CN101491170B - 热沉附接机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热沉附接机构。一种载板组装件(112)被设置为利用支座(126)紧固在一结构(104)上。

Description

热沉附接机构

技术领域

本发明一般地涉及耗散印刷电路板的部件所产生的热。更具体而言，本发明涉及支撑热沉并将印刷电路板上的已有安装孔用于附接目的的热沉附接机构。

背景技术

电气部件(例如，专用集成电路(ASIC)和处理器)的功耗越来越大，而印刷电路板上用于冷却装置的可用空间量越来越小。这样，可用于容纳热沉和散热器的空间经常不足以满足与各种部件相关联的冷却要求。此外，因为与压敏粘合剂相关联的热阻抗经常是不足的，所以经常需要机械固定器来将热沉和散热器紧固到具有相对高功耗部件的印刷电路板。

包括许多相对高功耗部件的印刷电路板的布线约束、布图约束和信号完整性要求经常使得难以或者甚至不可能包括可用于在部件上紧固热沉或散热器的安装孔或机械固定孔。

因此，需要一种方法和装置，其允许热沉被并入到几乎没有用于热沉的专用安装孔的组装件中。也就是说，需要一种方法和装置，其允许利用印刷电路板的通常用于其他目的的孔来安装热沉。

附图说明

通过结合附图参考以下描述可以更好地理解本发明，在附图中：

图1(A)是根据本发明一实施例的包括热沉载板的组装件的侧视剖视表示图。

图1(B)是根据本发明一实施例的包括热沉载板的组装件(即，图1A的具有热沉载板112的组装件100)的俯视表示图。

图2(A)是根据本发明一实施例的热沉载板的俯视表示图。

图2(B)是根据本发明一实施例的覆盖在电路板上的热沉载板(即，图2A的热沉载板212)的表示图。

图2(C)是根据本发明一实施例的其上安置有热沉的热沉载板(即，图2A的热沉载板212)的表示图。

图2(D)是根据本发明一实施例的、热沉(即，图2C的热沉220a和220b)由螺纹拧到位的热沉载板(即，图2A的热沉载板212)的表示图。

图3(A)是根据本发明一实施例的热沉的侧视表示图。

图3(B)是根据本发明一实施例的热沉(即，图3A的热沉320)的仰视表示图。

图4是根据本发明一实施例的组装件的表示图，该组装件包括与支撑在热沉载板上的热沉相接触的不同高度的组件。

图5是根据本发明一实施例的其上安装有多个热沉载板的电路板的表示图。

图6是图示出根据本发明一实施例的一种组装包括热沉载板的组装件的方法的过程流程图。

具体实施方式

印刷电路板上未占和没有迹线的空间是一种资源(commodity)。通常，电路板包含越来越高密度的迹线和越来越大数目的部件，这些部件例如是专用集成电路(ASIC)、电容器、电阻器、电源电路和存储体(memory bank)。因此，电路板上一般很少有空间来容纳用于紧固诸如热沉和散热器之类的冷却装置的机械固定器(例如螺钉)。

电路板(例如，母板)通常安装到整体机架或电子机壳内的载盘。一般而言，电路板包括一组使得电路板能够被安装或者以其他方式紧固到载盘的安装孔，该载盘通常是由不锈钢制成的。当母板具有相关联的子板或卡时，子板可被安装在母板上以使得子板上的安装孔与母板上的安装孔重合。因此，子板可被通过固定器和支座(standoff)(例如，隔离物)紧固到母板和载盘上，这些固定器和支座通过安装孔将子板、母板和载盘固定在一起。

大体上位于电路板上方的热沉载板或载盘可以利用该电路板的安装孔，这些安装孔用于将该电路板安装在另一电路板或载盘上。使用支座使得在利用电路板的安装孔来紧固热沉载板的同时能够有效地将热沉载板悬挂在电路板上方一定距离。热沉载板可以包括用于容纳热沉的开口以及可用于将热沉紧固到热沉载板的开口。当热沉被安装到载板而非电路板上时，不必在热沉可被紧固到的电路板上包括安装孔。因此，热沉可以有效地位于电路板上部件上方的所需位置处，而无需电路板上的安装孔。

