CN1132933A - 散热器 - Google Patents

Abstract

本发明的散热器，可应用于包括二个集成电路组件的至少二个发热元件，该散热器包括一个底座构件，这个构件被固定在集成电路组件上并具有许多凸棱，该散热器还包括一个安在基本位于底座构件中央位置的空气冷却装置。这种结构可改善可靠性，减少噪音并降低能耗。

Description

散热器

本发明一般涉及具有受迫空气冷却装置的散热器，特别涉及应用到至少二个发热元件上的散热器，发热元件包括装在印刷线路板上的第一和第二集成电路封装件。

近年来，以例如膝上型(laptop)个人电脑所代表的轻便电子装置作为要求减少尺寸及高可靠性的电子装置在市场上广泛流行。为了取得这种电子装置的高性能，需要使用一个或多个高功耗集成电路封装件。为了保证该高功耗集成电路封装件的散热，在将集成电路封装件安装在印刷线路板上时应用散热器。

一般地，内装风扇的散热器已作为具有受迫空气冷却装置的散热器得到实际使用。在将这样的具有内装风扇的散热器应用到具有多个发热元件的电子装置中时，将具有内装风扇的散热器固定在每一个发热元件上。因而，要使用多个具有内装风扇的散热器，从而引起可靠性的降低，噪音及能耗的增加以及成本的增加。此外，当每个发热元件尺寸小，每个散热器辐射区不充足时，导致采用高功耗发热元件的困难。

因此，本发明的一个目标就是提供一散热器，适用于多个发热元件。

根据本发明，提供的散热器，将其应用在至少二个发热元件上，发热元件包括安装在一印刷线路板上的第一和第二集成电路封装件，散热器，包括：一具有下表面和上表面的底座构件，下表面固定到第一和第二集成电路封装件上，上表面具有吹风区，这个吹风区限定在第一和第二集成电路封装件之间，上表面还具有许多向上凸出的辐射凸棱(fin)，形成在除去吹风区之外的部分；还有设置在吹风区用于通过辐射凸棱循环空气的空气冷却装置。

在本发明中，为了达到这样的目的即通过使用单个空气冷却装置来强制冷却不仅第一而且第二集成电路封装件并防止作为空气冷却装置例如风扇部件的轴承等温度的升高由此改善可靠性，将空气冷却装置所在的吹风区确定在第一和第二集成电路封装件之间。

在本发明中，单个空气冷却装置被用于多个发热元件，由此可以减少噪音及能耗。此外，在第一和第二集成电路封装件被互相隔开的场合，可增加散热器的辐射区以此改善冷却性能。

通过参照示出了本发明一些最佳实施例的附图，研究下列描述及附加权利要求，本发明的上述及其它目的，特征及优点以及实现它们的方式将更加明确，这个发明本身也将得到最好理解。

图1示出了本发明第一最佳实施例的散热器透视图；

图2是在去除了图1中示出的盖子的条件下的散热器透视图；

图3是沿图1A—A线所取的一个剖面图；

图4是示出了本发明第二最佳实施例的散热器透视图；

图5是示出了本发明第三最佳实施例的散热器透视图；

图6是示出了本发明第四最佳实施例的散热器透视图；

图7A、7B及7C是示出本发明第五最佳实施例的散热器剖面图；

图8是示出本发明第六最佳实施例的散热器透视图；

图9是沿图8B—B线所取的剖面图；

图10是示出本发明第七最佳实施例的散热器透视图；

图11是示出本发明第八最佳实施例的散热器剖面图；

图12是示出本发明第九最佳实施例的散热器透视图；

图13是示出了本发明第十最佳实施例的散热器透视图；

图14是示出了本发明第十一最佳实施例的散热器透视图。

现在参照附图详细描述本发明。

图1是示出本发明第一最佳实施例的散热器透视图；图2是一散热片透视图，示出了在图1中的盖子被去掉的情形；图3是沿图1中A—A线所取的剖面图。将散热器应用到至少二个发热元件上，发热元件包括安装在一印刷线路板2的集成电路封装件4及6。虽然在下列描述中发热元件仅为集成电路封装件4和6，但本发明的散热器可应用到任何其它发热元件，只要它们被安装在印刷线路板2上即可。底座构件8具有一下表面BS3固定在集成电路封装件4和6的上表面上的以此造成它们之间的紧密接触。底座构件8通过焊接固定到集成电路封装件4及6或也可用由树脂形成的带状膜(belt)或夹子(clipper)来固定。

