CN1993031A - 散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种散热装置，该散热装置散去由安装在基座上的发热物体产生的热。所述散热装置包括散热器体、导热区域、顶部、斜面以及紧固件。所述导热区域具有所述顶部，该顶部是所述导热区域的大致中央部分，并且布置成在所述导热区域的其它区域之中基本最接近所述发热物体，所述斜面为所述导热区域的一部分并从所述顶部朝向外倾斜，从而在所述斜面与所述发热物体之间的距离逐渐增大。所述紧固件包括用于将所述散热装置安装到所述基座上的安装部分，并且所述安装部分布置在所述发热物体的外周部分的大致径向外侧。当所述安装部分被固定到所述基座上时，所述导热区域的所述顶部被压到所述发热物体上。

Description

散热装置
技术领域
本发明大体涉及一种散热装置，该散热装置散去由电子元件(例如，微处理单元)产生的热。
背景技术
随着近来技术的进步，微处理单元(MPU)以高速运行(clock)。然而，这种MPU产生相当大的热。由于过热的MPU可能出现故障，因此非常需要用于有效地散去由MPU产生的热的技术。
散热装置通常布置在电子装置的MPU上以散去由MPU产生的热。散热装置通常包括冷却风扇和具有多个散热片的散热器。由MPU产生的热扩散到散热器的多个散热片，并且冷却风扇提供流向这些散热片的空气。由此，主动地(actively)将热从散热片散去。
为了有效地散热，优选的是使散热器保持与MPU紧密接触并具有较宽的导热区域，热通过该导热区域从MPU扩散到散热器。然而，难以在散热器与MPU之间不留微小间隙的情况下使散热器与MPU接触。通常，将散热器的底面压在MPU上，并在MPU与散热器之间布置导热件(例如，热胶带或导热硅油脂(silicone grease))以填充所述间隙。
公知的是导热件应尽可能薄以有效地散热。通常公知的是散热器的被压在MPU的热散布器(heat spreader)上的底面优选具有大致平整的表面。
发明内容
根据本发明的优选实施例，一种散热装置，该散热装置散去由安装在基座上的发热物体产生的热，并包括散热器体、多个散热片、导热区域、顶部、斜面以及紧固件。所述多个散热片与所述散热器体一体形成。所述导热区域为所述散热装置的被压到所述发热物体的大致平整表面上的部分。所述顶部为所述导热区域的大致中央的部分，并布置成在所述导热区域的其它区域之中大致最接近所述发热物体。所述斜面为所述导热区域的一部分并从所述顶部向外倾斜，从而使所述斜面与所述发热物体之间的距离逐渐增加。所述紧固件包括用于将所述散热装置安装到所述基座上的安装部分，并且该安装部分大致布置在所述发热物体的外周部分的径向外侧。
根据本发明的另一优选实施例，所述顶部与所述导热区域的沿着径向方向的远端部分之间的垂直距离为200μm或更小。
根据本发明的又一优选实施例，在所述散热装置被放置在所述发热物体上的状态下，所述安装部分与所述基座之间的距离大于所述顶部与所述发热物体之间的距离。
通过上述结构，当将所述安装部分固定到所述基座上时，产生了将所述顶部压到所述发热物体上的力矩。同时，所述顶部用作支点，从而使所述基座和所述发热物体弯曲。结果，所述发热物体和所述接触表面被接近地布置，因此降低了它们之间的热阻。
根据本发明的又一优选实施例，所述散热装置还包括冷却风扇。通过所述冷却风扇向所述散热片提供气流，可以主动地排出由所述发热物体产生的热。
根据本发明的又一优选实施例，所述散热装置的所述导热区域通过切削加工而成形。通过用切削加工使所述导热区域成形，可精确地将所述导热区域加工成期望形状。
通过如下参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的其它特征、元件、优点及特点将变得更加明显。
附图说明
图1为表示根据本发明第一优选实施例的散热器的侧视图。
图2为表示根据本发明第一优选实施例的散热器的立体图。
图3为表示散热器体以及待压配到布置于该散热器体的通孔内的芯体的分解图。
图4表示芯体的底部及其沿着x-x’线和y-y’线的垂直剖视图。
图5表示根据本发明第一优选实施例的芯体的轮廓曲线。
图6表示根据本发明第一优选实施例的修改示例的芯体的轮廓曲线。