热沉载板被设置为总的电路板组装件的一部分。图1A是根据本发明一实施例的包括热沉载板的组装件的侧视剖视表示图，图1B是根据本发明一实施例的组装件的俯视表示图。电路板组装件100包括至少一个电路板108。电路板108包含产生热的部件116，并因而可以受益于与诸如热沉120之类的冷却装置相接触。电路板108被利用包括支座126和固定器装置128的支座装置而机械耦合到结构104，该支座装置将电路板108紧固到结构104并且在电路板108和结构104之间保持一定距离。在一个实施例中，电路板108是子板且结构104是母板。或者，结构104可以是辅助将电路板108安装在机壳(未示出)中的载板。应当了解，如果结构104是母板，则结构104可被利用固定器装置128安装到载板(未示出)上。

载板112被设置为支撑冷却装置120以使得冷却装置120与部件116相接触。载板112被安装到电路板108上，并利用固定器装置128进一步安装到结构104上。在载板112、电路板108和结构104中，固定器装置128所经过的安装孔(未示出)以如下方式重合：载板112中的安装孔与电路板108和结构104中的安装孔基本对准。

热沉载板可以包括多个开口。这些开口包括但不限于使得热沉的一些部分能够突起通过的开口、允许下方电路板的较高部件延伸通过的开口、允许热沉被紧固到热沉载板上的开口以及允许固定器被插入其中以将热沉载板紧固到下方电路板的开口。参考图2A，将描述根据本发明一实施例的热沉载板。热沉载板212包括开口232a、232b，开口232a、232b被设置为使得安装在热沉载板212上的热沉(未示出)的一些部分能够突起通过。安装孔236a可用于将与开口232a相关联的热沉(未示出)紧固到热沉载板212，且安装孔236b可用于将与开口232b相关联的热沉(未示出)紧固到热沉载板212。安装孔236a、236b可带有螺纹以使得其中可以容纳螺钉。

开口232a、232b被设置为位于下方电路板(未示出)的将被冷却的部件上方。开口240被设置为位于下方电路板(未示出)的可能较高的部件上方，以使得这些部件可延伸超过载板212的底部。也就是说，开口240可使得热沉载板212能够容纳较高轮廓的部件。一般而言，开口240可位于下方电路板(未示出)的如下部件上方：在这些部件上方，空隙是必要的或者有益的。

安装孔224被限定在热沉载板212的一些位置上，这些位置与其上将安装热沉载板212的电路板或结构(未示出)的已有安装孔重合。电路板或结构(未示出)的已有安装孔一般是用于将该电路板或结构安装到另一结构的安装孔，且并非专用于安装热沉载板212。

图2B是根据本发明一实施例的置于带有部件的电路板上的热沉载板212的表示图。当热沉载板212位于电路板208上方时，固定器装置228用于将热沉载板212紧固到电路板208。在一个实施例中，固定器装置228包括支座和机械固定器。固定器装置228利用图2A所示的安装孔224和电路板208上的已有安装孔(未示出)。

电路板208包括将被利用热沉来冷却的部件248a、248b。因此，部件248a位于开口232a下方，且部件248b位于开口232b下方。电路板208还包括位于开口240下方的部件244。通常，开口232a、232b、240是基于电路板208的部件248a、248b和244的位置而形成在热沉载板212中的。

