包括具有減小的結構密度的冷卻結構的散熱器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明大體上設及散熱器，并且更特別地設及包括具有向外減小的材料密度的冷 卻結構的散熱器。本發明的散熱器可W例如用于消散由電部件或電子部件與電組件或電子 組件產生的熱量。
【背景技術】
[0002] 隨著通過集成電路損耗的功率的快速升高，改進的散熱器設計需要減小它們與強 制空氣流之間的熱阻力。已經使用諸如擠壓、機加工與壓鑄的制造方法來制造傳統的縱向 翅片設計。盡管運些技術增加了相對小的成本，但是它們排除了制造更加復雜的散熱器設 計。但是可能需要更加復雜的結構W改進散熱器的性能。
[0003] 在化rnon等的美國專利申請NO2009/0321045A1中描述了更加復雜的結構的散熱 器。化rnon等引入利用犧牲式樣的3D打印和隨后的烙模鑄造的概念W形成復雜結構的散 熱器的構思。典型的3D打印機通過連續的固體層利用激光與液體光聚合物來制造3D形式， 實例是立體光刻快速成型系統。
[0004] 良好地適于制造復雜結構的散熱器的一個3D打印過程或增材制造過程是選擇性 激光烙化（SLM)過程。稱作選擇性區激光烙化的過程開始于在1995年德國亞琢的弗勞恩 霍夫激光技術研究所（haunhoferInsti1:uteILT)。 陽0化]選擇性激光烙化（SLM)是增材制造過程，其將3DCAD數據用作數字信息源W及W高能激光束（通常地鏡纖維激光）形式的能量W通過將微細金屬粉末烙合在一起形成=維 金屬部分。盡管因為此過程將金屬完全地烙化成固體均質塊，運被公認為是誤稱，但是工業 標準術語是激光燒結。此過程W將3DCAD文件數據分切成通常從20微米到100微米厚的 層，形成各層的2D圖像開始；此文件格式是在大部分基于層的3D打印或立體光刻技術上使 用的工業標準.Stl文件。此文件然后被加載到文件準備軟件包中，該文件準備軟件包分配 允許解釋并且通過不同類型的附加制造裝置構造此文件的參數、值W及物理支持。
[0006] 通過SLM，霧化微細金屬粉末的薄層利用涂覆機構均勻地分布在通常金屬的基板 上，該基板緊固到沿著豎直軸狂）移動的分度臺。運發生在包括在低于百萬分之500的氧 氣等級氣氣或氮氣的惰性氣體的嚴格控制的大氣的室內部。一旦各層被分布，部分幾何體 的各2D切片就通過將激光能量選擇性地施加到粉末表面，通過利用高頻掃描鏡沿著X軸與 Y軸引導聚焦的激光束而烙合。激光能量足夠強烈W允許顆粒完全烙化（焊接）W形成固 體金屬。此過程逐層重復直到完成此部分。
[0007] 最適于SLM過程的此應用類型是具有薄壁與隱藏間隙或通道的復雜幾何體與結 構。當制造混合形式時，其中固體與部分形成或格架式幾何體可W-起生產W形成單個物 體，可W獲得益處。
[0008] 由化rnon等描述的散熱器具有一體地連接在一起的基部部分與熱交換部分。由 此，基部部分與熱交換部分是作為單個鑄造單元制造的單個連續實體。由化rnon等描述的 散熱器的熱交換部分具有復雜的S維結構，但是由化rnon等提出的結構中沒有任何一個 具有減小的材料厚度。
[0009] 然而，通過本發明人已經發現，通過使用冷或熱交換結構可W獲得非常有效的散 熱器，其中材料密度隨著與待冷卻的熱發生設備的距離而減小。
【發明內容】
[0010] 根據本發明提供了用于冷卻熱發生設備的散熱器，所述散熱器包括：
[0011] 本體部分，其具有用于接觸熱發生設備的第一表面；W及
[0012] 冷卻部分，其連接到本體部分的第二表面并且保持冷卻結構；
[0013] 其中所述冷卻結構或者所述冷卻結構的至少一部分的所述材料密度隨著到所述 本體部分的所述第二表面和/或第一表面的距離增加而減小。
[0014] 當沿著基本上垂直于本體部分的第一表面的方向截取時，可W觀察或測量到冷卻 結構的材料密度隨著到本體部分的第二表面和/或第一表面的距離的增加而減小。
[0015] 根據本發明的實施方式，第一表面是本體部分的第一外表面并且第二表面是本體 部分的第二外表面。第二表面相對于第一表面也在本發明的一個或多個實施方式內。
[0016] 當限定基本上垂直于本體部分的第一表面并且穿過本體部分的中屯、的中屯、線或 軸時，冷卻結構或者冷卻結構的至少一部分的材料密度隨著到該中屯、軸的距離增加而減小 在本發明的實施方式內。由此，當限定基本上垂直于本體部分的第一表面并且穿過本體部 分的中屯、的中屯、線或軸時，冷卻結構或者冷卻結構的至少一部分的材料密度在沿著所述中 屯、軸測量時可W隨著本體部分的第二表面和/或第一表面的距離增加而減小，并且可W隨 著到所述中屯、軸的距離增加進一步減小。
