CN114747304B

CN114747304B - 散热器

Info

Publication number: CN114747304B
Application number: CN201980102560.9A
Authority: CN
Inventors: 藏堀贵大; 松永树; 原田崇弘; 冈田悠挥
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: US20220270947A1; WO2021111493A1; JP6815562B1; US11488885B2; JPWO2021111493A1; CN114747304A

Abstract

散热器(1)为具有第1面(2a)，以第1面(2a)的第1边(2h)在铅垂方向上延伸的方式设置的散热器(1)，该第1面(2a)包含安装半导体模块(4)的安装区域(21)。在安装区域(21)涂敷有含有油(6)的散热脂(5)。在第1面(2a)中的比安装区域(21)靠下方处，形成有在水平方向上延伸的第1槽(22)。第1槽(22)的内壁具有槽上表面、在槽上表面的下方与槽上表面分离地配置的槽下表面。水平方向上的第1槽(22)的长度(L1)比水平方向上的第1面(2a)的长度(L2)短。壁部(23)具有在水平方向上延伸的第1壁部(24)、分别与第1壁部(24)中的水平方向上的两端部连结且以随着远离第1壁部(24)而位于更上方的方式倾斜的第2壁部(25)。

Description

散热器

技术领域

本发明涉及对由发热体产生的热量进行散热的散热器。

背景技术

当前，已知对由半导体模块等发热体产生的热量进行散热的散热器。半导体模块及散热器例如搭载于电力变换装置。通常，散热器具有：矩形的基座板，在其表面安装有半导体模块；多个鳍片，它们以彼此平行地配置的方式安装于基座板的背面。基座板的表面包含有安装半导体模块的安装区域。通常，为了使半导体模块和散热器的导热性提高，在散热器的安装区域涂敷有散热脂。另外，为了提高将散热脂涂敷于散热器的安装区域时的作业性，在散热脂中含有油。

由于散热脂的历时老化或温度变化，有时油从散热脂分离而从散热器的安装区域和半导体模块之间漏出。在以基座板的表面在铅垂方向上延伸的方式配置的情况下，如果该漏出的油沿基座板的表面流向下方而流出到具有半导体模块的装置的外部，则会产生将在具有半导体模块的装置的外部设置的设备、具有半导体模块的装置的设置场所的地面等污损这样的问题。

作为解决这样问题的技术，在专利文献1中公开了在基座板的表面中比安装区域靠下方处设置有槽的散热器。在专利文献1所公开的散热器的情况下，由于能够将从散热脂分离的油保持在槽内，因此能够对油流出到具有半导体模块的装置的外部进行抑制。槽的内壁具有槽上表面、在槽上表面的下方与槽上表面分离地配置的槽下表面。

专利文献1：日本特开2006-294918号公报

发明内容

在专利文献1所公开的散热器的情况下，由于仅通过槽对油进行保持，因此能够保持的油的量依赖于槽的容积。对于涂敷含有油的散热脂的散热器而言，希望开发出能够保持更多油的构造。

另外，在专利文献1所公开的散热器的情况下，槽是遍及基座板的表面的水平方向的全长而形成的，到达基座板的侧面。因此，有可能油沿槽流至基座板的侧面，沿基座板的侧面漏出到具有半导体模块的装置的外部。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到与现有技术相比能够增加可以保持的油的量，并且能够抑制油漏出到具有半导体模块的装置的外部的散热器。

为了解决上述课题，达成目的，本发明涉及的散热器为具有第1面，以第1面的第1边在铅垂方向上延伸的方式设置的散热器，该第1面包含对发热体进行安装的安装区域，在安装区域涂敷有含有油的散热脂。在第1面中的比安装区域靠下方处，形成有在水平方向上延伸的第1槽。第1槽的内壁具有槽上表面、在槽上表面的下方与槽上表面分离地配置的槽下表面。水平方向上的第1槽的长度比水平方向上的第1面的长度短。在第1面形成有从第1面凸出的壁部。在将第1面的第1边配置为沿铅垂方向延伸时，第1槽及壁部被配置为铅垂方向上的壁部的位置比铅垂方向上的第1槽的位置靠下方。壁部具有在水平方向上延伸的第1壁部、分别与第1壁部中的水平方向上的两端部连结且以随着远离第1壁部而位于更上方的方式倾斜的第2壁部。

