本發(fā)明涉及一種功率散熱裝置，特別涉及一種具有致冷芯片的功率散熱裝置。

背景技術(shù)：

為使電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)朝向大功率輸出、小體積尺寸發(fā)展，以應(yīng)用于各不同車(chē)型的有限的車(chē)輛空間，國(guó)際的驅(qū)控器發(fā)展持續(xù)朝向高功率密度方向發(fā)展。而驅(qū)控器的散熱系統(tǒng)，除考量額定功率輸出外，亦會(huì)考量峰值輸出的熱損失。但由車(chē)輛一般行駛的系統(tǒng)操作點(diǎn)觀(guān)之，可發(fā)現(xiàn)操作點(diǎn)多落于額定輸出(以下)的區(qū)域，在峰值輸出的操作極少。因此于一般操作狀態(tài)不需要進(jìn)行高熱損失的散熱，導(dǎo)致散熱器設(shè)計(jì)過(guò)大而無(wú)實(shí)質(zhì)應(yīng)用效益。而功率模塊在輸出變動(dòng)時(shí)，其功率元件的溫度會(huì)短時(shí)間內(nèi)增加，若高于功率元件所能承受的溫度限制則有燒毀的可能性。因此，目前的作法為將致冷芯片直接貼覆于功率元件。當(dāng)致冷芯片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，致冷芯片能夠直接對(duì)功率元件產(chǎn)生的熱量進(jìn)行解熱，以快速地降低功率元件的溫度。

然而，致冷芯片在不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)反而會(huì)產(chǎn)生熱阻效應(yīng)，即致冷芯片本身的熱傳導(dǎo)系數(shù)小，在不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)形成熱阻而使得功率元件所產(chǎn)生的熱難以傳導(dǎo)至散熱器。因此，如何發(fā)揮致冷芯片快速降溫的能力，又能夠降低致冷芯片的熱阻效應(yīng)則為研發(fā)人員應(yīng)解決的問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種功率散熱裝置，除了能夠發(fā)揮致冷芯片快速降溫的能力，又能夠降低致冷芯片的熱阻效應(yīng)。

本發(fā)明所揭露的功率散熱裝置，包含一導(dǎo)熱層、一散熱器及至少一致冷芯片。導(dǎo)熱層具有一吸熱面及一放熱面。散熱器熱接觸于導(dǎo)熱層的放熱面，并于散熱器上形成一熱傳導(dǎo)區(qū)。致冷芯片嵌設(shè)于散熱器內(nèi)，并位于熱傳導(dǎo)區(qū)周?chē)?。致冷芯片具有一致冷面。致冷芯片的致冷面垂直于?dǎo)熱層的吸熱面，且致冷面面向散熱器內(nèi)的熱傳導(dǎo)區(qū)，以令致冷芯片能夠冷卻散熱器的熱傳導(dǎo)區(qū)的熱量。

根據(jù)上述實(shí)施例所揭露的功率散熱裝置，通過(guò)垂直設(shè)置的致冷芯片，讓致冷芯片除了能夠發(fā)揮致冷芯片快速降溫的能力，又能夠降低致冷芯片的熱阻效應(yīng)。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖；

圖2為傳統(tǒng)功率散熱器、致冷芯片橫擺的功率散熱器與圖1的功率散熱裝置，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各功率元件的時(shí)間溫度關(guān)系圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖。

其中，附圖標(biāo)記

10、10a、10b、10c 功率散熱裝置

100 導(dǎo)熱層

110 吸熱面

120 放熱面

200 功率元件

210 第一側(cè)邊

220 第二側(cè)邊

300 散熱器

310 基部

320 鰭片

400 致冷芯片

410 致冷面

400a 第一致冷芯片

400b 第二致冷芯片

S 熱傳導(dǎo)區(qū)

N 法線(xiàn)

V 垂直方向

D1～D6 距離

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：

請(qǐng)參閱圖1。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖。

本實(shí)施例的功率散熱裝置10包含一導(dǎo)熱層100、一散熱器300及多個(gè)致冷芯片400。功率散熱裝置10將一導(dǎo)熱層100上的功率元件200所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱，以降低功率元件200的溫度。其中，功率元件200例如為一晶體管。

導(dǎo)熱層100例如為鋁基板。導(dǎo)熱層100具有相對(duì)的一吸熱面110及一放熱面120。

功率元件200迭設(shè)并電性連接于導(dǎo)熱層100的吸熱面110。功率元件200例如為晶體管。功率元件200例如具有一溫度安全值。當(dāng)功率元件200的工作溫度在溫度安全值以下時(shí)，功率元件200具有較高的工作效率。而當(dāng)功率元件200的工作溫度超過(guò)溫度安全值時(shí)，功率元件200的工作效率會(huì)下降，甚或當(dāng)機(jī)。因此，可設(shè)計(jì)一溫度預(yù)設(shè)值為溫度安全值的80％，當(dāng)工作溫度超過(guò)溫度預(yù)設(shè)值時(shí)，則驅(qū)動(dòng)主動(dòng)式散熱機(jī)制(如后所述的致冷芯片400)運(yùn)轉(zhuǎn)。

