TW202303070A - 熱元件用散熱器 - Google Patents

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安在英司
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日商日本輕金屬股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種具有更大的冷卻效果且結構更簡單的散熱器。一種熱元件用散熱器，包括金屬製筒狀構件、散熱用鰭片、以及在內部具有流體通路的金屬製中空構件或熱管，且所述熱元件用散熱器中，所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部，所述金屬製中空構件或所述熱管配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述金屬製中空構件或所述熱管的外周面此兩者和熱元件接觸。

Description

熱元件用散熱器
本發明是有關於一種熱元件用散熱器。
半導體元件、特別是功率半導體等熱元件運行時的發熱量大，為了獲得穩定的運行，例如需要藉由經由散熱器進行散熱來抑制溫度的上升。迄今為止，提出了藉由將熱元件發出的熱傳遞至散熱器來進行散熱的裝置（專利文獻1）。 另外，在專利文獻2所提出的裝置中，提出了利用具有流體通路的兩個以上的散熱構件自熱元件的內側及外側進行冷卻的裝置。
[專利文獻1]日本專利特開2000-349233號公報 [專利文獻2]日本專利特開2012-239256號公報
以功率半導體為代表的半導體元件的近年來的高性能化、小型化的要求越來越高。為此，要求提高半導體器件的性能，但若高性能化則發熱量變大。另外，亦需要配置於半導體元件的半導體器件的高密度化，只要半導體器件高密度地配置，則發熱量變得更大，為了應對急劇增加的發熱量，強烈要求提高散熱器的冷卻性能。進而，亦要求散熱器自身的小型化。 但是，在專利文獻1的裝置中，由於散熱器僅一個面與熱元件抵接，因此散熱器所發揮的冷卻效果不充分。另外，在專利文獻2的裝置中，由於需要在裝置內設置多個獨立的流體通路，因此有可能結構複雜，且安裝作業變得繁雜等。
本發明是鑒於所述情況而成者，其目的在於提供一種具有更大的冷卻效果且結構更簡單的散熱器。
即，本發明者對各種方式進行了研究，結果發現一種熱元件用散熱器，其包括金屬製筒狀構件、散熱用鰭片、以及在內部具有流體通路的金屬製中空構件或熱管，且在所述熱元件用散熱器中，所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部，所述金屬製中空構件或所述熱管配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述金屬製中空構件或所述熱管的外周面此兩者和熱元件接觸，藉此成為具有更大的冷卻效果且結構更簡單的散熱器，從而完成了本發明。
解決所述課題的本發明包括下述方面。 （1）.一種熱元件用散熱器，包括： 金屬製筒狀構件； 散熱用鰭片；以及 金屬製中空構件，在內部具有流體通路，且所述熱元件用散熱器中， 所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部， 所述金屬製中空構件配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且 所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述金屬製中空構件的外周面此兩者和熱元件接觸。 （2）.一種熱元件用散熱器，包括： 金屬製筒狀構件； 散熱用鰭片；以及 熱管，且所述熱元件用散熱器中， 所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部， 所述熱管配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且 所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述熱管的外周面此兩者和熱元件接觸。 （3）.如（1）或（2）所述的熱元件用散熱器，其中所述散熱用鰭片與所述金屬製筒狀構件的軸向平行地形成。 （4）.如（1）或（3）所述的熱元件用散熱器，其中在所述金屬製中空構件的內部設置有一個以上的肋。 （5）.如（1）至（4）中任一項所述的熱元件用散熱器，其中在所述金屬製筒狀構件的內周面、所述金屬製中空構件的外周面或所述熱管的外周面的一個以上設置有配置熱元件的槽。 （6）.一種熱元件用散熱器，藉由散熱用鰭片將兩個以上的如（1）至（5）中任一項所述的熱元件用散熱器加以連結。
根據本發明，提供一種具有更大的冷卻效果且結構更簡單的散熱器。
以下，對散熱器的各種實施方式進行說明，但在對一實施方式記載的特定的說明亦適用於其他實施方式的情況下，在其他實施方式中省略其說明。
[第一實施方式] 本發明的第一實施方式的散熱器是一種熱元件用散熱器，其包括金屬製筒狀構件、散熱用鰭片、以及在內部具有流體通路的金屬製中空構件，且所述熱元件用散熱器中，所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部，所述金屬製中空構件配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述金屬製中空構件的外周面此兩者和熱元件接觸。如圖1所示，在外周部設置有散熱用鰭片的金屬製筒狀構件的內側，配置有在內部具有流體通路的金屬製中空構件。另外，設計成可在金屬製筒狀構件與金屬製中空構件之間設置熱元件，而成為熱元件和金屬製筒狀構件與金屬製中空構件此兩者接觸的結構。此處，熱元件是指包括半導體等熱源的元件。本實施方式的散熱器用於熱元件的冷卻，特別適合小型模塊等所使用的半導體等元件的冷卻。
金屬製筒狀構件是具有孔的筒形狀的金屬製構件。金屬製筒狀構件的與軸向垂直的剖面的形狀為矩形中空剖面或圓形中空剖面等，並無特別限定，可根據設置散熱器的模塊等的形狀適當選擇。孔的形狀為矩形或圓形等，並無特別限定，可根據所設置的熱元件或金屬製中空構件的形狀適當選擇。金屬製筒狀構件的厚度並無特別限定，可根據設置於外周面的熱元件或金屬製中空構件的形狀，選擇例如2 mm～4 mm、5 mm～15 mm、30 mm～70 mm等。本發明的散熱器的冷卻性能高，因此，即使金屬製筒狀構件是3 mm見方般的微細構件，相較於散熱器的大小而言，亦可獲得高的冷卻性能。
