CN1373510A - 用于冷却发热元件的冷却装置和包括有冷却装置的电子设备 - Google Patents

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Abstract

一个冷却装置,包括一个设置在一个发热元件(17)附近的散热片(24),该散热片(24)具有大于发热元件(17)的面积。在发热元件(17)和散热片(24)之间设置一个热扩散构件(45)。一个第一热传导构件(56)介于发热元件(17)热扩散构件(45)之间,一个第二热传导构件(57)介于热扩散构件(45)与散热片(24)之间。热扩散构件(45)具有大于第二构件(57)的热传导率并具有大于发热元件(17)的面积。

Description

用于冷却发热元件的冷却装置和包括有冷却装置的电子设备
                  对相关申请的引用
本申请以2001年2月28日提出申请的日本专利申请No.2001-055207为基础，并要求该申请的优先权。
                     技术领域
本发明涉及冷却装置，用于提高发热元件的热辐射效率，所述发热元件例如是半导体组件及电设备，如带有这种冷却装置的便携式计算机。
                     背景技术
笔记本型便携式计算机，PDA(personal digital assistants：个人数字助理)以及其它便携式电子设备一般包括一个半导体组件，用于处理文字、声音和图像形式的多媒体信息。最近以来，随着半导体组件的信息处理速度的增加以及更加多功能化，它们所消耗的能量越来越多。从而，它们成正比地比以往任何时候产生更多的热量。
在这种情况下，为了确保电子设备的操作稳定性必须改善半导体组件的热辐射效率。换句话说，必须使半导体组件装有某种辐射/冷却装置，例如散热片。
传统的散热片具有一个热接收部分，它与半导体组件的IC芯片热连接。如果IC芯片与热接收部分被一间隙相互分离，则该间隙则起着一个隔热层的作用。从而，从IC芯片向热接收部分的热传导被该间隙所隔断。因此，在传统上如果在IC芯片和热接收部分之间有任何的间隙的话，则用导热油脂将该间隙填充或者在该间隙中设置一个导热片。利用这种结构，能够可靠地从IC芯片将热量传递给热接收部分，以便改善IC芯片的热辐射效率。
近年来BGA(ball grid arrag：球栅阵列)组件已成为电子设备的半导体组件的主流。一个BGA组件被设置在位于IC芯片对侧的表面安装器件(SMD，surface mount device)上，它带有一系列以栅格形式排列的焊球。BGA组件被安装到各个电路基板上时，它们的高度的离差可在±0.25mm的范围内。
另一方面，在电路基板上安装一个散热片，以便覆盖BGA组件。散热片通常用注射成形高导热性的铝合金的方式形成。但是，各个部件，包括利用注射成形制造的散热片的热接收部分在内，由于凝固和收缩，不可避免地会出现尺寸变化。因此，当把散热器安装到电路基板上时，从热接收部分到电路基板的距离会发生明显的改变。
从而，会由于BGA组件高度的离差以及散热片的尺寸的不精确性，而使散热片的热接收部分和IC芯片之间的间隙变得很大，当IC芯片和散热片之间的间隙变大时，介于它们之间的油脂或导热片的厚度必须相应地增大。那么，热连接IC芯片和热接收部分的区域表现出大的热阻。
此外，热连接IC芯片和热接收部分的区域的接触面积基本上和IC芯片的平的表面面积同样大。换句话说，它远小于热接收部分的表面面积。从而，连接IC芯片和热接收部分的热传导路径具有一个小的横截面，因此通过热连接区域的单位面积的热量必须以很高的速度进行运动。从而，IC芯片和热接收部分会出现一个很大的温度差，热量不能有效地从IC芯片传递到散热片上。
                         发明内容
因此，本发明的目的是提供一种冷却装置，它可以有效地吸收热连接一般是IC芯片的发热元件与散热片的区域的尺寸变化，同时有效地将热量从发热元件向散热片传递，以改进发热元件的热辐射效率。
本发明的另外一个目的是提供一个包含有这种冷却装置的电子设备。
为了达到上述目的，根据本发明的第一个方案的冷却装置包括：一个靠近发热元件设置的散热片；设置在发热元件与散热片之间的热扩散构件；介于发热元件与热扩散构件之间的第一热传导构件，用于热连接发热元件与热扩散构件；一个介于热扩散构件和散热片之间的第二热传导构件，用于热连接热扩散构件和散热片。
为了达到上述目的，根据本发明的第二个方案的冷却装置包括：一个具有发热的IC芯片的半导体组件；一个靠近该半导体组件设置的散热片，该散热片具有一个大于IC芯片的面积；一个设置在半导体组件和散热片之间的热扩散构件；一个介于半导体组件的IC芯片和热扩散构件之间的第一热传导构件，用于将IC芯片和热扩散构件进行热连接；一个介于热扩散构件和散热片之间的第二热传导构件，用于将热扩散构件和散热片进行热连接；以及一个在IC芯片和热扩散构件之间的间隙，该间隙小于热扩散构件和散热片之间的间隙，该热扩散构件具有高于第二热传导构件的热传导率，其面积大于IC芯片的面积。
为了达到上述目的，根据本发明的第三个方案的冷却装置包括：一个靠近发热元件设置的散热片；一个设置在发热元件和散热片之间的热扩散构件；一个介于发热元件与热扩散元件之间的第一热传导构件，用于将发热元件和热扩散构件进行热连接；一个介于热扩散构件与散热片之间的第二热传导构件，用于将热扩散构件与散热片进行热连接。散热片的面积大于热扩散构件的面积，而热扩散构件的面积大于发热元件的面积。
