專利名稱：降溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及降溫裝置。更詳細(xì)地說，其技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆诮禍匮b置，該降溫裝置主要設(shè)置在半導(dǎo)體元件上，使流動(dòng)的氣體或液體吸收半導(dǎo)體元件內(nèi)部產(chǎn)生的熱，藉此使半導(dǎo)體得以冷卻，或者在作為熱交換元件的各種用途中得以應(yīng)用。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體元件伴隨著性能的提高而使發(fā)熱量增加。如果半導(dǎo)體的溫度上升，則半導(dǎo)體本身的性能就會(huì)降低，特別是在接合部溫度增高時(shí)，將導(dǎo)致壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)甚至有可能產(chǎn)生破損。因此，PC的CPU等一般使用降溫裝置，用以將半導(dǎo)體內(nèi)部的熱擴(kuò)散到周圍的冷空氣中而進(jìn)行冷卻。
為有效地冷卻半導(dǎo)體元件，以前的降溫裝置通常要精心設(shè)計(jì)表面的形狀等以增大表面積，從而提高散熱性能。
例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種降溫裝置，其在具有多個(gè)孔的板狀的基部，同樣地立設(shè)有具有多個(gè)孔的柱狀散熱片。
這項(xiàng)技術(shù)通過設(shè)置多個(gè)孔以增大表面積，從而使散熱性得以提高，但存在的缺點(diǎn)是由于要采用壓鑄法或拉拔法制造，所以費(fèi)時(shí)繁雜，而且制造成本較高。
另一方面，專利文獻(xiàn)2記載了一種半導(dǎo)體裝置，其在半導(dǎo)體元件和引線進(jìn)行電連接并密封的封裝的上部設(shè)置金屬板，并在該金屬板的上部裝載金屬細(xì)線制成的線圈形散熱器。這樣，由于將線圈設(shè)定為散熱片，所以其優(yōu)點(diǎn)是可以廉價(jià)地進(jìn)行制造。
但是，上述專利文獻(xiàn)2的發(fā)明由于線圈和金屬板是點(diǎn)接合，所以存在的問題是從金屬板向線圈的熱傳導(dǎo)并不充分，整體的散熱性能較差。另外，還存在的問題是由于線圈占有的空間體積較大，所以不能密集地裝載在金屬板上，為此不能獲得較大的散熱量。
專利文獻(xiàn)1特開平08-330483號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平06-275746號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容于是，本發(fā)明鑒于上述以前的情況，其目的在于提供一種既廉價(jià)又能有效地制造、而且散熱性也優(yōu)越的新型降溫裝置。
為解決上述課題，本發(fā)明的降溫裝置的特征在于其具有散熱片和設(shè)置有所述散熱片的熱傳導(dǎo)性基板，所述散熱片在將金屬線材卷繞成線圈狀而形成卷繞單元的同時(shí)，整體被加工成扁平狀，而且鄰接的卷繞單元相互錯(cuò)開位置而具有空隙部和接觸部。
根據(jù)上述構(gòu)成，利用線圈狀的金屬線材容易得到表面積大的降溫裝置。另外，經(jīng)由卷繞單元的密合部位而將熱傳導(dǎo)至整體散熱片上，從而散熱性能得以提高。再者，在散熱片上形成有可以通氣的間隙。此外，這里所謂的線圈狀，是指并不局限于卷繞成圓形，還包含三角形和四邊形等多邊形、橢圓形或星形等各種各樣的形狀。另外，這里所說的熱傳導(dǎo)性的基板，是指也包含有散熱要求的半導(dǎo)體裝置等的基板。
另外，本發(fā)明的上述降溫裝置的特征在于接觸部是熱耦合(thermal coupling)的。
根據(jù)上述的構(gòu)成，由于接觸部是熱耦合的，所以熱傳導(dǎo)加快，熱容易傳導(dǎo)至整個(gè)散熱片。此外，這里所謂的熱耦合，是指不損害接觸部的熱傳導(dǎo)而進(jìn)行固定，可以采用軟釬焊、鍍焊(soldering plating)、粘接劑、粘合劑等粘接方法、以及振動(dòng)焊接、閃光焊等焊接方法進(jìn)行熱耦合。
另外，本發(fā)明的上述任一個(gè)降溫裝置的特征在于線圈狀的金屬線材是右向卷繞的線圈狀金屬線材和左向卷繞的線圈狀金屬線材相互錯(cuò)開位置并組合而成的。
根據(jù)上述的構(gòu)成，金屬線材密集而致密地形成，提高了熱傳導(dǎo)性，也提高了散熱性能。另外，由于分別右向和左向卷繞的金屬線材彼此之間良好地纏繞在一起，因而賦予金屬線材以形狀穩(wěn)定性。
另外，本發(fā)明的上述任一個(gè)降溫裝置的特征在于散熱片立設(shè)于基板上。
根據(jù)上述的構(gòu)成，散熱片以站立的狀態(tài)排列在基板上，在使整個(gè)表面積增大的同時(shí)，經(jīng)由在散熱片上所形成的間隙，也使基板表面上的通氣成為可能。另外，扁平表面的端部(散熱片與基板的接觸部分)，由于金屬線材密集，以致密度較高，因而熱從基板進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí)的熱阻抗得以降低。
另外，本發(fā)明的上述任一個(gè)降溫裝置的特征在于散熱片立設(shè)于在基板上設(shè)置的溝槽中。
根據(jù)上述的構(gòu)成，散熱片切實(shí)地固定在基板上，同時(shí)散熱片和基板的接觸面積增加，所以基板和散熱片的之間的熱傳導(dǎo)可以快速地進(jìn)行。
