CN108370656A

CN108370656A - 滑动热屏障

Info

Publication number: CN108370656A
Application number: CN201680073962.7A
Authority: CN
Inventors: T.布雷
Original assignee: TEMIC AUTOMOTIVE NA Inc
Current assignee: TEMIC AUTOMOTIVE NA Inc; Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: DE112016005793T5; US20170181264A1; WO2017105616A1; US9854664B2; CN108370656B; DE112016005793B4

Abstract

一种用于提供电磁干扰（EMI）屏障和用于消散来自电子部件热量的组件。所述组件包括：金属框架，该金属框架包括从电路板向上延伸的壁；EMI屏障，该EMI屏障具有带孔的顶部且具有环绕所述顶部向下延伸且可在第一闩锁位置和第二未闩锁位置附接至所述框架的壁的侧壁；导热粘性散热片油脂层，该导热粘性散热片油脂层在所述EMI屏障的顶部上并且填充所述EMI屏障的顶部中的孔，当所述EMI屏障处于第二未闩锁位置时，所述孔中的散热片油脂与所述至少一个电子部件的顶表面直接物理接触；以及散热片，该散热片位于所述EMI屏障的顶部上并与所述EMI屏障的顶部上的散热片油脂直接物理接触。

Description

滑动热屏障

背景技术

如本文中所使用的，术语“电子电路”包括电子器件如单个晶体管以及形成在半导体衬底上或形成到半导体衬底中的由多个电子器件形成的电子电路。

已知电子电路对电磁干扰或“EMI”敏感。如果不造成器件失效或其操作降级，则这种电路可能会被EMI降级甚至被破坏。因此，对EMI敏感的电路和器件通常需要屏障，以便使其适当和可靠地起作用。这种屏障防止（或者至少减少）EMI相对于放置电子设备的外壳或其他包围件进入和离开。

举例来说，印刷电路板（PCB）上的电子电路或部件往往被封闭在称为屏障的小金属盒或笼内，以便在其源内集中EMI并隔离EMI源附近的其他器件。这种屏障可以被焊接或以其他方式附接至PCB上，从而增大了PCB的整体尺寸。然而，可能需要去除焊接屏障以修复或更换EMI屏障部件，这可能是昂贵和耗时的、甚至会引起PCB损坏的任务。

需要EMI屏障的电子器件通常会产生大量的热量。当电子电路或器件中积聚过多的热量时，这会引起器件温度升高，这当然可引起器件完全失效。用于屏障电子器件免受EMI影响并用于散热的装置和方法将是对现有技术的改进。

附图说明

图1为EMI屏障和散热组件的透视图，所述散热组件包括框架和具有多位置闩锁的EMI屏障，使得EMI屏障可以在第一或第二闩锁位置中附接至所述框架；

图2为框架、EMI屏障、散热片油脂层和散热片的分解图；

图3为附接至框架的EMI屏障的俯视图，散热片油脂层在所述框架之间；

图4为通过剖面线4-4截取的图3中所示组件的截面视图；

图5为图3和4中所示组件的截面视图，但是示出了在散热片油脂层的顶部上添加散热片；

图6为提供EMI屏障和散热的组件的仅仅电路板和框架部分的截面视图，示出了具有不同高度的两个电子器件；以及

图7为提供EMI屏障和散热的组件的截面视图，但也示出了具有由散热片油脂接触的不同高度的两个电子器件。

具体实施方式

图1示出了示例性低轮廓EMI屏障和热管理组件100。组件100包括在EMI屏障104顶上的鸥翼形散热片102。散热片102的顶表面106设置有多个均匀空间的孔或穿孔108。

在图1中不可见的为EMI屏障104内部的栅栏状结构，并且在本文中被称为“框架”，所述框架包括彼此连接的一个或多个垂直侧壁，所述一个或多个垂直侧壁从常规印刷电路112的顶表面110向上延伸并环绕或包围需要EMI屏障的电子电路或器件。

