CN107078107A - 散热构造体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

其目的在于比以往的散热构造体提高散热效率。本发明的散热构造体(1)的特征在于包括：散热器(10)，在与发热体(50)相对的第1面(11)中，设置有具有侧面(S1)的凹部(12)；加热块(20)，具有底面(B2)及侧面(S2)，嵌合到所述凹部(12)；以及导热膏(30)，与凹部(12)的侧面(S1)及散热器(10)的侧面(S2)这双方相接，加热块(20)的底面(B2)与发热体(50)相接。

Description

散热构造体及其制造方法

技术领域

本发明涉及将从发热体发生的热释放到外部的散热构造体。

背景技术

作为以往的散热构造体的方案，例如，已知图9所示的具备散热器70、加热块(heatblock)20、以及介于散热器(heat sink)70与加热块20之间的热传导片60的散热构造体3。该散热构造体3的加热块20与设置在印刷基板40等中的发热体50接触。由此，在发热体50中发生的热经由从发热体50依次通过加热块20、热传导片60、以及散热器70释放到外部的散热路线HR2。

在此，热传导片60承担吸收各零件在厚度方向上的尺寸公差、在各零件之间的装配公差的作用。在此，公差是指在各零件的表面中产生的微小的起伏、倾斜和加工/装配所致的偏差。通过吸收这些公差，确保散热器70和加热块20的紧密接触性。

另外，如图10所示，在专利文献1中公开有：散热构造体4，其具备具有凸部的散热器80和以与该散热器10的凸部相接的方式设置的热传导片60。在此，在印刷基板40中形成贯通孔，使散热器80的凸部嵌合到印刷基板40的贯通孔，在发热体50与散热器80的凸部之间介有热传导片60。由此，在发热体50中发生的热经由从发热体50依次通过热传导片60和散热器80而释放到外部的散热路线HR3。

专利文献1：日本特开2005-327940号公报

发明内容

在此，热传导片的热传导率一般比散热器、加热块的热传导率低。而且，热传导片如上所述用于吸收各零件的厚度方向上的尺寸公差、各零件之间的装配公差，所以要求具有一定尺寸以上的厚度。在上述以往的散热构造体的方案中，从发热部发生的热一定经由热传导片释放到外部。因此存在散热构造体的散热效率降低这样的课题。

另一方面，如果不使用热传导片，则无法吸收上述那样的公差，所以散热器和加热块的紧密接触性降低，其结果，散热构造体的散热效率降低。另外，虽然可以考虑夹入热传导率比热传导片大的导热膏代替热传导片，但由于厚度方向的尺寸公差大，所以仅通过夹入导热膏，无法充分地确保散热器和加热块的紧密接触性。

在专利文献1记载的散热构造体的方案中也使用热传导片，从发热体发生的热经由热传导片被释放到外部，所以具有与上述同样的课题。

本发明的目的在于，与以往的散热构造体相比，进一步提高散热效率。

本发明提供一种散热构造体，其特征在于包括：散热器，在与发热体相对的第1面设置具有侧面的凹部；加热块，具有底面及侧面，嵌合到所述凹部；以及导热膏，与所述凹部的侧面及所述加热块的侧面这双方相接，所述加热块的底面与所述发热体相接。

根据本发明的散热构造体，能够比以往的散热构造体提高散热效率。

附图说明

图1表示本发明的实施方式1的散热构造体的立体图。

图2表示该散热构造体的X-XX剖面图。

图3表示本发明的实施方式2的散热构造体的剖面图。

图4表示例示本发明的散热构造体的制造方法的工序的剖面图。

图5表示例示该散热构造体的制造方法的工序的剖面图。

图6表示例示该散热构造体的制造方法的工序的剖面图。

图7表示例示该散热构造体的制造方法的工序的剖面图。

图8表示本发明的其他实施方式的散热构造体的剖面图。

图9表示以往的散热构造体的剖面图。

图10表示以往的散热构造体的剖面图。

具体实施方式

(实施方式1)

以下，参照图1以及2，说明本发明的实施方式1的散热构造体。本发明的实施方式1的散热构造体1如图1以及图2所示，具备散热器10、加热块20以及导热膏30。通过设置在印刷基板40等中的发热体50和加热块20接触，能够从散热器10释放发热体50发生的热。以下，详细说明各构成要素。

