專利名稱：散熱板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把例如半導(dǎo)體等發(fā)熱體產(chǎn)生的熱進(jìn)行發(fā)散的散熱板。


圖11是例如在實(shí)開平6-29148(JP-U-平 6-29148)號(hào)公報(bào)中披露的現(xiàn)有的散熱板，圖中(a)是其頂視圖，(b)是說明在自然冷卻下的冷卻作用的透視圖。圖中，11是傳熱板，該傳熱板11是將由高熱傳導(dǎo)性的鋁合金材料構(gòu)成的扎制板切斷呈方形，并且是具有比應(yīng)連接的半導(dǎo)體外殼件的上面形狀略小的外形形狀的平板狀板。12是散熱片，該散熱片12是把由與傳熱板11同樣的鋁合金材料構(gòu)成的異形斷面形狀的擠壓成型材料按一定尺寸切斷，其橫斷面形狀具有從傳熱板11的外周向中心成為螺旋線一部分的曲率，并且縱斷面形狀成形為平板狀的彎曲翼狀的片，各自沿朝向傳熱板11中心的螺旋線呈放射狀，并且，在中心部分以相互不匯合、不接觸間隔開排列，同時(shí)用高熱傳導(dǎo)性的粘接劑粘接在傳熱板11的上面。
下面，說明其作用。
如果受到由半導(dǎo)體外殼內(nèi)部的半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱使溫度上升，那么在其上部就形成上升氣流，但如圖11(b)所示，伴隨著上升氣流的形成，使從外周方向吸入的氣流經(jīng)沿螺旋線上放射狀排列的散熱片12的間隙向中央部分螺旋狀地導(dǎo)入，在其中央部分產(chǎn)生渦流，促進(jìn)和強(qiáng)化中心部分的上升流。這樣，散熱片12的熱被轉(zhuǎn)移，由半導(dǎo)體元件所產(chǎn)生的熱被耗散。
以往的散熱板象以上那樣構(gòu)成，由于是自然空氣冷卻方式，要增大熱耗散就必須使傳熱板變大，必須使散熱片的高度增高，因而存在不能使散熱板整體小型化的問題。
此外，在現(xiàn)有的散熱片配置中，對(duì)于散熱片間的空氣流動(dòng)的阻抗較大，存在散熱效率不佳的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供小型、重量輕和散熱效果高的散熱板。
本發(fā)明的第一方案是在傳熱板的表面上設(shè)置多個(gè)散熱片，并且放射狀地配置多個(gè)彎曲的散熱片，同時(shí)在所述傳熱板的表面上形成用所述各散熱片的內(nèi)側(cè)端部圍成的空間部分。
本發(fā)明的第二方案是在第一方案中，在散熱片的表面上形成多個(gè)突起。
本發(fā)明的第三方案是在第二方案中，在鄰接的散熱片的相對(duì)面上形成的多個(gè)突起相互錯(cuò)開地配置。
本發(fā)明的第四方案是在第二方案中，形成從傳熱板內(nèi)側(cè)向外側(cè)順序變高的突起高度。
本發(fā)明的第五方案是在第二方案中，使在彎曲的散熱片內(nèi)側(cè)面上形成的突起高度高于在外側(cè)面形成的突起高度。
本發(fā)明的第六方案是在第一方案中，配置多個(gè)散熱片，使其內(nèi)側(cè)的端部可用圓來(lái)描述。
本發(fā)明的第七方案是在第一方案中，配置多個(gè)散熱片，使其外側(cè)的端部可用圓來(lái)描述。
本發(fā)明的第八方案是在第一方案中，配置多個(gè)散熱片，使其內(nèi)側(cè)的端部可用圓來(lái)描述，并且外側(cè)的端部可用比所述內(nèi)側(cè)端部描述的圓的直徑大的同心圓來(lái)描述。
本發(fā)明的第九方案是在第八方案中，使傳熱板有與描述散熱片端部的圓同心的圓形。
本發(fā)明的第十方案是在第一方案中，使散熱片的厚度比傳熱板的厚度薄。