作為金屬製筒狀構件的材料，可使用鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等，特佳為鋁、鋁合金。
金屬製筒狀構件並無特別限定，可藉由擠壓成形、使板狀構件變圓並將接縫焊接等成形方法來成形，在本實施方式中藉由擠壓成形來成形。
散熱用鰭片是俯視為矩形的板狀的金屬構件，在金屬製筒狀構件的外周部以大致等間隔並列設置有多片。鰭片的高度、厚度、尺寸、片數等並無特別限定，可根據用途適當設定。本實施方式中金屬製筒狀構件的外周部是指金屬製筒狀構件的外周及其附近。藉由在金屬製筒狀構件的外周部設置散熱用鰭片，熱自散熱用鰭片散出，有效果地冷卻金屬製筒狀構件。
作為散熱用鰭片的材料，可使用鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等，特佳為鋁、鋁合金。另外，較佳為使用與金屬製筒狀構件相同的材料。
散熱用鰭片可與金屬製筒狀構件一體形成，亦可藉由開槽加工而形成，亦可藉由銅焊而與金屬製筒狀構件接合，但較佳為與金屬製筒狀構件一體形成。
在某一實施方式中，散熱用鰭片與筒狀構件的軸向平行地設置，藉此能夠藉由擠壓成形將金屬製筒狀部與散熱用鰭片一體成形。
散熱用鰭片只要起到一定以上的冷卻效果，則未必需要覆蓋筒狀構件的整個外周，但較佳為至少覆蓋外周的二分之一，更佳為至少覆蓋外周的四分之三。
金屬製中空構件在內部具有流體通路，而成為中空結構。流體通路是指可供空氣、水等熱輸送流體流通的通路。藉由熱輸送流體在流體通路內流通，金屬製中空構件的熱向熱輸送流體移動，有效果地冷卻金屬製中空構件。
作為金屬製中空構件的與軸向垂直的剖面的形狀，為矩形中空剖面或圓形中空剖面等，並無特別限定，可根據設置於外周面的熱元件或金屬製筒狀構件的形狀適當選擇。流體通路的形狀為矩形或圓形等，並無特別限定。金屬製中空構件的厚度並無特別限定，可根據設置於外周面的熱元件或金屬製筒狀構件的形狀，選擇例如1 mm～3 mm、5 mm～10 mm、30 mm～50 mm等。
作為金屬製中空構件的材料，可使用鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等，特佳為鋁、鋁合金。
在某一實施方式中，金屬製中空構件在其內部設置有一個以上的肋。藉由設置有肋，流體通路被分隔，可增加與在金屬製中空構件的內部流動的熱輸送介質接觸的金屬製中空構件的表面積，起到提高冷卻性能的效果。在設置多個肋的情況下，只要維持作為流體通路的功能，則其結構就並無特別限定，各個肋可平行地設置，亦可設置成格子狀。
金屬製中空構件並無特別限定，可藉由擠壓成形、使板狀構件變圓並將接縫焊接等成形方法來成形，在本實施方式中藉由擠壓成形來成形。
在本實施方式中，設計成可在金屬製筒狀構件與金屬製中空構件之間設置熱元件，亦可將設置用的槽設在金屬製筒狀構件的內周面或金屬製中空構件的外周面。藉由設置與熱元件的形狀一致的槽並在所述槽中配置熱元件，可增加熱元件與金屬製筒狀構件及金屬製中空構件的接觸面積，而可提高冷卻性能。由於成為熱元件和金屬製筒狀構件與金屬製中空構件此兩者接觸的結構，因此熱元件所產生的熱向金屬製筒狀構件及金屬製中空構件這兩者移動，有效果地冷卻熱元件。另外，在某一實施方式中，亦能夠在散熱器內設置多個熱元件。
[第二實施方式] 本發明的第二實施方式的散熱器是一種熱元件用散熱器，其包括在外周部具有散熱用鰭片的金屬筒狀構件、以及熱管，且所述熱元件用散熱器中，所述熱管配置於所述金屬製筒狀構件的內部，並且所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件與所述熱管此兩者和熱元件接觸。如圖2所示，在外周部包括散熱用鰭片的金屬製筒狀構件的內側配置有熱管。另外，設計成可在金屬製筒狀構件與熱管之間設置熱元件，而成為熱元件和金屬製筒狀構件與熱管此兩者接觸的結構。
熱管是用於利用工作流體氣化時的潛熱進行冷卻的裝置，包括容器、封入容器內的工作流體、吸液芯。作為容器的材料，可使用鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等。作為工作流體，可使用水、醇、氨、氟利昂系製冷劑等。作為吸液芯，可使用將金屬粉末燒結而成的多孔質的結構體等。熱管的一端部作為蒸發部發揮功能，另一端部作為冷凝部發揮功能。在蒸發部，工作流體受熱而蒸發，成為氣體的工作流體向冷凝部移動。在冷凝部中，工作流體釋放熱而冷凝。冷凝而成為液體的工作流體在吸液芯內移動而向蒸發部回流。
作為熱管的形狀，為棱柱或多面體等，並無特別限定，可根據設置於外周面的熱元件或金屬製筒狀構件的形狀適當選擇。根據設置於外周面的熱元件或金屬製筒狀構件的形狀，亦可包括兩個以上的熱管。
在本實施方式中，設計成可在金屬製筒狀構件與熱管之間設置熱元件，而形成熱元件和金屬製筒狀構件與熱管此兩者接觸的結構，因此熱元件所產生的熱向金屬製筒狀構件與熱管此兩者移動，有效果地冷卻熱元件。另外，若使用熱管，則無需設置流體通路，因此結構變得更簡單，安裝作業更簡化。另外，在某一實施方式中，亦能夠在散熱器內設置多個熱元件。
在某一實施方式中，亦可在所述熱管的外周面的一個以上設置配置熱元件的槽。藉由設置與熱元件的形狀一致的槽並在所述槽中配置熱元件，可增加熱元件與金屬製筒狀構件及熱管的接觸面積，從而可提高冷卻性能。
第一實施方式及第二實施方式的散熱器亦可藉由將散熱用鰭片彼此結合而連結使用。
以上，使用各種實施方式說明了本發明，但本發明的技術範圍當然並不限定於所述實施方式所記載的範圍。對本領域技術人員而言明確的是能夠對所述實施方式施加多種變更或改良。另外，根據申請專利範圍的記載而明確，此種施加了變更或改良的形態亦可包含在本發明的技術範圍內。 [產業上的可利用性]
本實施方式的散熱器具有大的冷卻效果，且結構更簡單，因此特別是作為以高性能化、小型化的功率半導體為代表的半導體元件等熱元件的冷卻用途，具有產業上的可利用性。
1:散熱器 2:金屬製筒狀構件 3:散熱用鰭片 4:金屬製中空構件 41:流體通路 42:肋 5:熱管 6:熱元件
圖1是表示本發明的第一實施方式的散熱器的圖。 圖2是表示本發明的第一實施方式的另一散熱器的圖。 圖3是表示本發明的第一實施方式的散熱器的剖面圖的圖。 圖4是表示本發明的第一實施方式的另一散熱器的剖面圖的圖。 圖5是表示本發明的第一實施方式的又一散熱器的剖面圖的圖。 圖6是表示本發明的第二實施方式的散熱器的圖。

