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一种散热结构

阅读：1033发布：2020-06-22

专利汇可以提供一种散热结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种散热结构，包括基板和散热器，所述基板背面设有预设排布方式的楔形沟槽和楔形凸起，所述散热器表面设有与所述基板背面适配的楔形沟槽和楔形凸起，所述预设排布方式的楔形沟槽和楔形凸起横截面呈锯齿状。通过将基板与散热器接触的表面设置为锯齿形，增大了接触面积和接触面上的压力，使得散热器与基板间的接触热阻减小，提高散热效率。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种散热结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种散热结构，其特征在于，包括基板和散热器，所述基板背面设有预设排布方式的楔形沟槽和楔形凸起，所述散热器表面设有与所述基板背面适配的楔形沟槽和楔形凸起，所述预设排布方式的楔形沟槽和楔形凸起横截面呈锯齿状。
2.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述楔形凸起的尖端削平0.05-1mm。
3.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述楔形凸起设置为顶角为5°-170°的齿形结构。
4.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，相邻所述楔形沟槽的间距为1-100mm。
5.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，还包括固定连接元件，所述基板与所述散热器通过所述固定连接元件固定连接。
6.根据权利要求5所述的散热结构，其特征在于，所述固定连接元件包括螺丝，所述基板与所述散热器通过若干所述螺丝固定连接。
7.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述散热器包括风冷散热器、水冷散热器和自然对流散热器。
8.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述基板由铜质、铝制或陶瓷材料制成。
9.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述散热器由铝制或铜制材料制成。
10.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，还包括大功率光电元器件，所述大功率光电元器件固定铺设于所述基板背离所述散热器的一面。

说明书全文

一种散热结构

技术领域

[0001] 本实用新型涉及光电元器件的散热技术领域，特别是涉及一种散热结构。

背景技术

[0002] 现有的光电元器件存在着散热效果不佳的问题，现有的散热途径有三种，包括增加基板与散热器的有效接触面积、增加基板与散热器之间导热介质的导热系数和减少导热介质的厚度。

[0003] 通过基板与散热器直接接触，理论上这是最理想的导热方法，不需要中间介质，但实际上其散热效果却是最差的，因为基板背面和散热器表面虽然肉眼观察下都非常光滑平整，但微观尺度下却非常粗糙，上面有着许许多多微小尺度的“山峰”和“山谷”，真正实现接触的面积非常小，绝大部分区域是被空气隔开的。由于空气的导热系数仅为0.023瓦/米·度，不及铜铝的万分之一，使得基板与散热器之间的接触热阻很大。为减小热阻，采取的措施就是加大压力，把那些微小尺度的“山峰”和“山谷”压平一些，增大有效接触面积，但电子元件和LED等不能承受直接的压力，只能在基板的四角或边缘施压，这对中间的作用很小，使得压力施加不均匀，导致散热效果不均匀。

[0004] 其次，在基板和散热器之间填充导热材料，常用的是导热硅脂、导热膏、导热胶带等柔软的填充材料，填充因固体表面的粗糙度而产生的间隙。虽然这类填充材料的导热系数只有1～5瓦/米·度，远远低于铜和铝，但大大增加了基板与散热器的有效接触面积，使用这类材料时必须尽量用力压薄减少厚度，同时这种方法彻底隔绝了基板与散热器的直接接触，容易产生气泡和空洞，不利于导热。甚至基板与散热器的温差会导致基板在高温时微微隆起产生面积较大的间隙。

[0005] 另外，直接用锡膏将基板焊在散热器上，有效接触面积大又不会隆起，焊锡的导热系数为67瓦/米·度，虽不及铜和铝，但比导热膏和导热硅脂高出不少，但缺点是不能方便地更换，如需更换必须把整个散热器拆下来拿到加热台上去熔化焊锡，所有元件都受到影响，二是焊锡膏焊有大量挥发性物质和松香，焊接时都会产生气泡和空洞，若空洞较大就会影响局部散热。

