散热翅片结构及使用该散热翅片结构的用于电子基板的冷却结构

摘要

散热翅片结构，其包括设置在翅片基板的表面上的翅片。翅片配置多个流道，从入口进入的冷却空气穿过该多个流道。该翅片包括第一翅片，该第一翅片在入口侧的端部布置在形成在翅片对之间的第一流道的中间部分中。第一流道被第一翅片分成第二流道和第三流道。翅片对之间的间隔在出口侧比在入口侧更宽。第一流道的截面面积大致等于第二流道和第三流道的截面面积之和。

说明书

技术领域

本发明涉及散热翅片结构，以及使用该散热翅片结构的用于电子基板的冷却结构。

背景技术

日本未审查专利申请公开No.10-190268(JP 10-190268 A)描述了一种用于电子设备的冷却装置。该冷却装置通过使用散热器和风扇来冷却热源的热量。

发明内容

当板状翅片设置在容纳大尺寸电子元件(例如DC/DC转换器)的壳体中时，在翅片的形状上存在改进的空间，以使得通过使用来自风扇的冷却空气而有效地冷却具有大的发热面积的壳体。

本发明提供一种散热翅片结构，其中板状散热翅片可以将冷却空气从风扇引导至宽阔的面积，从而有效地散热。本发明还提供一种用于电子基板的冷却结构，其中使用了该散热翅片结构。

本发明的第一方面提供了一种散热翅片结构，其包括：翅片基板，其第一表面与热源热连接；和多个板状翅片，其设置在翅片基板的第二表面上。翅片配置多个流道，当从入口进入的冷却空气朝出口流动时该冷却空气穿过多个流道，翅片包括第一翅片，第一翅片在入口侧的端部布置在第一流道的中间部分中，该第一流道形成在与第一翅片相邻的翅片对之间，该第一流道在第一流道的宽度方向上被第一翅片分成第二流道和第三流道，翅片对之间的间隔在出口侧比在入口侧更宽，并且第一流道的截面面积大致等于第二流道和第三流道的截面面积之和。

根据本发明的第一方面，由于抑制了流道的分支位置处的压力损失的增加，因此可以将冷却空气引导至宽阔的面积，从而有效地散热。

在该第一方面中，突出部可以形成在第一流道内部的一位置处，位于翅片基板的第二表面上，并且形成第一流道的翅片对之间的间隔可以随着突出部从翅片基板的突出量的增大而增大。

利用上述配置，当在流道内存在突出部时，由于突出部的突出量而引起的截面面积的变化减小了。因此，进一步抑制了压力损失的增加。

在上述配置中，第一翅片在入口侧的端部可以被布置成与突出部是连续的。

利用上述配置，使流道分支的翅片在入口侧的端部被布置成与流道内的突出部连续且没有任何间隙。因此，抑制了突出部附近的截面面积的变化，从而进一步抑制了压力损失的增加。

在该第一方面中，距离第一翅片在入口侧的端部为预定范围内的第一翅片的部分朝向入口可以变薄。

利用该配置，抑制了在使流道分支的翅片在入口侧的端部中发生湍流。因此，可以进一步减少压力损失的增加。

本发明的第二方面提供一种用于电子基板的冷却结构，其包括：电子基板，加热器元件实现于该电子基板上；根据第一方面的散热翅片结构，该散热翅片结构被布置成以第一表面面向加热元件叠加在电子基板上；和风扇，该风扇将空气送到散热翅片结构的入口。

根据本发明的第二方面，抑制了在流道中的分支位置处的压力损失的增加。因此，可以实现用于电子基板的冷却结构，该冷却结构能够将冷却空气引导至宽阔的面积，从而有效地散热。

