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TWI900951B - 具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器 - Google Patents

具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器

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Publication number
TWI900951B
TWI900951B TW112146447A TW112146447A TWI900951B TW I900951 B TWI900951 B TW I900951B TW 112146447 A TW112146447 A TW 112146447A TW 112146447 A TW112146447 A TW 112146447A TW I900951 B TWI900951 B TW I900951B
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island
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improved aluminum
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楊景明
楊瑞珍
黃奕鑫
李國維
葉子暘
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艾姆勒科技股份有限公司
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Abstract

一種具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，包括一第一外蓋、一第二外蓋、多個水孔、一液體流道、至少一分隔島、以及至少一開放孔。多個水孔形成於第一外蓋及第二外蓋的至少其一。液體流道形成於第一外蓋及第二外蓋之間且與多個水孔相連通。至少一分隔島一體地形成在第二外蓋，且至少一分隔島將液體流道分隔成多個子流道。至少一開放孔形成在至少一分隔島與第一外蓋之間，且至少一分隔島的上表面與第一外蓋的下表面焊接在一起，使至少一開放孔形成為至少一盲孔，並且至少一分隔島的上表面的投影面積與第一外蓋的下表面的投影面積的比值是大於5%。

Description

具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器
本發明涉及水冷散熱器，具體來說是涉及一種具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器。
目前市面上車用IGBT(絕緣閘電晶體)或ADAS(先進駕駛輔助系統)的水冷散熱器，因為晶片及需要散熱的區域越來越多，因此車用水冷散熱器的流道結構中出現了許多在中間隔開流道的島狀結構，以使冷卻液體分流或是回流，來使整體的散熱溫度均勻。但是，車用水冷散熱器在走向薄型化和大體積之後，使得島狀結構與上板蓋的焊接公差(間隙)會變大，焊接公差變大時，會使得島狀結構與上板蓋之間產生有大面積的焊接空洞，且焊接空洞率大於40%時就有水道穿孔的風險，並且當島狀結構相對於上板蓋的大小比例是大於5%時這個狀況越明顯。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種改良型表面改質的鋁合金基材結構。
本發明一實施例提供一種具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，包括：一第一外蓋、一第二外蓋、多個水孔、一液體流道、至少一分隔島、以及至少一開放孔；其中，多個所述水孔形成於所述第一外蓋及所述第二外蓋的至少其一；所述液體流道形成於所述第一外蓋及所述第二外蓋之間且與多個所述水孔相連通；至少一所述分隔島一體地形成在所述第二外蓋，且至少一所述分隔島將所述液體流道分隔成多個子流道；至少一所述開放孔形成在至少一所述分隔島與所述第一外蓋之間，且至少一所述分隔島的上表面與所述第一外蓋的下表面焊接在一起，使至少一所述開放孔形成為至少一盲孔，並且至少一所述分隔島的上表面的投影面積與所述第一外蓋的下表面的投影面積的比值是大於5%。
在一優選實施例中，所述第一外蓋與所述第二外蓋是由鋁或鋁合金所製成。
在一優選實施例中，至少一所述開放孔的形式是圓形、類圓形、矩形或不規則形狀。
在一優選實施例中，有多個所述開放孔呈間隔排列，並且相鄰的所述開放孔的間隔長度與所述分隔島的長度的比值是介於10%至20%。
在一優選實施例中，有多個所述開放孔形成在單個所述分隔島的頂部，並且形成在單個所述分隔島的多個所述開放孔的總投影面積與單個所述分隔島的上表面的投影面積的比值是介於3%至10%。
在一優選實施例中，有多個所述分隔島一體地形成在所述第二外蓋。
在一優選實施例中，所述液體流道中有至少一種鰭片結構，至少一種所述鰭片結構是波浪式鰭片結構、針柱式鰭片結構或偏置式鰭片結構。
在一優選實施例中，所述第一外蓋及所述第二外蓋分別為預先預壓有一預成型焊料的複合材。
在一優選實施例中，所述第一外蓋的上表面形成有一金屬層。
在一優選實施例中，所述金屬層為一冷噴塗銅層。
在一優選實施例中，至少一所述分隔島的形式為長方形、正方形或不規則形狀。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。並且，附圖中相同或類似的部位以相同的標號標示。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
請參閱圖1及圖2所示，其為本發明的第一實施例，本發明實施例提供一種具改良型焊道結構的水冷散熱器。根據本發明實施例所提供的具改良型焊道結構的水冷散熱器，其包括有一第一外蓋1、一第二外蓋2、多個水孔3、一液體流道4、一分隔島5、以及至少一開放孔6。
第一外蓋1與第二外蓋2可以是由鋁或鋁合金所製成。在本實施例中，第一外蓋1可以是上板蓋，第二外蓋2可以是下板蓋。多個水孔3形成於第一外蓋1及第二外蓋2的至少其一。在本實施例中，有兩個水孔3其皆形成於第一外蓋1，但也可以是一個形成於第一外蓋1，另一個形成於第二外蓋2，或是兩個皆形成於第二外蓋2，並不限制。並且，其中一個水孔3可以是進水孔，另一個水孔3可以是出水孔。
液體流道4形成於第一外蓋1及第二外蓋2之間且與兩水孔3相連通，使冷卻液體(水或乙二醇)可以由其中一個水孔3進入液體流道4，並由另一個水孔3流出液體流道4。
分隔島5(divider island)可以稱為中間島(median island)、或島狀的分隔件(island-shaped divider)，分隔島5一體地形成在第二外蓋2，且分隔島5將液體流道4分隔成左右兩個子流道41。並且，分隔島5的上表面51的投影面積與第一外蓋1的下表面11的投影面積的比值是大於5%。