散熱器300例如為散熱鰭片，并熱接觸于導(dǎo)熱層100的放熱面120。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，散熱器300包含一基部310及多個(gè)鰭片320?；?10的一端熱接觸于導(dǎo)熱層100的放熱面120。這些鰭片320凸出于基部的另一端。當(dāng)功率元件200運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，功率元件200所產(chǎn)生的熱量經(jīng)導(dǎo)熱層100會(huì)傳導(dǎo)至散熱器300，而于散熱器300上形成一熱傳導(dǎo)區(qū)S。所謂熱傳導(dǎo)區(qū)S的定義為散熱器300中傳導(dǎo)功率元件200的下方垂直發(fā)熱量的區(qū)域。假設(shè)功率元件200的發(fā)熱面的寬度與功率元件200的寬度相同，熱傳導(dǎo)區(qū)S的寬度D2約為功率元件200的寬度D1的110％至120％，一般來(lái)說(shuō)，熱傳導(dǎo)區(qū)S的寬度D2大于功率元件200的寬度D1。

這些致冷芯片400嵌設(shè)于散熱器300的基部310內(nèi)，并位于熱傳導(dǎo)區(qū)S周?chē)?。詳?xì)來(lái)說(shuō)，在本實(shí)施例中，每一個(gè)功率元件200搭配兩個(gè)致冷芯片400，且這兩個(gè)致冷芯片400分別位于熱傳導(dǎo)區(qū)S的相對(duì)兩側(cè)。更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，致冷芯片400具有一致冷面410。致冷芯片400的致冷面410垂直于導(dǎo)熱層100的放熱面120，且致冷面410面向散熱器300的基部310內(nèi)的熱傳導(dǎo)區(qū)S，以令致冷芯片400運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠冷卻散熱器300的基部310內(nèi)的熱傳導(dǎo)區(qū)S的熱量。

在本實(shí)施例中，因致冷芯片400是位于散熱器300而非位于導(dǎo)熱層100，故可突破原本導(dǎo)熱層100的厚度限制，而增加致冷芯片400的尺寸或數(shù)量，進(jìn)而增加功率散熱裝置10的散熱效能。

此外，與水平放置相比，垂直放置的致冷芯片400投影至放熱面120的投影面積較小，較不易阻擋熱量傳遞，故當(dāng)致冷芯片400停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可大幅降低致冷芯片400所造成的熱阻效應(yīng)。

再者，本實(shí)施例的二致冷面410的間距D3是大于功率元件100的寬度D1。如此一來(lái)，可避免致冷芯片400運(yùn)轉(zhuǎn)后所產(chǎn)生的廢熱又再次回傳功率元件200。

值得注意的是，本實(shí)施例的二致冷面410的間距D3是大于熱傳導(dǎo)區(qū)域S的寬度D2，使得二致冷面410是與熱傳導(dǎo)區(qū)域S保持一段距離，但并不以此為限，在其他實(shí)施例中，二致冷面410亦可以緊貼于熱傳導(dǎo)區(qū)域S，即二致冷面410與熱傳導(dǎo)區(qū)域相連，以進(jìn)一步提升致冷芯片400對(duì)功率元件100的散熱效率。

請(qǐng)參閱圖2。圖2分別為傳統(tǒng)功率散熱器、致冷芯片橫擺的功率散熱器與圖1的功率散熱裝置，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各功率元件的時(shí)間溫度關(guān)系圖。其中，傳統(tǒng)功率散熱器系無(wú)裝設(shè)致冷芯片，即僅設(shè)置散熱器的狀況，而致冷芯片橫擺的功率散熱器是有裝設(shè)致冷芯片，且致冷芯片的致冷面是平行導(dǎo)熱層的放熱面的狀況。

從圖2中可知，在致冷芯片橫擺的功率散熱器中，致冷芯片運(yùn)轉(zhuǎn)初期2秒內(nèi)僅短暫時(shí)間有較低的降低功率元件的溫度，但時(shí)間約過(guò)60秒后，則功率元件的溫度卻會(huì)直線(xiàn)上升而降低功率元件的效能。但在本實(shí)施例的功率散熱裝置中，因垂直放置的致冷芯片400較不易阻擋熱量傳遞，故當(dāng)致冷芯片400停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可大幅降低致冷芯片400所造成的熱阻效應(yīng)，進(jìn)而避免發(fā)生功率元件的溫度直線(xiàn)上升的狀況。