接下来参考图2C，将根据本发明一实施例来描述热沉在热沉载板212上的开口232a、232b上方的设置。热沉220a位于部件248a上方，使得热沉220a的一部分延伸通过开口232a并与部件248a接触。热沉220a的边缘覆盖安装孔236a以使得热沉220a可被紧固到热沉载板212。类似地，热沉220b位于热沉载板212上，使得热沉220b覆盖安装孔236a并且还与部件248b接触。图2D是包括热沉220a、220b以及热沉载板212和电路板208的组装件的俯视表示图，如图2D所示，热沉220a可被利用螺钉装置252a附接到热沉载板212，而热沉220b可被利用螺钉装置252b附接到热沉载板212。在一个实施例中，螺钉装置252a、252b可以包括肩部或调节螺钉和O形环。

如上所述，热沉被设置为紧固到热沉载板，而热沉的一些部分延伸通过热沉载板中的开口。图3A是根据本发明一实施例的热沉的侧视表示图，且图3B是根据本发明一实施例的热沉的仰视表示图。热沉320包括接触面360，接触面360被设置为与将被冷却的部件相接触。在一个实施例中，接触面360可大体上与将被冷却的部件直接接触。然而，接触面360也可以通过接口或者通过热接口材料(例如，相变焊盘或者较高传导率的间隙焊盘(gap pad))与将被冷却的部件相接触。也就是说，接触面360可通过焊盘与将被冷却的部件间接接触。这种焊盘(未示出)可被认为是热沉320的一部分。

热沉320中的开口356是可用于将热沉320安装到热沉载板的安装孔。开口356可被设置为容纳诸如带肩部螺钉之类的螺钉，例如，开口356可带有螺纹。热沉320中开口356的数目可以变化。

热沉320可由任何吸收并耗散热的合适材料形成。形成热沉320的材料可以包括但不限于金属材料，例如铝、锌和铜。应当了解，热沉320可以是几乎任何形状和大小的，并且可以包括不同样式的散热片(未示出)。

单个热沉载板可以支撑用于向不同高度的部件提供冷却的热沉。也就是说，热沉载板可被设置为使得位于热沉载板下方的具有不同高度的部件可被冷却。图4是根据本发明一实施例的组装件的侧视剖视表示图，该组装件包括电路板，该电路板具有与热沉载板上所支撑的热沉相接触的不同高度部件。电路板408上安装有部件448a、448b。电路板408中所限定的安装孔422被设置为辅助将电路板408附接到另一结构(未示出)，例如盘或母板。

包括安装孔424的热沉载板412与电路板408对准以使得热沉420a、420b分别位于部件448a、448b上方。安装孔422与安装孔424对准以使得共享轴452被限定成大体上通过它们，即，电路板408中的安装孔422与热沉载板412中的安装孔424对准。支座426被设置为保持热沉载板412和电路板408之间的间隔，例如，在大约0.15英寸至大约0.2英寸之间的间隔。固定器装置428被插入通过安装孔424、支座426和安装孔422以将热沉载板412紧固到电路板408。应当了解，固定器装置428还可将热沉载板412和电路板408紧固到下方结构(未示出)。在一个实施例中，每个固定器装置428可包括单个螺钉，但是每个固定器装置428也可包括多个螺钉。

热沉420a、420b的一些部分被支撑在热沉载盘412上，而热沉420a、420b的其他部分延伸通过或超过热沉载盘412中的开口以分别接触部件448a、448b。热沉420a的安装孔436a’可与热沉载盘412的安装孔436a对准，以使得固定器装置452a将热沉420a紧固到热沉载盘412。类似地，热沉420b的安装孔436b’可与热沉载盘412的安装孔436b对准，以使得固定器装置452b将热沉420b紧固到热沉载盘412。

热沉420a的大小适合于接触部件448a，而热沉420b的大小适合于接触部件448b。当部件448a高于部件448b时，热沉420a不被设置为与热沉420b一样在热沉载板412下方延伸或突出那么多。因此，单个热沉载板412可用于支撑吸收来自不同高度部件的热的热沉420a、420b。