圖1是表示實(shí)施例1的散熱板的頂視圖。
圖2是表示實(shí)施例1的散熱板的側(cè)視圖。
圖3是表示強(qiáng)制冷卻的冷卻作用的模式圖。
圖4是散熱片的局部放大圖。
圖5是表示散熱片的表面送風(fēng)狀態(tài)的模式圖。
圖6是表示平行板間的流體流動(dòng)的圖。
圖7是表示在突起下流流動(dòng)的圖。
圖8是表示散熱片間的風(fēng)流動(dòng)的圖。
圖9是表示實(shí)施例2的突起剖面圖。
圖10是表示實(shí)施例3的散熱板的頂視圖。
圖11是表示現(xiàn)有的散熱板的頂視圖(a)和投影圖(b)。
實(shí)施例1圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例的散熱板的頂視圖，圖2是其側(cè)視圖。圖中，1是用鋁合金材料制成的略呈正方形形狀的傳熱板，1a是用熱傳導(dǎo)性粘接劑等安裝例如半導(dǎo)體元件等的發(fā)熱體的安裝面，1b是安裝面1a背面?zhèn)鹊纳崦妫?是與傳熱板1相同的鋁合金材料的板狀散熱片，其厚度比傳熱板1的厚度薄，在傳熱板1的散熱面1b側(cè)設(shè)立多個(gè)。3是傳熱板1的散熱面1b側(cè)的大致中央的未形成散熱片2的空間部分，作為下面所述的送風(fēng)口。4是在彎曲的散熱片2的外側(cè)面2a上突出的大致三角形剖面的多個(gè)外側(cè)突起，5是在散熱片2的內(nèi)側(cè)面2b上突出的大致三角形剖面的多個(gè)內(nèi)側(cè)突起。
圖3是表示強(qiáng)制冷卻作用的模式圖，6是電機(jī)，7是由與送風(fēng)口3對(duì)置并通過電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)向B方向送冷風(fēng)的電扇。
在傳熱板1的散熱面1b上，從內(nèi)側(cè)向外側(cè)呈放射狀并在一周上按大致均勻的間隔排列散熱片2。具體地說，環(huán)狀地排列各散熱片2，以便可用直徑d的圓描述內(nèi)側(cè)端部，用比d大的直徑D的同心圓描述外側(cè)端部，各散熱片2的內(nèi)側(cè)端部靠近送風(fēng)口3。此外，鄰接的散熱片2的內(nèi)側(cè)端部間的間隙作為從風(fēng)扇7送入的冷風(fēng)流入口C，外側(cè)端部間的間隙作為冷風(fēng)的排出口E。排出口E比流入口C大，為了獲得流動(dòng)的擴(kuò)散效果，在圖示例中以14度形成從流入口C向排出口E的擴(kuò)展角度。
此外，為了使散熱片2的流入口C側(cè)與冷風(fēng)的流入角度一致，散熱片2的各內(nèi)側(cè)端部相對(duì)于描述圓的半徑方向有預(yù)定的角度，直立設(shè)置在傳熱板1的散熱面1b上，并且，散熱片2沿冷風(fēng)的流動(dòng)方向按預(yù)定的曲率的彎曲。也就是說，構(gòu)成如圖4所示那樣的風(fēng)扇7出口(外徑)的速度矢量和散熱片2的關(guān)系。圖中，U是風(fēng)扇7的圓周速度(π×風(fēng)扇直徑×風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù))，W是相對(duì)于風(fēng)扇的出口流動(dòng)的相對(duì)速度，V是從靜止坐標(biāo)系觀察的出口流動(dòng)的絕對(duì)速度，在散熱片2上以絕對(duì)速度流入。因此，通過使散熱片2的流入口C的角度與絕對(duì)速度V的角度(風(fēng)扇7的風(fēng)A的流出角度)一致，能夠使散熱片流入口的流體阻抗最小。此外，由于風(fēng)扇7的出口流動(dòng)具有圓周方向速度成分，所以流動(dòng)是一邊旋轉(zhuǎn)一邊流出。因此，為了不阻礙這種旋轉(zhuǎn)流，把彎曲的散熱片2排列成螺旋狀，使由散熱片2形成的流路中的流動(dòng)阻抗最小。
