CN104350813B - 动态安装系统 - Google Patents

Abstract

一种动态安装系统，通过将螺纹构件附接至第二物件上的螺纹收纳构件达预定深度来将第一物件接合至第二物件，以使偏置压缩构件施加预定夹力来将第一物件固定至第二物件。第一物件可为与安装在诸如电路板的第二物件上的与诸如处理器的产热组件连通的散热体。通过推进螺纹构件，直到螺纹构件的螺纹超出收纳构件上的螺纹以到达预定深度。螺纹构件的预定深度使压缩构件偏置，以使第一与第二物件之间的夹力维持在想要的温度范围内。

Description

动态安装系统

相关申请

本专利申请为2012年1月20日所申请的题为“动态安装系统”的临时专利申请第61/588,716号的非临时性专利申请，藉此要求其优先权。

技术领域

本申请涉及一种用于提供可预测夹力的动态安装系统。更具体地说，本发明涉及一种用于将散热体安装至电路板的系统。

背景技术

就允许在物件之间的维度变化或运动而言，将一个物件安装至另一个物件通常需要是动态的。这些变化通常由诸如弹簧的偏置构件提供。一种需要动态安装系统的特殊应用是在需要吸纳热量和振动的电子学领域中。在电子学领域中，由于其所附接的构件本质昂贵，对散热体、电子组件和电路板的安装尤其重要。

已知使用固定螺丝(captive screws)将散热体安装至具有电子组件的电路板，该电子组件诸如固定在散热体与电路板之间的微晶片。由于诸如微晶片的电子组件的本质，由微晶片所产生的热非常高，足以使电子组件和散热体膨胀。在电子学领域中对散热体提供动态安装系统的建议解决办法包括通过对电路板偏置附件，对微晶片施加接近恒定的夹箝负载的动态安装系统。例如，在题为“浮动之固定螺丝”的美国专利公告第2008/0056844号中建议了这样的解决办法。该文献教导了限制使螺帽螺纹接合在电路板中的附接偏置螺丝构件的穿透深度。当螺丝接触到螺帽的顶表面时，通过螺丝上的凸缘的邻接来控制该深度，从而肯定地阻挡螺丝进一步推进。由于螺丝与螺帽正向接合，对此结构所碰到的明显问题是过度旋紧螺丝有可能损及昂贵的电子组件。

因此，在本领域中有需要采用用于将散热体安装至电路板的动态安装系统，其中不能过度旋紧电路板上诸如螺丝的附接元件以避免造成重大损失。因此，有进一步需要这种简洁且制造成本低的安装系统。

发明内容

为了符合上述的技术需要，本发明的设备和相关的方法提供了一种深度确定系统，通过将螺纹构件联结第二物件上的螺纹收纳构件达预定深度，用以将第一物件动态地安装至第二物件，使偏置压缩构件施加预定夹力，将第一物件固定至第二物件。在一示例性的实施例中，第一物件可以是与第二物件(例如，电路板)上的产热组件(例如，处理器)进行热连接的散热体。可以通过推进螺纹构件，直到它的螺纹超过收纳构件上的螺纹来到达预定深度。螺纹构件的预定深度可使压缩构件偏置，以在一个温度范围内使第一和第二物件之间的夹力维持在想要的范围内。

各种实施例可提供一个或多个优点。例如，某些实施例在使以散热体附接至电路板的微处理器冷却时有用。某些实施例可允许第一物件相对于第二物件热膨胀和收缩，而保持第一物件以预定夹力与第二物件接触。为了改善装配，某些实施可以将螺丝和弹簧固定至散热体以防止组件掉落或错置，从而缩短装配时间。某些实施例可降低或基本上防止焊接接头、组件破裂或者防止由于相对于第二物件施加过度安装力使第一物件破裂。在其它实施例中，偏置弹簧在诸如坠落试验的机械测试期间可允许宽容，以防止损及电路板和组件。还有，在其它实施例中，由散热体施加至电路板元件的基本上稳定(例如，在特定范围内)的夹力可防止电路板元件过热和提早故障。

在某些实施中，在将第一物件安装至第二物件时可将，例如，工具应用在螺丝构件，其中工具基本上不包括针对扭矩确定第一物件与第二物件之间的合成夹力的控制。在某些实施中，沿螺丝构件和/或螺帽的螺纹以及偏置压缩弹簧的轴长可确定合成夹力。在其它实施例中，在装配物件时可降低或基本上消除由过度旋紧或不够旋紧螺丝构件所造成的误差。还有，在进一步实施例中，可允许在两个物件之间施加一致性夹力的固定弹簧于连接该两个物件后，在预定的操作范围内同时压缩和膨胀。