为了达到另外一个目的，根据本发明的第四个方案的电子设备包括：一个装有发热元件的外壳；一个容纳在外壳内的散热片，该散热片设置在发热元件附近，该散热片的面积大于发热元件的面积；一个设置在发热元件和散热片之间的热扩散构件；一个介于发热元件与热扩散构件之间的第一热传导构件，以便将发热元件和热扩散构件进行热连接；以及，一个介于热传导构件和散热片之间的第二热传导构件，用于将热扩散构件和散热片进行热连接，热扩散构件的热传导率大于第二热传导构件的热传导率，其面积大于发热元件的面积。
本发明的其它目的和优点将在下面的描述中加以说明，并从这些描述中部分地变得更加清楚，或者通过实施本发明而变得更加清楚。借助下面详细描述的方法及其组合可以实现和达到本发明的目的和优点。
                            附图说明
结合到说明中并构成说明的一部分的附图，用于说明本发明的实施例，和上面所给出的总的说明和下面所给出的对实施例的详细描述一起，用来说明本发明的原理。
图1是本发明的第一个实施例的分解示意透视图，表示一个便携式计算机与其冷却装置的位置关系；
图2是一个便携式计算机的示意剖面图，用于表示一个便携式计算机和实施例的冷却装置的位置关系；
图3是一个便携式计算机的示意剖面图，表示半导体组件和实施例的一个冷却装置的位置关系；
图4是一个便携式计算机的示意剖面图，表示一个外壳和一个容纳在实施例的外壳内的冷却装置；
图5是一个实施例的冷却装置的示意透视图；
图6是一个实施例的示意透视图，表示一个半导体组件和它的一个热扩散构件的位置关系；
图7是一个实施例的热扩散构件的示意透视图；
图8是实施例的示意剖面图，表示BGA型半导体组件、一个热扩散构件和它的一个散热片的位置关系；
图9是实施例的示意剖面图，表示借助热扩散构件热连接到散热片上的BGA型半导体组件；
图10是沿图9的F10-F10线截取的示意剖面图；
图11A是沿图9的F11A-F11A线截取的示意剖面图；
图11B是沿图9的F11B-F11B线截取的示意剖面图；
图12是一个便携式计算机的一部分的分解透视图，表示实施例的一个外壳的底壁，一个盖，一个热传导片和一个散热片；
图13是便携式计算机的一部分的透视图，表示一个安装到实施例的外壳的底壁上的盖；
图14A是本发明的第二个实施例的示意剖面图，表示借助一个热扩散构件热连接到一个散热片上的BGA型半导体组件；
图14B是图14A中用圆圈X包围起来的部分的放大的示意剖面图；
图15是本发明的第三个实施例的示意剖面图，表示借助一个热扩散构件热连接到一个散热片上的一个BGA型半导体组件；
图16是第三个实施例的热扩散构件的示意透视图；
图17是本发明的第四个实施例的示意剖视图，表示借助一个热扩散构件热连接到散热片上的BGA型半导体组件；以及
图18是本发明的第五个实施例的示意剖面图，表示借助热扩散构件热连接到散热片上的BGA型半导体组件。
                        具体实施方式
现参照图1至13对本发明进行描述，这些图表示用于一个便携式计算机上的本发明的第一个实施例。
图1和图2表示作为一个电子设备的便携式计算机，以及适合于冷却便携式计算机1的一个冷却装置2。
便携式计算机1包括一个计算机主体3和由计算机主体3保持的显示装置4。计算机主体3具有一个平的外壳5。外壳5包括一个底壁5a，一个顶壁5b，一个前壁5c，一对侧壁5d，以及一个后壁5e。一个手掌托台6和一个键盘安装部分7设置在外壳5的顶壁5b上。手掌托台6位于外壳5的顶壁5b的前半部上，而键盘安装部分7位于手掌托台6的后方，一个键盘8设置在安装部分7内。
显示装置4具有一个显示器外壳10和一个液晶显示面板11。液晶显示面板11被容纳在显示器外壳10内，并通过显示器外壳的前开口12暴露在外面。
显示器10借助一个铰链装置(未示出)将其一端连接到外壳5的后端上。从而，显示装置4可以在一个完全把手掌托台6和键盘8覆盖的关闭位置与一个竖起的、将手掌托台6、键盘8和液晶显示面板11暴露出来的位置之间转动。
如图2和3所示，外壳5中容纳有一个电路基板13。电路基板13具有一个安装表面13a，它面对外壳5的底壁5a。一个BGA型半导体组件安装到表面13a上，作为一个电子部件。半导体组件15包含有一个作为便携式计算机1的核心的微处理器。
如图6和8所示，半导体组件15包括一个基板16和一个IC芯片17，它是一个发热元件。基板16具有一个矩形轮廓，在其外周有四个角。基板16每一边的长度大约30mm。IC芯片17以很高的速度处理包括文字、声音和图像在内的多媒体信息，因此，在其操作过程中以很高的速度产生热量，从而，为了可靠地进行操作，需要进行冷却。
IC芯片17具有一个矩形轮廓，并且小于基板16。芯片的每一侧大约10mm。芯片17被焊接到基板16的相对两表面之一或者表面16a的中心。IC芯片17具有一个远离基板16的平坦的热辐射面19。热辐射面19稍稍从基板16的表面16a上突出。
在基板16的另外一个表面上，许多焊球20布置为栅格形式。焊球20被结合到电路基板13的安装表面13a上。从而，半导体组件15以Ic芯片17面朝下的方式安装到电路基板13上。
如图2至4所示，外壳5也包括一个用于冷却半导体组件15的冷却单元23。该冷却单元23包括一个散热片24和一个电风扇装置25。
