功率散热装置的制作方法

本发明涉及一种功率散热装置，特别涉及一种具有致冷芯片的功率散热装置。

背景技术：

为使电动车动力系统朝向大功率输出、小体积尺寸发展，以应用于各不同车型的有限的车辆空间，国际的驱控器发展持续朝向高功率密度方向发展。而驱控器的散热系统，除考量额定功率输出外，亦会考量峰值输出的热损失。但由车辆一般行驶的系统操作点观之，可发现操作点多落于额定输出(以下)的区域，在峰值输出的操作极少。因此于一般操作状态不需要进行高热损失的散热，导致散热器设计过大而无实质应用效益。而功率模块在输出变动时，其功率元件的温度会短时间内增加，若高于功率元件所能承受的温度限制则有烧毁的可能性。因此，目前的作法为将致冷芯片直接贴覆于功率元件。当致冷芯片运转时，致冷芯片能够直接对功率元件产生的热量进行解热，以快速地降低功率元件的温度。

然而，致冷芯片在不运转时反而会产生热阻效应，即致冷芯片本身的热传导系数小，在不运转时就会形成热阻而使得功率元件所产生的热难以传导至散热器。因此，如何发挥致冷芯片快速降温的能力，又能够降低致冷芯片的热阻效应则为研发人员应解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种功率散热装置，除了能够发挥致冷芯片快速降温的能力，又能够降低致冷芯片的热阻效应。

本发明所揭露的功率散热装置，包含一导热层、一散热器及至少一致冷芯片。导热层具有一吸热面及一放热面。散热器热接触于导热层的放热面，并于散热器上形成一热传导区。致冷芯片嵌设于散热器内，并位于热传导区周围。致冷芯片具有一致冷面。致冷芯片的致冷面垂直于导热层的吸热面，且致冷面面向散热器内的热传导区，以令致冷芯片能够冷却散热器的热传导区的热量。

根据上述实施例所揭露的功率散热装置，通过垂直设置的致冷芯片，让致冷芯片除了能够发挥致冷芯片快速降温的能力，又能够降低致冷芯片的热阻效应。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例所述的功率散热装置的剖视示意图；

图2为传统功率散热器、致冷芯片横摆的功率散热器与图1的功率散热装置，在运转时各功率元件的时间温度关系图；

图3为根据本发明第二实施例所述的功率散热装置的剖视示意图；

图4为根据本发明第三实施例所述的功率散热装置的剖视示意图；

图5为根据本发明第四实施例所述的功率散热装置的剖视示意图。

其中，附图标记

10、10a、10b、10c 功率散热装置

100 导热层

110 吸热面

120 放热面

200 功率元件

210 第一侧边

220 第二侧边

300 散热器

310 基部

320 鳍片

400 致冷芯片

410 致冷面

400a 第一致冷芯片

400b 第二致冷芯片

S 热传导区

N 法线

V 垂直方向

D1～D6 距离

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图1。图1为根据本发明第一实施例所述的功率散热装置的剖视示意图。

本实施例的功率散热装置10包含一导热层100、一散热器300及多个致冷芯片400。功率散热装置10将一导热层100上的功率元件200所产生的热量进行散热，以降低功率元件200的温度。其中，功率元件200例如为一晶体管。

导热层100例如为铝基板。导热层100具有相对的一吸热面110及一放热面120。

功率元件200迭设并电性连接于导热层100的吸热面110。功率元件200例如为晶体管。功率元件200例如具有一温度安全值。当功率元件200的工作温度在温度安全值以下时，功率元件200具有较高的工作效率。而当功率元件200的工作温度超过温度安全值时，功率元件200的工作效率会下降，甚或当机。因此，可设计一温度预设值为温度安全值的80％，当工作温度超过温度预设值时，则驱动主动式散热机制(如后所述的致冷芯片400)运转。

散热器300例如为散热鳍片，并热接触于导热层100的放热面120。详细来说，散热器300包含一基部310及多个鳍片320。基部310的一端热接触于导热层100的放热面120。这些鳍片320凸出于基部的另一端。当功率元件200运转时，功率元件200所产生的热量经导热层100会传导至散热器300，而于散热器300上形成一热传导区S。所谓热传导区S的定义为散热器300中传导功率元件200的下方垂直发热量的区域。假设功率元件200的发热面的宽度与功率元件200的宽度相同，热传导区S的宽度D2约为功率元件200的宽度D1的110％至120％，一般来说，热传导区S的宽度D2大于功率元件200的宽度D1。

这些致冷芯片400嵌设于散热器300的基部310内，并位于热传导区S周围。详细来说，在本实施例中，每一个功率元件200搭配两个致冷芯片400，且这两个致冷芯片400分别位于热传导区S的相对两侧。更进一步来说，致冷芯片400具有一致冷面410。致冷芯片400的致冷面410垂直于导热层100的放热面120，且致冷面410面向散热器300的基部310内的热传导区S，以令致冷芯片400运转时能够冷却散热器300的基部310内的热传导区S的热量。

在本实施例中，因致冷芯片400是位于散热器300而非位于导热层100，故可突破原本导热层100的厚度限制，而增加致冷芯片400的尺寸或数量，进而增加功率散热装置10的散热效能。

