CN100433315C - 半导体散热器 - Google Patents

Abstract

一种用于半导体(11)的散热器，包括用于使安装在衬底(10)的半导体的热量散发的主体(2)，和连接在所述主体的板件(3，4)。所述板件相对衬底而言具有弹性。此外，所述板件包括覆盖所述主体的一个与衬底相反的表面的一部分的板部分(31，41)，和从所述板部分的外围伸出并被固定在衬底的四个腿部分(32a-32d，42a-42d)。在该散热器中，所述板件有效地吸收施加给衬底的应力。

Description

半导体散热器

技术领域

本发明涉及一种半导体散热器。

背景技术

使半导体散热的散热器一般具有用于有效实施半导体散热的风扇。在这种情况中，使所述散热器牢固地安装在安装有半导体的衬底上是必要的。然而，设置在衬底上用于安装散热器的安装位置可以从设置在散热器上的安装位置转移。因此，当通过螺钉使散热器安装在衬底上时，较大的应力会施加给衬底，于是由于应力，衬底会弯曲并变形。在这种情况下，半导体与衬底的钎焊部分会产生裂纹。

在散热器和所述衬底之间的连接部分可以附加地使用一个弹簧件。在这种情况下，施加给附带有散热器的衬底的应力通过弹簧件的弹簧变形而降低。然而，由于弹簧件的附加使用，散热器的零件数量增加。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的是降低由于附带散热器而导致的施加给衬底的应力。

本发明的另一个目的是，当降低于散热器被安装到衬底时施加给衬底的应力时，减少散热器中零件的数量。

按照本发明的一方面，散热器包括用于使安装在衬底的半导体的热量散发的主体，和连接在所述主体的板件。所述板件相对衬底而言具有弹性。此外，所述板件包括覆盖所述主体的一个与衬底相对的表面的一部分的板部分，和从所述板部分的外围伸出并被固定在衬底的腿部分。例如，所述主体的一个表面是安装到衬底的主体的顶面。因此，所述板件有效地降低施加给衬底的应力，与此同时，能有效地减少散热器的零件数量。

此处，所述板件的弹性是一种柔性，当板件被连接到衬底时，通过该柔性所述板件能相对衬底有效地变形。因此，没有使用另外的弹簧件，它有效地限制衬底变形。

所述腿部分在与板部分的边界处具有基础部分，并且所述板部分至少在基础部分的一端具有从板部分的外周边凹进去的狭缝，所述狭缝设置在覆盖所述顶面的所述板部分内并且在所述板部分内从所述板部分的外围凹进。在这种情况下，板件的柔性能得到进一步提高。

此外，所述腿部分能相对板部分在该板部分的外围弯曲。在这种情况下，腿部分能几乎垂直于所述板部分的板面弯曲。

例如，所述腿部分包括在与板部分的板面水平的方向被拉长的第一板。在这种情况下，第一板的板面能几乎垂直于板部分的板面，或者能与板部分的板面几乎水平。此外，第一板能靠近并且面向所述主体的侧表面被设置。所述腿部分还包括相对第一板弯曲而在和第一板的板面相同的表面上具有一个板面的第二板，和相对第二板的板面弯曲而被连接到衬底的第三板。可替换地，腿部分的第二板能相对第一板弯曲以具有几乎垂直于第一板板面的板面。

