CN103620335A - 使散热器可定位的散热器支座 - Google Patents

Abstract

一种热传递装置，包括要固定于具有至少两种热源的基板的导热支持结构。该支持结构具有多个开口，一个开口对应一个第一热源。每个开口适应各自的散热器，该散热器配置成与第一热源进行热接触。每个散热器适配在其开口中，并且通过用于将散热器保持在适当位置的至少一个弹簧支座来附接至支持结构。优选地，弹簧支座包括围绕散热器设置的多个弹簧以在散热器上提供向下平衡力。支持结构具有接纳热传递介质的底部表面，以提供在第二热源与支持结构之间的热接触，从而允许由第二热源产生的热通过支持结构散发。

Description

使散热器可定位的散热器支座

发明背景

1.技术领域

本发明涉及具有用于冷却不止一个主热源和多个次热源的多个散热器的热传递装置，其中，散热器的位置是独立可调的。

2.背景技术

散热器用在许多种应用中，尤其是在电子和微电子领域中。在这些领域中，制造商不断地趋向于在单个电路板配件上聚集尽可能多的处理器和其他电子元件。将元件聚集在单个配件上的一个副作用是多个元件（例如，集成电路—“IC”）将具有不同的竖直位移。这些IC产生了大量的热，这些热不散发掉的话会导致故障，因此要尽可能最好地进行改良。

当多个热源紧靠在一起并且还处于不同的垂直位移时，存在的问题在于多个散热器相对于彼此并且相对于其各自的热源紧密地排列。当散热器的表面与产生热的表面（在这种背景下，该表面通常是热源（例如，计算机芯片或IC）的平坦顶部）尽可能紧密地排列时，散热器工作得最好。这就是这种芯片的散热器通常具有平坦的接触表面以实现与要冷却的芯片的顶部尽可能好地接触的原因。然而，当两个或多个芯片彼此靠近地放置时，这些芯片的平坦接触表面（与散热器相配的顶部表面）可能相对于安装这些芯片的电路板在两个不同的高度上，并且可能彼此不平行。这意味着，顶部表面将既不共面且没有不位于平行的平面内。这可能是由于芯片尺寸上的差异或者将芯片装配在底层印刷电路板（“PCB”）上时的差异导致的。具有非共面和/或非平行的顶部表面意味着一些芯片将不具有与散热器的最佳接触。这是因为散热器不能以与这些非共面和/或非平行表面进行良好热交换的方式放置。

另外，尽管计算机芯片是印刷电路板上最大的热源，但是还存在其他的发热元件。照惯例，PCB上，在大计算机芯片周围环绕有“次要元件”，例如，其他电器元件，诸如电阻器、电容器以及更小的芯片等，它们即使是以比更大的计算机芯片少得多的量来产生热，但仍都产生热。照惯例，通过自然对流或强制对流来冷却这些较小的热源，在强制对流的情况中，通过风扇、风箱或其他鼓风装置使空气在芯片的暴露表面上流过。由于这些次要元件的有限的暴露表面区域，所以这样做并不充分。因此，有利的是以与附近导热元件热交换的方式放置这些次要元件，以有效地增加用于冷却的可用表面区域。然而，迄今为止，冷却方案聚焦于冷却更大的元件，这是因为该更大的元件是产生最多热的地方。

在第4,072,188号美国专利中公开了对多个参差不齐的芯片提供冷却的一种尝试，其教授了利用具有柔性表面的液体冷却散热器。柔性表面放置在PCB的顶部并且在柔性表面后面泵送冷却液以冷却芯片的顶部。这个方法例如由于不允许针对最热的热源进行冷却而存在问题。

在第6,966,361号美国专利中公开了解决该问题的另一尝试，其中，提供了具有不同高度的固定表面的一体散热器。然而，这个一体散热器只有在热源的高度上的准确差异可预测的情况下并且在芯片的顶部表面的相对取向平行的情况下可用。否则，芯片的一个或多个顶部表面将仍处于与散热器非理想接触的情形。

