散热结构的制作方法

本发明涉及一种散热结构。

背景技术：

已知一种散热结构，该散热结构在壳体内部包括加热元件和热沉式部件，并且该散热结构将从发热元件生成的热量经由热沉式部件传导至壳体并进一步将热量从壳体消散到外部空气。在这种散热结构中，从加热元件生成的热量如何有效地消散到外部空气是重要的。

专利文献1公开了一种散热结构(电子仪器)，该散热结构包括第一平坦部和第二平坦部，该第一平坦部面对加热元件(加热部件)，其中，该第一平坦部包括从第二平坦部朝向加热部件侧突出的导热片，第一平坦部中的加热部件侧上的表面被热耦接至加热部件，并且第二平坦部中的与加热部件相反一侧上的表面被热耦接至存储体的内表面。

引文列表

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利申请公开第2016-042582号

技术实现要素：

技术问题

顺便提及，当从加热元件生成的热量经由热沉式部件传导到壳体时，壳体的温度升高。在散热结构中，通常规定了壳体的外表面中的上限温度(例如，散热结构的表面温度的标准值)。换句话说，壳体的外表面的整个区域需要小于或等于上限温度。

图8是示出涉及待由本发明解决的问题的散热结构的示意图(剖视图)。注意，图8中所示的右手xyz坐标用于方便描述部件的位置关系。如图8中所示，散热结构910包括：壳体904，该壳体被构造成用以容纳加热元件901；以及热沉式部件902，该热沉式部件被构造成用以直接地或间接地吸收来自加热元件901的热量，并且经由存在于壳体904的内部空间903中的空气将热量传导至壳体904。热沉式部件902以非接触方式面对壳体904。

在内部空间903中，在竖直方向上的上侧的空气的温度相对较高，而在竖直方向上的下侧的空气的温度相对较低。例如，假定x轴方向为图8中的竖直方向。在内部空间903中，由加热元件901和已经吸收了加热元件901的热量的热沉式部件902加热的空气膨胀并降低密度，因此由于密度差所引起的浮力而上升(在下文中，该状态被表示为自然对流)。因此，内部空间903中的在竖直方向上的上侧(x轴方向的正侧)上的区域903a中的空气温度变得相对较高，而在内部空间903中的在竖直方向上的下侧(x轴方向的负侧)上的区域903b中的空气温度变得相对较低。在与这样状态的内部空间903接触并且经由内部空间903中的空气被传导热量的壳体904中，在竖直方向上的上侧的部分904a的温度变得相对较高，而在竖直方向上的下侧的部分904b的温度变得相对较低。

当散热结构910的壳体904中的温度分布处于不均匀状态时，壳体904中温度最高的在竖直方向上的上侧的部分904a必须小于或等于上限温度。因此，在壳体904中温度相对较低的在竖直方向上的下侧上的部分904b中，温度比上限温度低很多。换句话说，在壳体904中温度相对较低的在竖直方向上的下侧的部分904b中，仍然留有能够放热的空间，并且放热性能还没有得到充分利用。

这样，当壳体中的温度分布处于不均匀状态时，散热结构910的散热效率不良。因此，在散热结构中，期望以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

鉴于上文描述的背景做出了本发明，并且本发明旨在提供如下结构，其能够以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布接近均匀状态。

问题的解决方案

本发明提供一种散热结构，该散热结构包括：壳体，该壳体被构造成用以容纳加热元件；以及热沉式部件，该热沉式部件被构造成用以直接地或间接地吸收来自加热元件的热量、以非接触方式面对壳体，并且经由存在于壳体的内部空间中的空气将热量传导至壳体，其中，至少热沉式部件或壳体被构造为使得：当从加热元件生成热量时，热沉式部件与壳体之间的距离在内部空间的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。

此外，本发明提供了一种散热结构的制造方法，该散热结构包括：壳体，该壳体被构造成用以容纳加热元件的壳体；以及热沉式部件，该热沉式部件被构造成用以直接地或间接地吸收来自加热元件的热量，并经由存在于壳体的内部空间中的空气将热量传导至壳体，并将至少热沉式部件或壳体形成为使得：当从加热元件生成热量时，热沉式部件与壳体之间的距离在内部空间的温度相对容易升高的区域中与在内部空间的温度相对不容易升高的区域中相比变得更近。

发明的有益效果

根据本发明，热量能够从热沉式部件以如下方式传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布接近均匀状态。