如圖4所示，外側(cè)突起4和內(nèi)側(cè)突起5由流入口C側(cè)朝向排出口E側(cè)，并且依次使其高度升高。與流入口對(duì)應(yīng)的順序中以高于外側(cè)突起4來(lái)形成內(nèi)側(cè)突起5／此外，在鄰接的散熱片2一方的散熱片2的外側(cè)面2a上突出的外側(cè)突起4和在與其相對(duì)的另一散熱片2的內(nèi)側(cè)面2b上突出的內(nèi)側(cè)突起5相互錯(cuò)開排列。
再有，把傳熱板1和散熱片2成形為一體構(gòu)成該散熱板，能夠用壓鑄、液態(tài)模煅、鑄造等進(jìn)行其制造。此外，鋁合金材料至少使用含有90％以上的鋁的材料較好。這樣，由于導(dǎo)熱率高，成形時(shí)的金屬溶液的流動(dòng)良好，所以成形性良好。
下面，根據(jù)圖3至圖8說明本實(shí)施例中由散熱板的冷卻作用。在傳熱板1的安裝面1a側(cè)例如密封固定半導(dǎo)體元件(圖中未示出)。使半導(dǎo)體元件通電和發(fā)熱，但該熱量通過傳熱板1傳送給散熱片2，使散熱板整體被加熱。在該狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6使風(fēng)扇7旋轉(zhuǎn)，通過向散熱板送冷風(fēng)來(lái)冷卻散熱板。
一般來(lái)說，散熱板的熱傳導(dǎo)率與散熱片表面上風(fēng)的流速同時(shí)增大。因此，本發(fā)明在散熱片2的形狀和配置上下了工夫，以獲得盡可能快的流速。
如圖3的箭頭B所示那樣把冷風(fēng)送到送風(fēng)口3，到達(dá)散熱面1b，向外周擴(kuò)散，由散熱片2的流入口C流入，與散熱片2進(jìn)行熱交換，由排出口E向四周排出。其中，如上所述，使散熱片2的流入口C的角度與風(fēng)扇7的風(fēng)流出角度一致，由于送風(fēng)口3呈圓形，所以流入流入口C時(shí)的阻抗不大，此外，由于散熱片2沿風(fēng)的流動(dòng)彎曲，所以由散熱片2形成的流路中的流動(dòng)阻抗較小，流速變快，可得到高的散熱效果。還有，還配置有可用圓描述的散熱片2的外側(cè)端部，由于散熱片2的長(zhǎng)度均勻，所以空氣的排出均勻，可均勻地進(jìn)行散熱。因此，由于在各散熱片2上未產(chǎn)生溫度差，所以也不產(chǎn)生聲音。
圖5是表示沿散熱片2的外側(cè)面2a流動(dòng)的風(fēng)的狀態(tài)圖。處于①點(diǎn)的層流風(fēng)因外側(cè)面2a的粘性阻抗產(chǎn)生的靠近外側(cè)面2a一方的流速比離開方的流速變慢(點(diǎn)②)。其中，用圖6說明一般的平行板間的流體流動(dòng)。如圖6(a)所示，在壁面部分因粘性使流動(dòng)減速，變?yōu)樵谥醒氩糠肿鳛樽畲笏俣鹊膾佄锞€狀的速度分布。如果流速加快，那么層狀流動(dòng)開始不規(guī)則地混合，從速度快的部分向速度慢的表面部分?jǐn)U散運(yùn)動(dòng)能量，變?yōu)樗^的紊流，如圖6(b)所示，速度分布變得一樣。在這種紊流場(chǎng)中，壁面附近的流速快，而且由于空氣的混合作用強(qiáng)，使導(dǎo)熱特性提高。因此，在散熱板的情況下，如果使散熱片2間流動(dòng)的風(fēng)的流速加速，那么散熱片2表面上的流速變快，保證了散熱效果。如上所述，通過把彎曲的散熱片配置成放射狀，可獲得某種程度的流速，但在本實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提高散熱特性，在③點(diǎn)設(shè)有突起4。
