散热器的制作方法

本发明涉及对例如发热元件进行冷却的散热器。

背景技术：

由于功率半导体的sic(siliconcarbide：碳化硅)芯片成本较高，因此需要缩小芯片的尺寸、即所谓的芯片收缩，其结果导致发热密度增大，变成高温，需要具有高热传导率的散热器。

另一方面，有时将发热密度较低的元器件与发热密度较高的sic一起配置在同一散热器上。

尽管发热密度较低的元器件为低冷却性能但被充分冷却，虽然如此，但若制冷剂以一样的流量流过整个散热器，则存在如下问题：对于低冷却性能的良好区域成为过度规格的散热性能，用于使冷却水循环的能量被额外消耗。因此，希望调整流量使得低冷却性能的良好区域流过小流量的制冷剂，需要高冷却性能的区域流过大流量的制冷剂，从而节约用于使制冷剂循环的功耗。

作为在散热器内调整制冷剂的流量的方法，例如日本专利第5605438号公报(专利文献1)提出了如下方法：即、配置直径不同的针状翅片，减小流过大流量的制冷剂的区域的流体阻力，增大流过小流量的制冷剂的区域的流体阻力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5605438号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在所述专利文献1所公开的方法中，通过变更存在于冷却器的流路内的针状翅片的直径并对其进行配置，从而调整流路截面积，并改变局部区域的流体阻力来调整流量。然而，上述以往的方法中，具有在同一散热器上无法实现极端的流量差、例如每单位截面积的流量无法实现2倍以上的差等的问题。若在流过小流量的制冷剂的区域设置壁、隔膜等障碍物来增大流体阻力，则也能实现流量差，但存在散热器的压力损失增加、功耗增加的问题。

本发明将解决上述问题点作为课题，其目的在于，获得一种散热器，在同一散热器上设置流量较小的区域和较大的区域，从而增大针对发热密度较大的元器件的冷却性能，缩小针对发热密度较小的元器件的冷却性能，并能抑制压力损耗的增加。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的散热器是在基板上设置了多个散热翅片的散热器，所述散热翅片构成为包括针状的第一散热翅片与第二散热翅片，该第二散热翅片具有排列有多列窄间距的弯曲的槽的形状，所述第一散热翅片与所述第二散热翅片在所述基板的同一平面上相对于制冷剂的流动方向并列配置。

发明效果

根据本发明所涉及的散热器，流入了排列有多列窄间距的弯曲的槽的形状的第二散热翅片的制冷剂反复与槽的壁发生碰撞从而转换流动的方向，因此流体阻力非常大，每单位截面积的制冷剂的流入量变小。另一方面，针状的第一散热翅片的流体阻力较小，因此第一散热翅片的每单位截面积的制冷剂的流入量变大。并且，第一散热翅片与第二散热翅片相对于制冷剂的流动并列配置，因此能抑制合计压力损失。

关于本发明上述以外的目的、特征、观点及效果，通过参照附图的以下本发明的详细说明可以进一步明确。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1所涉及的散热器的分解立体图。

图2是从配置有本发明实施方式1所涉及的散热器的翅片的面观察到的基板的俯视图。

图3是图2所示的排列有多列窄间距的呈锯齿形弯曲的槽的形状的翅片的放大图。

图4是从配置有本发明实施方式2所涉及的散热器的翅片的面观察到的基板的示意图。

图5是本发明实施方式3所涉及的散热器的外壳的立体图。

图6是沿图5的a-a线的向视剖视图。

图7是图6的b部分的放大图。

图8是从配置有本发明实施方式3所涉及的散热器的翅片的面观察到的基板的俯视图。

图9是图8的c部分的放大图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明所涉及的散热器的实施方式进行说明。另外，各图中关于相同或相当的部分，标注相同标号来进行说明。

实施方式1.

图1是表示本发明实施方式1所涉及的散热器的分解立体图，图2是从配置有翅片的面观察到的基板的俯视图。

图1及图2中，实施方式1所涉及的散热器100构成为包括：设置有发热密度较低的发热元件的面10；设置有发热密度较高的发热元件的面11；具有设置于设置有发热密度较低的发热元件的面10的背面的第一散热翅片12及设置于设置有发热密度较高的发热元件的面11的背面的针状的第二散热翅片13的基板14，该第一散热翅片12具有排列有多列窄间距的呈锯齿形弯曲的槽的形状；收纳了基板14的外壳15；以及分别设置于该外壳15的相对的侧面的制冷剂入口部16及制冷剂出口部17。

