專利名稱：散熱器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)的主題涉及散熱器，具有所述散熱器的電子儀器組件，制造所述散熱器和電子儀器組件的方法。
背景技術(shù)：
為了冷卻電子部件的溫度，經(jīng)常使用的是鋁散熱器。鋁和/或鋁合金經(jīng)常用于制造散熱器，原因是它們具有較高的導(dǎo)熱特性，能夠進(jìn)行壓制并且容易在市場(chǎng)上買到。制造鋁散熱器的成本高效的方式是在如圖Ia-Id所述的散熱片部分加底座部分的結(jié)構(gòu)中擠壓金屬。
在圖I所示以及美國專利6637109B2公開的實(shí)施方式中，散熱器具有底座部分15和17，所述底座部分用作生熱部件的安裝表面，底座部分之間的散熱片部分構(gòu)成增加表面積的散熱片部分，這對(duì)于使配裝的生熱部件最大程度地散熱是很關(guān)鍵的。由所述部件產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)首先傳遞給散熱器的底座部分15和17 (頂部和底部)，接著傳遞給散熱片部分，由此熱量通過輻射、強(qiáng)制對(duì)流或自然對(duì)流而分散到周圍。因?yàn)樵诒砻娣e值和總傳熱值之間存在正相關(guān)關(guān)系，所以有利的是將散熱片部分的高度和密度最大化，特別是當(dāng)涉及強(qiáng)制對(duì)流場(chǎng)合的時(shí)候，這使得散熱片部分之間的間隙/空間最小。表征散熱器的關(guān)系是在數(shù)學(xué)上由散熱片部分高度除以散熱片部分之間的間隙所限定的縱橫比。目前的擠壓技術(shù)限制了所述縱橫比可實(shí)現(xiàn)的值，因?yàn)樵跀D壓一體式板形的散熱器時(shí)，隨著所述縱橫比增加，擠壓模的強(qiáng)度變?nèi)酢榱私档湍＞咂茡p的概率，擠壓速度應(yīng)當(dāng)降低，由此減少了擠壓工藝的整體生產(chǎn)能力。通過鋁合金擠壓方法制成的一體式散熱片部分，這種散熱片部分組成的具有較高縱橫比的散熱器，還會(huì)導(dǎo)致很高的廢品率。由單個(gè)擠壓型材制造高縱橫比的散熱器的一個(gè)制造方法是通過美國專利6637109B2中公開的摩擦攪拌焊(FSW)將這些型材焊接在一起。所述方法包括，將擠壓型材擠壓或彎曲，所述型材被切成適當(dāng)長度的多片，單片型材的橫截面具有第一端部分、第二端部分和連接腹板部分，其中第一和第二基部分的厚度大于腹板部分。然后通過摩擦攪拌焊(FSff)沿著它們的接觸面，將各片擠壓型材對(duì)齊并焊接在一起。在生熱部件被置于頂部15和底部17表面的情況下，這是一種有效利用成本的方案，它克服了如上所述的擠壓?jiǎn)纹筒拇嬖诘膯栴}。所述方法的缺陷是，它不能用于制造這樣的散熱器，即該散熱器具有將所述待冷卻的元件只安裝在一側(cè)的底板。當(dāng)需要具有密集散熱片部分的這樣的“單側(cè)式”散熱器時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種問題。由于前述關(guān)于鋁擠壓工藝存在的不足，不可能將具有密集散熱片部分的單側(cè)式散熱器進(jìn)行擠壓成形成單件式單元。散熱器的熱性能通常隨著散熱片部分的高度與散熱片部分間隙之間的比值的增加而提高。結(jié)果，當(dāng)需要很高的散熱能力時(shí)，就要使用焊接型散熱器。制造焊接型散熱器的焊接技術(shù)包括硬釬焊、環(huán)氧壓焊、機(jī)械型(壓配合或卡扣)和摩擦攪拌焊。然而，盡管具有高密度散熱片部分的散熱器能夠通過硬釬焊和環(huán)氧壓焊進(jìn)行制造，但為了便于焊接，不得不使用填充材料，這就會(huì)在接頭處產(chǎn)生一定程度的抗熱，由此對(duì)整體的熱性能產(chǎn)生負(fù)面影響。另外，這些方法是勞動(dòng)力密集型作業(yè)，它們會(huì)使制造成本大大地升高。此外，已知的是，環(huán)氧接頭會(huì)隨著時(shí)間的流逝而變?nèi)?，降低了焊接的機(jī)械強(qiáng)度并抑制傳熱性能。機(jī)械連接方法包括由具有數(shù)個(gè)散熱片部分并通過壓配合和/或卡扣配合進(jìn)行互連的擠壓制品、所謂的片材狀型材或者其它片段制造散熱器。然而，盡管這種方法是成本有效的方法，但它具有幾個(gè)缺陷。機(jī)械連接的缺陷包括普通的結(jié)合強(qiáng)度，這不能適用于所有的場(chǎng)合。由此導(dǎo)致在用這樣的散熱器的過程中出現(xiàn)可靠性問題。另外，圍繞機(jī)械接頭存在空氣間隙，這會(huì)導(dǎo)致高度擴(kuò)展的阻熱性。此外，熱管集成和/或生熱部件的安裝所需要的機(jī)加工和鉆孔可能會(huì)使兩個(gè)相鄰擠壓制品或型材的相鄰機(jī)械接頭松動(dòng)。摩擦攪拌焊(FSW)也被用作連接對(duì)齊的擠壓制品或片材狀片段的焊接方法。