图7表示根据本发明第一优选实施例的修改示例的芯体的轮廓曲线。
图8表示根据本发明第一优选实施例的修改示例的芯体的轮廓曲线。
图9表示根据本发明第一优选实施例的修改示例的芯体的轮廓曲线。
图10表示根据本发明第一优选实施例的修改示例的芯体的轮廓曲线。
图11表示根据本发明第一优选实施例的修改示例的芯体的轮廓曲线。
图12表示在芯体与MPU之间布置有导热件的情况下，被压到MPU上的芯体。
图13A为表示布置在MPU上的散热器的侧视图。
图13B为表示布置在MPU上的散热器的侧视图。
图14为描述热阻与垂直高度之间的关系的图表。
图15为表示具有散热器和安装在该散热器上的冷却风扇的散热装置的立体图。
图16为表示根据本发明第二优选实施例的散热器的平面图。
图17为表示根据本发明第二优选实施例的散热器的立体图。
图18为表示具有散热器和安装在该散热器上的冷却风扇的散热装置的立体图。
图19表示布置在MPU上的具有平整导热区域的散热器。
具体实施方式
将参照图1至图15详细描述根据本发明优选实施例的散热装置。应该理解，在本发明优选实施例的说明中，在将不同部件之间的位置关系和方位描述成上/下、或左/右时，是指在附图中的最终位置关系和方位；并不表示已经组装成实际装置时部件之间的位置关系和方位。
第一优选实施例
(1)具有压靠MPU的散热器并且在散热器与MPU之间布置导热件的散热装置
将参照图1至图3详细描述本发明的第一优选实施例。图1为表示根据本发明第一优选实施例的散热器的侧视图。图2为表示根据本发明第一优选实施例的散热器的立体图。图3为表示散热器以及待压配到布置于该散热器的通孔内的芯体的分解图。
散热器1包括筒形的散热器体11以及多个散热片12，所述多个散热器片12从该散热器体11径向向外伸出以加宽散热器1的表面面积。散热器1由具有高导热率的材料(例如，铝、铜以及铜合金)制成。在本发明的第一优选实施例中，散热器体11和散热片12由铝制成。如图2所示，在散热器体11的外周表面上布置有所述多个散热片12。所述多个散热片12可沿圆周方向弯曲以进一步加宽所述表面面积。然而，应该注意，散热片12的形状并不限于以上所描述的那些形状，并且可对这些散热片12进行许多修改。
如图3所示，散热器体11包括沿着其中心轴线轴向穿过该散热器体11的通孔111。由具有高导热率的材料(例如，铝、铜、铜合金)制成的芯体13被压配到通孔111上，从而使残余压力(即，芯体13与散热器体11之间的接触压力)变大。在本发明的该优选实施例中，芯体13由铜制成。通过芯体13与散热器体11之间的大接触压力，使得它们之间的接触热阻降低。通过该结构，由发热物体(例如，微处理单元3(MPU3))产生的热通过芯体13和散热器体11而扩散到散热片12，然后该热被散到空气中。可选的是，可在散热器体11的底部处设置凹部，并且可以将芯体13压配到该凹部上。可选的是，芯体13可与散热器体11一体形成。
如图2所示，芯体13包括导热区域131(在本发明的该优选实施例中为芯体13的底面)和紧固件14。如图13B所示，紧固件14被固定到基座(例如，母板31)上，从而将散热器1布置在MPU3上，并且在该导热区域131与MPU3之间布置有导热件4(例如，热胶带或导热硅油脂)的情况下使导热区域131压靠该MPU3，从而使芯体13与MPU3热连接。在该优选实施例中，待固定有紧固件14的基座为母板31。然而，应注意，该基座可以是任何其它合适的构件，例如MPU插槽。
在本发明的该优选实施例中，所述紧固件包括安装到母板31上的安装部分(attaching portion)以及连接部分，紧固件14在该连接部分处连接到散热器1的芯体13上。然而，应该注意，紧固件14可以连接到散热装置的任意优选部分上。可选的是，可将紧固件14设置成与散热装置完全分开的构件。
导热件4主要由具有高导热率的材料构成。在本发明的该优选实施例中，该导热件4为带形件(例如，热胶带)。该带形件由支撑基底(例如，铝箔、聚酰亚胺膜或玻璃纤维垫)和具有施加在该支撑基底上的填充物的压敏粘合剂构成。导热件4可以为由硅油和具有高导热率的材料(例如，铝粉)构成的导热硅油脂。通过处于油脂状态下的导热件4，该导热件4可与导热区域131和MPU3的上表面(热散布器)紧密接触，而不会在它们之间留有间隙。然而，应该注意的是，也可以采用其它形式的导热件4，只要该导热件4具有高导热率即可。