附图说明

图1是描述本发明的概要的视图；

图2是示出根据示例实施例1的散热结构的示意性构造的平面图；

图3是沿图2中的线iii-iii的剖视图；

图4是示出根据示例实施例2的散热结构的示意性构造的剖视图；

图5是示出根据示例实施例3的散热结构的示意性构造的剖视图；

图6是示出根据示例实施例4的散热结构的示意性构造的剖视图；

图7是示出根据示例实施例5的散热结构的示意性构造的剖视图；以及

图8是示出涉及本发明要解决的问题的散热结构的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例实施例。为了描述的清楚，适当地省略并简化了以下描述和附图。在每个附图中，相同的附图标记被赋予相同的元件，并且根据需要省略了重复的描述。另外，附图中示出的右手xyz坐标用于方便描述部件的位置关系。

[本发明的特征]

在描述本发明的示例实施例之前，首先描述本发明的特征的概述。注意，根据本发明的散热结构是使用热沉式部件的自然空气冷却型，其不限于特定领域的仪器，而可以是其中包括加热元件的任何仪器，诸如电子仪器。因此，在下面的描述中，散热结构的结构为尽可能简化的形式。

图1是描述本发明的概要的视图。如图1中所示，散热结构10包括：壳体4，该壳体被构造成用以容纳加热元件1；以及热沉式部件2，该热沉式部件被构造成用以直接地或间接地吸收来自加热元件1的热量，并且经由存在于壳体4的内部空间3中的空气将热量传导至壳体4。热沉式部件2以非接触方式面对壳体4。

壳体4是设备的外部。壳体4通常由多个部件构造并组装，但为了方便起见在本文中被示为一体式部件。另外，尽管用于进气和排气的孔通常形成在壳体4中，以便有效地执行自然空气冷却，但根据本发明的散热结构不管是否存在孔都能够发挥期望的效果，并且因此，下面描述了在壳体4中没有形成用于进气和排气的孔的情况。

加热元件1是存储在壳体4内部并自动生成热量的部件，并且包括各种各样的部件，诸如基板上的电子部件、以及电机。尽管在诸如电子仪器的设备中，在壳体4内部通常存在多个加热元件，但为了简化起见，下面给出假定一个加热元件的描述。热沉式部件2表示通常具有热量的传导、扩散和消散的功能和任务的结构，而与形式无关。

在散热结构10中，加热元件1与热沉式部件2之间的接触通常是跨导热介质构件(诸如导热片或油脂)的间接接触，而不是直接接触。然而，由于加热元件1与热沉式部件2之间的接触是直接的还是间接的在描述本发明时没有特别的影响，所以省略了导热介质构件的图中图示和描述。壳体4的内部空间3在很多情况下以阈值、结构等划分为多个部分，但为了方便起见，在下面的描述和附图中被示出为一体的。

在自然空气冷却型的散热结构10中，内部空间3中的温度分布通常处于不均匀状态。尽管存在造成内部空间3中的温度差的多种因素，但空气的自然对流例如是可以想到的。换句话说，由于自然对流，内部空间3中温度相对较高的空气向上移动，而温度相对较低的空气向下移动。

假定在散热结构10中，当从加热元件1生成热量时，内部空间3的温度相对不容易升高的区域是低温区域3b，而内部区域3的温度相对容易升高的区域是高温区域3a。在散热结构10中，至少热沉式部件2或壳体被构造为使得热沉式部件2与壳体4之间的距离在低温区域3b中与在高温区域3a中相比变得更近。换句话说，至少热沉式部件2或壳体4的形状被调节为使得在低温区域3b中的热沉式部件2与壳体4之间的距离l2与在高温区域3a中的热沉式部件2与壳体4之间的距离l1相比变得更近。

在散热结构10的制造中，当从加热元件1生成热量时，至少热沉式部件2或壳体4被形成为使得热沉式部件2与壳体4之间的距离在内部空间3的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间3的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。

由此，热量能够以如下方式从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

示例实施例1

在下文中，参照附图描述本发明的示例实施例1。

首先，描述了根据本发明的示例实施例1的散热结构的构造。

图2是示出根据示例实施例1的散热结构110的示意性构造的平面图。图3是沿图2中的线iii-iii的剖视图。在本文中，x轴方向是竖直方向(在x轴方向上，正侧是上侧，而负侧是下侧)。如图2和图3中所示，散热结构110包括加热元件1、壳体4和热沉式部件102。

加热元件1的热量通过部件间的热传导被传递到热沉式部件102。壳体4的内部空间103中的空气通过来自已经吸收来自加热元件1的热量的热沉式部件102的热量的传导而被加热。由于经由内部空间103中的空气的热传输和热排放，所以壳体4通过从热沉式部件102接收热量而温度升高，并且进一步将热量消散到外部空气。