將鋁合金制成的零件連接在一起的摩擦攪拌焊通常利用旋轉(zhuǎn)工具，該工具具有肩部和銷頭，工具經(jīng)常具有特定結(jié)構(gòu)的表面，當(dāng)所述工具與金屬接觸時(shí)，這樣的表面能夠增加摩擦。旋轉(zhuǎn)摩擦攪拌焊工具還通常沿著要連接在一起的兩個(gè)工件的相鄰對(duì)齊邊線性移動(dòng)。由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的 摩擦將材料加熱并使其塑化。兩個(gè)相鄰的連接部件的塑化后的材料熔合在一起，由此沿著它們的邊得到焊縫。隨著工具的旋轉(zhuǎn)，在工件上施加向下的力而足夠使兩個(gè)部件熔合在一起。因此，所述工件通常需要在與施加力的焊接相反的一側(cè)提供支撐，比如圖Ia所示的后側(cè)或下側(cè)。可選地，工件具有的形狀允許工件的另一、下部或相反部分作為支撐來補(bǔ)償在摩擦攪拌焊接(FSW)過程中施加的非常大的豎直力。本領(lǐng)域已知的是，使用摩擦攪拌焊(FSW)來連接兩個(gè)金屬工件或塑料工件。實(shí)質(zhì)上，F(xiàn)SW采用非消耗性旋轉(zhuǎn)工具，該工具與工件相互作用以產(chǎn)生摩擦熱并由此在焊接區(qū)域使所述材料塑化。焊接區(qū)域的材料的局部軟化便于工件的材料進(jìn)行混合，在工具沿著焊接方向移動(dòng)時(shí)，形成焊接接頭。FSW是在保持接頭的高導(dǎo)熱性能的同時(shí)使接頭部分具有高拉伸強(qiáng)度的最有效的焊接方法。然而，當(dāng)由片材狀或擠壓型材制成散熱器的片段時(shí)，所述片段通常僅通過夾持布置在一起。在FSW過程中，必須施加向下的力，以使工件足夠熔合在一起。當(dāng)旋轉(zhuǎn)工具移過片材片段或型材的相接邊時(shí)，由于在單側(cè)式散熱器下方?jīng)]有支撐或接頭來抵消前述的向下的力，很可能發(fā)生變形。當(dāng)比如通過壓配合連接制造所述片段時(shí)，相鄰擠壓件或型材在一側(cè)具有相互作用的延伸部分，在另一側(cè)具有接受這些延伸部分的槽，特別是對(duì)于大尺寸的散熱器而言，在這些圍繞延伸部分的壓配合連接內(nèi)，在片材片段之間可能存在很大的空氣間隙，這些延伸部分位于非焊接區(qū)域的槽內(nèi)。這樣的間隙會(huì)導(dǎo)致很高的擴(kuò)展性阻熱性能。另外，如果這些空氣間隙發(fā)生在焊接區(qū)域內(nèi)，它們可能導(dǎo)致含有氣孔的有缺陷的焊縫。此外，比如圖lb，Ic和Id所示的，I形、U形和S形截面需要具有兩個(gè)端部，這限制成品的形狀的變化并增大了散熱器的重量。本發(fā)明的實(shí)施方案允許散熱片部分的厚度和底座部分的厚度/寬度之間的比值增大。與擠壓成獨(dú)立的散熱器相比，通過利用單獨(dú)的型材，散熱片部分的厚度能夠急劇地下降。與已知的散熱器相比，由于不具有第二端部，本發(fā)明的實(shí)施方案還使得構(gòu)造很輕。此外，本發(fā)明的實(shí)施方案使得單獨(dú)的散熱片部分的厚度減小，因?yàn)樯崞糠植恍枰獔?zhí)行支撐的功能并承受FSW過程中施加的力
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種具有多個(gè)獨(dú)立片材或型材的散熱器，所述片材或型材通過擠壓優(yōu)選為鋁或鋁合金制成。每個(gè)片材具有帶底面的底座部分和從底座部分的頂部延伸的散熱片部分。底座部分的寬度比散熱片部分的寬度寬?？蛇x地，每個(gè)底座部分在其側(cè)面的第一側(cè)上具有至少一個(gè)延伸部，在與第一側(cè)相反的第二側(cè)上具有至少一個(gè)槽。所述至少一個(gè)槽的結(jié)構(gòu)能夠容納相鄰片材上的延伸部。構(gòu)成散熱器的所有片材可以是一樣的?？蛇x地，一個(gè)或多個(gè)片材的結(jié)構(gòu)和/或截面可以不同。散熱片部分和/或底座部分可以具有不同的結(jié)構(gòu)和/或截面。就散熱片部分的厚度與底座部分的寬度之間的比值，散熱片部分可具有不同的比值。一些情況，散熱器可以具有這樣的散熱片部分，其中沒一個(gè)散熱片部分具有相同的尺寸和截面。可選地或另外地，底座部分的寬度和厚度彼此不同，但組裝后的散熱器的底表面是平整的。當(dāng)熱量只施加到散熱器的一側(cè)并從另一側(cè)散發(fā)時(shí)，由于節(jié)省能量、取消了第二端部，由此減少獨(dú)立片材的用材而降低材料成本，所以散熱器能夠最有效地進(jìn)行制造。通過取消散熱器另一側(cè)上的摩擦攪拌焊，這還使得成本更高效，制造時(shí)間更節(jié)約。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施方案，散熱器包括多個(gè)片材，每個(gè)片材均具有底座部分和從底座部分頂部延伸的散熱片部分。所述片材被焊接在一起，于是散熱片部分的與底座部分相反的端部是自由的且沒有互連。