CN116782579A - 一种散热片及具有其的散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散热片及具有其的散热器，所述散热片包括：曲面部，在沿着冷却介质的流动方向上，所述曲面部呈流线型结构；薄板部，其为设置在所述曲面部上的板状结构；散热时，所述冷却介质自所述曲面部的前端流至后端，所述薄板部设置在所述曲面部的后端，本发明所述的散热片及具有其的散热器通过促进对流传热来产生湍流，通过减薄温度边界层来降低热阻、提高散热性能，散热性能好，能够满足发热密度更大的电子部件的散热需求。

Description

一种散热片及具有其的散热器

技术领域

本发明属于散热器领域，特别涉及用于半导体元件、功率半导体和功率半导体组合而成的复合模块的散热器，具体涉及一种散热片及具有其的散热器。

背景技术

近年来，随着搭载电子部件的各类产品朝着小型化、高性能化方向的快速发展，电子部件，如半导体元件的发热密度不断增大，这对用于电子部件的散热器的散热性能提出了更高的要求，要求散热器能够有效地冷却发热量日益增大的电子部件。

通常，用于电子部件散热的散热器一般由底板和散热片构成。装配时，使电子部件紧贴底板，从而使电子部件产生的热通过底板传递到散热片，之后利用散热片向外部空气扩散，抑制电子部件的温度上升，实现电子部件的散热。

例如，日本专利特开2016-174025号公报中公开的散热鳍片及散热装置搭载其的模块中公开了一种以沿着流体流动方向为长度方向的流线形散热鳍片，所述散热鳍片中沿着流动方向的截面长度比与流动方向垂直的截面长度长，并表示这种结构的散热鳍片能够降低流体阻力，提高传热性能。具体的，与现有技术相比，这种流线形散热鳍片通过尽可能使边界层的剥离点向散热片后方移动，可以进一步降低流体的压力损失、降低流体阻力。但是，在流体的温度和散热片表面温度之间存在差异而产生热传递的情况下，在散热片附近将存在温度从流体的温度到散热片表面的温度连续变化的层，即温度边界层，通常，这个温度边界层越厚热阻越大，如果不采取对流增加热传递的对策，仅仅靠降低流体阻力并不能达到足够的散热效果。

为了使该温度边界层变薄，需要提高流体的速度或者增大对流流体的湍流，其中，提高流体的速度需要依靠提高风扇等的转速来实现，这会产生成本升高和噪音增大等问题。在不提高流体流速的情况下，通过增大对流引起的湍流，促进对流热传递，有望提高散热器的散热性能，但是具体如何在不提高流速的情况下，增大对流引起的湍流又是摆在本领域技术人员面前的一个难题。

发明内容

本发明设计出一种散热片及具有其的散热器，以通过优化散热片的结构，提升散热片的散热性能，满足发热密度更大的电子部件的散热需求。

为解决上述问题，本发明公开了一种散热片，包括：

曲面部，在沿着冷却介质的流动方向上，所述曲面部呈流线型结构；

薄板部，其为设置在所述曲面部上的板状结构；

散热时，所述冷却介质自所述曲面部的前端流至后端，所述薄板部设置在所述曲面部的后端。

本申请通过将所述散热片设置为包括曲面部和薄板部的结构，在冷却介质流过所述曲面部和薄板部过程中，流线型的曲面部能够抑制空气动力阻力，尽可能地使所述冷却介质从层流向乱流的迁移点向所述散热片的后方移动。由此，当所述冷却介质的流动速度足够大时，将在所述薄板部附近产生湍流，在湍流的作用下，所述薄板部将产生左右摆动，摆动进一步使得湍流更容易发生、且程度更加剧烈，最终通过湍流促进对流传热，使得温度边界层减薄，所述散热片的热阻降低、散热能力提高。