当所述板部分的外围成近似正方形时，四个腿部分在四个距离主体的中心一样距离的分开位置被固定到衬底。在这种情况下，以简单的结构散热器能容易地被安装到衬底。

附图说明

从下述参照附图的优选实施例的详细说明，本发明的上述和其它的目的、特征和优点将变得明显，其中：

图1是表示按照本发明的第一实施例的散热器的透视图；

图2是当从图1中的II线看时，散热器的侧面示意图；

图3是表示图1中的散热器的腿部分的放大视图；

图4是在图1的散热器被安装到衬底并且在对比例的散热器被安装在所述衬底的情况下，焊料应变率的曲线图；

图5是按照本发明的第二实施例的散热器的透视图；

图6是在第二实施例中的散热器的腿部分的放大视图；

图7是按照本发明的改进的散热器的侧面示意图；

图8是按照本发明的另一个改进的散热器的侧面示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

参考图1-4说明第一实施例。图1中所示的散热器1被连接在半导体的散热部分，比如与电子设备成一体的集成芯片11的散热部分(例如，顶部)以覆盖这个散热部分。散热器1是有效地散发半导体产生的热量的设备。如图1所示，散热器1包括外围形状大约成矩形(例如，正方形)的主体2，和被安装后包围所述主体2与半导体相反的一个表面的一部分和主体2侧面的板件3。

所述主体2包括由马达(没有画出)的驱动力转动的风扇21，和围绕风扇21的侧面以从它的底部支持该风扇21的壳体22。出口22a设置在壳体22的外围表面的侧部分。因此，当风扇21转动时，从风扇21的上方(轴向一侧)吸入的空气从出口22a的外侧径向被排出。

所述板件3构造成具有一个顶板部分31和四个腿部分32a-32d。顶板部分31是被布置用来覆盖壳体22的一个表面(例如图1中的顶表面)的板部分。顶板部分31的内围形成为与风扇21的外围对应的圆形，并且顶板部分31的外围形成为与壳体22的外围相对应的大体矩形的形状。顶板部分31在孔形部分33a-33d处被紧固到壳体22，于是被固定到主体2。

所述腿部分33a-33d在顶板部分31的四个部分处与顶板部分31形成整体。顶板部分31的四个部分，在该四个部分处连续形成四个腿部分33a-33d，被布置在板件3的没有出口22a的两个相对的侧面部分中。

图2表示散热器1在集成芯片11的连接状态，该芯片11通过钎焊被安装到衬底10。在图2中，出口22a的布置结构被忽略。如图2所示，集成芯片11在焊料部分12a-12f被钎焊到衬底10。所述腿部分32a-32d的底部部分通过使用被紧固在衬底10的螺钉孔中的螺钉14被紧固在衬底10。在这种情况下，散热器1的壳体22的底表面穿过散热板13与集成芯片11接触。当实施腿部分32a-32d在衬底10螺钉孔内的螺钉连接时，如果腿部分32a-32d的螺钉连接的布置位置没有对应衬底10的螺钉孔，板件3或者衬底10可能会变形。当衬底10的变形变大时，焊料部分12a-12f可能开裂而损坏。在此实施例中，板件3由与衬底10相比具有较低刚性的金属板制成。例如，板件3能主要由磷青铜，铍青铜或者SUS材料制成。

接着，说明从顶板部分31的外围连续伸出的腿部分32a-32d。图3是表示顶板部分31的一部分和腿部分32b的放大视图。如图3所示，腿部分32b在腿部分32b和顶板部分31之间的边界部分53处与顶板部分31连接。所述腿部分32b包括第一板54，第二板55和第三板56。第一板54相对顶板部分31在边界部分53处垂直弯曲并且水平伸出。第二板55相对第一板54几乎垂直弯曲。第二板55的板平面位于第一板54的同一表面上，并且几乎垂直于顶板部分31的板面。第三板56位于第二板55的底端，并且具有几乎垂直于第二板55的板面。

更具体地，第一板54从边界部分53向下延伸，并且在靠近顶板部分31的位置水平地延伸而与顶板部分31的板面平行。第一板54是在竖直方向有一定宽度的薄板，大约等于壳体22(主体2)的厚度。第一板54的板面基本上垂直于顶板部分31的板面，并且被布置成接触或者靠近壳体22的侧面。

第二板55与第一板54的端部部分一体形成，并且在第一板54的延伸方向延伸至顶板部分31一角的外侧部分。第二板55在垂直于第一板54伸出方向的方向从第一板54弯曲，并且延伸至衬底10的某个位置。