[0006] 因此，现有的散热结构一直困扰着大功率电子、电气元件和大功率LED的散热问题。实用新型内容

[0007] 鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种散热结构。

[0008] 为了解决上述问题，本实用新型公开了一种散热结构，包括基板和散热器，所述基板背面设有预设排布方式的楔形沟槽和楔形凸起，所述散热器表面设有与所述基板背面适配的楔形沟槽和楔形凸起，所述预设排布方式的楔形沟槽和楔形凸起的横截面呈锯齿状。

[0009] 进一步地，所述楔形凸起的尖端削平0.05-1mm。

[0010] 进一步地，所述楔形凸起设置为顶角为5°-170°的齿形结构。

[0011] 进一步地，相邻所述楔形沟槽的间距为1-100mm。

[0012] 进一步地，还包括固定连接元件，所述基板与所述散热器通过所述固定连接元件固定连接。

[0013] 进一步地，所述固定连接元件包括螺丝，所述基板与所述散热器通过若干所述螺丝固定连接。

[0014] 进一步地，所述散热器包括风冷散热器、水冷散热器和自然对流散热器。

[0015] 进一步地，所述基板由铜质、铝制或陶瓷材料制成。

[0016] 进一步地，所述散热器由铝制或铜制材料制成。

[0017] 进一步地，还包括大功率光电元器件，所述大功率光电元器件固定铺设于所述基板背离所述散热器的一面。

[0018] 本实用新型包括以下优点：通过将基板与散热器接触的表面设置为锯齿形，增大了接触面积和接触面上的压力，使得散热器与基板间的接触热阻减小，提高散热效率。附图说明

[0019] 图1是本实用新型的一种散热结构的结构框图；

[0020] 图2是本实用新型的一种散热结构的侧部结构框图；

[0021] 图3是图2中的A部放大示意图。

[0022] 1散热器、2基板、3楔形沟槽、4楔形凸起、5第一通孔、6第二通孔、7 LED、8进水口、9出水口

具体实施方式

[0023] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

[0024] 本实用新型的核心构思之一在于，通过提供一种散热结构，包括基板2和散热器1，基板2背面设有预设排布方式的楔形沟槽3和楔形凸起4，散热器1表面设有与基板2背面适配的楔形沟槽3和楔形凸起4，预设排布方式的楔形沟槽3和楔形凸起4横截面呈锯齿状。将基板2与散热器1接触的表面设置为锯齿形，增大了接触面积和接触面上的压力，使得散热器1与基板2间的接触热阻减小，提高散热效率。

[0025] 参照图1-2，示出了本实用新型的一种散热结构的结构框图，具体可以包括：基板2和散热器1，基板2背面设有预设排布方式的楔形沟槽3和楔形凸起4，散热器1表面设有与基板2背面适配的楔形沟槽3和楔形凸起4，预设排布方式的楔形沟槽3和楔形凸起4横截面呈锯齿状。本实施例公开的基板2与散热器1的接触结构，可大幅度降低基板2与散热器1的接触热阻，同时消除目前各种方式存在的缺点。在基板2的背面铣出一系列平行周期排列的楔形沟槽3，楔形沟槽3之间是楔形凸起4。同时在散热器1表面也铣出一系列同样平行周期排列的楔形沟槽3，沟槽之间也是楔形凸起4，形状尺寸与基板2背面相同，这些周期排列的楔形沟槽3和楔形凸起4的横截面呈锯齿状，使用时将基板2与散热器1表面这些楔形沟槽3和楔形凸起4相互插入啮合。增大了接触面积，相互插入啮合的楔形接触大大增加了基板2与散热器1表面的接触面积，根据热力学原理其热阻也随之大大降低；上述散热结构增大了接触面上的压力。基板2背面的一系列楔形凸起4就像一排斧头一样切入散热器1中，根据力学原理，楔形两侧的压力将大大高于基板2受到的垂直向下的压力，也就是把固定螺丝施加在基板2上的力放大了，基板2与散热器1接触面上的相互压力大大增加，这有利于增大有效接触面积；另外，楔形接触面相互错动的趋势产生的摩擦力更有利于增大有效接触面积，楔形凸起4插入楔形沟槽3时在压力作用下其接触面有相互错动的摩擦力，可以使粗糙的表面变得平滑，增大有效接触面积；上述散热结构的压力分布均匀。基板2上楔形凸起4就如同加厚的横梁一样，不容易变形，相较于目前薄薄的容易变形的平面基板2，更容易使四角和周边螺丝的压力均匀分布到整个基板2；楔形凸起4在插入楔形沟槽3时来自两侧的挤压使接触面压力大大增强。两侧的压力不会使楔形凸起4变形，而且越挤越紧；受热膨胀时压力更大。目前的平面接触的基板2在受热时会微微隆起，与散热器1脱离接触，而本申请的楔形插入式接触在热膨胀时会接触更加紧密。