任意数目的热沉载板可置于包括将被冷却的部件的电路板上。也就是说，代替使用单个热沉载板来支撑基本上所有的用于向电路板提供热吸收能力的热沉，也可以使用多个热沉载板。例如，需要热沉的部件的位置可以使得利用不同的热沉载板比利用单个热沉载板更加高效。图5是根据本发明一实施例安装有多个热沉载板的电路板的俯视表示图。包括将被冷却的部件的电路板508上可覆盖多个热沉载板512a-512c。每个热沉载板512a-512c可以支撑任意数目的热沉520a-520c。

图6是图示出根据本发明一实施例的一种组装包括热沉载板的组装件的方法的过程流程图。过程601开始于步骤603，在步骤603，将热沉载板的安装孔与其上安置有将被冷却的部件的板(例如，电路板)的安装孔对准。将热沉载板的安装孔与电路板的安装孔对准的步骤可以包括将热沉载板的安装孔定位成使得安装孔的中心点与电路板的安装孔的中心点基本对准，例如，使得一条轴线可以穿过这些中心点。因为支座可用于提供电路板和热沉载板之间的间隔，所以将热沉载板的安装孔与电路板的安装孔对准的步骤也可以包括将支座与热沉载板和电路板两者的安装孔对准。应当了解，将热沉载板的安装孔与电路板的安装孔对准一般还使得热沉载板中的开口能够大体上位于电路板的将被冷却的部件上方。

在完成安装孔的对准之后，在步骤607，热沉载板被紧固到电路板。将热沉载板紧固到电路板的步骤可以包括利用诸如螺钉或者螺钉和垫圈的组合之类的固定器将热沉载板附接到电路板上。在一个实施例中，当电路板是位于母板上方的子板时，将热沉载板紧固到电路板的步骤可以包括通过子板有效地将热沉载板紧固到母板上。

在热沉载板被紧固到电路板上后，任何将被紧固到热沉载板上的热沉在步骤611中被安置在热沉载板上。也就是说，热沉被置于热沉载板上以使得热沉被支撑在热沉载板上，而热沉的底面可以与将被冷却的部件相接触。在步骤611中，例如利用带肩部螺钉和O形环将热沉紧固到热沉载板上。O形环可以作为对热沉以及将被热沉冷却的部件提供大体上可重复的且较有限的力的柔性构件(complaint member)。可利用带肩部螺钉来调整热沉施加在部件上的压力。在热沉被紧固在热沉载板上之后，组装包括热沉载板的组装件的过程完成。

尽管仅描述了本发明的一些实施例，但是应当了解，可以许多其他具体形式来实施本发明而不脱离本发明的精神或范围。例如，出于冷却不同部件的目的，示出了将分离的热沉组装到热沉载板上。换言之，将被冷却的每个部件一般被示出为具有基本专用的热沉。使用基本专用的热沉使得各个热沉在需要时可被从热沉载板去除，例如，出于调试的目的。因此，为了使单个热沉被去除而不与电路板上的部件接触，不必将热沉载板与电路板分离。然而，多个部件可被设置为由安装在热沉载板上的单个热沉来冷却。

热沉载板的特性可以有很大的变化。热沉载板的大小和厚度可根据特定系统的要求而变化。在一个实施例中，热沉载板可具有大约十六分之一英寸的厚度。此外，形成热沉载板的材料也可以变化。合适的材料包括但不限于冷轧钢、不锈钢和铝。如果热沉载板将用作散热器(例如，针对高至大约200瓦特每米每开(W/m-K)的热导率)，则可以选择铝作为形成热沉载板的材料。如果需要较轻的热沉载板，以及如果热导率高至大约15W/m-K，则可以选择不锈钢。

热沉载板可用于散热器，例如在要对存储器进行冷却的区域中用于存储器的散热器。将热沉载板配置为用作散热器可以包括在热沉载板上延伸的突起或凸起。

如上所述，热沉载板可包括允许其上安装有热沉载板的电路板的高部件通过的开口。热沉载板也可以包括被设置为使热沉载板变轻的开口。也就是说，热沉载板可包括降低热沉载板的总重量的穿通孔图案。

