專利名稱：用于大功率熱源的散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種散熱裝置，具體涉及一種低成本的基于液態(tài)金屬硅脂用于大功率熱源的散熱裝置。
背景技術(shù)：
目前，大功率電子元器件的散熱問題逐漸成為影響其性能的重要因素，如在能源電力領(lǐng)域，大功率高/低壓變頻器內(nèi)密集排列著多顆高功率IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,絕緣柵雙極型晶體管)，IGBT熱源會造成較大的發(fā)熱量及較高的熱流密度，產(chǎn)生的“熱量堆疊”效應(yīng)會使電子元件溫度過高而失效，嚴(yán)重影響設(shè)備的可靠性；在光電領(lǐng)域，LED燈內(nèi)的高熱量集中在尺寸很小的芯片上，使得芯片溫度升高、熱應(yīng)力分布不均，嚴(yán)重影響LED的穩(wěn)定性與壽命。上述大功率熱源的共同特點(diǎn)是發(fā)熱量大，且熱量集中在很小的空間內(nèi)。傳統(tǒng)的散熱大多采用鋁基板散熱器的方式。為了減少大功率熱源與鋁基板散熱器之間的接觸熱阻，通常在其接觸處涂抹傳統(tǒng)硅油基導(dǎo)熱硅脂。然而，由于傳統(tǒng)硅油基導(dǎo)熱硅脂熱導(dǎo)率不高，在針對大功率熱源的高密度熱流情況下，熱源與鋁基板散熱器之間的接觸熱阻會成為整個(gè)散熱裝置的散熱瓶頸。低熔點(diǎn)液態(tài)金屬是近些年在散熱領(lǐng)域逐漸興起的一種新的高端熱界面材料。然而，大多數(shù)低熔點(diǎn)液態(tài)金屬都對鋁有強(qiáng)烈的腐蝕性(對銅無腐蝕性)，且鋁的熱導(dǎo)率較低，在高熱流密度情況下擴(kuò)散熱阻較大。而且，若采用液態(tài)金屬導(dǎo)熱硅脂和純銅基板散熱器，則器件的體積，重量，成本都會大幅度增加。有鑒于此，為解決上述技術(shù)中的不足，本發(fā)明人基于相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)，并經(jīng)過不斷測試及改良，進(jìn)而有本實(shí)用新型的產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可用于大功率熱源的散熱裝置，該裝置將低熔點(diǎn)金屬基硅脂與嵌入式銅板結(jié)合使用，不僅能提升散熱性能，防止腐蝕，同時(shí)，極大的控制了散熱系統(tǒng)的成本。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供一種用于大功率熱源的散熱裝置，其包括:鋁基板；銅板，發(fā)熱兀件位于銅板的一側(cè)，銅板的另一側(cè)布置于招基板的其中一表面上；翅片散熱器，設(shè)置于所述鋁基板的另一表面上。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述翅片散熱器上設(shè)有多列熱管。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，還包括風(fēng)扇，其設(shè)置于翅片散熱器的一偵牝風(fēng)扇的出風(fēng)口朝向翅片散熱器。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，還包括有低熔點(diǎn)金屬基硅脂，其填充于發(fā)熱元件與銅板之間。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述的低熔點(diǎn)金屬基硅脂采用涂抹方式涂抹于銅板。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述的銅板采用回流焊、釬焊、超聲焊、摩擦焊，或緊配的工藝連接到所述鋁基板上。所述的銅板與鋁基板采用緊配工藝進(jìn)行連接，銅板與鋁基板間涂覆傳統(tǒng)硅油基導(dǎo)熱硅脂。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述翅片散熱器的材質(zhì)選用銅或鋁。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述熱管的材質(zhì)選用銅、鋁或不銹鋼。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述翅片散熱器與所述熱管通過焊接或緊配的方式連接。所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其中，所述風(fēng)扇為軸流式、離心式或混流式風(fēng)扇。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)本實(shí)用新型提出的一種用于大功率熱源的散熱裝置，采用低熔點(diǎn)金屬基硅脂作為導(dǎo)熱介質(zhì)，由于其具有高熱導(dǎo)率及形態(tài)可塑的特點(diǎn)，使得大功率熱源與鋁基板接觸緊密，有效降低了接觸熱阻，解決了高熱流密度散熱的傳熱瓶頸，有效提升了系統(tǒng)散熱性能；(2)本實(shí)用新型提出的一種用于大功率熱源的散熱裝置，在鋁基板表面嵌入銅板，不僅有效降低了鋁基板的擴(kuò)散熱阻，同時(shí)銅板對低熔點(diǎn)金屬基硅脂可以起到很好的防腐蝕作用。(3)本實(shí)用新型提出的一種用于大功率熱源的散熱裝置，采用了銅板焊接嵌入鋁基板的工藝，綜合了各種材料的優(yōu)勢，相對于傳統(tǒng)的純鋁基板散熱器成本增加較小。(4)本實(shí)用新型提出的一種用于大功率熱源的散熱裝置，由于換熱性能的提高，可減小翅片散熱器的體積，節(jié)省成本；也可適當(dāng)降低風(fēng)扇風(fēng)量，噪音小，且更加節(jié)能。本實(shí)用新型可應(yīng)用于能源電力領(lǐng)域及光電領(lǐng)域，可對大功率熱源高效地散熱。

