用于在安裝具有導(dǎo)熱墊的組件時(shí)減少機(jī)械應(yīng)力的方法和裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種用于將散熱器安裝至具有待冷卻的一個(gè)或多個(gè)電子部件的印刷電路板上從而減少電子部件和印刷電路板上的機(jī)械應(yīng)力的設(shè)備和方法。在散熱器和待冷卻電子部件之間的熱接觸由導(dǎo)熱墊形成。與導(dǎo)熱墊相接觸的散熱器的表面具有在電子部件和散熱器針對(duì)彼此擠壓、由此壓縮導(dǎo)熱墊時(shí)該導(dǎo)熱墊可以伸展至其中的至少一個(gè)空腔。
【專利說(shuō)明】用于在安裝具有導(dǎo)熱墊的組件時(shí)減少機(jī)械應(yīng)力的方法和裝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及電子設(shè)備的安裝，并且更具體地涉及散熱器的安裝。本發(fā)明涉及一種散熱器和用于將散熱器安裝至具有待冷卻的一個(gè)或多個(gè)電子部件的印刷電路板上從而減少電子部件和印刷電路板上的機(jī)械應(yīng)力的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在操作過(guò)程期間，比如CPU或另一芯片的電子部件產(chǎn)生熱，該熱必須被可靠地耗散，以便避免可能損壞部件的部件過(guò)熱。通常由鋁或銅制成的散熱器可以吸收由電子部件產(chǎn)生的熱并將之耗散到環(huán)境。然而，從發(fā)熱電子部件至散熱的散熱器的熱傳遞被由于部件的不完全平坦和不完全光滑的表面而存在的微小氣隙所阻礙。改進(jìn)熱傳遞一個(gè)常見(jiàn)手段是在電子部件和散熱器之間應(yīng)用導(dǎo)熱油脂(thermal grease),其通過(guò)填充微小氣隙而增加熱界面的熱傳導(dǎo)率。
[0003]由于導(dǎo)熱間隙墊(thermal gap pad)更清潔并且通常更易于安裝，因此導(dǎo)熱間隙墊常常作為導(dǎo)熱油脂的替代方案而被放置在電子部件和散熱器之間。導(dǎo)熱墊(thermalpad)通常是由常為石蠟基(paraffin based)的固體材料的預(yù)成型的正方形或矩形。通常在散熱器的底面(underside)上發(fā)現(xiàn)它們以有助于熱從正在冷卻的部件傳導(dǎo)至散熱器中。
[0004]在由一個(gè)或多個(gè)電子部件和散熱器組成的系統(tǒng)的組裝期間，通過(guò)例如螺釘或夾子將壓縮力施加到導(dǎo)熱墊。隨著部件之間距離的減少，這些壓縮力引起墊的偏轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致導(dǎo)熱墊有效地填充部件和散熱器之間的微小和宏大的空隙，這繼而最大化通過(guò)系統(tǒng)的熱傳遞率。該墊高度柔性，但盡管如此，該偏轉(zhuǎn)也使得歸因于墊的內(nèi)阻(inherent resistance)的應(yīng)力偏轉(zhuǎn)。該應(yīng)力可以損壞組件的精密部件，但是也可以引起印刷電路板中的多種故障，如焊接點(diǎn)開(kāi)裂、印刷電路板變形等。
[0005]在出版于Twenty third IEEE Semiconductor Thermal MeasurementandManagement Symposium 的 2007 會(huì)議錄中的文章 “Stress Minimizat1n DuringDeflect1n of Thermally Conductive Gap Pads)，，中,Karen Bruzda 研究了控制并減少該應(yīng)力的方式，并表明絕大多數(shù)觀察到的應(yīng)力減少是由于橫向墊運(yùn)動(dòng)，并且因此，不妨礙該運(yùn)動(dòng)是重要的，即墊材料必須具有使壓縮力逃向側(cè)面的可能性。
[0006]墊材料可以具有朝向墊的外邊緣進(jìn)行逃逸的可能性，但是它也可以具有朝向穿或切入墊中的孔進(jìn)行逃逸的可能性。相應(yīng)地，在現(xiàn)有技術(shù)中，槽被切入導(dǎo)熱墊中。以這種方式，墊材料確實(shí)具有朝向外部、即朝著墊的邊緣逃逸的可能性，但除此之外，墊材料還通過(guò)部分填充之前已經(jīng)切斷(cut out)的槽具有朝向新槽內(nèi)進(jìn)行逃逸的可能性。在一個(gè)較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)中，僅在墊中切割縫隙，其也減少應(yīng)力。