散热器10具有与发热体50相对的第1面11，在第1面11中设置有凹部12。凹部12具有侧面S1以及底面B1。凹部12具体而言是圆柱形状，其中心轴A1的方向是与散热器10的第1面11垂直的方向。另外，在散热器10的与第1面11相反的一侧的第2面13中设置有散热片14。通过在散热器10的第2面13中设置散热片14，散热器10的表面积增大，所以散热构造体1的散热效率提高。然而，本发明不限定于在散热器10的第2面13中设置有散热片的结构。

加热块20具有上表面T2、侧面S2以及底面B2。加热块20具体而言是圆柱形状，其中心轴A2的方向是与散热器10的第1面11垂直的方向。加热块20与散热器10的凹部12嵌合。加热块20的底面B2与发热体50相接。通过加热块20与发热体50相接，能够将发热体50发生的热暂时释放到加热块20，发热体50能够防止发热体50自身所发出的热积蓄于内部而破损。

导热膏30介于与凹部12的侧面S1以及加热块20的侧面S2之间。即，与双方的侧面S1、S2相接。由此，能够提高凹部12的侧面S1与加热块20的侧面S2之间的紧密接触性。导热膏30是膏状且能够容易地变形，其厚度例如能够在大于0[mm]且小于等于0.3[mm]的期间变动。另外，为了提高发热体50与加热块20的底面B2之间的紧密接触性，优选在发热体50与加热块20之间也介有导热膏。导热膏30的材料一般可以考虑如硅等，其热传导率是3.0[W/(m·K)]。为了提高热传导率，也可以混入银等金属粒子。

通过该结构，在发热体50中发生的热经由从发热体50依次通过加热块20、导热膏30、散热器10而释放到外部的散热路线HR1。因此，能够比以往的散热构造体提高散热效率。以下详细说明。

如图9所示，在以往的散热构造体的方案中，在散热器10中未设置凹部，散热器70经由热传导片60与加热块20接触。因此，由发热部50发生的热必然经由热传导片60被释放到外部。

热传导片60的热传导率一般比散热器10、加热块20的热传导率低。例如，散热器10、加热块20的材料是铜、铝，铜的热传导率是398[W/(m·K)]，铝的热传导率是236[W/(m·K)]。相比之下，热传导片60的材料例如是硅，其热传导率是2.3[W/(m·K)]。

另外，热传导片60承担吸收各零件的厚度方向上的尺寸公差、即散热器10的厚度的尺寸公差、加热块20的厚度的尺寸公差、发热体50的厚度的尺寸公差、以及印刷基板40的厚度的尺寸公差的作用。而且，还承担吸收各零件之间的装配公差、即印刷基板40和发热体50的装配公差、以及发热体50和加热块20的装配公差的作用。由此，确保散热器10和加热块20的紧密接触性。为了吸收这些公差，热传导片60要求具有一定尺寸以上的弹性和厚度。

例如，散热器70的厚度的尺寸公差是0.05[mm]，加热块20的厚度的尺寸公差是0.05[mm]，发热体50的厚度的尺寸公差是0.1[mm]，印刷基板40的厚度的尺寸公差是0.05[mm]，印刷基板40与发热体50之间的装配公差是0.05[mm]，发热体50与加热块20之间的装配公差是0.1[mm]。将这些公差合起来的公差的合计值是0.4[mm]。为了吸收这种程度的大的公差，使用例如厚度在大于0[mm]且小于等于0.3[mm]之间变化的导热膏则是不充分的，而使用厚度是例如2.0[mm]的热传导片60。该热传导片60在散热器70与加热块20之间被压缩，为例如1.6[mm]。

在此，作为表示散热构造体的散热效率的指标，使用导热量。导热量意味着从某个物体的一方的表面移送到另一方的表面的热量，如以下的式1所示，与该物体的面积A、物体的热传导率C、以及物体的两面的温度差D成比例，与物体的厚度B成反比例。

E＝A/B×C×D…式1

其中

A：面积[m²]、

B：厚度[m]、

C：热传导率[W/(m/K)]、

D：温度差[K]

E：导热量[W]。

在以往的散热构造体3的方案中，散热器70与加热块20之间经由热传导片60接触，所以从散热器70向加热块20的导热量等于热传导片60的导热量。因此，研究热传导片60的导热量。

