TWI361655B - Heat pipe heat sink - Google Patents

Description

1361655 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種熱管式散熱器，為冷卻電子零件 或光零件等發熱元件所用之散熱器，詳言之，設置於鐵 路車輛或汽車等，在水平及傾斜狀態亦可使用之散熱器。 【先前技術】 已知之為冷卻功率電子所用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等發熱元件之散熱器，大都使用比較 •=廉之在基板之一面固定發熱體，而在基板之另一面配 设多數散熱片成梳形或格柵型之構造者。但是此等構.成 之散熱器，其散熱性能未必足夠，尤其是要有效冷卻高 發熱密度之半導體元件時，為提高其冷卻性能，一般需 使用具高熱傳導性銅製熱管之散熱器，或使用象系化合 物作為熱導管作動液之沸騰冷卻式散熱器。 另在上述基板設置熱導管以期提高散熱性能之散熱 器〇)，例如有日本專利特開2002_262583號公報之案 例。此係如圖6(a)及(b)所示在基板(2)埋設熱導管（3)，使 發熱體(4)之發生熱在基板整體均勻化，可使散熱片（5) 之散熱作用到廣範圍而有效作用得提高冷卻作用。 但是，如新幹線之鐵路車輛或汽車等爬坡或轉彎 〜’不管散熱H傾向何方向’仍需維持散熱器之冷卻性 =。如日本專利特開2〇〇2 262583號公報之例，將熱導 共同埋設於多數發熱料，對於某—方向之傾斜雖能 獲得規^之冷卻性能，但是傾斜至其他方向時則有冷卻 5 1361655 尤其是受形狀或重量之限制無法傾斜 幾近水平狀態使用散熱叫，問題甚 =有==基板内之中央附近時，熱導管亦 用二物卩 W製)作動液之彿騰冷卻式散熱器，則」整^== 價昂。雖有見開發對環境負抻小之構成複雜且 在蚀田料&+ 境員担小冷媒，但是作為冷媒 ，使用對地球溫暖化大之某種氟 得比較良好之冷卻性能衫雖了 不受歡迎。 _彳-疋從防止環境污染觀點而漸 又，採用熱導管之餘器，係將 =片:熱導管而作散熱，但是如ΐ = =至散熱片之熱料性效率不佳，因此有餘不足= 題0 於是’此構成之散熱器，使用冷卻水作為冷卻流體 時’如使用場所之外氣溫度到達氷點以下時，會發生該 熱導管内之冷部水在散熱部; 東結而無法還流至受熱部之 P9題’而有熱導管無法發揮原來機能之缺點 。且有熱導 管外露於絲者’在使时或輪送巾因㈣冷卻水之束 結而亦有外露部分破裂之問題。 【發明内容】 6 1361655 本發明係提供下列褒置。 、w (1)一種散熱器，對於設有發熱元件之基板之一處高 /m部，自向溫部向不同方向之低溫部配設熱導管為其 徵。 (2) 上述(1)之政熱器，其中，上述熱導管係在高溫部 内配設成並聯及/或重疊狀為其特徵。 (3) 上述(1)或(2)之散熱器，其中，上述埶導管，自 尚溫部向低溫部配設成放射狀為其特徵。 (4) 上述(1)〜(3)之任一項散熱器，其中，上述埶導管 ，數量’自高溫部配設至順風向之低溫部之數，多於自 间溫部配設至逆風向之低溫部之數為其特徵。 士材-項 度與位置配設為其特徵。及 及汽ί)ΐίΐ)特任—項散熱器，能使用於鐵路車輛 之廣供散熱器，由熱導管使發熱體至基板 斜至任何方向'二器傾 說明述及其他特徵與_ ，二所附圖忑及下述 【實施方式】 以下參照圖1(a)〜圖5詳4 體的實施概要，但並不受限2說明本發明之散熱器具 Γ於圖示之實施方式。又，各 圖之同一構件附同一符號而省略其說明。 圖1(a)及圖1(b)為本發明之散熱器之第丨實施方式 之梳形散熱器之基本概要構成，圖1(a)為散熱片之相反 側之正面圖，（b)為其侧面圖。 圖1(a)及圖1(b)為基板2裝設成垂直時之例，但是 基板2成水平亦可。上述基板2與各散熱片5由鋁擠壓 成形為一體亦可，或在基板2臘焊或銲接、電焊、鉚接 等均可製造。 散熱片5之形狀如何均可，圖示為梳形，但是格栅 型亦可。 梳形散熱器1係使用將發熱體之IGBT等發熱性元 件4固定於一面之基板2 ,而在該基盤2之另一面並聯 設多數散熱片5。又，基板2配設、固定有熱導管3» 熱導管3對於基板2之一處高溫部a至少配設2 支’自該高溫部A至相反邊之不同方向之低溫部分別配 設0 高溫部為在基板面附設發熱性元件4之部位，低溫 部為無附設發熱性元件之部位，或指附設較其低發熱性 元件4a之部位。 同様’高溫部A為多數時(附設多數發熱元件），對 於個別尚溫部’分別向相反邊之不同方向（相反方向）之 低溫部，分別配設熱導管。圖1⑷之例為自元件正下方 之局溫部A向右方之低溫部B與左方之低溫部b之双方 並聯配設熱導管之例，亦可如自其中央之高溫部A分別 1361655 向一個方向配設多數熱導管。在此所示者作為傾斜用至 為有效。 如圖1(a)及圖1(b)所示’散熱器1裝設成垂直時， ' 如圖1(a)箭頭Ar所示向左右傾斜時，熱導管3配設成水 - 平方向為佳。再者’配設熱導管之角度自水平1度以上 至15度之稍加傾斜’使散熱部能在受熱部上方，則更易 獲得因作用液溫度之比重差或因氣化之熱移動效果。在 圖1(a)所示係熱導管3配設成水平方向者，但是熱導管 φ 3亦可配設自水平至垂直之間。 散熱器1之基板2裝設成水平時，對於基板2傾斜 之傾斜軸，向垂直方向配設熱導管3與其平行為佳。例 如，基板向左右方向傾斜’因傾斜軸在前後方向，熱導 管3自高溫部分別向左方向與右方向平行配設，如基板 2向前後方向傾斜，則熱導管3自高溫部分別向前方與 • 後方平行配設。 .於此散熱器，由於自高溫部向相反邊之不同方向之 低溫部配設熱導管，不止對於特定之傾斜，對於多數規 • 定之傾斜，傾斜愈大愈能使散熱器之效率愈佳，而且， 其熱導管因傾斜而傾斜角度變大使熱導管之熱移動量增 大，將元件之熱放大至基板之廣範圍，而可有效防止元 . 件過熱。 又，在基板内埋設全長熱導管而高溫部在其途中時 (如圖6(a)及圖6(b)所示之例），有可能熱導管内之冷媒 在途中乾透(Dryout)而無法有效將熱傳輸至全長。對 9 1361655