发明的效果

根据本发明，取得与现有技术相比能够增加可以保持的油的量，并且能够抑制油漏出到具有半导体模块的装置的外部这样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的散热器的正视图。

图2是表示本发明的实施方式1涉及的散热器的后视图。

图3是沿图2所示的III-III线的散热器的剖视图。

图4是将图3所示的第1槽及壁部放大后的剖视图。

图5是将图1所示的第1槽及壁部放大后的图。

图6是沿图5所示的VI-VI线的第1槽及壁部的剖视图。

图7是用于说明铅垂方向上的第1槽的高度的剖视图。

图8是表示在对比例涉及的散热器的第1槽保持有油的状态的剖视图。

图9是表示在本发明的实施方式1涉及的散热器的第1槽保持有油的状态的剖视图。

图10是表示本发明的实施方式2涉及的散热器的正视图。

图11是表示本发明的实施方式3涉及的散热器的正视图。

图12是表示本发明的实施方式3涉及的散热器的后视图。

图13是沿图12所示的XIII-XIII线的散热器的剖视图。

图14是将图11所示的第1槽及壁部放大后的图。

图15是将图12所示的贯穿孔及引导面放大后的图。

图16是将图13所示的第1槽、壁部、贯穿孔及引导面放大后的剖视图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式涉及的散热器进行详细的说明。此外，本发明并不限于该实施方式。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1涉及的散热器1的正视图。下面，将散热器1的宽度方向设为X轴方向，将散热器1的高度方向设为Y轴方向，将散热器1的深度方向设为Z轴方向。X轴方向、Y轴方向和Z轴方向彼此正交。X轴方向及Z轴方向与水平方向一致。Y轴方向与铅垂方向一致。在下面的说明中，有时将X轴方向称为水平方向，将Y轴方向称为铅垂方向。发热体即半导体模块4例如是对电力进行变换的半导体元件被模塑树脂等覆盖而成的模块。在驱动了半导体模块4时，从半导体模块4产生热量。此外，发热体并不限于半导体模块4，例如，也可以是升压变压器、电抗器。

散热器1是对由半导体模块4产生的热量进行散热的部件。作为散热器1的材料，使用导热率高的金属材料。导热率高的金属材料例如为铜、铝。图2是表示本发明的实施方式1涉及的散热器1的后视图。图3是沿图2所示的III-III线的散热器1的剖视图。散热器1具有基座板2、多个鳍片3。

图1及图2所示的基座板2为矩形的板状部件。基座板2具有第1面2a、第2面2b、第3面2c、第4面2d、上表面2e、下表面2f。各面2a～2f的形状在本实施方式中为矩形。

如图1所示，第1面2a是包含对半导体模块4进行安装的安装区域21的面。此外，在图1中，由于将半导体模块4安装于安装区域21而看不到安装区域21，因此用虚线图示出安装区域21。另外，在图1中，用点状阴影图示出涂敷于安装区域21的散热脂5。第1面2a具有第1边2h。散热器1设置为第1面2a的第1边2h在铅垂方向上延伸。半导体模块4密接于安装区域21。安装区域21的形状没有特别限制，在本实施方式中是铅垂方向比水平方向长的矩形。在安装区域21涂敷有散热脂5。在散热脂5中含有油6。

在第1面2a中的比安装区域21靠下方处，形成有在水平方向上直线状地延伸的第1槽22。第1槽22的作用是对从散热脂5分离而流向下方的油6进行保持。水平方向上的第1槽22的长度L1比水平方向上的第1面2a的长度L2短。换言之，第1槽22没有达到第3面2c及第4面2d。水平方向上的第1槽22的长度L1比水平方向上的安装区域21的长度L3长。