进一步的，所述曲面部的前端呈圆形、后端呈锥形。

将所述曲面部设置为前圆后尖的流线型结构，能够有效抑制空气动力阻力，同时将所述冷却介质从层流向乱流的迁移点向所述散热片的后方移动。

进一步的，将所述曲面部的前端至后端的长度距离记为H，将所述曲面部的宽度记为W，则H＞W。

将所述曲面部设置为长度H＞宽度W的结构能够进一步提高其抑制空气动力阻力，后移所述冷却介质从层流向乱流的迁移点的效果。

进一步的，在所述曲面部上设置凹凸部，所述凹凸部为设置在所述曲面部上的多个凸点或者多个凹坑。

通过所述凹凸部的设置能够使得所述散热片表面由于热滞留的原因产生的粘性层变薄，促进对流热的热传递，降低热阻。

进一步的，所述凹凸部为设置在所述曲面部上的多个圆形凹坑。

将所述凹凸部设置为多个圆形凹坑能够更好地实现其降低粘性层厚度，促进对流热的热传递，降低热阻的效果。

进一步的，在所述曲面部和薄板部的连接处设置缺口。

通过所述缺口的设置能够减小所述曲面部和薄板部的连接线的长度和强度，提高所述薄板部的自由度，使其能够更加容易地在所述冷却介质的作用下产生摆动、增大湍流。

一种散热器，所述散热器包括：底板和设置在所述底板上的若干散热结构，冷却介质流过所述散热结构之间的间隙，所述散热结构至少包括：

多个散热片，所述散热片为上述的散热片；

所述的多个散热片间隔设置在所述底板上，所述的多个散热片沿垂直所述冷却介质流动方向的方向排成若干列，所述冷却介质从所述散热片的前端流动至后端进行散热。

在所述散热器中，将流线型的散热片分隔成小块配置在所述底板上。通过增加小传热面积的散热片的数量，可以妨碍所述温度边界层的发展，可以增加散热器整体的散热面积。

进一步的，所述散热结构还包括：散热单元，所述散热单元包括多个散热件，所述散热件设置在所述散热片的后端，所述的多个散热件沿垂直所述冷却介质流动方向的方向排成若干列。

在所述散热器中：由于所述散热件配置在所述散热片后方，且在所述散热片的后方发生了湍流，所以所述散热件表面由于热滞留原因产生的粘性层也将因湍流而变薄。相较于传统散热器，本申请通过设置所述散热片，并将传热面积小的散热件安装在所述散热片的后方，从而促进对流热传递，降低热阻，最终的结果是可以实现散热效率的提高。

进一步的，所述散热件包括第一散热件、第二散热件和第三散热件中的一种或多种；

其中，所述第一散热件为板状散热结构；

所述第二散热件为圆柱状散热结构；

所述第三散热件为菱形柱状散热结构。

所述第一散热件、第二散热件和第三散热件为所述散热件的具体形态设置提供了多种选择。

进一步的，所述散热器包括一列所述散热片，以及多列第一散热件或第二散热件或第三散热件。

将所述散热片设置在所述散热器的前端，将所述第一散热件或第二散热件或第三散热件设置在所述散热器的后端，两者配合、能够实现更好地散热效果。

本申请所述的散热片及具有其的散热器具有以下优点：本申请通过将所述散热片设置为包括曲面部和薄板部的结构，在冷却介质流过所述曲面部和薄板部过程中，流线型的曲面部能够抑制空气动力阻力，尽可能地使所述冷却介质从层流向乱流的迁移点向所述散热片的后方移动。由此，当所述冷却介质的流动速度足够大时，将在所述薄板部附近产生湍流，在湍流的作用下，所述薄板部将产生左右摆动，摆动进一步使得湍流更容易发生、且程度更加剧烈，最终通过湍流促进对流传热，使得温度边界层减薄，所述散热片的热阻降低、散热能力提高。

附图说明

图1为本发明所述散热器的立体结构示意图；

图2为本发明所述散热器的侧视结构示意图；

图3为本发明所述散热器的第一俯视结构示意图；

图4为本发明所述散热片的立体结构示意图；

图5为本发明所述散热片的俯视结构示意图；

图6为本发明所述散热器的第二俯视结构示意图；

图7为本发明所述散热器的第三俯视结构示意图；

图8为本发明所述散热器的第四俯视结构示意图。

附图标记说明：

1、散热结构；11、散热片；111、曲面部；112、薄板部；113、凹凸部；114、缺口；12、散热单元；121、第一散热件；122、第二散热件；123、第三散热件；2、底板；3、冷却介质。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例1

