專利名稱：一種制造熱匯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造熱匯的方法。具體地，本發(fā)明涉及一種制造具有高散熱片密度的熱匯的方法。
背景技術(shù)：
與印刷電路板連接的電子元件在工作時散發(fā)熱量，因此需要進行冷卻，以防止元件溫度快速增加造成損壞。
為此，經(jīng)常使用熱匯來擴大這類元件的散熱面積。但是，包括這類元件的裝置由于技術(shù)進步變得越來越小，這也以相應(yīng)方式影響到熱匯的尺寸。然而元件的散熱量未能相應(yīng)減小。因此，對熱匯效率產(chǎn)生了更高的要求，因此，需要將熱匯冷卻能力和熱匯尺寸之比最大化。
圖2顯示了一種通用型熱匯51，右邊局部剖開。熱匯包括頂板53，底板55和多個連接到頂板和底板的腹板或散熱片57。材料一般用鋁合金。頂板53和底板55分別有用作固定面的上表面59和下表面61來固定發(fā)熱的電子元件63(為了簡潔起見只顯示上表面59上的元件)。這些元件63可粘接或通過其他適合的方式連接到表面。電子元件63工作時產(chǎn)生熱量，熱量傳遞到熱匯51，再散布到散熱片57。散熱片之間的間隙65用作通道，供未顯示的強迫對流空氣通過，冷卻熱匯的散熱片57，加熱的空氣傳遞到周圍環(huán)境中。高效的熱匯要求散熱片間距盡可能小(即高散熱片密度)，這意味著散熱表面擴大。
這種高散熱片密度熱匯的研究和開發(fā)正在繼續(xù)進行，現(xiàn)有技術(shù)中已有多種制造方法。但是，許多現(xiàn)有技術(shù)的方法存在各種缺點，導(dǎo)致了熱匯不能滿足規(guī)定的冷卻要求。
一種制造上述類型熱匯的方法是通過單個步驟擠壓出整個熱匯。然而，擠壓和壓鑄的加工限度約束了散熱片高度與空氣間隙寬度之比，由此不能實現(xiàn)要求的形狀，即高散熱片密度結(jié)構(gòu)。
為了克服這個缺點，提出了另外的方法，即用多個平行的散熱片77與兩塊底板73，75組裝，如圖3示意性顯示。在這種情況下，各塊板通過單獨步驟進行擠壓。頂板和底板73，75上設(shè)置凹槽79，用于在裝配整個熱匯形狀71時與對應(yīng)的散熱片77配合。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很明顯，與上面介紹的整體擠壓的方法相比，采用這種方法更加容易實現(xiàn)所要求的散熱片高度與空氣間隙寬度之比，但是這種裝配非常耗時。此外，散熱片77需要以某種方式連接到頂板和底板73，75的凹槽中。
在另一種方法中，如圖4所顯示，擠壓出長度部分91，其包括由腹板97連接的上下基板部分93，95。各個長度部分91設(shè)置了上和下槽口99，101，以及上和下凸部103，105，在安裝各個長度部分時，將凸部裝配到各相鄰長度部分91的槽口中。然后再將這些長度部分互相粘接起來形成完整的熱匯。盡管這個方法與前面的方法相比裝配時間較少，而且很容易實現(xiàn)較高的散熱片高度與空氣間隙寬度之比，但各個長度部分仍需要通過某種方式粘接到一起。
如上所述，所有的方法都要求以某種方式進行粘接。下面給出各種粘接方法及其不適合用于這種場合的原因。
如果粘接材料是粘接劑，裝配部件之間接合處的導(dǎo)熱率將很低，因為粘接劑的熱傳遞系數(shù)一般都很低。當然，如果采用包括如銀粉末的特殊粘接劑，熱傳遞系數(shù)可足夠高，但是這樣的粘接劑非常貴。
釬焊和傳統(tǒng)的焊接方法作為連接方式則意味著各部分的廣泛加熱。要求加熱到很高溫，一般整個結(jié)構(gòu)被強烈加熱，因此，可能發(fā)生材料變形，導(dǎo)致材料報廢。此外，添加物如釬料金屬添加到相連接部件之間的接合處，這將導(dǎo)致熱匯的整體熱傳導(dǎo)性能下降。此外，在釬焊和焊接之前要求對進行裝配的部件進行徹底的清潔。
如美國專利6 138 352所示，進行裝配的部件還可以壓配合。因此制造這些部件的誤差要求很嚴格，這使得采用這種方法的成本更高。此外進行裝配的部件之間接頭可能產(chǎn)生氧化，這將降低熱匯的整體導(dǎo)熱性。此外，由于各個部件的誤差限制，散熱片和基板之間接頭中還會產(chǎn)生氣孔。這些氣孔降低了至散熱片的熱傳導(dǎo)性，還降低了基板側(cè)向的熱傳導(dǎo)率。此外，當擰緊螺釘時，設(shè)置在頂板或底板的螺紋孔會影響到壓接接頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡單可靠的，因此具有成本效率的，制造具有高散熱片密度的高性能熱匯的方法。
本發(fā)明的另一目的是提出一種制造高性能熱匯的方法，該方法沒有現(xiàn)有技術(shù)的方法所存在的缺點。
根據(jù)本發(fā)明可實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的方法具有獨立權(quán)利要求所述的特征。
在本發(fā)明的第一實施例中，該方法包括步驟將多個長度部分互相平行并排對齊設(shè)置，所述長度部分的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比腹板部分的寬度大；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；和通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將所述長度部分連接到一起。
在本發(fā)明的第二實施例中，該方法包括步驟擠出具有細長形狀的桿，所述桿的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比腹板部分的寬度大；將所述細長形狀桿切割成多個長度部分；將多個長度部分互相平行并排對齊設(shè)置；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；和通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將所述長度部分連接到一起。