当设热传导片60的直径为14[mm]时，其面积约为154[mm²]。而使热传导片60的厚度为1.6[mm]，使热传导片60的热传导率为2.3[W/(m·K)]，在两面的温度差是20[K]时，热传导片60的导热量根据式1为4.42[W]。

在本实施方式的散热构造体1中，在散热器10的第1面11中设置有凹部12，凹部12的侧面S1经由导热膏30与加热块20的侧面S2接触。因此，从散热器10向加热块20的导热量等于导热膏30的导热量。因此，研究导热膏30的导热量。

在使加热块20的上表面T2的直径为14[mm]，使与散热器10的凹部12接触的加热块20的高度为3.8[mm]时，散热器10与加热块20之间的导热膏30的面积为167[mm²]。而且，导热膏30与热传导片一样，用于提高散热器10和加热块20的紧密接触性，其厚度比热传导片薄，在此假设为0.1[mm]。另外，使导热膏30的热传导率为3.0[W/(m·K)]，在两面的温度差是20[K]时，导热膏30的导热量根据式1为100.23[W]。

在比较上述的导热膏30和以往的热传导片60的导热量时，尽管面积和两面的温度差分别是相同的程度，导热膏30的导热量仍为热传导片60的导热量的22倍以上。这是基于相对于热传导片60的热传导率是2.3[W/(m·K)]而导热膏30的热传导率大于3.0[W/(m·K)]、和相对于热传导片60的厚度是1.6[mm]而导热膏30的厚度特别薄到0.1[mm]。

本发明的实施方式的散热构造体1并非如以往那样通过使不具有凹部的散热器和加热块接触来进行散热的结构，而是通过使散热器10的凹部12的侧面S1和加热块20的侧面S2接触来进行散热的结构。因此，对散热构造体1的散热性造成影响的公差并非厚度方向上的公差，而是径向上的公差。

如上所述，厚度方向上的公差的合计值是例如0.4[mm]。相对于此，凹部12的径向的尺寸公差是例如0.1[mm]，加热块20的径向的尺寸公差也是例如0.1[mm]。将它们合起来的径向的公差的合计值仅为0.2[mm]。

针对该程度的微小的公差的吸收不必夹入具有一定尺寸以上的厚度的热传导片，仅通过在两者之间介入在例如厚度大于0[mm]且小于等于0.3[mm]之间变化的导热膏30，就解决了散热器10和加热块20的紧密接触性的问题。

另外，以往隔着加热块20的上表面T2对热进行散热，相比之下，在实施方式1中的散热构造体1中，至少隔着加热块20的侧面S2对热进行散热。散热效率还依赖于加热块20和散热器10的接触面积。为了增大加热块20的上表面T2的面积，需要增大向印刷基板40上的搭载面积。相对于此，通过不仅增大加热块20的上表面T2的面积，而且还增大加热块20的侧面S2的高度以及凹部12的深度，也能够增大与散热器10的凹部12的侧面S1相对的部分的加热块20的侧面的面积。因此，本实施方式的散热构造体1易于比以往增大加热块20和散热器10的接触面积，能够更容易地提高散热效率。

据此，本发明的实施方式的散热构造体1能够比以往的散热构造体，提高散热效率。特别是即使没有风扇仍可得到充分的散热效率。但是，本发明不限定于无风扇的散热构造体。有风扇会进一步提高散热效率。

(实施方式2)

接下来，参照图3，说明本发明的实施方式2的散热构造体。本发明的实施方式2的散热构造体2在具备热传导片60这一点上与实施方式1的散热构造体相异，但其他构成要素相同，所以省略。以下，详细说明热传导片60。

热传导片60与凹部12的底面B1以及加热块20的上表面T2这双方相接。即，热传导片60介于散热器10的凹部12的底面B1、与加热块20的上表面T2之间。热传导片60的热传导率是例如2.3[W/(m·K)]。另外，热传导片60承担吸收散热器10的厚度方向上的各零件的尺寸公差、零件之间的装配公差的作用，为此，热传导片60具有一定尺寸以上的弹性和厚度。热传导片60使用例如厚度是2.0[mm]的例子，在凹部12的底面B1与加热块20的上表面T2之间被压缩，为例如1.6[mm]。由此，本实施方式的散热构造体2能够使散热器10的凹部12的底面B2和加热块20的上表面T2紧密接触。