在一些情況下，可以使用沒有機(jī)械或卡扣連接的片材。對(duì)于結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的片材，其底座部分的側(cè)面很平滑，由于取消了卡扣結(jié)構(gòu)特征，它能夠減少加工成本。在摩擦攪拌焊之前，因?yàn)閵A緊機(jī)構(gòu)會(huì)把工件緊緊地固定在一起，所以不需要沖孔步驟。這樣的布置不要求有將片材機(jī)械連接或壓配合連接的必需的力。在底座部分102的側(cè)面沒有槽108和延伸部106以及沒有卡扣功能的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的片材設(shè)計(jì)，可以減少擠壓的量，還可以提高擠壓速度并放寬公差要求。利用底座部分側(cè)面平滑的片材100還能夠降低出現(xiàn)焊接氣孔的風(fēng)險(xiǎn)。如果在壓制過程中沒有完全落座獨(dú)立的片材，就可能在焊縫中產(chǎn)生氣隙或氣孔。具有高密度散熱片部分的大尺寸的散熱器作為一個(gè)單片組進(jìn)行制造是非常困難的。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案能夠用來容易地生產(chǎn)最小散熱片部分間距、最大散熱片部分高度和最大寬度的散熱器。本發(fā)明的另一方面提供一種用于制造散熱器的方法，所述散熱器由多個(gè)均具有底座部分和從底座部分頂部延伸的散熱片部分的獨(dú)立片材構(gòu)成，其中所述底座部分的寬度比散熱片部分的寬度寬。多個(gè)片材的底座部分對(duì)齊，于是每個(gè)片材的散熱片部分沿著一個(gè)方向延伸而且底座部分形成平整的表面，待冷卻的部件放置在該平整表面上。對(duì)最外側(cè)的片材的底座部分側(cè)面施加按壓力，于是促使片材通過它們的底座部分側(cè)面彼此緊密接觸。從與散熱片部分相反的側(cè)面，底座部分被焊接在一起。一種用于制造單側(cè)式高密度散熱器的片材，所述片材具有底座部分和從底座部分頂表面延伸的散熱片部分，其中底座部分的截面寬度比散熱片部分的截面寬度寬并且具有側(cè)表面和底表面，散熱片部分具有頂表面和兩個(gè)側(cè)表面，所述片材由金屬擠壓成環(huán)形輪廓，然后對(duì)應(yīng)散熱器的一個(gè)尺寸被切割成適當(dāng)長度的多個(gè)片材。用于冷卻元件的高密度散熱器，所述元件安裝在所述獨(dú)立片材的多個(gè)底表面連接在一起而形成的底表面上，其中所述散熱器是單側(cè)式散熱器。用于制造由所述多個(gè)獨(dú)立片材構(gòu)成的散熱器的方法，每個(gè)片材具有底座部分，所述底座部分具有頂表面、底表面和兩個(gè)側(cè)表面，每個(gè)片材還包括從底座部分的頂表面伸出的散熱片部分，其中底座部分的寬度大于散熱片部分的寬度，所述方法包括這些步驟將多個(gè)片材的底座部分對(duì)齊，于是每個(gè)片材的散熱片部分沿著一個(gè)方向延伸，而且兩個(gè)相鄰片材的相鄰底座部分的側(cè)表面彼此面對(duì)；向外側(cè)片材的底座部分的側(cè)表面施加力，使得片材成為彼此接觸的狀態(tài)；和將底座部分的底表面焊接在一起。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下述詳細(xì)說明后，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得很明顯，盡管僅通過示意說明本發(fā)明最佳實(shí)施方案的方式，畫出并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案。正如所想到的，在沒有脫離本發(fā)明的情況下，本發(fā)明能夠有其它的不同實(shí)施方案和各種明顯的修改。因此，附圖和說明書被看做說明性的例子，并不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。


在參照下列附圖的基礎(chǔ)上，從下述說明書可以更清楚地理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，其中·圖la，lb, Ic和Id表示已知散熱器的截面視圖；圖2表示按照本發(fā)明的片材的第一實(shí)施例的截面視圖；圖3表示圖2所示的實(shí)施方式的透視圖；圖4表示按照本發(fā)明的擠壓片材的另一實(shí)施方案的截面視圖；圖5表示按照本發(fā)明的片材的另一實(shí)施方案的截面視圖；圖6-12表示按照本發(fā)明的片材的各個(gè)實(shí)施方案，所述片材在底座部分的側(cè)面具有(多個(gè))槽和(多個(gè))延伸部；圖13a和13b表示說明散熱器的尺寸例子的按照本發(fā)明的散熱器的實(shí)施方案；圖16-19表示按照本發(fā)明的方法，將片材在連接工具中堆疊布置并將