在本實施例中，分隔島5是以沖壓方式一體地形成在第二外蓋2，使分隔島5的內部呈中空狀，以使第一外蓋1及第二外蓋2之間形成的流道結構達到薄型化並節省材料與製造成本。以沖壓方式形成的分隔島5，雖然可以使水冷散熱器更薄型化、輕量化且成本更低，但是分隔島5的上表面51與第一外蓋1的下表面11之間的公差(間隙)會變更大，使得分隔島5的上表面51與第一外蓋1的下表面11之間的焊接空洞率更極易大於40%而造成水道穿孔，尤其分隔島5的上表面51的投影面積與第一外蓋1的下表面11的投影面積的比值是大於5%時的這個狀況越明顯。
因此，至少一開放孔6形成在分隔島5與第一外蓋1之間，且分隔島5的上表面51與第一外蓋1的下表面11焊接在一起，使至少一開放孔6形成為至少一盲孔，也就是使焊接後的開放孔6由雙邊開放的穿孔形成為盲孔，即單邊封閉的開放孔，可避免穿孔造成結構強度變弱。在本實施例中，有兩個開放孔6間隔的形成在分隔島5的頂部，但也可以是形成在第一外蓋1對應分隔島5的頂部的位置，透過分隔島5與第一外蓋1之間形成有至少一開放孔6，使焊接時產生的大量氣體可以由至少一開放孔6順利排出去，以降低焊接空洞率，從而避免水道穿孔的產生。
並且，第一外蓋1與分隔島5焊接後，開放孔6與液體流道4不會產生氣體或液體的交換現象(即，氣體從開放孔6流到液體流道4或反之，或液體從液體流道4流到開放孔6或反之)。另外，分隔島5上也不會存在螺紋釘或鉚釘結構。
在本實施例中，開放孔6的形式為圓形。在其他變化實施例中，開放孔6的形式也可以是類圓形(橢圓形，如圖3所示)、長方形(如圖4所示)、或是其他不規則形狀(如圖5所示)，但不以此為限。
在本實施例中，分隔島5的形式為長方形。在其他變化實施例中，分隔島5的形式也可以是正方形、或是其他不規則形狀(如圖6所示)，但不以此為限。
[第二實施例]
請參閱圖7所示，其為本發明的第二實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，開放孔6是形成在第一外蓋1對應分隔島5的頂部的位置。
[第三實施例]
請參閱圖8所示，其為本發明的第三實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，分隔島5是一體地形成在第二外蓋2，且分隔島5的內部呈實心狀，也就是分隔島5可以是以金屬鑄造方式一體地形成在第二外蓋2，也可以是以金屬射出成型方式(Metal Injection Molding, MIM)一體地形成在第二外蓋2，以使分隔島5的內部呈實心狀。
[第四實施例]
請參閱圖9所示，其為本發明的第四實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，第一外蓋1與第二外蓋2分別為預先預壓有一預成型焊料7(solder preform)的複合材。進一步說，第一外蓋1的下表面11預壓有預成型焊料7，並且分隔島5的上表面51亦預壓有預成型焊料7。
[第五實施例]
請參閱圖10所示，其為本發明的第五實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，第一外蓋1的上表面12還形成有一金屬層8。進一步說，第一外蓋1的上表面12形成的金屬層8為一冷噴塗銅層。
[第六實施例]
請參閱圖11所示，其為本發明的第六實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，有多個所述開放孔6呈間隔排列，且這些開放孔6是間隔的形成在分隔島5的頂部，並且相鄰的開放孔6的間隔長度D與分隔島5的最大長度Y的比值是要介於10%至20%，使焊接時產生的大量氣體可以通過這些開放孔6更均勻的排出去，以降低焊接空洞率，從而避免水道穿孔的產生。
在其他實施例中，這些開放孔6也可以是間隔的形成在第一外蓋1對應分隔島5的頂部的位置。
[第七實施例]
請參閱圖12所示，其為本發明的第七實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，液體流道4中有至少一種鰭片結構，其可以是波浪式鰭片結構9a(wavy fin structure)、針柱式鰭片結構(pin fin structure)9b或偏置式鰭片結構9c(lanced offset fin)。
並且，波浪式鰭片結構9a、針柱式鰭片結構9b、或偏置式鰭片結構9c可一體地形成於第一外蓋1及第二外蓋2的至少其一。
[第八實施例]
請參閱圖13所示，其為本發明的第八實施例。本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，多個分隔島5一體地形成在第二外蓋2，且多個分隔島5將液體流道4分隔成多個子流道41。有多個開放孔6形成在單個分隔島5的頂部，並且形成在單個分隔島5的多個開放孔6的總投影面積與單個分隔島5的上表面51的投影面積的比值是要介於3%至10%，使焊接時產生的大量氣體可以通過這些開放孔6更有效的排出去，以降低焊接空洞率，從而避免水道穿孔的產生。並且，單個分隔島5的形式可為長方形、正方形、亦可為不規則形狀。
綜合以上所述，本發明提供的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其至少可以通過「一第一外蓋、一第二外蓋、多個水孔、一液體流道、至少一分隔島、以及至少一開放孔」、「多個水孔形成於第一外蓋及第二外蓋的至少其一，液體流道形成於第一外蓋及第二外蓋之間且與多個水孔相連通」、「至少一分隔島一體地形成在第二外蓋，且至少一分隔島將液體流道分隔成多個子流道」、「至少一開放孔形成在至少一分隔島與第一外蓋之間，且至少一分隔島的上表面與第一外蓋的下表面焊接在一起，使至少一開放孔形成為至少一盲孔，並且至少一分隔島的上表面的投影面積與第一外蓋的下表面的投影面積的比值是大於5%」的技術方案，從而得以使焊接時產生的大量氣體可以由至少一開放孔順利排出去，以降低焊接空洞率，從而避免水道穿孔的產生。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1： 第一外蓋 11：下表面 12：上表面 2： 第二外蓋 3： 水孔 4： 液體流道 41： 子流道 5： 分隔島 51：上表面 6： 開放孔 7： 預成型焊料 8： 金屬層 9a： 波浪式鰭片結構 9b： 針柱式鰭片結構 9c： 偏置式鰭片結構 D： 間隔長度 Y： 最大長度
圖1為本發明第一實施例的俯視示意圖。
圖2為圖1沿II-II線的剖視示意圖。
圖3為本發明的開放孔的變化實施例的示意圖。
圖4為本發明的開放孔的變化實施例的示意圖。
圖5為本發明的開放孔的變化實施例的示意圖。
圖6為本發明的分隔島的變化實施例的示意圖。
圖7為本發明第二實施例的剖視示意圖。
圖8為本發明第三實施例的剖視示意圖。
圖9為本發明第四實施例的剖視示意圖。
圖10為本發明第五實施例的剖視示意圖。
圖11為本發明第六實施例的俯視示意圖。
圖12為本發明第七實施例的俯視示意圖。
圖13為本發明第八實施例的俯視示意圖。
1： 第一外蓋 3： 水孔 4： 液體流道 41： 子流道 5： 分隔島 51：上表面 6： 開放孔