[0017]冷卻部分保持網格或柵格或格架狀冷卻結構，其可W是=維網格或柵格或格架狀 冷卻結構在本發明的一個或多個實施方式中。
[0018] 冷卻結構可W由限定空氣和/或液體流動通道的材料結構制成，并且由在冷卻結 構內的空氣和/或液體流動通道占據的總空間可W隨著到本體部分的第二表面和/或第一 表面的距離增加而增加。冷卻結構可W限定不同方向的多個空氣和/或液體流動通道，由 此多個空氣和/或液體流動通道彼此相交或者交叉。
[0019] 對于具有格架狀冷卻結構的本發明的實施方式來說，然后格架狀冷卻結構的至少 一部分可W由在連接點處連接到彼此的不同定向的格架元件形成，并且對于在連接點處連 接到彼此的多個不同定向的格架元件，材料密度可W隨著到本體部分的第二表面和/或第 一表面的距離增加而減小。
[0020] 對于具有網格或柵格或格架狀冷卻結構的實施方式來說，然后網格或柵格狀冷卻 結構可W由限定空氣和/或液體流動通道的材料結構制成，并且由在冷卻結構內的空氣和 /或液體流動通道占據的總空間可W大于由冷卻結構的材料部分占據的總空間。
[0021] 本發明還覆蓋具有網格或柵格或格架狀冷卻結構的實施方式，其中，=維柵格或 格架狀冷卻結構是空間柵格結構。運里，空間柵格結構可W是基本上模塊化空間柵格結構。
[0022] 對于具有網格或柵格或格架狀冷卻結構的實施方式來說，網格或柵格或格架狀冷 卻結構可W由限定空氣和/或液體流動通道的實體材料結構制成。然而，本發明還覆蓋其 中柵格或網格狀冷卻結構由限定空氣和/或液體流動通道的材料制成，并且其中所述材料 結構的至少一部分是中空的實施方式。
[0023] 對于具有網格或柵格或格架狀冷卻結構的實施方式來說，柵格或格架狀冷卻結構 可W由限定空氣和/或液體流動通道的材料結構制成，該流動通道從連接到第二表面的冷 卻結構的內部部分到冷卻結構的外結合部的具有從5mmW下增加到5mmW上的直徑。
[0024] 本體部分的厚度從本體部分的外邊緣或多個外邊緣到本體部分的中屯、向內地增 加在本發明的一個或多個實施方式內。本體部分的厚度可W從本體部分的外邊緣或多個外 邊緣到本體部分的中屯、在全部方向中向內地增加。本體部分的厚度當沿著任意邊緣部分測 量時可W小于在本體部分的中屯、處測量的厚度。
[0025] 本發明覆蓋一個或多個實施方式，其中本體部分的第一表面覆蓋本體部分的外表 面的至少中屯、部分。
[00%] 本發明還覆蓋一個或多個實施方式，其中本體部分具有保持第一表面的下外表 面，并且其中第二表面的至少一部分形成冷卻結構連接至其的基本上向上延伸的上表面。 根據本發明的一個或多個實施方式，然后第二表面的至少一部分形成冷卻結構連接至其的 基本上向上彎曲的上表面。第二表面的至少一部分可W形成冷卻結構連接至其的基本上向 上的圓頂狀上表面。第二表面或上表面可W基本上形成為旋轉表面。
[0027] 本發明還覆蓋其中所述第二表面的至少一部分形成所述冷卻結構連接至其的基 本上向上的圓錐狀或金字塔狀的上表面的實施方式。
[0028] 第一表面是本體部分的外表面并且第二表面是本體部分的內表面在本發明的一 個或多個實施方式內。運里，冷卻結構可W向內指向。
[0029] 根據本發明，冷卻部分與冷卻結構可WW幾種不同方式成形。由此，冷卻結構可W 包括從第二表面突出或延伸的多個翅片。翅片的厚度或寬度可W在遠離本體部分的第二表 面的一個或多個方向中向外地減小。翅片可W是板狀或針狀。
[0030] 對于本發明的散熱器來說，優選的是本體部分與具有冷卻結構的冷卻部分一體地 連接到彼此。
[0031] 當制造本發明的散熱器時可W使用不同材料。由此，本體部分、冷卻部分和/或 冷卻結構可W由諸如侶或銅的金屬制成，或者由諸如氮化侶（AIN)或碳化娃的工業陶瓷制 成，或者由含有諸如石墨締或碳納米管的石墨和/或碳的合成物制成。
[0032]為了獲得散熱器冷卻結構的較大表面，本發明還覆蓋其中冷卻結構的至少一部分 具有微結構表面的實施方式。本發明還覆蓋其中冷卻結構的至少一部分具有納米結構表面 的實施方式。
[0033] 根據本發明，還提供了用于制造根據上述實施方式中的一個或多個的散熱器的方 法，其中此方法包括增材制造過程。運里，增材制造過程可W包括選擇性激光烙化（SLM)過 程。SLM過程可W利用金屬來形成S維網格或柵格狀冷卻結構，其中金屬可W是侶或銅。
[0034] 當結合附圖閱讀時通過下面的詳細描述理解多個實施方式。
【附圖說明】
[0035] 圖1示出了現有技術散熱器；
[0036] 圖2示出了根據本發明的具有網格、柵格或格架狀冷卻結構的散熱器的第一實施 方式；
[0037] 圖3示出了在圖