CN102893390A - 用于将热沉热耦合到部件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于将热沉热耦合到部件的方法和设备，其中，在热沉与部件之间施加了热填料和中间层。

Description

用于将热沉热耦合到部件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于将热沉热耦合到部件的方法和设备。
背景技术
现在，某些电部件正在消耗作为热量而耗散的大量功率。因此，使用部件加热和热沉来从这些电部件耗散热量以避免损坏并延长电部件的耐久性。
在某些应用中，由于热沉与部件之间的机械约束和/或公差和/或间隙，热沉与部件之间的热阻是高的（即使可以将热沉直接附着于电部件）。在这种情况下，在电部件与热沉之间施加热填料（例如导热凝胶、膏或液体）。热填料提供良好的导热性，并且可以由于特定的机械要求而在厚度方面变化。
在产品生命周期期间，可能不得不将热沉从电部件分离，例如在需要替换电部件的情况下或出于包括此类热沉的硬件模块内的修理的目的。然而，热填料是有粘性的且需要大量的力以将热沉从电部件分离。印刷电路板和/或电部件对施加的此类机械力敏感，并且可能在该分离过程期间被损坏。
在使用外壳作为用于被附着于一个或多个印刷电路板的多个部件的热沉的情况下，这尤其是显著的问题。在这种情况下，由于其中外壳经由热填料被粘合到部件的多个位置，要求大量的力以将外壳（或其一部分）从部件分离。
另一缺点是在已将电部件从热沉分离之后，热填料的较大部分仍留在电部件上。结果，可能需要清洁电部件和印刷电路板以在可以施加新的热填料之前去除旧的热填料，并可以将一个或多个部件与热沉重新连接。
发明内容
要解决的问题是避免上述缺点且特别是提供允许在不损坏电部件或电部件被附着到的印刷电路板的情况下将热沉从电部件分离的高效解决方案。
根据独立权利要求的特征来解决此问题。其他实施例源自于从属权利要求。
为了克服此问题，提供了一种用于将热沉热耦合到部件、特别是电部件的方法，
—其中，在热沉与部件之间施加热填料和中间层。
有利地，经由所述中间层来促进热沉与（电）部件之间的分离。因此，在热沉和部件被分离的情况下，可以避免对部件的损坏。
在实施例中，该部件是电部件，特别是被特别地安装于或附着于印刷电路板上的插座的集成电路。
该电部件可以是任何集成电路，例如微控制器、处理器、存储设备、ASIC、FPGA、晶体管等。其还可以指的是被暴露于高电流的任何电部件，其要求冷却，例如功率控制器或任何高载流部件。
应注意的是可以经由插座将部件电连接至印刷电路板，或者可以将其直接安装（焊接）在板上。
在另一实施例中，热沉是外壳的一部分或与外壳的至少一部分热耦合。
可以提供包括压靠在中间层或热填料的突出体的外壳。该外壳可以包括用于从电部件耗散热量的主动或被动冷却装置。
在另一实施例中，该中间层包括以下各项中的至少一个：
—纱布（gauze）；
—玻璃纤维结构；
—陶瓷结构；
—箔；
—网状结构；
—织物（texture）；
—纺织品（textile）。
在下一个实施例中，特别地用底漆对中间层进行预处理以改善与热填料的接触。
中间层包括多孔结构也是个实施例。
中间层可以特别地包括（基本上）相同或不同尺寸和/或形式的孔隙或孔。可以将该多孔结构提供为使得热沉必须以给定的力压靠在（电）部件以便热填料穿过中间层的孔。
根据另一实施例，使热沉压靠在或压向（towards）部件。
可以使热沉压靠在部件达到给定持续时间和/或用给定的力压靠。
根据实施例，在热沉上施加热填料。
根据另一实施例，在部件上施加热填料。
在另一实施例中，在中间层的至少一侧上施加热填料。
根据下一个实施例，所述热填料包括以下各项中的至少一个：
—导热凝胶；
—导热膏；
—导热液体。
还由包括以下各项的设备来解决上述问题
—热沉；
—部件；
—其中， 热沉和部件被经由中间层和至少一个热填料连接。
根据实施例，热沉是外壳的一部分。
根据另一实施例，在中间层的两侧上布置热填料。
根据另一实施例，中间层大于部件，或者中间层延伸（至少部分地）超过部件的边缘。
因此，可以避免热填料被压超过中间层并污染印刷电路板。
在下一个实施例中，该设备是通信系统的部件。
附图说明
在以下各图中示出并举例说明了本发明的实施例：
图1示出了包括安装在印刷电路板（PCB）上的电部件的示意图，其中在电部件的顶部上施加了热填料且在热填料的顶部上布置了中间层；
图2示出了包括安装在印刷电路板（PCB）上的电部件的示意图，其中在热沉的顶部上施加了热填料且在热填料的顶部上布置了中间层；
图3示出了具有被与安装在PCB上的电部件热耦合的热沉的示意图，其中，此类热耦合是由经由热填料与热沉相连并经由热填料与电部件相连的中间层提供的。  
图4A示出了包括具有给定多孔结构的网状结构的中间层的示例性结构；
图4B示出了包括不同形式和直径的各种孔的中间层的替换示例性结构；
图5示出了包括安装在PCB上的电部件的示意图，其中在热沉的顶部上施加了热填料且在热填料的顶部上布置了中间层，其中，该中间层在尺寸上大于电部件的表面；
图6示出了被用作包括多个突出体的热沉的外壳，其中，每个突出体经由热填料和中间层被热耦合到被附着于PCB的电部件。
具体实施方式