由MPU3产生的热通过导热件4和导热区域131扩散到散热器1。在将热从MPU3扩散到散热器1时，MPU3与散热器1之间的接触热阻(即，导热件4与MPU3的顶面和散热器1的导热区域131的每一个之间的接触热阻)对于有效地散热来说是关键的因素。通过降低散热器1与MPU3之间的接触热阻，使热更有效地从MPU3散至散热器1。接触热阻基于各种因素(例如，接触压力、导热区域的宽度、导热区域的表面粗糙度、各构件的导热率、导热件4的导热率、导热件4的厚度、以及各构件表面的硬度)来确定。在本发明的该优选实施例中，热散布器和芯体13由具有高导热率的铜制成以降低接触热阻。在本发明的该优选实施例中，通过改变散热器1的导热区域131的形状而进一步降低了接触热阻。在如下的说明中，将详细描述根据本发明优选实施例的接触表面131的形状。
图4表示芯体13的底部及其沿着x-x’线和y-y’线的垂直剖视图。x-x’线为经过导热区域13 1的中心的水平线，y-y’线为经过导热区域131的中心的垂直线，如图4所示。图5至图11表示芯体13的各种修改示例的轮廓曲线。芯体13由铜制成，并包括具有大致圆形形状的导热区域131，如图4所示。图5表示芯体1 3沿着图4所示的x-x’线和y-y’线的轮廓曲线。图5上的x轴表示截面的水平坐标(scale)(例如，沿着图4中所示的x-x’线的坐标)，y轴表示截面的垂直坐标(例如，沿着图4中所示的经过中心131a的y-y’线的坐标)。x轴上标注0mm的点代表导热区域131的中心131a。导热区域131的外周部分的垂直高度设置为0μm。
如图5所示，根据本发明该优选实施例的导热区域131在中心131a处垂直向下突出60μm(即，导热区域131包括沿着垂直方向突出至最下方的顶点132和从该顶点132向径向外侧方向倾斜的斜面133)。
图12表示在芯体13与MPU3之间布置导热件4的情况下被压到该MPU3上的芯体13。在图12中，为了说明的目的而放大了垂直坐标。导热件4与导热区域131和MPU3紧密接触，从而在它们之间没有保留空气或间隙。由于导热区域131具有锥形形状，因此在散热器1压靠MPU3时导热件4的垂直厚度在顶点132下方变薄。在进一步使散热器1压靠MPU3时，导热区域131的顶点132可能与MPU3的中心部分接触。然而，应该注意的是，根据导热区域131压靠MPU3的压力，顶点132可不与MPU3接触。
MPU3的中心部分在MPU3的其它部分之中产生最多的热。在本发明的该优选实施例中，导热区域131的顶点132与MPU3的中心部分接触或紧邻MPU3的中心部分布置。因此，降低了MPU3与导热区域131之间的接触热阻，从而有效地散去了由MPU3产生的热。
图13A和图13B为表示安装到母板31上的MPU3和散热器1的侧视图。为了说明的目的而放大了图13A的垂直坐标。
在安装散热器1的过程中，将紧固件14固定到母板31上，从而将导热区域131的中央部分压到MPU3上。将螺钉等插入到紧固件14的安装部分(例如，安装孔15(参见图2))中，并固定到母板31上。在本发明的该优选实施例中，紧固件14的连接部分布置在MPU3的外周的径向外侧。另外，在将散热器1放置在MPU3上时，安装部分与母板31之间的垂直高度大于顶部132与MPU3之间的垂直高度。通过将安装部分固定到母板31上，使顶点132向下压靠MPU3，从而使该顶点132作为支点。结果，在导热区域131的中央部分处产生向下指向的第一力矩，并在紧固件14安装到母板31上的部分处产生向上指向的第二力矩。在图13B中，各力矩均以箭头表示。因此，MPU3和母板31均如图13A所示那样弯曲。在本发明的该优选实施例中，由于导热区域131具有锥形形状，因此斜面133沿着MPU3的弯曲的热散布器接近地布置。通过该结构，减小了布置在散热器1与MPU3之间的导热件4的厚度，并且降低了它们之间的接触热阻。