在内部空间103中，由于自然对流，所以温度相对较高的空气向上移动，而温度相对较低的空气向下移动。因此，在图3中所示的壳体4的内部空间103中，沿竖直方向上的上侧变为温度变得相对较高的高温区域103a，而竖直方向上的下侧变为温度变得相对较低的低温区域103c。另外，竖直方向上的中间部分变为处于高温区域103a与低温区域103c之间的温度范围的中温区域103b。

在热沉式部件102中，在与内部空间103的温度相对不容易升高的区域(低温区域103c)接触的表面上形成有第一凸出部105，该第一凸出部朝向壳体4延伸并具有以非接触方式面对壳体4的顶端部。另外，在热沉式部件102中，在与内部空间103的温度相对容易升高的区域(高温区域103a)接触的表面上形成有第一凹陷部106。假定热沉式部件102与壳体4之间的距离在高温区域103a中为l3，在中温区域103b中为l4，并且在低温区域103c中为l5，则这些距离的大小关系是l3>l4>l5。换句话说，热沉式部件102被构造为使得当从加热元件1生成热量时，热沉式部件102与壳体4之间的距离在内部空间103的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间103的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。

热沉式部件102和壳体4之间的距离与热沉式部件102和壳体4之间的热量传递量有关，并且当热沉式部件102与壳体4之间的距离相对较短时，热量传递量变得比距离相对较长时大。换句话说，当热沉式部件102与壳体4之间的距离更近时，从热沉式部件102到壳体4的热量传递量增加。

如上文描述的，在内部空间103中，高温区域103a中的温度相对较高，低温区域103c中的温度相对较低，并且中温区域103b的温度处于高温区域103a与低温区域103c之间的温度范围内。另一方面，如上文描述的，由于热沉式部件102与壳体4之间的距离为l3＞l4＞l5，所以在高温区域103a中，热量相对不容易被传导至壳体4中的接触部分(部分4a)，而在低温区域103c中，热量相对容易被传导至壳体4中的接触部分(部分4c)。另外，在中温区域103b中，向壳体4中的接触部分(部分4b)的热传导的容易性处于高温区域103a与低温区域103c之间。因此，能够以如下方式使壳体4中的温度分布均匀：与在内部空间103的温度相对容易升高的区域中相比，在内部空间103的温度相对不容易升高的区域中使热沉式部件102与壳体4之间的距离更近，而使得热量不容易传递。

因此，根据本示例实施例的散热结构110能够以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

示例实施例2

在下文中，参考附图描述了本发明的示例实施例2。在根据示例实施例1的散热结构中，热沉式部件的形状被调节为使得当从加热元件生成热量时，热沉式部件与壳体之间的距离在内部空间的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间中的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。相反，在根据示例实施例2的散热结构中，不调节热沉式部件的形状，而是调节壳体的形状。

图4是示出根据示例实施例2的散热结构210的示意性构造的剖视图。注意，图4对应于图3中所示的示例实施例1中的散热结构110的剖视图。图4中所示的右手xyz坐标与图3中的xyz坐标一致，并且x轴方向是竖直方向。如图4中所示，散热结构210包括加热元件1、壳体204和热沉式部件2。

在内部空间203中，由于自然对流，所以竖直方向上的上侧变为温度相对容易升高的高温区域203a，竖直方向上的下侧变为温度相对不容易升高的低温区域203c，并且竖直方向上的中间部分变为处于高温区域203a与低温区域203c之间的温度范围的中温区域203b。在壳体204中，在与内部空间203的温度相对不容易升高的区域(低温区域203c)接触的表面上形成有第二凸出部207，该第二凸出部朝向热沉式部件2延伸并具有以非接触方式面对热沉式部件2的顶端部。另外，在壳体204中，在与内部空间203的温度相对容易升高的区域(高温区域203a)接触的表面上形成有第二凹陷部208。

假定热沉式部件2与壳体204之间的距离在高温区域203a中为l6，在中温区域203b中为l7，并且在低温区域203c中为l8，则l6＞l7＞l8。换句话说，壳体204被构造为使得当从加热元件1生成热量时，热沉式部件2与壳体204之间的距离在内部空间203的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间203的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。如在根据示例实施例1的散热结构110中那样，可以通过如下方式使使壳体4中的温度分布均匀：与在内部空间203的温度相对容易升高的区域中相比，在内部空间203的温度相对不容易升高的区域中使热沉式部件2与壳体204之间的距离更近。