散热片24由金属材料制成，例如高热导率的铝合金材料。散热片24具有一个热接收部分26和一个热交换部分27。热接收部分具有一个平坦的矩形轮廓，其表面面积大于半导体组件的表面面积。热接收部分26面对半导体组件15设置在外壳5的底壁5a和电路基板13之间。
如图4和5所示，散热片24的热接收部分26具有四个基板支撑部28a至28d。基板支撑部28a至28d分别从热接收部分26的四个角向电路基板13突出。电路基板13借助各个螺钉29刚性固定在基板支撑部28a至28d的自由端。电路基板13设有接地板(未示出)，它们分别设置在接触基板支撑部分28a至28d的位置处。从而，散热片24借助基板支撑部分28a至28d和位于电路基板13接触它们的各个位置处的接地板被接地。
四个基板支撑部分28a至28d中，设置在热接收部分26的对角线Z上的一对支撑部分28a，28c分别置于一对从外壳5的底壁5a上突出的凸出部30a，30b上。刚性固定电路基板13的两个螺钉29中的每一个分别穿过基板支撑部28a，28c进入凸出部30a，30c中。从而，散热片24的热接收部分26在对角线Z的两个部位处直接刚性固定在外壳5的底壁5a上。
如图3至图5所示，散热片24的热交换部分27与热接收部分26成一整体并热连接到后者上。热交换部分27位于从外壳5前侧观察时的外壳5的左侧壁5d与半导体组件15之间。热交换部分27具有一个从其外周向上延伸的支撑壁31。一个金属顶板32刚性固定到支撑壁31的上端。从而，顶板32和热交换部分27及支撑壁31相结合，形成一个冷却空气通路33。冷却空气通路33在其下游端与一个冷却空气出口34连通，该出口34开设在外壳5的左侧壁5d上。
如图2和图4所示，风扇装置25设在散热片24的紧前方。风扇25包括一个风扇外壳36和一个离心式叶轮37。
风扇外壳36具有一个第一吸气口38，第二吸气口39和一个排气口40，同时，它与散热片24成为一个整体。第一吸气口38面对一系列开口于外壳5的底壁5a上的第一组空气入口41。第二吸气口39面对开口于手掌托台6上的一系列第二组空气入口42。排气口40向散热片24敞开，同时它的一部分面对冷却空气通路33的上游端。
叶轮37借助一个扁平马达43被风扇外壳36支撑。扁平马达43电连接到电路基板13。当半导体组件15的温度达到预定值时，扁平马达43根据从电路基板13馈送的信号被驱动旋转。
当叶轮37被扁平马达43驱动旋转时，空气通过第一和第二吸气口38，39从风扇外壳36的内部被吸入。然后空气从叶轮37的外周作为冷却空气被排出。然后，冷却空气借助排气口40被送往冷却空气通路33和包围半导体组件15的区域。
如图8至11所示，半导体组件15的IC芯片17借助热扩散构件45热连接到散热片24的热接收部分26上。热扩散构件45具有一个热扩散板46和一对侧板47。扩散板46和侧板47通常由金属材料制成，例如高热传导性的铝合金或铜合金。它们也是导电的。
扩散板46的尺寸基本上和半导体组件15的基板16的尺寸相同，大约厚2mm。扩散板46具有一个第一热接触面48a和一个位于第一热接触面48a对面的第二热接触面48b。第一热接触面48a面向半导体组件15。第一接触面48a的面积远大于IC芯片17的热辐射表面19。第二热接触面48b面向散热片24的热接收部分26。第二热接触表面48b的面积远大于IC芯片17的热辐射表面19的面积。第一和第二热接触表面48a，48b被制造得非常平坦光滑。
扩散板46设有一对凹槽49a，49b。凹槽49a，49b向热接收部分26敞开，并分别沿第二热接触表面48b的相应的相对两边缘延伸。
侧板47分别沿扩散板46的相应的相对两边缘延伸。侧板47设有各自的支撑部分52。支撑部分52垂直地弯曲，以便嵌入到各个凹槽49a，49b内。然后通过软钎焊、焊接或其它适当的方法将支撑部分52刚性安装到各个凹槽49a，49b内。
如图7和8所示，侧板47被扩散板46保持并相对于第一和第二热接触面48a，48b垂直地向上竖立。侧板47从第一热接触表面48a向上突起，其凸出量大于IC芯片17相对于基板16的凸出量。从而，侧板47的突出部分相互面对并将第一热接触表面48a夹在它们中间。
每个侧板47在其纵向相对两端设有一对向内垂直弯曲的舌片53，每个舌片53同侧板47的相应端相互协同，形成一个垂直弯曲的啮合部分54。啮合部分54设置在第一热接触表面48a的四个拐角处，并对应于半导体组件15的基板16的四个拐角18。基板16的拐角18分别与对应的啮合部分54啮合以确定半导体组件15和热扩散构件45之间的相对位置关系。
侧板47的每个支撑部分52具有一对通过倾斜向下弯折侧板47形成的弹簧部55，使得它们可以沿扩散板46的高度方向弹性变形。弹簧部55的端部向下延伸到第二热接触表面48b以下，与散热片25的热接收部分26接触。
利用上述结构，热扩散构件45在热接收部分和半导体组件15之间被弹簧部55持续向上推动。从而，扩散板46的第一热接触表面48a被向上推向IC芯片17的热辐射表面19。
此外，弹簧部55以被压缩的状态保持在热扩散构件45和热接收部分26之间，以便将热扩散构件45和散热片24电连接起来。从而，热扩散构件45借助散热片24连接到电路基板13的接地板上。
如图9至11所示，热扩散构件45被保持在热接触部分26和半导体组件15之间的一个偏向半导体组件15的位置上。从而，在热扩散构件45的第一热接触表面48a和IC芯片的热辐射表面19之间产生一个间隔S1，同时在热扩散构件45的第二热接触表面48b和热接收部分26之间形成另一个间隙S2。间隙S1比S2窄。