可以通过在热沉与电部件之间提供中间层以及至少一层热填料一起来实现热沉从电部件的分离。
该中间层可以是以下各项中的至少一个：
—纱布；
—玻璃纤维结构；
—陶瓷结构；
—箔；
—网状结构；
—织物；
—纺织品。
作为选项，可以用底漆来的对中间层进行预处理以改善与热填料的接触。
中间层可以包括多孔结构，特别是或多或少规则图案的孔。该孔可以跨中间层对称地或非对称地分布。该孔可以具有基本上相同的尺寸和/或形式或具有不同的尺寸和/或形式。
向热沉或向电部件或向两者施加热填料。可以在已被施加热填料（即在热填料的顶部上）的热沉上提供中间层，或者可以在已被施加热填料（即在热填料的顶部上）的电部件上提供该中间层。
将热沉附着在电部件上的过程因此可以包括步骤：
—在电部件上施加热填料；
—在热填料的顶部上或在热沉上提供中间层；
—热沉被放置在中间层的顶部上，其中，由于其多孔性，热填料的一部分穿过中间层的孔并提供导热性以及中间层与热沉之间的附着；因此，热沉与电部件被热（并且由于热填料的附着而至少部分地机械地）耦合。
作为替换，将热沉附着于电部件的过程可以包括步骤：
—在热沉上施加热填料；
—在热填料的顶部上或在部件上提供中间层；
—电部件被放置在中间层的顶部上，其中，由于其多孔性，热填料的一部分穿过中间层的孔并提供导热性以及中间层与电部件之间的附着；因此，热沉与电部件被热（并且由于热填料的附着而至少部分地机械地）耦合。
在两种情况下，可以临时地或（半）永久地将热沉压在电部件上。因此，由于此机械冲击，热填料可以穿过中间层并提供导热性。可以通过外壳来实现（半）永久性压力，该外壳在被关闭时提供压靠在（例如经由热填料）中间层的突出体。在这种情况下，该突出体可以是外壳的一部分且特别地是热沉（的一部分）。例如，金属外壳可以提供热沉，其可以是用于（印刷电路）板上的多个部件的公共热沉。
根据另一替换，将热沉附着于电部件的过程可以包括步骤：
—在热沉上和电部件上施加热填料；
—在热沉与电部件之间提供中间层；
—中间层提供热沉与电部件之间的导热性。
应注意的是可以在热沉和/或电部件和/或中间层上（在一侧或两侧）施加热填料。
此外，可以以某个图案（包括例如点或条）和/或向热沉、电部件和/或中间层的一部分（例如面积的70%或边缘周围）施加热填料。
还应注意的是电部件可以是印刷电路板的一部分。该电部件可以是对热量敏感的部件，并且要求由所述热沉提供的冷却。在这方面，电部件可以是集成电路，例如微控制器、处理器、存储设备、ASIC、FPGA、晶体管等。其可以是被暴露于高电流的任何电部件，其要求冷却，例如功率控制器或任何高载流部件。
热沉可以是各种形状的冷却元件。可以将其热耦合到外壳或者其甚至是外壳的一部分。冷却元件可以包括主动冷却（例如经由风扇）或被动冷却（例如经由大型冷却板）装置。
热填料可以是以下各项中的至少一个：
—导热凝胶；
—导热膏；
—导热液体。
有利地，由于中间层，当热沉被从电部件分离时，显著地减少了到电部件（和/或到电部件被附着到的电路板）的机械应力。因此，可以在不损坏电部件、电路板或被附着于电路板的其他部件的情况下执行分解。
该中间层可以大于部件，并且当在部件的顶部上提供时，其可以从而避免部件的周围面积（例如其他部件和/或PCB本身）被热填料涂敷。这具有优点，即在被从热沉分离之后，不必将热填料的其余部分从其他部件或从PCB去除，并且因此显著地减少了清洁努力（只要清洁热沉被附着到的部件即可）。
图1示出了包括安装在印刷电路板（PCB）105上的电部件104的示意图。在电部件104和中间层102的顶部上施加了热填料103，例如在热填料103的顶部上布置包括具有给定多孔结构的玻璃纤维的材料。热沉101被安装（例如以预定量的力压达预定时间段）在此中间层102上。因此，热填料103（至少部分地）穿过中间层102并提供电部件104与热沉101之间的导热性。
可以用力将热沉101从电部件104分离，其中，中间层102促进此类分离；将热沉101从电部件104分离所需的力因此明显比在没有此类中间层102的情况下低。换言之，中间层102减小了其中热填料103（“粘弹性材料”）将热沉101与电部件104相连的面积。这减小了由此类热填料104提供的附着并允许施加较小的力以便将热沉101从电部件104分离（与没有此类中间层102的情况相比）。
图2示出了基于图1的示意图，其中，本示例中的热填料103被施加在热沉101上，并且中间层102被布置在热填料103上。然后，可以使中间层102压靠在（以给定的力达给定时间段）电部件104。热填料103穿过中间层102（的孔）并提供到电部件104的热连接（和附着）。
热沉101可以是在其中布置了印刷电路板105的外壳的一部分。在这方面，该外壳可以是包括主动和/或被动冷却装置的冷却元件。该外壳可以至少部分地是具有冷却板的金属外壳，其耗散来自至少一个电部件104的热量。
图3示出了具有被与安装在PCB 305上的电部件304热耦合的热沉301的示意图。此类热耦合是由相连的中间层302提供的
—经由热填料303与热沉301相连且
—经由热填料306与电部件304相连。
可以按照各种顺序来施加热填料303、306，例如可以在电部件304上和/或在中间层302上施加热填料306。因此，可以在热沉301上和/或在中间层302上施加热填料303。
