专利名称：带双翅片排列的冷却装置的利记博彩app
技术领域：
本发明大体上涉及用于从与冷却装置热连通的元件上散热的冷却装置。更具体地说，本发明涉及冷却装置，其带有与芯体上的凹槽相连的双翅片排列。
背景技术：
在电子技术领域中众所周知的是，可将散热器放置成与电子装置相接触，使得因电子装置工作所产生的废热可热传导至电子装置，从而冷却电子装置。随着高时钟脉冲速度的电子装置例如微处理器(CPU′s)、数字信号处理器(DSP′s)和专用集成电路(ASIC)的发展，这些电子装置所产生的废热和这些电子装置的工作温度都与时钟脉冲速度成正比例。CPU以及其它高功耗电子装置的高效工作要求这些废热被连续地和有效地去除。然而，由于电子装置的实际密集度和时钟脉冲速度继续增加，因此装置的热通量也增加。尽管空气冷却的散热器是用于从上述电子装置中分散废热的常见手段，但是，在高性能电子装置中较高的热通量通常聚集在较小的区域中。因此，有效地散发掉在电子装置中的较高水平的热通量就对当前的散热器设计提出了挑战，目前的散热器整个地采用例如机加工、锻造、铸造和挤出成型工艺来制成。这些工艺难于增加翅片数量或者翅片面积，以便有效地散发掉上述热通量所导致的热量。
热通量是每单位面积的热输出。例如，如果在具有3.5cm×3.5cm尺寸的热源上的总热输出是100瓦特，则热通量为100W/(3.5cm×3.5cm)＝8.163W/cm2。目前，基于面积和成本限制，CPU′s中的时钟脉冲速度在封装面积保持相同或减小时增加。更高的时钟脉冲速度导致热输出增加，并导致热通量也增加。
因此，就需要一种具有改进的导热率的冷却装置，其减小了热通量的集中度，并且可从与冷却装置热连通的装置中有效地散掉废热。还需要一种冷却装置，其中，翅片的数量和/或翅片的面积增加，以便从与冷却装置热连通的装置中散热。
发明概要本发明的冷却装置解决了上述热通量集中的问题。该冷却装置包括带多个凹槽的芯体，顶面，和基部。基部包括安装面，用于使芯体与待由冷却装置冷却的元件热连通。多个双翅片包括适于被芯体上的凹槽接受的根部。每一个双翅片包括延伸至根部外部的一对翼片，其中，各翼片包括前缘、后缘、外缘。翼片彼此间隔开，因此就在相邻翼片之间存在开缝。
来自元件的废热借助于安装面被热传导至芯体中，并且由流过翼片、顶面、芯体和通过开缝的气流来散发掉。芯体将热量从元件向上朝着顶面传导带走。所传导的热量向外扩散至双翅片。双翅片提供了更大的表面积，用于将热量从芯体消散到流过双翅片的气流中。
通过双翅片根部与芯体表面上的凹槽的低热阻连接，来实现从芯体至双翅片的改善的导热性。可采用铜焊或钎焊工艺将根部与凹槽相连，从而形成低热阻的连接。
从以下的详细描述中，结合例如显示了本发明原理的附图，可以清楚本发明的其它方面和优点。
附图简介
图1a是描绘了冷却装置的顶部外形图。
图1b是描绘了冷却装置的底部外形图。
图2是描绘了芯体和双翅片的外形图。
图3是放大的外形图，描绘了与多个凹槽相连的多个双翅片。
图4a至4e是描绘了双翅片的各种外形图。
图5a和5b是描绘了双翅片的外形图。
图6a和6b是外形图，描绘了双翅片的翼片上的弓形外形。
图6c是外形图，描绘了包括带有位于翼片上的弓形外形的双翅片的冷却装置。
图7是剖视图，描绘了将双翅片插入凹槽中。
图8a至8f是剖视图，描绘了芯体和顶面外形。
图9a至9c是基板的顶部剖视图和底视平面图。
图9d和9e分别是底部外形图和顶部外形图，描绘了与基板相连的冷却装置。
图10a至10c是侧视图，描绘了芯体中的凹槽。
图10c和10d是剖视图，描绘了基部、安装面、和热界面材料。
图11是剖视图，描绘了冷却装置中的热流和气流。
图12是侧面外形图，描绘了采用装配环安装在冷却装置上的气流装置。
图13是侧面外形图，描绘了用于将多个双翅片连接在芯体上的夹具。
图14是外形图，描绘了夹具。
图15是用于从元件中散热的系统的侧视图。
图16是描绘了翼片与风扇叶片之间的正切关系的图。