如图2所示，第2面2b是朝向与第1面2a相反侧的面，是与第1面2a平行的面。在第2面2b设置有多个鳍片3。多个鳍片3在铅垂方向上延伸，形成为平板状。多个鳍片3以在水平方向上彼此隔开间隔的方式平行地排列配置。

第3面2c是将第1面2a和第2面2b的水平方向上的一个端部彼此连接的面。第4面2d是将第1面2a和第2面2b的水平方向上的另一个端部彼此连接的面，是与第3面2c平行的面。上表面2e是将第1面2a～第4面2d的上端部彼此连接的面。下表面2f是将第1面2a～第4面2d的下端部彼此连接的面。下表面2f在上表面2e的下方与上表面2e分离地配置，是与上表面2e平行的面。在基座板2的上端和下端形成有用于在具有半导体模块4的未图示的装置安装散热器1的安装孔2g。安装孔2g从第1面2a贯穿至第2面2b。此外，具有半导体模块4的装置例如为电力变换装置。下面，以具有半导体模块4的装置为电力变换装置的情况为例进行说明，但并不旨在对搭载散热器1的装置进行限定。

图4是将图3所示的第1槽22及壁部23放大后的剖视图。第1槽22的数量没有特别限制，但在本实施方式中在铅垂方向上彼此隔开间隔地设置有3个。在第1面2a形成有从第1面2a凸出的壁部23。壁部23以与第1面2a垂直的方式凸出。壁部23在各第1槽22的开口缘中的下方部分各形成有1个。壁部23的数量为与第1槽22相同的数量，即在铅垂方向上彼此隔开间隔地设置有3个。下面，在对3个第1槽22进行区分的情况下，从上方起依次称为第1槽22a、第1槽22b、第1槽22c。另外，在对3个壁部23进行区分的情况下，从上方起依次称为壁部23a、壁部23b、壁部23c。在将第1面2a的第1边2h配置为沿铅垂方向延伸时，第1槽22a及壁部23a被配置为铅垂方向上的壁部23a的位置与铅垂方向上的第1槽22a的位置相比位于下方。另外，在将第1面2a的第1边2h配置为沿铅垂方向延伸时，第1槽22b及壁部23b被配置为铅垂方向上的壁部23b的位置与铅垂方向上的第1槽22b的位置相比位于下方。另外，在将第1面2a的第1边2h配置为沿铅垂方向延伸时，第1槽22c及壁部23c被配置为铅垂方向上的壁部23c的位置与铅垂方向上的第1槽22c的位置相比位于下方。

图5是将图1所示的第1槽22及壁部23放大后的图。图6是沿图5所示的VI-VI线的第1槽22及壁部23的剖视图。壁部23具有在水平方向上直线状地延伸的第1壁部24、分别与第1壁部24中的水平方向上的两端部连结的第2壁部25。此外，在图5中仅图示出一个第2壁部25。第1壁部24形成于第1槽22的开口缘中的下方部分。第2壁部25以随着远离第1壁部24中的水平方向上的端部而位于更上方的方式倾斜。即，壁部23的水平方向上的两端部配置于比壁部23的水平方向上的中央部高的位置。第2壁部25形成于第1槽22的开口缘中的侧方部分。第2壁部25延伸至比第1槽22更靠上方的位置。在第2壁部25中的位于第1槽22上方的部分和第1面2a之间形成有向斜上方延伸的角部30。

这里，参照图7，进一步对第1槽22的结构进行说明。图7是用于说明铅垂方向上的第1槽22的高度H1的剖视图。第1槽22的剖面形状在本实施方式中为矩形。第1槽22的内壁具有槽上表面22d、在槽上表面22d的下方与槽上表面22d分离地配置的槽下表面22e、将槽上表面22d和槽下表面22e的里侧的端部彼此连接的槽侧面22f。在油6附着于槽上表面22d的情况下，油6由于表面张力而成为液滴，被槽上表面22d保持。另一方面，在油6附着于槽下表面22e的情况下，油6由于表面张力而成为液滴，被槽下表面22e保持。这里，将由于表面张力而成为液滴并被槽上表面22d保持的油6即将向槽下表面22e落下之前的高度设为第1高度H3。另外，将被槽下表面22e保持的油6在维持表面张力的状态下成为液滴而***的最大高度设为第2高度H4。铅垂方向上的第1槽22的高度H1设定为小于或等于将第1高度H3和第2高度H4相加后的第3高度H2。如上所示，考虑散热脂5所含有的油6的表面张力而决定铅垂方向上的第1槽22的高度H1。第1高度H3、第2高度H4及第3高度H2通过事先试验、模拟、计算等求出。