间隙S1被保持在一个接近于0的无限小的数值，以便高效率地将热量从IC芯片17传递到热扩散构件45上。通常由油脂制成的第一柔软热传导构件56设置在间隙S1内。第一热传导构件56与IC芯片17的热辐射表面19及热扩散构件45的第一热接触表面48a紧密接触，以便热连接芯片17和热扩散构件45。
间隙S2被保持在这样一个数值，使得它足以吸收散热片24的尺寸偏差以及半导体组件15相对于电路基板13的设计高度与实际高度的差值。一个通常由油脂制造的第二柔软热传导构件57设置在间隙S2内。第二热传导构件57与热扩散构件45的第二热接触表面48a及热接收部分紧密接触，以便将热扩散构件45和散热片24热连接。因此，第一热传导构件56的厚度小于第二热传导构件57的厚度。
热扩散构件45的热传导率(W/(m·K))大于第一和第二热传导构件56，57的热传导率。换句话说，热扩散构件45比第一和第二热传导构件56，57的热传导性能好。从而，借助第一热传导构件56从IC芯片17传导到热扩散构件45的扩散板46上的热量沿第一和第二热接触表面48a，48b弥散，使得热量从一个大于IC芯片17的热辐射表面19的区域被传输到第二热传导构件57。
如图2和3所示，散热片24的热接收部分26具有一个热发射表面60。热发射表面60远离半导体组件15并朝向外壳5的底壁5a。热发射表面60具有一个平面区域，它大于半导体组件15并被一个柔软的热传导片61覆盖。
如图12和13所示，外壳5的底壁5a设有一个开口62，该开口62面向散热片24的热发射表面60。开口62的尺寸大于热发射表面60。开口62被盖63覆盖。盖63借助螺钉64由底壁5a可拆装地支撑。
盖63具有多个贯通孔65，它们被设置成一个棋盘式排列。因此，热传导片61借助贯通孔65向外壳5的底壁5a暴露。
如图1和2所示，用于冷却便携式计算机1的冷却装置2具有一个装置主体70。装置主体70具有一个平的类似于箱子的外形轮廓，其尺寸对应于外壳5的后半部。装置主体70的上表面起着容纳表面71的作用，用于容纳外壳5的后半部。容纳表面71设置有一系列的锁紧爪73。当外壳5被放置在容纳表面71上时，锁紧爪73可释放地抓住外壳5的底壁5a。外壳5即被锁定在容纳表面71上。
装置主体70包括一个辅助散热片75。辅助散热片75通常由诸如铝合金这种高导热性的金属材料制成。散热片75具有一系列从其顶表面向上突出的热接收突起76。热接收突起76具有类似于棱镜的外形轮廓，从而可以分别插入到盖63的各个贯通孔65内，排列成一个棋盘式排列。热接收突起76暴露在装置主体70的容纳表面71上。每个热接收突起76在其顶端具有一个平坦的接触表面76a。热接收突起76的接触表面76a相互平齐。
从而，当便携式计算机1的外壳5被置于容纳表面71上时，热接收突起76分别位于盖63的相应贯通孔65的正下方，使得热接收突起76的接触表面76a面对导热片61。
辅助散热片75被支撑在装置主体70上，其支撑方式为，它可以在热接收突起76的接触面76a突出到容纳表面71上方的第一位置与热接收突起76的接触表面76a基本上与容纳表面71平齐的第二位置之间垂直移动。辅助散热片75可借助一个操作机构78垂直地从第一位置向第二位置移动或相反。
现在描述将便携式计算机1连接到冷却装置2上的步骤。
首先，将外壳5置于装置主体70的容纳表面71上并借助锁紧爪73被牢固地保持在容纳表面71上。在这种条件下，对操作机构进行操作，以便将辅助散热片75从第二位置向上推到第一位置。结果是，热接收突起76的接触表面76a通过盖63的各个贯通孔65嵌入到外壳5的内部并按压到热传导片61上。
从而，热传导片61被夹在散热片24的热发射表面60和热接收突起76的接触表面76a之间，使得散热片24借助热传导片61热连接到辅助散热片75。
这时，具有热发射表面60的热接收部分26经受一个由热接收突起76作用的力，该力试图将它向上推并将其从外壳5的底壁5a处移开。但是，由于热接收部分26是在对角线Z的两个位置处用螺钉29刚性连接到外壳5的底壁5a上，牢固地固定在该处，它可以可靠地反抗该力的作用而保持就位。因此，当使外壳5与冷却装置2接触时，可以防止热接收部分26晃动和/或被抬起。
当便携式计算机1工作时，半导体组件15的IC芯片17产生并发射热量。IC芯片17产生的热量借助第一热传导构件56被传递到热扩散构件45的扩散板46上，然后借助第二热传导构件57被传递到散热片24的热接收部分26上。从而，热接收部分26的热发射表面60被从IC芯片17传递来的热量加热到一个很高的温度。热发射表面60借助热传导片61被热连接到冷却装置2的辅助散热片75上。从而，从IC芯片17传递到热接收部分26上的热量被直接传递到辅助散热片75。
从而，通过散热片24从IC芯片17向辅助散热片75延伸的热量传输通路的热容量增加。所以，发热的IC芯片17的热辐射效率增加，以便在操作过程中恰当地保持半导体组件15的环境温度。
如果便携式计算机1还在进行操作，而半导体组件15的温度升高到预定的水平以上时，风扇装置25开始工作。冷却空气即被引导到散热片24的冷却空气通路33内。
从风扇装置25来的冷却空气在它通过冷却空气出口34被强制从外壳5中流出之前流过冷却空气通路33时，强制冷却散热片24的热交换部分27。因此，从热接收部分26被传递到热交换部分27的热量通过冷却空气的流动部分地被排放到外壳5之外，加速半导体组件15的热量排放。
