CN1659700A - 带高容量散热器的电子组件及其制作方法 - Google Patents

带高容量散热器的电子组件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种电子组件，其包括一个或多个高性能集成电路，后者包括至少一个高容量散热器。包括许多从一个芯子向外径向突出的翼片的这一散热器用来俘获来自风扇的空气，并引导空气改善散热器的热传导。散热器翼片可以按不同形状构成。一个实施例中的翼片是弯曲的。另一实施例中的翼片是弯折的。再一实施例中的翼片是弯曲和弯折的。本发明还公开了制作散热器和电子组件的方法，以及散热器在电子组件和电子系统中的应用。

Description

带高容量散热器的电子组件及其制作方法
相关发明
本发明涉及到和本发明同属一个受让人的以下专利：
系列号09/716,510，名称为“A High-Performance FinConfiguration For Air-Colled Heat Dissipation Device”；
系列号09/766,757，名称为“High-Performance Heat SinkConfiguration For Use In High Density Packaging Applications”；
系列号09/800,120，名称为“Radial Folded Fin Heat Sink”；
系列号09/860,978，名称为“High-Performance Air Colled HeatSink Used In High Density Packaging Applications”；
系列号——号，名称为“Bent Fin Heat Sink and Method ofManufacture”(客户档案P11461)；
和本申请同时提交的系列号——，名称为“ManufacturingProcess for a Radial Fin Heat Sink”(代理人档案884.443)；以及
和本申请同时提交的系列号——，名称为“Radial Folded FinHeat Sinks and Methods”(代理人档案884.468)。
技术领域
本发明一般涉及到电子封装，具体涉及到电子组件的若干实施例，这种组件包括高性能电子部件和高容量散热器，并且涉及到其制作方法。
背景技术
集成电路(IC)等电子部件通常是通过与一个基板例如是印刷电路板(PCB)的物理和电气耦合而装配在一个封装内构成一个“电子组件”。“电子组件”可以是一个“电子系统”的一部分。广义的“电子系统”可以是包括“电子组件”的任何产品。电子系统的例子包括计算机(例如台式，膝上型电脑，手持电脑，服务器，Internet设备等等)，无线通信设备(例如蜂窝电话，无绳电话，寻呼机等等)，计算机相关的外设(例如打印机，扫描仪，监视器等等)，娱乐设备(例如电视机，收音机，立体声音响，磁带和光盘播放器，盒式录像机，MP3(Motion Picture Experts Group，Audio Layer 3)播放器等等)诸如此类。
在电子系统的领域中，制造商之间存在不断的竞争，促使其产品性能提高同时又要降低生产成本。这对于基板上的IC封装尤其重要，新一代的封装必须要提高性能，特别是增加部件的数量和提高时钟频率，同时又要在尺寸上小而紧凑。
对于IC的内部电路例如是处理器，工作的时钟频率越来越高，并且随着IC的操作功率电平越来越高，由这种IC产生的热量会使其工作温度上升到无法接受的水平，降低其性能甚至造成灾难性故障。因此，从包括IC封装的IC环境中有效地散热就越来越重要了。
因此，电子设备往往包含用来冷却高性能IC的散热设备。一种公知类型的散热设备包括安装在散热器顶上的翼片风扇。散热器包括许多径向翼片或热传导材料棒例如是围绕一个芯形成的铜或铝。芯的底面与IC形成热接触，将IC发出的热量传导给环境空气。无法做到空气在翼片或棒上面运动以提高散热设备的冷却容量。然而，随着高性能IC消耗的功率越来越大并相应地产生更多的热量，散热设备必须提供目前水平更高得到散热容量。
为了提供高容量热传导，新式散热设备必须更加有效。空冷散热器难以增大尺寸，因为设备制造商受到极大的竞争压力要维持或缩小设备封装的尺寸，同时还要在设备封装内集成越来越多的部件。因此，有竞争力的散热设备必须在尺寸上比较紧凑而且要达到足以避免高性能部件超过其工作发热规定的水平。
出于上述和以下要说明的原因，本领域的技术人员阅读过本发明的说明书之后就会理解，在技术上显然需要一种在电子组件中封装高性能电子部件的装置和方法才能缓解散热问题。
附图说明
图1是现有技术中包括连接到IC封装的散热器的一种电子组件的透视图；
图2是现有技术中径向翼片散热器的一个顶视图；
图3是图2中虚线框22内部分的顶视图，表示现有技术的径向翼片散热器内的气流图；
图4是沿图2中虚线部分24和25之间提取的一段侧视图，表示位于IC封装上面的现有技术的径向翼片散热器；
图5表示按照本发明一个实施例的一种弯曲翼片散热器的透视图；
图6表示图5中弯曲翼片散热器的顶视图；
图7表示一种电子组件的局部透视图，它包括按照本发明一个实施例位于IC封装上面的一个弯曲翼片散热器；
图8表示一种电子组件的局部透视图，它包括一个轴流风扇，上面是按照本发明一个实施例的弯曲翼片散热器；
图9是图6中虚线框内部分的顶视图，表示按照本发明一个实施例在弯曲翼片散热器内部的气流图；
图10表示图6中弯曲翼片散热器在虚线段51和53之间提取的一段的侧视图；
