CN1321337A - 受热表面上带有突出部分的散热器 - Google Patents

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Abstract

一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器,该散热器通过一传热橡胶热连接到一发热元件上,以接受来自发热元件的热量,并使热量消散。

Description

受热表面上带有突出部分的散热器
发明领域
本发明涉及一种受热表面上带有多个突出部分的散热器。受热表面上带有突出部分的本发明之散热器不限于用来消散和冷却装在电子装置上的发热电子元件或类似元件的热量，还可以用于各种需要进行热量消散的技术领域中的散热和冷却。
发明背景
用于个人电脑、游戏机控制台或音响系统等各种电子装置中的半导体芯片已经用较小尺寸来设计或制造。相应地，芯片的集成化密度变得更大且处理速度显著提高。然而，芯片的发热密度也变得更高。
一种包含散热片的散热器被广泛使用，借以消散个人电脑、游戏机控制台或音响系统等装有高热量密度半导体芯片的电子装置产生的热量。当应用散热片时，可以减轻散热器的重量，另外还可以增加散热面积。
包含散热片的散热器的散热方法如下：由热源产生的热量首先传递到带有受热表面的散热器的基底部分上，然后通过连在散热器的基底部分另一端(远离热源的一端或与热源接触表面的背面)的散热片，将该传递过来的热量消散掉。这样，就可消散来自热源的热量。
图6示出了传统散热器的实例。图7以能够看到散热器的受热表面的位置示出了该传统散热器。图中，标号31表示散热片，标号32表示基底部分的受热表面，标号33表示传热橡胶，标号34表示集成电路(发热元件)，标号35表示电子/电路印刷线路板，标号36表示固定螺丝。如图6所示，通过传热橡胶33，使安装在印刷线路板35上的发热元件34与如图7所示的平面受热表面32接触，于是将来自发热元件34的热量通过散热片消散到空气中。
然而，散热器受热表面和传热橡胶之间的接触表面上存在着接触热阻，因此必需降低此接触热阻。此外，发热元件通常包含电子装置，并有复数个电子元件装在印刷线路板上以形成电子/电路。电子元件的尺寸在制造时会有不同，且用来将电子元件安装到印刷线路板上的方式也有不同。因此，安装在印刷线路板上的电子元件距印刷线路板表面的高度会有不同。电子元件的上述高度差异通过插入在散热器基底部分和电子元件之间的传热橡胶来消除。
然而，为了消除安装在印刷线路板上的电子元件的上述高度差异，需要具有高压缩率的传热橡胶。一般而言，传热橡胶的压缩率与它的热传导率成反比。因此，当使用具有高压缩率的传热橡胶时，其导热性会变低。于是，就会产生散热器整体导热性能降低的问题。
图8示意性地表示出相互挤压的一个散热器和一个发热元件，它们之间插入具有高压缩率的传热橡胶。如图8所示，在散热器31和电子/电路中装在印刷线路板35上的发热元件34之间插入传热橡胶33。在散热器31和装在印刷线路板35上的发热元件34之间施加压力以压缩传热橡胶33，因此，如上所述，可以消除装在印刷线路板上的复数个发热元件的高度差异(即，表面不平)。
在这种情况下，若装在印刷线路板上的复数个发热元件的高度差异很大，则会发生施加到发热元件上的力量过大的问题，因此，散热器和装有发热元件的印刷线路板部分会损坏或破裂。
此外，如图8所示，由于散热器受热表面和传热橡胶相互接触的表面分别都是平坦的，空气有可能进入其分界面。当空气进入散热器受热表面和传热橡胶之间的分界面时，就会产生所谓的热绝缘层，因此，会造成其间热阻增加的问题。
一直以来都需要提供一种能够克服上述问题的散热器，即，能够防止将过大的力量施加到装在印刷线路板上的任何电子元件，在散热器受热表面和传热橡胶之间具有较低的热阻，且具有优越的散热效率。
因此，本发明的一个目的是要提供一种散热器，它能够防止将过大的力量施加到装在印刷线路板上的电子元件或类似元件上，在散热器受热表面和传热橡胶之间具有较低的热阻，且具有优越的散热效率。
发明概要
为解决上述问题，本发明的发明者一直努力研究。结果，有以下发现：
更具体地说，当通过热传递导热橡胶与发热元件接触的散热器基底部分的受热表面中有包含凹面和凸面的突出部分，且在散热器受热表面和发热元件之间施加压力时，放在散热器受热表面和发热元件之间的传热橡胶的一部分会进入上述受热表面中的凹陷部分以降低该处的压力，从而可以整体上降低压力，即，平均压缩度降低了。