另一方面，如图19所示，当使具有平整导热区域131B的传统散热器压靠MPU3时，传统散热器与MPU3之间的间隙在导热区域131B的中心下方最大。因此，导热件4的厚度在MPU3的在其它部分之中产生最多热的中心部分的上方变得较厚。因此，增加了MPU3与传统散热器之间的热阻，从而降低了散热效率。在本发明的该优选实施例中，由于散热器体11的导热区域131具有突出形状，因此相比于传统散热器可更有效地散热。
图14为描述热阻与垂直高度的关系的图表。当导热区域131如图12所示那样平整(即，当垂直高度A为大约0μm)时，热阻为大约0.300℃/W。当导热区域凹入(即，当垂直高度A在大约-30μm至大约-60μm的范围内)时，热阻在大约0.319℃/W至大约0.350℃/W的范围内。结果表明，凹入的导热区域相比于平整的导热区域散热效率较低。通过凹入的导热区域，布置在MPU中心上方的导热件4变厚，因此接触热阻变高。
通过凸起的导热区域131(即，当垂直高度A在大约30μm到大约60μm的范围内时)，热阻在大约0.282℃/W至大约0.271℃/W的范围内。当垂直高度A在大约100μm至大约150μm的范围内时，热阻在大约0.280℃/W至大约0.290℃/W的范围内。当垂直高度A在大约200μm的范围外时，热阻为大约0.300℃/W，这基本上等于在导热区域131平整时的热阻。因此，在本发明的该优选实施例中，导热区域131形成为使得顶点132在大约0μm至200μm的范围内突出。
导热区域131的形状并不限于在图5中所描述的锥形形状。其可以为诸如在图6至图11中所示的那些任意其它优选形状。如图6和图7所示，导热区域131可具有弯曲斜面133a和在该导热区域的中央部分131a处的顶点132。如图8所示，导热区域131可具有在中央部分131a处的顶点132、朝向径向外部向下倾斜的斜面133、以及连接顶部131a和斜面133的弯曲边缘。可以在导热区域131上形成大致平行于MPU3的顶面布置的顶面132a来代替顶点132，如图9至图11所示。如图9所示，导热区域131可包括顶面132a和向外向下倾斜的斜面133。如图10所示，导热区域131可包括顶面132a和向外向下倾斜的大致弧形的斜面133a。如图11所示，导热区域131包括连接顶面132a和斜面133的弯曲边缘。同时，导热区域131的形状并不限于所给出的示例；可进行各种改变利修改，只要其具有大致凸起的形状即可。利用CNC(计算机数字控制)车床，容易形成导热区域的各种修改示例。
(2)具有安装在散热器上以主动地散热的冷却风扇的散热装置
图15为表示具有上述散热器1和安装在散热器1上的冷却风扇的散热装置的立体图。
冷却风扇5包括：叶轮52，用于通过其转动而产生气流；电机，该电机用于转动驱动叶轮52；外壳511，该外壳511包围叶轮52并限定气流通道；基座51，该基座51支撑电机；以及至少三个辐条512，所述辐条512连接基座51和外壳511。
如图15所示，冷却风扇5以使散热器体11的中心轴线与叶轮52的转动轴线同心的方式布置在散热器1上。冷却风扇5向散热器1提供轴向向下指向的气流。由MPU3产生的热通过导热件4和导热区域131扩散到散热器1。通过由冷却风扇5产生的气流，热被主动地散至空气中。散热片12可沿着与叶轮52的转动方向相同的方向倾斜或弯曲。通过该结构，空气在多个散热片12之间有效地流动，因此，热被更有效地散至空气中。
如上所述，通过安装在散热器1上的冷却风扇5进一步改善了散热装置的冷却特性。
第二优选实施例
(1)具有压靠MPU的散热器并且在散热器与MPU之间布置导热件的散热装置
将参照图16至图17描述根据本发明第二优选实施例的散热器1A。图16为表示根据本发明第二优选实施例的散热器1A的平面图。图17为表示根据本发明第二优选实施例的散热器1A的立体图。用图16和图17中的同一附图标记表示与第一优选实施例的对应构件功能大致相同的构件。
如图16所示，散热器1A包括散热器体11A和多个散热片12A，这些散热片12A从散热器体11A轴向伸出以加宽散热器1A的表面面积。散热器1A由具有高导热率的材料(例如，铝、铜和铜合金)制成。在本发明的该优选实施例中，散热器体11A和散热片12A由铝制成。散热片12A以等间距的方式从散热器体11A轴向伸出。另外，散热片12A可布置在散热器体11A的侧面上，以进一步增加散热器1A的表面面积。