第6,367,541号美国专利提供了针对该问题的一种解决方案，其通过提供一种可变形的一体散热器来对安装在共有电路板上的不同高度的多个芯片进行冷却，一体散热器能轻微地弯曲以适应邻近芯片在高度和取向上的差异。然而，这样的解决方案具有受限的可应用性，因为这种散热器在适应相邻芯片的高度上的差异时可变形程度存在限制，并且弯曲本身对散热器造成了应力，从而增加了散热器的疲劳几率并且缩短了散热器的寿命。

在美国专利第7,269,018中示出了另一解决方案，其教授了用于多个单独可移动散热器的支持件，其中，每个散热器支持在一对易弯曲的相对臂之间，并且当附接至PCB时通过有弹性的弹簧构件向下推，使得弹簧构件推着各个散热器与各自芯片的顶部表面接触。散热器的独立安装允许每个散热器接触其各自芯片的顶部，而无论任意相邻芯片的取向如何。然而，这种结构仍具有缺点。例如，对在易弯曲臂之间的空间内的各个散热器的移动没有约束。这使得散热器能够移动至任意一侧或者甚至倾斜。这在某些应用中会是不利的。如果芯片以线性阵列以外的方式（诸如，以矩形阵列）装配，则这样的装置也难以实现。

所有这些解决方案的共同缺点是它们并没有解决在大芯片四周排列的次要元件的不同冷却需求。

因此，现有技术中存在改善散热器支座（mounting）以对具有不同生热能力以及不共面的顶部表面的多个不同热源进行冷却的需求。

发明内容

技术问题

本发明的实施例通过具有支持结构或框架的热传递装置来实现，该支持结构或框架能够固定于具有至少两种热源的基板。该支持结构由导热材料（诸如，铝、铜或钢合金）形成。第一种热源包括能够产生相对较大热量的对象，第二种热源包括相对于第一种对象能够产生较少热量的对象。支持结构包括多个开口，其中每个开口的尺寸设计为适应各自散热器，该各自散热器配置成与第一种热源中的各自一个热源进行热接触。每个各自散热器的尺寸设计为适配在其开口中，并且通过支座（mount）附接至支持结构。优选地，支座是具有围绕散热器的外围的多个弹簧的弹簧支座，以在散热器的外围提供向下平衡力。

支持结构具有底部表面，该底部表面面向第二种热源的顶部并且可接纳热传递介质（诸如膏剂或填充垫），以提供第二种热源与支持结构的底部表面之间的热接触，从而允许由第二种热源产生的热通过支持结构自身散发。以这种方式使用支持结构为第二种热源有效地提供了附加冷却表面区域。

在一种实施例中，热传递装置包括导管，该导管用于输送热传递流体以便与散热器热接触，从而允许改善对各个第一种热源的冷却。最优选地，流体导管是柔软的，以便当散热器独立地附加于支持结构并且被迫与其各自的热源热接触时允许导管的一些小变形。

根据结合附图考虑的下列详细描述，本发明的其他目的和特征将变得明显。然而，应理解的是，绘制出附图，仅为了例示的目的而不是作为本发明的界限的定义，对本发明的界限的定义应参考所附权利要求。应进一步理解的是，附图并不是按比例绘制，除非另有指示，否则这些附图仅意在概念地例示本文所描述的结构和工序。

附图说明

为了进一步描述本发明，对图中所示的示例性实施例进行参考，其中相同的附图标记指相同的部件。

图1是安装至基板的热传递装置的实施例的截面；以及

图2是图1的热传递装置的部分分解、透视视图。

具体实施方式

参考图1和图2，示出了热传递装置10，该热传递装置10包括附接至基板14（诸如，印刷电路板（“PCB”））的支持结构（或框架）12。多个主热源（诸如大的计算机芯片16、18）附加至该基板14。次要元件（诸如次热源20、22、24）是诸如电阻器、电容器或更小芯片等电气元件，并且同样附加于基板14。为了在图1中清楚地例示，计算机芯片16、18和电气元件20、22、24示意性地示出，而没有例示连接或精确尺寸。