另外，本發(fā)明的上述降溫裝置的特征在于散熱片是與溝槽進(jìn)行熱耦合的。
根據(jù)上述的構(gòu)成，散熱片與基板上設(shè)置的溝槽，由于其接觸部是熱耦合的，所以熱傳導(dǎo)變得迅速，熱容易傳導(dǎo)至整個(gè)散熱片上。此外，這里所謂的熱耦合，是指不損害接觸部的熱傳導(dǎo)而進(jìn)行固定，可以采用軟釬焊、鍍焊、粘接劑、粘合劑等粘接方法、以及振動(dòng)焊接、閃光焊等焊接方法進(jìn)行熱耦合。
另外，本發(fā)明的上述降溫裝置的特征在于設(shè)置散熱片的扁平表面使其平行于熱傳導(dǎo)性的基板。
根據(jù)上述的構(gòu)成，可以得到表面積較大、整體形成為薄型的降溫裝置。此外，這里所謂的線圈狀，是指并不局限于卷繞成圓形，還包含三角形和四邊形等多邊形、橢圓形或星形等各種各樣的形狀。
另外，本發(fā)明的上述降溫裝置的特征在于在散熱片和基板之間形成有空隙，在所述空隙中填充有鐵氧體粉末。
根據(jù)上述的構(gòu)成，表面積增大且散熱性提高，同時(shí)借助于鐵氧體粉末還可以吸收電磁波。此外，這里所說的鐵氧體，包括所謂的軟鐵氧體、硬鐵氧體以及它們的混合物。
另外，本發(fā)明提供一種降溫裝置，其包括卷繞成線圈狀的線圈狀金屬線材形成為扁平狀、且鄰接的卷繞單元相互密合的散熱片。
根據(jù)上述的構(gòu)成，可以提供一種直接安裝在有散熱要求的表面上的散熱片。此外，這里所謂的線圈狀，是指并不局限于卷繞成圓形，還包含三角形和四邊形等多邊形、橢圓形或星形等各種各樣的形狀。
另外，本發(fā)明提供一種標(biāo)簽狀的降溫裝置，其構(gòu)成是在設(shè)有粘合劑層的基材薄膜上具有散熱片，所述散熱片由卷繞成線圈狀的線圈狀金屬線材形成為扁平狀，且鄰接的卷繞單元相互密合。此外，這里所謂的線圈狀，是指并不局限于卷繞成圓形，還包含三角形和四邊形等多邊形、橢圓形或星形等各種各樣的形狀。
根據(jù)上述的構(gòu)成，可以得到一種能夠粘貼在有散熱要求的表面的標(biāo)簽狀(在長(zhǎng)條狀的情況下為帶狀)的降溫裝置。
另外，本發(fā)明的上述任一項(xiàng)所述的降溫裝置的特征在于在金屬線材的表面形成有包含鐵氧體的涂膜。
根據(jù)上述的構(gòu)成，表面積增大且散熱性提高，同時(shí)借助于鐵氧體粉末還可以吸收電磁波。此外，這里所說的鐵氧體，包括所謂的軟鐵氧體、硬鐵氧體以及它們的混合物。
再者，本發(fā)明的上述任一個(gè)降溫裝置的特征在于金屬線材是鋁或者鋁合金，且在表面實(shí)施了陽(yáng)極氧化膜處理。
根據(jù)上述的構(gòu)成，作為金屬線材，選擇熱傳導(dǎo)性高且價(jià)格低廉的材質(zhì)。另外，通過表面處理賦予其耐蝕性。
另外，本發(fā)明的上述任一個(gè)降溫裝置的特征在于金屬線材是耐蝕性金屬。
根據(jù)上述的構(gòu)成，可以得到適于在含有腐蝕性氣體的環(huán)境等中使用的降溫裝置。此外，所謂耐蝕性的金屬，是指不容易受到酸、堿等侵蝕的金屬，具體地說，包括鈦及其合金、不銹鋼等。
再者，本發(fā)明的上述任一個(gè)降溫裝置的特征在于在金屬線材的表面形成有熱輻射性的涂膜。
根據(jù)上述的構(gòu)成，由散熱片進(jìn)行的散熱得到了進(jìn)一步的促進(jìn)。此外，所謂熱輻射性的涂膜，是指由下述的涂料所形成的涂膜，即在該涂膜中含有具有碳黑等熱輻射效果的顏料。
根據(jù)本發(fā)明，通過有效利用卷繞成線圈狀的金屬線材，就不需要以前那樣的復(fù)雜的切削加工等便具有較大的表面積，因此，可以廉價(jià)地獲得散熱性能高的降溫裝置。
特別地，由于將金屬線材形成為扁平狀，并且使鄰接的卷繞單元相互密合，所以熱能夠迅速傳導(dǎo)至整個(gè)散熱片，從而使散熱性能得以提高。另外，在扁平散熱片的情況下，在基板上排列時(shí)可以進(jìn)行高密度的設(shè)置。再者，由于在散熱片上形成有作為通氣孔發(fā)揮作用的空隙部，因而可以確?？諝獾鹊牧鞯?。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方案(1)的降溫裝置的立體圖。
圖2是表示散熱片的圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方案(2)的降溫裝置所使用的散熱片的圖。
圖4是表示另一個(gè)方案的散熱片的制造方法的圖。
圖5是表示又一個(gè)方案的散熱片的制造方法的圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方案(2)的降溫裝置沿長(zhǎng)度方向的剖面的放大圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方案(2)的降溫裝置沿寬度方向的剖面的放大圖。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方案(2)的降溫裝置的另一個(gè)實(shí)例沿寬度方向的剖面的放大圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施方案(2)的降溫裝置的又一個(gè)實(shí)例沿寬度方向的剖面的放大圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施方案(3)的降溫裝置的立體圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施方案(4)的降溫裝置的立體圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施方案(5)的降溫裝置的立體圖。