此外，第三板56与第二板55的底部一体形成。第三板56弯曲成垂直于第二板55的板面，并且在远离主体2的水平方向伸出。第三板56相对于衬底10是水平的。开口(burring)57设置在第三板56的中心区域。开口57设置在第三板56的中心对应衬底10的螺钉孔。通过将螺钉插进第三板56的开口57和衬底10的螺钉孔中，散热器1被安装到衬底10上。在腿部分32b的基础部分的两端于顶板部分31中设置两个狭缝61，62。即，两个狭缝61，62设置在顶板部分31中以对应腿部分32b的基础部分的端部而从两个点51，52凹进去。此外，狭缝61，62在垂直于腿部分32b与顶板部分31的连接边的方向凹进去。

腿部分32a，32c，32d的每一个结构可以做成与图3所示的腿部分32b的结构相似。腿部分32d具有和腿部分32b的结构一样的结构，并且相对主体2的中心与腿部分32b对称。类似地，腿部分32a具有和腿部分32c的结构一样的结构，并且相对主体2的中心与腿部分32c对称。此外，类似于狭缝61，62，能在对应每一个腿部分32a，32c，32d的基础部分的端部位置于顶板部分31中设置狭缝。

四个腿部分32a-32d的四个开口57能被设置在四个限定正方形的位置处，该正方形的中心与风扇21的中心对应。因此，即使散热器1的布置位置相对衬底10围绕垂直于顶板部分31的轴线转动90度、180度或者270度，都能使任何一个开口57对应衬底10的一个螺钉孔。即，散热器1能用四个不同布置位置被连接到衬底10。

按照本实施例，顶板部分31和与顶板部分31一体形成的腿部分32a-32d由弹性板制成，并且腿部分32a-32d在四个位置被固定到衬底10。与衬底10相比，顶板部分31和腿部分32a-32d具有较小的刚性。因此，即使四个开口57的布置位置和衬底10的四个螺钉孔的布置位置不一致并彼此偏移，通过利用顶板部分31和腿部分32a-32d的变形，能有效地吸收偏移量，于是有效地减少衬底10的变形。

此外，因为狭缝61，62设置在顶板部分31中，板件3的弯曲能容易并平滑地得到执行。例如，腿部分32a的开口57和腿部分32b的开口57之间的距离大于衬底10的对应孔之间的距离，狭缝61，62之间的部分被弯曲以吸收该差别。此外，在衬底10的螺钉孔的高度位置一样的情况下，如果腿部分32b的开口57的位置高度高于腿部分32a，32c，32d的高度，腿部分在狭缝61，62之间的基础部分被向上弯曲以吸收高度差。

此外，每一个腿部分32a，32b，32c，32d的第一板54具有较小的宽度并且在水平方向是细长的，第一板54的板面几乎垂直于顶板部分31的板面。因此，板件3能在围绕垂直于衬底10表面的轴线的扭应力下发生柔性弯曲。例如，当腿部分32b的开口57和腿部分32c的开口57之间的距离小于衬底10的对应螺钉孔之间的距离时，腿部分32b，32c的第一板54分别向外弯曲以吸收位置差异。

每一个腿部分32a-32d相对顶板部分31在与顶板部分31的边界部分53处几乎垂直地弯曲，于是使得第一板54和第二板55的板面垂直于顶板部分31的板面。另外，第一板54被布置成面向主体2的侧表面，靠近主体2的侧表面或者接触主体2的侧表面。因此，能使得被腿部分32覆盖的衬底10的面积更小，使得散热器1的整体尺寸更小。

在此实施例中，腿部分32a-32d在边界部分53处相对顶板部分31垂直地弯曲。因此，当在散热器1的制造过程中主体2被连接到顶板部分31时，相对顶板部分31弯曲的腿部分32a-32d能被用作引导主体2的引导件。因此，能容易地设定主体2对顶板部分31的布置位置。

在第一实施例中，在板件3的制造步骤中，每一个腿部分32a-32d的第一板54在边界部分53处弯曲，每一个腿部分32a-32d的第三板56相对第二板55弯曲。即，通过执行单个板件的两个弯曲步骤，能容易地形成板件3。因此，能容易地执行板件3的制造工艺。