重要的是，并且如下面更充分地解释的，所述框架的侧壁具有从电路板112的顶表面110向上测量的高度，该高度小于由所述框架环绕的最短电子电路的高度。如下面更全面地解释的，具有短壁高度的框架，即框架壁的高度小于最短的电子器件，使得在施加散热片102之前，所述框架内的所有电子电路能够被施加在EMI屏障104的穿孔顶部上的散热片油脂涂覆（over-coated），并且然后向下推进穿过所述孔进入由所述框架环绕的区域中，从而确保由所述框架包围的每个部件设置有用于废热消散的通路。

图2为用于提供EMI屏障并从一个或多个电子部件202、204散热的另一组件200的分解图。图2中所示的组件200包括具有锯齿状顶部的吸热/散热固体金属块228。金属块228位于放置在EMI屏障222上方的散热片油脂226层的顶上。屏障222基本上覆盖附接至电路板206的EMI抑制框架212。

设置有EMI屏障的电子部件202、204具有从板206向上测量的高度208A、208B。在图2中，每个电子部件的高度208A、208B大于或至少等于大致矩形金属框架212的垂直定向侧壁211的高度210。

框架212的侧壁211优选地焊接到电路板206上的接地或参考电位迹线。侧壁211环绕电子部件202、204。因此框架212以栅栏环绕很多电子部件的相同的方式环绕附接至板206的电子部件202、204。

框架212的侧壁211设置有小孔或止动装置214。止动装置214的尺寸、形状和布置被设计为接纳形成到EMI屏障的侧壁218中的小突起部216。

EMI屏障222的侧壁218从EMI屏障222的基本上平面的顶表面或面220向下延伸，即朝着电路板206延伸。侧壁218具有不同于框架的侧壁高度的高度223，并且侧壁218被选择为足够长以用于当EMI屏障222搁置在被包围在框架212内的部件202、204的最高顶部上时使突起部216接合止动装置214。

当框架212的侧壁211上的止动装置214和EMI屏障222的侧壁218上的突起部216彼此接合时，如将EMI屏障222放置在框架212上方并朝向电路板206向下滑动时发生的，止动装置214和突起部216彼此机械地接合或“闩锁”，从而相对于框架212并相对于电路板206将EMI屏障222保持就位。因此，止动装置214和突起部在屏障222和框架212之间提供机械和电气连接。当EMI屏障222处于这种闩锁位置时，即当突起部216和止动装置214机械地且电气地接合时，将EMI屏障222进一步向下推向电路板206使得在EMI屏障222的金属片侧壁218中的所述突起部从止动装置214驱出，这使得EMI屏障侧壁随着所述突起部从止动装置214推出而向外偏转。推动或推进EMI屏障222越过闩锁位置将EMI屏障222重新定位到低于闩锁位置（即，更靠近电路板206）的第二“未闩锁”位置。

仍然参考图2，EMI屏障222的顶面220设置有多个小直径孔224，这些孔相对于彼此均匀地间隔开，即均匀分布穿过整个顶面220。出于成本控制的目的，所有孔224具有相同的直径，所述孔被选择为小到以不允许EMI波穿过它们，但是大到当金属块/散热片228被放置在油脂226的顶部上时，足以允许常规的粘性散热片油脂226被通过施加到金属块/散热片228的力而施加到散热片油脂226的压力推进或被迫穿过所述孔。

图3为图2中描绘的组件200的俯视图，但去除了金属块/散热片228以示出EMI屏障222的顶面220。顶面220当然具有面积A，该面积等于顶面220的宽度w和顶面220的深度d的乘积。因此，顶面的面积A等于量w×d。

每个孔224具有直径d。因此每个孔都有其自己的面积，当然这个面积与所述孔的直径成正比。

屏障222中的孔224的数量，它们的尺寸、形状和布置被选择为使得在EMI屏障222下面不存在被迫穿过孔224的散热油脂不覆盖或涂覆被EMI屏障222覆盖的电子器件的顶部的至少部分的部分或面积。换句话说，EMI屏障222中的孔224的尺寸、形状和布置被设计为使得在EMI屏障中不存在如美国专利7,623,360所教导的“拾取面积”。通过在所有孔224上方放置一层散热片油脂并向下推动所述散热片油脂层，EMI屏障222下方的整个区域并且其中的电子部件将完全由所述油脂覆盖/涂覆。