本发明的第三方面提供一种散热翅片结构，其包括：翅片基板，其第一表面与热源热连接；和多个板状翅片，其设置在翅片基板的第二表面上。翅片配置多个流道，当从入口进入的冷却空气朝出口流动时该冷却空气穿过多个流道，翅片中的至少一个翅片在入口侧的端部被布置在第一流道的中间部分中，该第一流道形成在翅片对之间，该第一流道在第一流道的宽度方向上被翅片中的至少一个翅片分成两个或更多个流道，翅片对之间的间隔在出口侧比在入口侧更宽，并且第一流道的截面面积大致等于两个或更多个流道的截面面积之和。

附图说明

本发明的示例实施例的特征、优点和技术及工业显著性，将在下文中结合对附图的引用而加以描述，其中相似标号表示相似要素，且其中：

图1是根据第一实施例的散热翅片结构的示意性配置的立体图；

图2是图1中所示的散热翅片结构的平面图；

图3A是翅片的布置示例的示意图，该示例适用于根据第一实施例的散热翅片结构；

图3B是翅片的布置示例的示意图，该示例适用于根据第一实施例的散热翅片结构；

图3C是翅片的布置示例的示意图，该示例适用于根据第一实施例的散热翅片结构；

图4A是根据第二实施例的散热翅片结构的示意图；

图4B是沿图4A中的IVB-IVB线截取的示意性截面图；

图4C是沿图4A中的IVC-IVC线截取的示意性截面图；

图4D是沿图4A中的IVD-IVD线截取的示意性截面图；

图4E是沿图4A中的IVE-IVE线截取的示意性截面图；和

图4F是沿图4A中的IVF-IVF线截取的示意性截面图。

具体实施方式

概述

在根据本发明的散热翅片结构中，形成在板状翅片对之间的流道的宽度从空气入口侧朝向空气出口侧增加。同时，在该板状翅片之间设置另一板状翅片，使得流道被分支。因此，增加了板状翅片设置所在区域的面积。分支前的流道的截面面积大致等于分支后形成的两个流道的截面面积之和。因此，可以抑制在分支位置处的压力损失的增加。

第一实施例

图1是根据第一实施例的散热翅片结构的示意性配置的立体图，图2是图1中所示的散热翅片结构的平面图。

散热翅片结构100是用于将来自实现在电子基板中的加热器元件(未图示)的热量进行散热的构件。该热量通过从风扇(未图示)发送的冷却空气而被散热。该实施例描述了散热翅片结构100是电子基板的壳体的一部分的示例。然而，散热翅片结构100可以与壳体分离。

散热翅片结构100包括翅片基板2和多个板状翅片3a、3b、3c、3d、3e。翅片基板2是大致平板状构件，其构造成电子基板的壳体。在翅片基板2的表面(图1中的上表面)上，设置有翅片3a、3b、3c、3d、3e。并且，加热器元件等的热源与翅片基板2的后表面(图1中的下表面)热连接。翅片基板2和翅片3a、3b、3c、3d、3e通过使用例如具有高散热性的树脂而彼此一体地形成。然而，翅片基板2或/和翅片3a、3b、3c、3d、3e中的任一者或两者可以通过使用除了树脂之外的材料(例如金属)来形成。

翅片3a、3b、3c、3d、3e布置为在其彼此面对的表面之间具有给定间隔。由于翅片3a、3b、3c、3d、3e以给定间隔布置，因此构造了多个流道，使得由风扇(未图示)从入口4a、4b供应的空气被引导至出口5a、5b、5c、5d。

翅片3b布置在翅片3a、3c之间，并且翅片3b在入口侧的端部8a位于流道6a的中间，该流道6a形成在与翅片3b相邻的翅片3a、3c之间。利用翅片3b的这种布置，形成在翅片3a、3c之间的流道6a被分支成两个流道7a、7b。类似地，翅片3d布置在翅片3c、3e之间，并且翅片3d在入口侧的端部8b位于流道6b的中间，该流道6b形成在与翅片3d相邻的翅片3c、3e之间。由于翅片3d如此布置，因此形成在翅片3c，3e之间的流道6b被分支成两个流道7c、7d。