片材連接在一起;圖20表示另一方法的內(nèi)容，該方法包括在堆疊和連接片材的過程中于片材的散熱片部分之間設(shè)置支撐；圖21和22表示按照本發(fā)明的備選焊接圖案；圖23表示由擠壓片材制成的散熱器的實(shí)施方案，片材在底座部分的側(cè)面具有槽和延伸部并被焊接在一起；圖24表示按照本發(fā)明的散熱器的實(shí)施方案；圖25表不按照本發(fā)明的片材的另一方案；圖26表示安裝有生熱部件的散熱器的實(shí)施方案；和圖27和28表不內(nèi)嵌有熱管的散熱器的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明克服了，當(dāng)僅在散熱器的一側(cè)生熱時(shí)這樣的高比值散熱器在制造時(shí)的缺陷，該散熱器具有很長的并且密集布置的散熱片部分。具體地，本發(fā)明提供一種成本有效的并且重量輕的方案。由此，本發(fā)明涉及制成散熱器的片材、散熱器以及制造所述散熱器的方法。按照本發(fā)明的散熱器具有多個(gè)型材或片材100，如圖2和3所示的方案。每個(gè)片材100具有底座部分102和至少一個(gè)散熱片部分104。每個(gè)底座部分具有從其伸出一個(gè)或多個(gè)散熱片部分的頂表面102a、底表面102b、兩個(gè)側(cè)表面102c和102d、前表面102e和與前表面相反的后表面，該后表面在圖2中沒有趣出。每個(gè)散熱片部分具有頂表面104a、兩個(gè)側(cè)表面104b和104c、前表面104d和與前表面相反的后表面，該后表面在圖2中沒有畫出。底座部分和散熱片部分用其它的結(jié)構(gòu)也是可能的。沿著橫截面看，底座部分102的寬度比散熱片部分104的寬度寬。散熱片部分104從底座部分102的頂部102a延伸。散熱片部分104中與底座部分102相反的端部通常是自由的。散熱片部分可以從底座部分102的頂部102a的任意一處延伸。散熱片部分可能在底座部分102的中心位置，并且所述頂表面在任一側(cè)具有兩個(gè)相等的肩部，或者在更靠近底座部分102邊緣甚至在底座部分邊緣從底座部分延伸，以使底座部分的頂表面102a只有一個(gè)肩部。每個(gè)底座部分102具有多于一個(gè)的從其延伸的散熱片部分104,如圖4所不。每個(gè)片材100通常優(yōu)選地由鋁和鋁合金擠壓而成，盡管形成片材的其它工藝可以使用。本發(fā)明對(duì)于生產(chǎn)如圖24所示的高縱橫比的散熱器是特別有用的，同時(shí)降低了散熱器的重量。組裝后的片材在散熱片部分的高度與相鄰散熱片部分之間的距離形成的縱橫 比能夠從大約I : I的最低值到大約120 I的最大值。然而，其它的縱橫比也是可能的。通常，散熱片部分104的厚度t是至少約1.0mm,高度hf為約I. Omm的最小值至約150. Omm的最大值。對(duì)于一些實(shí)施方案而言(圖13a),散熱片部分104的高度hf與厚度t的比值可以低至I : I。然而，對(duì)于高比值的散熱器而言，散熱片部分104的高度hf與厚度t的比值可以高至約100 I?？蛇x地，底座部分102的底座厚度102f與散熱片部分104的散熱片厚度t的比值可以低至I. I : 1，高至5 : I。底座部分102的高度hb通常為約5. Omm至約25. 0mm。散熱器的實(shí)施方案中具有的寬度Whs為約76. Omm至約432. Omm,長度Ihs為約101. Omm至約915. 0mm。通常地，散熱片部分104的厚度t被最小化，散熱片部分間隔p被最小化，底座部分的厚度hb被最小化以使熱性能最大化。這些尺寸如圖13a和13b所示。片材的散熱片部分的至少一部分可以是中空的，如圖4和5所示。整個(gè)散熱片部分和底座部分也可以是中空的。通常，中空的散熱片部分的壁厚至少約為I. Omm0片材的中空部分105可以用來引導(dǎo)氣流流過散熱片部分。圖5表示具有中空的散熱片部分104的按照本發(fā)明的片材的實(shí)施方案。中空的散熱片部分或具有三維形狀的散熱片部分可能需要機(jī)加工來獲得所需的結(jié)構(gòu)。片材的底座部分可以有延伸部106和槽108，它們便于將兩個(gè)相鄰片材的底座部分通過壓配合或卡扣連接方式彼此連接，或者僅僅能夠幫助將片材的底座部分對(duì)齊，這通過沿著底座部分在片材之間提供機(jī)械連接或接頭實(shí)現(xiàn)，然后通過其它的方式比如焊接和/或另外的技術(shù)將底座部分連接。如圖6-12和25所示的這樣的實(shí)施方式。每個(gè)底座部分102具有在一側(cè)102c上的至少一個(gè)延伸部106和在相反側(cè)102d上的至少一個(gè)槽108。所述槽108和延伸部106可以布置成，一個(gè)片材100的底座部分102上的(多個(gè))延伸部裝配進(jìn)相鄰片材100的相鄰底座部分102的(多個(gè))槽108中。槽108和延伸部106如圖25中的所示可以用壓配合的方式裝配在一起。