散热器体11A包括凹部，并且由具有高导热率的材料(例如，铝、铜和铜合金)制成的芯体13压配到该凹部上。在本发明的该优选实施例中，芯体13由铜制成。芯体13压配到所述凹部上，从而使残余压力(即，芯体13与散热器体11A之间的接触压力)变大，以降低芯体13与散热器体11A之间的接触热阻。通过该结构，由MPU3产生的热通过芯体13和散热器体11A扩散到散热片12A，于是该热被散至空气中。可选的是，芯体13可与散热器体11A一体形成。
芯体13包括导热区域131。如在本发明的第一优选实施例中所描述的那样，该导热区域131在其中央部分处轴向突出。导热区域131在导热件4(例如，热胶带或导热硅油脂)布置在该导热区域131与MPU3之间的情况下压靠该MPU3，从而使芯体13与MPU3热连接。在散热器1A压靠MPU3时，导热件4的垂直厚度变薄，或者导热区域131在中央部分处与MPU3接触。结果，降低了散热器1A与MPU3之间的接触热阻，从而将由MPU3产生的热有效地扩散到散热器1A。
(2)具有安装在散热器上以主动地散热的冷却风扇的散热装置
将参照图18详细描述根据本发明第二优选实施例的散热装置。图18为表示具有散热器1A和布置在散热器1A上的冷却风扇的散热装置的立体图。
冷却风扇5A包括：叶轮52A，该叶轮52A用于通过其转动而产生气流；电机，该电机用于转动驱动叶轮52A；外壳511A，该外壳511A包围叶轮52A并限定气流通道；基座51A，该基座51A支撑所述电机；以及至少三个辐条512A，所述辐条512A连接基座51A和外壳511A。外壳511A的外形具有大致四边形形状，并且在该大致四边形外壳511A的四个角部中的各角部处布置有用于将冷却风扇5A安装在散热器1A上的安装孔15。
如图18所示，冷却风扇5A和散热器1A定位并固定到壳体6上，从而该冷却风扇提供沿着散热片12A的气流以主动地排出热。壳体6在一侧表面上包括入口，冷却风扇5A通过该入口吸入空气，壳体6在另一侧表面上包括出口，沿着散热片12A流动的空气通过该出口排出。壳体6还包括用于将散热装置固定到母板31上的安装部分62。壳体6被固定在母板31上，从而在散热器1A的导热区域131与MPU3之间布置有导热件4的情况下使该导热区域131压在MPU3上。通过安装在散热器1A上的冷却风扇5A，进一步改善了所述散热装置的冷却特性。
尽管上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，变化和修改对本领域技术人员来说都是显而易见的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求来确定。

Claims (25)

1、一种散热装置，该散热装置散去由安装在基座上的发热物体产生的热，所述散热装置包括：
散热器体；
多个散热片，所述多个散热片与所述散热器体一体形成；
导热区域，该导热区域被压在所述发热物体的大致平整的表面上；
顶部，该顶部布置在所述导热区域的大致中央处，并且在所述导热区域的其它区域之中大致最接近所述发热物体；
斜面，该斜面为所述导热区域的一部分并从所述顶部朝向外倾斜，从而距所述发热物体的距离逐渐增大；以及
紧固件，该紧固件包括用于将所述散热装置安装到所述基座上的安装部分，所述安装部分布置在所述发热物体的外周部分的大致径向外侧。
2、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热区域具有大致锥形形状，并且该锥形形状的顶点为所述导热区域的所述顶部。
3、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，锥形的高度为大约200μm或更小。
4、根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，在所述散热装置放置在所述发热物体上的状态下，所述安装部分与所述基座之间的距离大于所述顶部与所述发热物体之间的距离。
5、根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括一芯体，其中所述散热器体包括一通孔或凹部，所述芯体装配到该通孔或凹部上，并且所述导热区域布置在所述芯体上。