此外，当通过热传递导热橡胶与发热元件接触的散热器基底部分的受热表面中有包含凹面和凸面的突出部分时，受热表面的表面积会增加从而扩大了受热表面和传热橡胶之间的接触面积。
另外，当通过热传递导热橡胶与发热元件接触的散热器基底部分的受热表面中有包含凹面和凸面的突出部分时，可以防止空气进入散热器基底部分的受热表面和传热橡胶之间的分界面中。
更具体地说，通过降低平均压缩度，可以防止将过大的载荷施加到装在印刷线路板上的电子部分或类似部分，此外，通过增加散热器基底部分的受热表面和传热橡胶之间的接触面积，可以降低散热器受热表面和传热橡胶之间的分界面的热阻，从而可以提高散热效率。
本发明是根据上述发现而达成。
本发明散热器的第一个实施例包括一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，所述受热表面通过一传热橡胶热连接到一发热元件上，以接受来自所述发热元件的热量，并使所述热量消散。
本发明散热器的第二个实施例包括一种散热器，其中所述突出部分由做在所述受热表面中的复数个沟槽所形成。
本发明散热器的第三个实施例包括一种散热器，其中所述沟槽包括至少在相互交叉的两个方向上延伸的沟槽。
本发明散热器的第四个实施例包括一种散热器，其中所述沟槽的每一个都具有包含侧面和一底面的横断面构造，至少其中一面是弯曲的。
本发明散热器的第五个实施例包括一种散热器，其中所述突出部分是从所述受热表面上突出来的，且所述突出部分是相互分开的。
本发明散热器的第六个实施例包括一种散热器，其中所述发热元件装在一印刷线路板上。
本发明散热器的第七个实施例包括一种散热器，其中在所述发热元件和所述受热表面之间施加一载荷使它们相互连接起来，且所述载荷由放置在它们中间的所述传热橡胶吸收掉。
本发明散热器的第八个实施例包括一种散热器，其中所述传热橡胶填满所述受热表面中的所述沟槽内。
本发明散热器的第九个实施例包括一种散热器，其中所述传热橡胶的压缩率在10到60％的范围内。
本发明散热器的第十个实施例包括一种散热器，其中还包含一热管。
本发明散热器的另一个实施例包括一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，其中上述沟槽的每一个都具有包含平直侧面和一底面的横断面构造。
本发明散热器的另一个实施例包括一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，其中上述从受热表面上突出来并相互分开的每一个突出部分都有至少一弯曲面。
本发明散热器的另一个实施例包括一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，其中上述压力是通过将印刷线路板和散热器互相固定起来的固定件来施加的。
本发明散热器的另一个实施例包括一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，其中该散热器包含一散热器主体，且受热表面包含在散热器主体上。
本发明散热器的另一个实施例包括一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，其中该散热器包含一散热器主体和一散热片，且受热表面包含在散热器主体上。
附图简要说明
图1示出了根据本发明的受热表面上带有突出部分的散热器的一实施例；
图2是沿图1中A-A剖面的剖视图，其中散热器的基底部分以底面向上的方式示出以便显示受热表面的细节；
图3是沿图1中A-A剖面的另一个剖视图，其中散热器的基底部分以底面向上的方式示出以便显示受热表面的细节；
图4示意性地示出了根据本发明的散热器，其中一发热元件和一高压缩性传热橡胶受到了压缩；
图5详细示出了本发明一实例中在受热表面上的突出部分；
图6示出了传统散热器；
图7示出了以能够看到受热表面的位置放置的一传统散热器；
图8示意性地示出了一传统散热器，其中一发热元件和一高压缩性传热橡胶受到了压缩。
本发明优选实施例详细介绍
下面参考附图来说明本发明的受热表面上带有突出部分的散热器。
本发明的散热器包括一受热表面上带有复数个突出部分的散热器，其中该受热表面通过一传热橡胶热连接到一发热元件上，以接受来自该发热元件的热量，并使该热量消散。