支持结构12包括开口26、28（在图2中清楚地看到开口28），以及多个支座30。每个支座30优选地具有内螺纹。支持结构12由导热材料（优选金属，诸如，铝、铜或者钢合金）形成。在使用中，导热介质32（诸如，热传递膏剂或填充垫）附加于支持结构12的底部表面并且定位成接触次热源20、22、24的顶部，以提供在次热源20、22、24与支持结构12之间的热耦合。支持结构12还包括用于在基板14和次热源20、22、24上安装支持结构12的支架（standoff）34。

热传递装置10进一步包括多个独立安装的散热器36、38。每个散热器36、38的尺寸设定成适合各自的开口26、28，并且具有配置成与它的各自主热源16、18的顶部相接触的底部表面，以使它们之间的热接触最大化。在这个示例中，所有的表面通常都是平坦的。每个散热器36、38包括多个弹簧支座40（图2），这些弹簧支座40定位在散热器36、38的外围的凸缘42上并且配置成拧到支持结构12上的支座30上。

优选地，热传递装置10包括导管44，该导管44用于将热传递流体引导穿过散热器36、38的以允许散热器均匀冷却。为了适应散热器36与散热器38之间的一些相对移动，优选的是导管44由延性材料（诸如铜）形成。

在使用中，热传递装置10定位在已装配的基板14的顶部，而所述已装配的基板14附加有热源16、18、20、22、24。导热介质32附加于支持结构12的底部。然后，支持结构12通过支架34定位在基板14上，所述支架34通过任意适当的工具（诸如，螺丝钉46）附加于所述基板14上。这使得导热介质32与次热源20、22、24的顶部接触。散热器36、38已在先安装在开口26、28中并且通过与支座30对齐的弹簧支座40固定于支持结构12，并且通过诸如将螺丝48拧入支座30的内螺纹中来紧固。散热器36、38定位成：使得散热器36、38的底部分别与主热源16、18的顶部相对地定位。优选地，弹簧支座40包括弹簧50，该弹簧50用于根据支座30中的螺丝48的轴向位置将一个向下的力施加在散热器36、38上，使得散热器36、38具有与其各自的主热源16、18的最佳热接触。

作为在将支持结构附接至基板14之前将散热器安装至支持结构的备选，能够在支持结构连接至基板之后将散热器定位在开口26、28中。在任何一种情况下，都能够经由弹簧支座40来调节散热器的相对位置。

即使热源16、18的顶部并不共面或者并不精确地平行于支持结构12或基板14的平面，通过将散热器36、38的边缘上的多个弹簧支座40隔开，产生了万向节效应（gimbal effect），使得不管主热源16、18的顶部的相对取向如何，支持结构12都可以牢固且稳固地附加于基板14，并且散热器36、38可独立且牢固地定位在其各自主热源16、18的顶部。

易变形的流体导管44的使用允许对主热源可用的热耗散进行平衡。这种易变形的流体导管的示例通常称为热管。基于熟知的流体内部沸腾和冷凝系统，热管将热从热管外部表面的高温区域自然地移动至热管的外部表面的低温区域。这意味着，如果主热源16、18中的一个在比另一个更高的温度下操作，则一部分热将传送至与另一主热源相关联的散热器（冷却器）（36或38）。此外，导热介质32的设置以及用导热材料形成支持结构12允许额外地耗散来自次热源20、22、24的热，使热传递装置10比已知的热传递装置更有效。

本领域的普通技术人员将理解的是，发明构思可应用于具有不止两个主热源和不止两个散热器的热传递装置。本发明还可应用于多个散热器非线性地（诸如，以长方阵列）布置或者甚至是不规则地布置的情况，只要它们的各自开口设置在允许访问在基板上安装的主热源的位置处即可。

因此，尽管已示出并描述并且指出了本发明的、应用于其优选实施例的重要新特征，但应理解的是，本领域的技术人员在不偏离本发明的构思的情况下可在所例示的装置的形式和细节上以及在装置的操作方面进行各种省略、替代以及变化。例如，明确的意图是以实质上相同的方式执行实质上相同的功能以达到相同的结果的那些要素的所有结合落在本发明的范围内。此外，应认识到，本文中所示和/或所描述的结构和/或要素可结合进任意其他所公开或所描述或所提出的形式或实施例中，作为设计选择的一般情形。因此，意图是仅如所附权利要求的范围所指示的来进行限制。