Claims (11)

  1. 一種具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，包括：一第一外蓋、一第二外蓋、多個水孔、一液體流道、至少一分隔島、以及至少一開放孔；其中，多個所述水孔形成於所述第一外蓋及所述第二外蓋的至少其一；所述液體流道形成於所述第一外蓋及所述第二外蓋之間且與多個所述水孔相連通；至少一所述分隔島一體地形成在所述第二外蓋，且至少一所述分隔島將所述液體流道分隔成多個子流道；至少一所述開放孔形成在至少一所述分隔島與所述第一外蓋之間，且至少一所述分隔島的上表面與所述第一外蓋的下表面焊接在一起，使至少一所述開放孔形成為至少一盲孔，並且至少一所述分隔島的上表面的投影面積與所述第一外蓋的下表面的投影面積的比值是大於5%。
  2. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，所述第一外蓋與所述第二外蓋是由鋁或鋁合金所製成。
  3. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，至少一所述開放孔的形式是圓形、類圓形、矩形或不規則形狀。
  4. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，有多個所述開放孔呈間隔排列，並且相鄰的所述開放孔的間隔長度與所述分隔島的最大長度的比值是介於10%至20%。
  5. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，有多個所述開放孔形成在單個所述分隔島的頂部，並且形成在單個所述分隔島的多個所述開放孔的總投影面積與單個所述分隔島的上表面的投影面積的比值是介於3%至10%。
  6. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，有多個所述分隔島一體地形成在所述第二外蓋。
  7. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，所述液體流道中有至少一種鰭片結構，至少一種所述鰭片結構是波浪式鰭片結構、針柱式鰭片結構或偏置式鰭片結構。
  8. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，所述第一外蓋及所述第二外蓋分別為預先預壓有一預成型焊料的複合材。
  9. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，所述第一外蓋的上表面形成有一金屬層。
  10. 如請求項9所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，所述金屬層為一冷噴塗銅層。
  11. 如請求項1所述的具改良型鋁焊道結構的水冷散熱器，其中，至少一所述分隔島的形式為長方形、正方形或不規則形狀。
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