图1示出了根据本发明的、受热表面上带有突出部分的散热器的一实施例。该散热器包括一基底部分3和一散热片2，且受热表面在基底部分上。通过一传热橡胶，用一固定件5(例如螺丝)将散热器固定到安装发热元件的电子/电路印刷线路板上。图2和3详细示出了受热表面。图2和3是沿图1中A-A剖面的剖视图，其中散热器的基底部分底面向上以便清楚地显示受热表面的细节。从图2和3可以清楚地看到，受热表面上包含了复数个突出部分。
在受热表面上带有上述复数个突出部分的散热器中，突出部分是由在受热表面中的复数个沟槽所形成。此外，该沟槽可以包括至少在相互交叉的两个不同方向上延伸的沟槽。更具体地说，突出部分可以由在两个方向(即，相互交叉的纵向和横向)上延伸的沟槽所形成。此外，该沟槽具有包含侧面和一底面的横断面构造，至少其中一面是弯曲的。此外，每个沟槽具有包含平直侧面和一底面的横断面构造。
如图2所示，该复数个突出部分8是由做在受热表面4上的复数个沟槽形成的，且每个沟槽具有U形横断面，每个横断面包含平直侧面7和一底面6。例如，纵向的四个沟槽和横向的四个沟槽是互相垂直的以形成具有上述构造的突出部分。
如图3所示，复数个突出部分10是由在受热表面4上的沟槽形成的，且沟槽具有包含弯曲侧面10和一底面9的横断面构造。
此外，在受热表面上带有复数个突出部分的本发明散热器中，突出部分可以是从受热表面上突出来且相互分开的部分。更具体地说，上述突出部分并不是由在受热表面上切割出来的沟槽所形成，而是可以通过这样的方式来形成，即每个具有特定形状的突出部分是从受热表面4上突出来的(例如，像在上面已经提到的包括平直侧面或弯曲侧面的凸起形状)。此外，突出部分可以有至少一个曲面。
图4示意性地示出了用在本发明散热器和发热元件之间的高压缩性传热橡胶被压缩的情况。如图4所示，传热橡胶11插入在散热器1和装在印刷线路板13上的发热元件12之间。突出部分是由在散热器1的受热表面4上的沟槽所形成，且沟槽具有包括弯曲侧面10和一底面9的横断面构造。
当在散热器1和装在印刷线路板13上的发热元件12之间施加压力时，传热橡胶11被压缩并填满每一个包括弯曲侧面10和底面9的沟槽。在这个阶段，如果沟槽的端部是不封闭的，则会强迫在散热器和传热橡胶之间的空气通过沟槽的未封闭末端部分，从而可以防止空气被封闭在里面而产生热绝缘层。
传热橡胶11填满每个包括底面9和部分弯曲或全部弯曲的侧面10的沟槽，以扩大散热器基底部分的受热表面和传热橡胶之间的接触面积，从而提高散热效率。此外，由于传热橡胶11填满了每个包括底面9和弯曲侧面10的沟槽，平均压缩度就降低了，可以防止将过大的力量施加到装在印刷线路板上的电子元件或类似元件上，因此可以防止电子元件或类似元件受到损坏。
如上所述，在受热表面上带有突出部分的本发明散热器中，对中间插有传热橡胶的发热元件和受热表面施加压力使它们连接在一起。此外，该压力是由将散热器固定到印刷线路板上的螺丝施加的。
在本发明中，传热橡胶的压缩率在10到60％的范围内。更具体地说，当传热橡胶的压缩率低于10％时，会有过大的力量施加到装在印刷线路板上的复数个发热元件上，在这种情况下，若发热元件在高度方向上的尺寸差异很大，则会使装在印刷线路板上的发热元件损坏或破裂。另一方面，当传热橡胶的压缩率超过60％时，传热橡胶的热阻会变高，从而降低散热效率。另外，传热橡胶的压缩率最好在20到30％的范围内。
受热表面上带有突出部分的本发明散热器包括如图1所示的一散热器主体，且受热表面可以包含在散热器主体中。此外，受热表面上带有突出部分的本发明散热器可以包括一散热器主体和一散热片，且受热表面可以包含在散热器主体中。此外，散热器主体可以位于与散热片互相隔开一预定距离的地方。
此外，受热表面上带有突出部分的本发明散热器可以包括一热管。例如，受热表面和散热片互相隔开一预定距离，并配置热管以便将受热表面连接到散热片上
通过一个实例来详细说明受热表面上带有突出部分的本发明散热器。实例
通过一热传导率为2.5瓦特/米·开尔文且厚度为1.3毫米的传热橡胶，向受热表面上带有复数个突出部分的本发明散热器施加压力，使它与装在印刷线路板上以形成电子/电路的40毫米长及40毫米宽的发热元件(即，集成电路芯片)紧密接触。在这一装置中，传热橡胶的压缩率为23％，并向此装置施加一5千克/平方厘米的载荷使传热橡胶的厚度成为1.0毫米。