在根据该实施例的散热翅片结构100中，由翅片3a、3c、3e形成的每个流道6a、6b被分支了。另外，与入口侧相比，翅片3a、3c之间的流道6a的宽度和翅片3c、3e之间的流道6b的宽度在出口侧比在入口侧做得更宽，以使翅片3a、3b、3c、3d、3e布置所在处的面积扩大。通过由翅片3a、3e将流道进行分支并增加流道的宽度，可以将冷却空气引导至翅片基板2上的更宽阔的面积。

在流道6a、6b分别被分支的位置，发生压力损失。然而，在根据该实施例的散热翅片结构100中，被翅片分支之前的流道的截面面积大致等于被翅片分支之后两个流道的截面面积之和。因此，抑制了压力损失的增加。优选的是，分支前的流道的截面面积与分支后的两个流道的截面面积之和之间的差异尽可能小，并且最优选的是它们之间没有差异。

具体地，如图2所示，流道6a在被翅片3b分支之前的截面面积S1与流道7a的截面面积S2和流道7b的截面面积S3之和大致相同。换句话说，与翅片3b在入口侧的一端相邻的区域处的流道6a的截面面积S1与在与翅片3b在入口侧的端相邻的区域处的流道7a的截面面积S2和流道7b截面面积S3之和大致相同。当流道6a被翅片3b分支时，获得流道7a、7b。通过在翅片3b在入口侧的端部8a的位置处扩大翅片3a、3c之间的间隔，截面面积S1可以变得大致等于截面面积S2、S3之和。

此外，如图1和图2所示，在翅片3c、3e之间的流道6b内，存在突出部10，该突出部从翅片基板2的平坦表面部分突出。突出部10形成为对应于在布置在翅片基板2的后表面侧上的电子基板上实现的部件的突出形状。在根据该实施例的散热翅片结构100中，当突出部10存在于流道6b内时，翅片3c、3e之间的间隔在突出部10的位置处被扩大。因此，突出部10在入口侧的截面面积S4变得大致等于突出部10上的截面面积S5。因此，抑制了突出部10的位置处的压力损失的增加。翅片3d在入口侧的端部8b被布置成与突出部10是连续的。翅片3b的端部8b与突出部10连续的状态是指这样的状态：翅片3b的端部8b和突出部10彼此接触且在沿着流道6b的方向上在它们之间没有任何间隙。如果在沿着流道6b的方向上在翅片3b的端部8b和突出部10之间存在间隙，则流道6b的截面面积会增大和减小，导致可能增加压力损失。在该实施例中，因为翅片3d在入口侧的端部8b与突出部10是连续的，因此抑制了流道6b的截面面积的增大和减小，从而抑制了压力损失的增加。此外，流道6b在被翅片3d分支之前的截面面积S5与流道7c的截面面积S6和流道7d的截面面积S7之和大致相同。随着流道6b被翅片3d分支，形成流道7c、7d。通过在翅片3d在入口侧的端部8b的位置处或在端部8b的位置的出口侧处扩展翅片3c、3e之间的间隔，截面面积S5可以变得大致等于截面面积S6、S7之和。

在本说明书中，当由翅片对形成的流道(主流道)被视为第一流道时，随着第一流道在宽度方向上被设置在该第一流道内的翅片所分支而形成的流道(二级流道)分别对应于第二和第三流道。在该实施例中，当流道6a是第一流道时，流道7a、7b分别对应于第二和第三流道。此外，当流道6b是第一流道时，流道7c、7d分别对应于第二和第三流道。当通过分支而形成的流道中的每个流道进一步被翅片分支时，将被进一步分支的流道被视为第一流道(主流道)，并且优选是，在分支前和分支后，第一流道的截面面积变得大致等于通过该进一步分支而形成的第二和第三流道(二级流道)的截面面积之和。

