达到良好的散热效果。应当理解地，本实用新型散热装置将热管偏置于基板10的上半部，对于倾斜设置的电子器件本实用新型散热装置同样可以倾斜一定角度与其相适配，因此本实用新型散热装置可以适用于各种电子器件，散热效果好、适用范围广。

图7-9所示为本实用新型散热装置的另一实施例，包括基板10a、散热片30a以及换热件50a。本实施例中，换热件50a为扁平的板状结构，竖立于基板10a的散热面14a上。较佳地，换热件50a为多个且沿基板10a的长度方向间隔排布，散热片30a设置于换热件50a 之间。

每一换热件50a与基板10a固定连接并与基板10a内的空腔16a相连通，工质70在基板10a的空腔16a内蒸发汽化、在换热件50a内冷凝液化。较佳地，换热件50a的上半部，即靠近基板10a的第三侧面26a的部分内设置有翅片58a，翅片58a之间形成气液流道59a，供汽化的工质流向换热件50a以及在换热件50a内冷凝后的液态工质向基板10a回流。较佳地，翅片58a以及翅片58a间的气液流道59a由基板10a的散热面14a朝向第三侧面26所在的一侧倾斜向上延伸，加速汽化的工质流向换热件50a；相应地，气液流道59a在朝向基板 10a上，朝向第四侧面28a倾斜向下延伸，使得工质70在自身重力的作用下可以快速回流至基板10a。

散热片30a堆叠于10a的散热面14a上，每一散热片与基板10a相平行。散热片30a与相邻两侧的两个换热件50a的侧面相连接，较佳地，散热片30a的两侧边均形成有折边32a，散热片30a两侧的折边32a分别构成一平面，加大与换热件50a的接触面积。应当理解地，散热片30a也可以有其它形式，如环绕换热件50a的外壁面设置等，只要散热片30a能与换热件50a形成良好的热交换即可。

请同时参阅图8与图9，本实施例的散热装置同样可以有两种使用状态，图8所示散热装置为第一状态，应用于竖直的电子器件100散热，基板10a的吸热面12a竖直设置并贴设于电子器件100的侧面，基板10a内的工质70的液面优选地不低于电子器件100也不高于翅片58a，可以充分地吸收电子器件100的热量而汽化，汽化的工质70可以顺畅地进入换热件50a将热量传递至散热片30a，放热冷凝后的液体可以沿着翅片58a之间的流道59a顺畅地回流至基板10a。图9所示散热装置的第二状态，应用于横向的电子器件100’散热，基板 10a的吸热面12a水平设置并贴设于电子器件100’的上方，基板10a内的工质70的液面与基板10a的散热面14a相间隔，工质70吸热汽化后向上运动而进入换热件50a放热，放热冷凝后的液体向下回流至基板10a中，同样能达到优良的散热效果。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种散热装置，用于电子器件的散热，其特征在于：所述散热装置包括基板、散热片以及连接所述基板与所述散热片的换热件，所述基板包括相对的吸热面与散热面，所述吸热面用于与电子器件连接以吸收电子产品产生的热量；所述基板内形成有空腔，所述空腔内承载有相变工质，所述换热件连接于所述基板的散热面上并与所述基板的空腔相连通，所述散热片设于所述散热面上并与所述换热件的外壁面连接，所述相变工质在所述基板的空腔内吸热汽化并沿所述换热件流动、在所述换热件内放热冷凝并回流至所述基板的空腔内。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述换热件为L形管状结构，包括折弯连接第一段与第二段，所述第一段远离第二段的一端开口、第二段远离第一段的一端封闭；所述基板的散热面形成有贯穿的插接孔与所述第一段远离第二段的一端相插接，所述散热片形成有贯穿的连接孔与所述换热件的第二段相插接。

3.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述基板为方形板状结构，还包括在第一方向上相对的第一侧面、第二侧面以及在第二方向上相对的第三侧面、第四侧面；在所述第二方向上，所述插接孔偏离所述基板的中央、相对地靠近所述第三侧面而远离所述第四侧面；所述换热件的第一段由所述基板的散热面朝向所述第三侧面所在的一侧倾斜延伸。

4.如权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述换热件具有多个且成对设置，各对换热件沿所述第二方向排布，每一对换热件的两个第一段彼此靠近、两个第二段彼此背离并分别由相应的第一段朝向所述基板的第一侧面、第二侧面延伸。

5.如权利要求1-4任一项所述的散热装置，其特征在于，所述换热件的内壁面上设置有毛细层，以促进冷凝相变工质向所述基板回流。

6.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述换热件为扁平板状结构且连接于所述基板的散热面上；所述散热片与所述换热件的侧面相贴合。

7.如权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述基板为方形板状结构，还包括在第一方向上相对的第一侧面、第二侧面以及在第二方向上相对的第三侧面、第四侧面；所述换热件为多个且沿所述第一方向间隔排布，所述散热片夹设于相邻的换热件之间；每一所述换热件内形成有多个翅片，所述翅片之间形成供汽态相变工质流动以及液态相变工质回流的气液流道；在所述第二方向上，所述翅片偏离所述换热件的中部，相对地靠近所述第三侧面而远离所述第四侧面。

8.如权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述气液流道由所述基板的散热面朝向所述第三侧面所在的一侧倾斜延伸。

9.一种散热装置，用于电子器件的散热，其特征在于：所述散热装置包括基板、散热片以及连接所述基板与散热片的换热件，所述基板包括相对的吸热面与散热面，所述吸热面用于与电子器件连接，所述换热件连接于所述散热面上，所述基板内形成有空腔，所述空腔内承载有液态相变工质，当所述散热装置处于第一状态时，所述空腔内的液态相变工质的液面不低于所述电子器件的顶面。

10.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，所述基板的散热面形成有贯穿的插接孔与所述换热件相连通，当所述散热装置处于第一状态时，所述空腔内的液态相变工质的液面不高于所述插接孔。

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