图11表示本发明一个实施例的弯折翼片散热器的透视图；
图12表示本发明一个实施例的弯折翼片散热器的侧视图；
图13表示一种电子组件的透视图，它包括按照本发明一个实施例位于IC封装上面的一个弯折翼片散热器；
图14表示一个风扇的示意图，它包括切向和径向气流部件，以及按照本发明一个实施例位于基板上一段IC封装上面的一个弯折翼片散热器的侧视图；
图15表示按照本发明一个实施例的一种弯曲-弯折散热器的透视图；
图16表示按照本发明一个实施例的一种弯曲-弯折散热器的顶视图；
图17表示一种电子组件的透视图，它包括按照本发明一个实施例位于IC封装上面的一个弯曲-弯折翼片散热器；
图18表示现有技术中径向翼片散热器的气流图；
图19表示按照本发明一个实施例的弯曲翼片散热器的气流图；
图20表示按照本发明一个实施例的曲线弯曲翼片散热器的气流图；
图21表示按照本发明的一个实施例制作散热器的流程图；
图22表示按照本发明的一个实施例制作电子组件的流程图；以及
图23是一种电子系统的方框图，它包括的至少一个电子组件具有按照本发明一个实施例的至少一个高容量散热器。
具体实施方式
以下要参照作为说明书一部分的附图详细解释本发明的实施例，在其中表示了能实现本发明的具体最佳实施例。这些实施例公开了足够的细节可供本领域技术人员实现本发明，还可以采用其它实施例，并且无需脱离本发明的原理和范围还能实现结构，机制，组成和工艺上变更。因此，以下的说明并没有限制的意义，而本发明的范围仅仅受其权利要求书的限制。
本发明提供了一种与现有技术中具有高电路密度并且按高时钟速度和高功率电平操作的集成电路封装有关的散热问题的解决方案，采用了一种高热容量散热器。以下要解释各种实施例。
按照一个实施例的散热器包括一个热传导芯子。芯子具有许多大致按径向方式突出的热传导翼片。芯子具有一个中央空腔，在其中插入热传导材料。散热器翼片可以采用各种形状。按照一个实施例的翼片是曲线的。另一实施例的翼片是弯曲的。再一实施例的翼片是曲线且弯曲的。
按照一个实施例的散热器可以用在具有翼片风扇例如是轴流风扇的电子组件中，将空气引导到散热器上面。散热器下面与发热的电子组件例如是高性能IC形成热接触。散热器的结构能从风扇获取空气并引导空气来优化散热器的热传导。
本文还描述了各种制作散热器和电子组件的方法。
图1是现有技术中包括连接到IC封装5的散热器2的一种电子组件1的透视图。电子组件1包括安装在印刷电路板(PCB)3上的许多电子部件5-9。散热器2包括一个比较厚的平的基板12，以及延伸到基板12的边缘且与基板大致垂直的翼片阵列11。尽管图1中所示的翼片11是折叠翼片，其它现有技术散热器不具有折叠翼片。例如，现有技术中已知有铜焊，机加工或挤压的固体翼片。基板12通过附件13夹持在IC封装5上。基板12通常是固体的铜制成的，并且在电子组件1的成本和质量中占有明显的份量。
随着高性能IC封装尺寸的缩小，每单位体积上的部件的发热量会增加。增大现有技术中散热器2的散热容量需要扩展基板12和/或翼片阵列11的表面面积。这样会导致消耗更多的PCB有效面积，而不能有效地用于随着高性能产品换代不断提高系统封装密度。
图1中所示的现有技术散热器2可以与一个轴流风扇(图1中没有表示)一起使用来增大从翼片阵列11的散热。轴流风扇有一个形状类似于螺旋桨的旋转叶轮。从轴流风扇发出的气流的一个分量与叶轮围绕其旋转的轴线平行运动，并且这一“轴向分量”的取向垂直于散热器2的翼片阵列11，也就是垂直于PDB 1(参见图14中的轴向分量132)。
轴流风扇发出的气流的另一分量与叶轮的旋转方向正切。这一“正切分量”形成围绕叶轮旋转轴线的气旋(参见图14中的正切分量130)。按轴向分量对正切分量运动的空气的比例随具体的风扇叶片几何形状而改变。例如，小角度冲击风扇叶片会产生较大比例的轴向气流，而大角度冲击风扇叶片会产生较大比例的切向气流。某些轴流风扇中的比例是1∶1。
如果轴流风扇是面朝下安装到现有技术的散热器2上，气流的轴向分量对冷却效果起主要作用，因为笔直的垂直翼片11获得的切向分量很小。
图2是现有技术中径向翼片散热器20的一个顶视图。散热器20被称为“径向翼片散热器”是因为其翼片21是从中央芯子41径向发出的。翼片21是笔直的，而各个翼片21的基底被连接到芯子41上与中心轴线42平行(参见图4)。参见图2，芯子41可以有一个中央空腔23，还有一个热传导材料的热插销40能促进散热。
图3是图2中虚线框22内部分的顶视图，表示现有技术的径向翼片散热器20的翼片内的气流图。在图3中，来自一个轴流风扇(未表示)的切向气流分量29冲击在翼片26和27上。
在讨论切向气流分量29之前首先应该注意到翼片26和27与芯子41是基本上垂直的，而且从芯子41发出的翼片26和27明显分叉。在翼片26和27的基底的半径43明显小于翼片26和27尖部的翼片尖部距离28。
切向气流分量29冲击现有技术径向翼片散热器20的翼片，例如是翼片26和27。切向气流分量29的主要部分30朝翼片26和27的尖部向外运动。切向气流分量29的一小部分33朝翼片26和27的基底向内运动。
由于翼片26和27的分叉几何形状，来自切向气流分量29的气流和来自轴向分量(图3中没有表示)的气流朝翼片尖部运动，躲过相邻翼片26和27之间的区域，只有很少气流到达翼片26和27在芯子41附近的最热部分。这样会导致散热不足。因此就要替换功率和噪声更大的风扇，否则就不能充分冷却电子部件以免性能下降或发生灾难性故障。
