CN201171048Y - 一种芯片散热器用双弹簧型夹持结构 - Google Patents

Abstract

一种芯片散热器用双弹簧型夹持结构，包括分别位于基板上、下面两侧的上弹簧和下弹簧，将上、下弹簧通过位于基板上的孔洞连接的两对、一对两根的连杆以及将连杆固定于孔洞的固定结构。结构简单，成本较低。由于提供了反抗热膨胀变形的矫正力，等效于缩小了基板材料的热膨胀系数。由于孔洞位置被夹持结构固定住，减小了基板材料与芯片焊盘材料之间的热膨胀系数的差异，从而也减小了芯片焊盘与基板之间的因热膨胀系数不同而形成的剪切力的伤害程度。本实用新型一种“零预加应力”的夹持结构，不会产生任何使基板发生蠕变的诱导力，即使基板发生了偏离平面状态的变形，也可以即时、自动对基板变形进行矫正，有效防止BGA芯片焊点脱焊。

Description

一种芯片散热器用双弹簧型夹持结构

技术领域

本实用新型涉及夹持结构，尤其是涉及一种芯片散热器用双弹簧型夹持结构。

背景技术

直接贴装于主板上的球栅阵列封装(BGA)芯片对于基板的变形非常敏感，基板变形很容易破坏芯片焊盘与基板之间的平面共面性，造成芯片与基板之间的焊锡点被拉开而脱焊。采用球状焊锡点式焊接的BGA大功率芯片，如CPU、GPU、北桥芯片等，在机器工作中，其基板位于芯片的位置是一个局部高温区，这个局部高温区的基板必然要受热膨胀，但又受到周围较低温区域基板的限制而无法自由地沿着基板平面方向延伸，结果势必造成这个高温区的基板向上、下两个自由表面方向出现突起或凹陷的翘曲变形。

对于装有大功率芯片的主板，除了高发热量是引起基板翘曲变形的一个因素外，将散热器固定于芯片上的夹持结构对基板直接施加的持续作用力的施力状态则是另一个导致基板变形的决定性因素。例如，某公司生产的Xbox360主机，在使用中普遍出现因GPU芯片焊点脱焊而故障，并且发现，即使在机器并未使用而长时间静置，GPU芯片发生脱焊的情况甚至更甚于经常使用而因高温引起基板变形的脱焊。这就说明，造成电器基板翘曲变形的两大因素中，夹持结构对基板的施力状态是一个从未被重视、因而更需要引起警惕的因素。

目前的芯片散热器夹持结构仅考虑了将散热器固定于芯片表面上，而忽略了对夹持结构在基板上施力状态的合理设计。目前的夹持结构，按施力状态划分基本上有两种，一种为拉应力型夹持结构；另一种为“零应力型夹持结构。拉应力型夹持结构通过直接或间接的连接方式对基板始终施加着一个指向基板的一侧的拉拔力。这种拉拔力就是促使芯片处基板向该方向翘曲变形的诱导力。它的作用效果与芯片发热的效果是正叠加的，因而加剧了基板翘曲变形的严重程度。零应力型夹持结构是一种单弹簧型结构，不施力于基板，而是在夹持结构自身内部的散热器与基板下支撑点之间形成夹持力。它不会对基板直接产生导致翘曲变形的诱导力，但它却会对散热器本身施加不平衡的作用力。对于诸如手提电脑等轻薄型电器中的薄片状散热器仍然会引起散热器本身的受热蠕变而翘曲进而导致基板翘曲。另外，这种单弹簧型夹持结构由于在基板上没有固定点，它无法对由于芯片发热造成的翘曲热变形提供矫正力。

实用新型内容

本实用新型旨在合理地设计了夹持结构对基板的施力状态，提供一种能自动提供基板热变形矫正力的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，以即时、自动地对基板变形进行矫正，有效防止BGA芯片焊点脱焊。

这种芯片散热器用双弹簧型夹持结构，包括分别位于基板上、下面两侧的上弹簧和下弹簧，将所述上、下弹簧通过位于所述基板上的孔洞连接的两对、一对两根的连杆，以及将所述连杆固定于所述孔洞的固定结构。

所述上弹簧和下弹簧是具有相同、相近弹性模量的弹簧，可以使夹持结构能始终保持“零预加应力”状态。

所述上弹簧和下弹簧包括钢质弹簧、铜质弹簧、橡胶制弹簧、尼龙制弹簧。尽量选用弹性模量高的材料，在同样的基板变形程度下，夹持结构能够提供尽可能大的矫正力。

所述固定结构包括背帽型固定结构、粘结固定结构、孔洞锁定结构。

所述孔洞设置在远离芯片安装位置，是基板上的低温区，即基板的高变形抗力区。

所述孔洞包括椭圆孔或矩形孔。

所述连杆包括背帽型固定结构用的螺杆、粘结固定结构用的光杆、孔洞锁定结构用的带弹簧片的连杆。

所述连杆包括金属连杆、刚性塑料连杆，其本身不能发生变形。功能是将上、下弹簧穿过孔洞连接形成夹持弹力；另一个是将上、下两个弹簧处于弹力平衡状态时相于对基板的位置固定在基板的D孔上。

