专利名称：散热板的制作方法
技术领域：
本发明涉及把例如半导体等发热体产生的热进行发散的散热板。
图11是例如在实开平6-29148(JP-U-平 6-29148)号公报中披露的现有的散热板，图中(a)是其顶视图，(b)是说明在自然冷却下的冷却作用的透视图。图中，11是传热板，该传热板11是将由高热传导性的铝合金材料构成的扎制板切断呈方形，并且是具有比应连接的半导体外壳件的上面形状略小的外形形状的平板状板。12是散热片，该散热片12是把由与传热板11同样的铝合金材料构成的异形断面形状的挤压成型材料按一定尺寸切断，其横断面形状具有从传热板11的外周向中心成为螺旋线一部分的曲率，并且纵断面形状成形为平板状的弯曲翼状的片，各自沿朝向传热板11中心的螺旋线呈放射状，并且，在中心部分以相互不汇合、不接触间隔开排列，同时用高热传导性的粘接剂粘接在传热板11的上面。
下面，说明其作用。
如果受到由半导体外壳内部的半导体元件产生的热使温度上升，那么在其上部就形成上升气流，但如图11(b)所示，伴随着上升气流的形成，使从外周方向吸入的气流经沿螺旋线上放射状排列的散热片12的间隙向中央部分螺旋状地导入，在其中央部分产生涡流，促进和强化中心部分的上升流。这样，散热片12的热被转移，由半导体元件所产生的热被耗散。
以往的散热板象以上那样构成，由于是自然空气冷却方式，要增大热耗散就必须使传热板变大，必须使散热片的高度增高，因而存在不能使散热板整体小型化的问题。
此外，在现有的散热片配置中，对于散热片间的空气流动的阻抗较大，存在散热效率不佳的问题。
为解决上述问题，本发明的目的在于提供小型、重量轻和散热效果高的散热板。
本发明的第一方案是在传热板的表面上设置多个散热片，并且放射状地配置多个弯曲的散热片，同时在所述传热板的表面上形成用所述各散热片的内侧端部围成的空间部分。
本发明的第二方案是在第一方案中，在散热片的表面上形成多个突起。
本发明的第三方案是在第二方案中，在邻接的散热片的相对面上形成的多个突起相互错开地配置。
本发明的第四方案是在第二方案中，形成从传热板内侧向外侧顺序变高的突起高度。
本发明的第五方案是在第二方案中，使在弯曲的散热片内侧面上形成的突起高度高于在外侧面形成的突起高度。
本发明的第六方案是在第一方案中，配置多个散热片，使其内侧的端部可用圆来描述。
本发明的第七方案是在第一方案中，配置多个散热片，使其外侧的端部可用圆来描述。
本发明的第八方案是在第一方案中，配置多个散热片，使其内侧的端部可用圆来描述，并且外侧的端部可用比所述内侧端部描述的圆的直径大的同心圆来描述。
本发明的第九方案是在第八方案中，使传热板有与描述散热片端部的圆同心的圆形。
本发明的第十方案是在第一方案中，使散热片的厚度比传热板的厚度薄。
图1是表示实施例1的散热板的顶视图。
图2是表示实施例1的散热板的侧视图。
图3是表示强制冷却的冷却作用的模式图。
图4是散热片的局部放大图。
图5是表示散热片的表面送风状态的模式图。
图6是表示平行板间的流体流动的图。
图7是表示在突起下流流动的图。
图8是表示散热片间的风流动的图。
图9是表示实施例2的突起剖面图。
图10是表示实施例3的散热板的顶视图。
图11是表示现有的散热板的顶视图(a)和投影图(b)。
实施例1图1是表示本发明一实施例的散热板的顶视图，图2是其侧视图。图中，1是用铝合金材料制成的略呈正方形形状的传热板，1a是用热传导性粘接剂等安装例如半导体元件等的发热体的安装面，1b是安装面1a背面侧的散热面，2是与传热板1相同的铝合金材料的板状散热片，其厚度比传热板1的厚度薄，在传热板1的散热面1b侧设立多个。3是传热板1的散热面1b侧的大致中央的未形成散热片2的空间部分，作为下面所述的送风口。4是在弯曲的散热片2的外侧面2a上突出的大致三角形剖面的多个外侧突起，5是在散热片2的内侧面2b上突出的大致三角形剖面的多个内侧突起。