圖13是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的降溫裝置的立體圖。
圖14是表示本發(fā)明的降溫裝置之用途的一個(gè)實(shí)例的圖。
圖15是表示作為降溫裝置的用途的一個(gè)實(shí)例的熱交換元件的圖。
圖16是表示圖15的C-C向剖面的放大圖。
圖17是表示本發(fā)明的降溫裝置的用途的一個(gè)實(shí)例的圖。
圖18是表示本發(fā)明的降溫裝置的用途的一個(gè)實(shí)例的圖。
圖19是表示本發(fā)明的降溫裝置的用途的一個(gè)實(shí)例的圖。
圖20是表示本發(fā)明的降溫裝置的用途的一個(gè)實(shí)例的圖。
圖21是表示圖20的D-D向剖面的放大圖。
符號(hào)說明1 降溫裝置10 基板100 溝槽101空隙11散熱片 11a、11b 卷繞單元11c、11d 端部11e中央部111 扁平的表面 112空隙部113 接觸部 12、13 金屬線材16焊錫17 熱傳導(dǎo)性粘接劑18鐵氧體粉末 19 半導(dǎo)體裝置2 空調(diào)換氣扇 21 殼體22吸氣扇 23 馬達(dá)24吸氣通道25 排氣通道26熱交換元件 3 建筑物
31 墻壁 311 內(nèi)壁312 外壁 313 間隙314、315通氣孔 32 房間33 空氣 34 太陽(yáng)光4 地板收容部 40 地板材料41 框構(gòu)件 42 墻壁構(gòu)件51 煤氣爐(gas range)52 換氣裝置53 防護(hù)罩體 54 排氣通道55 排氣扇 56 油霧和油蒸氣57 兜袋 6 太陽(yáng)能熱水器61 熱水儲(chǔ)存部 62 集熱部63 供水管 64 管道65 出水管 66 透明構(gòu)件67 隔熱材料具體實(shí)施方式
下面就本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
首先，根據(jù)圖1～2就本發(fā)明實(shí)施方案(1)進(jìn)行說明。圖1的降溫裝置1的大致構(gòu)成是在基板10上形成有多條溝槽100，并以沿該溝槽100的方式，排列著由卷繞成線圈狀的金屬線材制作的散熱片11。此外，在圖1中，為避開圖的煩雜，只描繪1列散熱片11，關(guān)于其它列，則予以部分省略。
散熱片11的制作方法是將卷繞成線圈狀的金屬線材形成為扁平狀。此時(shí)，使鄰接的一卷一卷的卷繞單元11a、11b相互密合。這樣通過密合的接觸部113，將熱迅速地傳導(dǎo)至整個(gè)散熱片11。另外，由于是線圈狀的金屬線材，散熱片11的表面積增大，因而可以得到較高的散熱性能。
另外，如圖2所示，散熱片11因?yàn)槭怯删砝@成線圈狀的金屬線材形成的，所以扁平的表面111的端部11c、11d因金屬線材密集而導(dǎo)致其密度提高。因此，當(dāng)在基板進(jìn)行排列時(shí)，基板10和散熱片11之間的熱阻抗減小，從而導(dǎo)致熱迅速地移動(dòng)。
另外，在圖1的實(shí)例中，沿著溝槽100插入散熱片11。然后，立設(shè)散熱片11，使散熱片11的扁平的表面111垂直于熱傳導(dǎo)性的基板10。另外，散熱片11上形成有間隙，該間隙作為使空氣等得以流動(dòng)的空隙部112發(fā)揮作用。因此，可以使用冷卻散熱片而將空氣等充分地送往基板上，從而可以迅速地除去產(chǎn)生的熱。
在將卷繞成線圈狀的金屬線材形成為扁平狀時(shí)，可以采用壓延等已知的方法壓垮金屬線材來進(jìn)行。另外，也可以連續(xù)壓延單方向送入的線圈而得到長(zhǎng)條狀的散熱片11。這時(shí)，為使鄰接的卷繞單元11a、11b相互適當(dāng)?shù)孛芎显谝黄?，?yōu)選適宜設(shè)定壓延的壓力、壓延的角度等。此外，當(dāng)連續(xù)壓延線圈時(shí)，由于強(qiáng)度等的關(guān)系，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)線圈伸長(zhǎng)的不合適的情況。在這種情況下，例如，倘若將左向線圈和右向線圈組合(相互纏繞)在同一軸上，且在這種組合的狀態(tài)下進(jìn)行壓延，就不會(huì)出現(xiàn)混亂，而且可以良好地將其壓垮。
作為基板10，可以適當(dāng)選擇并使用熱傳導(dǎo)性高的材質(zhì)。具體地說，可以列舉出鋁、銅、銀、金等金屬材料，或它們與鎳、鎂、鋅、硅等的合金，或者碳素材料等。
基板10上的溝槽100可以通過對(duì)平板狀基板的表面實(shí)施切削加工來形成。另外，通過壓鑄法、擠壓成形等也可以直接制造形成有溝槽100的基板10。此外，溝槽100的間距、形狀等可以根據(jù)要求的散熱性能、散熱片11的大小等進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。
關(guān)于散熱片11，也可以與上述基板10的情況相同地由各種各樣的材質(zhì)來構(gòu)成。具體地說，可以列舉出鋁、銅、銀、金等金屬材料，或者它們與鎳、鎂、鋅、硅等的合金等。特別地，鋁系材料因其熱傳導(dǎo)性高而且價(jià)格低廉，所以是優(yōu)選使用的。
另外，作為散熱片11的金屬線材的材質(zhì)，也可以使用耐蝕性的金屬。根據(jù)降溫裝置用途的不同，有時(shí)要在容易腐蝕的環(huán)境中使用，所以要適應(yīng)那樣的情況。作為耐蝕性金屬的例子，可以列舉出鈦及其合金、不銹鋼等。