对铅垂方向上的第1槽22的高度H1、第1高度H3、第2高度H4及第3高度H2的计算方法的一个例子进行说明。第2高度H4通过下式(1)求出。将r设为被槽下表面22e保持的油6的液滴的半径。将θ设为被槽下表面22e保持的油6的液滴的接触角。此外，为了使下式(1)成立，条件是油6附着于相同材质且相同表面状态的槽下表面22e。

H4＝r·tan(θ/2)…(1)

由于重力，第1高度H3比第2高度H4高。即，成为H3>H4的关系。因此，第2高度H4的2倍的高度低于将第1高度H3和第2高度H4相加后的第3高度H2。即，成为2·H4＜H2的关系。如上所述，由于铅垂方向上的第1槽22的高度H1设定为小于或等于第3高度H2即可，因此也可以设定为第2高度H4的2倍的高度。因此，铅垂方向上的第1槽22的高度H1也可以通过下式(2)求出。

H1＝2·H4…(2)

接着，对本实施方式涉及的散热器1的效果进行说明。

如图4所示，在本实施方式中，在第1面2a形成有从第1面2a凸出的壁部23。壁部23在各第1槽22的开口缘中的下方部分各形成有1个。如图5所示，壁部23具有在水平方向上延伸的第1壁部24、分别与第1壁部24中的水平方向上的两端部连结且以随着远离第1壁部24而位于更上方的方式倾斜的第2壁部25。在本实施方式中，由于除了第1槽22之外，通过第1壁部24及第2壁部25也能够保持油6，因此与在第1面2a仅设置第1槽22的情况相比，能够增加可以通过第1面2a保持的油6的量。另外，如图5所示，在被位于上方的第1槽22a保持的油6的量超过第1槽22a中的油6的允许保持量的情况下，油6沿第2壁部25被引导至位于下方的第2壁部25中的与第1槽22b相连的面。因此，油6被可靠地向第1槽22b引导，可以抑制油6沿散热器1的第1面2a漏出到电力变换装置的外部。另外，通过在第2壁部25和第1面2a之间形成角部30，从而在角部30处油6由于表面张力而产生减小表面积的作用，因此油6容易沿角部30被吸上来。在本实施方式中，由于油6从位于上方的第1槽22及壁部23流向位于下方的第1槽22及壁部23，因此通过增加第1槽22及壁部23的数量，能够简易地增加可以由第1面2a保持的油6的量。

如图1所示，在本实施方式中，通过使水平方向上的第1槽22的长度L1比水平方向上的第1面2a的长度L2短，能够抑制油6沿第1槽22流动而迂回至第3面2c及第4面2d。因此，能够抑制油6沿第3面2c及第4面2d漏出到电力变换装置的外部。

图8是表示在对比例涉及的散热器1的第1槽22保持有油6的状态的剖视图。如图8所示，在对比例涉及的散热器1的情况下，铅垂方向上的第1槽22的高度H1比上述第3高度H2高。如对比例所示，在铅垂方向上的第1槽22的高度H1比上述第3高度H2高的情况下，油6没有进入至第1槽22整体，在第1槽22内产生间隙22g。在对比例中，由于保持于第1槽22内的油6的量比第1槽22的容积少，因此无法高效地将油6保持在第1槽22内。图9是表示在实施方式1涉及的散热器1的第1槽22保持有油6的状态的剖视图。在本实施方式中，通过将铅垂方向上的第1槽22的高度H1设定为小于或等于上述第3高度H2，从而如图9所示油6进入第1槽22整体，能够不浪费地利用第1槽22整体。即，能够高效地将油6保持于第1槽22。由此，能够抑制油6沿散热器1的第1面2a漏出到电力变换装置的外部。此外，在将铅垂方向上的第1槽22的高度H1设定为图7所示的第2高度H4的2倍的高度的情况下，如图9所示油6也进入第1槽22整体，能够不浪费地利用第1槽22整体。