详细描述在以下详细描述和若干附图中，同样的部件用同样的标号来表示。
如图所示，出于说明目的，本发明体现为用于从元件中散热的冷却装置。该冷却装置包括多个双翅片和芯体。每一个双翅片包括根部和延伸至根部外侧的一对翼片。翼片彼此间隔开，以便在翼片之间限定流路，并且各翼片包括前缘、后缘和外缘。芯体包括顶面和基部，所述基部包括用于将芯体与待冷却的元件热连接的安装面。芯体也包括适于接受双翅片根部的多个凹槽。来自元件的废热借助于安装面被热传导至芯体中，并且由流过翼片、顶面、芯体和通过开缝的气流来消散掉。
在图1a、图1b、图2和图3中，用于从元件中散热的冷却装置10包括多个双翅片21，其中每一个双翅片21包括根部27和从根部27向外延伸的一对翼片23。翼片23彼此间隔开，以便在翼片23之间限定开缝S。在图2中，各翼片23包括前缘26、后缘24和外缘25。冷却装置10也包括芯体11，其带有多个凹槽G、顶面13，和基部17。基部17包括安装面19，其适于将芯体11与待冷却的元件(未示出)热连接。如下所述，安装面19和元件之间的热连接可借助于安装面19和元件之间的定向连接，或借助于与安装面19和元件相连的热界面材料来实现。
凹槽G适于接受双翅片21的根部27。如图2所示，凹槽可由一对间隔开的凸棱12形成，所述凸棱12延伸到芯体11的表面11s之外。相邻凸棱12之间的间隔足以接受双翅片27的根部的宽度27w。或者，在图7中，凹槽G可延伸到表面11s的内侧，并且凹槽G可包括足以接受双翅片21的根部27的宽度和深度。如下所述，凹槽G可与芯体11的轴线Z对准，或者凹槽G可与轴线Z形成角度。凹槽G的数量可通过冷却装置10所具有的双翅片21的数量来确定。
在图1b中，废热从元件(未示出)通过安装面19热传导至芯体11中。废热被流过翼片23、顶面13、芯体11和流过翼片23之间的开缝S的气流F消散掉。气流F可来源于气流源，例如风扇。
在图3中，装置10的近视图描绘了多个双翅片21，其带有各自的与芯体11上的凹槽G相连的根部27，使得双翅片21形成围绕芯体11的翅片排列。翼片23的前缘26限定了围绕顶面13的室30。翼片29的顶部分可为大致平坦的表面，用于在室30之上安装气流装置，例如风扇。
在图4a至4d中，每一个双翅片21包括为两个翼片23所共用的根部27，外缘25，后缘24，前缘26，以及选择性的表面29，其适于允许气流装置与冷却装置10安装在一起。另外，翼片23的外缘25可包括延伸至外缘25外侧的凸缘22。凸缘22提供了装配环(未示出)可安装于其上的表面，用于将气流装置与冷却装置10相连。
在图4a和4b中，翼片23的前缘26可包括平直的(即平坦的)、弓形的、斜的外形，或者为平直的、弓形的、斜的外形中的一个或多个组合起来的复合外形。外形可选择成用于控制室30中的气流F流过顶面13，流过翼片23)和流过开缝S。外形也可选择成用于与位于室30中的风扇叶片的形状互补，以便提供气流F。尽管后缘24被描绘成是基本上平坦的，但是，后缘24也可具有一定的外形，并且可包括平直的、弓形的、斜的外形，或者为平直的、弓形的、斜的外形中的一个或多个组合起来的复合外形。翼片23之间的开缝S可从根部27至外缘25岔开，使得开缝S在从根部27至外缘25的方向上变宽。
翼片23的根部27和部分27c(见虚线)可涂覆上包括但不限于粘合剂、胶水、焊料、钎焊料化合物等材料，以便执行将双翅片21与芯体11中的凹槽G相连接。由于部分27c将与凸棱12(见图2)或凹槽G的壁(见图7)相接触，因此比较理想的是将部分27c涂覆上上述材料，以确保双翅片21与芯体11固定地相连。如果根部27和凹槽G之间的连接不密合和/或根部27的任何部分未与芯体11接触，则废热从芯体11至双翅片21的热传导会减弱。