如图1～8所示，本申请提供一种散热片，所述散热片11包括：

曲面部111，在沿着冷却介质3的流动方向上，所述曲面部111呈流线型结构；

薄板部112，其为设置在所述曲面部111上的板状结构；

将所述曲面部111中首先与所述冷却介质3接触的一侧称为所述曲面部111的前端，将所述曲面部111中最后与所述冷却介质3接触的一侧称为所述曲面部111的后端，散热时，所述冷却介质3自所述曲面部111的前端流至后端，所述薄板部112设置在所述曲面部111的后端。

类似的，在本申请中，为便于表述，根据所述冷却介质3的流动方向确定“前”和“后”，所述散热片11中首先与所述冷却介质3接触的一侧称为所述散热片11的前端，将所述散热片11中最后与所述冷却介质3接触的一侧称为所述散热片11的后端，散热时，所述冷却介质3自所述散热片11的前端流至后端。如图3和6～8所示，图中箭头方向为所述冷却介质3的流动方向，所述曲面部111位于所述散热片11的前端，所述薄板部112位于所述散热片11的后端。

进一步的，如图3所示，所述曲面部111的前端呈圆形、后端呈锥形，在沿着冷却介质3的流动方向上，即平行于底板2的方向上，所述曲面部111的横截面呈水滴状流线型结构。

更进一步的，如图3所示，将所述曲面部111的前端至后端的长度距离记为H，将所述曲面部111的宽度记为W，则H＞W。

作为本申请的一些实施例，所述曲面部111通过连续的曲面板形成。

本申请通过将所述散热片11设置为包括曲面部111和薄板部112的结构，在冷却介质3流过所述曲面部111和薄板部112过程中，所述曲面部111前圆后尖的形状能够抑制空气动力阻力，尽可能地使所述冷却介质3从层流向乱流的迁移点向所述散热片11的后方移动。由此，当所述冷却介质3的流动速度足够大时，将在所述薄板部112附近产生湍流，在湍流的作用下，所述薄板部112将产生如图5中箭头所示的左右摆动，摆动进一步使得湍流更容易发生、且程度更加剧烈，最终通过湍流促进对流传热，使得温度边界层减薄，所述散热片11的热阻降低、散热能力提高。

进一步的，在所述曲面部111上设置凹凸部113，通过所述凹凸部113的设置能够使得所述散热片11表面由于热滞留的原因产生的粘性层变薄，促进对流热的热传递，降低热阻。

作为本申请的一些实施例，所述凹凸部113可以为设置在所述曲面部111上的多个凸点或者多个凹坑。

优选的，所述凹凸部113为设置在所述曲面部111上的多个圆形凹坑。

作为本申请的一些实施例，所述凹凸部113为均匀分布在所述曲面部111上的多个圆形凹坑。

进一步的，在所述曲面部111和薄板部112的连接处设置缺口114，通过所述缺口114的设置能够减小所述曲面部111和薄板部112的连接线的长度和强度，提高所述薄板部112的自由度，使其能够更加容易地在所述冷却介质3的作用下产生摆动、增大湍流。

更进一步的，如图2所示，所述缺口114位于所述散热片11靠近底板2的一侧。

进一步的，所述冷却介质3可以为空气或者其他用于冷却散热的气体或流体，如氮气、惰性气体、水等。

实施例2

此外，本申请还提供一种散热器，包括：底板2和设置在所述底板2上的若干散热结构1，如图3所示，冷却介质3沿箭头方向流过所述散热结构1之间的间隙实现散热，所述散热结构1至少包括：

多个散热片11，所述散热片11为上述实施例1所述的散热片11；

所述的多个散热片11间隔设置在所述底板2上，所述的多个散热片11沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列，所述冷却介质3从所述散热片11的前端流动至后端实现散热。

