[实用新型]一种半导体器件散热器

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及半导体器件的散热技术领域，特别是有由导热块、肋片和风扇组成的散热器。

背景技术

随着半导体功率器件、半导体发光器件的功率提高，特别是半导体集成电路晶体管数量的增加，以及工作频率的增加，其间发热量也随着增加，当前计算机CPU以及GPU芯片散热问题已经成了计算机发展过程中的障碍。长期以来，电子器件的散热不被重视，技术一直处于原始的传热概念阶段，上世纪六十至七十年代，传热技术的研究已经非常完善了，只要将其中的研究成果，采用正确的方法，引入电子器件的散热技术，就可以得到显著的结果。

现有一种CPU芯片铝材散热器：圆柱的一端面为吸热面，它紧贴在芯片的散热面上，圆柱的侧面四周伸出许多肋片，也称之为太阳花，风扇在圆柱的另一端，吸热面背对的一侧，风扇和圆柱同轴；芯片产生的热量通过芯片的散热面与圆柱上的吸热面接触导热，传到圆柱，热量在圆柱内以导热的方式传到圆柱侧面，再传到肋片上，风扇驱动空气，流经肋片，以对流传热方式将热量传到空气中，散出，圆柱在此仅起导热作用，因而就称之为导热块。这种结构优点有：由于风扇和圆柱(导热块)同轴，风扇驱动空气，顺着圆柱侧面、以及肋片流动，有效地减小风扇电机引起的肋片中空气流动死区的存在，而严重影响肋片内空气对流传热；由于肋片和圆柱(导热块)是采用铝挤制工艺成形，肋片和导热块是一体，保证了肋片和圆柱之间的热传导。但是，由于肋片是挤制出来的，受这种制造工艺的限制，肋片的厚度一般要0.5mm以上，虽然片厚，有利于肋效率提高，但问题有：铝材料用量多，成本增加，重要的是，肋片厚度占有过多的空气流通面积，不利于高度紧凑化，比如片距1.5mm，片厚为0.5mm，这样紧凑化设计，肋片的厚度就占三分之一，即空气流通面积只有三分之二，这样，流经肋片的空气速度增加，空气流动阻力大，导致空气流量减小，引起散热量得不到有效提高，可能还降低。

现用于台式计算机中的这种CPU散热器，为了提高散热量，只好增加整体尺寸，散热器外径达到90mm，肋片片距2mm之多，肋片肋长(从导热块到肋片尖长度)和肋片肋宽(导热块轴向方向距离)达到30mm，目的是增加肋片总面积(散热面积)，达到提高散热量。肋长增加，肋效率降低，肋片肋宽增加，导热块的高度增加，则导热块中的导热热阻增加，这些都不利于提高散热量，另外铝材用量增加，即成本增加。这样大的散热器，是计算机主板上占主要空间尺寸的器件。

另外现散热器没有从空气动力学方面考虑优化、强化提高散热量，仅仅从增加风扇直径、厚度、扇叶转速等手段来提高风量风压，提高散热量，因而又带来了震动、噪音、轴承寿命、占空间尺寸大等问题，散热器所占的空间尺寸，已经是减小计算机尺寸、紧凑设计中的障碍。

发明内容

本实用新型是针对上述散热器进行改进，采用另外的肋片成形工艺，实现减小肋片厚度，增加肋片密度，达到增加散热面积的目的。引入强化传热结构，优化尺寸，进一步减小散热尺寸。通过采用高风压的离心式风扇或多级轴流式风扇，进一步提高散热量。

本实用新型的技术方案是：散热器主要部件包括有：导热块、肋片和风扇，导热块上有一平整的吸热面，在导热块侧面四周设置有肋片，风扇设置在和吸热面背对的一侧，这些结构与现被称为太阳花式的CPU散热器类似。本实用新型的特征在于：肋片是焊在导热块上，或镶嵌在导热块，或采用胶粘结在导热块上，或采用了紧箍环压靠在导热块上；肋片的厚度不大于0.4mm，肋片的肋长(肋片根处，即靠导热块处，到肋片尖处的长度)不大于25mm，肋片的肋宽(肋片在导热块轴向方向上的长度)；肋片的平均片距不大于2.0mm。

依据传热学，肋效率是mL的函数，随着mL的增大而下降，为曲线下降的函数关系，mL为1.0时，肋效率下降速度最快，对于直肋(本实用新型所涉及的)，此时肋效率大致为76％，一般设计时取mL的值不大于1.0，其中L为肋长，m和肋片的厚度的平方根成反比。如果肋片厚度减小4倍，肋长L减小2倍，则肋效率不变。说明减小肋片厚度，能有效地减小肋片材料用量，现空调里的空气换热器中的肋片(铝材)厚度减小到0.1mm以下。现产品采用铝挤制工艺，肋厚最小也有0.5mm，减小肋厚度非常有意义：减少材料，即降低成本，减小肋厚所占的流通面积，空出的空间可增加肋片数，即增加了散热面积。