该散热器100中，制冷剂如图1的箭头イ所示那样，通过制冷剂入口部16进入外壳15与基板14之间的空间。该空间内，制冷剂与从发热元件接收了热量的第一散热翅片12及第二散热翅片13进行热交换，通过第一散热翅片12及第二散热翅片13对发热元件进行冷却。因与第一散热翅片12及第二散热翅片13之间的热交换而接收了热量的制冷剂直接通过制冷剂出口部17排出到散热器100的外部。另外，制冷剂可以是液体、气体、气液混合物。

图3是排列有多列窄间距的呈锯齿形弯曲的槽的形状的第一散热翅片12的放大图。图3中，流入了第一散热翅片12的制冷剂如箭头ロ所示那样流入与制冷剂的流通方向平行的较短的流路18。之后，制冷剂与流路的壁发生碰撞，流动方向改变90°，流入与制冷剂的流通方向垂直的较长的流路19。之后，制冷剂与壁发生碰撞，流动方向改变90°，并交替通过较短的流路18与较长的流路19，从第一散热翅片12排出。

由此，制冷剂在反复发生与流路的壁发生碰撞、流动方向改变90°的情况下进行流动，因此流体阻力变得非常大。

另一方面，通过与第一散热翅片12相邻且相对于制冷剂的流动并列配置的针状的第二散热翅片13的制冷剂没有如通过第一散热翅片12时那样的激烈的流动方向的变化，制冷剂流通方向的每单位截面积的流路截面积较大，因此流体阻力较小，其中，所述第一散热翅片12具有排列有多列窄间距的呈锯齿形弯曲的槽的形状。

另外，上述中，对第一散热翅片12具有排列有多列使制冷剂的流动方向改变90°的曲柄形弯曲的槽的形状的情况进行了说明，但也可以采用例如排列有多列呈v形弯曲的槽的形状。

如上所述那样，在并列配置有流体阻力较大的第一散热翅片12和流体阻力较小的第二散热翅片13的情况下，第二散热翅片13的制冷剂流通方向的每单位截面积的制冷剂流量变多。由此，设置有发热密度较高的发热元件的面11的正下方的制冷剂流量变多，散热器100对发热密度较高的发热元件提供较高的冷却性能，对发热密度较低的发热元件提供较低的冷却性能，相比整个散热器均匀地流过大流量的制冷剂的情况，能节约用于使制冷剂循环的能量。

实施方式2.

接着，对本发明实施方式2所涉及的散热器进行说明。图4是从配置有实施方式2所涉及的散热器200的散热翅片的面观察到的基板的示意图。

基板14上并列配置有流体阻力较大的排列有多列窄间距的呈锯齿形弯曲的槽的形状的第一散热翅片12及流体阻力较小的针状的第二散热翅片13，一般而言，小流量的制冷剂流过流体阻力较大的第一散热翅片12，大流量的制冷剂流过流体阻力较小的第二散热翅片13，因此第二散热翅片13的冷却性能变得比第一散热翅片12要大。

然而，如图4所示，若与流体阻力较小的第二散热翅片13的制冷剂的流通方向垂直的方向的翅片区域的宽度w1比与流体阻力较大的第一散热翅片12的制冷剂的流通方向垂直的方向的翅片区域的宽度w2显著要小，则流体阻力较小的第二散热翅片13的截面积变小，从而流体阻力增加，因此制冷剂流量反转，流体阻力较大的第一散热翅片12的制冷剂流量变得比流体阻力较小的第二散热翅片13的制冷剂流量要大，有时会发生发热密度较高的发热元件的冷却性能不足的问题。例如，在出于布局的原因宽度w1比宽度w2窄得多等情况下，易于发生上述问题。

为了避免上述问题，在实施方式2的散热器中，以如下所示的方法适当调整散热翅片的冷却性能与压力损失的特性。

若将流体阻力较小的第二散热翅片13的后缀设为1，将流体阻力较大的第一散热翅片12的后缀设为2，设h为冷却性能的指标即热传导率、p为压力损失、u为前表面流速、γ、δ、m、n为由翅片形状决定的常数，则各个区域的热传导率h和压力损失p能分别以下式(1)～(4)表示。

h1＝γ1u1m1···(1)

p1＝δ1u1n1···(2)

h2＝γ2u2m2···(3)

p2＝δ2u2n2···(4)