图4和5以截面示出另一组件400，用于提供电磁干扰（EMI）屏障并用于消散来自附接至电路板402的一个或多个电子部件的热量。在图4和5中，组件400被设置在需要EMI屏障和散热的电子部件404上方，但也附接至衬底/印刷电路板402。

首先参考省略了散热片的图4，其中所示出的组件400包括以截面示出的基本矩形的金属框架406。框架406又包括焊接到衬底/电路板402的四个基本上垂直的壁（示出了两个）408、410。壁408、410从板402向上延伸到由附图标记416标识的高度，该高度小于框架406内的“最短”电子部件404的高度418。

侧壁408、410分别具有与所述电路板毗邻的底部边缘和相对的顶部边缘420、422。水平的壁加强凸缘412、414从壁408、410的顶部边缘420、422向内延伸。

小孔424形成到正好位于加强凸缘412、414下方的侧壁408、410中。所述侧壁中的孔424（即，框架的侧壁孔424）的尺寸和形状被设计为接纳互补形状的突起部427，所述互补形状的突起部从放置在框架406上方的EMI屏障430的侧壁426、428向内延伸。

EMI屏障430的侧壁426、428从EMI屏障430的基本上平面的顶面432向下延伸。EMI屏障侧壁426、428从EMI屏障430的顶面432“向下”延伸，并在框架406的侧壁408、410“上方延伸”。因此，使EMI屏障430的侧壁和框架406的侧壁彼此电气接触和机械接触，从而提供被一些人已知的法拉第笼或法拉第屏障的电气连续包围件。

顶面432穿孔有孔434。孔434具有相同的直径并且均匀地分布穿过顶面432的整个区域，使得所述孔之间的孔中心到孔中心间距是一致的，即相同。

在图4中，通过突起部427与框架的侧壁孔424接合，EMI屏障430附接至框架406。因此，EMI屏障430相对于所述电路板被闩锁在第一位置。

现在参考图5，将一层导热且粘性的散热片油脂502放置在EMI屏障430的顶面423上。通过放置在油脂502顶部上并因此与其直接物理接触的基本鸥翼形散热片504的至少重量，油脂502被向下压缩或推进。

施加到散热片油脂502层的向下的力使得油脂502填充EMI屏障430的穿孔顶面432中的大多数且优选地所有的孔434。向下的力还使得EMI屏障430相对于框架406下降或向下滑动。因此，EMI屏障430被称为滑动热屏障。

如图中所示，孔434中的散热片油脂502与被框架406环绕的电子部件404的顶表面504直接物理接触。图5还示出施加到油脂502的压力最终将EMI屏障430向下推动到更低的（即，更接近板406）并且“未闩锁”位置，其中图5中示出的EMI屏障430直接搁置在电子部件404的顶部上。

重要的是本文应指出，在滑动热屏障的每个实施例中，所述EMI屏障需要与框架进行电气连接以便所述EMI屏障阻挡或抑制电磁干扰。为了做到这一点并使所有的屏障部件能够涂有与所述EMI屏障热连接的散热片油脂，从所述框架向上延伸的侧壁的高度需要小于或等于被屏障的最低高度集成电路封装的高度。然而，从所述EMI屏障向下延伸的所述侧壁的高度需要等于或大于最高半导体封装在所述框架的侧壁的顶部上方延伸的距离，使得所述EMI屏障的侧壁和所述框架的侧壁彼此电气接触和机械接触，并且从而提供法拉第笼/法拉第屏障。换句话说，所述EMI屏障和框架的侧壁的组合高度需要大于或等于所述滑动热屏障内部最高部件的高度，但是所述框架侧壁的高度需要小于其中最短部件。

本领域的普通技术人员应认识到，在图5中，由电子部件404产生的热量或热能将通过EMI屏障430以及散热片油脂502传导并进入散热片504中。然而，散热片504和EMI屏障430彼此不接触，而是实际上彼此物理分隔开。因此，图1-5所示的组件提供了EMI屏障，这可以有效地将热量从包围在所述框架和EMI屏障内的电子电路传递走，如图6所示，所述电子电路包括可能具有显着不同的物理高度的电子器件。