6、根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，在所述导热区域和所述发热物体之间布置有导热件。
7、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热区域具有大致截锥形形状，并且该截锥形形状的截表面为所述导热区域的所述顶部。
8、根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述截锥形的高度为大约200μm或更小。
9、根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，在所述散热装置放置在所述发热物体上的状态下，所述安装部分与所述基座之间的距离大于所述顶部与所述发热物体之间的距离。
10、根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括一芯体，其中所述散热器体包括一通孔或凹部，所述芯体装配到该通孔或凹部上，并且所述导热区域布置在所述芯体上。
11、根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，在所述导热区域和所述发热物体之间布置有导热件。
12、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热区域具有大致球截形形状，并且该球截形形状的顶点为所述导热区域的所述顶部。
13、根据权利要求12所述的散热装置，其特征在于，所述球截形的垂直高度为大约200μm或更小。
14、根据权利要求13所述的散热装置，其特征在于，在所述散热装置放置在所述发热物体上的状态下，所述安装部分与所述基座之间的距离大于所述顶部与所述发热物体之间的距离。
15、根据权利要求13所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括一芯体，其中所述散热器体包括一通孔或凹部，所述芯体装配到该通孔或凹部上，并且所述导热区域布置在所述芯体上。
16、根据权利要求13所述的散热装置，其特征在于，在所述导热区域和所述发热物体之间布置有导热件。
17、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述基座为电子装置的电路板、安装有所述发热物体的插槽、或者壳体。
18、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括冷却风扇，其中所述冷却风扇向所述散热片提供气流，从而主动地将扩散到所述散热片的热排出。
19、根据权利要求18所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括一壳体，其中该壳体容纳所述散热器体、所述散热片以及所述冷却风扇。
20、根据权利要求19所述的散热装置，其特征在于，所述紧固件设置为所述壳体的一部分。
21、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热区域通过切削加工而成形。
22、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，在所述散热装置放置在所述发热物体上的状态下，所述安装部分与所述基座之间的距离大于所述顶部与所述发热物体之间的距离。
23、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括一芯体，其中所述散热器体包括一通孔或凹部，所述芯体装配到该通孔或凹部上，并且所述导热区域布置在所述芯体上。
24、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，在所述导热区域与所述发热物体之间布置有导热件。
25、根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述顶部与所述导热区域沿着径向方向的远端部分之间的垂直距离为200μm或更小。
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