利用上述结构，热扩散构件45夹在IC芯片17和热接收部分26之间。热扩散构件45的第一热接触表面48a被成对的弹簧部55压向IC芯片17的热辐射表面19。因此，第一热接触表面48a和热辐射表面19之间的间隙S1被保持为无限小，接近于0。换句话说，设置在该间隙内的第一热传导构件56被制得非常薄。因此，热连接第一热接触表面48a和热辐射表面19的区域的热阻变得最小，使得由IC芯片17产生的热量可被有效地传递到热扩散构件45的扩散板46。
此外，扩散板46的第一和第二热接触表面48a，48b的面积远大于IC芯片17的热辐射表面19的面积，扩散板46的热传导率远大于第一和第二热传导构件56，57的热传导率。从而，从IC芯片17传递到扩散板46的热量很快地沿着第一和第二热接触表面48a，48b弥散到扩散板46的每一个角落。其结果是，热量借助远大于热辐射表面19和第二热传导构件57的被扩大的面积从IC芯片17被传递到热接收部分26。
从而，热扩散构件45和热接收部分26的热接触区域的尺寸能够令人满意地满足所需的热传递速度。换句话说，单位面积的热流速度最小化了。因此，如果热扩散板46和热接收部分26之间的间隙S2大于间隙S1且第二热传导构件57具有一个大厚度的话，可以将热扩散构件45和热接收部分26的热接触区域的热阻保持在足够低的水平。从而，第二热接触表面48b的温度和热接收部分26的温度之间的温度差最小化了。
如上面所述，通过在从IC芯片17到散热片24的热传递通路中设置热扩散构件45，可以有效地将热量从IC芯片17传递到散热片24，提高IC芯片17的散热效率。
此外，利用上面所描述的结构，如果由于例如散热片24的尺寸偏差使得热接收部分26和IC芯片17之间的距离偏离设计值，容纳在间隙S2内的柔软的第二热传导构件57发生应变和变形，以吸收距离的变化。
更具体地说，当第二热传导构件57发生应变和变形时，热扩散构件45的扩散板46显然被保持在相对于散热片24浮动的状态。这意味着，散热片24的热接收部分26不必从一开始就被设置在浮动状态，从而可以从散热片24中消除可移动的部分，从而简化散热片24的结构设计，同时使散热片24尺寸小、重量轻。
同时，由于散热片24可以避免使用任何活动部件，其机械强度获得改进，在便携式计算机1的搬运过程中免于使散热片24变得松动。
另外，利用上面所述的结构，被置于半导体组件15上的热扩散构件45借助散热片24电连接到线路基板13的接地层上。因此，半导体组件15可利用热扩散构件45被电磁屏蔽。从而，可以防止从半导体组件15来的电磁噪声的泄漏，这是一种十分有利的抗噪声手段。
尽管在上面所描述的第一个实施例中，采用油脂作为第一个热传导构件56，但绝不意味着本发明局限于此。例如，可用焊料代替油脂。由于焊料的热传导率远大于油脂的热传导率，热连接IC芯片17和扩散板46的区域的热阻可进一步降低。从而，可高效地将热量从IC芯片17传递到扩散板46。
图14A和14B示意地表示本发明的第二个实施例。
第二个实施例与第一个实施例的不同之处仅在于热扩散构件45的侧板47的结构。除此之外，与第二个实施例相同。
本实施例的热扩散构件45的每个侧板47具有一个延伸部81，它从各舌片53的上边缘向上延伸，同时每个延伸部81设有一个通过向内弯折延伸部81的上端部形成的啮合部82。各个啮合部82可拆卸地挂在半导体组件15的基板16的拐角18处的相应的其他表面16b上。从而，热扩散构件45在半导体组件15的对应于各个啮合部分54的四个拐角处保持在半导体组件15上。
利用本实施例的上述结构，热扩散构件45可保持挂在安装于电路基板13上的半导体组件15上。因此，当将热扩散构件45置于半导体组件15与散热片24之间的位置处时，可防止它脱落或位移。从而，可以轻松操作热扩散构件45，提高组装便携式计算机1和冷却装置2以及热连接半导体组件15和散热片24的效率。
图15和16示意地表示本发明的第三个实施例。
第三个实施例唯一不同于第一个实施例之处在于，通过利用热扩散构件45进一步改进屏蔽半导体组件的效果。除此之外与第一个实施例相同。
如图15所示，在电路基板13的安装表面13a上设置一系列接地板91。接地板91被设置成包围半导体组件15的元件安装区。接地板91电连接到电路基板13的内部的接地层(未示出)。
热扩散构件45的每个侧板47具有与之成一体的接头部92，后者从各舌片53的上边缘向上延伸。接头部92被设置成包围半导体组件15并分别焊接到电路基板13的相应的接地板91上。从而，热扩散构件45被直接连接到电路基板13的接地层上。
利用上述第三实施例的结构，热扩散构件45与电路基板13协同，将半导体组件15夹于它们中间并电连接到电路基板13的接地层上。从而，热扩散构件45作为一个适合于包围半导体组件15的近源导体因而可以被用作一个防止由半导体组件15所产生的电磁噪声的泄漏的屏蔽体。从而，在从低频区到高频区的一个很宽的范围内，可以改善对半导体组件15的屏蔽效果。
此外，由于热扩散构件45的接头部分92是被焊接到电路基板13上的，所以热扩散构件45被刚性保持在电路基板13上。从而，当半导体组件15和散热片24相互热连接在一起时，可以防止热扩散构件45脱落或位移，改善组装便携式计算机1的工作效率。
图17示意地表示第四个实施例。
在第四个实施例中，在散热片24的热接收部分26上成一体地形成一系列凸出部101。凸出部101分别向上向电路基板13的相应的接地板91凸出。每个凸出部101的顶表面101a面对相应的一个接地板91。热扩散构件45的接头部分92分别设置在凸出部101的顶表面101a和接地板91之间。