图4是当改变散热板13的压缩值时焊料部分的应变率，在第一实施例中，散热器通过所述焊料被连接到衬底，在对比例中使用由铝压铸制造的传统散热器。此处，散热板13的压缩值指散热器1到集成芯片11的压缩量。图4的纵坐标指示集成芯片11的一角部分处焊料的应变率。在图4中，变化点100，101，102表示对比例的应变率的变化，而变化点100，103表示第一实施例中应变率的变化。如图4所示，在第一实施例中，当压缩值为0.05mm时，散热器1的焊料应变率是0.4％，并且当与对比例比较时，该比率大大地降低。

(第二实施例)

图5表示第二实施例的散热器1A。在第二实施例中，主体2具有类似第一实施例的结构。在散热器1A中，板件4被连接到主体2以围绕主体2的顶面和侧面的一部分。此外，板件4由类似于第一实施例中所述板件3的材料制成。

如图5所示，板件4包括覆盖主体2的顶面一部分的顶板部分41。所述顶板部分41具有围绕风扇21外围的圆形内周边，而且大体成矩形的外周边。板件4还包括与顶板部分41一体形成的四个腿部分42a-42d。

每一个腿部分42a-42d与顶板部分41外围上的每一个侧端部的连接处(边界部分73)一体形成。每一个腿部分42a-42d以几乎和顶板部分41的板面相同的平面从带有顶板部分41的边界部分73伸出。图6表示腿部分42a。如图6所示，腿部分42a包括在边界部分73处被连接到顶板部分41并以几乎和顶板部分41的板面相同的平面伸出的第一板74，被连接到第一板75并在竖直方向伸出的第二板75，和被连接到第二板75并几乎水平伸出的第三板76。

第一板74呈具有小宽度的板的形状，并且相对顶板部分41的板面在水平方向近似地被拉长。第一板74具有的厚度大约等于主体2的壳体22的厚度。此外，第一板74被布置成接触壳体22的侧表面或者靠近壳体22的侧表面。另外，第一板74从正方形顶板部分41的一端部处的连接部分连续地伸到和所述一端部相对的另一端部。

第二板75与第一板74一体形成以在第一板74和第二板75之间的边界部分处几乎垂直地弯曲。从第一板74弯曲的第二板75延伸到接触衬底10的位置。

第三板76与第二板75的底端一体形成，并且在与第一板74隔开的方向几乎垂直于第二板75弯曲。因此，第三板76相对衬底10具有水平的板面。第三板76对应第一实施例的开口57具有开口77。每一个腿部分42b，42c和42d具有类似腿部分42a的结构。

按照第二实施例，顶板部分41和与顶板部分41一体形成的腿部分42a-42d由弹性板制成，而且腿部分42a-42d在四个位置被固定到衬底10。顶板部分41和腿部分42a-42d与衬底10比较具有较小的刚性。因此，即使当四个开口77的布置位置和衬底10的四个螺钉孔的布置位置不一致并且彼此偏移时，通过顶板部分41和腿部分42a-42d的弯曲，能吸收偏移量，于是有效地减少衬底10的变形。

此外，每一个腿部分42a，42b，42c，42d的第一板74具有较小的宽度并且在相对顶板部分41的板面为水平的水平方向被拉长。因此，板件4能在围绕垂直于衬底10表面的轴线的扭应力下发生柔性弯曲。例如，当腿部分42b的开口77和腿部分42c的开口77之间的距离小于衬底10的对应螺钉孔之间的距离时，腿部分42a的第一板74朝着主体2的外侧打开以吸收位置差异。

在第二实施例中，由顶板部分41和腿部分42a-42d组成的板件4能在竖直方向柔性弯曲。例如，在衬底10的螺钉孔的高度位置一样的情况下，当腿部分42a的开口77的高度位置小于每一个腿部分42b，42c，42d的开口77的高度位置时，腿部分42a的第一板74向上弯曲以吸收高度差。

在第二实施例中，其它的件可以做成类似上述第一实施例的件。

(其它实施例)

