CN214477403U - 一种散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种散热装置，涉及半导体技术领域。散热装置包括壳体、热管和扰流柱，所述壳体的一侧表面用于承载半导体器件，所述壳体内设有用于流通冷却介质的散热空腔，所述扰流柱的一端与所述散热空腔靠近所述半导体器件的第一侧壁连接、另一端朝向所述散热空腔内延伸，所述散热空腔与所述半导体器件之间的所述壳体内设有所述热管。热管将热量导入散热空腔中，散热空腔内具有扰流柱和流动的冷却介质，流动的冷却介质与扰流柱充分接触，将散热空腔内的热量迅速带出。上述散热装置采用多种散热手段共同使用能够快速的将半导体器件产生的热量散出，散热效率较高且没有增加半导体器件散热结构的体积，能够实现小型化器件的需求。

Description

一种散热装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种散热装置。

背景技术

随着科技的进一步发展，半导体技术、信息技术等尖端技术领域向着高功率、高集成度以及微型化发展，致使***所耗散的热量持续增大，***内部的高功率密度的半导体器件不断挑战其散热***的极限。

现有技术中，通常采用单纯风冷或液冷的散热***对半导体器件进行降温，此类散热***的散热效率较低，并且液冷的散热***通常具有多个组件结构，不同的组件结构之间会具有接触界面，接触界面具有很大的热阻，热量容易在接触界面处聚集，对散热有很大的影响。随着半导体器件尺寸的不断减小，同时半导体器件的工作温度随着功率的增加而呈线性趋势增长，导致半导体器件的热流密度急剧增加且温度分布不均，进而导致半导体器件失效，严重影响半导体器件的高效、稳定、安全运行和使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种散热装置，以解决现有技术中，半导体器件的散热***的散热效率较低的技术问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例的一方面，提供一种散热装置，包括壳体、热管和扰流柱，壳体的一侧表面用于承载半导体器件，壳体内设有用于流通冷却介质的散热空腔，扰流柱的一端与散热空腔靠近半导体器件的第一侧壁连接、另一端朝向散热空腔内延伸，散热空腔与半导体器件之间的壳体内设有热管。

可选地，上述壳体、热管的管壁和扰流柱为一体结构。

可选地，上述散热空腔与第一侧壁相连的两个侧壁上分别设有入口和出口，冷却介质由入口流入壳体，并由出口流出壳体。

可选地，上述热管呈平板状，热管的板面水平设置或平行于壳体上用于承载半导体器件的表面。

可选地，上述扰流柱与第一侧壁连接的一端与热管的板面之间的距离相等。

可选地，上述热管朝向半导体器件的一端与壳体上用于承载半导体器件的表面之间的距离相等。

可选地，上述热管内部设有丝网结构，丝网结构用于使热管内的换热介质在热管内部实现微循环，或者，热管内部设有微凹槽结构，微凹槽结构用于使热管内的换热介质在热管内部实现微循环。

可选地，上述壳体上用于承载半导体器件的表面沿散热空腔呈阶梯设置。

可选地，上述扰流柱的横截面呈圆形或椭圆形。

可选地，上述散热空腔上与第一侧壁相对的一侧形成有开口，壳体还包括盖体，盖体用于密封盖合开口。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的散热装置包括壳体、热管和扰流柱，壳体的一侧表面用于承载半导体器件，壳体内设有用于流通冷却介质的散热空腔，扰流柱的一端与散热空腔靠近半导体器件的第一侧壁连接、另一端朝向散热空腔内延伸，散热空腔与半导体器件之间的壳体内设有热管。热管的吸热速率是导热金属的上千倍，能够迅速将半导体器件工作中产生的热量吸走，并通过下方的散热空腔将热量导出，散热空腔内具有扰流柱和流动的冷却介质，流动的冷却介质可以充分与散热空腔以及其内部的扰流柱接触，将散热空腔内的热量快速的导出，扰流柱能够使散热空腔内的冷却介质流速减慢，使冷却介质在散热空腔内的停留时间增加，并且增加了冷却介质与散热空腔内部的接触面积，单位体积的冷却介质能够更多的将热量带走。上述散热装置采用多种散热手段共同使用能够快速的将半导体器件产生的热量散出，散热效率较高且没有增加半导体器件散热结构的体积，能够实现小型化器件的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的散热装置的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的散热装置的结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例提供的散热装置的结构示意图之三；

