TW202303071A - 熱元件冷卻用的散熱器 - Google Patents

Abstract

本發明的課題在於提供一種散熱器，其用於半導體等熱元件的冷卻，且特別適合小型模塊等所使用的半導體等熱元件的冷卻。藉由熱元件冷卻用的散熱器，解決所述課題，所述熱元件冷卻用的散熱器的特徵在於包括：扁平狀的熱管；熱元件，配置於所述熱管上；以及散熱鰭片，在所述熱管上配置於與熱元件分離的位置。

Description

熱元件冷卻用的散熱器

本發明是有關於一種熱元件冷卻用的散熱器。

半導體元件、特別是功率半導體等的運行時的發熱量大，若在所述狀態下，則半導體元件容易變成高溫。若半導體元件變成高溫，則產生故障，或性能容易降低。為了獲得穩定的運行，例如藉由經由散熱器進行散熱來抑制溫度的上升。所述散熱器例如由底座構件與板狀的鰭片（fin）構成，所述底座構件包含金屬構件，所述板狀的鰭片以固定的間隔並列設置於該底座構件的表面。由於在相鄰的鰭片之間形成有槽（流路），因此空氣等流體通過該槽，藉此可較佳地冷卻配置於底座構件的半導體元件等。

在專利文獻1中，記載了一種在熱管上組合了散熱鰭片的電子設備用的散熱器。該散熱器在熱管的一端設置散熱鰭片，在成形為比其他部分寬的相反側的端部設置更寬的受熱板，介隔受熱板設置有熱元件。熱元件所產生的熱經由受熱板而傳導至熱管，並藉由散熱鰭片而散出。

[專利文獻1]日本專利特開2011-47593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。亦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。因此，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。 因此，本發明的課題在於提供一種散熱器，其用於半導體等熱元件的冷卻，且特別適合小型模塊等所使用的半導體等熱元件的冷卻。

本發明者進行努力研究，結果發現藉由具有如下特徵的熱元件冷卻用的散熱器來解決所述問題，從而完成了本發明，所述熱元件冷卻用的散熱器的特徵在於包括：扁平狀的熱管；熱元件，直接配置於所述熱管上；以及散熱鰭片，在所述熱管上配置於與熱元件分離的位置。

即，本發明有關於以下的（1）～（7）。 （1）一種熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於包括：扁平狀的熱管；熱元件，直接配置於所述熱管上；以及散熱鰭片，在所述熱管上配置於與熱元件分離的位置。 由於不經由受熱板或散熱片等構件而將熱元件直接配置於熱管上，故可減小接觸熱阻，因此可進一步提高散熱器的冷卻性能。 （2）如（1）所述的熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於，在熱管的長度方向的中央附近配置有熱元件，在熱管的兩端或一端的四個面中的任一個面以上配置有散熱鰭片。 藉由將熱元件配置於熱管的中央部，將冷卻鰭片設置於熱管的兩端或一端，可效率良好地冷卻熱元件。 （3）如（1）所述的熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於，在熱管的與配置有熱元件的面為相反側的面上形成有散熱鰭片。 （4）如（1）所述的熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於，在熱管的長度方向的端部附近配置有熱元件，在與配置有熱元件的端部相反的端部的四個面中的任一個面以上設置有散熱鰭片。 （5）如（2）所述的熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於，在與配置有熱元件的面為相反側的面的長度方向中央附近配置有散熱鰭片。 在與熱管的長度方向平行地形成鰭片的情況下，可藉由擠壓加工法等與熱管的外形一起形成，因此製造方法變得容易。 （6）如（1）至（5）中任一項所述的熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於，散熱鰭片與熱管的長度方向平行地形成。 （7）如（1）至（6）中任一項所述的熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於，熱管的管部分藉由使用鋁（亦包括合金）的擠壓加工法而一體成型。

根據本發明，在用於半導體等熱元件的冷卻的散熱器中，無需將用以配置熱元件的附近部分形成為寬幅，或者使用寬幅的受熱板，因此熱的接觸電阻變小，冷卻性能提高。另外，由於亦無需考慮零件數量或對所述零件進行加工，因此製造成本亦降低。特別是可提供一種適合小型模塊等所使用的半導體等熱元件的冷卻的散熱器。

以下，對本發明的一實施方式進行詳細說明。本發明並不限定於以下的實施方式，可在不妨礙本發明的效果的範圍內加以適當變更來實施。

[熱元件冷卻用的散熱器] 如圖1所示，本實施方式的熱元件冷卻用的散熱器的一形態的特徵在於，包括：扁平狀的熱管；熱元件，直接配置於所述熱管上；以及散熱鰭片，在所述熱管上配置於與熱元件分離的位置。鰭片大致等間隔地並列設置。另外，在相鄰的鰭片之間形成有槽。槽是成為供流體流動的流路的部位，所述流體用於對熱元件冷卻用的散熱器的鰭片進行冷卻。藉此，能夠提高熱元件的冷卻效果。

作為構成熱元件冷卻用的散熱器的金屬構件，並無特別限定，可為鋁、銅、銅合金、鈦、鈦合金、鎂、鎂合金等。另外，扁平狀的熱管與鰭片可由不同的材料構成。

另外，如圖2所示，本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一形態的特徵在於，在熱管的長度方向的中央附近配置有熱元件，在熱管的兩端或一端配置有散熱鰭片。藉此，能夠提高熱元件的冷卻效果。

進而，如圖3所示，本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一形態的特徵在於，在熱管的與配置有熱元件的面為相反側的面上形成有散熱鰭片。藉此，能夠提高熱元件的冷卻效果。