此外，与水平放置相比，垂直放置的致冷芯片400投影至放热面120的投影面积较小，较不易阻挡热量传递，故当致冷芯片400停止运转时，可大幅降低致冷芯片400所造成的热阻效应。

再者，本实施例的二致冷面410的间距D3是大于功率元件100的宽度D1。如此一来，可避免致冷芯片400运转后所产生的废热又再次回传功率元件200。

值得注意的是，本实施例的二致冷面410的间距D3是大于热传导区域S的宽度D2，使得二致冷面410是与热传导区域S保持一段距离，但并不以此为限，在其他实施例中，二致冷面410亦可以紧贴于热传导区域S，即二致冷面410与热传导区域相连，以进一步提升致冷芯片400对功率元件100的散热效率。

请参阅图2。图2分别为传统功率散热器、致冷芯片横摆的功率散热器与图1的功率散热装置，在运转时各功率元件的时间温度关系图。其中，传统功率散热器系无装设致冷芯片，即仅设置散热器的状况，而致冷芯片横摆的功率散热器是有装设致冷芯片，且致冷芯片的致冷面是平行导热层的放热面的状况。

从图2中可知，在致冷芯片横摆的功率散热器中，致冷芯片运转初期2秒内仅短暂时间有较低的降低功率元件的温度，但时间约过60秒后，则功率元件的温度却会直线上升而降低功率元件的效能。但在本实施例的功率散热装置中，因垂直放置的致冷芯片400较不易阻挡热量传递，故当致冷芯片400停止运转时，可大幅降低致冷芯片400所造成的热阻效应，进而避免发生功率元件的温度直线上升的状况。

在上述实施例中，每一个功率元件200搭配两个致冷芯片400，且这两个致冷芯片400分别位于热传导区S的相对两侧，但并不以此为限，请参阅图3。图3为根据本发明第二实施例所述的功率散热装置的剖视示意图。在本实施例的功率散热装置10a中，每一个功率元件200搭配的致冷芯片400的数量仅为一个，并位于热传导区S的其中一侧。

在上述第一及第二实施例中，散热器300中仅设置一层致冷芯片400，但亦可设置至少一层致冷芯片400，请参阅图4。图4为根据本发明第三实施例所述的功率散热装置的剖视示意图。在本实施例的功率散热装置10b中，散热器300中设置三层致冷芯片400。详细来说，三层致冷芯片400沿一垂直方向V(吸热面110的法线N方向)排列，也就是说，三层致冷芯片400与吸热面110在垂直方向V上保持相异距离D4、D5、D6。但三层致冷芯片400的层数并非用以限制本发明，举例来说，散热器300中设置的致冷芯片400的层数亦可以改为两层或至少四层。

此外，在本实施例中，热传导区S的相对两侧皆设有致冷芯片400，但并不以此为限，在其他实施例中，也可以仅在热传导区S的其中一侧设置致冷芯片400。

此外，在本实施例中，不同层的致冷芯片400彼此相分离，但并不以此为限，在其他实施例中，不同层的致冷芯片400也可以相连。

请参阅图5。图5为根据本发明第四实施例所述的功率散热装置的剖视示意图。

本实施例的功率散热装置10c包含一导热层100、一散热器300、多个第一致冷芯片400a及多个第二致冷芯片400b，功率散热装置10c将导热层100上的功率元件200所产生的热量进行散热，以降低功率元件200的温度。

导热层100例如为铝基板。导热层100具有相对的一吸热面110及一放热面120。

功率元件200例如为晶体管。功率元件200迭设并电性连接于导热层100的吸热面110。此外，功率元件200更具有相正交的一第一侧边210及一第二侧边220。

散热器300例如为散热鳍片，并热接触于导热层100的放热面120。详细来说，散热器300包含一基部310及多个鳍片320。基部310的一端热接触于导热层100的放热面120。这些鳍片320凸出于基部的另一端。

这些第一致冷芯片400a与这些第二致冷芯片400b皆嵌设于散热器300的基部310内，并位于热传导区S周围。以其中一个角落进一步来说，在本实施例中，于散热器300的每一个角落各搭配三个第一致冷芯片400a与三个第二致冷芯片400b。多第二致冷芯片400b垂直于多第一致冷芯片400a，且多第一致冷芯片400a平行于功率元件200的第一侧边210，以及多第二致冷芯片400b平行于功率元件200的第二侧边220。也就是说，在本实施例中，一个功率元件200搭配24个致冷芯片。

值得注意的是，上述散热器300每一个角落所搭配的致冷芯片的数量仅为举例说明，在其他实施例中，于散热器300每一个角落所搭配的致冷芯片的数量为多个，亦即可以改为两个或至少四个。

此外，在本实施例中，散热器300的各角落皆搭配设置致冷芯片，但并不以此为限，在其他实施例中，致冷芯片也可以仅设置于散热器300的其中一个角落或其中两个角落。

根据上述实施例所揭露的功率散热装置，通过垂直设置的致冷芯片，让致冷芯片除了能够发挥致冷芯片快速降温的能力，又能够降低致冷芯片的热阻效应。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。