槽108和延伸部106比如圖7所示，可以用卡扣配合裝配在一起，在此需要對(duì)延伸部施加一定大小的壓力，使其插進(jìn)所述的槽內(nèi)。所述壓力可以用任意適當(dāng)?shù)姆绞绞┘?。如圖25所示，利用機(jī)械夾具110或沖壓機(jī)對(duì)片材100堆施加壓力而完成所述壓力/卡扣配合。每個(gè)片材100的底座部分102可均具有一個(gè)或多個(gè)槽108和延伸部106。圖8和12表示具有四個(gè)延伸部和四個(gè)槽的實(shí)施方案，其中延伸部和槽相互連接成為散熱器。按照該實(shí)施方式，每個(gè)槽之間的區(qū)域可以看成，被相鄰片材的兩個(gè)延伸部之間的槽所容納的延伸部。所述(多個(gè))延伸部和/或(多個(gè))槽可以具有一定的曲率，以進(jìn)一步促進(jìn)片材彼此連接。這樣的延伸部106和槽108提供卡扣功能，其提供足夠的強(qiáng)度將片材保持在一起而形成散熱器。圖6-12所不的實(shí)施方案在圖中表不為在一組或一個(gè)散熱器中的片材的卡扣連接或壓配合連接。與圖25所示的實(shí)施方式相比，這種連接需要在堆疊成組件的片材100的側(cè)面施加很大的力，而圖25中，只提供片材100的底座部分102的對(duì)齊，而沒有底座部分的適當(dāng)互連。為了實(shí)現(xiàn)壓配合或卡扣連接，施加給工具110的力約為15-120千牛。延伸部以及相應(yīng)槽的形狀和數(shù)量可以變化，并且提供可靠的連接，這種連接可能不需要下列連接作業(yè)。然而，如下所述，通常利用摩擦攪拌焊接。即使沒有任何曲率，延伸部和槽也能夠在片材之間提供壓配合連接。如果片材100通過壓配合或卡扣配合進(jìn)行連接，所述片材可以焊接在一起，也可以不焊接在一起。如果這樣的片材被焊接在一起，焊接可以延長足夠深，以至少部分地將槽和延伸部焊接在一起(焊接區(qū)126)，如圖23所示。換句話說，焊接區(qū)126可以穿過底座部分102朝向散熱片部分104延伸，進(jìn)入槽108和延伸部106。焊縫126在深度上延伸穿過槽108和延伸部106到任意點(diǎn)，并且可以穿過整個(gè)槽108和延伸部106。除了所述槽和延伸部夕卜，摩擦攪拌焊能夠提供額外的互連強(qiáng)度。將槽和延伸部焊接也有助于保證片材100之間沒有空氣間隙，由此獲得更佳的熱效率。通過保證片材100在非焊接區(qū)域的良好接觸，機(jī)械接頭能夠改善散熱器的熱性能。機(jī)械接頭還能夠改進(jìn)焊接工藝的可靠性并減少散熱器的成本。片材100可以通過擠壓或其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，優(yōu)選由鋁和/或鋁合金制成。擠壓后 的片材按照散熱器尺寸所需的大小被切割成多個(gè)片材片段。之后，片材100被連接在一起，形成散熱器。形成散熱器的步驟包括沿著片材的底座部分102將片材100布置成彼此相鄰。任意數(shù)量的片材布置成，底座部分102彼此相鄰而且散熱片部分104沿著同一方向延伸，優(yōu)選地彼此平行。在片材的長度、數(shù)量或形狀上沒有任何其他的限制。每個(gè)獨(dú)立片材被制造，然后切割成適當(dāng)尺寸比如長度的數(shù)片。被擠壓的片材可以在片材的每一端具有兩個(gè)底座部分102，然后在中間被切割，形成具有一個(gè)底座部分102和一個(gè)散熱片部分104的兩個(gè)片材。所述尺寸通常由散熱器的散熱要求來限定。當(dāng)所述單側(cè)式散熱器制造成后，要被冷卻的部件安裝在散熱器的底座部分上，即安裝在底座部分102中與具有散熱片部分104的頂部102a相反的表面上。片材100通常布置成，一個(gè)底座部分102的側(cè)接觸表面102c對(duì)接相鄰片材100的底座部分102的側(cè)接觸表面102d。如果片材100在這些側(cè)面102c，102d上具有延伸部106和槽108，所述延伸部在片材被疊在一起的時(shí)候可自由地或者壓配地安裝在所述槽內(nèi)。為了便于片材100的對(duì)齊和/或連接，它們可以在工具比如圖14-17所示的夾具110的作用下進(jìn)行布置。如圖14-20，在成堆的片材100中兩個(gè)外側(cè)的片材122具有比堆中的其它片材100窄的底座部分102以及在側(cè)表面102c或102d處從底座部分102延伸的散熱片部分104，于是底座部分102的側(cè)表面由散熱片部分104的表面104b或104c連續(xù)，甚至與其一