图4是沿图2中虚线段24和25之间提取的一段侧视图，表示位于IC封装34上面的现有技术的径向翼片散热器20。翼片31和32处在散热器20的相对两侧。热插销40的下面与发热的IC封装34的上表面形成热接触。用箭头55代表的热量从IC封装34传入热插销40。热量从热插销40通过空腔23的侧壁38传导到翼片31(为了便于说明省略了散热器芯子)，并通过空腔23的侧壁39传导到翼片32。翼片31和32的最热部分最靠近热插销40。
图中用一组气流矢量36代表由相邻翼片之间面朝下的轴流风扇(未表示)产生的轴向气流分量，包括现有技术中径向散热器20的翼片31。可以看出，相对于翼片31上最接近热插销40的最热部分运动的气流很小。
同样在图中用另一组气流矢量37代表由包括翼片32的相邻翼片之间面朝下的轴流风扇(未表示)产生的轴向气流分量。同样，相对于翼片32上最接近热插销40的最热部分运动的气流很小。
此外，从图3和4中可以看出，由典型的轴流风扇产生的切向分量中只有少量气流被现有技术的径向翼片散热器俘获。这一点还要在以下参照图18进一步说明。
显然需要有一种散热器结构能够显著增加冲击在散热器最热部分的气流量，并且明显增大流经散热器翼片的气流量和速度，包括明显增大轴流风扇被散热器俘获的切向分量的气流量。
图5表示按照本发明一个实施例的一种弯曲翼片散热器50的透视图。弯曲翼片散热器50包括围绕一个芯子55布置的多个冷却翼片52。翼片52是用具有高热传导率的材料例如是热传导金属制成的。在一个实施例中，翼片52是用铝制成的；翼片也可以用铜或是其他合适的热传导金属或金属合金制成。
芯子55具有一个中心轴线58。芯子55可以有一个中央空腔54供插入一个热插销(未表示)。各个翼片52具有一个基底和一个尖部。各个翼片102的基底与中心轴线58基本上平行地连接到芯子55。各个翼片52按同一相对方向弯曲。从以下的说明中可知，弯曲翼片散热器50的翼片52的形状制成能够俘获来自轴流风扇(图5中没有表示)的气流的切向分量。翼片52的形状还能引导相对大量和相对高速的气流实质接触到各个翼片52的整个表面，包括各个翼片52邻近芯子55的最热部分。
图6表示图5中弯曲翼片散热器50的顶视图。以下要解释如何对弯曲翼片散热器50构形来增加冷却翼片52的数量，获得理想的“不完全矩形”形状弯曲翼片散热器50，同时在所有冷却翼片52之间维持基本上一致的宽高比。“不完全矩形”在此处的意思是指一种具有四个笔直或稍有弯曲(凹或凸)的侧面的几何图形，角上的垂直的，倒圆的，和/或不垂直的。
之所以为弯曲翼片散热器50的一个实施例选择了“不完全矩形”形状是因为这种形状制成能够与安装弯曲翼片散热器50的高性能IC封装的台面面积最接近匹配。在本实施例中对弯曲翼片散热器50形状的进一步限制是在围绕IC封装的电路板上具有一个“防护区(keep-out area)”，因为需要在防护区内安装其他部件并尽量缩小电路板的总体物理尺寸。
从图6中可以看出不完全矩形形状的弯曲翼片散热器50，其中的弯曲翼片散热器50包括两个在长度61上稍有凸起弯曲的侧边和两个在长度62上稍有凸起弯曲的端部。各个侧边在倒圆的角部例如是角部57处与各个端部对接。
一个实施例的翼片52是通过剂制工艺(或压延工艺)制作的。与从一个散热器芯子机加工成翼片或是铜焊或锡焊到散热器芯子上的工艺相比，采用压延工艺制作散热器能够大大节省制作成本。采用大批量制造技术能够很快压延到数英尺长度，然后切割成各自具有许多弯曲翼片的单个弯曲翼片散热器，并在必要时形成一个用来容纳热插销的中央空腔。
然而，弯曲翼片的压延工艺受到多方面工艺限制。一个限制是对于铝的压延，弯曲翼片52的宽高比(或长宽比)也就是翼片52长度对两个相邻翼片52之间间隙的平均宽度之比不能超过10∶1到12∶1。另一个限制是翼片的基底的半径不能小于1.0到1.2毫米。
为了提供尽可能大的总散热表面，还有一个限制是要提供尽可能多的翼片52(受到上述半径限制)，各个翼片52要尽量长(受到上述宽高比限制)。在使用这种散热器冷却一个IC的情况下，散热器散发的热量必须至少足以维持IC内的节点温度处在预定的最大值之下。
考虑到上述工艺限制，芯子55的形状要基本上匹配弯曲翼片散热器50的形状或台面面积，该形状在图6所示的实施例中是不完全矩形形状。这样的芯子55包括两个在长度71上稍有凸起弯曲的侧边和两个在长度72上稍有凸起弯曲的端部。各个侧边在倒圆的角部例如是角部77处与各个端部对接。这样就能维持翼片52的宽高比围绕弯曲翼片散热器50的整个外围大致均匀。翼片52的宽高比围绕弯曲翼片散热器50的整个外围可以有一些变化，只要是任何翼片52都不会超过大约10∶1到12∶1的最大宽高比。可以理解，随着压延技术的进步，宽高比范围的上限预期会上升；然而，本发明的相同原理无疑可以应用于用更先进的压延技术压延的散热器。
图7表示一种电子组件60的局部透视图，它包括按照本发明一个实施例位于IC封装64上面的一个弯曲翼片散热器50。图示的IC封装64被安装在一个电路板63上，它与图1中所示的现有技术电路板是类似或相同的类型；电路板63也可以是任何类型。弯曲翼片散热器50的下面与IC封装64形成热接触。
图中示意性表示的一个轴流风扇65被定位在弯曲翼片散热器50上面的的上方。风扇65包括许多在箭头68所指方向上围绕与弯曲翼片散热器50的上面大致垂直的一个轴线67旋转的风扇叶片或叶轮66。
由于散热器50的制造成本比较低并且质量比图1中所示的现有技术散热器明显要小，电子组件60比图1中所示的现有技术电子组件更具商业价值。