如图2中最佳示出的，吹风区10确定在底座构件8的上表面US上，大致在集成电路封装件4和6的中间部分。底座构件8具有许多辐射凸棱(散热片)12，它们从除去吹风区10之外的上表面US上凸出。风扇部件14装在凸棱12上，以便通过凸棱12在吹风区10与散热器的外部之间造成空气循环。在这个最佳实施例中，风扇部件14通过4个螺钉16固定在凸棱12上。

如在图3中所示，风扇部件14与底座构件8之间的位置关系是这样的，在风扇部件14的底部与底座构件8的上表面US之间确定一给定间隙。在这种方式中，风扇部件14与底座元件8的上表面US不直接接触。换言之，风扇部件14处于在底座构件8的上表面US上面浮动的情形。图1中的标号18代表了通孔它们的形成是为了从底座构件8的上表面通至下表面。集成电路封装件4和6的每一个都有一锚栓(未示出)，它从每一个集成电路封装件的上表面中心伸出，并且锚栓从每一个通孔18通过，由此保证底座构件8与集成电路封装件4和6的紧密接触。如果集成电路封装件4与6不具有锚栓，则不需要底座构件8的通孔18。

图3是沿图1线A—A所取的剖面图，示出了作为空气冷却装置的风扇部件14的详细结构。风扇部件14的构成有：固定到凸棱12上的盖20，它用于盖住吹风区10，固定到盖20上并具有从底座构件8的厚度方向上延伸的心轴22的电动机24，由电动机24旋转的多个叶片26以及具有用于驱动电动机24的驱动电路的印刷线路板28。盖20具有环形凸出部30，它从盖20的下表面伸出，电动机24被固定于凸出部30。电动机24进一步具有由压力固定到环形凸出部30上的定子34，并且在定子34的外周边上具有线圈32，用于将心轴22旋转地支撑到定子34上的轴承36以及固定在心轴22上并具有内周壁的转子40，在内周壁上固定有磁铁38，外周壁上固定有叶片26。标号41代表将驱动线路连到外部装置上的引线；标号42代表环形架(ring yoke)；标号44代表一个架子(yoke)；标号46代表安装在心轴22上的开口垫圈(cut.Washer)；以及标号48代表向上偏置心轴22的一个弹簧。此外，标号50代表多个通过盖20形成的空气循环口，标号52代表确保静态压力差的环形凸出部。空气循环口50沿叶片26旋转轨迹而形成。

在这个最佳实施例中，将外部空气通过口50抽进吹风区10，然后吹风区10所抽进的空气顶着凸棱12吹，由此使受迫空气冷却。电动机24的驱动方式或每个叶片26的倾斜角可以改变以便反转空气流动的方向。根据这个最佳实施例，受迫空气冷却可以通过单个风扇部件引至至少二个发热元件，由此改进可靠性，减少噪音并减少能量消耗。此外，由于集成电路封装件4和6互相隔开，底座构件8的辐射区域可以增加从而改善散热器的冷却特性。在这个最佳实施例中，风扇部件14不是恰恰位于集成电路封装件4或6上。因此，电动机24的温度并没有因此升高，由此确保高可靠性。

图4是示出本发明第二最佳实施例的散热器的透视图。在这个最佳实施例中，将图1示出的散热器应用于相对更大的集成电路封装件4′及6′。这个集成电路封装件4′及6′的相对大尺寸可以引起这样的结构以致集成电路封装件4′及6′间的间隔小于所示出的风扇部件14的宽度。而且在这样一种场合，风扇部件14大致位于集成电路封装件4′及6′之间的中央位置，从而获得良好的冷却特性。最好是风扇部件14的中央部分位于或近于连接集成电路封装件4′的发热中心到集成电路封装件6′的发热中心的直线之中点。在第一和第二最佳实施例中的底座构件8可以例如由铝构成，其热辐射性及可加工性良好。