圖1是實(shí)施例1中翅片散熱器為傳統(tǒng)翅片方式的散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例2中翅片散熱器為傳統(tǒng)翅片與熱管結(jié)合方式的散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:1_發(fā)熱元件；2_低熔點(diǎn)金屬基硅脂；3_鋁基板；4_翅片散熱器；5-銅板；6_熱管；7_風(fēng)扇。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本實(shí)用新型的限定。實(shí)施例1實(shí)施例1展示了本實(shí)用新型的可用于大功率熱源的散熱裝置的典型結(jié)構(gòu)。如圖1所示，是翅片散熱器為傳統(tǒng)翅片方式的散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中的散熱裝置由低熔點(diǎn)金屬基硅脂2、鋁基板3、翅片散熱器4及銅板5組成。其中，低熔點(diǎn)金屬基硅脂2填充于發(fā)熱兀件(大功率熱源)I與銅板5之間,銅板5嵌在招基板3的其中一表面上,翅片散熱器4設(shè)置于鋁基板3的另一表面上。[0031 ] 本實(shí)施例中，大功率熱源I可為LED芯片，其尺寸為2cmX 2cmX 0.5cm，功率密度為20W/cm2。所述的鋁基板3的尺寸為20 X 10 X 4cm,所述的銅板5的尺寸為12 X 6 X 2cm。所述的低熔點(diǎn)金屬基硅脂2可采用低熔點(diǎn)金屬合金或低熔點(diǎn)金屬與其填料的混合物。所述低熔點(diǎn)金屬合金為熔點(diǎn)在200° C以下的鈉、鉀、鋰、銣、銫、鎵、銦、汞、鉛鉍合金、鎵基二兀合金、鎵基多兀合金、銦基合金、秘基合金、萊基合金或鈉鉀合金。其中，所述的鎵基二元合金可為鎵銦合金、鎵鉛合金或鎵汞合金；所述的鎵基多元合金為鎵銦錫合金或鎵銦錫鋅合金；所述的填料為低熔點(diǎn)金屬氧化物或硅油；所述低熔點(diǎn)金屬氧化物為氧化鎵、氧化銦、氧化鉍、氧化錫、氧化鋅或上述氧化物的混合物。所述的低熔點(diǎn)金屬基硅脂2可采用涂抹方式涂抹于銅板5上，以降低其間的接觸熱阻。所述的銅板5采用回流焊工藝焊接到鋁基板3上。所述的翅片散熱器4利用翅片進(jìn)行散熱，翅片材質(zhì)可選用鋁。工作時(shí)，大功率熱源I產(chǎn)生的高密度熱量由低熔點(diǎn)金屬基硅脂2傳導(dǎo)至銅板5，然后熱量經(jīng)銅板5擴(kuò)散至整個(gè)鋁基板，之后，翅片散熱器4將鋁基板的熱量傳至周圍環(huán)境中。因?yàn)橐簯B(tài)金屬基材質(zhì)和銅板的綜合應(yīng)用，大功率熱源的高密度熱流向翅片散熱器擴(kuò)散非常容易，系統(tǒng)的散熱性能得以有效保障。實(shí)施例2實(shí)施例2展示了本實(shí)用新型的可用于大功率熱源的散熱裝置的典型結(jié)構(gòu)。如圖2所示，是翅片散熱器為傳統(tǒng)翅片與熱管相結(jié)合方式的散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中的散熱裝置由低熔點(diǎn)金屬基硅脂2、鋁基板3、翅片散熱器4 (集成了熱管陣列6)、銅板5及大風(fēng)量風(fēng)扇7組成。低熔點(diǎn)金屬基硅脂2填充于大功率熱源I與銅板5之間，銅板5布置于鋁基板3的其中一表面上，翅片散熱器4設(shè)置于鋁基板3的另一表面上，且所述翅片散熱器4上設(shè)有多列熱管6,增加散熱面積,提升散熱能力。同時(shí),所述風(fēng)扇7設(shè)置于翅片散熱器4的一側(cè)，其出風(fēng)口朝向翅片散熱器4，用于產(chǎn)生強(qiáng)制對流散熱。本實(shí)施例中，大功率熱源I為IGBT熱源，其尺寸為llcmX5cmX2cm，功率為16W/
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cm ο所述鋁基板3的尺寸為55 X 24X 5cm，所述銅板5的尺寸為36 X 16 X 2cm，熱管6的數(shù)量為10個(gè)，間隔52mm，直徑為8mm，長度30cm。所述翅片散熱器4的材質(zhì)為銅，所述熱管6材質(zhì)為銅。熱管6結(jié)構(gòu)采用燒結(jié)式制成。此外，所述熱管6還可采用鋁或不銹鋼等材質(zhì)，熱管6結(jié)構(gòu)還可采用溝槽式制成。本實(shí)施例中翅片散熱器4與熱管6可通過焊接或緊配的方式緊密連接在一起，保證良好的熱接觸。為強(qiáng)化翅片散熱器4的散熱能力，其上集成大風(fēng)量風(fēng)扇7，風(fēng)扇可為軸流式、離心式、混流式,本實(shí)施例中風(fēng)扇7為軸流式風(fēng)扇。