根据本实施方式的散热构造体2，发热体50发生的热除了如实施方式1的散热构造体那样从发热体50依次通过加热块20、导热膏30、散热器10释放到外部的散热路线HR1以外，还如以往的散热构造体那样经由依次通过加热块20、热传导片60、散热器10而释放到外部的散热路线HR2。

因此，在本实施方式的散热构造体2中，从加热块20向散热器10的导热量为将实施方式1的导热膏的导热量和以往的热传导片的导热量相加后的量。例如，如在实施方式1中例示，在使导热膏30的导热量为100.23[W]、使热传导片60的导热量为4.42[W]时，实施方式2中的从加热块20向散热器10的导热量为104.65[W]。因此，实施方式2的散热构造体2能够比实施方式1的散热构造体进一步提高散热效率。

另外，在实施方式2中，在凹部12的底面B1与加热块20的上表面T2之间介有热传导片60，所以加热块20以及发热体在厚度方向上被按压。因此，能够比不使用热传导片的实施方式1，进一步提高发热体50与加热块20之间的紧密接触性。

此外，在实施方式1中，在散热器10的凹部12的底面B1与加热块20的上表面T2之间未设置热传导片60，在厚度方向上两者之间不紧密接触，所以虽然不能怎么期待厚度方向的导热量，但并不是说在厚度方向上完全不传热。一般认为通过如实施方式2在两者之间介有热传导片60，在厚度方向上能够使两者之间紧密接触，所以能够增大导热量。

(实施方式3)

在本发明的实施方式3中，参照图4～7，说明本发明的实施方式1以及2的散热构造体的制造方法的一个例子。首先，如图4所示，准备在第2面13中形成有散热片14的散热器10。在此，也可以如上所述，在散热器10的第2面13中不形成散热片14。

接下来，如图5所示，在散热器10的第1面11中形成凹部12。在此，在对散热器10自身进行成型时，当集中形成凹部12时，有时难以控制凹部12的径向的尺寸公差。因此，在散热器10一旦成型之后，通过另外形成凹部12，能够容易地抑制凹部12的径向的尺寸公差，进而能够根据需要变更形成凹部12的场所、凹部12的大小。例如，一般考虑在对在第1面11中未形成凹部12的散热器10进行成型之后，通过沉孔加工在第1面11中形成凹部12的方法等。但是，本发明的凹部不限定于通过沉孔加工形成的例子。另外，也可以对从最初形成有凹部的散热器进行成型。在该情况下，与散热器的成型同时形成凹部，所以能够省略另外形成凹部的工序，能够减少制造工序。

另外，如图6所示，在制造实施方式2的散热构造体时，在散热器10的凹部12的底面B1中设置热传导片60。但是，热传导片60无需一定设置于凹部12的底面B1，可以在凹部12的底面B1与加热块20的上表面T2之间设置热传导片60。例如，也可以在加热块20的上表面上设置热传导片60。在制造实施方式1的散热构造体时，不进行该工序。

最后，如图7所示，使加热块20嵌合到凹部12。此外，在嵌合之前，在加热块20的侧面S2上预先涂覆导热膏30。由此，加热块20与凹部12的侧面S1隔着导热膏30接触。也可以在凹部12的侧面S1上涂覆导热膏30来代替在加热块20的侧面S2上涂覆导热膏30，也可以在双方的侧面S1、S2上涂覆导热膏30。

另外，在为了制造实施方式2的散热构造体而设置有热传导片60时，使散热器10和热传导片60、以及热传导片60和加热块20接触。即，使凹部12的底面B1和加热块20的上表面T2隔着热传导片60接触。

在此，最好在以加热块20的圆柱轴为中心旋转的同时嵌合到凹部12。以下进行详细说明。为了使散热器20嵌合到散热器10的凹部12，在加热块20的直径和凹部12的直径中必须有尺寸的差。即，加热块20的直径相对凹部12的直径稍小。因此，通过在使加热块20旋转的同时插入到凹部12，即使使凹部12的直径和加热块20的直径的尺寸的差限于最小也易于插入。例如，凹部12的直径的尺寸是14.2[mm]，加热块20的直径的尺寸是14.0[mm]，能够使该尺寸的差仅为0.2[mm]。由此，能够提高散热器10的凹部12的侧面S1和加热块20的侧面S2的紧密接触性，甚至能够提高散热构造体的散热效率。