图8表示一种电子组件的局部透视图，它包括一个轴流风扇70，上面是按照本发明一个实施例的弯曲翼片散热器50。风扇70包括许多弯曲叶轮74，叶轮围绕着与弯曲翼片散热器50的上面大致垂直的一个轴线69设置。叶轮74被连接到在箭头75所指方向上受风扇电机73驱动的轮毂84上。用一个夹具机构76将风扇70和弯曲翼片散热器50夹持在弯曲翼片散热器50下面的电路板(未表示)上的一个发热IC(未表示)的上面。
图9是图6中虚线框56内部分的顶视图，表示按照本发明一个实施例在弯曲翼片散热器50内部的翼片81和82的气流图。在图9中，来自轴流风扇(未表示)的切向气流分量79冲击翼片81和82。各个翼片81或82朝向或是面向风扇叶片74旋转方向75的反方向弯曲(图8)。
在讨论切向气流分量79之前，首先应该注意到翼片81和82的基底部分与芯子55大致垂直。翼片81和82从基底起明显偏离垂直方向弯曲。然而，翼片81和82从芯子55出发时仅仅是稍有分叉。翼片81和82的基底的半径78仅仅稍微小于翼片81和82尖部的翼片尖部距离88。这样的几何结构能够明显改善翼片81和82之间的气流。它进一步限制了指向翼片尖部的路径，在翼片之间保持更多的气流，以便通过翼片散热。
切向气流分量79冲击在弯曲翼片散热器50的翼片例如是翼片81和82上。切向气流分量79中的一小部分80从翼片81和82的尖部向外运动。切向气流分量79的大部分83朝翼片81和82的基底向内运动。这样就会有大量气流指向散热器的最热部分即芯子55，特别是翼片81和82靠近芯子55的基底部分。由于气流是向内指向芯子的，在某些实施例中可以省略用来阻挡气流从翼片尖部射出的风扇罩，这样对成本，质量和可靠性都有好处。
图10表示图6中弯曲翼片散热器50在虚线段51和53之间提取的一段的侧视图。翼片91和92处在弯曲翼片散热器50的相对两侧。热插销90的下表面与发热的IC封装94的上表面形成热接触。用箭头95代表的热量从IC封装94传导到热插销90。热量从热插销90通过空腔54的侧壁98传导到翼片91(为了便于说明省略了散热器芯子)，并通过空腔54的侧壁99传导到翼片92。翼片91和92的最热部分最接近热插销90。
图中用一组气流矢量96代表由包括弯曲翼片散热器50(图6)的翼片91的相邻翼片之间面朝下的轴流风扇(未表示)产生的轴向气流分量。从图10还可以看出，与前面参照图4所述的现有技术散热器20中相比，向翼片91最接近热插销90的最热部分运动的气流明显增多。气流的增多是由弯曲翼片的几何结构产生的，不仅使翼片弯曲来俘获轴流风扇气流的正交和切向分量，还有一个接近一致宽度的翼片间空隙使得气流在翼片之间向下运动，其流量和速度都比图2所示现有技术散热器20中翼片朝着尖部展宽的情况要高。
同样在图10中用另一组气流矢量97代表由包括翼片92的相邻翼片之间面朝下的轴流风扇(未表示)产生的一个气流分量。同样有更多的气流流向翼片92上最接近热插销90的最热部分。
此外，从图9和10中还可以看出，由典型的轴流风扇产生的切向分量中有大量气流被弯曲翼片散热器50的翼片(图6)俘获。这同样是通过使翼片朝气流的切向分量弯曲的弯曲翼片几何结构来实现的。
因此，弯曲翼片散热器50(图6)能显著增加冲击在弯曲翼片散热器50的最热部分上的气流量，并能显著增大流经弯曲散热器50的气流量和速度，包括明显增大轴流风扇被弯曲翼片散热器50俘获的切向分量的气流量。
另外，配合弯曲翼片散热器50使用的轴流风扇可采用比较低的转速，尽量降低噪声，同时又能产生足够的气流来散发电子组件中发热部件的热量。
图11表示本发明一个实施例的弯折翼片散热器100的透视图。弯折翼片散热器100包括围绕一个芯子105布置的多个冷却翼片102。翼片102是用热传导材料制成的。按照一个实施例，翼片102是铝制的；翼片也可以用铜或是其他合适的热传导金属或金属合金制成。
芯子105具有一个中心轴线101。芯子105可以有一个中央空腔106供插入一个热插销(未表示)。各个翼片102具有一个基底和一个尖部。各个翼片102的基底与中心轴线101基本上平行地连接到芯子105。
各个翼片102包括一垂直部分107和一折角部分108。各个翼片102的折角部分108朝同一方向弯折。从下文的说明可知，弯折翼片散热器100的翼片102的形状制成能够俘获来自轴流风扇(图11中没有表示)的气流的切向分量。翼片的形状还能引导相对大量和相对高速的气流实质接触到各个翼片102的整个表面，包括各个翼片102邻近芯子105的最热部分。
按照弯折翼片散热器100的一个实施例，在形成(例如是通过压延)从芯子105径向放射的许多无弯折的笔直翼片之后，将散热器100的上部加工成一个沉头孔104，各个翼片102的基底部分在折角部分108附近从芯子105上均分。这样能使各个翼片102的折角部分108在后续的操作中弯折。
按照一个实施例，各个翼片的折角部分108的角度与垂直部分107形成大约150度角。在另外的实施例中可以根据具体配合弯折翼片散热器使用的轴流风扇的气流特性而采用不同的角度。
不用将散热器100的上部形成沉头，也可以用孔锯或其它工具在散热器100的上部形成一个有足够深度的沟槽，使得个翼片102的折角部分108能够弯折。
应该注意到，对于弯折翼片散热器100角区上的某些翼片，其顶尖109被稍微修剪成(按上文定义的)理想的“不完全矩形”台面面积。然而在其它实施例中可以省略这种修剪。