实施方式2

图10是表示本发明的实施方式2涉及的散热器1A的正视图。在本实施方式中，在第1面2a进一步形成有第2槽26这一点与实施方式1不同。此外，在实施方式2中，对与前述实施方式1重复的部分标注相同标号而省略说明。

在第1面2a处，在与安装区域21及第1槽22不同的位置处形成有第2槽26。第2槽26的数量没有特别限制，在本实施方式中为两个。第2槽26随着从第1槽22朝向上方而分支为多个。第2槽26具有向铅垂方向倾斜的多个倾斜部。第2槽26的槽宽度比第1槽22的槽宽度小。第2槽26的槽宽度设定为毛细现象起作用的尺寸。第2槽26在第1槽22的上方配置于安装区域21的旁边。第2槽26与位于最上方的第1槽22连通。

在本实施方式中，第2槽26的槽宽度比第1槽22的槽宽度小，设定为毛细现象起作用的尺寸。由此，能够将被第1槽22及壁部23保持的油6吸到第2槽26，或将到达第1槽22及壁部23之前的油6保持于第2槽26。因此，能够增加可以由第1面2a保持的油6的量。

实施方式3

图11是表示本发明的实施方式3涉及的散热器1B的正视图。

图12是表示本发明的实施方式3涉及的散热器1B的后视图。图13是沿图12所示的XIII-XIII线的散热器1B的剖视图。图14是将图11所示的第1槽22及壁部23放大后的图。图15是将图12所示的贯穿孔27及引导面28放大后的图。图16是将图13所示的第1槽22、壁部23、贯穿孔27及引导面28放大后的剖视图。在本实施方式中，在散热器1B进一步形成有贯穿孔27及引导面28这一点与实施方式1不同。此外，在实施方式3中，对与前述实施方式1重复的部分标注相同标号而省略说明。

如图11至图16所示，在散热器1B的基座板2形成有从第1面2a贯穿至第2面2b的贯穿孔27。如图11所示，贯穿孔27是在第1面2a中的比安装区域21靠下方处开设的。贯穿孔27在本实施方式中与位于最下方的第1槽22连通。如图16所示，贯穿孔27起到将流入第1槽22内的未图示的油6引导至第2面2b的作用。贯穿孔27的内壁具有孔上表面27a、在孔上表面27a的下方与孔上表面27a分离地配置的孔下表面27b。孔上表面27a沿贯穿方向直线状地延伸。孔下表面27b沿贯穿方向直线状地延伸。引导面28与孔下表面27b的前端连续。引导面28以随着远离孔下表面27b而位于更下方的方式倾斜。在安装孔2g的周围形成有与未图示的电力变换装置接触的装置安装区域29。引导面28的下端与装置安装区域29连接。

在本实施方式中，在散热器1B形成有从第1面2a贯穿至第2面2b的贯穿孔27，贯穿孔27与位于最下方的第1槽22连通。由此，在油6到达位于最下方的第1槽22的情况下，油6从第1槽22经过贯穿孔27而到达引导面28。在油6沿引导面28及装置安装区域29流动后，从装置安装区域29向电力变换装置的壁面流动，从电力变换装置的壁面落到电力变换装置的设置场所的地面。虽然省略了图示，但电力变换装置的壁面的下端与装置安装区域29的下端相比位于下方。如果油6从散热器1B直接落到电力变换装置的设置场所的地面，则会产生与地面碰撞的油6反弹而飞散这样的问题。另外，如果油6沿与电力变换装置连接的电线流动，则会产生油6污染配线目标物这样的问题。在这一点上，在本实施方式中，油6从装置安装区域29沿电力变换装置的壁面流动，从电力变换装置的壁面落到电力变换装置的设置场所的地面，由此能够抑制发生上述两个问题。