图4为本实用新型实施例提供的散热装置的结构示意图之四；

图5为本实用新型实施例提供的散热装置的结构示意图之五；

图6为图4中A处的局部放大图。

图标：100-散热装置；110-壳体；111-第一表面；112-散热空腔；1121-第一侧壁；113-入口；114-出口；115-盖体；120-热管；121-丝网结构；130-扰流柱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1和图2，本实施例提供一种散热装置100，包括壳体110、热管120和扰流柱130，壳体110的一侧表面用于承载半导体器件，壳体110内设有用于流通冷却介质的散热空腔112，扰流柱130的一端与散热空腔112靠近半导体器件的第一侧壁1121连接、另一端朝向散热空腔112内延伸，散热空腔112与待散热的半导体器件之间的壳体110内设有热管120。

壳体110具有相对设置的第一表面111和第二表面，第一表面111用于承载待散热的半导体器件，壳体110由能够传递热量的材质制成，半导体器件固定在壳体110上之后，半导体器件产生的热量会通过壳体110进行传递，由壳体110表面传递至壳体110的内部。壳体110内靠近第二表面处设有散热空腔112，壳体110的内部还设有位于半导体器件和散热空腔112之间的热管120，热管120的导热效率远高于普通的散热金属(例如，热管120的散热效率是铜的80-1000倍)，能够快速将半导体器件产生的热量吸走。热管120具有蒸发端和冷凝端，热管120的蒸发端朝向半导体器件设置，用于吸收半导体器件产生的热量，被蒸发端吸收的热量会在热管120内部进行传递，进而到达热管120的冷凝端。热管120的冷凝端朝向散热空腔112的第一侧壁1121设置，散热空腔112内设有多个扰流柱130，冷凝端的热量经由壳体110传递至散热空腔112和扰流柱130上，冷却介质在散热空腔112内流动，经过扰流柱130后将热量吸收并导出。

扰流柱130的延伸方向与散热空腔112内冷却介质的流动方向垂直，能够降低冷却介质的流速，提高冷却介质在散热空腔112内的停留时间，同时，进一步增大了冷却介质与散热空腔112内部的接触面积，使得单位体积的冷却介质能够更多的将热量带走，提高了散热效果。另外，扰流柱130的一端与散热空腔112的第一侧壁1121连接、另一端可以与散热空腔112内与第一侧壁1121相对的第二侧壁相抵持，此时，扰流柱130还可以对壳体110上的热管120、散热空腔112和半导体器件起到很好的支撑作用，防止热管120、散热空腔112在高温作用下发生变形。

应理解，壳体110的形状不作限定，只要具有相对的第一表面111和第二表面且能够在其内部设置热管120和散热空腔112即可。第一表面111与第二表面之间可以平行设置，也可以呈预设夹角，但是，第一表面111与第二表面之间具有一定的距离用于设置热管120和扰流柱130。另外，第一表面111可以为一个整体的平面，也可以由多个与第二表面距离不同的子平面相互连接而成。示例地，壳体110呈矩形，矩形壳体110的上表面被加工成倾斜状的第一表面111，水平的下表面即为第二表面，第一表面111和第二表面之间具有预设夹角，热管120和扰流柱130依次设置在第一表面111和第二表面之间。