通过附图和以下的叙述对各种实施例进行详细描述。其它的特征和优点将从所述叙述和附图变得明显。在以下各附图中，同一或类似的元件用同一参考符号表示。

附图说明

图1是示例性的安装系统的正视部分截面装配图，图中示出了在分离状态的示例性安装系统；

图2是与图1相同的视图，图中示出了在连接状态的示例性安装系统；

图3是示例性的螺丝的侧正视图；

图4是示例性的螺丝头部的俯视图；

图5是示例性的穿孔螺帽的左上立体图；

图6是示例性的穿孔螺帽的侧视图；以及

图7是示例性的穿孔螺帽的正视截面图。

具体实施方式

为了有助于理解，将本文编排如下。首先，图1和图2示出了示例性的装配过程，用于应用示例性散热体安装系统和使用穿孔螺帽所造成的结构。图3和图4示出述了示例性的螺丝。最后，图5至图7示出了示例性的穿孔螺帽。

首先参考图3和图4，这些附图示出了示例性的螺丝。在图3中，螺丝具有头部15、肩部17、轴环19、包括螺纹部分23和没有螺纹部分22的细长柄部21。与附图所示相比，螺纹部分和柄部的长度可以相对于彼此而改变。此外，取决于想要的偏置构件(例如，弹簧)的留置结构以及取决于是否想要将螺丝和弹簧在安装至螺帽和电路板之前固定到散热体，可以省略肩部和/或轴环或者增加/减小肩部和/或轴环的相对大小。在处理期间及安装在散热体中之前，可使肩部直径逐渐变细，阻碍弹簧的内径以助于留置。头部直径的大小设置成大于弹簧的直径以留置弹簧。图4示出了具有头部15和相应的工具接纳部16的螺丝13的示例性螺丝头部的俯视图。如前所述，头部15的形状和工具接纳部的形式可以不同。

现参考图1，本发明提供了将螺丝于轴向直接固定至散热体，从而避免使用套筒以减低装配时所需的部件数量的需要。关于散热体11和螺丝13的这种固定的进一步细节可以在转让给Penn工程及制造公司的题为“无垫圈的自固定螺丝”的美国专利第5,256,019号中得到，并在此将该专利的整体内容完全并入本文作参考。根据这种方法，在将螺丝强加至散热体时，散热体的材料会变形并且绕螺丝轴环被向内压。当然也可以使用在该技术领域中熟知的套筒或留置器将螺丝固定至散热体。

图1示出了在分离状态的示例性安装系统及图2示出了在连接状态的示例性安装系统。在图1中，系统包括如图3所示的螺丝13，该螺丝具有头部15、肩部17、轴环19、柄部21和螺纹部分23。头部15的直径大于肩部、轴环或柄部。肩部17在直径上向内逐渐变细并以一种方式收纳弹簧25，使得弹簧25易于在肩部17的周围被收纳和固定，以基本上限制弹簧25的横向移动，然而允许弹簧25相对于螺丝13的轴向移动。优选地，弹簧25是压缩弹簧。还示出了供散热用，例如具有散热片的散热体11，以及具有需要散热的电路元件29的电路板27。穿孔螺帽31附接至电路板27并与螺丝13对准，该穿孔螺帽具有上开口33、下开口35和从上开口或下开口的至少一个延伸的内螺纹37。在图1中，螺帽的内螺纹37从上开口33在螺帽31中的一部分延伸，其中轴孔于是以扩孔方式扩大，一旦螺纹部分23穿过从该上开口开始的内螺纹时，允许螺丝的螺纹部分23自由通过下开口35。在这实施例中，使用拉孔式紧固件结构将穿孔螺帽31附接至电路板27。