本实用新型与现有技术对比的有益效果是：

结构简单，成本较低。由于提供了反抗热膨胀变形的矫正力，等效于缩小了基板材料的热膨胀系数。由于D孔位置被夹持结构固定住，也可以提供沿基板平面方向上的膨胀变形制约，减小了基板材料与芯片焊盘材料之间的热膨胀系数的差异，从而也减小了芯片焊盘与基板之间的因热膨胀系数不同而形成的剪切力的伤害程度。尤其是对于还从未被使用过，即还未发生任何变形的基板，它防止未来可能在使用中发生变形的效果最佳。同时，它使得在实际生产中采用变形抗力较低、软化程度较大的廉价PCB基板有了一种保障，可以降低产品的制造成本。本实用新型双弹簧型夹持结构本质上是一种“零预加应力”的夹持结构，不会产生任何使基板发生蠕变的诱导力，即使基板发生了偏离平面状态的变形，也可以即时、自动对基板变形进行矫正，有效防止BGA芯片焊点脱焊。采用了具有这种功能的夹持结构，就能在电器的长期使用中，保障芯片与基板之间始终良好的平面共面性，有效地杜绝因基板变形而引起的芯片焊点脱焊现象。

本夹持结构除了能作为固定芯片散热器的夹持结构外，也可以单独作为纯粹以矫正基板变形为目的矫正夹持结构来使用。它能即时、自动地对基板变形进行矫正，有效防止BGA芯片焊点脱焊。它的创新要点除了采用了上、下两个弹簧的双弹簧式的改进之外，更在基板上另外增加了对夹持结构本身的固定点。基板上的固定点保障了上、下两个弹簧始终处于弹力平衡状态，这样就在夹持结构自身内部并相对基板建立起了一个可自动平衡的弹力系统，当基板未发生变形时，此弹力系统处于平衡状态，不会对基板施加任何翘曲方向的持续力。当基板发生了任一方向上的突起或凹陷变形时，此弹力系统的平衡就会被打破，此时弹力系统就会即时地提供一个与变形方向相反的附加修正力来自动地矫正这种变形。基板的变形程度越大，这种反向的矫正力也自动同步地增大。由此可见，这种可以自动提供矫正力的夹持结构对无论是因受热或是仅仅受力而引起的基板翘曲变形都能提供有效的防止作用，从而可以始终保障BGA芯片与基板之间的平面共面性。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示的大功率CPU芯片散热器1用双弹簧型夹持结构，包括分别位于基板2上、下面两侧的上弹簧3和下弹簧4，将上弹簧3、下弹簧4通过位于基板2上的孔洞5连接的两对、一对两根的连杆6，以及将连杆6固定于孔洞5的背帽型固定结构。

上弹簧3和下弹簧4是具有相同、相近弹性模量的钢质弹簧，可以使夹持结构能始终保持“零预加应力”状态，提供尽可能大的矫正力。

孔洞5设置在远离BGA芯片7安装位置，是基板2上的低温区，即基板2的高变形抗力区。

连杆6是背帽型固定结构用的金属螺杆，由背帽8配合将连杆6固定于基板2。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

包括分别位于基板上、下面两侧的上弹簧和下弹簧，将所述上、下弹簧通过位于所述基板上的孔洞连接的两对、一对两根的连杆，以及将所述连杆固定于所述孔洞的固定结构。

2.如权利要求1所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述上弹簧和下弹簧是具有相同、相近弹性模量的弹簧。

3.如权利要求1或2所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述上弹簧和下弹簧包括钢质弹簧、铜质弹簧、橡胶制弹簧、尼龙制弹簧。

4.如权利要求3所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述固定结构包括背帽型固定结构、粘结固定结构、孔洞锁定结构。

5.如权利要求4所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述孔洞设置在远离芯片安装位置。

6.如权利要求5所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述孔洞包括椭圆孔、矩形孔。

7.如权利要求6所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述连杆包括背帽型固定结构用的螺杆、粘结固定结构用的光杆、孔洞锁定结构用的带弹簧片的连杆。

8.如权利要求7所述的芯片散热器用双弹簧型夹持结构，其特征在于：

所述连杆包括金属连杆、刚性塑料连杆。

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