受热表面上总共切出6条0.2毫米宽及0.3毫米深的凹槽15、16，间距各为10毫米，且互相垂直，如图5(A)所示。因此，形成了16个顶面平坦的矩形突出部分14。如图5(B)所示，其横断面构造为，每个顶面平坦的矩形突出部分14是在U形沟槽16之间形成的。
传热橡胶在载荷的作用下填满了构成突出部分的沟槽。
为了作对比，通过一热传导率为2.5瓦特/米·开尔文且厚度为1.3毫米的传热橡胶，向受热表面平坦而无突出部分的散热器施加压力，使它与装在印刷线路板上的40毫米长及40毫米宽的发热元件(即，集成电路芯片)紧密接触。
对这样配置的本发明散热器和对比用散热器中的热阻以及施加到集成电路芯片上的载荷加以研究。结果，本发明配置中传热橡胶的热阻(包括接触热阻)为0.4摄氏度/瓦特，而对比配置中传热橡胶的热阻(包括接触热阻)为0.5摄氏度/瓦特
此外，施加到本发明配置中集成电路芯片上的载荷为60千克，而施加到对比配置中集成电路芯片上的载荷为80千克。
上述结果清楚表明，根据受热表面上带有突出部分的本发明散热器，传热橡胶的热阻可以显著降低，且施加到集成电路芯片上的载荷可以大大减少。
因此，根据本发明，可以提供一种在散热器受热表面和传热橡胶之间具有低热阻的散热器，使得散热效率十分优良而又不会对装在印刷线路板上以形成电子/电路的电子元件施加过大的力量。

Claims (15)

1．一种受热表面上带有复数个突出部分的散热器，所述受热表面通过一传热橡胶热连接到一发热元件上，以接受来自所述发热元件的热量，并使所述热量消散。
2．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述突出部分由在所述受热表面中的复数个沟槽所形成。
3．根据权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述沟槽包括至少在相互交叉的两个方向上延伸的沟槽。
4．根据权利要求2或3所述的散热器，其特征在于，所述沟槽的每一个都具有包含侧面和一底面的横断面构造，至少其中一面是弯曲的。
5．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述突出部分是从所述受热表面上突出来的，且所述突出部分是相互分开的。
6．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述发热元件装在一印刷线路板上。
7．根据权利要求1至6中任一项所述的散热器，其特征在于，在所述发热元件和所述受热表面之间施加一载荷使它们相互连接起来，且所述载荷由放置在它们中间的所述传热橡胶吸收。
8．根据权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述传热橡胶填满了所述受热表面中的所述沟槽。
9．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述传热橡胶的压缩率在10到60％的范围内。
10．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，还包含一热管。
11．根据权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述沟槽具有包含平直侧面和一底面的横断面构造。
12．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述从受热表面上突出来并相互分开的突出部分具有至少一弯曲面。
13．根据权利要求7所述的散热器，其特征在于，所述载荷是通过将所述印刷线路板固定到所述散热器上的固定件来施加的。
14．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述散热器包含一散热器主体，且所述受热表面包含在所述散热器主体上。
15．根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述散热器包含一散热器主体和一散热片，且所述受热表面包含在所述散热器主体上。
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