起連續(xù)。在形成擠壓片材100的堆疊或組合后，所述擠壓片材也稱為獨(dú)立的片材，這些片材可以如圖14-17所示的被推在一起。施加給該堆片材中的一個(gè)或兩個(gè)外側(cè)片材122的力將片材100如圖14和15的箭頭所示推在一起。片材100可以緊緊地被壓在一起。如果片材100布置在夾具110中，夾具的側(cè)面從任一側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面被推或壓在一起，片材100的相鄰底座部分102的接觸表面102c和102d在箭頭114所示的夾緊力的作用下緊緊地壓在一起，在相鄰片材100之間產(chǎn)生接觸線101。夾緊力可以為約0.2至約6. 2千牛。如圖16所示，只有一個(gè)夾緊塊112可以移動(dòng)，將該堆或該組的片材100壓縮成接觸的狀態(tài)，而夾具110的相反端112’是靜止的。另外，當(dāng)獨(dú)立的片材100布置在夾具110中時(shí)，散熱片部分104的自由端104a和/或在片材100的散熱片部分104之間的底座部分102的頂表面102a不需要如圖20所示 進(jìn)行支撐和/或接觸夾緊機(jī)構(gòu)。因此，片材堆或片材組可被壓在所述機(jī)構(gòu)的相對(duì)構(gòu)件112、112’之間，由此散熱片部分的自由端104a不會(huì)到達(dá)所述機(jī)構(gòu)110的底部113。夾緊機(jī)構(gòu)110的底部113能夠進(jìn)行水平或者垂直間隔。如圖20所示，在一些情況下，有必要在焊接過程中使用多個(gè)支桿124作為夾具的一部分，以抵消由FSW工藝在-Z方向122產(chǎn)生的合力。焊接區(qū)內(nèi)圍繞銷頭的塑化材料在加工負(fù)荷作用下易于從焊接區(qū)移位，由此可能導(dǎo)致形成接頭的內(nèi)部或者表面斷裂。要防止這種現(xiàn)象，需要在撐桿或支桿124的輔助下將軟化的材料限定在焊接區(qū)內(nèi)。這些支桿可被插在散熱片部分104之間，直到它們接觸底座部分102的頂表面102a，如圖20所示。所述支桿124可以由鋼或任何無雜質(zhì)材料制成，可抵消焊接工具116的力。用于形成散熱器的彼此靠近對(duì)齊的片材100然后由摩擦攪拌焊(FSW)工具116焊接在一起，所述工具具有旋轉(zhuǎn)肩部116b和旋轉(zhuǎn)銷頭116a，在與散熱片部分104相反的底座部分102的表面102b上，通過使旋轉(zhuǎn)銷頭116a和旋轉(zhuǎn)肩部116b與該表面接觸，于相鄰片材的接合處的至少一個(gè)位置，銷頭穿透片材100的底座部分102。在底座部分的底表面102b即與帶有散熱片部分104的頂表面102a相反的表面上利用摩擦攪拌焊，能夠得到具有高導(dǎo)熱性能的優(yōu)良接頭。由FSW獲得的接頭或焊縫118還可以是無孔隙并防漏的。熱源或電子部件的安裝區(qū)域被充分地焊接，使抗熱性降到最低或者部分地降低成本。也可以采用其它的焊接或連接技術(shù)。通常，相鄰并對(duì)齊的工件通過任意的焊接方法沿著鄰接零件之間的接觸線101被焊接在一起，所述接觸線構(gòu)成將零件連接在一起的焊縫。與現(xiàn)有技術(shù)中已知的將有限數(shù)量的片段或單元組連接在一起的方法相比，像本發(fā)明這樣在獨(dú)立的片材100被連接成散熱器時(shí)，就不期望將這樣的零件焊接在一起，因?yàn)榇嬖诖罅康慕佑|線，焊接就是耗費(fèi)成本和時(shí)間的方法了。因此，本發(fā)明的散熱器，其由獨(dú)立的片材100制成，通常不沿著片材100的相鄰底座部分102之間的接觸線101或接頭焊接。相反，散熱器跨過相鄰底座部分102之間的接觸線101和/或與其成角度地進(jìn)行焊接。通常地，如圖18，19，21和22所示，沿著形成焊縫118的路徑實(shí)施摩擦攪拌焊(FSff)。還可以沿著所述路徑在片材100的相鄰底座部分102之間的每個(gè)接合接觸線處進(jìn)行離散點(diǎn)式焊接。一個(gè)片材100的底座部分102至少在一個(gè)點(diǎn)與每個(gè)與其緊鄰的下一個(gè)片材100焊接。所述工具116可以豎直移動(dòng)，以穿透底座部分102的材料，還沿著如圖19所示的跨過接合接觸線的方向120進(jìn)行線性移動(dòng)，所述接合接觸線構(gòu)成焊縫118。根據(jù)散熱器的需要，在實(shí)施摩擦攪拌焊的過程中，可以利用構(gòu)成不同圖形的焊縫118。圖18表示從片材底座部分102的底表面102b上看的由于摩擦攪拌焊形成的焊縫圖形118的一個(gè)例子。優(yōu)選地，以形成跨過所有片材100的焊縫118而將片材連接成散熱器的方式實(shí)施摩擦攪拌焊。焊縫118的寬度和深度依據(jù)強(qiáng)度、熱量條件以及所使用的焊接工具116進(jìn)行變化。圖21中較小的圓117表示FSW工具的旋轉(zhuǎn)銷頭116a的運(yùn)動(dòng)。另一方面，較大的圓119表示FSW工具的肩部116b接觸片材組100的底座部分102上的底表面102b。接觸表面102b的該肩部116b的直徑大于旋轉(zhuǎn)銷頭116a的直徑，并且當(dāng)接觸表面102b時(shí)產(chǎn)生使金屬塑化所需的摩擦熱，由此形成焊縫118或者底座部分102的底表面102b上可見的圖形。