在本發(fā)明的第三實施例中，該方法包括步驟彎曲多個長度部分，所述長度部分的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比腹板部分的寬度大；互相平行并排地對齊設(shè)置所述多個長度部分；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰的平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；和通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將所述長度部分連接到一起。
摩擦攪動焊(FSW)，是由劍橋的焊接研究所(TWI)在90年代開發(fā)出的一種新焊接方法，其顯示出對鋁焊接，包括壓鑄鋁焊接，有良好效果。在FSW工藝中，帶有肩部和銷的可轉(zhuǎn)動圓柱形工具強迫進入進行焊接的兩個部件的接頭。工具可轉(zhuǎn)動地固定到卡盤機構(gòu)或類似機構(gòu)。進行焊接時，轉(zhuǎn)動的圓形工具壓入材料中，在工具的維持壓力下沿接頭移動。由于工具與材料摩擦使材料局部加熱。這種摩擦加熱使材料塑性化。工具的移動形成將兩個部分連接到一起的塑性材料隆起。同時，表面的氧化物氣化。金屬推向工具周圍和后面，形成可防止氣孔和裂紋出現(xiàn)的焊縫。在這個過程中金屬不會熔化。工具和材料之間接觸表面在大約500℃只是出現(xiàn)塑性化(當材料為鋁時)。受到加熱的區(qū)域很窄，并且一般地，焊縫的溫度加熱到200到300℃只持續(xù)幾秒鐘。
在平行設(shè)置的長度部分應(yīng)用摩擦攪動焊，實現(xiàn)了通過簡單和快速方式將各個長度部分連接到一起。
與傳統(tǒng)的釬焊和焊接方法比較，摩擦攪動焊是一種低溫焊接方法。因此，可使材料中的拉應(yīng)力、熱應(yīng)力和強度下降減少，由此，不會發(fā)生材料變形。
此外，由于在摩擦攪動焊的過程中不添加釬焊或焊接材料，在整個熱匯的所有方向上的導(dǎo)熱性能都得到保持。
此外，與上面介紹的壓力裝配方法比較，焊接到一起的長度部分可具有粗略的誤差。這樣就簡化了長度部分的制造及其裝配。
由于這個方法包括裝配多個長度部分，所以，與整個熱匯是擠出的情況相比，很容易實現(xiàn)高散熱片密度的熱匯。
此外，在焊接前，不需要對長度部分進行任何特殊的準備工序，就可以形成很深的焊縫。
另外，現(xiàn)有技術(shù)的進行裝配的部件之間接頭中的氣孔和氧化物問題也得到解決，因氧化物和其他雜質(zhì)在摩擦攪動焊接過程中溶解。
對齊步驟最好是包括對齊預(yù)定數(shù)量的長度部分?？蓪崿F(xiàn)根據(jù)冷卻要求和將整個熱匯的形狀適合于特定市場要求來制造高性能熱匯的靈活辦法。
擠出步驟最好包括擠出基本為I、U、S形的部件。因此，通過擠出和/或彎曲操作很容易制造出簡單的形狀，這有助于裝配和連接高散熱片密度的熱匯。但是，因為I形具有對稱性，優(yōu)選形狀是I形，并且當切割步驟后將長度部分收集到箱子中時I形也具有優(yōu)越性。
當只有一摩擦攪動焊縫施加到平行設(shè)置的長度部分的端部時，用于懸掛熱匯或連接元件的螺紋孔可以有許多空間，因此，螺紋孔不會與摩擦攪動焊縫發(fā)生干涉。
所有的步驟都適合在計算機控制裝置的監(jiān)控下通過自動方式進行。由此實現(xiàn)了全自動系統(tǒng)，無需或只要很少人的干預(yù)，這樣加速了制造過程。


現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行介紹，附圖中，圖1a是根據(jù)本發(fā)明的高散熱片密度熱匯制造方法的示意性側(cè)視圖；圖1b是圖1a中高散熱片密度熱匯方法的示意性頂視圖；
圖1c是熱匯長度部分的I形橫截面圖；圖1d是熱匯長度部分的U形橫截面圖；圖1e是熱匯長度部分的S形橫截面圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高散熱片密度熱匯的部分剖開透視圖；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝配高散熱片密度熱匯的方法的示意性側(cè)視圖；和圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝配高散熱片密度熱匯的另一方法的示意性側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1a和1b分別是根據(jù)本發(fā)明的制造圖2所示類型熱匯1的方法的側(cè)視和頂視圖。從圖中可清楚看出，熱匯1是由5個長度部分3裝配而成，各自具有基本為I型的截面，截面包括第一端部5，第二端部7和連接第一和第二端部的腹板部分9。這些長度部分3最好是從未顯示的細長形狀桿切割而成，細長形狀桿具有與5個長度部分相同的截面形狀。這截面形狀最好通過擠出工藝形成。從圖中還可以看出，第一端部5和第二端部7的寬度比腹板部分9的寬度大。因此，當5個長度部分并排平行放到一起互相對齊時，如圖1a所示，相鄰長度部分的第一和第二端部的接觸表面11將互相對接。