Claims (6)

  1. 一種熱元件用散熱器，包括： 金屬製筒狀構件； 散熱用鰭片；以及 金屬製中空構件，在內部具有流體通路，且所述熱元件用散熱器中， 所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部， 所述金屬製中空構件配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且 所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述金屬製中空構件的外周面此兩者和熱元件接觸。
  2. 一種熱元件用散熱器，包括： 金屬製筒狀構件； 散熱用鰭片；以及 熱管，且所述熱元件用散熱器中， 所述散熱用鰭片設置於所述金屬製筒狀構件的外周部， 所述熱管配置於所述金屬製筒狀構件的內部，且 所述熱元件用散熱器設計成所述金屬製筒狀構件的內周面與所述熱管的外周面此兩者和熱元件接觸。
  3. 如請求項1或請求項2所述的熱元件用散熱器，其中所述散熱用鰭片與所述金屬製筒狀構件的軸向平行地形成。
  4. 如請求項1所述的熱元件用散熱器，其中在所述金屬製中空構件的內部設置有一個以上的肋。
  5. 如請求項1或請求項2所述的熱元件用散熱器，其中在所述金屬製筒狀構件的內周面、所述金屬製中空構件的外周面或所述熱管的外周面的一個以上設置有配置熱元件的槽。
  6. 一種熱元件用散熱器，藉由散熱用鰭片將兩個以上的如請求項1或請求項2所述的熱元件用散熱器加以連結。
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