图3是表示强制冷却作用的模式图，6是电机，7是由与送风口3对置并通过电机6的驱动向B方向送冷风的电扇。
在传热板1的散热面1b上，从内侧向外侧呈放射状并在一周上按大致均匀的间隔排列散热片2。具体地说，环状地排列各散热片2，以便可用直径d的圆描述内侧端部，用比d大的直径D的同心圆描述外侧端部，各散热片2的内侧端部靠近送风口3。此外，邻接的散热片2的内侧端部间的间隙作为从风扇7送入的冷风流入口C，外侧端部间的间隙作为冷风的排出口E。排出口E比流入口C大，为了获得流动的扩散效果，在图示例中以14度形成从流入口C向排出口E的扩展角度。
此外，为了使散热片2的流入口C侧与冷风的流入角度一致，散热片2的各内侧端部相对于描述圆的半径方向有预定的角度，直立设置在传热板1的散热面1b上，并且，散热片2沿冷风的流动方向按预定的曲率的弯曲。也就是说，构成如图4所示那样的风扇7出口(外径)的速度矢量和散热片2的关系。图中，U是风扇7的圆周速度(π×风扇直径×风扇转数)，W是相对于风扇的出口流动的相对速度，V是从静止坐标系观察的出口流动的绝对速度，在散热片2上以绝对速度流入。因此，通过使散热片2的流入口C的角度与绝对速度V的角度(风扇7的风A的流出角度)一致，能够使散热片流入口的流体阻抗最小。此外，由于风扇7的出口流动具有圆周方向速度成分，所以流动是一边旋转一边流出。因此，为了不阻碍这种旋转流，把弯曲的散热片2排列成螺旋状，使由散热片2形成的流路中的流动阻抗最小。
如图4所示，外侧突起4和内侧突起5由流入口C侧朝向排出口E侧，并且依次使其高度升高。与流入口对应的顺序中以高于外侧突起4来形成内侧突起5／此外，在邻接的散热片2一方的散热片2的外侧面2a上突出的外侧突起4和在与其相对的另一散热片2的内侧面2b上突出的内侧突起5相互错开排列。
再有，把传热板1和散热片2成形为一体构成该散热板，能够用压铸、液态模煅、铸造等进行其制造。此外，铝合金材料至少使用含有90％以上的铝的材料较好。这样，由于导热率高，成形时的金属溶液的流动良好，所以成形性良好。
下面，根据图3至图8说明本实施例中由散热板的冷却作用。在传热板1的安装面1a侧例如密封固定半导体元件(图中未示出)。使半导体元件通电和发热，但该热量通过传热板1传送给散热片2，使散热板整体被加热。在该状态下，驱动电机6使风扇7旋转，通过向散热板送冷风来冷却散热板。
一般来说，散热板的热传导率与散热片表面上风的流速同时增大。因此，本发明在散热片2的形状和配置上下了工夫，以获得尽可能快的流速。
如图3的箭头B所示那样把冷风送到送风口3，到达散热面1b，向外周扩散，由散热片2的流入口C流入，与散热片2进行热交换，由排出口E向四周排出。其中，如上所述，使散热片2的流入口C的角度与风扇7的风流出角度一致，由于送风口3呈圆形，所以流入流入口C时的阻抗不大，此外，由于散热片2沿风的流动弯曲，所以由散热片2形成的流路中的流动阻抗较小，流速变快，可得到高的散热效果。还有，还配置有可用圆描述的散热片2的外侧端部，由于散热片2的长度均匀，所以空气的排出均匀，可均匀地进行散热。因此，由于在各散热片2上未产生温度差，所以也不产生声音。
图5是表示沿散热片2的外侧面2a流动的风的状态图。处于①点的层流风因外侧面2a的粘性阻抗产生的靠近外侧面2a一方的流速比离开方的流速变慢(点②)。其中，用图6说明一般的平行板间的流体流动。如图6(a)所示，在壁面部分因粘性使流动减速，变为在中央部分作为最大速度的抛物线状的速度分布。如果流速加快，那么层状流动开始不规则地混合，从速度快的部分向速度慢的表面部分扩散运动能量，变为所谓的紊流，如图6(b)所示，速度分布变得一样。在这种紊流场中，壁面附近的流速快，而且由于空气的混合作用强，使导热特性提高。因此，在散热板的情况下，如果使散热片2间流动的风的流速加速，那么散热片2表面上的流速变快，保证了散热效果。如上所述，通过把弯曲的散热片配置成放射状，可获得某种程度的流速，但在本实施例中，为了进一步提高散热特性，在③点设有突起4。