[0026] 在本实施例中，参照图3，楔形凸起4的尖端削平0.05-1mm。楔形凸起4的尖端略微削平，呈一窄窄的平台，在一具体实施例中的楔形凸起4尖端削平约0.1-0.2mm宽，这样有利于楔形凸起4插入楔形沟槽3后有足够的空间挤压，不会因为尖端顶住不能充分深入。

[0027] 在本实施例中，楔形凸起4设置为顶角为5°-170°的齿形结构。基板2与散热器1的接触面积大大增加，计算可得知，在一具体实施例中的楔形顶角为45度，整个楔形接触面积为平面接触面积的2.61倍，增加了热量从基板2到散热器1的导热面积，降低了接触热阻。另外根据力学原理计算，楔形接触面上的相互压力也增加，若基板2上的楔形凸起4受到1公斤的压力，其对两侧的挤压力之和为2.61公斤，相当于把现有的平面接触时的压力放大到2.61倍。

[0028] 根据测试结果显示，即使接触面不涂抹任何导热介质如导热膏或导热硅脂，导热效果已明显优于传统的平面基板涂导热介质的方式。涂抹导热膏或导热硅脂后，由于楔形接触面有挤压错动的趋势，导热介质被挤压的比平面接触更薄更均匀，导热效果同样大大改善。

[0029] 在本实施例中，采用上述散热结构，基板2与散热器1的接触热阻大为降低，增大了接触面，放大了接触面上的相互作用力，增加了接触面上的相互错动的趋势使粗糙表面更加平滑，使得压力更均匀。根据计算可得知：如楔形凸起4或楔形沟槽3的顶角的度数为θ，则与平面接触相比，接触面积增大为1/sin(θ/2)倍，其中：180°>θ>0°。因1>sin(θ/2)>0，所以1/sin(θ/2)>1，也就是楔形接触面一定大于平面接触面，而且θ越小，即楔形顶角越尖，接触面积越大；根据力学原理计算，楔形凸起4将来自垂直方向的压力转变为对两侧的压力时，两侧压力之和放大为1/sin(θ/2)倍，其中：180°>θ>0°。因1>sin(θ/2)>0，所以1/sin(θ/2)>
1，也就是楔形对两侧的压力之和一定大于来自垂直方向的压力，而且θ越小，即楔形顶角越尖，对两侧的压力越大；楔形凸起4除了对两侧的压力，在其向下挤压时，接触面上还有相互错动的运动或趋势，产生很大的摩擦力，这种摩擦力是平面接触时所没有的，当采用铜制或铝制作为基板2和散热器1的材料时，由于铜和铝都是较软的金属，摩擦力会使其微观上粗糙的表面变得平滑，这就大大增加了基板2与散热器1的有效接触面积，如果在上述接触面上涂覆导热介质如导热膏或导热硅脂，也会在摩擦力作用下变得更薄更均匀，进一步降低热阻。