圖7是表示在突起4的后面(風(fēng)流動(dòng)的下流側(cè))的風(fēng)流動(dòng)的圖。在③點(diǎn)因突起4使流動(dòng)分層，在④點(diǎn)使流動(dòng)再附著。連接③和④點(diǎn)的實(shí)線表示流動(dòng)的分層境界線。在再附著點(diǎn)附近由于在分層境界線上生成的強(qiáng)紊流(渦流)靠近壁，由渦流作用在散熱片2表面上出現(xiàn)垂直的強(qiáng)速度分量，朝向散熱片2表面的垂直速度分量把離開表面的主流的冷風(fēng)送向表面，從散熱片2表面離開的垂直速度分量把表面的暖風(fēng)送到主流側(cè)，使再附著點(diǎn)附近的熱傳導(dǎo)系數(shù)飛躍地提高。
而且，在本實(shí)施例1中，在正對(duì)面的散熱片2的表面上，通過相互錯(cuò)開設(shè)置多個(gè)突起4、5，來(lái)進(jìn)一步提高熱傳導(dǎo)系數(shù)。也就是說，由于用分層境界線圍成的分層區(qū)域S不與主流連接，所以熱傳導(dǎo)系數(shù)低，如果從再附著點(diǎn)離開下流側(cè)，那么由于渦流減少，所以熱傳導(dǎo)系數(shù)會(huì)變低，如果突起不多，那么在局部提高了熱傳導(dǎo)系數(shù)，但不足以提高整體的熱傳導(dǎo)系數(shù)。因此，使熱傳導(dǎo)系數(shù)低的分層區(qū)域盡可能地窄，而且重復(fù)分層和再附著，為了使來(lái)自再附著點(diǎn)下流側(cè)不產(chǎn)生渦流的部分變窄，相互錯(cuò)開設(shè)置突起4、5。
圖8示意表示相互面對(duì)面的散熱片2間的風(fēng)的流動(dòng)。圖中，上側(cè)的散熱片2為2A，下側(cè)的散熱片為2B。此外，5a、5b、5c是在散熱片2A的內(nèi)側(cè)面2b上形成的內(nèi)側(cè)突起，4a、4b、是在散熱片2B的外側(cè)面2a上形成的外側(cè)突起，把5a、5b、5c與4a、4b相互錯(cuò)開設(shè)置。
圖8中，從左側(cè)流入的流動(dòng)由散熱片2A的最初突起5a偏向下側(cè)的散熱片2B側(cè)。偏向下側(cè)方向的流動(dòng)由散熱片2B的最初突起4a偏向上側(cè)。其結(jié)果，用突起5a分層的流動(dòng)迅速地再附著在散熱片2A上。由下流側(cè)的突起5b、4b、5c反復(fù)這種現(xiàn)象。這樣，在與鄰接的散熱片2對(duì)面的表面上，通過相互錯(cuò)開設(shè)置突起，能夠縮短從流動(dòng)分層到再附著點(diǎn)的距離，此外，通過設(shè)置連續(xù)的突起，形成多個(gè)附著點(diǎn)，能夠使熱傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)一步飛躍地提高。
再有，同一面上的突起間的節(jié)距至少在突起間作為流動(dòng)的再附著條件。由突起形狀、突起高度、流速、散熱片間的距離、散熱片的曲率等來(lái)決定該條件。
此外，由于外側(cè)突起4和內(nèi)側(cè)突起5向散熱片的外側(cè)緩緩變高，所以在散熱片2間流入的風(fēng)因散熱片2的表面粘性在外周側(cè)進(jìn)入的流速下降，熱回收下降，但因突起4和5提高熱傳導(dǎo)系數(shù)。