在構(gòu)成散熱片11的金屬線材中，為提高熱傳導(dǎo)性和耐蝕性，可以根據(jù)需要實(shí)施表面處理。具體地說，可以列舉出鍍銅、鍍銀等。另外，在將鋁或其合金作為基材的情況下，優(yōu)選在表面實(shí)施陽(yáng)極氧化膜處理(鋁表面鈍化處理)。這樣，在提高耐蝕性的同時(shí)，可以降低卷繞單元11a、11b的相互密合的接觸部113的熱阻抗，從而可以進(jìn)一步提高整體的散熱性。作為處理的方法，可以采用已知的工藝，具體地說，可以將處理物作為陽(yáng)極，通過在草酸、硫酸或磷酸等溶液中進(jìn)行電解來形成氧化膜。此外，陽(yáng)極氧化膜處理有所謂白色鋁表面鈍化處理和黑色鋁表面鈍化處理，但哪一種都是可以適用的。
另外，在金屬線材的表面也可以根據(jù)需要形成含有鐵氧體的涂膜。這樣，由于鐵氧體具有電磁波吸收能力，所以整體上可以得到有效地吸收電磁波的降溫裝置。特別地，散熱片11的表面由金屬線材構(gòu)成而呈凹凸形狀，所以電磁波產(chǎn)生漫反射，從而電磁波的吸收效果將按協(xié)同效應(yīng)的方式得以增大。
此外，作為鐵氧體，為人所知的有軟磁性鐵氧體(軟鐵氧體)和硬磁性鐵氧體(硬鐵氧體)，但無論哪一種都可以使用，也可以混合多種使用。另外，作為使鐵氧體分散的粘結(jié)劑并沒有特別的限定，可以使用丙烯酸樹脂、硅樹脂等通常的物質(zhì)。
此外，為使散熱片11中傳導(dǎo)的熱迅速地向外部散發(fā)，可以根據(jù)需要在金屬線材的表面形成熱輻射性的涂膜。
這種涂膜可以用包含具有熱輻射效果的各種顏料的涂料來形成。作為顏料的例子，可以列舉出碳黑、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、硅石、鋯石、氧化鎂、氧化釔(Y2O3)、堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)，鈦酸鋁(Al2O3·TiO2)等。這些顏料既可以單獨(dú)使用它們中的任一種，也可以將它們中的多種復(fù)合使用。另外，涂料中的顏料的量可以根據(jù)所要求的熱輻射性能進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，一般地說，相對(duì)于涂膜的干燥質(zhì)量，10-90質(zhì)量％左右是適當(dāng)?shù)摹Ａ硗猓鳛檎辰Y(jié)劑，優(yōu)選難以因熱而退化的物質(zhì)，作為例子，可以列舉出丙烯酸樹脂、硅樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂以及氟樹脂等。
此外，熱輻射性涂膜的厚度為1～50μm是適當(dāng)?shù)?。低?μm時(shí)，因熱輻射效果減少而不優(yōu)選。
而且散熱片11的直徑(扁平的表面111的寬度)并沒有特別的限定，可以根據(jù)要求的散熱性能進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。一般地說，直徑增大時(shí)表面積增加，從而散熱性提高。具體地說，雖根據(jù)制造的降溫裝置的用途不同而不同，不過數(shù)mm～數(shù)cm左右是適當(dāng)?shù)摹?br> 上述的散熱片11雖然沿著基板10的溝槽100排列，而且在基板10上進(jìn)行固定，但此時(shí)在不損害熱傳導(dǎo)性的條件下，可以采用各種手段。例如可以用焊錫加以固定。這時(shí)，因?yàn)闃?gòu)成散熱片11的金屬線材的斷面形狀呈圓形，所以在與四邊形形狀的溝槽100之間形成有空隙。如果向該空隙供給焊錫，則焊錫就會(huì)因毛細(xì)管現(xiàn)象而沿散熱片11的表面擴(kuò)展開，從而可以進(jìn)行切實(shí)的固定，這樣從基板10向散熱片11的熱的移動(dòng)便可以順利地進(jìn)行。
另外，作為其它的固定方法，也可以使用熱傳導(dǎo)性粘接劑。作為熱傳導(dǎo)性粘接劑的例子，可以列舉出下述的物質(zhì)等，其中所述物質(zhì)是在環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂等粘結(jié)劑中，配合金、銀、鎳等金屬粉、氧化鋁、氮氧化鋁、氮化硅、碳粉等而形成的。
除此以外，例如也可以事先將基板10形成為波型，在成為波谷的部分配置散熱片11，然后以機(jī)械的方式對(duì)整體進(jìn)行斂縫，藉此由波谷部分夾持著散熱片11而進(jìn)行固定。
此外，上述實(shí)施方案(1)沿著基板10上形成的溝槽100來配設(shè)散熱片11，不過也可以不形成溝槽，而是于平板上的基板上直接固定散熱片，或者在基板和散熱片之間介入熱傳導(dǎo)性的層。
另外，在圖1中，散熱片11垂直立設(shè)于基板10的溝槽100內(nèi)，但本發(fā)明并不局限于此，也可以將散熱片11直接地垂直立設(shè)于平板上的基板上。另外，也可以相對(duì)于基板10以傾斜等方式進(jìn)行設(shè)置。例如，在降溫裝置上安裝冷卻散熱片時(shí)，考慮到來自于冷卻散熱片的通風(fēng)方向，可以設(shè)定散熱片11的角度和配置方法，以便最大地提高冷卻效果。
再者，上述實(shí)施方案(1)將卷繞成線圈狀的金屬線材壓垮而形成為扁平狀，但本發(fā)明并不局限于此。也就是說，在鄰接的卷繞單元11a、11b相互密合的條件下，例如可以將線圈狀的金屬線材壓垮而使其長(zhǎng)度方向的端面成為彎曲面(新月形等)，或者進(jìn)行成形而使端面成為多邊形等，從而可以形成為異形面。
此外，當(dāng)把上述的降溫裝置1設(shè)置在半導(dǎo)體等上時(shí)，為不妨礙從半導(dǎo)體等向降溫裝置1進(jìn)行的熱傳導(dǎo)，優(yōu)選通過上述的熱傳導(dǎo)性粘接劑等進(jìn)行設(shè)置。