图2示出了将螺丝组件强加至图1所示的散热体的结果，其中螺丝的轴环已使在收纳孔周围的散热体的材料变形，迫使在螺丝柄部的狭窄、没有螺纹部分周围的一些材料向内移。此可滑动地将螺丝/弹簧组件固定至散热体。旋转螺丝时，一旦推进螺丝的螺纹部分23通过螺帽的内螺纹37并且在扩孔内时，螺丝13的向上移动即受限于轴向邻接于螺帽的最终内螺纹的螺纹部分的顶部。螺丝的向下移动亦受碍于由弹簧25施加在螺丝头部的向上偏置力。因此，相对于螺帽和电路板的螺丝深度可沿螺丝的柄部，于螺纹部分的螺帽和/或轴向位置，受内螺纹的轴长约束。

如图2所示，螺丝13被向下旋转且穿过螺帽的内螺纹，使得当螺纹部分23离开内螺纹时，弹簧25未被完全压缩以允许弹簧25的动态膨胀和收缩，并且因此在电路元件29的相应的热循环期间允许组件的安全收缩和膨胀。另外，通过预定螺帽的内螺纹的轴向位置和长度以及螺丝的螺纹部分的轴向位置和长度，弹簧和夹箝负载所造成的压缩将基本上一致，以致于无法过度旋紧螺丝。本发明特有的优点在于过度旋转螺丝只会造成螺丝的随意旋转，因而防止过度施加扭矩时对螺丝或工具接纳部16的任何可能的损毁。

操作时，因电路元件29在散热体上散热，因此散热体11和电路组件可膨胀。当散热体膨胀时，弹簧25被迫收缩倾向于保持通过散热体施加至电路组件的基本上一致的力和压力的等量。同样地，当散热体由于散热体的冷却而收缩时，迫使弹簧25膨胀，其倾向于保持通过散热体11施加至电路元件29的基本上一致的力和压力，而在散热体与电路板之间的间隙可以变化。

图5示出了图1和图2所使用的示例性穿孔螺帽的俯视立体图。图6示出了示例性穿孔螺帽的侧视图，以及图7示出了截面图。穿孔螺帽31具有上部和下部。该上部具有内螺纹37，该下部具有拉孔式紧固件元件32围绕外部且里面具有扩孔34。通向在上部中的内螺纹37的上开口33的直径小于从下方通向扩孔的下开口35。同样地，扩孔的直径通常大于内螺纹，使得一旦螺丝的螺纹部分穿出上部的内螺纹37时，可由扩孔随意收纳螺丝的螺纹部分。螺帽的凸缘38的下表面36悬于下部分之上，从而使上部适于表面安装在凸缘38的上表面和下表面上。尽管示出的是穿孔螺帽，应当理解的是，也可使用如上述的适当地配置的盲孔螺帽。

尽管已根据附图说明了各种实施例，其它的实施例也是有可能的。例如，在某些实施例中，诸如使用留置套管的例子，螺丝可相对于散热体轴向移动。在其它实施例中，螺丝和散热体可以一个组件的形式在平行于螺丝的纵向轴的方向从电路板离开和朝向电路板移动。在每一种情况中，弹簧可施力在螺丝和散热体上以确保散热体维持与电路板元件接触，以便使电路板元件保持冷却及防止过热。由于从电路板元件至散热体的散热期间所碰到的热循环，弹簧还可以使螺丝和散热体移动以允许散热体膨胀和收缩。

由于螺帽和/或螺丝的深度确定特征，可以一致的方式将螺丝附接至螺帽，该深度确定特征可包括穿孔螺帽中的孔深以及穿孔螺帽中螺丝上面的螺纹位置和数目。因耗尽可用的内螺纹数目之前，螺丝将仅穿过在螺帽中达某深度，故与施加至螺丝的扭矩量无关，可以一致的深度来附接螺丝。

可以各种方式将螺帽附接至电路板。在一个例子中，可以将螺帽附接至电路板的顶表面，例如，通过使用黏合剂或焊锡层将螺帽黏附至电路板。在另一个例子中，可以将螺帽附接至电路板的底表面，例如，沿收纳电路板的底表面的螺帽的顶表面设置黏合层。当附接至底表面时，重要的是螺帽的内螺纹与延伸穿过电路板的孔对准，用以收纳穿过其中的螺丝的螺纹部分。在又一个例子中，可将螺帽经由一个或多个紧固件，例如，螺丝、螺栓、夹件或焊锡，固定至顶表面或底表面。

还可以用外螺纹或者围绕或形成螺帽和/或螺丝周界的其它形式的紧固元件来代替拉孔紧固件。可在电路板中从顶侧或从底侧对螺帽加以拉削。可对形成在电路板和/或散热体中的孔的内部进行研磨，以形成平顺、表面均匀的孔、螺孔或隆起孔。