此外，穿過散熱片2間的風(fēng)，在散熱片2的內(nèi)側(cè)面2b側(cè)變強(qiáng)，外側(cè)面2a側(cè)變?nèi)?，但由于通過比外側(cè)突起4高來(lái)形成內(nèi)側(cè)突起5，所以能夠使觸及內(nèi)面?zhèn)?b的強(qiáng)風(fēng)擴(kuò)散到外側(cè)面2a的一方，能夠提高散熱效果。
而且，由于散熱片2的厚度比傳熱板1的厚度薄，所以用傳熱板1從發(fā)熱體吸收的熱容易從散熱片2散熱，散熱效率高。再有，如果使散熱片2較薄，那么由于保持冷風(fēng)流入口C的開孔率，同時(shí)增加散熱片2的塊數(shù)，所以能夠提高散熱效果。
此外，由于用與傳熱板1平行的面剖切散熱片2時(shí)的剖面面積比在相同部分排列多個(gè)散熱針情況下的剖面面積大，所以傳熱良好，散熱效果也高。
再有，在上述說明中，送風(fēng)口3的形狀呈圓形，但如果存在能夠使風(fēng)扇7送出的冷風(fēng)流向散熱片2的流入口C這樣的空間部分，那么就能夠獲得同樣的效果。
此外，在上述說明中，說明了從散熱板的內(nèi)側(cè)向外側(cè)送風(fēng)空氣的情況，但相反地，通過由風(fēng)扇吸入空氣，造成從散熱板的外側(cè)向內(nèi)側(cè)流動(dòng)的空氣流，也能夠獲得同樣的散熱效果。這種情況下，如果在散熱片2的風(fēng)扇7對(duì)面?zhèn)仍O(shè)有堵住開口部分的蓋，那么由于從散熱片2外側(cè)的端部間吸入的空氣確實(shí)穿過散熱片2間的流路，從空間部分3被風(fēng)扇7吸入，所以可獲得高的散熱效果。
實(shí)施例2在上述實(shí)施例1中，突起的剖面形狀呈三角形，但如圖9所示，半圓形(a)、1／4圓形(b)、直角形(c)、梯形(d)也可以，如果有從散熱片2突出的突起，無(wú)論什么形狀，都能夠獲得同樣的效果。
實(shí)施例3圖10是本發(fā)明第三實(shí)施例的散熱板的頂視圖。在本實(shí)施例中，使傳熱板1的平面形狀成為與散熱片2的外周同樣的圓形。如果有這樣的形狀，那么從傳熱板1向散熱片2的傳熱會(huì)變得均勻，進(jìn)一步提高散熱效果。而且，如圖10所示，如果使散熱片2的外周與傳熱板1的直徑相同，那么能夠使散熱板小型化。
再有，傳熱板1的形狀并不限于此，例如長(zhǎng)方形也可以，此外，可以從傳熱板1的中央錯(cuò)開配置散熱片2。
按照本發(fā)明的第一方案，放射狀地配置多個(gè)彎曲的散熱片，同將由于在所述傳熱板的表面上形成用所述各散熱片的內(nèi)側(cè)端部圍成的空間部分，所以流動(dòng)在散熱片間的空氣流動(dòng)阻抗較小，能夠提高散熱片表面的流速，此外，由于可有效地進(jìn)行從空間部分向散熱片間的送風(fēng)，和從散熱片間向空間部分的空氣吸引，所以散熱效果高，能夠使散熱板小型和輕量化。
按照本發(fā)明的第二方案，由于在散熱片的表面形成多個(gè)突起，所以利用在突起的下流側(cè)產(chǎn)生的渦流作用提高熱傳導(dǎo)系數(shù)，可獲得更高的散熱效果。
按照本發(fā)明的第三方案，由于在鄰接的散熱片的相對(duì)面上相互錯(cuò)開地配置形成的多個(gè)突起，所以能夠提高散熱片的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)，提高散熱效果。
按照本發(fā)明的第四方案，由于可從傳熱板的內(nèi)側(cè)向外側(cè)順序升高地形成突起的高度，所以在空氣從內(nèi)側(cè)向外側(cè)流動(dòng)的情況下，能夠提高流速慢的外側(cè)的熱傳導(dǎo)系數(shù)，提高散熱效果。
按照本發(fā)明的第五方案，由于在彎曲的散熱片的內(nèi)面?zhèn)刃纬傻耐黄鸶叨缺仍谕鈧?cè)面形成的突起高度高，所以觸及內(nèi)側(cè)面的強(qiáng)風(fēng)能夠擴(kuò)散到外側(cè)面，提高散熱效果。