在图5a和5b中，双翅片21的翼片23包括平坦的外形，也就是说，各翼片23从根部27至外缘25是基本上平面的表面。另一方面，在图6a和6b中，翼片23包括箭头23a所指的弓形外形。因此，翼片不是基本上平坦的表面。翼片23也可包括成角度的外形(见图4e)，其中翼片23具有相对于翼片23的另一部分或相对于双翅片21或芯体11上的某些预定基准点成角度的一个或多个部分。
在图6c中，冷却装置10可包括双翅片21，其带有具有图6a和6b所示弓形外形23a的翼片。弓形外形23a可选择成与芯体11上的某一点相切，例如具有预定直径并且围绕芯体11的轴线Z居中的圆。作为一个示例，弓形外形23a可选择成与安装在室30之上的风扇上的风扇叶片(未示出)的曲率相匹配。翼片23的曲率与风扇叶片的曲率相匹配，这可导致在气流F流过翼片23和通过开缝S时所造成的气浪噪音较低。
在图16中，围绕芯体11的轴线Z居中的圆11c具有切线TL，其相切于圆11c，并且相切于翼片23的弓形外形23a的曲率，所述曲率由具有半径RT的第二圆表示，半径RT等于从根部27到双翅片21的外缘25的距离。第二半径RF代表风扇叶片71(显示为叠在翼片23上)从风扇毂中心(未示出)的半径。风扇叶片71的曲率与翼片23的弓形外形23a相匹配，使得由半径线(RT和RF)所限定的这两个圆彼此同心。
在图7中，根部27可通过采用工具90而插入凹槽G中。工具90可与开缝S的形状互补，并且工具90可用于将根部27推入凹槽G中，使得根部27与凹槽G牢固地相连，并且根部27沿着芯体11基本上在其整个长度上与凹槽G相接触。作为一个示例，通过在插入之前施加焊料等等至根部27和/或凹槽G上，然后将根部27钎焊在凹槽G中，这样双翅片21就可与凹槽G牢固地相连。工具90可用于将根部27保持在凹槽G中，使得双翅片21在连接过程中不会移动。
类似地，钎焊工艺可用于将根部27与凹槽G相连起来。为了改进芯体11和双翅片21之间的热传导，在插入之前，热密封剂或热界面材料可被放置在凹槽G中或根部27上。尽管在图7中未显示，但是，上述工艺可在凹槽G由图2的凸棱12形成时使用。其它方法可用于将根部27与凹槽G相连起来，本发明不应被解释为限于以上所公开的方法。例如，焊接、真空焊接、粘合剂、胶水都是用来将根部27与凹槽G相连起来的其它方法的示例。
在图8a至8f中，显示了用于芯体11的顶面13的各种不同构造。顶面13可在图8a中包括平坦的外形，在图8b中包括弓形的外形，在图8c中包括斜的外形。在图8d和8e中，斜的外形和弓形的外形可终止于截头锥体13f。在图8f和图8g中，顶面13分别包括下凹的弓形外形和下凹的斜的外形，并且这些外形可包括截头锥体13f。顶面13的外形可基于室30中的气流控制和/或增加流过顶面13的气流F来进行选择，以便改善从芯体11至气流F的热传导。
在图9a至9c中，基板100包括顶面103、底面105，以及在顶面103与底面105之间延伸的孔102。基板100可包括用于接受紧固件如机用螺钉的装配孔101。紧固件可用于将基板100安装在带有将由冷却装置10冷却的元件的PCB板上。基板100将芯体11的安装面19定位成与元件热接触。孔102适于接受芯体11的基部17。
例如，基部17可插入孔102中，如图9d所示。基部17可通过各种方法保持在孔102中，包括但不限于焊接、摩擦焊接、钎焊、铜焊、胶粘，或者通过基部17与孔102之间的摩擦配合来实现。
安装面19可以或不与底面105平齐。在图9e中，在将冷却装置安装在基板100上之后，双翅片21的后缘24可靠在顶面103上，或者可定位在顶面103之上。在某些情形下，比较理想的是，后缘24的气流控制位于顶面103之上，使得气流F可无限制地进入或离开开缝S。
基板100可具有任何形状，并不限于本文所示的矩形形状。基板100可具有任何这样的形状，其可容纳冷却装置10可从中穿过与基板100相连的孔，以及将基板100安装在待冷却元件之上的安装孔。