虽然参照附图就一些优选实施例说明了本发明，应当指出对于本领域那些技术人员，不同的变化和改进将变得明显。

例如，在上述实施例中，空气被风扇21从主体2的上方吸入并且从主体2的侧面被排出，集成芯片11通过散热板13接触壳体22的底表面，于是来自该集成芯片11的热量被散出。然而，这种结构例如如图7和8所示能被改变。在图7所示的例子中，主体8包括由壳体82包围的风扇81，并且集成芯片11被布置后，于是从主体2的上方吸入的空气直接接触集成芯片11以冷却该集成芯片11。在直接接触集成芯片11之后的空气能从壳体82的侧面被排出。

在图8所示的例子中，主体9包括多个由壳体92包围的散热片91。所述散热片91被布置来通过散热板13执行与集成芯片11的热交换，于是来自集成芯片11的热量通过散热片91被散发到外面。在图7或8所示的散热器中，其它的零件能被制造得类似于那些上述实施例中的零件。

用于制造主体2的材料能被适当地改变，当与普通衬底相比，该材料具有较低刚性时。例如，主体2能由其弹性(柔性)比衬底的弹性大的金属板或者树脂板制成。

半导体用的散热器1，1A能被用于家用电子设备，通讯设备或者便携式设备，等等。此外，被连接到衬底10的散热器1，1A的布置状态不限于水平布置的状态。例如，衬底10能被竖直地布置。在这种情况下，顶板部分31，41是被连接到主体2的一个与衬底10相对的表面的板。即，被连接到衬底10的散热器1，1A的布置状态能按照使用状态适当地做出改变。

上述实施例中腿部分32a-32d，42a-42d的形状能被适当地改变。当腿部分32a-32d，42a-42d与顶板部分31，41成为一体时，并且当腿部分32a-32d，42a-42d和顶板部分31，41被柔性地制成以具有弹性时，能有效地降低衬底10的变形应力。例如，在上述第一实施例中，腿部分32a-32d分别在靠近角部分的顶板部分31的各个位置被连接并且伸向所述附近的各个角部分。然而，腿部分32a-32d能被设置成伸向相反的角部分。

在上述第一实施例中，顶板部分31和第一板54之间的弯曲角或者第二板55和第三板56之间的弯曲角能设定为不同于正确角度的角度。第一板54能在从水平方向倾斜的方向被拉长。另外，第二板55能在从竖直方向倾斜的方向伸长。

在上述实施例中，散热器1，1A通常被用于半导体产生的热量散热。然而，散热器1，1A能被用于连接在比如电子件的板上的发热件的热量散热。此外，具体散热器1，1A的衬底10能以不同于图2中水平状态的状态使用。

虽然参照优选实施例对本发明进行了说明，应当理解，本发明不限于这些优选实施例和这些构造。本发明意图在于覆盖各种改进和等同布置。另外，虽然优选实施例的各个件以各种优选的组合和配置进行说明，其它的组合和配置，包括多于、少于一个单独的件或者只有一个单独的件，也都落入本发明的精神和范围内。

Claims (18)

1.一种用于半导体(11)的散热器，包括：

用于使来自安装在衬底(10)的半导体的热量散发的主体(2)；和

连接在所述主体的板件(3，4)，所述板件相对衬底而言具有弹性，其中：

所述板件包括：覆盖所述主体的与衬底相反的顶面的一部分的板部分(31，41)，和从所述板部分的外围伸出并被固定于衬底的腿部分(32a-32d，42a-42d)；

所述腿部分在与板部分的边界处具有基础部分(53)；

所述板部分至少在所述基础部分的一端具有从板部分的外围凹进去的狭缝(61，62)；以及所述狭缝(61，62)设置在覆盖所述顶面的所述板部分内并且在所述板部分内从所述板部分的外围凹进。