在一个实施例中，可通过一种结构来紧固热沉载板，使得热沉载板位于另一结构上方。例如，热沉载板可被紧固到机架上，以使得热沉载板上所承载的热沉可用于冷却位于机架中的电路板的部件。也就是说，热沉载板基本可被紧固到任何结构以向电路板提供冷却，而不限于紧固到电路板本身。

如果热沉载板被设置来遮蔽母板，则热沉载板可包括这样的安装孔：这些安装孔被设置为与用于辅助将母板安装到位于整体机架中的载盘的母板安装孔相重合。换言之，热沉载板不限于具有与支撑在母板上的子板的安装孔相重合的安装孔。

可以使用各种方法来将热沉紧固到热沉载板上。尽管包括带肩部螺钉和O形环的固定器装置被描述为适合于将热沉紧固到热沉载板，但是也可以使用其他固定器而不脱离本发明的精神和范围。例如，可以使用粘合剂将热沉附接到载板。或者，可适用机械夹紧机构来将热沉安装到载板，这些机械夹紧机构包括但不限于诸如Ω夹之类的导线固定器。

尽管本发明被描述为包括在将被冷却的部件上方支撑热沉的热沉载板，但是应当了解，热沉载板也可以在将被冷却的部件的下方或者侧方来支撑热沉。也就是说，热沉载板可以按使得热沉能够接触将被冷却的部件的方位来支撑热沉。或者，位于将被冷却的部件上方的热沉可被认为是保持在接近将被冷却的部件的位置处的热沉。

用于将热沉载盘与电路板分离的支座可在内部带有螺纹，以使得螺钉可用于将热沉载盘紧固到支座上。在一个实施例中，支座可被利用一个螺钉紧固到电路板并利用另一螺钉紧固到热沉载盘。或者，可用单个螺钉将电路板和热沉载盘两者紧固到支座。

与本发明的方法相关联的步骤可以有很大的变化。步骤可以被增加、去除、变更、组合和重新排序，而不脱离本发明的精神和范围。例如，如果热沉将与热接口材料或者较高传导率的间隙填料焊盘一起使用，则在将热沉置于热沉载板上的适当位置之前，该材料或焊盘可被定位于热沉和将被冷却的部件之间。因此，当前示例被认为是说明性而非限制性的，而且本发明不限于这里给出的细节，而是可在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (18)

1.一种载板组装件，该载板组装件被设置为紧固在一结构上，该结构被设置为至少限定第一结构孔，该结构至少包括第一部件，该载板组装件包括：

载板，该载板中限定有第一板安装孔和第一开口，所述第一板安装孔被设置为与所述第一结构孔对准以使得通过所述第一板安装孔和所述第一结构孔来限定第一轴线，所述第一开口被设置为位于所述第一部件上方，所述载板包括第一热沉安装孔；

第一热沉，该第一热沉被设置为以如下方式定位：所述第一热沉的第一部分突起通过所述第一开口，且所述第一热沉的第二部分被支撑在所述载板上，其中，所述第一热沉的第二部分包括第一热沉开口，所述第一热沉开口与所述第一热沉安装孔对准；以及