图5是示出本发明第三最佳实施例的散热器的透视图。这个散热片的特征在于底座构件8具有二层结构，这个结构的构成有第一元件54，它与集成电路封装件4和6紧密接触，第二元件56与凸棱形成一体。最好这样选择第一和第二元件54及56的材料使得第一元件54的热传导性大于第二元件56。因此，可以很容易地将从集成电路封装件4和6产生的热量传到每一个凸棱12，由此加速底座构件8中热传递的均匀性，从而完全改善冷却特性。例如第一元件54可以由铜或铜钨(coppertungsten)构成，第二元件56可以由铝构成。在第一元件54由铜钨构成的场合，铜钨的线性热膨胀系数基本与集成电路封装件4和6的典型材料陶瓷相同，因而底座构件8与集成电路封装件4和6的紧密接触可维持一长时间。

图6是示出本发明第四最佳实施例的散热器透视图。这个最佳实施例的特征在于铜或铜钨构成的第一元件54和由铝构成的第二元件56阀的焊接技术。至少在第二元件56的下表面形成镍镀层(未示出)。将焊料层58插在第一元件54与第二元件56之间，由此通过焊料层58使第一和第二元件54与56铜焊(brazing)在一起。第一和第二元件54与56的铜焊在一起使得通过第一以及第二元件54与56的焊接表面的热传递损失得以减少，从而改善冷却特性。如果铜焊引起相对薄的第一元件54弯曲，第一元件54的下表面在铜焊之后可以通过例如抛光来弄平，从而防止冷却特性的减少。

为了在第一元件54与第二元件56之间的焊接区增加，第一和第二元件54和56焊接表面的形成可以带有相互咬合的不规则性。这种不规则性的例子作为本发明的第五最佳实施例在图7A，7B以及7C中示出。如在图7A，7B及7C中所示，焊接表面的不规则性的剖面形状分别是三角形，长方形，以及梯形。这样的不规则性的形成使得可以改善第一元件54与第二元件56之间热传导性的改善，从而改善散热器的冷却特性。

图8是示出了本发明第六最佳实施例的散热器的透视图，图9是图8中沿线B—B所取的剖面图。与图5中所示的第三最佳实施例相对照，第六最佳实施例的特征在于第一元件54具有二个边缘部分54A从第二元件56的外部伸出以及多个辅助凸棱60与边缘部分54A成为一体。与第二元件56为一体的凸棱12不仅在第二元件56的纵向上而且在横向上以相同间距规则排列。辅助凸棱60以与凸棱12的相同的间距规则排列。虽然辅助凸棱60仅在底座构件8的二个横向上端部上形成，由虚线所示的另外的辅助凸棱60′可进一步形成在底座构件8二个纵向上的端部。根据这个最佳实施例，第一元件54的冷却效果可以被改善从而改善散热器的冷却性能。

图10是示出了本发明第七最佳实施例的散热器透视图。这个最佳实施例的特征在于位于集成电路封装件4与6之间的第一元件54的部分54A在厚度上大于使集成电路封装件4与6紧密接触的第一元件54的部分54B。根据这个实施例，第一元件54的热传导性可以被改进从而改善散热器的冷却性能。此外，第一元件54的较厚部分54A的上表面上可以形成一凹处用于部分存储风扇组件14的电动机，由此使得散热片有很薄的结构。图11是示出本发明第八最佳实施例的散热器剖面图。图11所示剖面图的位置与图3示出的剖面图位置相同。这个最佳实施例的特征在于底座构件8具有多个空气循环孔62，从底座构件8的上表面延至下表面。孔62在集成电路封装件4与6之间的吹风区10上形成。特别地，在这个实施例中孔62是沿风扇组件14的叶片26转动的轨迹两排列的。孔62的存在允许高速空气流的通过，从而改进了散热器的冷却性能。

图12是示出了本发明第九最佳实施例的散热器的透视图。凸棱12在底座构件8的上表面上规则地排列于纵向(箭头64所示)及横向(箭头66所示)上。特别地，设定凸棱12在纵向上间距大于横向凸棱12的间距。凸棱12的这种排列具有这样的优点即当散热器被用于产生空气流动的环境中时，这个空气流动可以被有效地利用于冷却发热元件。例如，在散热器被应用到由系统风扇或类似系统产生空气流动的装置这种场合时，凸棱12的间距较小的横向(箭头66)基本取与装置中空气流动方向相一致。因而，在通常弱于由风扇组件14产生的空气流动的这个装置的空气流动通过箭头66的方向，风扇组件14所产生空气流主要通过箭头64的方向，由此有效地利用该装置的空气流动。结果，可以改善散热器的冷却性能。