[0007]進(jìn)一步的研究已經(jīng)表明，墊的外邊緣或者切入墊之中的孔的輪廓越長(zhǎng)，所觀察到的應(yīng)力減少越大。所以作為結(jié)果，用于減少由發(fā)熱電子部件和散熱器與其間的導(dǎo)熱墊的組裝而引起的應(yīng)力的切入墊中的孔不應(yīng)該只是圓形或方形-更好的是狹窄并長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，例如條形的孔。
[0008]從導(dǎo)熱墊中切除材料、尤其是以長(zhǎng)而窄的條形形式切除材料充分地滿足其減少由發(fā)熱電子部件和散熱器與其間的導(dǎo)熱墊的組裝而引起的應(yīng)力的目的，但該方法有兩個(gè)相當(dāng)大的缺點(diǎn):
[0009]-切割使得導(dǎo)熱墊非常柔軟并且易于彎曲，因此在它被附接至散熱器之前經(jīng)常變形。
[0010]-因?yàn)閷?dǎo)熱墊非常柔軟，所以只能實(shí)施簡(jiǎn)單形狀的切割。這限制了以該方式可以實(shí)現(xiàn)的壓力的釋放。
[0011]本發(fā)明的目的是克服上述的現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀的缺點(diǎn)。特別是，本發(fā)明的目的是具有導(dǎo)熱墊的良好機(jī)械穩(wěn)定性而仍舊實(shí)現(xiàn)應(yīng)力減少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了在待冷卻的電子部件和散熱器兩者組裝在一起時(shí)允許在由待冷卻的電子部件向?qū)釅|一側(cè)施加的和散熱器向?qū)釅|的另一側(cè)施加的壓力下的橫向墊運(yùn)動(dòng)，可以向該導(dǎo)熱墊提供其可以移入的一些自由體積。如在現(xiàn)有技術(shù)中看到的，該自由體積可以是在導(dǎo)熱墊中的槽。已知的缺點(diǎn)是當(dāng)槽已經(jīng)切入導(dǎo)熱墊中時(shí)導(dǎo)熱墊的更精密的處理。
[0013]本發(fā)明通過(guò)準(zhǔn)許不切割導(dǎo)熱墊本身以及通過(guò)在散熱器的表面中提供導(dǎo)熱墊可以伸展入的自由體積來(lái)允許對(duì)導(dǎo)熱墊的更容易的處理。這可以是在散熱器的表面中的空腔。該空腔允許導(dǎo)熱墊材料通過(guò)伸展入由散熱器中的空腔所提供的自由體積而使壓力逃逸到側(cè)面。該空腔可以具有一些基本的幾何形狀，諸如多邊形、橢圓形、卵形或任何其他幾何形狀。
[0014]如上所示，切入導(dǎo)熱墊中的槽的長(zhǎng)輪廓可以具有減少將散熱器安裝在電子部件上且其間具有導(dǎo)熱墊而產(chǎn)生的應(yīng)力的突出潛力。然而，長(zhǎng)的輪廓幾乎不可能切入軟導(dǎo)熱墊中。根據(jù)本發(fā)明，埋入散熱器中的空腔可被以所期望的形式成形。用于應(yīng)用于散熱器的表面上的空腔的適當(dāng)形式可以是槽的形式。在散熱器的表面上可存在一個(gè)凹槽或凹槽的陣列。凹槽可以具有基本的幾何形狀。也可以存在填充將由導(dǎo)熱墊覆蓋的散熱器表面的曲折(meander)形式的一個(gè)或多個(gè)凹槽。該曲折的圖案可以從河流得知，其中緩慢螺動(dòng)的河流來(lái)回曲折跨過(guò)下山谷(down-valley)軸線。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1示出了其中應(yīng)用導(dǎo)熱墊的典型組件。
[0016]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中的若干導(dǎo)熱墊，從該導(dǎo)熱墊切除材料或者縫隙切入導(dǎo)熱墊中。
[0017]圖3示出了在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中的散熱器的一側(cè)，其在安裝中指向待冷卻的電子部件。

【具體實(shí)施方式】
[0018]在圖1中示出了具有待冷卻的一個(gè)或多個(gè)電子部件的印刷電路板、固定在印刷電路板上的散熱器以及在散熱器和待冷卻電子部件之一之間的導(dǎo)熱墊的典型配置。待冷卻的一個(gè)或多個(gè)部件的表面與散熱器彼此面對(duì)。在部件和散熱器之間放置導(dǎo)熱墊。散熱器可具有一個(gè)或多個(gè)突出結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可補(bǔ)償部件的不同高度，使得將由該散熱器冷卻的所有部件可以與相對(duì)的散熱器表面具有相同的間隙?？梢酝ㄟ^(guò)例如壓鑄技術(shù)制造具有這種突出結(jié)構(gòu)的散熱器。散熱器可以借助適合的夾緊系統(tǒng)或任何其他保持設(shè)備固定在印刷電路板上。