第一固定器，该第一固定器被设置为对所述第一热沉安装孔和所述第一热沉开口进行接口作用以将所述第一热沉紧固到所述载板。

2.如权利要求1所述的载板组装件，其中，所述第一热沉的所述第一部分被设置为接触所述第一部件。

3.如权利要求1所述的载板组装件，其中，所述第一固定器包括带肩部螺钉和O形环。

4.如权利要求1所述的载板组装件，其中，所述载板包括限定于其中的第二开口，所述载板组装件还包括：

第二热沉，该第二热沉被设置为以如下方式定位：所述第二热沉的第一部分突起通过所述第二开口，且所述第二热沉的第二部分被支撑在所述载板上。

5.如权利要求1所述的载板组装件，还包括：

支座，该支座与所述第一板安装孔和所述第一结构孔对准以使得所述第一轴线从中通过，其中，所述支座在所述载板和所述结构之间保持间隔。

6.如权利要求1所述的载板组装件，其中，所述载板是由从包括冷轧钢、不锈钢和铝的组中选择的一者形成的。

7.一种组装件，包括：

载板，该载板具有至少被穿过其限定的第一开口，以及至少被穿过其限定的第一安装孔；

第一热沉，所述第一热沉具有穿过其限定的第一热沉孔，该第一热沉被设置为使得该第一热沉的第一部分被支撑在所述载板上且该第一热沉的第二部分至少部分地位于所述第一开口中，其中，所述第一热沉孔与所述第一安装孔对准；以及

固定器，该固定器能够对所述第一安装孔和所述第一热沉孔进行接口作用以将所述第一热沉紧固到所述载板上。

8.如权利要求7所述的组装件，其中，所述固定器包括带肩部螺钉和O形环。

9.如权利要求7所述的组装件，其中，所述载板具有穿过其限定的第二开口，并且所述组装件还包括：

第二热沉，该第二热沉被设置为使得该第二热沉的第一部分被支撑在所述载板上且该第二热沉的第二部分至少部分地位于所述第二开口中。

10.如权利要求7所述的组装件，其中，所述载板具有穿过其限定的第一孔，所述第一孔被设置为使得所述组装件能够被紧固到外部结构上。

11.一种组装件，包括：

第一结构；

第一电路板，该第一电路板包括第一部件，该第一电路板中限定有第一电路板开口；

第一固定器装置，该第一固定器装置能够将所述第一电路板通过所述第一电路板开口紧固到所述第一结构；

热沉载盘，该热沉载盘中限定有第一热沉载盘开口，该热沉载盘中还限定有第二热沉载盘开口，其中，所述第一热沉载盘开口与所述第一电路板开口对准，并且所述第一固定器装置还能够将所述热沉载盘紧固到所述第一结构，所述热沉载盘包括第一热沉安装孔；

热沉，该热沉被设置为被支撑在所述热沉载盘上，以使得所述热沉通过所述第二热沉载盘开口而与所述第一部件相接触，其中，所述热沉包括第一热沉开口，所述第一热沉开口与所述第一热沉安装孔对准；以及

第二固定器装置，该第二固定器装置被设置为对所述第一热沉安装孔和所述第一热沉开口进行接口作用以将所述热沉紧固到所述热沉载盘。

12.如权利要求11所述的组装件，其中，所述第一结构是第二印刷电路板。

13.如权利要求11所述的组装件，其中，所述第一结构是电路板载盘。

14.如权利要求11所述的组装件，其中，所述第一固定器装置包括第一固定器和第一支座，所述第一固定器被设置为将所述第一支座和所述第一电路板紧固到所述第一结构。

15.如权利要求11所述的组装件，其中，所述第一固定器装置包括第二支座，所述第二支座被设置为将所述热沉载盘与所述第一电路板分离，以使得所述热沉载盘不接触所述部件。

16.一种方法，包括：

将载板的第一安装孔与电路板的第二安装孔对准，其中，所述第二安装孔被设置为辅助将所述电路板耦合到一结构；

将所述载板紧固到所述结构，其中，所述载板被利用固定器装置紧固到所述结构，所述固定器装置能够利用所述第一安装孔和所述第二安装孔将所述载板和所述电路板耦合到所述结构；

将热沉置于所述载板上，使得所述热沉的一部分延伸通过所述载板中所限定的开口；以及

将所述热沉的第一热沉开口与所述载板的第一热沉安装孔对准，并用第一固定器对所述第一热沉开口和所述第一热沉安装孔进行接口作用，以将所述热沉紧固到所述载板，使得所述热沉的所述一部分接触所述电路板的部件。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述结构是从包括印刷电路板和盘的组中选择的结构。

18.如权利要求16所述的方法，还包括：

调节由所述热沉施加到所述部件的压力。

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