现在参考图6，第一电子部件604具有相对于衬底/印刷电路板602的表面的第一物理高度608。第二且不同的电子部件606具有相对于衬底/印刷电路板602的表面的第二且不同的物理高度610。两个器件604、606都比金属框架的侧壁614更高。

如图6中所示，环绕所述器件的框架609的侧壁614具有由附图标记612标识的高度。因此，侧壁614的高度612小于两个电子部件604、606的高度。然而，放置在较高部件606顶部并与较高部件606直接接触的现有技术的刚性散热片不能与较短部件604接触。

现在参考图7，热能的流动由大致向上指向的短的黑色箭头示出。如图7中所示，通过首先覆盖围绕部件604、606延伸的金属框架708，其中EMI屏障710具有被孔714均匀地穿孔的顶面712，孔714的尺寸、形状和布置被设计成允许粘性散热片油脂716穿过孔714并在两个部件604、606上方流动，可以将热量从不同高度部件604、606传导离开，并且穿过散热片油脂716传递到单个散热片702。因此，来自部件604、606的热量流过散热片油脂716，散热片油脂716包括填充孔174并进入散热片702中的油脂，所述热量在散热片702处消散。

当散热片702被放置在散热片油脂716的顶部上时，通过散热片702的重量和施加到所述散热片的附加机械组件力产生夹紧力，以便将所述散热片油脂压靠在所述EMI屏障和所述电子部件。因此，散热片油脂716处于所述压力下并被夹在EMI屏障710和持续向散热片油脂716施加压力的散热片702之间，从而推进油脂716穿过孔并与电子部件604、606接触。

本领域的普通技术人员应该认识到EMI屏障组件所提供的以下优点：所述EMI屏障组件具有完全/彻底穿孔的顶部，所述完全/彻底穿孔的顶部允许散热片油脂覆盖被所述EMI屏障组件的向下延伸的侧壁包围的所有部件，所述EMI屏障组件的向下延伸的侧壁接合金属框架的侧壁，其对应侧壁低于或短于要被保护免受EMI影响的最短部件。

如上所述，所述EMI屏障的穿孔顶部具有标称的第一面积A₁，其由其长度和宽度的乘积确定。同样如上所述，每个孔具有较小的第二面积A₂。在优选实施例中，所述穿孔中的所有孔的第二面积A₂的总和至少为顶部A₁的面积的约百分之二十直至第一面积A₁的约百分之七十五。

本领域的普通技术人员应该认识到，为了使具有穿孔顶部的所述EMI屏障“覆盖”整个框架或在整个框架上延伸，所述框架优选地包围比所述EMI屏障的侧壁更小的面积。换句话说，所述金属框架环绕或包围小于由所述EMI屏障的侧壁环绕或包围的面积的面积。

上述框架壁加强凸缘优选为水平的，即平行于所述框架及其壁所附接的电路板的平面。如图7中所示，凸缘722的宽度720优选在约三十二分之一英寸直至约四分之一英寸之间。

前面的描述出于说明的目的。在所附的权利要求书中阐述了本发明的真正范围。

Claims

1.一种用于提供电磁干扰（EMI）屏障并且用于从附接至电路板的一个或多个电子部件散热的组件，每个电子部件具有在所述电路板上方延伸的高度，所述高度等于或大于第一高度，所述组件包括：

金属框架，所述金属框架包括从所述电路板向上延伸的壁，所述向上延伸的壁具有小于所述第一高度的第二高度，所述金属框架环绕所述电子部件；

EMI屏障，所述EMI屏障具有基本上平面的顶部，所述顶部穿孔有多个孔，并且具有环绕所述穿孔顶部的侧壁，所述侧壁从所述顶部向下延伸小于所述第二高度的距离，所述EMI屏障的所述向下延伸的侧壁可在第一闩锁位置附接至所述框架的所述壁并且可在第二未闩锁位置附接至所述框架的所述壁，所述第二位置比所述第一闩锁位置更靠近所述电路板；