[0030] 在本实施例中，所述周期平行排布的楔形沟槽3和楔形凸起4的横截面为锯齿状，相邻楔形凸起4之间的间隔即为楔形沟槽3，相邻楔形沟槽3的间隔即为楔形凸起4，楔形沟槽3和楔形凸起4的横截面均为相同的等腰三角形；基板2背面的楔形沟槽3和楔形凸起4的大小、间距和形状与散热器1表面的楔形沟槽3和楔形凸起4完全一样，基板2的楔形沟槽3与楔形凸起4分别对应散热器1表面的楔形凸起4与楔形沟槽3，以便于相互插入啮合。

[0031] 在本实施例中，相邻楔形沟槽3的间距为1-100mm。本实施例中相邻楔形凸起4或相邻楔形沟槽3的间距根据应用场合及光电元器件的大小而定，通常为1-100mm。

[0032] 在本实施例中，还包括固定连接元件，基板2与散热器1通过固定连接元件固定连接。本实施例中所指的楔形接触是指在光电元器件的基板2背面以及与之接触的散热器1表面均铣出或做出一系列周期平行排布的楔形沟槽3和楔形凸起4，基板2与散热器1表面通过这些楔形沟槽3和凸起相互插入啮合并紧密接触，通在基板2四角、边缘或无元器件的地方打孔，用螺丝将基板2紧密固定在散热器1表面。

[0033] 在本实施例中，固定连接元件包括螺丝，基板2与散热器1通过若干螺丝固定连接。上述基板2上设有第二通孔6，上述散热器1上设有第一通孔5，所述第一通孔5与所述第二通孔6的位置相对设置，所述螺丝分别穿过所述第一通孔5与所述第二通孔6起到固定连接作用，再由基板2的四角和边缘的螺丝对基板2施以一定的压力，使其与散热器1表面紧密贴合在一起。

[0034] 在本实施例中，散热器1包括风冷散热器、水冷散热器和自然对流散热器。本实施例是以密集排布的大功率LED7的阵列为例，实际上对任何发热的大功率电子电气元件或器件都适用。本实例中的散热器1为水冷散热器，实际上采用散热翅片的风冷或自然散热也同样适用。楔形接触面可以涂敷导热介质如导热膏、导热硅脂、焊锡膏等，提高导热效果；楔形沟槽3和楔形凸起4通常为周期排列，即大小相同间隔相同，也可以非周期排列，以适应基板2上光电元器件的位置和大小，相应的散热器表面也应做出相同的非周期排列，以便于插入啮合。

[0035] 在本实施例中，基板2由铜质、铝制或陶瓷材料制成。

[0036] 在本实施例中，散热器1由铝制或铜制材料制成。

[0037] 本实施例中，还包括大功率光电元器件，大功率光电元器件固定铺设于基板2背离所述散热器1的一面。本实施例中散热结构包括基板2和散热器1，本实施例中的散热器1采用水冷散热的方式，上述散热器1包括进水口8和出水口9。将水从上述进水口8通入，并从上述出水口9流出，使水流通带走基板2上的热量。

[0038] 本实用新型公开的一种散热结是针对目前大功率光电元器件的基板2与散热器1之间的接触热阻问题，使接触热阻大大降低。在光电元器件的基板2背面和散热器1表面做出一些列周期平行排列的截面为锯齿状的楔形沟槽3和楔形凸起4，基板2与散热器1通过这些楔形沟槽3和楔形凸起4相互插入啮合，紧密接触，不仅大大增加了接触面积，而且将基板2受到的压力放大并转化为楔形接触面的挤压力，同时增加了目前平面接触所没有的接触面上的摩擦力，使得微观上粗糙的接触面变得光滑，楔形凸起4如横梁一样不易变形，使得压力分布更加均匀，特别是远离固定螺丝的基板2中心部位。使得基板2与散热器1的有效面积大大增加，从而降低了接触热阻。结构简单易行，解决了目前各种平面接触方式存在的问题，即使不用导热介质也能达到很好的导热效果。

[0039] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

[0040] 以上对本实用新型所提供的一种散热结构，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

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