散熱器的底表面，其由連接后的片材100的底表面102b構(gòu)成，可在焊接后進(jìn)行機(jī)加工以降低焊縫118的粗糙度。圖24表示將散熱器組焊接后形成的組件的例子。在以任意方法將片材100連接在一起并有可能在底表面102b上進(jìn)行機(jī)加工之后，待冷卻的一個(gè)或多個(gè)熱源3、結(jié)構(gòu)或者一個(gè)或多個(gè)電子部件3可以安裝在散熱器的底表面 102b，如圖26所示?？梢岳靡阎募夹g(shù)將電子部件連接到散熱器上，最普通的方法就是機(jī)械緊固。按照又一個(gè)實(shí)施方案，散熱器包括熱管128。所述熱管是由通常為鋁或銅的金屬制成的各種截面形狀的管狀件，它們被完全密封并含有一定壓力下的液體。當(dāng)熱量傳播給它們時(shí)，液體快速沸騰，然后蒸發(fā)，并移動(dòng)到熱管的另一端，在此它受冷冷凝并通過毛細(xì)現(xiàn)象返回。熱管128被嵌在底座部分102內(nèi)，如圖27所示，在散熱器底座部分的范圍內(nèi)均勻地?cái)U(kuò)散熱量?？蛇x地，如圖28所示，熱管128可以將底座部分102和散熱片部分104連接，非常快速地吸收散熱器底座部分的熱量并傳給散熱片部分。兩種方法都能夠改進(jìn)散熱器的整體性能。另外，本說明書僅示出并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解出，本發(fā)明能夠用在各種不同組合、改進(jìn)和環(huán)境中，并且在與上述教導(dǎo)和/或相關(guān)領(lǐng)域的技能或知識(shí)相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，能夠在所表達(dá)的發(fā)明思想的范圍內(nèi)進(jìn)行改變或改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的上述說明書易于作出各種改進(jìn)、變化和適應(yīng)性改動(dòng)，這些內(nèi)容應(yīng)理解包含在權(quán)利要求書等同特征的意義和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造單側(cè)式高密度散熱器(2)的片材(100)，所述片材(100)具有底座部分(102)和從底座部分的頂表面延伸的散熱片部分(104)，其中底座部分(102)的橫截面比散熱片部分(104)的橫截面寬，底座部分(102)具有側(cè)表面(102c，102d)和底表面(102b)，散熱片部分(104)具有頂表面(104a)和兩個(gè)側(cè)表面(104b，104c)，其特征在于，所述片材(100)由金屬擠壓成環(huán)形型材，然后被切割成對(duì)應(yīng)散熱器(2)的ー個(gè)尺寸的適當(dāng)長度的多個(gè)片材(100)。
2.如權(quán)利要求I所述的片材(100)，其中所述底座部分(102)的側(cè)表面(102c，102d)在姆個(gè)相反表面上設(shè)有至少一個(gè)槽(108)和至少一個(gè)延伸部(106),所述延伸部(106)和槽(108)布置成裝配在彼此中，以使相鄰片材(100)的底座部分(102)對(duì)齊。
3.如權(quán)利要求2所述的片材(100)，其中所述槽(108)和延伸部(106)的尺寸適于壓配合互連。
4.如權(quán)利要求2所述的片材(100)，其中所述至少ー個(gè)槽(108)和所述至少ー個(gè)延伸部(106)的尺寸適于卡扣互連。
5.如權(quán)利要求I所述的片材(100)，其中散熱片部分(104)的至少一部分和/或底座部分(102)的至少一部分是中空的。
6.如權(quán)利要求I所述的片材(100)，其中散熱片部分(104)和/或底座部分(102)的中空部分(105)被填充冷卻剤。
7.如權(quán)利要求I所述的片材(100)，其中冷卻劑是液體。
8.如權(quán)利要求I所述的片材(100)，其中散熱片部分(104)的高度(hf)與厚度⑴的比值高至約100 I。
9.如權(quán)利要求I所述的片材(100)，其中底座部分(102)的厚度(102f)和散熱片部分(104)的厚度(t)之間的比值從約I. I : I高至5 : I。
10.一種適于冷卻元件(3)的散熱器(2)，元件(3)安裝在由連接在一起的如權(quán)利要求1-9所述的獨(dú)立片材(100)的多個(gè)底表面(102b)形成的底表面上，其特征在于，散熱器(2)是單側(cè)式散熱器。
11.如權(quán)利要求10所述的散熱器(2)，其中所述獨(dú)立片材(100)通過壓配合互連而連接在一起。
12.如權(quán)利要求10所述的散熱器(2)，其中所述獨(dú)立片材(100)通過卡扣互連而連接在一起。
13.如權(quán)利要求10-12所述的散熱器，其中所述獨(dú)立片材(100)通過摩擦攪拌焊而連接在一起。