[0019]特別是，如果不止一個(gè)電子部件將由該散熱器冷卻，則印刷電路板和散熱器之間的距離的調(diào)整可能變得關(guān)鍵:如果在印刷電路板和散熱器之間的距離過(guò)大，則導(dǎo)熱墊上的壓力可能太低，并且到散熱器的熱傳遞可能由于導(dǎo)熱墊與散熱器以及待冷卻電子部件的不良接觸或者無(wú)接觸而瓦解。另一方面，如果在印刷電路板和散熱器之間的距離太小，則在印刷電路板和散熱器之間的壓力可能太高，并且待冷卻的電子部件可能被損壞，而且還可能發(fā)生印刷電路板中的多種故障，諸如焊接點(diǎn)開(kāi)裂、印刷電路板的變形等。如果必須為了與散熱器的良好熱接觸同時(shí)調(diào)整多于一個(gè)部件，則這是尤其關(guān)鍵的。
[0020]圖2示出了導(dǎo)熱墊，其中通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)減少了由導(dǎo)熱墊施加的應(yīng)力:為了在導(dǎo)熱墊中創(chuàng)建當(dāng)壓力被施加在導(dǎo)熱墊上時(shí)過(guò)量的材料可以伸展的自由空間，在導(dǎo)熱墊中切割槽。這里示出了被布置為形成為十字的四個(gè)矩形槽，但是存在也可以使用的可能的許多其他形狀。甚至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)熱墊中的簡(jiǎn)單縫隙在減少施加在印刷電路板上的部件上的應(yīng)力也是有幫助的。
[0021]圖3示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例:示出了在它與電子部件的上側(cè)相對(duì)時(shí)的散熱器的表面?？涨槐宦裨谠摫砻嬷?，當(dāng)壓力由待冷卻電子部件在一側(cè)施加在導(dǎo)熱墊上并且由散熱器在另一側(cè)上施加在導(dǎo)熱墊上時(shí)，導(dǎo)熱墊材料可以伸展入該空腔中。
[0022]如上所述，一個(gè)或多個(gè)空腔的輪廓優(yōu)選地應(yīng)是長(zhǎng)的。因此，這樣的空腔的有利形狀可以是凹槽的形狀。圖3示出了旨在由導(dǎo)熱墊覆蓋的由凹槽的陣列填充的散熱器的表面，。虛線指示將應(yīng)用在散熱器上的導(dǎo)熱墊的輪廓。
[0023]本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)在于所要求保護(hù)的包括上面提及的突出結(jié)構(gòu)以及包括埋入散熱器中的空腔的散熱器可由壓鑄在一個(gè)步驟中形成。制造空腔的另一種方式也可以通過(guò)銑削(milling)形成。
【權(quán)利要求】
1.一種用于耗散來(lái)自至少一個(gè)電子部件的熱的散熱器，熱經(jīng)由位于至少一個(gè)電子部件和散熱器之間的至少一個(gè)導(dǎo)熱墊被耗散， 其特征在于 散熱器在散熱器與導(dǎo)熱墊相接觸的區(qū)域中具有至少一個(gè)空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于，散熱器固定至承載能夠產(chǎn)生熱的電子部件的印刷電路板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于，以多邊形、橢圓體或卵形的形狀實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于，以凹槽的形狀實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)空腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散熱器，其特征在于，凹槽在散熱器的接觸表面上均勻地伸展。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散熱器，其特征在于，凹槽具有曲折的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于:它由壓鑄形成。
8.—種通過(guò)將根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器和發(fā)熱部件以及填充所述設(shè)備之間的間隙的在所述設(shè)備之間的導(dǎo)熱墊夾緊在一起來(lái)安裝散熱器的方法，由此散熱器在散熱器與導(dǎo)熱墊相接觸的區(qū)域中具有至少一個(gè)空腔。
【文檔編號(hào)】H01L23/367GK104350592SQ201280069447
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月9日
【發(fā)明者】Y·王 申請(qǐng)人:諾基亞通信公司