以上实施方式所示的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也可以与其它公知的技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1、1A、1B散热器，2基座板，2a第1面，2b第2面，2c第3面，2d第4面，2e上表面，2f下表面，2g安装孔，2h第1边，3鳍片，4半导体模块，5散热脂，6油，21安装区域，22、22a、22b、22c第1槽，22d槽上表面，22e槽下表面，22f槽侧面，22g间隙，23、23a、23b、23c壁部，24第1壁部，25第2壁部，26第2槽，27贯穿孔，27a孔上表面，27b孔下表面，28引导面，29装置安装区域，30角部。

Claims

1.一种散热器，其具有第1面，该散热器以所述第1面的第1边在铅垂方向上延伸的方式设置，该第1面包含对发热体进行安装的安装区域，

该散热器的特征在于，

在所述安装区域涂敷有含有油的散热脂，

在所述第1面中的比所述安装区域靠下方处，形成有在水平方向上延伸的多个第1槽，

多个所述第1槽在铅垂方向上彼此隔开间隔地设置，

各所述第1槽的内壁具有槽上表面、在所述槽上表面的下方与所述槽上表面分离地配置的槽下表面，

水平方向上的各所述第1槽的长度比水平方向上的所述第1面的长度短，

在所述第1面形成有从所述第1面凸出的多个壁部，

多个所述壁部在铅垂方向上彼此隔开间隔地设置，

各所述壁部具有在水平方向上延伸的第1壁部、分别与所述第1壁部中的水平方向上的两端部连结且以随着在水平方向上远离所述第1壁部而位于更上方的方式倾斜的第2壁部，

在将所述第1面的所述第1边配置为沿铅垂方向延伸时，多个所述第1槽及多个所述壁部被配置为所述第1壁部位于各所述第1槽的开口缘中的下方部分且所述第2壁部位于各所述第1槽的开口缘中的侧方部分。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，

在将由于表面张力而成为液滴并被所述槽上表面保持的所述油即将向所述槽下表面落下之前的高度设为第1高度，将被所述槽下表面保持的所述油在维持表面张力的状态下成为液滴而***的最大高度设为第2高度时，

铅垂方向上的所述第1槽的高度设定为小于或等于将所述第1 高度和所述第2高度相加后的第3高度。

3.根据权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，

铅垂方向上的所述第1槽的高度是基于所述槽下表面的材质、所述槽下表面的表面状态、被所述槽下表面保持的所述油的液滴的半径、及被所述槽下表面保持的所述油的液滴的接触角计算出的高度。

4.根据权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，

铅垂方向上的所述第1槽的高度是基于所述槽下表面的材质、所述槽下表面的表面状态、被所述槽下表面保持的所述油的液滴的半径、及被所述槽下表面保持的所述油的液滴的接触角计算出的高度，

在将铅垂方向上的所述第1槽的高度设为H1，将被所述槽下表面保持的所述油在维持表面张力的状态下成为液滴而***的最大高度设为H4，将被所述槽下表面保持的所述油的液滴的半径设为r，将被所述槽下表面保持的所述油的液滴的接触角设为θ时，

被所述槽下表面保持的所述油在维持表面张力的状态下成为液滴而***的最大高度H4是通过下式(1)计算出的高度，

铅垂方向上的所述第1槽的高度H1是通过下式(2)计算出的高度，

H4＝r·tan(θ/2) …(1)

H1＝2·H4 …(2)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的散热器，其特征在于，

在所述第1面处，在与所述安装区域不同的位置形成有比所述第1槽窄的第2槽。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的散热器，其特征在于，

还具有朝向与所述第1面相反侧的第2面，

在所述散热器形成有从所述第1面贯穿至所述第2面的贯穿孔，

所述贯穿孔是在所述第1面中的比所述安装区域靠下方处开设的。