在所述散热器中，将流线型的散热片11分隔成小块配置在所述底板2上。通过增加小传热面积的散热片11的数量，可以妨碍所述温度边界层的发展，可以增加散热器整体的散热面积。

作为本申请的一些实施例，所述的多个散热片11可以均匀间隔地设置在所述底板2上，也可以不等间距地设置在所述底板2上。

优选的，所述的多个散热片11均匀间隔地设置在所述底板2上。

作为本申请的一些实施例，所述的多个散热片11可以一体成型地形成在所述底板2上，也可以通过粘结、焊接等方式接合在所述底板2上。

作为本申请的一些实施例，所述曲面部111通过连续的曲面板形成，所述曲面部111的一端与所述底板2相连接，所述曲面部111中远离所述底板2的一端敞口，以进一步提升散热效果。

如此，在如图1～3所示的散热器上，由于设置有间隔排布成列的多个散热片11，当所述冷却介质3沿箭头方向流过所述散热片11时，所述散热器可首先通过曲面部111的形状抑制空气动力阻力，尽可能将从层流向乱流的迁移点放在散热片11的后方。由此，可在薄板部112的附近产生湍流，薄板部112由于湍流的影响将向图5中箭头所示的方向左右摇晃，进一步使得湍流更容易发生。这样通过增大湍流促进对流热传递，使温度边界层变薄，降低散热片11的热阻，提高散热能力。

实施例3

如图6所示，一种散热器，包括：底板2和设置在所述底板2上的若干散热结构1，冷却介质3流过所述散热结构1之间的间隙实现散热，所述散热结构1包括：

多个散热片11，所述散热片11为上述实施例1所述的散热片11；

散热单元12，所述散热单元12包括多个第一散热件121，所述第一散热件121为板状散热结构。

进一步的，所述的多个散热片11间隔设置在所述底板2上，所述的多个散热片11沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列，优选为一列，所述冷却介质3从所述散热片11的前端流动至后端实现散热。

更进一步的，在所述散热片11的后端设置多个所述第一散热件121，所述的多个第一散热件121间隔设置在所述底板2上，所述的多个第一散热件121沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列。

作为本申请的一些实施例，所述第一散热件121之间的间距可以与所述散热片11之间的间距相等，也可以不与所述散热片11之间的间距相等。

此外，需要说明的是：本申请中所述第一散热件121的长度、宽度、高度以及相邻两个第一散热件121之间的间距等不需要与所述散热片11相匹配。

在所述散热器中：由于所述第一散热件121配置在所述散热片11后方，因此如实施例1和2所述，因为所述散热片11的后方发生了湍流，所以所述第一散热件121表面由于热滞留原因产生的粘性层也将因湍流而变薄。相较于传统散热器，本申请通过设置所述散热片11，相较于现有技术，可以设置长度更短的第一散热件121，并将传热面积小的第一散热件121安装在所述散热片11的后方，从而促进对流热传递，降低热阻，最终的结果是可以实现散热效率的提高。

实施例4

如图7所示，一种散热器，包括：底板2和设置在所述底板2上的若干散热结构1，冷却介质3流过所述散热结构1之间的间隙实现散热，所述散热结构1包括：

多个散热片11，所述散热片11为上述实施例1所述的散热片11；

散热单元12，所述散热单元12包括多个第二散热件122，所述第二散热件122为圆柱状散热结构。

进一步的，所述的多个散热片11间隔设置在所述底板2上，所述的多个散热片11沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列，优选为一列，所述冷却介质3从所述散热片11的前端流动至后端实现散热。

更进一步的，在所述散热片11的后端设置多个所述第二散热件122，所述的多个第二散热件122间隔设置在所述底板2上，所述的多个第二散热件122沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列。

作为本申请的一些实施例，所述第二散热件122之间的间距可以与所述散热片11之间的间距相等，也可以不与所述散热片11之间的间距相等。

在所述散热器中：由于所述第二散热件122配置在所述散热片11后方，因此如实施例1和2所述，因为所述散热片11的后方发生了湍流，所以所述第二散热件122表面由于热滞留原因产生的粘性层将因湍流而变薄。相较于传统散热器，本申请通过设置所述散热片11，并将传热面积小的第二散热件122安装在所述散热片11的后方，从而促进对流热传递，降低热阻，最终的结果是可以实现散热效率的提高。