Claims (19)

1.一种热传递装置，所述热传递装置用于冷却安装在基板上的对象，所述对象至少包括均具有顶部表面并且能够产生热的第一主对象和第二主对象以及具有顶部表面并且能够产生热的至少一个次对象，所述热传递装置包括：

导热的支持结构，所述支持结构配置成安装至所述基板，所述支持结构具有

底部表面，所述底部表面取向成面对所述至少一个次对象的顶部表面，所述底部表面还适合于容纳用于将热从所述至少一个次对象的顶部表面传递至所述支持结构的所述底部表面的热传递介质，从而便于从所述至少一个次对象散发热；

第一支座；以及

第二支座；

第一散热器，所述第一散热器安装在所述支持结构的所述第一支座处，用于当所述支持结构安装至所述基板时从所述第一主对象的顶部表面向所述第一散热器传递热；以及

第二散热器，所述第二散热器安装在所述支持结构的所述第二支座处，用于当所述支持结构安装至所述基板时从所述第二主对象的顶部表面向所述第二散热器传递热；

其中，所述第一支座和所述第二支座允许所述第一散热器和所述第二散热器相对于它们各自的主对象独立地定位；以及

其中，即使所述第一主对象和所述第二主对象的顶部表面并不共面，所述第一支座仍允许所述第一散热器热耦合至所述第一主对象的顶部表面并且所述第二支座仍允许所述第二散热器热耦合至所述第二主对象的顶部表面。

2.根据权利要求1所述热传递装置，其中，所述支持结构由金属制成。

3.根据权利要求2所述的热传递装置，其中，所述金属从由铝、铜以及钢合金组成的组中选择。

4.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述第一支座约束所述第一散热器相对于所述第一主对象的横向移动。

5.根据权利要求4所述的热传递装置，其中，所述第二支座约束所述第二散热器相对于所述第二主对象的横向移动。

6.根据权利要求4所述的热传递装置，其中，所述第一支座是有弹性的。

7.根据权利要求6所述的热传递装置，其中，所述第一支座包括弹簧。

8.根据权利要求7所述的热传递装置，其中，所述弹簧包括围绕所述第一散热器的外围安装在所述支持结构上的多个弹簧。

9.根据权利要求8所述的热传递装置，其中，所述多个弹簧允许所述第一散热器在所述第一支座的限制内以大致任意取向定位在所述第一主对象的顶部上，从而允许所述第一散热器与所述第一主对象之间的最佳热接触。

10.根据权利要求1所述的热传递装置，进一步包括流体导管，所述流体导管用于将热传递流体引导至所述第一散热器和所述第二散热器中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的热传递装置，其中，所述流体导管将热传递流体引导至所述第一散热器和所述第二散热器两者。

12.根据权利要求11所述的热传递装置，其中，所述流体导管形成为与所述第一散热器和所述第二散热器的预期相对位置相适应。

13.根据权利要求12所述的热传递装置，其中，所述流体导管是易变性的，因此能够轻微变形，以在所述第一散热器和所述第二散热器独立地附加于所述支持结构并且被迫与所述主对象热接触的情况下适应所述第一散热器和所述第二散热器的相对移动。

14.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述支持结构至少包括第一开口，所述第一开口的尺寸设计为允许所述第一散热器穿过以接触所述第一主对象的顶部。

15.根据权利要求14所述的热传递装置，其中，所述支持结构至少包括第二开口，所述第二开口的尺寸设计为允许所述第二散热器穿过以接触所述第二主对象的顶部。

16.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述热传递介质是热传递膏剂。

17.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述热传递介质是填充垫。

18.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述第一散热器配置用于与所述主对象的最佳热接触。

19.根据权利要求18所述的热传递装置，其中，所述第一主对象的顶部大致是平坦的，并且所述第一散热器具有用于接触所述第一主对象的顶部的大致平坦的表面。

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