另外，如圖4所示，本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一形態的特徵在於，在熱管的長度方向的端部附近配置有熱元件，在與配置有熱元件的端部相反的端部設置有散熱鰭片。藉此，能夠提高熱元件的冷卻效果。

進而，如圖3所示，在本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一形態中，較佳為散熱鰭片與熱管的長度方向平行地形成。藉此，能夠提高熱元件的冷卻效果。

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。

熱管的形狀為扁平形狀，從而成為容易直接配置熱元件的形狀。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，亦能夠在散熱器上直接設置多個熱元件。

散熱用鰭片是俯視為矩形的板狀的金屬構件，在散熱器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。藉由在散熱器的外周部設置有散熱用鰭片，熱自散熱用鰭片散出，而有效果地冷卻散熱器。

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，較佳為使用與散熱器的外裝構件相同的材料。

散熱用鰭片可與散熱器的外側構件一體形成，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，但較佳為藉由擠壓加工而與散熱器的外側構件一體形成。

在某一實施方式中，散熱用鰭片與散熱器的長度方向平行地設置，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。 [實施例]

以下示出實施例對本發明進行更具體的說明，但本發明的解釋並不被所述實施例限定。

（熱元件冷卻用的散熱器的製作） 作為實施例的熱元件冷卻用的散熱器，針對日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）規格6063鋁合金進行擠壓加工，將熱管的外側部與鰭片一體成形為圖6（a）的形狀，準備切斷為所需的散熱器的長度的擠壓材，藉由切削加工削除配置熱元件的部分的鰭片後，對熱管的一端進行密封，自未密封的相反側的端部插入工作流體與吸液芯後，將開口的端部密封，製作具有扁平狀的熱管、以及與熱管一體化形成的散熱鰭片的熱元件冷卻用的散熱器。另外，在熱管上的遠離散熱鰭片的位置，設置可直接配置熱元件的凹部。 作為先前型的熱元件冷卻用的散熱器，製作了如下的熱元件冷卻用的散熱器，其具有扁平狀的熱管，並在熱管上設置散熱鰭片，且在遠離散熱鰭片的位置具有設置有可配置熱元件的凹部的受熱板。

（模擬分析） 在以下的條件下，使空氣流過鰭片之間而進行空氣冷卻，對散熱效果進行了模擬。 ·入口流速u：5 m/s ·發熱量Q：50 W ·流入氣體：空氣（密度1.1614 kg/m ³，黏度1.84e ^-5kg/ms，比熱1005 J/kg℃） ·先前的熱元件冷卻用的散熱器 1.熱元件：10×10（mm） 2.導熱複合物（thermal compound）：10×10×0.1t（mm），導熱率0.9 W/mK 3.受熱板：30×30×1t（mm），導熱率205 W/mK 4.導熱複合物：30×30×0.1t（mm），導熱率0.9 W/mK 5.熱管：30×150×3t（mm），導熱率（等效）10000 W/mK 6.導熱複合物：30×30×0.1t（mm），導熱率0.9 W/mK 7.散熱器：底座厚度2 mm，鰭片高度8 mm，鰭片厚度1 mm，間隙1 mm ·實施例的熱元件冷卻用的散熱器 1.熱元件：10×10（mm） 2.導熱複合物：10×10×0.1t（mm），導熱率0.9 W/mK 5.熱管：30×150×3t（mm），導熱率（等效）10000 W/mK 7.散熱器：底座厚度2 mm，鰭片高度8 mm，鰭片厚度1 mm，間隙1 mm

熱流體分析使用艾斯派克（Icepak）19.1。結果如圖7所示。在實施例中，示出了與先前型相比熱阻變小，溫度降低的情況。 [產業上的可利用性]

本實施方式的散熱器由於冷卻性能高，因此特別是作為小型模塊等中使用的半導體等熱元件的冷卻用途，具有產業上的可利用性。

1:熱元件冷卻用的散熱器 2:熱管 3:散熱用鰭片 4:熱元件 5:受熱板

圖1是表示本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一例的圖。 圖2是表示本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一例的圖。 圖3是表示本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一例的圖。 圖4是表示本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一例的圖。 圖5是表示本發明的熱元件冷卻用的散熱器的一例的圖。 圖6是表示先前的熱元件冷卻用的散熱器的圖。 圖7是表示圖5及圖6的熱元件冷卻用的散熱器的散熱效果的模擬結果的圖。

Claims (7)

1. 一種熱元件冷卻用的散熱器，其特徵在於包括： 扁平狀的熱管； 熱元件，直接配置於所述熱管上；以及 散熱鰭片，在所述熱管上配置於與熱元件分離的位置。
2. 如請求項1所述的熱元件冷卻用的散熱器，其中在熱管的長度方向的中央附近配置有熱元件，在熱管的兩端或一端的四個面中的任一個面以上配置有散熱鰭片。
3. 如請求項1所述的熱元件冷卻用的散熱器，其中在熱管的與配置有熱元件的面為相反側的面上形成有散熱鰭片。
4. 如請求項1所述的熱元件冷卻用的散熱器，其中在熱管的長度方向的端部附近配置有熱元件，在與配置有熱元件的端部相反的端部的四個面中的任一個面以上設置有散熱鰭片。
5. 如請求項2所述的熱元件冷卻用的散熱器，其中在與配置有熱元件的面為相反側的面的長度方向中央附近配置有散熱鰭片。
6. 如請求項1至請求項5中任一項所述的熱元件冷卻用的散熱器，其中散熱鰭片與熱管的長度方向平行地形成。
7. 如請求項1至請求項5中任一項所述的熱元件冷卻用的散熱器，其中熱管的管部分藉由使用鋁（亦包括合金）的擠壓加工法而一體成型。

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