在某些例子中，偏置构件可以是联结在螺丝构件的头部与第一物件之间的弹簧。弹簧可使散热体偏置离开螺丝。在又一个例子中，可使用诸如橡胶或橡皮圈的弹性组件协助或使螺丝相对于散热体偏置。可以一种方式预定弹簧的紧密度或压缩强度，该方法通过选取各种组件，不需在电路板元件上施加过度力量并且在没有与电路板组件失去接触的情况下，足以允许散热体膨胀和收缩。还可以根据需耍调整弹簧的压缩度或施力。

还可以将散热体和固定螺丝附接至各种其它装置，而非电路板，用以排散来自诸如马达的各种其它装置的热量。在另一个例子中，可将散热体和固定螺丝附接至螺帽或穿孔螺帽，该螺帽或穿孔螺帽与抗热装置或通过摩擦生热的装置连接，其中需要经由散热体散热。散热体可为各种材料，例如为铝或其它金属。

在某些例子中，可将螺丝和弹簧固定在物件中，而非散热体。在其它例子中，可利用螺丝和弹簧，以可预测且一致的夹力将第一物件附接至第二物件，其中第一物件不是散热体和/或第二物件不是电路板。在其它例子中，在将第一物件附接至第二物件之前，可以不将螺丝和弹簧固定在第一物件或散热体中。

利用动态安装系统可附接其它物件，例如，可将金属屏蔽安装至电路板，通过动态安装系统可提供夹力的想要范围，使屏蔽保持牢固地附接至电路板。屏蔽可提供，例如，电磁屏护。在另一个实施中，动态安装系统可维持夹力的想要范围，以在冲击，以及震动和/或热循环的一定范围内将大组件(例如，电感器、变压器、电容器)牢固至电路板。

已经说明多种实施。然而，应当理解的是可作各种变型。例如，如果以不同次序进行所揭示技术的步骤，或者如果以不同方式结合所揭示系统的组件，或者如果以其它组件增补所述组件，可达到有利的结果。因此，其它的实施是可预期的。

因此,前文应被认为仅只是为了说明本发明的原理。此外,对于本领域技术人员而言,会很容易作出很多修改和变型,因此,并不想将本发明限制为图示和所述的确切构造及操作,因而,所有适当的修改和等同方案均可被视为落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种动态安装系统，用于将一个物件附接至另一个物件，包括：

第一物件和第二物件；

可旋转的螺丝，所述螺丝具有位于顶端的头部，以及柄部，所述柄部具有从所述头部向下延伸的无螺纹部分和位于最底端的直径大于所述无螺纹部分的螺纹部分；

内螺纹螺帽，所述内螺纹螺帽牢固在所述第二物件；

偏置压缩构件，所述偏置压缩构件作用在所述螺丝与所述第一物件之间；以及

所述螺丝由所述螺帽收纳，所述螺丝通过与所述螺帽螺纹接合被旋转推进并且推进至预定的最大深度，其中所述螺丝的螺纹延伸超出所述螺帽的螺纹并且与所述螺帽的螺纹分离，其中，所述螺丝和所述偏置压缩构件选取为使得将预定的夹箝负载施加在位于所述第一物件与第二物件之间的组件。

2.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述第一物件为散热体。

3.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述第二物件为电路板。

4.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述偏置压缩构件为线圈弹簧，所述线圈弹簧围绕所述螺丝的柄部并且作用在所述螺丝的头部上。

5.根据权利要求4所述的动态安装系统，其特征在于，所述弹簧的一个端直接靠在所述第一物件上。

6.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述螺丝包括与所述头部相邻的肩部，以及在所述肩部的下方的轴环。

7.根据权利要求6所述的动态安装系统，其特征在于，在将所述螺丝强加至所述第一物体期间，通过由所述轴环导致所述第一物体变形，将所述螺丝于轴向直接固定至所述第一物体。

8.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述螺帽为穿孔螺帽。

9.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述螺帽的底部包括直径大于螺纹的扩孔，其中当所述螺丝被推进到最大深度时，所述螺帽和所述螺丝的端部与第二物体的底侧齐平。

10.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述螺帽为盲孔螺帽。

11.根据权利要求1所述的动态安装系统，其特征在于，所述螺帽穿过所述第一和第二物件中的对准孔。