图3A至图3C是适用于根据第一实施例的散热翅片结构的翅片的布置示例的示意图。

图3A示出了布置示例，其中多个板状翅片11a、11b、11c、11d、11e围绕风扇20布置。在图3A的示例中，翅片11a、11e之间的流道被翅片11c分割。翅片11a、11c之间的流道被翅片11b分割，翅片11c、11e之间的流道被翅片11d分割。在图3A所示的翅片11a、11b、11c、11d、11e的布置示例中，被翅片分割之前的流道的截面面积大致等于被翅片分割之后的两个流道的截面面积之和。因此，抑制了在分支位置处的压力损失的增加。

图3B示出了翅片12b、12c、12d在入口侧(风扇20侧)的端部具有楔形的示例。翅片12b、12c、12d对翅片12a、12e之间的流道进行分支。在翅片12b、12c、12d中的每个翅片中，距离入口侧的端部为给定范围内的部分朝向入口侧变薄。由于将流道进行分支的翅片12b、12c、12d具有在入口侧为楔形的端部，因此抑制了湍流的发生，从而抑制了分支位置处的压力损失的增加。

图3C示出了布置示例，其中翅片13a、13b、13c、13d、13e被布置成使得流道的宽度在流道的分支位置处增加。在图3C的示例中，翅片13a、13e之间的间隔在流道被翅片13c分支的位置处增加。并且，翅片13a、13c之间的宽度在流道被翅片13b分支的位置处增加，并且翅片13c、13e之间的宽度在流道被翅片13d分支的位置处增加。由于如上所述在流道被分支的位置处流道的宽度增加，因此与在图3A中所示的布置示例相比，可以抑制流道从入口到出口的截面面积的增加。因此，可以进一步抑制压力损失的增加。

在图3B和图3C所示的布置示例中，被翅片分割之前的流道的截面面积大致等于被翅片分割之后所形成的两个流道的截面面积之和。因此，抑制了在分支位置处的压力损失的增加。

利用图3A至3C所示的布置示例，可以将冷却空气从风扇20引导至宽阔的范围，同时抑制压力损失的增加。因此，可以实现有效的冷却。

效果等

当容纳大尺寸电子元件(例如DC/DC转换器)的壳体被冷却时，可以采用在壳体表面上设置多个销型翅片(pin fin)的配置，并且通过使用沿风扇的旋转轴方向排出冷却空气的轴流风扇来促进从销型翅片的散热。然而，在其中销型翅片和轴流风扇相组合的冷却装置中，需要使用生成大量空气的大尺寸风扇。

同时，还已知一种配置，其中多个板状翅片布置在壳体表面上，并且使用沿离心方向排出冷却空气的鼓风扇以将空气送入形成在板状翅片之间的流道中，以促进从板状翅片的散热。然而，在组合通常的板状翅片和鼓风扇的结构中，难以冷却宽阔的面积。因此，为了，在板状翅片的形状上存在改进的空间，以有效地冷却宽阔的面积。

在根据该实施例的散热翅片结构100中，被翅片分割之前的流道的截面面积与被翅片分割形成的两个流道的截面面积的之和大致相同。因此，降低了分支处压力损失的增加。利用根据该实施例的散热翅片结构100，当由板状翅片形成的流道被分支时，可以将冷却空气从风扇引导至宽阔的面积，同时抑制由于压力损失而导致的冷却效率的降低。

此外，在根据该实施例的散热翅片结构100中，如图1和图2所示，当突出部10存在于翅片基板2上的流道6b内时，翅片3d在入口侧的端部8b被布置成与突出部10是连续的。翅片3d对流道6b进行分支。利用这种布置，可以抑制在翅片3d的端部8b附近的流道6b的截面面积的变化。因此，即使当翅片3d布置在突出部10附近时，也可以抑制压力损失的增加。