14.如權(quán)利要求13所述的散熱器，其中焊縫(118)相對(duì)于獨(dú)立片材(100)之間的接觸線(101)成角度延伸。
15.如權(quán)利要求10所述的散熱器，其中至少ー個(gè)片材(100)的形狀不同于其它片材的形狀。
16.如權(quán)利要求10所述的散熱器，其中散熱片部分(104)的高度(hr)與相鄰散熱片部分之間的距離(P)的縱橫比從大約I : I到大約120 : I。
17.一種用于由如權(quán)利要求1-9所述的多個(gè)獨(dú)立片材(100)制造散熱器(2)的方法，每個(gè)片材(100)具有底座部分(102)，所述底座部分具有頂表面(102a)、底表面(102b)和兩個(gè)側(cè)表面(102c、102d)，每個(gè)片材(100)還包括從底座部分(102)的頂表面(102a)延伸的散熱片部分(104)，其中底座部分(102)比散熱片部分(104)寬，所述方法包括 將多個(gè)片材(100)的底座部分(102)對(duì)齊，使得每個(gè)片材(100)的散熱片部分(104)沿著ー個(gè)方向延伸，而且兩個(gè)相鄰片材(100)的相鄰底座部分(102)的側(cè)表面(102c、102d)彼此面對(duì)； 對(duì)外側(cè)片材(122)的底座部分的側(cè)表面施力，使得片材(100)被推動(dòng)為彼此接觸；和 將底座部分(102)的底表面(102b)焊接在一起。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述焊接步驟包括，沿著從每個(gè)片材(100)的每個(gè)底座部分(102)的底表面(102b)上至少經(jīng)過一次的方向，對(duì)片材(100)的底座部分(102)的底表面實(shí)施摩擦攪拌焊。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中每個(gè)底座部分(102)包括在第一側(cè)表面(102c)上的至少ー個(gè)延伸部(106)和在與第一側(cè)相反的第二側(cè)表面(102d)上的至少ー個(gè)槽(108)，其中所述至少ー個(gè)槽(108)構(gòu)造成接收相鄰片材(100)上的延伸部(106)，所述方法還包括 通過將延伸部(106)插進(jìn)槽(108)內(nèi)，使底座部分(102)連接在一起。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中延伸部(106)被壓配合進(jìn)槽(108)內(nèi)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中延伸部(106)被卡扣配合進(jìn)所述槽(108)內(nèi)。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 在將片材(100)彼此焊接形成散熱器(2)之后，機(jī)加工在片材(100)的底座部分(102)的底表面(102b)上的焊縫(118)。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述至少ー個(gè)槽(108)和至少ー個(gè)延伸部(106)被焊接在一起。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 由金屬擠壓成形片材(100)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括 形成至少ー個(gè)片材(100),該片材的一部分散熱片部分(104)和一部分底座部分(102)之ー是中空的。
26.如權(quán)利要求25所述的方法,還包括 用冷卻劑填充散熱片部分(104)和底座部分(102)之一的中空部分(105)。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 將至少一個(gè)熱管(128)結(jié)合在底座部分(102)和散熱片部分(104)之一中。
全文摘要
一種用于由多個(gè)獨(dú)立片材制造單側(cè)式散熱器的方法，其中每個(gè)片材均具有底座部分和從底座部分的頂表面延伸的散熱片部分。所述底座部分的寬度壁散熱片部分的寬度寬。多個(gè)片材的底座部分彼此對(duì)齊，于是每個(gè)片材的散熱片部分在一個(gè)方向延伸并且相鄰底座部分的側(cè)表面彼此面對(duì)，同時(shí)底座部分構(gòu)成散熱器的平整表面。向最外側(cè)的片材的底座部分的側(cè)表面施加力，于是推動(dòng)各個(gè)片材成為彼此接觸。底座部分的底表面被焊接在一起。
文檔編號(hào)F28D15/02GK102803888SQ201280000096
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者M·費(fèi)倫, M·托齊爾, J·比尤爾, D·利特 申請(qǐng)人:薩帕有限公司