2.如权利要求1所述的散热器，其中腿部分(32a-32d，42a-42d)相对板部分(31，41)在板部分的外围上弯曲。

3.如权利要求2所述的散热器，其中所述腿部分垂直于板部分的板面弯曲。

4.如权利要求1-3中任一个所述的散热器，其中所述腿部分包括在与板部分的板面水平的方向被拉长的第一板(54，74)。

5.如权利要求4所述的散热器，其中第一板(54)的板面垂直于所述板部分的板面。

6.如权利要求4所述的散热器，其中第一板(74)的板面与所述板部分的板面水平。

7.如权利要求4所述的散热器，其中第一板靠近并且面向所述主体的侧表面。

8.如权利要求1-3中任一个所述的散热器，其中：

所述板部分的外周边呈正方形；和

所述腿部分包括在距离主体的中心一样距离的四个位置被固定到衬底的四个腿部分。

9.如权利要求1-3中任一个所述的散热器，其中所述板件主要由磷青铜，铍青铜和不锈钢材料中的一种制成。

10.如权利要求4所述的散热器，其中腿部分的厚度等于板部分的厚度。

11.如权利要求4所述的散热器，其中：

所述腿部分还包括相对第一板(54)弯曲而在和第一板的板面相同的表面上具有一个板面的第二板(55)，和相对第二板的板面弯曲的第三板(56)；和

第三板(56)被连接到衬底。

12.如权利要求4所述的散热器，其中：

所述腿部分还包括相对第一板(74)弯曲而具有垂直于第一板(74)板面的一个板面的第二板(75)，和相对第二板的板面弯曲的第三板；和

第三板被连接到衬底。

13.如权利要求1-3中任一个所述的散热器，其中所述板部分具有限定了一个开口的圆形内周边，主体的一部分从该开口露出。

14.如权利要求1所述的散热器，其中所述狭缝是设置在位于覆盖所述顶面的板部分与腿部分之间的边界部分的相反端的两个狭缝中的一个；并且所述两个狭缝均设置在覆盖所述顶面的所述板部分内。

15.如权利要求1所述的散热器，其中覆盖所述顶面的所述板部分垂直于腿部分的表面。

16.一种用于半导体(11)的散热器，包括：

用于使安装在衬底(10)的半导体的热量散发的主体(2)；和

连接在所述主体(2)的板件(3)，所述板件相对衬底而言具有弹性，其中：

所述板件(3)包括板部分(31)，该板部分具有正方形的外周边并且覆盖所述主体的与衬底相反的一个表面的一部分，和四个腿部分(32a-32d)，每一个腿部分从所述外周边伸出并且被固定到衬底；

所述四个腿部分相对主体的中心被对称地布置；

四个腿部分中的每一个具有在外周边从板部分连续伸出的基础部分(53)，并且包括从基础部分伸出的第一板(54)，与第一板连接的第二板(55)和与第二板连接的第三板(56)；

第一板具有垂直于所述板部分板面的板面，并且所述第一板的板面具有的宽度等于所述主体的厚度；

第二板相对第一板弯曲，并在与第一板板面相同的表面上具有一个板面；

第三板被弯曲以具有垂直于第二板板面的板面；和

第三板被连接到衬底。

17.一种用于半导体(11)的散热器，包括：

用于使来自安装在衬底(10)的半导体的热量散发的主体(2)；和

连接在所述主体的板件(3，4)，所述板件相对衬底而言具有弹性，其中：

所述板件包括：覆盖所述主体的与衬底相反的表面的一部分的板部分(31，41)，和从所述板部分的外围伸出并被固定于衬底的腿部分(32a-32d，42a-42d)；

所述腿部分包括在与板部分的板面水平的方向被拉长的第一板(54，74)；

第一板(54)的板面垂直于所述板部分的板面。

18.一种用于半导体(11)的散热器，包括：

用于使来自安装在衬底(10)的半导体的热量散发的主体(2)；和

连接在所述主体的板件(3，4)，所述板件相对衬底而言具有弹性，其中：

所述板件包括：覆盖所述主体的与衬底相反的表面的一部分的板部分(31，41)，和从所述板部分的外围伸出并被固定于衬底的腿部分(32a-32d，42a-42d)；

所述腿部分包括在与板部分的板面水平的方向被拉长的第一板(54，74)；

第一板靠近并且面向所述主体的侧表面。

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