其次，就本發(fā)明的實(shí)施方案(2)進(jìn)行說明。如圖3所示，散熱片11在將金屬線材12、13卷繞成線圈狀而形成卷繞單元的同時(shí)，整體連續(xù)形成為扁平狀，而且各卷繞單元11a、11b相互沿寬度方向和長(zhǎng)度方向錯(cuò)開位置并進(jìn)行交叉，從而形成空隙部112和接觸部113。特別地，因?yàn)楦骶砝@單元11a、11b相互錯(cuò)開位置，所以形成有多個(gè)的空隙部112(112a、112b、…、112n)及接觸部113(113a、113b、…、113n)。而且由于金屬線材12、13形成為扁平狀，所以使各卷繞單元相互接觸的接觸部113的接觸面積增大。
具體地說，如圖4所示，左向纏繞的線圈狀的金屬線材12和右向纏繞的線圈狀的金屬線材13被組合在一起。然后如圖5所示，采用壓延等手段使各金屬線材12、13形成為扁平狀，由此可以得到散熱片11。在進(jìn)行這種加壓時(shí)，金屬線材12、13的帶形的中心部分向內(nèi)側(cè)(重合的內(nèi)部側(cè))彎曲的同時(shí)，金屬線材12、13的重合的表面?zhèn)鹊牟糠直粔嚎?，從而在中心部分形成扁平的表?11。另外，向外側(cè)突出的金屬線材12、13的中心部分向內(nèi)側(cè)彎曲而削減了厚度，從而在端部11c、11d形成金屬線材錯(cuò)綜復(fù)雜的凹凸結(jié)構(gòu)。
在這樣制造的散熱片11中，金屬線材12的卷繞單元11a及金屬線材13的卷繞單元11b鄰接且相互密合。而且在散熱片11中，鄰接的卷繞單元11a、11b相互錯(cuò)開位置而形成出空隙部112及接觸部113。具體地說，鄰接的卷繞單元11a、11b在寬度方向錯(cuò)開長(zhǎng)度為m的距離，在長(zhǎng)度方向錯(cuò)開長(zhǎng)度為n的距離。寬度方向錯(cuò)開位置的長(zhǎng)度m優(yōu)選為金屬線材12、13的直徑d的0.5～2倍。當(dāng)寬度方向錯(cuò)開位置的長(zhǎng)度m為金屬線材12、13的直徑d的2倍以上時(shí)，往往使散熱片11的端部11c、11d的金屬線材密度降低。另外，當(dāng)寬度方向錯(cuò)開位置的長(zhǎng)度m不足金屬線材12、13的直徑d的0.5倍時(shí)，往往金屬線材的重疊較多，從而通過壓延等手段形成為扁平狀時(shí)的成形性降低。另外，長(zhǎng)度方向錯(cuò)開位置的長(zhǎng)度n優(yōu)選為卷繞單元11a、11b的長(zhǎng)度方向的直徑k的0.3～0.7倍，特別優(yōu)選為0.4～0.6倍。
散熱片11由于是由分別沿不同方向卷繞的線圈狀的金屬線材12、13組合起來的，所以金屬線材12、13密集而致密地形成出接觸部113，其提高了熱傳導(dǎo)性，也提高了散熱性能。另外，由于左向和右向卷繞的金屬線材12、13互相纏繞，所以散熱片11的形狀穩(wěn)定，在連續(xù)壓延線圈時(shí)，也不會(huì)因強(qiáng)度等的關(guān)系而使線圈伸長(zhǎng)。
此外，各卷繞單元11a、11b相互接觸的接觸部113采用軟釬焊、鍍焊、粘接劑、粘合劑等粘接方法、以及振動(dòng)焊接、閃光焊等焊接方法，以使接觸的線材彼此之間不分離地進(jìn)行固定，由此可以進(jìn)行熱耦合以減少傳熱阻抗。通過固定接觸部113，就可以切實(shí)地進(jìn)行各卷繞單元11a、11b的相互密合，整個(gè)散熱片11的機(jī)械穩(wěn)定性得以提高，而且也提高了經(jīng)由接觸部113的熱傳導(dǎo)性。
上述的散熱片11與上述實(shí)施方案(1)同樣，正如圖1所示的那樣沿著基板10的溝槽100排列，而且在基板10上進(jìn)行固定。圖6及圖7是分別表示實(shí)施方案(2)的降溫裝置在長(zhǎng)度方向(圖1的A-A線)、及寬度方向(圖1的B-B線)的斷面的放大圖。當(dāng)在基板10上進(jìn)行固定時(shí)，為不損害熱傳導(dǎo)性，可以使用粘接、接合等各種手段進(jìn)行熱耦合，例如，正如圖6、7所示的那樣，作為在基板上粘接散熱片11的方法，可以使用焊錫14進(jìn)行固定。這時(shí)，由于構(gòu)成散熱片11的金屬線材的斷面形狀呈圓形，所以其與四邊形形狀的溝槽100間形成空隙101。如果向該空隙101供給焊錫14，則焊錫14就會(huì)因毛細(xì)管現(xiàn)象而沿散熱片11的表面擴(kuò)展開，從而可以進(jìn)行切實(shí)的固定，這樣從基板10向散熱片11的熱的移動(dòng)便可以順利地進(jìn)行。特別地，因?yàn)榻饘倬€材形成為扁平狀，所以散熱片11和溝槽100的側(cè)面102的接觸面積得以增大。
另外，如圖6所示，溝槽的深度h優(yōu)選為與金屬線材密度較高的端部11d在寬度方向的長(zhǎng)度大致相同。這樣，散熱片11和溝槽100的側(cè)面102的接觸面積增大。在端部11d從溝槽100中露出來時(shí)，散熱片11和基板10的接觸面積往往并不充分。另外，在端部11c充分地插入、甚至散熱片11的中央部11e收容在溝槽100中時(shí)，由于使空氣等得以流通的空隙部112收容在溝槽100中，所以散熱性能往往降低。
另外，作為其它的粘接方法，也可以使用圖8所示的熱傳導(dǎo)性粘接劑15。作為熱傳導(dǎo)性粘接劑15的例子，可以列舉出下述的物質(zhì)等，其中所述物質(zhì)是在環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂等粘結(jié)劑中，配合金、銀、鎳等金屬粉、氧化鋁、氮氧化鋁、氮化硅、碳粉等而形成的。