图12表示本发明一个实施例的弯折翼片散热器100的顶视图。弯折翼片散热器100的形状制成能够按弯曲翼片散热器100的理想“不完全矩形”形状增加冷却翼片102的数量。
从图12中可以看到弯曲翼片散热器100的不完全矩形形状，图中的弯曲翼片散热器100包括两个在长度111上笔直的侧边和两个在长度112上笔直的端部。各个侧边在倒圆的角部例如是角部114处与各个端部对接。
一个实施例的翼片102是通过压延工艺制作的。对弯折翼片采用的压延工艺与图6中所示用于弯曲翼片散热器的工艺基本上相同，唯一区别是翼片102的宽高比可以比弯曲翼片稍大，范围可达到14∶1到16∶1。
为了制作弯折翼片散热器100的翼片102的折角部分108，需要加工成一个沉头104，芯子105的形状在图12所示的实施例中大致为圆形。然而在其它实施例中，芯子105的形状也可以是如图6所示实施例中不完全矩形。
从图12中可以看到靠近散热器100角落的一些翼片102的修整过的顶尖109。
图13表示一种电子组件120的透视图，它包括按照本发明一个实施例位于IC封装124上面的一个弯折翼片散热器100。
图中的IC 124封装被安装在一个电路板122上，它可以比图1中所示现有技术电路板相似或是相同；电路板也可以采取任何类型。
图中在弯折翼片散热器100上方示意性表示了一个轴流风扇125。风扇125包括许多风扇叶片或叶轮126，它们在箭头128所指方向上绕一个与弯折叶片散热器100的上面基本上垂直的轴线127旋转。本实施例中的弯折叶片散热器100包括一个热插销123。可以用任何适当的热传导材料制作热插销123。一个实施例中的热插销123是用铜制成的；也可以用铝或铜或是铝合金制成。
图14表示一个风扇135的示意图，它包括切向气流分量130和正交气流分量132，以及按照本发明一个实施例位于基板160上一段IC封装150上面的一个弯折翼片散热器100的侧视图。
风扇135可以比图8中的风扇70稍小或是相同。风扇135的一个有许多风扇叶片136的轴流风扇，叶片朝箭头138所指的方向旋转，并且围绕一个旋转轴137设置。
围绕轴线137旋转的风扇135产生的气流可以按两个不同分量来分析。切向分量130包括许多朝风扇叶片外围逐渐增大的有角度矢量。轴向分量132包括许多同样朝风扇叶片外围逐渐增大的向下的矢量133。
由于弯折翼片散热器100的翼片102是有角度朝向或面对切向分量130用箭头140代表的一个较大气流，它被翼片俘获并从翼片102之间向下流动，在弯折翼片散热器100之下朝箭头142方向出射。
弯折翼片散热器100的热插销123与IC封装150形成热接触。用截面图表示的IC封装150包括安装在封装基板152上并且被一个盖子或集中散热器(IHS)158覆盖的模具154。在模具154和散热器(IHS)158之间可以使用一种热油脂或相变材料156。必要时同样可以在IHS158和热插销123之间使用一种热油脂或相变材料(未表示)。图14中所示结构的某些相对尺寸是夸大或缩小的，没有按比例绘制。例如在一个不同实施例中，热插销123可以和IHS150一样宽，并相应地展宽弯折翼片散热器100来容纳这样宽的IHS150。
图15表示按照本发明一个实施例的一种弯曲-弯折散热器200的透视图。弯曲-弯折散热器200包括围绕一个芯子102布置的多个冷却翼片202。翼片202是用热传导材料制成的。在一个实施例中，翼片202是铝制的；翼片也可以用铜或是其他合适的热传导金属或金属合金制成。
芯子205具有一个中心轴线201。芯子205可以有一个中央空腔206供插入一个热插销(未表示)。各个翼片202具有一个基底和一个尖部。各个翼片202的基底与中心轴线201基本上平行地连接到芯子205。各个翼片202在其基底和尖部之间是弯曲的，并且各个翼片202朝同一相对方向弯曲。在图15所示的实施例中，各个翼片202是面向逆时针方向弯曲的，与配合散热器200使用的轴流风扇的旋转方向相反。
各个翼片202包括一垂直部分207和一折角部分208。各个翼片202的折角部分208朝同一相对方向弯折。从下文的说明可知，弯折翼片散热器200的翼片202的形状制成能够俘获来自轴流风扇(图15中没有表示，可参见图17)的气流的切向分量。翼片的形状还能引导相对大量和相对高速的气流实质接触到各个翼片202的整个表面，包括各个翼片202邻近芯子205的最热部分。
按照弯曲-弯折翼片散热器200的一个实施例，在例如是通过压延形成从芯子105径向放射的许多弯曲但无弯折的翼片之后，将散热器200的上部加工成一个沉头204，各个翼片102基底的一部分(即内部)仅在折角部分208附近从芯子205上均分。这样能使各个翼片202的折角部分208在后续的操作中弯折。
按照一个实施例，各个翼片的折角部分208的角度与垂直部分207形成大约150度角。在另外的实施例中可以根据具体配合弯折翼片散热器使用的轴流风扇的气流特性而采用不同的角度。
图16表示按照本发明一个实施例的一种弯曲-弯折散热器200的顶视图。弯曲-弯折散热器200的形状制成能够按弯曲-弯折翼片散热器200的理想“不完全矩形”形状增加冷却翼片202的数量。
从图16中可以看到弯曲-弯折翼片散热器200的不完全矩形形状，图中的弯曲-弯折翼片散热器200包括两个在长度211上稍有凸起弯曲的侧边和两个在长度212上稍有凸起弯曲的端部。各个侧边在倒圆的角部例如是角部214处与各个端部对接。