按照本發(fā)明的第六方案，由于配有多個(gè)散熱片，使其內(nèi)側(cè)端部用圓描述，所以流入到散熱片間的空氣阻抗變得較小，此外由于空氣的排出變得均勻，所以可提高散熱效果。
按照本發(fā)明的第七方案，由于配有多個(gè)散熱片，使其外側(cè)端部用圓描述，所以空氣的排出變得均勻，此外由于流入到散熱片間的空氣阻抗變得較小，所以可提高散熱效果。
按照本發(fā)明的第八方案，由于配有多個(gè)散熱片，使其內(nèi)側(cè)端部用圓描述，并且外側(cè)端部可用比描述所述內(nèi)側(cè)端部的圓的直徑大的同心圓描述，散熱片的長(zhǎng)度均勻，不產(chǎn)生溫度差，所以能夠提高散熱效果，同時(shí)防止聲音的產(chǎn)生。
按照本發(fā)明的第九方案，由于使傳熱板有與描述散熱片端部圓的同心圓形狀，所以傳熱變得均勻，能夠提高散熱效果，同時(shí)能夠使散熱板小型化。
按照本發(fā)明的第十方案，由于散熱片的厚度比傳熱板的厚度薄，所以可進(jìn)一步提高散熱效果。
權(quán)利要求
1．一種散熱板，在傳熱板的表面上設(shè)有多個(gè)散熱片，其特征在于，放射狀地配置多個(gè)彎曲的散熱片，同時(shí)在所述傳熱板的表面形成用所述各散熱片的內(nèi)側(cè)端部圍成的空間部分。
2．如權(quán)利要求1所述的散熱板，其特征在于，在散熱板的表面上形成多個(gè)突起。
3．如權(quán)利要求2所述的散熱板，其特征在于，在鄰接的散熱片的相對(duì)面上相互錯(cuò)開地配置所形成的多個(gè)突起。
4．如權(quán)利要求2所述的散熱板，其特征在于，形成突起的高度，使其沿從傳熱板的內(nèi)側(cè)向外側(cè)的順序變高。
5．如權(quán)利要求2所述的散熱板，其特征在于，在彎曲的散熱片內(nèi)側(cè)面上形成的突起高度比在外側(cè)面上形成的突起高度高。
6．如權(quán)利要求1所述的散熱板，其特征在于，配置多個(gè)散熱片，使其內(nèi)側(cè)的端部可用圓描述。
7．如權(quán)利要求1所述的散熱板，其特征在于，配置多個(gè)散熱片，使其外側(cè)的端部可用圓描述。
8．如權(quán)利要求1所述的散熱板，其特征在于，配置多個(gè)散熱片，使其內(nèi)側(cè)的端部可用圓描述，并且外側(cè)的端部可用比描述所述內(nèi)側(cè)端部的圓的直徑大的同心圓來(lái)描述。
9．如權(quán)利要求8所述的散熱板，其特征在于，傳熱板有與描述散熱片端部的圓同心的圓形。
10．如權(quán)利要求1所述的散熱板，其特征在于，散熱片的厚度比傳熱板的厚度薄。
全文摘要
在現(xiàn)有的散熱板中,要想增大散熱就必須使散熱片等變大,所以不能小型化,此外,由于相對(duì)于流動(dòng)在冷卻片間的冷卻空氣的流動(dòng)的阻抗較大,所以存在散熱效率差的問題。在傳熱板1的散熱面1b上放射狀地配置彎曲的板狀散熱片2,形成用各散熱片2的內(nèi)側(cè)端部圍成的空間部分3。此外,在散熱片2的表面上形成突起4、5。
文檔編號(hào)H05K7/20GK1205549SQ9811604
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月14日
發(fā)明者小暮榮治, 今井智久, 福島忠史, 大島孝夫, 塚原広明, 加賀邦彥 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社, 三菱電機(jī)家庭機(jī)器株式會(huì)社