在上述實(shí)施例中，每一個(gè)功率元件200搭配兩個(gè)致冷芯片400，且這兩個(gè)致冷芯片400分別位于熱傳導(dǎo)區(qū)S的相對(duì)兩側(cè)，但并不以此為限，請(qǐng)參閱圖3。圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖。在本實(shí)施例的功率散熱裝置10a中，每一個(gè)功率元件200搭配的致冷芯片400的數(shù)量?jī)H為一個(gè)，并位于熱傳導(dǎo)區(qū)S的其中一側(cè)。

在上述第一及第二實(shí)施例中，散熱器300中僅設(shè)置一層致冷芯片400，但亦可設(shè)置至少一層致冷芯片400，請(qǐng)參閱圖4。圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖。在本實(shí)施例的功率散熱裝置10b中，散熱器300中設(shè)置三層致冷芯片400。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，三層致冷芯片400沿一垂直方向V(吸熱面110的法線(xiàn)N方向)排列，也就是說(shuō)，三層致冷芯片400與吸熱面110在垂直方向V上保持相異距離D4、D5、D6。但三層致冷芯片400的層數(shù)并非用以限制本發(fā)明，舉例來(lái)說(shuō)，散熱器300中設(shè)置的致冷芯片400的層數(shù)亦可以改為兩層或至少四層。

此外，在本實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)區(qū)S的相對(duì)兩側(cè)皆設(shè)有致冷芯片400，但并不以此為限，在其他實(shí)施例中，也可以?xún)H在熱傳導(dǎo)區(qū)S的其中一側(cè)設(shè)置致冷芯片400。

此外，在本實(shí)施例中，不同層的致冷芯片400彼此相分離，但并不以此為限，在其他實(shí)施例中，不同層的致冷芯片400也可以相連。

請(qǐng)參閱圖5。圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例所述的功率散熱裝置的剖視示意圖。

本實(shí)施例的功率散熱裝置10c包含一導(dǎo)熱層100、一散熱器300、多個(gè)第一致冷芯片400a及多個(gè)第二致冷芯片400b，功率散熱裝置10c將導(dǎo)熱層100上的功率元件200所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱，以降低功率元件200的溫度。

導(dǎo)熱層100例如為鋁基板。導(dǎo)熱層100具有相對(duì)的一吸熱面110及一放熱面120。

功率元件200例如為晶體管。功率元件200迭設(shè)并電性連接于導(dǎo)熱層100的吸熱面110。此外，功率元件200更具有相正交的一第一側(cè)邊210及一第二側(cè)邊220。

散熱器300例如為散熱鰭片，并熱接觸于導(dǎo)熱層100的放熱面120。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，散熱器300包含一基部310及多個(gè)鰭片320?；?10的一端熱接觸于導(dǎo)熱層100的放熱面120。這些鰭片320凸出于基部的另一端。

這些第一致冷芯片400a與這些第二致冷芯片400b皆嵌設(shè)于散熱器300的基部310內(nèi)，并位于熱傳導(dǎo)區(qū)S周?chē)Ｒ云渲幸粋€(gè)角落進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，在本實(shí)施例中，于散熱器300的每一個(gè)角落各搭配三個(gè)第一致冷芯片400a與三個(gè)第二致冷芯片400b。多第二致冷芯片400b垂直于多第一致冷芯片400a，且多第一致冷芯片400a平行于功率元件200的第一側(cè)邊210，以及多第二致冷芯片400b平行于功率元件200的第二側(cè)邊220。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，一個(gè)功率元件200搭配24個(gè)致冷芯片。

值得注意的是，上述散熱器300每一個(gè)角落所搭配的致冷芯片的數(shù)量?jī)H為舉例說(shuō)明，在其他實(shí)施例中，于散熱器300每一個(gè)角落所搭配的致冷芯片的數(shù)量為多個(gè)，亦即可以改為兩個(gè)或至少四個(gè)。

此外，在本實(shí)施例中，散熱器300的各角落皆搭配設(shè)置致冷芯片，但并不以此為限，在其他實(shí)施例中，致冷芯片也可以?xún)H設(shè)置于散熱器300的其中一個(gè)角落或其中兩個(gè)角落。

根據(jù)上述實(shí)施例所揭露的功率散熱裝置，通過(guò)垂直設(shè)置的致冷芯片，讓致冷芯片除了能夠發(fā)揮致冷芯片快速降溫的能力，又能夠降低致冷芯片的熱阻效應(yīng)。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。