一个实施例的翼片202是通过压延工艺制作的，然后执行导平工艺和弯折工艺。对弯曲-弯折翼片采用的压延工艺与图6中所示用于弯曲翼片散热器的工艺基本上相同。因此，芯子205的形状基本上符合弯曲-弯折翼片散热器200的的形状或台面面积，它在图6所示的实施例中是一个不完全矩形形状。
芯子205包括两个在长度231上稍有凸起弯曲的侧边和两个在长度232上稍有凸起弯曲的端部。各个侧边在倒圆的角部例如是角部234处与各个端部对接。这样得到的翼片的宽高比围绕弯曲-弯折翼片散热器200的整个外围基本上保持均匀一致。翼片的宽高比围绕弯曲-弯折翼片散热器200的外围可以有一些变化，只要是任何翼片都不会超过大约10∶1到12∶1的最大宽高比。
图17表示一种电子组件220的透视图，它包括按照本发明一个实施例位于IC封装224上面的一个弯曲-弯折翼片散热器200。
图中的IC 224封装被安装在一个电路板222上，它可以比图1中所示现有技术电路板相似或是相同；电路板222也可以采取任何类型。
图中在弯曲-弯折翼片散热器200上方示意性表示了一个轴流风扇225。风扇225包括许多风扇叶片或叶轮226，它们在箭头228所指方向上绕一个与弯曲-弯折叶片散热器200的上面基本上垂直的轴线227旋转。本实施例中的弯曲-弯折翼片散热器200包括一个热插销223。
图18表示现有技术中径向翼片散热器的气流图250。笔直，垂直，径向连接的翼片251各自从处在散热器上方的一个轴流风扇(未表示)接收一个气流矢量255。如上文所述，轴流风扇产生的气流具有方向与散热器的上表面基本垂直的轴向分量和处在风扇叶片旋转方向上的切向分量。
在图18中，基本上所有气流矢量255的切向分量256都偏离相邻翼片251之间的开口。气流中进入相邻翼片251之间空隙的主要分量是轴向分量257。然而也有一部分轴向分量257因翼片的垂直几何结构而发生偏离并不会进入相邻翼片251之间。由于翼片的几何结构，翼片之间的气压会增大，导致气流量降低并降低散热性能。
图19表示按照本发明一个实施例的弯折翼片散热器的气流图260。弯折的径向连接翼片261各自从散热器上方的轴流风扇(未表示)接收一个气流矢量265。
在图19中，气流矢量265中基本上所有的切向分量都被翼片261的折角部分269俘获并进入相邻翼片261之间包括垂直部分268的空隙，垂直部分268是翼片261的最热部分。切向分量中仅有少量266会偏离。还有一点轴向分量267因现有技术中如图18所示的笔直径向翼片散热器的散热器翼片几何结构而发生偏离，而大部分轴向分量267进入相邻翼片261之间。
图20表示按照本发明一个实施例的弯曲-弯折翼片散热器的气流图270。弯曲-弯折的径向连接翼片271各自从散热器上方的轴流风扇(未表示)接收一个气流矢量275。
在图20中，气流矢量275中基本上所有的切向分量都被翼片271的折角部分279俘获并进入相邻翼片271之间包括垂直部分278的空隙，垂直部分278是翼片271的最热部分。切向分量中仅有少量276会偏离。还有一点轴向分量277因现有技术中如图18所示的笔直径向翼片散热器的散热器翼片几何结构而发生偏离，而大部分轴向分量277进入相邻翼片271之间。
另外，翼片271的曲率有助于气流向内指向散热器芯子(未表示，但在图中处于翼片271后面)。由于来自风扇(未表示)的大部分气流被弯曲-弯折散热器俘获，并且因为被俘获的气流是向内指向散热器芯子和翼片271的最热部分(紧挨着芯子)的，这种弯曲-弯折散热器能够散发使用这种散热器的电子部件所产生的大量热量。
总之，对于弯折翼片散热器和弯曲-弯折翼片散热器的翼片几何结构，翼片之间的气压会降低，使得气流量增大并能提高散热性能。
图21表示按照本发明的一个实施例制作散热器的一种方法的流程图。该方法从步骤300开始。
在步骤302获得一个热传导金属例如是铝或铜的毛坯。
在步骤304通过压延或显微锻造工艺由毛坯形成多个翼片。翼片从一个非对称图形的芯子(在弯曲翼片的情况下)向外延伸。芯子具有一个中心轴线，各个翼片的基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子。必要时可以在芯子中形成一个中央空腔。可以按适当的方法形成中央空腔，例如是作为压延工艺的一部分。
在步骤306，如果翼片需要弯折，程序就进到步骤308；否则就进到步骤312。
在步骤308，将翼片上需要弯折的那一部分与芯子分开，例如是散热器的顶部起在芯子中按预定距离沿着中心轴线形成一个空腔(例如是通过倒平)或沟槽(例如是通过机加工或锯)。
在步骤310，基本上朝同一相对方向弯折各个翼片的一部分。在一个实施例中，各个翼片的上部被向下弯折距垂直方向大约30度，使得翼片的折角部分与翼片的垂直部分形成大约150度角。
在根据步骤304中是否形成中央空腔来选择的步骤132中，将一个热插销插入中央空腔，加强从IC通过散热器芯子到散热器翼片的散热。加工在步骤314结束。
图22表示按照本发明的一个实施例制作电子组件的流程图。加工从步骤400开始。
在步骤402将一个电子部件安装到电路板上。
在步骤404提供一个轴流风扇。轴流风扇所移动的气流具有垂直于电子部件的一个分量和与电子部件正切的一个分量。
在步骤406将一个散热器安装在电子部件和轴流风扇之间。散热器包括的多个冷却翼片围绕一个具有中心轴线的芯子布置。各个冷却翼片的基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子。冷却翼片的形状能俘获两个气流分量，即轴向分量和切向分量。散热器的第一面与电子部件形成热接触，并具有不完全矩形周边。第二面与第一面基本上相对。芯子的性质能尽量增加冷却翼片的数量，同时保持冷却翼片具有基本上一致的宽高比。该方法在步骤408结束。