电路基板13借助螺钉102被刚性固定到凸出部101上。作为这种固定结构的结果，热扩散构件45的接头部分92分别夹紧在凸出部101的前表面101a和相应接地板91之间，并直接连接到电路基板13的接地层。
利用上面所描述的第四个实施例的结构，热扩散构件45与电路基板13协同，将半导体组件15夹于它们之间，并且和第三个实施例的情况一样，电连接到电路基板13的接地板。从而，热扩散构件45可更加可靠地作为一个适合于围绕半导体组件15的近端导体，从而能用作防止半导体组件15产生的电磁噪声泄漏的屏蔽体。
此外，热扩散构件45借助接头部92刚性保持在电路基板13上。因此，当半导体组件15和散热片24相互热连接时，可以防止热扩散构件45脱落或偏移，改善便携式计算机1的组装效率。
图18示意地表示本发明的第五个实施例。
在第五个实施例中，利用填充剂110填充热扩散构件46的第一热接触表面48a和半导体组件15的基板16之间的间隙。填充剂110通常可以是一种具有粘接特性的热塑性树脂材料，例如石蜡类材料。填充剂110将热扩散构件45和半导体组件15粘接并牢固地保持在一起，使它们包围发热的IC芯片17。
利用上面所描述的第五个实施例的结构，由于借助填充剂101将热扩散构件45牢固地固定在半导体组件45上，所以，能够稳定地保持半导体组件15和热扩散构件45之间的位置关系。因此，当半导体组件15和散热片24被相互热连接到一起时，防止了热扩散构件45的脱落和位移，改进了组装便携式计算机1的工作效率。

Claims (34)

1.一种冷却发热元件的冷却装置，其特征在于包括：
一个设置在所述发热元件(17)附近的散热片(24)；
一个设置在所述发热元件(17)和所述散热片(24)之间的热扩散构件(45)；
一个介于所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)之间的第一热传导构件(56)，用于热连接所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)；以及
一个介于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的第二热传导构件(57)，用于热连接所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述散热片(24)的面积大于所述发热元件(17)的面积。
3.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述热扩散构件(45)具有大于所述第二热传导构件(57)的热传导率，并具有大于所述发热元件(17)的面积。
4.如权利要求1所述的冷却装置，进一步包括一个弹簧构件(55)，用于将所述热扩散构件(45)推向所述发热元件(17)。
5.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
所述第一热传导构件(56)比所述第二热传导构件(57)薄，所述第二热传导构件(57)沿厚度方向位移。
6.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
所述发热元件(17)具有一个热辐射面(19)，同时所述热扩散构件(45)具有一个面向所述热辐射面(19)的第一热接触面(48a)和一个面向所述散热片(24)的第二热接触面(48b)，所述第一和第二热接触面(48a，48b)每个都具有一个大于所述热辐射面(19)的面积。
7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，
所述热扩散构件(45)被弹簧(55)压向所述发热元件(17)。
8.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
所述发热元件(17)沿一个外周具有一组拐角(18)，所述热扩散构件(45)具有一组啮合部(54)，用于和各个拐角(18)相啮合，所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)的位置关系由所述拐角(18)和所述啮合部(54)的相互啮合来确定。
9.如权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，
所述热扩散构件(45)具有一组舌片(53)，用于可拆装地钩在所述发热元件(17)上。
10.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
所述第一热传导构件(56)具有高于所述第二热传导构件(57)的热传导率。
11.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
所述散热片(24)具有一个与所述第二热传导构件(57)保持接触的热接收部分(26)，一个热连接到所述热接收部分(26)、并与所述发热元件(17)隔开的热交换部分(27)。
12.如权利要求11所述的冷却装置，进一步包括一个风扇(25)，它将冷却空气馈送到所述散热片(24)的至少所述热交换部分(27)。
13.一种冷却装置，其特征在于，它包括：
一个具有发热的IC芯片(17)的半导体组件(15)；