此，本發明係將各熱導管自一處高溫部配設至規定之低 溫部’由此將在高溫部之受熱在低溫部散熱，而能使熱 導管有效運作》 熱導管係由銅、鋁，黃銅等熱傳導性良好之金屬製 造為佳，其剖面為圓形、橢圓形、或方形等均可，但是 圓形之熱移動量較佳。

熱導管固定於基板，以接觸阻力較小之臘焊或焊接 為佳’或傳熱性黃油，枯著劑等均可。 有關熱導管之配設，除傾斜方向之外尚受考慮到上 述基板2或產生高溫元件4之位置，元件及熱導管固定 用螺栓之位置等，方能決定熱導管3之長度、位置、層 數與排列數等。 圖2與圖3為本發明散熱器丨之熱導管配設例之剖 面，。圖2之散熱片5與圖1(a)及圖1(b)不同，係對熱 導管配設成垂直方向者。又，圖3係熱導管之配設僅在

基板部分者。熱導管3係如圖3麻，减配設於附設 有發熱/0件4之部位正下面之基板2之高溫部A在同一 面，亦可如圖3配設成並聯而且重#多層。基翁2為銘、 銘合金、銅，銅合金之板材所製。又，製成基板單元， 變更角度將多數張疊層_，構成更加適合形狀之基板 2亦可。 此梳形散熱器1之構成，對於上述基板2埋設 管3，在啓_既使在該熱導管3内之冷卻水;東結，由 於隨啓動時基板2本身之溫度上昇而該;東結狀態之水可 10 1361655 迅速而且容易溶解，不致喪失作為熱導管3之機能。而 且，熱導管3埋設於基板2内，全長不露出在外，在使 用中或搬運中既使内部冷卻水凍結，亦可避免熱導管破 裂之慮。 又，如圖2、圖3在高溫部内接近配設熱導管3成 並聯及/或重疊，使熱移動量變大，在傾斜時也有某一 熱導管在動作’可防止元件之局部高溫。 再者，基板2使用有多數孔之擠壓材，可低廉製造 參 有多數孔之基板，並在個別孔能以規定方向之傾斜(孔之 前後方向）配設熱導管使其運作。 圖4為本發明其他實施方式之梳形散熱器1之基本 構成概要平面圖。在此為基板2裝設成水平狀態者，基 板2可裝設成任意角度。 自發熱性元件4之附設部位之高溫部a至低溫部 B ’配設多數熱導管3成放射狀者。如此配設熱導管3 時，不管散熱器1放置餘何角度而傾斜至何方向，在 中央之το件處發生之熱均可由某—熱導管之作用而引入 零低溫料而可防止過熱。如此配設熱導管成放射狀，即 可應付各種方向之傾斜。 圖4為熱導管3配設於同—面上者，熱導管3配設 3之疊層構造’盡可能使熱導管之大部分與高溢 指觸L使熱導管有效發揮其機能。 圖5為本發明再一實施方式之梳形散熱器1 要構成平面圖，利用送風增加冷卻作用者。此例如 11 1361655 為基板2裝設成水平之情形，基板2可裝設成任意角度。 此係自發熱性元件4附設位置之高溫部Α向順風之 低溫部B之熱導管配設數，多於自高溫部a向逆風之低 溫部B之熱導管配設數者(不含同數）。