参照图21和22所述的操作可以按不同的顺序执行。尽管图21和22所表示的流程图有头有尾，也可以连续执行这一流程。
图23是一种电子系统501的方框图，它包括的至少一个电子组件502具有按照本发明一个实施例的至少一个高容量散热器。电子系统501仅仅是可以采用本发明的电子系统的一个例子。在本例中，电子系统501包括一个数据处理系统，它包括连接到系统中各种部件的一条系统总线504。系统总线504在电子系统中各种部件之间提供通信链路，并且可以用单一总线或是任何适当的方法来实施。
电子组件502被连接到系统总线504。电子组件502可以包括任何电路及其组合。在一个实施例中，电子组件502包括任何类型的处理器。本文所述的“处理器”代表任何类型的计算电路，例如有但是不仅限于微处理器，微型控制器，复杂指令集计算(CISC)微处理器，精简指令集计算(RISC)微处理器，加长指令字(VLIW)微处理器，图形处理器，数字信号处理器(DSP)，或是任何类型的处理器或处理电路。
可以纳入电子组件502的其他类型电路具有一组芯片507和一个通信电路508。芯片组507和通信电路508被功能性耦合到处理器506，并且可以配置成执行任意数量的处理和/或通信操作。可以纳入电子组件502之内的其他可能类型的电路(未表示)包括数字开关电路，射频(RF)电路，存储电路，定制电路，专用集成电路(ASIC)，放大器等等。
电子系统501还可以包括一个外部存储器512，后者又包括适合具体用途的一个或多个存储元件，例如有随机存储器(RAM)形式的主存储器514，一个或多个硬盘驱动器516，和/或用来处理软盘，CD盘，数字视盘(DVD)等等移动介质518的一个或多个驱动器。
电子系统501还可以包括一个显示装置509，一个或多个扬声器510，和一个键盘和/或控制器520，后者可以包括鼠标，跟踪球，游戏控制器，语音识别装置，或是允许系统用户向电子系统501输入信息和接收信息的任何其他设备。
图1-20和23的示意图并不是按比例绘制的。其中的某些比例可以放大或缩小。图5-17，19，20和23被用来表示本发明的各种实施例，以便于本领域的技术人员理解和适当地实施。
结论
本发明提供的散热器和电子组件能够缓解与高功率传输有关的散热问题，并且涉及到它们的制造方法。包括一个或多个采用本发明的电子组件的一种电子系统和/或数据处理系统能够处理与高性能集成电路有关的较高的功率密度，因此，这种系统更具有市场潜力。
明显增大从高性能电子组件的散热，这种电子设备就能提高时钟频率。这种设备也能降低操作的时钟频率，同时降低操作温度以提高可靠性。
如上所述，本发明可以有许多不同的实施例，包括散热器，电子组件，电子系统，和包括制造散热器的方法，制造电子组件的方法等等各种方法。本领域的技术人员能够预见到其他实施例。元件，材料，几何结构，尺寸，和操作顺序可以根据具体的封装和散热要求来改变。
尽管本文已经按照“上面”和“下面”描述了一些操作，应该认识到这些描述是相对的，如果有关的结构被颠倒了，它们也可以颠倒。因此，这些术语没有限制的意义。
尽管本文已经描述了具体实施例，本领域的技术人员应该能理解为实现所述的具体实施例可以考虑按相同的用途进行替换。本申请要求覆盖本发明的任何变种。因此，本发明的范围仅仅受权利要求书及其等效物的限定。

Claims (40)

1.一种用于与轴流风扇一起使用的散热器，它包括：
具有中心轴线的芯子；以及
绕芯子布置的多个冷却翼片，每个翼片具有基底和尖部，其中基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子，且其中翼片的形状制成能够俘获来自风扇的切向分量。
2.按照权利要求1所述的散热器，其特征是：翼片朝切向分量弯曲。
3.按照权利要求1所述的散热器，其特征是：各个翼片的上部朝切向分量弯折。
4.按照权利要求1所述的散热器，其特征是：翼片朝切向分量弯曲，且其中各个翼片的上部朝切向分量弯折。
5.一种用于与轴流风扇一起使用的散热器，它包括：
具有中心轴线的芯子；以及
绕芯子布置的多个冷却翼片，每个翼片具有基底和尖部，其中基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子，其中翼片的形状制成能够俘获来自风扇的切向分量，而芯子的形状制成使翼片的数量最多，同时保持翼片的宽高比基本一致。
6.按照权利要求5所述的散热器，其特征是：翼片是铝制的，且其中翼片的宽高比范围是10∶1到12∶1或是14∶1到16∶1。
7.按照权利要求5所述的散热器，其特征是：散热器散发集成电路(IC)的热量，其中翼片是用具有高热传导性的材料制成的，且其中翼片的宽高比足以保持IC内部的节点温度处在预定的最大值或以下。
8.按照权利要求5所述的散热器，其特征是：翼片是铝制的，且其中翼片在其基底处的半径范围是1.0到1.2毫米。
9.按照权利要求5所述的散热器，其特征是：其还包括：
具有不完全矩形周边的第一面，其有翼片尖部限定并与发热电子部件形成热接触。
10.按照权利要求9所述的散热器，其特征是：其还包括：
基本上与第一面相对的第二面，其具有由翼片尖部限定的不完全矩形周边。
11.按照权利要求5所述的散热器，其特征是：芯子包括中央空腔，用来接收由高热传导性材料制成的热插销。
12.一种电子组件，它包括：
基板；
安装在基板的一面上的电子部件；