在這樣的設(shè)置中，平行設(shè)置的長度部分通過未顯示的夾緊裝置夾到一起，使接觸表面11互相壓緊?，F(xiàn)在各個長度部分3通過摩擦攪動焊(FSW)互相連接到一起。摩擦攪動焊的原理在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并已在本技術(shù)說明的“發(fā)明內(nèi)容”部分作出介紹。從圖1a和圖1b可看到，摩擦攪動焊縫13的一條焊縫位于頂面15，另一個位于夾緊的長度部分的底面17。摩擦攪動焊接銷19在5個長度部分3上橫向移動(用箭頭F表示)，施加壓力到夾緊的長度部分的表面，并同時進行轉(zhuǎn)動。在摩擦攪動焊接銷19和長度部分材料之間產(chǎn)生摩擦熱，由于熱量只是造成局部軟化和塑性化，因此，在相鄰長度部分之間的接頭塑性化的材料進行混合，并當摩擦攪動焊接銷19通過后固化。從而形成摩擦攪動焊焊縫，其深度根據(jù)強度要求來決定圖1c和1e顯示了上述長度部分3，3｀，3｀｀的不同優(yōu)選截面。圖1c顯示了基本為I型的截面，如參考圖1a，1b所作介紹。圖1d是基本為U型的截面，而圖1e顯示了基本為S型的長度部分。所有這些長度部分3，3｀，3｀｀ 可通過擠出操作形成細長形狀桿，然后根據(jù)具體用途切割成適當長度。U型和S型的長度部分5，5｀還可以通過彎曲操作來形成。
當然本發(fā)明并不限于上面提到的長度部分的裝配方法，長度部分還可以采用其他制造簡單和可裝配出高散熱片密度熱匯的形式。
權(quán)利要求
1.一種制造具有高散熱片密度的熱匯的方法，其包括步驟將多個長度部分互相平行并排對齊設(shè)置，所述長度部分的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比所述腹板部分的寬度大；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；和通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將所述長度部分連接到一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對齊步驟包括對齊預(yù)定數(shù)量的長度部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所有步驟都在計算機控制裝置監(jiān)控下以自動方式進行。
4.一種制造具有高散熱片密度的熱匯的方法，其包括步驟擠出具有細長形狀的桿，所述桿的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比所述腹板部分的寬度大；將所述細長形狀桿切割成多個長度部分；將所述多個長度部分互相平行并排對齊設(shè)置；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；和通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將所述長度部分連接到一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述對齊步驟包括對齊預(yù)定數(shù)量的長度部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述擠出步驟包括擠出基本為I形的元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述擠出步驟包括擠出基本為U形的元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述擠出步驟包括擠出基本為S形的元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所有步驟都以自動方式在計算機控制裝置的監(jiān)控下進行。
10.一種制造具有高散熱片密度的熱匯的方法，其包括步驟彎曲多個長度部分，所述長度部分的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比所述腹板部分的寬度大；互相平行并排地對齊設(shè)置所述多個長度部分；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；和通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將所述長度部分連接到一起。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述對齊步驟包括對齊預(yù)定數(shù)量的長度部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述彎曲步驟包括基本為U形元件的彎曲。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述彎曲步驟包括基本為S形元件的彎曲
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所有步驟都在計算機控制裝置的監(jiān)控下以自動方式進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造具有高散熱片密度的熱匯的方法，其包括步驟互相平行并排對齊設(shè)置多個長度部分，所述長度部分的橫截面包括第一端部、第二端部和連接所述第一和第二端部的腹板部分，所述第一和第二端部的寬度比腹板部分的寬度大；將平行設(shè)置的長度部分夾緊在一起，使相鄰的平行長度部分的所述第一和第二端部互相對接；然后通過在平行設(shè)置的長度部分的端部施加至少一摩擦攪動焊(FSW)焊縫將長度部分連接到一起。
文檔編號F28F3/02GK1557116SQ02818670
公開日2004年12月22日 申請日期2002年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者M·奈奎斯特, M 奈奎斯特 申請人:埃默森能源系統(tǒng)有限公司