在图10a和10b中，凹槽G包括长度L，其可大致跨过芯体11的表面11s的整个长度。每一个双翅片21的根部27可具有与凹槽G的长度L基本上相等的长度。在图10a中，凹槽G没有一直延伸到安装面19达一段距离d2，使得基部17可插入安装部件如基部100的上述孔102中。例如，距离d2可为0.25英寸或更少。因此，长度L跨过基本上整个表面11s。凹槽G可与芯体11的轴线Z对准，或者凹槽G可具有与轴线Z成角度的定向。在图10b中，基部17可从芯体11的表面11s插入，如距离d2所示。插入距离缩窄了基部17的宽度，并且可在尺寸上设置成可与基板100的孔102的宽度相匹配。
在图10c中，热界面材料40可位于安装面19上。热界面材料40降低了元件50的表面51之间的热阻，并且可密封表面51上的微孔，从而改善废热Hw从元件50至芯体11的热传导。在图10d中，安装面19包括从安装面19插入的空腔18。热界面材料40可定位在空腔18中，并且热界面材料40可与安装面19平齐，或者可延伸到安装面19内侧或外侧。
在图11中，气流F可从前缘26流到后缘24或从后缘24流到前缘26。因此，气流源，例如风扇，可推动或者拉动空气流动通过开缝S和流过翼片23。进入室30的气流F也可在顶面13之上循环，以便从芯体11中消散掉废热Hw。因为芯体11可具有相对于芯体11的宽度W较长的长度L(见图10a)，所以，从元件50传导走的废热Hw就沿着芯体11朝着顶面13热传导，并且朝着表面11s扩散，在这里，双翅片21的根部27与进入翼片23中的大部分废热Hw热连通，在这里废热被传递给气流F。如上所述，根部27和凹槽G可跨过基本上全部长度L，使得废热Hw沿着根部27的整个长度从芯体11传递至双翅片21。芯体11可由高导热率材料(例如铜或石墨)制成，这些材料可有效地将废热Hw向上沿着轴线Z并向外朝着双翅片21传导，使得废热Hw在大得多的面积上扩散；因此，就降低了在元件50的表面51处的热通量密集度。基本上，芯体11提供了从元件50中消散废热Hw的低热阻路径。
在图12中，作为气流装置的一个示例，风扇70可安装在冷却装置10上。可通过使装配环80与翼片23的外缘25上的凸缘22相邻接，来进行安装。紧固件73和75(例如螺母和螺栓)可用于将风扇70与装配环80相连起来。风扇70的叶片可定位在室30内侧或室30外侧。
在图13中，双翅片21的根部27可采用夹具28与凹槽G相连，夹具28夹在根部27上的凸耳27L周围。夹具28可为C形夹，压圈等等，并且可施加作用力在根部27上，将根部27压迫至与凹槽G相接触。如上所述，热界面材料或热密封剂材料可施加在根部27和/或凹槽G上，以便降低芯体11和双翅片21之间的热阻。
作为一个示例，在图14中，夹具28可包括夹具主体29与夹具主体29中的间隙29g(见虚线)。在间隙29g处，夹具主体29分成两个部分29a和29b，其带有延伸至这两个部分29a、29b中的孔28a。孔28a可接受用于将这两个部分29a和29b固定在一起的紧固件等等，使得夹紧力通过夹紧表面28c而施加在双翅片21的根部27上，使得根部27被迫压至与凹槽G相接触。如上所述，为了确保沿着凹槽G整个长度在根部27和凹槽G之间的低热阻连接，可使用热密封剂或热界面材料。
双翅片21可由各种热传导材料制成，包括但不限于铝(Al)，铜(Cu)，银(Ag)，金(Au)，和这些材料的合金，以及高导热率树脂。优选的是，翼片23和根部27是同质的部件，也就是说，它们是一个整体。双翅片21可采用压制或冲压工艺制成。折弯或轧制工艺可用于在翼片23上形成弓形外形23a，或形成成角度的或非平坦的外形。作为一个示例，双翅片21可由材料片冲压而成，例如铜(Cu)片。作为另一示例，双翅片21可由高导热率材料例如树脂或碳纤维重新对准的树脂模制而成。翼片23不必在双翅片21之中是相同的。因为双翅片21与芯体11不是一个整体，并且通过其根部27而连接在芯体11上，带有不同尺寸和形状的翼片23的双翅片21可借助于凹槽G与芯体11相连。