低熔點(diǎn)金屬基硅脂2為鎵銦鉍合金(內(nèi)填料為氧化鎵提升粘度)，采用涂抹方式涂抹于銅板5上，以降低其間的接觸熱阻。所述的銅板5采用釬焊工藝焊接到鋁基板3上。此外，所述銅板5還可采用超聲焊或摩擦焊或緊配的工藝連接到所述鋁基板中。當(dāng)所述的銅板5與鋁基板3采用緊配工藝進(jìn)行連接時(shí)，銅板5與鋁基板3間涂覆傳統(tǒng)硅油基導(dǎo)熱硅脂。工作時(shí)，大功率熱源I產(chǎn)生的高密度熱量由低熔點(diǎn)金屬基硅脂2傳導(dǎo)至銅板5，然后熱量經(jīng)銅板5擴(kuò)散至整個(gè)鋁基板3。之后，翅片散熱器4將鋁基板3的熱量傳至周圍環(huán)境中。而且熱管6及風(fēng)扇7均有效地協(xié)助進(jìn)行散熱。實(shí)驗(yàn)表明，在16W/cm2的熱流密度情況下，采用低熔點(diǎn)金屬基硅脂后接觸熱阻溫差可降低一半，接觸熱阻溫差由原來的15° C降低到約7° C。據(jù)傳熱學(xué)理論，則方案改進(jìn)后IGBT的溫度可降低8 ° C左右，效果明顯。綜上所述，本實(shí)用新型提出的用于大功率熱源的散熱裝置的兩個(gè)實(shí)施例，采用低熔點(diǎn)金屬基硅脂作為接觸介質(zhì)，有效降低了大功率熱源與鋁基板的接觸熱阻，突破了系統(tǒng)的散熱瓶頸，提高了裝置的散熱性能。另外，將銅板嵌入鋁基板表面，不僅可以降低鋁基板的擴(kuò)散熱阻，提聞傳熱效率，還可以有效防止低溶點(diǎn)金屬基娃脂對招基板的腐蝕，提聞了系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。此外，由于散熱性能的提高，可降低翅片散熱器的體積，節(jié)省成本；相應(yīng)地，風(fēng)扇風(fēng)量可適當(dāng)減少，噪音更小且更加節(jié)能。以上對本實(shí)用新型的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進(jìn)行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。比如，將銅板布置在鋁基板表面(而不采用嵌入鋁基板內(nèi)部的方式)將也不會超出本實(shí)用新型的范疇。
權(quán)利要求1.一種用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，包括: 招基板； 銅板，發(fā)熱兀件位于銅板的一側(cè)，銅板的另一側(cè)布置于招基板的其中一表面上； 翅片散熱器，設(shè)置于所述鋁基板的另一表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述翅片散熱器上設(shè)有多列熱管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，還包括風(fēng)扇，其設(shè)置于翅片散熱器的一側(cè)，風(fēng)扇的出風(fēng)口朝向翅片散熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，還包括有低熔點(diǎn)金屬基硅脂，其填充于發(fā)熱元件與銅板之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述的低熔點(diǎn)金屬基硅脂采用涂抹方式涂抹于銅板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述的銅板采用回流焊、釬焊、超聲焊、摩擦焊，或緊配的工藝連接到所述鋁基板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述的銅板與鋁基板采用緊配工藝進(jìn)行連接，銅板與鋁基板間涂覆硅油基導(dǎo)熱硅脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述翅片散熱器的材質(zhì)選用銅或鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述熱管的材質(zhì)選用銅、鋁或不銹鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述翅片散熱器與所述熱管通過焊接或緊配的方式連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于大功率熱源的散熱裝置，其特征在于，所述風(fēng)扇為軸流式、離心式或混流式風(fēng)扇。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于大功率熱源的散熱裝置，其包括鋁基板；銅板，發(fā)熱元件位于銅板的一側(cè)，銅板的另一側(cè)布置于鋁基板的其中一表面上；翅片散熱器，設(shè)置于所述鋁基板的另一表面上。本實(shí)用新型將低熔點(diǎn)金屬基硅脂與嵌入式銅板結(jié)合使用，不僅能提升散熱性能，防止腐蝕，同時(shí)，極大的控制了散熱系統(tǒng)的成本。
文檔編號H05K7/20GK203040093SQ20122072986
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者郭瑞, 鄧月光, 考笑梅 申請人:北京依米康散熱技術(shù)有限公司