除此以外，還可以舉出在基板上接合散熱片11的方法。例如也可以如圖9所示，事先將基板10形成為波型，在成為波谷的部分配置散熱片11，然后以機(jī)械的方式對(duì)整體進(jìn)行斂縫，藉此由波谷部分夾持著散熱片11而進(jìn)行固定。
根據(jù)實(shí)施方案(2)，散熱片11因?yàn)猷徑拥木砝@單元11a、11b相互錯(cuò)開位置而具有空隙部112和接觸部113，所以經(jīng)由接觸部113而使熱在整個(gè)散熱片11上迅速地傳導(dǎo)。另外，因?yàn)橛删€圈狀的金屬線材12、13所形成，因而與使用平板等的散熱片相比較，整個(gè)散熱片11的表面積得以增大，所以能夠獲得高的散熱性能。另外，特別是金屬線材12、13與外部空氣的接觸面積較大，所以空隙部112作為使空氣等得以流通的通氣孔發(fā)揮作用，從而可以將熱迅速地向外部散發(fā)。
此外，在上述實(shí)施方案(2)中，作為散熱片11，使用2根分別沿不同方向卷繞的線圈狀金屬線材12、13，但本發(fā)明并不限于2根，也可以通過組合3根或更多根的線圈狀金屬線材來構(gòu)成散熱片11。
另外，本發(fā)明的實(shí)施方案(3)如圖10所示。圖10的降溫裝置1與上述圖1的例子同樣，在基板10上形成多條溝槽100，并沿著該溝槽100設(shè)置散熱片11。
而且在該實(shí)施方案(3)中，基板10彎曲，溝槽100形成為曲線狀。在此，散熱片11由于在垂直于扁平的表面111的方向上具有特別優(yōu)良的撓性，因而也可以很容易地追蹤曲線狀的溝槽100。因此，例如適合的情形是將一系列的降溫裝置設(shè)置在相互之間有間隔的多個(gè)半導(dǎo)體元件上，而不是在單一的半導(dǎo)體元件上。
關(guān)于散熱片11的材質(zhì)等、以及其它的構(gòu)成，可以參照上述的實(shí)施方案(1)。此外，如圖11所示，本發(fā)明的散熱片11由于具有優(yōu)良的撓性，所以并不限于圖11的彎曲的基板10，例如，即使對(duì)配置成同心圓狀、或者形成為螺旋狀的基板等，也可以良好地追蹤多塊基板。
下面根據(jù)圖11就本發(fā)明的實(shí)施方案(4)進(jìn)行說明。圖11的降溫裝置1的特征在于卷繞成線圈狀的金屬線材被形成為扁平狀，設(shè)置鄰接的卷繞單元11a、11b相互密合的散熱片11而使扁平的表面111平行于熱傳導(dǎo)性的基板10。
在該實(shí)施方案(4)中，由于是線圈狀的金屬線材，所以表面積得以增大，因而也可以獲得高的散熱性能。另外，與圖1的例子相比較，其可以將整個(gè)降溫裝置形成為薄型，從而適合設(shè)置于狹小的空間。此外，在散熱片11固定于基板10上時(shí)，可以使用焊錫等適宜的手段。
圖12表示本發(fā)明的實(shí)施方案(5)。圖12的降溫裝置1與上述的實(shí)施方案(4)同樣，將卷繞成線圈狀的金屬線材形成為扁平狀，并設(shè)置這樣制作的散熱片11而使扁平的表面111平行于熱傳導(dǎo)性的基板10。
而且該實(shí)施方案(5)的特征在于使散熱片11在寬度方向彎曲，從而其與基板10之間形成出空隙，然后在該空隙中填充鐵氧體粉末14。這樣，產(chǎn)生的熱迅速地得以釋放，同時(shí)還可以通過鐵氧體粉末14吸收電磁波。在近年的半導(dǎo)體元件中，由于信號(hào)速度的高速化，熱和電磁波的問題變得嚴(yán)重，采用該降溫裝置可以應(yīng)對(duì)兩方面的問題。
此外，在鐵氧體粉末14中，可以進(jìn)一步配合石墨等碳素粉末和金屬粉末等。
上述實(shí)施方案(1)～(5)的降溫裝置，其基本構(gòu)成是在基板10上設(shè)置散熱片11，不過根據(jù)需要也可以省略基板10。
另外，如圖13所示，作為本發(fā)明的降溫裝置的另一個(gè)方案，可以將由卷繞成線圈狀的金屬線材形成的散熱片11直接安裝在半導(dǎo)體裝置17的要求散熱的表面。而且在半導(dǎo)體裝置17的要求散熱的表面，設(shè)置用于立設(shè)安裝散熱片11的溝槽100。當(dāng)散熱片11安裝在溝槽100中時(shí)，優(yōu)選使用上述熱傳導(dǎo)性高的粘接劑、釬焊等粘接方法、焊接、機(jī)械斂縫等接合方法。
此外，除了像上述那樣在溝槽100中立設(shè)并固定散熱片11的方法以外，也可以不設(shè)溝槽100而直接將散熱片11接合或粘接在半導(dǎo)體裝置17上。另外，根據(jù)上述實(shí)施方案(3)、(4)，對(duì)于半導(dǎo)體裝置等要求散熱的表面，也可以直接配備而使散熱片11的扁平的表面111平行于要求散熱的表面。除立設(shè)散熱片11以外，當(dāng)還需要對(duì)溝槽100、進(jìn)而在安裝面和散熱片11之間進(jìn)行電絕緣時(shí)，作為用于熱傳導(dǎo)性粘接劑的添加劑，將使用氮化鋁等的高阻抗的物質(zhì)。
另外，對(duì)于由基材薄膜、粘接劑層以及使用時(shí)可以取下的剝離紙構(gòu)成的標(biāo)簽，使其與散熱片11一體化，由此便可以構(gòu)成標(biāo)簽狀(帶狀)的散熱用散熱片。散熱片11粘接設(shè)置在基材薄膜上。該標(biāo)簽狀的散熱用散熱片對(duì)于要求散熱的表面，由于可以通過剝下剝離紙而筒單地進(jìn)行設(shè)置，因而是優(yōu)選的。此外，基材薄膜和粘接劑層優(yōu)選由金屬構(gòu)成，或者使其含有上述氮化鋁等添加劑等而提高熱傳導(dǎo)性。
另外，上述實(shí)施方案(1)～(5)的降溫裝置使用卷繞成圓形線圈狀的金屬線材12、13而構(gòu)成散熱片11，但本發(fā)明并不局限于圓形，可以使用卷繞成諸如三角形和四邊形等多邊形、橢圓形或星形等各種形狀的線圈狀的金屬線材。