实施例5

如图8所示，一种散热器，包括：底板2和设置在所述底板2上的若干散热结构1，冷却介质3流过所述散热结构1之间的间隙实现散热，所述散热结构1包括：

多个散热片11，所述散热片11为上述实施例1所述的散热片11；

散热单元12，所述散热单元12包括多个第三散热件123，所述第三散热件123为菱形柱状散热结构。

进一步的，所述的多个散热片11间隔设置在所述底板2上，所述的多个散热片11沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列，优选为一列，所述冷却介质3从所述散热片11的前端流动至后端实现散热。

更进一步的，在所述散热片11的后端设置多个所述第三散热件123，所述的多个第三散热件123间隔设置在所述底板2上，所述的多个第三散热件123沿垂直所述冷却介质3流动方向的方向排成若干列。

作为本申请的一些实施例，所述第三散热件123之间的间距可以与所述散热片11之间的间距相等，也可以不与所述散热片11之间的间距相等。

在所述散热器中：由于所述第三散热件123配置在所述散热片11后方，因此如实施例1和2所述，因为所述散热片11的后方发生了湍流，所以所述第三散热件123表面由于热滞留原因产生的粘性层将因湍流而变薄。相较于传统散热器，本申请通过设置所述散热片11，并将传热面积小的第二散热件122安装在所述散热片11的后方，从而促进对流热传递，降低热阻，最终的结果是可以实现散热效率的提高。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种散热片，其特征在于，所述散热片(11)包括：

曲面部(111)，在沿着冷却介质(3)的流动方向上，所述曲面部(111)呈流线型结构；

薄板部(112)，其为设置在所述曲面部(111)上的板状结构；

散热时，所述冷却介质(3)自所述曲面部(111)的前端流至后端，所述薄板部(112)设置在所述曲面部(111)的后端。

2.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，所述曲面部(111)的前端呈圆形、后端呈锥形。

3.根据权利要求1或2所述的散热片，其特征在于，将所述曲面部(111)的前端至后端的长度距离记为H，将所述曲面部(111)的宽度记为W，则H＞W。

4.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，在所述曲面部(111)上设置凹凸部(113)，所述凹凸部(113)为设置在所述曲面部(111)上的多个凸点或者多个凹坑。

5.根据权利要求4所述的散热片，其特征在于，所述凹凸部(113)为设置在所述曲面部(111)上的多个圆形凹坑。

6.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，在所述曲面部(111)和薄板部(112)的连接处设置缺口(114)。

7.一种散热器，其特征在于，所述散热器包括：底板(2)和设置在所述底板(2)上的若干散热结构(1)，冷却介质(3)流过所述散热结构(1)之间的间隙，所述散热结构(1)至少包括：

多个散热片(11)，所述散热片(11)为上述权利要求1～6任一项所述的散热片；

所述的多个散热片(11)间隔设置在所述底板(2)上，所述的多个散热片(11)沿垂直所述冷却介质(3)流动方向的方向排成若干列，所述冷却介质(3)从所述散热片(11)的前端流动至后端进行散热。

8.根据权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述散热结构(1)还包括：散热单元(12)，所述散热单元(12)包括多个散热件，所述散热件设置在所述散热片(11)的后端，所述的多个散热件沿垂直所述冷却介质(3)流动方向的方向排成若干列。

9.根据权利要求8所述的散热器，其特征在于，所述散热件包括第一散热件(121)、第二散热件(122)和第三散热件(123)中的一种或多种；

其中，所述第一散热件(121)为板状散热结构；

所述第二散热件(122)为圆柱状散热结构；

所述第三散热件(123)为菱形柱状散热结构。

10.根据权利要求9所述的散热器，其特征在于，所述散热器包括一列所述散热片(11)，以及多列第一散热件(121)或第二散热件(122)或第三散热件(123)。