朝着基板移动空气的轴流风扇，空气具有轴向分量和切向分量；以及
散热器，它包括
与电子部件热接触的第一面；
面对风扇的第二面；
具有中心轴线的芯子；以及
绕芯子布置的多个冷却翼片，每个翼片具有基底和尖部，其中基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子，且其中翼片的形状制成能够俘获空气的两个分量。
13.按照权利要求12所述的电子组件，其特征是：芯子的形状制成使翼片的数量最多，同时保持翼片的宽高比基本一致。
14.按照权利要求13所述的电子组件，其特征是：电子部件包括集成电路(IC)。
15.按照权利要求14所述的电子组件，其特征是：翼片是用具有高热传导性的材料制成的，且其中翼片的宽高比足以保持IC内部的节点温度处在预定的最大值或以下。
16.一种电子系统，它包括：
电路板；
安装在电路板上的处理器集成电路(IC)；
安装在电路板上并电耦合到处理器IC的至少一个芯片组，用于结合处理器集成电路(IC)进行操作。
朝着电路板移动空气的至少一个轴流风扇，空气具有轴向分量和切向分量；以及
至少一个散热器，其包括
与电处理器IC或芯片组热接触的第一面；
面对至少一个风扇的第二面；
具有中心轴线的芯子；以及
绕芯子布置的多个冷却翼片，每个翼片具有基底和尖部，其中基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子，翼片的形状制成能够俘获空气的两个分量。
17.按照权利要求16所述的电子系统，其特征是：芯子的形状使翼片的数量最多，同时保持翼片的宽高比基本一致。
18.按照权利要求17所述的电子系统，其特征是：翼片是用具有高热传导性的材料制成的，且其中翼片的宽高比足以保持IC内部的节点温度处在预定的最大值或以下。
19.按照权利要求16所述的电子系统，其特征是：翼片朝切向分量弯曲。
20.按照权利要求16所述的电子系统，其特征是：各个翼片的上部朝切向分量弯折。
21.按照权利要求16所述的电子系统，其特征是：翼片朝切向分量弯曲，且其中各个翼片的上部朝切向分量弯折。
22.一种制作散热器的方法，该方法包括：
获得一定量的热传导材料；并且
按定量形成按非对称图形从芯子向外延伸的多个翼片，芯子具有中心轴线，各个翼片的基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子。
23.按照权利要求22所述的方法，其特征是：弯曲形成翼片的方法包括：
在大致同一相对方向上弯折每个翼片的一部分。
24.按照权利要求23所述的方法，其特征是：该方法在弯折之前包括：
将每个翼片的一部分与芯子分离。
25.按照权利要求24所述的方法，其特征是：所述分离包括：
在芯子中沿着中心轴线按预定距离形成空腔或沟槽。
26.按照权利要求22所述的方法，其特征是：形成笔直的翼片，该方法包括：
在大致同一相对方向上弯折各个翼片的一部分。
27.按照权利要求26所述的方法，其特征是：该方法在弯折之前包括：
将各个翼片的一部分与芯子分离。
28.按照权利要求27所述的方法，其特征是：所述分离包括：
在芯子中沿着中心轴线按预定距离形成空腔或沟槽。
29.按照权利要求22所述的方法，其特征是：所述形成包括通过压延模具挤压出一定量的热传导金属。
30.按照权利要求22所述的方法，其特征是：热传导金属包括铝，且其中翼片的宽高比范围是10∶1到12∶1或是14∶1到16∶1。
31.按照权利要求22所述的方法，其特征是：热传导金属包括铝，且其中翼片在其基底处的半径范围是1.0到1.2毫米。
32.按照权利要求22所述的方法，其特征是：所述形成包括在芯子内形成中央空腔。
33.按照权利要求32所述的方法，其特征是：所述形成包括通过压延模具挤压出一定量的热传导金属。
34.按照权利要求33所述的方法，其特征是：其还包括：
将热插销插入空腔。
35.按照权利要求34所述的方法，其特征是：热插销是铜制的。
36.一种制作电子组件的方法，该方法包括：
在电路板上安装电子部件；
提供轴流风扇，风扇能够移动具有与电子部件垂直的分量和该电子部件相切的分量；
在电子部件和风扇之间安装散热器，散热器包括围绕有中心轴线的芯子布置的多个冷却翼片，各个翼片的基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子，其中冷却翼片的形状制成能够俘获空气的两个分量。
37.按照权利要求36所述的方法，其特征是：电子部件的组成包括处理器，芯片组集成电路(IC)，数字开关电路，射频(RF)电路，存储器电路，定制电路，专用IC(ASIC)和放大器。
38.按照权利要求36所述的方法，其特征是：芯子的形状制成使翼片的数量最多，同时保持翼片的宽高比基本一致。
39.按照权利要求36所述的方法，其特征是：每个翼片具有尖部，散热器的第一面与电子部件形成热接触，并具有由翼片尖部限定的不完全矩形周边，且其中散热器大致与第一面相对的第二面面对风扇，并具有由翼片尖部限定的不完全矩形周边。
40.一种与具有旋转方向的轴流风扇一起使用的散热器，该散热器包括：
具有中心轴线的芯子；以及
绕芯子布置的多个冷却翼片，每个翼片具有基底和尖部，其中基底与中心轴线基本上平行地连接到芯子，且其中各个翼片背对旋转方向的一面朝向其基底引导的大部分空气分量比朝向其尖部引导的空气分量要大。
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