以上的降溫裝置主要同冷卻散熱片等一起設(shè)置在CPU等半導(dǎo)體元件上而用于使元件上產(chǎn)生的熱得以釋放，但除此以外，只要是要求散熱性的用途，就可以適于使用。特別地，本發(fā)明的降溫裝置因?yàn)榭梢苑浅Ａ畠r(jià)且高效地進(jìn)行制造，所以有利于在較大面積的場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)置。
圖14是將本發(fā)明的降溫裝置應(yīng)用于空調(diào)換氣扇的熱交換元件的實(shí)例。如圖14所示，空調(diào)換氣扇2在箱型的殼體21內(nèi)設(shè)置有吸氣扇22和排氣扇(圖中未示出)，并由馬達(dá)23驅(qū)動(dòng)。另外，通過吸排氣扇而形成吸氣通道24與排氣通道25，2個(gè)通道在熱交換元件內(nèi)交叉。
如圖15所示，由基板10分隔成層狀而交替形成吸氣通道24和排氣通道25。另外，在各自的基板10上設(shè)置有散熱片11。
因此，正如圖16所示的那樣，排氣通道25中氣體的熱迅速地移動(dòng)到吸氣通道24而有效地進(jìn)行熱交換。此時(shí)，由于在散熱片11上形成有空隙部112，所以不會(huì)妨礙氣體的流動(dòng)。此外，以前的熱交換元件是通過將瓦楞紙板等組合為層狀而構(gòu)成的，借助于本發(fā)明的降溫裝置可以大幅度提高熱交換效率。
下面根據(jù)圖17就本發(fā)明的降溫裝置設(shè)置在房間墻壁上的實(shí)例進(jìn)行說明。如圖17所示，建筑物3的墻壁31是面向房間32內(nèi)的內(nèi)壁311和面向外部的外壁312的2層構(gòu)造，在2個(gè)墻壁之間形成空隙313。在內(nèi)壁311和外壁312上分別形成通氣孔314、315，這樣，房間32內(nèi)和外部相連通。而且在間隙313內(nèi)，散熱片11設(shè)置在外壁312上。此外，在圖17的情況下，外壁312直接作為熱傳導(dǎo)性的基板發(fā)揮作用，不過作為其它的情況，也可以另外使熱傳導(dǎo)性的基板層疊于通常的外壁上，并在該基板上設(shè)置散熱片11。另外，內(nèi)壁311優(yōu)選具有隔熱性。
根據(jù)圖17的結(jié)構(gòu)，空氣33從通氣孔315開始，經(jīng)過空隙313和通氣孔314，從外部流入到房間32內(nèi)。此時(shí)，太陽(yáng)光33的熱能傳送到散熱片11，在間隙313內(nèi)散熱后，加熱空氣33而進(jìn)行暖房。此外，以前為人所知的技術(shù)是在房間墻壁的內(nèi)部形成間隙，并通過該間隙使空氣流入，而本發(fā)明在其流入通道上設(shè)置有散熱片，并不是進(jìn)行利用太陽(yáng)光的自然暖房，在這一點(diǎn)上本發(fā)明是新穎的。
接著就本發(fā)明的降溫裝置應(yīng)用于地板下面收容的情況進(jìn)行說明。圖18表示地板下面收容部4的斷面。首先，在地板材料40上形成有開口部401，在該開口部401內(nèi)，通過框構(gòu)件41而將墻壁構(gòu)件42組裝到箱型上，從而形成出收容空間。然后，在墻壁構(gòu)件42的外側(cè)設(shè)立散熱片11。
當(dāng)設(shè)計(jì)為這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，收容空間內(nèi)的熱迅速地散發(fā)至地板下面，從而可以防止熱的停滯。此外，在圖18中，墻壁構(gòu)件42作為用于設(shè)立散熱片11的熱傳導(dǎo)性的基板發(fā)揮作用，不過作為其它的情況，也可以另外使熱傳導(dǎo)性的基板層疊于通常的墻壁材質(zhì)的外側(cè)，并在該基板上安裝散熱片11。
圖19是具有將本發(fā)明的降溫裝置設(shè)置在煤氣爐51上的換氣裝置52的實(shí)例。換氣裝置52大致由防護(hù)罩體53和排氣通道54構(gòu)成。在排氣通道54內(nèi)具備排氣扇55，含有來自煤氣爐52的油霧和油蒸氣56的空氣便經(jīng)由排氣通道54被排出到外部。然后，由基板10和散熱片11構(gòu)成的降溫裝置設(shè)置在防護(hù)罩體53的內(nèi)側(cè)。此外，防護(hù)罩體53所具有的過濾器等在圖中予以省略。
在這個(gè)實(shí)例中，一旦油霧和油蒸氣56達(dá)到散熱片11的位置，其熱被迅速地取走而發(fā)生液化。液化的油可以流進(jìn)兜袋57而得以回收。此外，為了使液化的油掉落在下側(cè)，或容易流入兜袋57一側(cè)，可以在基板10上形成貫穿孔，或形成溝槽。
再者，圖20及圖21是應(yīng)用于太陽(yáng)能熱水器的例子。圖20的太陽(yáng)能熱水器6大致由熱水儲(chǔ)存部61、接受太陽(yáng)光的熱能并加熱水的集熱部62構(gòu)成。通過供水管63供給至熱水儲(chǔ)存部61的水通過集熱部62的內(nèi)部所配置的管道64而得以加熱并使之循環(huán)，繼而儲(chǔ)存在熱水儲(chǔ)存部61中。然后，經(jīng)由出水管65供給澡堂及其它用途。
集熱部62的內(nèi)部如圖21所示，在上側(cè)配置有玻璃等的透明部件66，從而太陽(yáng)光可以通過，其內(nèi)部具有熱傳導(dǎo)性的基板10、設(shè)立在基板10的散熱片11和隔熱材料67。散熱片11的部分作為通水的管道發(fā)揮作用，水通過散熱片11的空隙部112而可以移動(dòng)。
根據(jù)上述的實(shí)例，太陽(yáng)光的熱能從基板10經(jīng)由散熱片11迅速地傳遞至水中，可以有效地生成熱水。