导热粘性散热片油脂层，所述导热粘性散热片油脂层在所述EMI屏障顶部并且填充所述EMI屏障的所述穿孔顶部中的多个孔，当所述EMI屏障处于所述第二未闩锁位置时，所述多个孔中的散热片油脂与所述至少一个电子部件的所述顶表面直接物理接触；

在所述EMI屏障顶部上并与所述EMI屏障顶部上的所述散热片油脂直接物理接触的散热片；

其中，当所述EMI屏障在所述第二闩锁位置附接至所述框架时，所述组件内的电子部件基本上与源自所述组件外部的EMI隔离，并且其中，从所述组件内部的电子部件发射的EMI基本上包含在所述EMI屏障中，其中，由所述组件内部的电子部件产生的热量通过填充所述孔的所述散热片油脂传导至所述散热片。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，当所述EMI屏障处于所述第二未闩锁位置时，所述散热片和所述EMI屏障彼此物理分隔开。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述穿孔顶部中的所述多个孔彼此均匀地间隔开。

4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述顶部具有第一面积A₁，并且其中，每个孔具有较小的第二面积A₂，所述穿孔顶部中的所有孔的所述第二面积A₂的总和至少约为所述第一面积A₁的约百分之二十直至所述第一面积A₁的约百分之七十。

5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述金属框架环绕小于所述穿孔顶部的所述第一面积A₁的面积，并且其中，所述EMI屏障的所述侧壁在所述金属框架的所述侧壁外侧。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述金属框架的向上延伸的壁具有接触所述电路板的底部边缘和相对的顶部边缘，从所述相对的顶部边缘延伸基本上水平的凸缘，所述水平的凸缘位于所述电路板上方的距离小于所述第一高度。

7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述水平的凸缘的宽度在约三十二分之一英寸直至约四分之一英寸之间。

8.根据权利要求6所述的组件，其中，当所述EMI屏障处于所述第一闩锁位置时，所述水平的凸缘和顶部彼此分隔开，并且当所述EMI屏障处于所述第二未闩锁位置时彼此直接物理接触。

9.根据权利要求1所述的组件，进一步包在所述金属框架内部的第一电子部件和也在所述金属框架内部的第二电子部件，所述第一和第二电子部件具有不同的高度，所述第一和第二电子部件的高度均大于所述框架的所述向上延伸壁的所述第二高度，其中，所述散热片油脂与所述第一和第二电子部件两者直接物理接触，并且其中，所述散热片油脂将来自两个部件的热量传导到所述散热片。

10.一种用于提供电磁干扰（EMI）屏障并且用于消散从所述组件内部且附接至电路板的多个电子部件发射出的热量的组件，每个电子部件具有在所述电路板上方延伸的高度，每个电子部件的高度等于或大于第一最小高度，所述组件包括：

基本上矩形的金属框架，所述金属框架包括多个向上延伸的侧壁，每个侧壁具有小于所述第一最小高度的第二高度，所述金属框架环绕所述电子部件；

被构造成配合在所述金属框架上方的EMI屏障，所述EMI屏障具有矩形且基本上平面的顶部（顶部），所述顶部具有第一面积A₁，所述顶部被多个孔穿孔，所述多个孔彼此间隔开并穿过所述顶部均匀分布，所述顶部具有周向边缘，所述EMI屏障侧壁从所述周向边缘向下延伸，所述EMI屏障的每个侧壁的高度小于或等于所述第二高度，在第一闩锁位置，所述EMI屏障的侧壁可附接至所述框架侧壁，并且在第二未闩锁位置，可附接至所述框架侧壁，所述第二未闩锁位置比所述第一闩锁位置更靠近所述电路板，当所述EMI屏障处于所述第一闩锁位置时，所述EMI屏障的所述顶部与所述电子部件机械且电气分隔开；

导热和粘性散热片油脂层，所述导热和粘性散热片油脂层在所述EMI屏障的顶表面上并且填充所述EMI屏障的所述顶部中的多个孔，当所述EMI屏障处于第二非闩锁位置时，所述多个孔中的散热片油脂与由所述框架环绕的所述电子部件的顶表面直接物理接触；