此外，如图3B所示，在将流道进行分支的翅片12b、12c、12d中，距离入口侧的端部为给定范围内的部分朝向入口侧变薄。因此，抑制了在翅片12b、12c、12d的端部附近发生湍流。因此，压力损失的增加也减少了。

第二实施例

图4A至图4F是示出根据第二实施例的散热翅片结构的部分的示意图。更具体地，图4A是散热翅片结构的一部分的平面图，图4B是沿IVB-IVB线的截面图，图4C是沿着IVC-IVC线的位置的截面图，图4D是沿着IVD-IVD线的位置的截面图，图4E是沿着IVE-IVE线的位置的截面图，图4F是沿IVF-IVF线的位置的截面图。在图4A中，下侧对应于入口侧，上侧对应于出口侧。

如图4A和图4B所示，根据第二实施例的散热翅片结构200包括翅片基板18和设置在翅片基板18上的翅片14a、14b、14c。在根据该实施例的散热翅片结构200中，突出部17存在于翅片基板18上的翅片14a、14c之间的位置处。如图4B所示，突出部17与实现于基板21上的加热器元件22对应地形成。

突出部17从翅片基板18的突出量根据在流道15上的位置而变化。如图4A和图4B所示，突出量首先从入口朝向出口单调地增加(X段)。然后，突出量保持基本相同(Y段)，然后单调地减小(Z段)。在第二实施例中，流道15的宽度根据突出部17在流道15上的突出量的变化而变化。因此，减小了突出部17附近的截面面积的变化，从而抑制了压力损失的增加。具体地，由于突出部17的突出量在区域X中单调增加，因此翅片14a、14c之间的流道15的宽度也单调增加。因此，抑制了截面面积的变化。

此外，翅片14b在入口侧的端部19被布置成与突出部17是连续的，并且，与上述实施例类似，流道15在被翅片14b分割之前的截面面积S8与流道16a的截面面积S9和流道16b的截面面积S10之和相同，流道16a、16b是在被翅片14b分割之后形成的。因此，在根据该实施例的散热翅片结构200中，抑制了在流道15的分支位置处的压力损失的增加。

利用根据本实施例的散热翅片结构200，当在翅片14a、14c之间的流道15中存在突出部17时，流道15的宽度根据突出部17的形状(突出量)而变化，使得流道15的截面面积的变化变小。因此，可以抑制突出部17附近的压力损失的增加，从而进一步提高冷却效率。

其他修改

在上述实施例中描述的翅片的布置和形状、相邻翅片之间的流道的宽度的变化等可以任意组合。由于组合了前述的翅片的布置和形状、相邻翅片之间的流道的宽度的变化等，因此可以配置能够更有效地冷却宽阔面积的散热翅片结构。

每个实施例示出了散热翅片结构的部分的示例，其中两个翅片之间的流道被分支一次或两次。然而，另一翅片可以布置在已经被分支的流道中，使得流道被分支三次或更多次。因此，获得能够冷却更宽阔面积的散热翅片结构。通过在一对翅片之间布置两个或更多个翅片，可以将一对翅片之间的流道同时分成多于三个流道。

在每个前述实施例中，指定了由多个翅片形成的流道的平面形状。然而，流道的平面形状可以设计成适当地对应于待冷却的加热器元件的布置、壳体的尺寸、要使用的风扇的形状等。

在前述实施例中描述的散热翅片结构可以与其上实现加热器元件的电子基板和风扇相组合。因此，配置用于电子基板的冷却结构。在这种情况下，翅片基板的后表面(没有设置翅片的表面)朝向电子基板上的加热器元件，散热翅片结构和电子基板彼此叠加，且风扇布置成使得来自风扇的冷却空气被送至由多个翅片制成的入口。翅片基板的后表面和加热器元件仅需要彼此热连接，且可以通过导热油脂等彼此接触，以便提高导热性。

本发明可以用作散热结构，该散热结构使用来自风扇的冷却空气，以对实现在电子基板上的加热器元件散热。