图7是表示在突起4的后面(风流动的下流侧)的风流动的图。在③点因突起4使流动分层，在④点使流动再附着。连接③和④点的实线表示流动的分层境界线。在再附着点附近由于在分层境界线上生成的强紊流(涡流)靠近壁，由涡流作用在散热片2表面上出现垂直的强速度分量，朝向散热片2表面的垂直速度分量把离开表面的主流的冷风送向表面，从散热片2表面离开的垂直速度分量把表面的暖风送到主流侧，使再附着点附近的热传导系数飞跃地提高。
而且，在本实施例1中，在正对面的散热片2的表面上，通过相互错开设置多个突起4、5，来进一步提高热传导系数。也就是说，由于用分层境界线围成的分层区域S不与主流连接，所以热传导系数低，如果从再附着点离开下流侧，那么由于涡流减少，所以热传导系数会变低，如果突起不多，那么在局部提高了热传导系数，但不足以提高整体的热传导系数。因此，使热传导系数低的分层区域尽可能地窄，而且重复分层和再附着，为了使来自再附着点下流侧不产生涡流的部分变窄，相互错开设置突起4、5。
图8示意表示相互面对面的散热片2间的风的流动。图中，上侧的散热片2为2A，下侧的散热片为2B。此外，5a、5b、5c是在散热片2A的内侧面2b上形成的内侧突起，4a、4b、是在散热片2B的外侧面2a上形成的外侧突起，把5a、5b、5c与4a、4b相互错开设置。
图8中，从左侧流入的流动由散热片2A的最初突起5a偏向下侧的散热片2B侧。偏向下侧方向的流动由散热片2B的最初突起4a偏向上侧。其结果，用突起5a分层的流动迅速地再附着在散热片2A上。由下流侧的突起5b、4b、5c反复这种现象。这样，在与邻接的散热片2对面的表面上，通过相互错开设置突起，能够缩短从流动分层到再附着点的距离，此外，通过设置连续的突起，形成多个附着点，能够使热传导系数进一步飞跃地提高。
再有，同一面上的突起间的节距至少在突起间作为流动的再附着条件。由突起形状、突起高度、流速、散热片间的距离、散热片的曲率等来决定该条件。
此外，由于外侧突起4和内侧突起5向散热片的外侧缓缓变高，所以在散热片2间流入的风因散热片2的表面粘性在外周侧进入的流速下降，热回收下降，但因突起4和5提高热传导系数。
此外，穿过散热片2间的风，在散热片2的内侧面2b侧变强，外侧面2a侧变弱，但由于通过比外侧突起4高来形成内侧突起5，所以能够使触及内面侧2b的强风扩散到外侧面2a的一方，能够提高散热效果。
而且，由于散热片2的厚度比传热板1的厚度薄，所以用传热板1从发热体吸收的热容易从散热片2散热，散热效率高。再有，如果使散热片2较薄，那么由于保持冷风流入口C的开孔率，同时增加散热片2的块数，所以能够提高散热效果。
此外，由于用与传热板1平行的面剖切散热片2时的剖面面积比在相同部分排列多个散热针情况下的剖面面积大，所以传热良好，散热效果也高。
再有，在上述说明中，送风口3的形状呈圆形，但如果存在能够使风扇7送出的冷风流向散热片2的流入口C这样的空间部分，那么就能够获得同样的效果。
此外，在上述说明中，说明了从散热板的内侧向外侧送风空气的情况，但相反地，通过由风扇吸入空气，造成从散热板的外侧向内侧流动的空气流，也能够获得同样的散热效果。这种情况下，如果在散热片2的风扇7对面侧设有堵住开口部分的盖，那么由于从散热片2外侧的端部间吸入的空气确实穿过散热片2间的流路，从空间部分3被风扇7吸入，所以可获得高的散热效果。
实施例2在上述实施例1中，突起的剖面形状呈三角形，但如图9所示，半圆形(a)、1／4圆形(b)、直角形(c)、梯形(d)也可以，如果有从散热片2突出的突起，无论什么形状，都能够获得同样的效果。
实施例3图10是本发明第三实施例的散热板的顶视图。在本实施例中，使传热板1的平面形状成为与散热片2的外周同样的圆形。如果有这样的形状，那么从传热板1向散热片2的传热会变得均匀，进一步提高散热效果。而且，如图10所示，如果使散热片2的外周与传热板1的直径相同，那么能够使散热板小型化。