扰流柱130也由能够传递热量的材质制成，半导体器件的热量由壳体110经由热管120最终传递至扰流柱130上。扰流柱130的数量可以为一个、两个或者多个，在散热空腔112内设置扰流柱130，一方面可以将热管120中的热量快速导出，另一方面，扰流柱130可以延长冷却介质在散热空腔112内的流动路径和时间，更好地将热管120、散热空腔112内的热量带走，进一步提高了散热装置100的散热效果。当扰流柱130的数量为多个时，多个扰流柱130可以均匀分布在散热空腔112内，以使热量的传递更加均匀，冷却介质在散热空腔112不同位置处的流动时间基本一致，提高了散热装置100散热的均匀性。

流动的冷却介质位于散热装置100的壳体110内部，一方面可以能够快速地将热管120传递至散热空腔112内的热量通过冷却介质快速的导出，另一方面可以减少散热装置100的体积，无需额外的散热管路进行散热。其中，冷却介质可以为冷却液、冷却气体等。

综上所述，上述散热装置100包括壳体110、热管120和扰流柱130，壳体110的一侧表面用于承载半导体器件，壳体110内设有用于流通冷却介质的散热空腔112，扰流柱130的一端与散热空腔112靠近半导体器件的第一侧壁1121连接、另一端朝向散热空腔112内延伸，散热空腔112与待散热的半导体器件之间的壳体110内设有热管120。热管120的吸热速率是导热金属的上千倍，能够迅速将半导体器件工作中产生的热量吸走，并通过下方的散热空腔112将热量导出，散热空腔112内具有扰流柱130和流动的冷却介质，流动的冷却介质可以充分与散热空腔112以及其内部的扰流柱130接触，将散热空腔112内的热量快速的导出，扰流柱130能够使散热空腔112内的冷却介质流速减慢，使冷却介质在散热空腔112内的停留时间增加，并且增加了冷却介质与散热空腔112内部的接触面积，单位体积的冷却介质能够更多的将热量带走。上述散热装置100采用多种散热手段共同使用能够快速的将半导体器件产生的热量散出，散热效率较高且没有增加半导体器件散热结构的体积，能够实现小型化器件的需求。

可选地，壳体110、热管120的管壁和扰流柱130为一体结构。

在壳体110的内部直接形成热管120，热管120的管壁即为壳体110，热管120与壳体110之间没有分界面，不存在界面之间的热阻，能够更快地导热，不会因为热管120的管壁与壳体110之间的分界面而阻碍热量的传导。同理，扰流柱130也是直接在壳体110内部形成，与壳体110为一体结构，故壳体110、热管120、扰流柱130之间均不存在分界面，热量在三者之间的传递不会受到阻碍，能够迅速传导至扰流柱130后被冷却介质带走，提高散热装置100的散热效率。

可选地，散热空腔112与第一侧壁1121相连的两个侧壁上分别设有入口113和出口114，冷却介质由入口113流入壳体110，并由出口114流出壳体110。

入口113和出口114用于冷却介质的流入和流出，使散热空腔112内的冷却介质处于流通状态，能够及时将冷却介质吸收的热量带出散热空腔112。入口113和出口114分别设置在散热空腔112内与第一侧壁1121相连的两个侧壁上，两个侧壁之间可以相互连接，也可以是相对设置。优选地，入口113和出口114分别设置在沿半导体器件依次设置方向上相对的两个侧壁上，如此，可以保证冷却介质由散热空腔112的一端流入，流经整个散热空腔112后才由散热空腔112的另一端流出，再配合扰流柱130的设置，可以尽可能延长冷却介质在散热空腔112内的流动路线和流动时间，使冷却介质吸收更多的热量，有效提高了散热装置100的散热效果。

请参照图1至图5，可选地，热管120呈平板状，热管120的板面水平设置或平行于壳体110上用于承载半导体器件的表面。

平板状热管120相对的两个板面分别朝向壳体110的第一表面111和散热空腔112，热管120的上板面为蒸发端，用于吸收第一表面111传递来的热量，热管120的下板面为冷凝端，用于将上板面传递来的热量传递至散热空腔112的第一侧壁1121，再进一步传递给扰流柱130。平板状热管120形成于壳体110内部，相对于同等体积的金属层，其导热效果更好，且不会增加散热装置的体积，有效提高了散热效果。