一个靠近所述半导体组件(15)设置的散热片(24)，所述散热片(24)具有大于所述IC芯片(17)的面积；
一个设置在所述半导体组件(15)和所述散热片(24)之间的热扩散构件(45)；
一个介于所述半导体组件(15)的所述IC芯片(17)与所述热扩散构件(45)之间的第一热传导构件(56)，用于热连接所述IC芯片(17)和所述热扩散构件(45)；
一个介于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的第二热传导构件(57)，用于热连接所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)；以及
一个在所述IC芯片(17)和所述热扩散构件(45)之间的间隙(S1)，它比所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的间隙(S2)窄，所述热扩散构件(45)具有大于所述第二热传导构件(57)的热传导率，并具有大于所述IC芯片(17)的面积。
14.如权利要求13所述的冷却装置，其特征在于，
所述半导体组件(15)安装在一个电路基板(13)上，所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)分别由导电性材料制成，所述热扩散构件(45)借助所述散热片(24)电连接到所述电路基板(13)。
15.如权利要求14所述的冷却装置，其特征在于，
所述热扩散构件(45)被介于所述热扩散构件(45)与所述散热片(24)之间的导电性弹簧(55)压向IC芯片(17)，所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)借助所述弹簧(55)相互电连接。
16.如权利要求13所述的冷却装置，其特征在于，
所述半导体组件(15)具有一个承载安装于其上的IC芯片(17)的基板(16)，所述热扩散构件(45)刚性固定到所述基板(16)上。
17.一种冷却装置，其特征在于，它包括：
一个具有承载一组接地板(91)的安装表面(13a)的电路基板(13)；
一个安装在所述电路基板(13)的所述安装表面(13a)上的电子元件(15)，所述电子元件(15)具有一个设置在与所述安装表面(13a)相对的一侧的发热部分(17)；
一个设置在所述电子元件(15)附近，具有大于所述发热部分(17)的面积的散热片(24)；
一个设置在所述电子元件(15)和所述散热片(24)之间并具有大于所述发热部分(17)的面积的热扩散构件(45)；
一个介于所述电子元件(15)的所述发热部分(17)与所述热扩散构件(45)之间的第一热传导构件(56)，用于热连接所述发热部分(17)和所述热扩散构件(45)；
一个介于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的第二热传导构件(57)，用于热连接所述散热片(24)和所述热扩散构件(45)；以及
一个在所述发热部分(17)和所述热扩散构件(45)之间的间隙(S1)，它比所述热扩散构件(45)与所述散热片(24)之间的间隙(S2)窄，所述热扩散构件(45)由导电材料制成，其热传导率大于所述第二热传导构件(57)的热传导率，同时设有一组接头部分(92)，用于分别连接到所述电路基板(13)的相应的接地板(91)。
18.如权利要求17所述的冷却装置，其特征在于，
所述散热片(24)具有一组向所述电路基板(13)突出的凸出部(101)，在分别对应于所述接地板(91)的位置处刚性固定在所述电路基板(13)上，所述热扩散构件(45)的所述接头部分(92)被分别夹紧在所述对应的接地板(91)和所述对应的凸出部(101)的前表面(101a)之间。
19.一种电子设备，其特征在于，它包括：
一个容纳有发热元件(17)的外壳(5)；
一个安装在所述外壳(5)内的散热片(24)，所述散热片(24)被设置在所述发热元件(17)附近，所述散热片(24)的面积大于所述发热元件(17)的面积；
一个设置在所述发热元件(17)和所述散热片(24)之间的热扩散构件(45)；
一个介于所述发热元件(17)和所述的热扩散构件(45)之间的第一热传导构件(56)，用于热连接所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)；以及
一个介于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的第二热传导构件(57)，用于热连接所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)，所述热扩散构件(45)具有大于所述第二热传导构件(57)的热传导率并具有大于所述发热元件(17)的面积。
20.如权利要求19所述的电子设备，其特征在于，
在所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)之间的间隙(S1)比所述热扩散构件(45)与所述散热片(24)之间的间隙(S2)窄，所述第二热传导构件(57)可以根据所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的间隙(S2)发生位移。
21.如权利要求19所述的电子设备，进一步包括一个容纳在所述外壳(5)内的电路基板(13)，该电路基板(13)承载所述发热元件(17)。