图13是示出了本发明第十最佳实施例的散热器透视图。这个最佳实施例的特征在于风扇组件14具有足够大可以盖住几乎所有凸棱12的盖子20′。根据这个最佳实施例，由风扇组件14流向凸棱12的空气的速率可以增加由此改进散热器的冷却性能。

图14是示出本发明第十一最佳实施例的散热器透视图。与图1所示第一最佳实施例类似，风扇组件14的盖20盖住所有凸棱12靠近吹风区的一部分12′。这个最佳实施例的特性是由盖20盖住的凸棱12′短于其它凸棱12。根据这个最佳实施例，设定每一个较短凸棱12′的长度使得风扇组件14不从其它较长凸棱12的上端伸出。因此，散热片可以在厚度上被减少。通过将这个最佳实施例与图10所示第七最佳实施例适当结合可由此更加强这种效果。

虽然在上述实施例中发热元件只是集成电路封装件4与6，但本发明也应用在将其它发热元件安装在印刷线路或安装在任何其它位置上的场合。在这种场合中，底座构件的形状是根据那些其它发热元件的位置和形状设定的，底座构件与这些其它发热元件相接触。

本发明并不限于上述最佳实施例的细节。本发明的范围由附加权利要求所确定，因而在与此权利要求的等同范围内的所有变化及修改都被包括在本发明中。

Claims (14)

1.一种散热器，应用于至少二个发热元件，发热元件包括安装在印刷电路板上的第一和第二集成电路封装件，该散热器包括：

底座构件，具有下表面和上表面，该下表面固定在所说第一和第二集成电路封装件，所说上表面具有一确定在所说第一和第二集成电路封装件之间的吹风区以及许多形成于除所说吹风区外的部分上的向上伸出的辐射凸棱；以及

空气冷却装置，设置在所说吹风区用于通过辐射凸棱循环空气的。

2.根据权利要求1的散热器，其中所说空气冷却装置包括：

固定于所说辐射凸棱以便盖住所说吹风区的盖子；

固定于所说盖子并具有在所说底座构件厚度方向延伸的心轴的电动机；

适于用所说电动机旋转的叶片；以及

用于驱动所说电动机驱动电路。

3.根据权利要求2的散热器，其中所说盖子进一步盖住几乎所有所说的多个辐射凸棱。

4.根据权利要求1的散热器，其中所说底座构件具有多层结构，多层结构包括固定于所说第一和第二集成电路封装件的第一构件及与所说辐射凸棱形成一体的第二构件。

5.根据权利要求4的散热器，其中所说第一构件具有大于所说第二构件的热传导性。

6.根据权利要求5的散热器，其中所说第一构件由从铜钨和铜中选择出一材料构成，所说第二构件由铝构成。

7.根据权利要求6的散热器，其中所说第二构件具有形成在至少是其下表面上的镍镀层，而所说第一构件及所说第二构件由焊接而连在一起。

8.根据权利要求4的散热器，其中所说第一构件和所说第二构件互相具有不规则咬合来增加连接区域。

9.根据权利要求4的散热器，其中所说第一构件具有伸出所说第二构件外部的边缘部分及许多与所说边缘部分一体的辅助凸棱。

10.根据权利要求1的散热器，其中所说底座构件具有在所说第一和第二集成电路封装件之间的所说吹风区内从上表面延至所说下表面的空气循环孔。

11.根据权利要求4的散热器，其中所说第一构件位于所说第一和第二集成电路封装件之间的一部分厚于所说第一构件的与所说第一和第二集成电路封装件紧密接触的另一部分。

12.根据权利要求1的散热器，其中所说辐射凸棱在所说底座构件的所说上表面的纵向和横向上规则排列，在所说纵向上排列的所说辐射凸棱的间距与所说横向排列的所说辐射凸棱不同。

13.根据权利要求12的散热器，其中所说散热器被应用于一个装置，在这个装置中发生空气流动，在所说纵向和所说横向之中所说辐射凸棱的所说间距较小的一个方向基本与在所说装置中产生所说空气流动的方向相一致。

14.根据权利要求2的散热器，其中所说盖子进一步盖住所说多个辐射凸棱靠近吹风区的一部分，所说辐射凸棱由所说盖子盖住的所说部分短于所说辐射凸棱由所说盖子未盖住的另一部分。

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