应理解，平板状热管120的数量可以为一个、两个或多个。当平板状热管120的数量为一个时，为了更好地传递热量并实现同时对第一表面111上的所有半导体器件散热，热管120板面的面积应大于或等于第一表面111在热管120板面上的投影面积。此时，热管120的蒸发端的面积更大，散热效果更好。当平板状热管120的数量为至少两个时，至少两个热管120沿第一表面111的延伸方向(也即是第一表面111上半导体器件的依次设置方向)依次间隔排布。同样，为了更好地传递热量并实现同时对第一表面111上的所有半导体器件散热，至少两个热管120的板面的延伸长度应当大于或等于第一表面111在热管120延伸方向上的投影长度。

热管120的板面可以呈水平设置，也可以平行于壳体110上用于承载半导体器件的表面(即第一表面111)设置。当热管120的板面呈水平设置时，若热管120的数量为至少两个，则至少两个热管120的板面均呈水平设置且位于同一水平面上，或者，至少两个热管120的板面均呈水平设置但整体呈倾斜分布。当热管120的板面平行于壳体110上用于承载半导体器件的表面时，则热管120的蒸发端与第一表面111上各个半导体器件的距离始终保持一致。

示例地，请参照图1，平板状热管120的数量为多个，多个平板状热管120的上板面和下板面均呈水平分布且位于同一水平面上，多个平板状热管120可以分别对应第一表面111上半导体器件的安装位置设置，以提高散热效果。请参照图2，平板状热管120的数量为一个，一个平板状热管120的上板面和下板面均呈水平分布。请参照图3，平板状热管120的数量为一个，一个平板状热管120的上板面和下板面均与第一表面111平行，如此，可以使热管120的蒸发端始终与第一表面111上各个半导体器件的距离始终保持一致，散热效果更好。请参照图4，平板状热管120的数量为多个，多个平板状热管120的上板面和下板面均呈水平分布但是整体呈倾斜分布并与第一表面111平行，同样能够达到较好的散热效果。请参照图5，平板状热管120的数量为多个，多个平板状热管120的上板面和下板面均呈水平分布，但是，多个平板状热管120的上板面整体呈倾斜分布并与第一表面111平行、下表面整体呈水平分布，即多个平板状热管120沿第一表面111的倾斜方向厚度逐渐减小，该设置使得热管120的蒸发端与各个半导体器件的距离始终保持一致、冷凝端与扰流柱130的距离始终保持一致，有效提高了散热效果。

可选地，扰流柱130与第一侧壁1121连接的一端与热管120的板面之间的距离相等。

多个扰流柱130顶部(与第一侧壁1121连接的一端)与热管120的距离相等，有利于热管120内热量的释放，使得散热装置100的散热效果更好。应理解，若平板状的热管120呈水平设置，则多个扰流柱130的顶端位于同一水平面上，也即是，散热空腔112的第一侧壁1121也呈水平设置，多个扰流柱130的高度相等；若平板状的热管120呈倾斜设置，则多个扰流柱130的顶端位于同一倾斜面上，也即是，散热空腔112的第一侧壁1121也呈倾斜设置，多个扰流柱130的高度沿平板状热管120向下倾斜的方向依次递减。

可选地，热管120朝向半导体器件的一端与壳体110上用于承载半导体器件的表面之间的距离相等。

热管120的蒸发端与第一表面111上各个半导体器件的距离始终保持一致，散热效果更好。

请参照图6，可选地，热管120内部设有丝网结构121，丝网结构121用于使热管120内的换热介质在热管120内部实现微循环，或者，热管120内部设有微凹槽结构，微凹槽结构用于使热管120内的换热介质在热管120内部实现微循环。