此外，圖21的基板10沿著水流的方向呈直線的形狀，但是，例如也可以形成為波形。這樣，就會(huì)產(chǎn)生水的紊流，從而可以更有效地進(jìn)行熱的傳遞。
此外，本發(fā)明的降溫裝置并不限于上述的應(yīng)用例，可以適用于各式各樣的散熱用途以及作為熱交換元件的用途。
本發(fā)明的降溫裝置不僅用于半導(dǎo)體的冷卻，還可以用于換氣扇的熱交換元件等各式各樣的用途中。
權(quán)利要求
1.一種降溫裝置，其特征在于所述降溫裝置具有散熱片和設(shè)置有所述散熱片的熱傳導(dǎo)性基板，所述散熱片在將金屬線材卷繞成線圈狀而形成卷繞單元的同時(shí)，整體被加工成扁平狀，而且鄰接的卷繞單元相互錯(cuò)開位置而具有空隙部和接觸部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降溫裝置，其特征在于接觸部是熱耦合的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的降溫裝置，其特征在于線圈狀的金屬線材是右向卷繞的線圈狀金屬線材和左向卷繞的線圈狀金屬線材相互錯(cuò)開位置并組合而成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的降溫裝置，其特征在于散熱片立設(shè)于基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降溫裝置，其特征在于散熱片立設(shè)于基板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降溫裝置，其特征在于散熱片立設(shè)于在基板上設(shè)置的溝槽中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的降溫裝置，其特征在于散熱片立設(shè)于在基板上設(shè)置的溝槽中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的降溫裝置，其特征在于散熱片是與溝槽進(jìn)行熱耦合的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降溫裝置，其特征在于散熱片是與溝槽進(jìn)行熱耦合的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的降溫裝置，其特征在于設(shè)置散熱片的扁平表面使其平行于熱傳導(dǎo)性的基板。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降溫裝置，其特征在于設(shè)置散熱片的扁平表面使其平行于熱傳導(dǎo)性的基板。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的降溫裝置，其特征在于在散熱片和基板之間形成有空隙，在所述空隙中填充有鐵氧體粉末。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的降溫裝置，其特征在于在散熱片和基板之間形成有空隙，在所述空隙中填充有鐵氧體粉末。
14.一種降溫裝置，其包含有散熱片，該散熱片在將金屬線材卷繞成線圈狀而形成卷繞單元的同時(shí)，整體被加工成扁平狀，而且鄰接的卷繞單元相互錯(cuò)開位置而具有空隙部和接觸部。
15.一種標(biāo)簽狀的降溫裝置，其構(gòu)成是在設(shè)有粘合劑層的基材薄膜上具有散熱片，所述散熱片在將金屬線材卷繞成線圈狀而形成卷繞單元的同時(shí)，整體被加工成扁平狀，而且鄰接的卷繞單元相互錯(cuò)開位置而具有空隙部和接觸部。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的降溫裝置，其特征在于線圈狀的金屬線材是右向卷繞的線圈狀金屬線材和左向卷繞的線圈狀金屬線材相互錯(cuò)開位置并組合而成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、2、14、15的任一項(xiàng)所述的降溫裝置，其特征在于在金屬線材的表面形成有包含鐵氧體的涂膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求1、2、14、15的任一項(xiàng)所述的降溫裝置，其特征在于金屬線材是鋁或者鋁合金，且在表面實(shí)施了陽(yáng)極氧化膜處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求1、2、14、15的任一項(xiàng)所述的降溫裝置，其特征在于金屬線材是耐蝕性金屬。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、2、14、15的任一項(xiàng)所述的降溫裝置，其特征在于在金屬線材的表面形成有熱輻射性的涂膜。
全文摘要
本發(fā)明通過將卷繞成線圈狀的金屬線材形成為扁平狀，且使鄰接的卷繞單元(11a)(11b)相互密合而形成散熱片(11)，然后對(duì)所述散熱片(11)進(jìn)行排列以使扁平的表面(111)垂直于熱傳導(dǎo)性的基板(10)而形成降溫裝置(1)。本發(fā)明可以提供一種既廉價(jià)又能有效地制造、而且散熱性也優(yōu)越的新型降溫裝置。
文檔編號(hào)F28F3/02GK1922729SQ20058000205
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者本間三夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社事業(yè)創(chuàng)造研究所