此处，制冷剂相对于散热翅片并列地流动，因此p1＝p2成立。

根据式(2)和式(4)，

δ1u1n1＝δ2u2n2

因此，成为u2＝{(δ1/δ2)u1n1}1/n2···(5)，获得式(5)。若将该式(5)代入式(3)，并进行整理，则成为

h2＝γ2{(δ1/δ2)u1n1}m2/n2···(6)。

此处，为了使第二散热翅片13的冷却性能变得比第一散热翅片12的冷却性能要大，使h2<h1即可，若将h2<h1代入式(6)并进行整理，则成为

{(γ2δ1)/(γ1δ2)}m2/n2＜u1(m1n2-m2n1)/n2···(7)。

此处，已知一般而言热传导率大约与流速的0.5次方成正比，压损大约与流速的平方成正比，为了简便，此处设为m1＝m2＝0.5、n1＝n2＝2，代入式(7)并进行整理，获得

(δ1/δ2)0.25＜γ1/γ2···(8)。通过设定第一散热翅片12和第二散热翅片13的特性使之满足式(8)，从而能可靠地使第二散热翅片13的冷却性能变得比第一散热翅片12的冷却性能要大。

实施方式3.

接着，对本发明实施方式3所涉及的散热器进行说明。图5是实施方式3所涉及的散热器300的外壳的立体图，图6表示沿着图5的a-a线的向视剖视图，图7表示图6的b部分的放大图。

在例如以压铸、锻造等方式制造排列有多列窄间距的呈锯齿形弯曲的槽的形状的第一散热翅片12和针状的第二散热翅片13的情况下，从提高脱模性、模具寿命的观点来看，可以在第一散热翅片12与第二散热翅片13之间设置间隙。

然而，若在第一散热翅片12与第二散热翅片13之间设置间隙，则间隙的流体阻力变得极小，因此间隙流过较多的制冷剂。流过间隙的制冷剂不会有助于散热，因此冷却性能下降。

因此，实施方式3所涉及的散热器300中，在组装外壳15与基板14时，将相对于外壳15呈突起状的壁50设置在填埋第一散热翅片12与第二散热翅片13的间隙的位置，并且壁50与第一散热翅片12之间的间隙及壁50与第二散热翅片13之间的间隙比第一散热翅片12的翅片彼此的间隙、和第二散热翅片13的翅片彼此的间隙中的任意较小一方的间隙要小，从而能提高壁50与第一散热翅片12或壁50与第二散热翅片13的间隙的流体阻力，能防止制冷剂流过间隙，并能抑制冷却性能的下降。

实施方式4.

接着，对本发明实施方式4所涉及的散热器进行说明。图8是从配置有实施方式4所涉及的散热器的散热翅片的面观察到的基板的俯视图，图9是图8的c部的放大图。

实施方式4所涉及的散热器400中，为了防止较多的制冷剂流过第一散热翅片12与第二散热翅片13之间的间隙，在第一散热翅片12侧的端部设置埋入有第二散热翅片13的一部分的突起90。

实施方式4所涉及的散热器400中，通过设置突起90，从而突起90与相邻的第二散热翅片13之间的间隙的流体阻力变得与第二散热翅片13本身的流体阻力大致相等，因此能防止第一散热翅片12与第二散热翅片13的间隙流过较多的制冷剂，能抑制冷却性能的下降。

实施方式5.

接着，对本发明实施方式5所涉及的散热器进行说明。实施方式5的散热器中，针状的第二散热翅片的截面形状为正六边形、或正方形、或正三角形(未图示)，所述正六边形、或正方形、或正三角形的边相互完全相对，且各个相互分离且相对的所述边间距离相等地进行配置。

针状的第二散热翅片的每单位基板面积的表面积越大，冷却性能越高。为了增大每单位基板面积的表面积，使第二散热翅片的侧面相互完全相对，且各个相互分离且相对的边间距离相等地进行配置即可。

已知一般而言在与同一半径的圆内接的n边形中正n边形的边的长度最长，在数学上证明，各相互分离且相对的边与边的距离相等地进行配置的情况在正多边形中仅有正三角形、正方形、正六边形这三种。

如上所述，针状的第二散热翅片的截面形状为正六边形、或正方形、或正三角形，将截面形状的边相互完全相对且各个相互分离且相对的边间距离相等地进行配置的散热翅片设为第二散热翅片，从而能特别提高第二散热翅片的冷却性能。并且，通过在第二散热翅片的侧面设置凹凸，从而能搅拌翅片侧面的制冷剂，提高冷却性能。

以上，对本发明实施方式1至5所涉及的散热器进行了说明，但本发明在其发明的范围内可以对各实施方式进行组合，也能对各实施方式适当地进行变形、省略。

标号说明

10设置有发热密度较低的发热元件的面，

11设置有发热密度较高的发热元件的面，

12第一散热翅片，

13第二散热翅片，

14基板，

15外壳，

16制冷剂入口部，

17制冷剂出口部，

18较短的流路，

19较长的流路，

50壁，

90突起，

100、200、300、400散热器。