向逆風及順風之熱導管數相同時，在順風邊溫度容 易上升，而基板溫度上昇與熱導管受熱部間之溫度差變 小順風之熱移動量常降低。但是’現將向順風邊之 熱導管數增加，可向順風邊移動較多熱，既使順風邊往 上傾钭時亦可抑止元件之高溫化。 制空ϊί散=於用作如新幹線車輛由一方向用風扇強 ，本發明之散熱器係於基板埋設熱 = =之冷卻树結，可因隨啓動時基板自 = =管埋設於基板内，其全長不露出 導管之破/ W中内部之冷卻水遭;東結，亦可避免熱 於本發明所指之冷媒，不止 種冷媒均可使用。 > 散热器〗用之各 本發明之散熱器，如上述，可傾 凡 中傾斜時亦可有良好散敎 f裝a或在使用 …效果尤其疋適合於使用中有 了能向各方向傾斜之鐵路車輛及 依據本發明之散熱器，自高 方 部配設熱導管’可輪無法達成：： 12 1361655 時，總有一熱導管會機能，而發揮良好 高溫部内熱導管配設成並聯接近及/或能。另在 件之局部過熱。 足，可防止元 又，自高溫部向低溫部配設熱導管 各種方向之傾斜，總有—熱導管會機 3 =對於 卻性能。 赞揮良好之冷 再者，自高溫部向順風邊之低溫部配 數’多於自高溫部向逆風邊之低溫 二…導營 則能由熱導管多傳熱至順風邊，而加防止導、管數， 又，在基板之有多數孔之擠愿材，按=化。 置熱導管之長度與位置，得以低廉製造孔變更配 產__業上之利！ 蔣，：本發明可得良好之散熱效果，因此紅 將，傾斜裝設於鐵路車輛 二2合於 之場所。 今便用時會儐斜 本發明雖以實施様式說明 並不受任何細部之限制 j糞特別指定以外 廣義解釋。 月專利範圍所不範園内可 13 丄361655 【圖式簡單說明】 圖1(a)與(b)本發明實施例之一梳形散熱器之概要 構成’（a)為散熱片之相反邊之正面圖，（b)為其側面圖 圖2本發明之散熱器之熱導管配設之一例之剖面 圖。 圖3本發明之散熱器之熱導管配設之另一例之剖 面圖，僅顯示基板部分。 圖4本發明另一實施例之梳形散熱器之概要構成 平面圖。 圖5本發明之再一實施例之梳形散熱器之概要構 成平面圖。 圖6(a)與(b)具先行例熱導管之梳形散熱器概要構 成，圖6(a)為其平面圖，圖6(b)為C-C箭頭向之刳面圖。 【主要元件符號說明】 1 散熱器 2 基板 3 熱導管 4 發熱體 5 散熱片 A 尚溫部 B 低溫部 14

Claims (1)

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舞*伞秀/女砭寒^纪篆替換1頁 第94124256號專利申請案 補充'修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 \〇〇?A^\Tg修正本 十、申請專利範圍： 1. 一種於設有發熱性元件之基板之一個高溫部，自 該高溫部向不同方向之低溫部分別配設有複數之熱導管 之散熱器，其特徵在於： 該等熱導管係在該高溫部内並排靠近的配設且從該 高溫部向順風向之低溫部配設之熱導管數係比從高溫部 向逆風向之低溫部配設之熱導管數為多。 2. 如請求項1之散熱器，其中該等熱導管係在高溫 部内以靠近及多層疊置狀的配設。 3· —種於設有發熱性元件之基板之一個高溫部，自 該高溫部向不同方向之低溫部分別配設有複數之熱導管 之散熱器，其特氣在於： 該等熱導管係在該高溫部内以靠近及多層疊置狀的 配設。 4. 如請求項1〜3項之散熱器，其中該基板係開有多 數孔之擠壓成形材，且按各個孔變更熱導管之長度與位 置而配設該等熱導管。 5. 如請求項1〜3項之散熱器，其中該散熱器係使用 於鐵路車輛及汽車。 15