22.如权利要求21所述的电子设备，其特征在于，
所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)分别由导电材料制成，所述热扩散构件(45)通过所述散热片(24)电连接到所述电路基板(13)。
23.如权利要求21所述的电子设备，其特征在于，
所述电路基板(13)具有一组接地板(91)，所述热扩散构件(45)设有一组分别连接到所述接地板(91)的接头部分(92)。
24.一种用于冷却发热元件的冷却装置，其特征在于，它包括：
一个靠近所述发热元件(17)设置的散热片(24)；
一个设置在所述发热元件(17)和所述散热片(24)之间的热扩散构件(45)；
一个介于所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)之间的第一热传导构件(56)，用于热连接所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)；以及
一个介于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的第二热传导构件(57)，用于热连接所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)，其中，所述散热片(24)的面积大于所述热扩散构件(45)的面积，同时，所述热扩散构件(45)的面积大于所述发热元件(17)的面积。
25.如权利要求24所述的冷却装置，进一步包括一个弹簧构件(55)，用于将所述热扩散构件(45)推向所述发热元件(17)。
26.一种用于冷却发热元件的冷却装置，其特征在于，它包括：
一个靠近所述发热元件(17)设置的散热片(24)；
一个基板(16)，所述发热元件(17)固定于其上，所述基板(16)具有四个拐角(18)；
一个设置在所述发热元件(17)和所述散热片(24)之间的热扩散构件(45)，所述热扩散构件(45)具有对应于所述基板(16)的四个拐角(18)的四个啮合部分(54)，允许将所述基板(16)安装到所述热扩散构件(45)上；
一个介于所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)之间的第一热传导构件(56)，用于热连接所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)；以及
一个介于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间的第二热传导构件(57)，用于热连接所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)。
27.如权利要求26所述的冷却装置，进一步包括一个弹簧构件(55)，用于将所述热扩散构件(45)推向所述发热元件(17)。
28.如权利要求26所述的冷却装置，其特征在于，所述散热片(24)具有大于所述热扩散构件(45)的面积，同时所述热扩散构件(45)具有大于所述发热元件(17)的面积。
29.一种组装具有热扩散构件的半导体组件的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
提供一个基板(16)，在其上固定一个发热元件(17)以形成所述半导体组件(15)，所述基板(16)具有四个拐角(18)；
提供一个设置在所述发热元件(17)和一个散热片(24)之间的热扩散构件(45)，后者具有对应于于所述基板(16)的四个拐角(18)的四个啮合部(54)，允许所述基板(16)与所述热扩散构件(45)配合；
将一个第一热传导构件(56)置于所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)之间，以热连接所述发热元件(17)和所述热扩散构件(45)；
将所述热扩散构件(45)的四个啮合部(54)装配到所述基板(16)的四个拐角(18)上；以及
将一个第二热传导构件(57)置于所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)之间，以热连接所述热扩散构件(45)和所述散热片(24)。
30.如权利要求29所述的方法，进一步包括提供一个弹簧构件(55)，用于将所述热扩散构件(45)推向所述发热元件(17)。
31.一种热扩散构件，其特征在于，它包括：
一个扩散板(16)，它具有一个用于与一个发热元件(17)结合的第一热接触面(48a)，以及一个用于和一个散热片(24)结合的第二热接触面(48b)；以及
位于所述扩散板(46)的相对两端的一对侧板(47)，所述侧板(47)从所述扩散板(46)垂直延伸以便与基板(16)的侧边啮合，所述发热元件(17)固定在所述基板(16)上。
32.如权利要求31所述的热扩散构件，进一步包括一对从每一个侧板(47)的端部延伸出来，形成啮合部(54)的舌片(53)。
33.如权利要求31所述热扩散构件，进一步包括一个弹簧构件(55)，用于将所述热扩散构件(45)推向所述发热元件(17)。
34.如权利要求31所述的热扩散构件，其特征在于，所述散热片(24)具有大于所述热扩散构件(45)的面积，同时，所述热扩散构件(45)具有大于所述发热元件(17)的面积。
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