另外，如此形成的散热构造体如图2或者3所示的那样通过使发热体50和加热块20的底面B2接触，能够将从发热体50发生的热释放到外部。

此外，在实施方式1以及2中，叙述了散热器10的凹部12以及加热块20是圆柱形状，但不限定于此。例如，即使散热器的凹部以及加热块是多棱柱形状，由于加热块的侧面隔着导热膏与凹部的侧面接触，所以能够比以往的散热构造体提高散热效率。在圆柱形状的情况下，能够在使加热块旋转的同时嵌合到凹部。

进而，在实施方式1中，叙述了散热器10的凹部12具有底面B1，加热块20具有上表面T2，但不限于此，也可以散热器的凹部不具有底面，加热块不具有上表面。例如，如图8所示，可以考虑为散热器15的凹部16以及加热块21的形状是圆锥形状、多角锥形状的情况。即使在该情况下，加热块21的侧面S2隔着导热膏30与散热器15的凹部16的侧面S2相接，所以能够比以往的散热构造体提高散热效率。在多角锥形状、圆锥形状的情况下，能够比圆柱、多棱柱的情况增大侧面的面积，所以能够进一步提高散热构造。在圆锥形状的情况下，能够在使加热块旋转的同时嵌合到凹部。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种散热构造体，其特征在于包括：

散热器，在与发热体相对的第1面设置有具有底面及侧面的凹部；

加热块，具有上表面、底面及侧面，嵌合到所述凹部；

导热膏，与所述凹部的侧面及所述加热块的侧面这双方相接；以及

热传导片，与所述凹部的底面以及所述加热块的上表面这双方相接，

所述加热块的底面与所述发热体相接。

2.根据权利要求1所述的散热构造体，其特征在于：所述凹部以及所述加热块的形状是在与所述散热器的第1面垂直的方向上具有中心轴的圆柱形状。

3.一种散热构造体的制造方法，该散热构造体具备：

散热器，在与发热体相对的第1面设置有凹部；以及

加热块，嵌合到所述凹部，

所述散热构造体的制造方法的特征在于：

在所述凹部的侧面以及所述加热块的侧面的至少某一方涂覆导热膏，

在所述凹部的底面与所述加热块的上表面之间设置有热传导片的状态下，在使所述加热块绕所述加热块的中心轴旋转的同时，使所述加热块嵌合到所述凹部，使所述散热器和所述热传导片以及所述热传导片和所述加热块接触。

4.根据权利要求3所述的散热构造体的制造方法，其特征在于：通过沉孔加工，在所述散热器的所述第1面形成圆柱形状的凹部。

Claims (6)

1.一种散热构造体，其特征在于包括：

散热器，在与发热体相对的第1面设置有具有侧面的凹部；

加热块，具有底面及侧面，嵌合到所述凹部；以及

导热膏，与所述凹部的侧面及所述加热块的侧面这双方相接，

所述加热块的底面与所述发热体相接。

2.根据权利要求1所述的散热构造体，其特征在于还包括：

热传导片，

所述凹部具有底面，

所述加热块具有上表面，

所述热传导片与所述凹部的底面以及所述加热块的上表面这双方相接。

3.根据权利要求1或者2所述的散热构造体，其特征在于：所述凹部以及所述加热块的形状是在与所述散热器的第1面垂直的方向上具有中心轴的圆柱形状。

4.一种散热构造体的制造方法，该散热构造体具备：

散热器，在与发热体相对的第1面设置有凹部；以及

加热块，嵌合到所述凹部，

所述散热构造体的制造方法的特征在于：

在所述凹部的侧面以及所述加热块的侧面的至少某一方涂覆导热膏，

在使所述加热块绕所述加热块的中心轴旋转的同时，使所述加热块嵌合到所述凹部。

5.根据权利要求4所述的散热构造体的制造方法，其特征在于：在所述凹部的底面与所述加热块的上表面之间设置有热传导片的状态下，使所述加热块嵌合到所述凹部，使所述散热器和所述热传导片以及所述热传导片和所述加热块接触。

6.根据权利要求4或者5所述的散热构造体的制造方法，其特征在于：通过沉孔加工，在所述散热器的所述第1面形成圆柱形状的凹部。