因此，根据本示例实施例的散热结构210能够以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

示例实施例3

在下文中，参考附图描述了本发明的示例实施例3。如在根据示例实施例2的散热结构中那样，在根据示例实施例3的散热结构中，壳体的形状被调节为使得当从加热元件生成热量时，热沉式部件与壳体之间的距离在内部空间的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间的温度相对较容易升高的区域中相比变得更近。

图5是示出根据示例实施例3的散热结构310的示意性构造的剖视图。注意，图5对应于图3中所示的示例实施例1中的散热结构110的剖视图。图5中所示的右手xyz坐标与图3中的右手xyz坐标一致，并且x轴方向是竖直方向。如图5中所示，散热结构310包括加热元件1、壳体304和热沉式部件2。

在内部空间303中，由于自然对流，所以温度朝向竖直方向上的上侧变高。壳体304中的面对热沉式部件2的壁表面304a被形成为使得热沉式部件2与壳体4之间的距离朝向竖直方向上的上侧变宽。因此，热沉式部件2与壳体304之间的距离在内部空间303的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间303的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。因此，根据本示例实施例的散热结构310能够以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

示例实施例4

在下文中，参考附图描述了本发明的示例实施例4。根据本示例实施例的散热结构具有将根据示例实施例1的散热结构的热沉式部件与根据示例实施例2的散热结构的壳体结合的结构。

图6是示出根据示例实施例4的散热结构410的示意性构造的剖视图。注意，图6对应于图3中所示的示例实施例1中的散热结构110的剖视图。图6中所示的右手xyz坐标与图3中的右手xyz坐标一致，并且x轴方向是竖直方向。如图6中所示，散热结构410包括加热元件1、壳体204和热沉式部件102。

如上文描述的，热沉式部件102中与低温区域403c接触的部分中形成有第一凸出部105，并且在与高温区域403a接触的部分中形成有第一凹陷部106。另外，壳体204中与低温区域403c接触的部分中形成有第二凸出部207，并且在与高温区域403a接触的部分中形成有第二凹陷部208。

假定热沉式部件102与壳体204之间的距离在高温区域403a中为l9，在中温区域403b中为l10，并且在低温区域403c中为l11，则l9＞l10＞l11。换句话说，热沉式部件102和壳体204被构造为使得当从加热元件1生成热量时，热沉式部件102与壳体204之间的距离在内部空间403的温度相对不容易升高的区域中与在内部空间403的温度相对容易升高的区域中相比变得更近。因此，根据本示例实施例的散热结构210能够以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

在根据本示例实施例的散热结构410中，当热沉式部件102和壳体204的材料不同时，能够获得变宽的调节宽度的辅助效果。这是因为构件的热导率取决于材料而不同。例如，在设置在热沉式部件102中的第一凸出部105的长度朝向壳体204延伸1mm的情况与设置在壳体204中的第二凸出部207朝向热沉式部件102延伸1mm的情况之间，虽然低温区域403c中的在热沉式部件102与壳体204之间的距离l11相同，但是待实现的壳体204的表面温度彼此不同。

示例实施例5

在下文中，参考附图描述了本发明的示例实施例5。在根据示例实施例1至4中每一个示例实施例的散热结构中，仅在热沉式部件面对壳体的一个方向上调节热沉式部件与壳体之间的距离，但不限于此。可以根据在热沉式部件面对壳体的多个方向中的每个方向上的温度的程度来调节热沉式部件与壳体之间的距离。

图7是示出根据示例实施例5的散热结构510的示意性构造的剖视图。注意，图7对应于图3中所示的示例实施例1中的散热结构110的剖视图。图7中所示的右手xyz坐标与图3中的右手xyz坐标一致，并且x轴方向是竖直方向。如图7中所示，散热结构510包括加热元件1、壳体4和热沉式部件502。在本文中，假定在散热结构510的内部空间503中，由于自然对流等的影响，在x轴方向和y轴方向之间会生成温差，并且温度在x轴方向上的正侧比在负侧高，而温度在y轴方向上的负侧比在正侧高。在散热结构510中，根据热沉式部件502面对壳体4的多个方向(在附图中由箭头p1、p2、p3和p4指示的方向)中的每个方向上的温度的程度来调节热沉式部件502与壳体4之间的距离。

在其中热沉式部件502沿箭头p1方向(在y轴方向上的正侧)且面对壳体4地存在的内部空间503中，假定温度相对较高的区域是高温区域503aa，温度相对较低的区域是低温区域503ac，并且处于高温区域503aa与低温区域503ac之间的温度范围的区域是中温区域503ab。热沉式部件502在与高温区域503aa接触的部分中设置有凹陷部506a，并且在与低温区域503ac接触的部分中设置有凸出部505a。因此，壳体4中的在垂直于箭头p1方向的表面上的温度分布是均匀的。