本实施例中，对丝网结构121或微凹槽结构不作限定，只要能够使换热介质在热管120内部实现微循环即可。示例地，丝网结构121或微凹槽结构设置在热管120管壁的上下两侧，在上侧的丝网结构121或微凹槽结构表面涂布具有疏水作用的涂层，在下侧的丝网结构121或微凹槽结构表面涂布具有亲水作用的涂层，以实现热管120内部蒸汽和液体的微循环。

请再次参照图1和图2，可选地，壳体110上用于承载半导体器件的表面沿散热空腔112呈阶梯设置。

第一表面111呈阶梯状，由多个高度不同的子阶梯面相互连接而成，每个子阶梯面上都承载一个半导体器件。将第一表面111设置为阶梯状，可以使设置在第一表面111上的多个半导体器件位于不同的高度上，有利于热量的扩散，同时，若半导体器件为发光器件，还可以避免半导体器件之间的相互遮挡，也有利于对发光器件发出的光线进行合束。

可选地，扰流柱130的横截面呈圆形或椭圆形。

侧壁呈弧形或圆形的扰流柱130对冷却介质产生的阻力较小，不会对冷却介质产生更大程度的阻碍。

可选地，壳体110由钨铜表面镀金材料制成。

钨铜表面镀金材料的导热性能较好且与半导体器件的热膨胀系数相近，当半导体器件焊接在承载面111上时，不易裂开。

可选地，散热空腔112上与第一侧壁1121相对的一侧形成有开口，壳体110还包括盖体115，盖体115用于密封盖合开口。

盖体115与壳体110可以为一体结构，也可以为分体结构，只要盖体115能够实现将壳体110上的散热空腔112的开口密封的功能即可。若盖体115和壳体110为一体结构，则盖体115和壳体110共同加工而成。若盖体115和壳体110为分体结构，则盖体115和壳体110分别加工而成，然后固定连接；盖体115与壳体110的连接方式不作限定，可以通过螺栓连接，也可以通过焊接连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种散热装置，其特征在于，包括壳体、热管和扰流柱，所述壳体的一侧表面用于承载半导体器件，所述壳体内设有用于流通冷却介质的散热空腔，所述扰流柱的一端与所述散热空腔靠近所述半导体器件的第一侧壁连接、另一端朝向所述散热空腔内延伸，所述散热空腔与所述半导体器件之间的所述壳体内设有所述热管。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述壳体、所述热管的管壁和所述扰流柱为一体结构。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热空腔与所述第一侧壁相连的两个侧壁上分别设有入口和出口，所述冷却介质由所述入口流入所述壳体，并由所述出口流出所述壳体。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述热管呈平板状，所述热管的板面水平设置或平行于所述壳体上用于承载所述半导体器件的表面。

5.根据权利要求4所述的散热装置，其特征在于，所述扰流柱与所述第一侧壁连接的一端与所述热管的板面之间的距离相等。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述热管朝向所述半导体器件的一端与所述壳体上用于承载所述半导体器件的表面之间的距离相等。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述热管内部设有丝网结构，所述丝网结构用于使所述热管内的换热介质在所述热管内部实现微循环，或者，所述热管内部设有微凹槽结构，所述微凹槽结构用于使所述热管内的所述换热介质在所述热管内部实现微循环。

8.根据权利要求1至7任一项所述的散热装置，其特征在于，所述壳体上用于承载所述半导体器件的表面沿所述散热空腔呈阶梯设置。

9.根据权利要求1至7任一项所述的散热装置，其特征在于，所述扰流柱的横截面呈圆形或椭圆形。

10.根据权利要求1至7任一项所述的散热装置，其特征在于，所述散热空腔上与所述第一侧壁相对的一侧形成有开口，所述壳体还包括盖体，所述盖体用于密封盖合所述开口。

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