芯体11也可由各种热传导材料制成，包括但不限于铝(Al)，铜(Cu)，银(Ag)，金Au)，和这些材料的合金，以及石墨。芯体11可为铸件，或者可机加工成形。凹槽G可在芯体11中机加工而成，或者可通过同一铸造工艺形成。芯体11可具有任何的形状，并且不必具有本文所述的圆形的或圆柱形的形状。芯体11和双翅片21可由不同的材料制成。
作为一个示例，芯体11可由石墨制成，并且双翅片由铜(Cu)制成，或者，芯体11可由铜(Cu)制成并且双翅片21由铝(Al)制成。作为一个示例，芯体11可采用锻造或冲锻工艺制成。芯体11及凹槽G的形状可直接锻造而成。
在图12和15中，用于从元件中消散掉废热的系统200可包括如上所述的冷却装置10和气流源70。例如，气流源70可为电风扇。另外，系统200可包括用于将系统200与元件50安装在一起的基板100，使得安装面19如上所述地与待冷却的元件50热连通。热界面材料40可用于使来自元件50的废热Hw热连通至安装面19并进入芯体11中。基板100可安装在衬底60上，例如带元件50的PCB板上。基板100可采用穿过基板100的安装孔101插入的紧固件65，而与衬底60安装在一起。
尽管已经公开并显示了本发明的若干实施例，但是，本发明并不限于所述和所示的特定形式或设置。本发明仅由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于从元件50中散热的冷却装置10，包括多个双翅片21，其中每一个双翅片21包括根部27和从所述根部27向外延伸的一对翼片23，所述翼片23彼此间隔开，以便在所述翼片23之间限定开缝S，各翼片23包括前缘26、后缘24和外缘25；和芯体11，其包括多个适于接受所述根部27的凹槽G、顶面13和基部17，所述基部17包括安装面19，其适于将所述芯体11与所述元件50热连接，以及其中，热传导到所述芯体11中的热量通过流过所述翼片23、所述顶面14、所述芯体11，并经过所述开缝S的气流F而消散掉，以便冷却所述元件50。
2.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述凹槽G延伸到所述芯体11的表面11s的内侧。
3.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，各凹槽G包括一对间隔开的凸棱12，其延伸到所述芯体11的表面11s的外侧。
4.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述凹槽G与所述芯体11的轴线Z对准。
5.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述翼片23包括这样的外形，其选自平坦的外形、弓形外形和成角度的外形。
6.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述基部17是从所述芯体11的表面11s插入的。
7.根据权利要求6所述的冷却装置10，其特征在于，所述冷却装置还包括基板100，其包括顶面103、底面105，以及在所述顶面103与底面105之间延伸的孔102，所述孔102适于接受所述芯体11的基部17，并且所述基板100可操作，用于将所述冷却装置10的安装面19定位成与所述元件50热连通。
8.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述冷却装置还包括位于所述安装面19上的热界面材料40。
9.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述安装面19包括空腔18，其从所述安装面19插入并且适于接受热界面材料40。
10.根据权利要求9所述的冷却装置10，其特征在于，所述冷却装置还包括定位在所述空腔18中的热界面材料40。
11.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，每一个双翅片21的根部27与所述凹槽G固定地相连。