再有，传热板1的形状并不限于此，例如长方形也可以，此外，可以从传热板1的中央错开配置散热片2。
按照本发明的第一方案，放射状地配置多个弯曲的散热片，同将由于在所述传热板的表面上形成用所述各散热片的内侧端部围成的空间部分，所以流动在散热片间的空气流动阻抗较小，能够提高散热片表面的流速，此外，由于可有效地进行从空间部分向散热片间的送风，和从散热片间向空间部分的空气吸引，所以散热效果高，能够使散热板小型和轻量化。
按照本发明的第二方案，由于在散热片的表面形成多个突起，所以利用在突起的下流侧产生的涡流作用提高热传导系数，可获得更高的散热效果。
按照本发明的第三方案，由于在邻接的散热片的相对面上相互错开地配置形成的多个突起，所以能够提高散热片的整体热传导系数，提高散热效果。
按照本发明的第四方案，由于可从传热板的内侧向外侧顺序升高地形成突起的高度，所以在空气从内侧向外侧流动的情况下，能够提高流速慢的外侧的热传导系数，提高散热效果。
按照本发明的第五方案，由于在弯曲的散热片的内面侧形成的突起高度比在外侧面形成的突起高度高，所以触及内侧面的强风能够扩散到外侧面，提高散热效果。
按照本发明的第六方案，由于配有多个散热片，使其内侧端部用圆描述，所以流入到散热片间的空气阻抗变得较小，此外由于空气的排出变得均匀，所以可提高散热效果。
按照本发明的第七方案，由于配有多个散热片，使其外侧端部用圆描述，所以空气的排出变得均匀，此外由于流入到散热片间的空气阻抗变得较小，所以可提高散热效果。
按照本发明的第八方案，由于配有多个散热片，使其内侧端部用圆描述，并且外侧端部可用比描述所述内侧端部的圆的直径大的同心圆描述，散热片的长度均匀，不产生温度差，所以能够提高散热效果，同时防止声音的产生。
按照本发明的第九方案，由于使传热板有与描述散热片端部圆的同心圆形状，所以传热变得均匀，能够提高散热效果，同时能够使散热板小型化。
按照本发明的第十方案，由于散热片的厚度比传热板的厚度薄，所以可进一步提高散热效果。
权利要求
1．一种散热板，在传热板的表面上设有多个散热片，其特征在于，放射状地配置多个弯曲的散热片，同时在所述传热板的表面形成用所述各散热片的内侧端部围成的空间部分。
2．如权利要求1所述的散热板，其特征在于，在散热板的表面上形成多个突起。
3．如权利要求2所述的散热板，其特征在于，在邻接的散热片的相对面上相互错开地配置所形成的多个突起。
4．如权利要求2所述的散热板，其特征在于，形成突起的高度，使其沿从传热板的内侧向外侧的顺序变高。
5．如权利要求2所述的散热板，其特征在于，在弯曲的散热片内侧面上形成的突起高度比在外侧面上形成的突起高度高。
6．如权利要求1所述的散热板，其特征在于，配置多个散热片，使其内侧的端部可用圆描述。
7．如权利要求1所述的散热板，其特征在于，配置多个散热片，使其外侧的端部可用圆描述。
8．如权利要求1所述的散热板，其特征在于，配置多个散热片，使其内侧的端部可用圆描述，并且外侧的端部可用比描述所述内侧端部的圆的直径大的同心圆来描述。
9．如权利要求8所述的散热板，其特征在于，传热板有与描述散热片端部的圆同心的圆形。
10．如权利要求1所述的散热板，其特征在于，散热片的厚度比传热板的厚度薄。
全文摘要
在现有的散热板中,要想增大散热就必须使散热片等变大,所以不能小型化,此外,由于相对于流动在冷却片间的冷却空气的流动的阻抗较大,所以存在散热效率差的问题。在传热板1的散热面1b上放射状地配置弯曲的板状散热片2,形成用各散热片2的内侧端部围成的空间部分3。此外,在散热片2的表面上形成突起4、5。
文档编号H05K7/20GK1205549SQ9811604
公开日1999年1月20日 申请日期1998年7月14日 优先权日1997年7月14日
发明者小暮荣治, 今井智久, 福岛忠史, 大岛孝夫, 塚原広明, 加贺邦彦 申请人:三菱电机株式会社, 三菱电机家庭机器株式会社