类似地，在其中热沉式部件502沿箭头p2方向(在y轴方向上的负侧)且面对壳体4地存在的内部空间503中，假定温度相对较高的区域是高温区域503ba，温度相对较低的区域是低温区域503bc，并且处于高温区域503ba与低温区域503bc之间的温度范围的区域是中温区域503bb。热沉式部件502在与高温区域503ba接触的部分中设置有凹陷部506b，并且在与低温区域503bc接触的部分中设置有凸出部505b。因此，壳体4中的在垂直于箭头p2方向的表面上的温度分布是均匀的。

类似地，在其中热沉式部件502沿箭头p3方向(在x轴方向上的负侧)且面对壳体4地存在的内部空间503中，假定温度相对较高的区域是高温区域503ca，温度相对较低的区域是低温区域503cc，并且处于高温区域503ca与低温区域503cc之间的温度范围的区域是中温区域503cb。热沉式部件502在与高温区域503ca接触的部分中设置有凹陷部506c，并且在与低温区域503cc接触的部分中设置有凸出部505c。因此，壳体4中的在垂直于箭头p3方向的表面上的温度分布是均匀的。

类似地，在其中热沉式部件502沿箭头p4方向(在x轴方向上的负侧)且面对壳体4地存在的内部空间503中，假定温度相对较高的区域是高温区域503da，温度相对较低的区域是低温区域503dc，并且处于高温区域503da与低温区域503dc之间的温度范围的区域是中温区域503db。热沉式部件502在与高温区域503da接触的部分中设置有凹陷部506d，并且在与低温区域503dc接触的部分中设置有凸出部505d。因此，壳体4中的在垂直于箭头p4方向的表面上的温度分布是均匀的。

因此，根据本示例实施例的散热结构510能够以如下方式将热量从热沉式部件传递到壳体，该方式使得壳体的温度分布变得接近均匀状态。

注意，在本示例实施例中，自然地，壳体的形状可以如示例实施例2中那样被调节，或者热沉式部件和壳体的形状可以如示例实施例4中那样被调节。另外，不言而喻的是，热沉式部件502面对壳体4的多个方向可以是多于四个方向。

注意，本发明不限于上文描述的示例实施例，并且在不脱离本发明的精神的情况下能够适当地修改。例如，在根据本发明的散热结构中，诸如壳体或热沉式部件的部件的材料可以是任何材料。尽管当部件的材料改变时，与热量传递关联的物理性质值(诸如导热率和辐射率)改变。然而，在本发明的使壳体的温度分布均匀的机构中，与热量传递关联的这些物理性质值的变化是无关的。因此，不管散热结构中的部件的材料如何，都能够应用本发明。

在上文描述的示例实施例中，热沉式部件的与内部空间的温度相对不容易升高的区域接触的部分和与内部空间的温度相对容易升高的区域接触的部分相比可以由具有更高导热率的材料形成。这使得能够进行这样的调节以使得壳体的温度分布更加均匀。

在根据本发明的散热结构中，设置在热沉式部件或壳体中的凸出部的形状并非仅限于诸如纵肋或箱形的总体形状。例如，凸出部的形状能够是任何凸出形状，诸如横向肋、交叉肋、圆柱或半圆柱。另外，设置在热沉式部件或壳体中的凹陷部的形状并非仅限于诸如长方体槽的总体形状。例如，凹陷部的形状能够是任何凹陷形状，诸如十字槽、圆柱槽或半圆柱槽。另外，凸出部或凹陷部的尺寸也可以是任何尺寸。不言而喻的是，能够通过这些部分中的每个的数量、形状和尺寸，而在较窄的范围或温度区内进行调节。

根据本发明的散热结构可以具有嵌套结构。换句话说，嵌套结构是散热结构a在散热结构b的壳体内部并且散热结构a用作散热结构b中的加热元件的结构。

尽管在上文描述的示例实施例中描述了通过在容纳加热元件的壳体的内部空间中的空气的自然对流而生成温差的情况，但本发明的应用目标不必限于这种情况。在其中除由于容纳加热元件的壳体的内部空间中的空气的自然对流之外的原因而生成温差的情况下，也可以通过应用根据本发明的散热结构使壳体的温度分布更接近均匀状态。

附图标记列表

1加热元件

2热沉式部件

3内部空间

4壳体

10散热结构