12.根据权利要求12所述的冷却装置10，其特征在于，采用选自焊接、铜焊、真空焊接、钎焊、粘合剂连接、胶水粘合的工艺将各根部27与所述凹槽G固定地相连。
13.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述凹槽G包括长度L，其基本上跨过所述芯体11的表面11s的整个长度，并且每一个双翅片21的根部27包括与所述凹槽G的长度L基本上相等的长度。
14.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述翼片23的前缘26包括选自平直的外形、弓形的外形、斜的外形，以及复合外形的外形。
15.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述翼片23的前缘26形成了围绕所述芯体11的顶面13的室30。
16.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述芯体11的顶面13包括选自平坦外形、斜的外形和弓形外形的外形。
17.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，各翼片23的外缘25包括延伸至所述外缘25外侧的凸缘22，其适于接受用于将气流装置70与冷却装置10相连的装配环80。
18.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述双翅片21由选自铝、铜、银、金及其合金的材料制成。
19.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述芯体11由选自铝、铜、银、金、这些材料的合金以及石墨的材料制成。
20.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述芯体11和所述双翅片21由不同的材料制成。
21.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述翼片23的形状在所述多个双翅片21之中是不同的。
22.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述冷却装置还包括热界面材料，其施加在所选择的所述根部27、所述凹槽G之一上或施加在所述根部27和所述凹槽G上，并且可用于增加从所述芯体11至所述双翅片21的热传导。
23.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述凹槽G与所述芯体11的轴线Z形成角度β。
24.根据权利要求1所述的冷却装置10，其特征在于，所述翼片23包括弓形外形。
25.根据权利要求24所述的冷却装置10，其特征在于，所述翼片23的弓形外形与风扇叶片71的曲率相匹配。
全文摘要
公开了一种包括芯体(11)的冷却装置(10)，其带有与芯体(11)上的多个凹槽(G)相连的多个双翅片(21)。每一个双翅片(21)包括根部(27)和一对从根部(27)延伸出的翼片(23)。各根部(27)与其中一个凹槽(G)相连，以便将双翅片(21)安装在芯体(11)上。芯体(11)可由高导热率材料例如铜(Cu)或石墨制成，使得从与芯体(11)热连通的元件(50)中传出的热量可向上传导至芯体(11)中，并通过双翅片(21)散布出，从而降低了热通量集中。可通过增加凹槽(G)和双翅片(21)的数量，通过增大双翅片(21)的面积，和通过降低用于将双翅片(21)的根部(27)与凹槽(G)相连的部件的热阻，来提高从芯体(11)中的热消散。
文档编号H01L23/467GK1977377SQ200580021610
公开日2007年6月6日 申请日期2005年4月29日 优先权日2004年4月30日
发明者S·赫德 申请人:惠普开发有限公司