热沉301压靠在电部件304达到预定时间段（以给定的力）。然后，建立经由热填料303、306和中间层302进行的热沉301与电部件304之间的热连接。
图4A示出了包括具有给定多孔结构的网状结构的中间层102或302的示例性结构。热填料可以穿过（例如经由如上所述地施加的力）网状结构的孔。该中间层可以是特别地具有给定多孔结构的纱布、玻璃纤维、箔、网状结构、织物或纺织品。
图4B示出了包括不同形式和直径的各种孔的中间层102或302的替换示例性结构。可以将该孔布置成规则或不规则图案，其可以是对称布置的，或者全部具有相同的形式和/或尺寸。并且如图4B中所指示的，形式和尺寸可以不同。
图5示出了基于图1的示意图，其中，本示例中的热填料503被施加于热沉501上，并且中间层502被布置在热填料503上。然后，可以使中间层502压靠在（以给定的力达到给定时间段）电部件504，可以将其安装（焊接或用插头插入插座）在PCB 505上。热填料503穿过中间层502（的孔）并提供到电部件504的热连接（和附着）。在图5的示例中，向大于电部件504的表面的面积施加热填料503，但是热填料503未到达PCB 505，因为中间层502大于（在尺寸和/或直径上）被热填料503涂敷的面积以及大于电部件504的面积。因此，可以高效地防止热填料503到达PCB 505，这显著地减少了将热沉501从部件504分离之后的清洁努力。
图6示出了外壳601，其被用作包括多个突出体603、604、605的热沉，其中，每个突出体603、604、605经由热填料606、607、608和中间层602、609、610被热耦合到电部件611、612、613，其被附着于（直接地或经由插座）PCB 614。
附图标记列表：
101    热沉
102    中间层
103    热填料
104    电部件
105    印刷电路板
301    热沉
302    中间层
303    热填料
304    电部件
305    印刷电路板
306    热填料
501    热沉
502    中间层
503    热填料
504    电部件
505    印刷电路板
601    外壳/热沉
602    中间层
603    突出体
604    突出体
605    突出体
606    热填料
607    热填料
608    热填料
609    中间层
610    中间层
611    电部件
612    电部件
613    电部件
614    印刷电路板

Claims (15)

1.一种用于将热沉热耦合到部件的方法，
—其中，在所述热沉与所述部件之间施加热填料和中间层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部件是特别地安装在印刷电路板上的电部件，特别是集成电路。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述热沉是外壳的一部分或被与所述外壳的至少一部分热耦合。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述中间层包括以下各项中的至少一个：
—纱布；
—玻璃纤维结构；
—陶瓷结构；
—箔；
—网状结构；
—织物；
—纺织品。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，用底漆对所述中间层进行预处理。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述中间层包括多孔结构。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述热沉被压靠在所述部件。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述热沉上施加热填料。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述部件上施加热填料。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述中间层的至少一侧上施加热填料。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述热填料包括以下各项中的至少一个：
—导热凝胶；
—导热膏；
—导热液体。
12.一种设备，包括
—热沉；
—部件；
—其中，热沉和部件被经由中间层和至少一个热填料连接。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述热沉是外壳的一部分。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述热填料被布置在中间层的两侧。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的设备，其中， 所述中间层大于所述部件，或者所述中间层延伸超过所述部件的边缘。
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