散热片，所述散热片在所述EMI屏障顶部上并且与所述EMI屏障顶部上的所述散热片油脂直接物理接触但与所述EMI屏障物理分隔开；

其中，当在所述第二闩锁位置中将所述EMI屏障附接至所述框架时，所述框架内的电子部件与源自所述组件外部的EMI隔离，并且其中，从所述组件内部的电子部件发射的EMI被包含在所述EMI屏障中，并且其中，由所述组件内部的电子部件产生的热量通过所述散热片油脂传导至所述散热片。

11.根据权利要求10所述的组件，其中，当所述EMI屏障处于所述第二未闩锁位置时，所述EMI屏障与至少一个电子部件的顶表面直接物理接触。

12.根据权利要求10所述的组件，其中，当所述EMI屏障在所述第二闩锁位置中附接至所述框架时产生夹紧力，所述夹紧力将所述散热片油脂压靠所述EMI屏障和所述电子部件。

13.根据权利要求10所述的组件，其中，所述散热片油脂被配置为压力下被夹在所述EMI屏障和所述散热片之间，由此向所述散热片油脂施加压力，其中，由所述散热片施加至所述散热片油脂的压力推进所述散热片油脂穿过所述孔并与所述电子部件接触。

14.根据权利要求10所述的组件，其中：所述EMI屏障和所述框架中的至少一者包括第一闩锁构件，并且所述EMI屏障和所述框架中的另一者包括第一开口，所述第一开口被构造成接合地接纳用于在所述第一闩锁位置将所述EMI屏障附接至所述框架的所述第一闩锁构件；并且所述EMI屏障和所述框架中的至少一个包括第二闩锁构件，并且所述EMI屏障和所述框架中的另一者包括第二开口，所述第二开口被构造成接合地接纳用于在所述第二闩锁位置将所述EMI屏障附接至所述框架的所述第二闩锁构件。

15.根据权利要求10所述的组件，其中，所述EMI屏障包括第一壁部分，相对于所述第一壁部分向内延伸的第一止动装置，第二壁部分，以及相对于所述第二壁部分向内延伸的第二和第三止动装置，并且其中，所述框架包括用于接合地接纳用于在所述第一闩锁位置将所述EMI屏障附接至所述框架的所述第一止动装置的第一开口，以及用于接合地接纳用于在所述第二闩锁位置将所述EMI屏障附接至所述框架的相应第二和第三止动装置的第二和第三开口。

16.一种用于为电路板的一个或多个电子部件提供板级电磁干扰（EMI）屏障和热管理的方法，所述电子部件具有彼此不同的高度，所述方法包括：

附接至所述电路板，所述金属框架包括环绕多个电子部件的金属侧壁，所述侧壁的高度小于所述框架内部的所述电子部件的高度；

在第一闩锁位置将EMI屏障附接至所述框架的所述金属侧壁，使得第一距离将所述EMI屏障与所述框架内部的电子部件分隔开，所述EMI屏障包括基本上平面的顶部，所述顶部由多个孔穿孔，所述多个孔彼此均匀地间隔开；

涂敷一层粘性的散热片油脂到所述EMI屏障；

将所述散热片施加到所述散热片油脂层；并且

使所述散热片朝向所述电路板向下移动，利用所述散热片油脂填充所述EMI屏障中的孔，并将所述散热片油脂驱动到与所述电子部件直接物理接触。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，使所述散热片向下移动的步骤进一步包括将所述EMI屏障从第一闩锁位置移动到第二可操作的非闩锁位置，在所述第二可操作的非闩锁位置中，所述第一距离基本上被消除并且所述散热片油脂形成从所述一个或多个电子部件到所述散热片的热传导热路径。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在将所述EMI屏障附接至所述框架之前执行焊料回流工艺以将所述框架安装到所述板。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述EMI屏障从所述第一闩锁位置移动到所述第二非闩锁位置产生夹紧力，所述夹紧力将所述散热片油脂压靠所述EMI屏障和所述一个或多个电子部件的至少一部分。