CN220753411U - 一种浮动散热器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及芯片应用技术领域，尤其涉及一种浮动散热器结构，包括散热器，所述散热器包括散热基板和至少一个连接于散热基板周边的散热臂；所述散热基板边缘通过浮动螺钉与芯片焊板浮动固定，且所述散热基板通过导热介质与芯片表面接触，本实用新型通过为散热器添加散热臂，从而在散热器高度受限的情况下，通过水平方向的扩展增大散热面积，从而实现良好的散热效果。

Description

一种浮动散热器结构

技术领域

本实用新型涉及芯片应用技术领域，尤其涉及一种浮动散热器结构。

背景技术

芯片功耗及封装界面热阻是各个芯片的重要技术参数，包括但不限于CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)和FPGA(Field-ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)及各种行业定制的芯片。随着芯片中集成的电路和器件数量呈指数级增长，在芯片的工程应用上，功耗过大温度过高导致速度变慢，或者可靠性降低的问题十分常见。这时需要辅助散热器需要发挥其热交换效率高的优势，为芯片提供温度合适的热力学环境和机械环境。

尽管工程上使用各种工艺将芯片表面和散热器表面的热阻降低，但是由于芯片与散热器之间在客观上无法做到完全贴合，散热工程师会在散热器与芯片之间填充一些导热介质来赶走芯片与散热器之间的空气以降低热阻。导热介质的使用在工程上可以分为以下几种情况。

第一种情况：自重较小的散热器。这种散热器由于重量小，且应用场景的机械环境友好，可以将散热器直接黏在芯片上，散热器重量较轻时，机械振动或者冲击不会使芯片焊接面脱落。

第二种情况：散热器重量较大，直接贴在芯片上可能使芯片焊盘被撕裂，因此需要使用弹簧螺钉将散热器紧紧的压在芯片金属壳体上(即浮动散热器结构)。在这种场景下，散热器高度不受限，可以将散热器在Z方向(即垂直于散热面的方向)上的尺寸做大来满足较为严格的散热需求。

但在实际使用中，还存在第三种情况，散热器重量很大，且必须使用浮动散热器结构来降低导热介质厚度，但是由于设备空间尺寸有限，如通信设备或者服务器机箱内部，由于通信设备或服务器机箱体积较小，且其内部器件本身已呈现较密集的排布，导致其在Z方向(即竖直方向)所能够提供的空间不充足，使浮动散热器的高度受限，无法实现良好的散热效果。

实用新型内容

本实用新型在于克服现有技术中设备空间尺寸有限，使浮动散热器高度受限，导致无法实现良好的散热效果的问题。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供了一种浮动散热器结构，包括散热器1，所述散热器1包括散热基板11和至少一个连接于散热基板11周边的散热臂12；

所述散热基板11边缘通过浮动螺钉2与芯片焊板3浮动固定，且所述散热基板11通过导热介质与芯片4表面接触。

优选的，还包括弹性固定组件5；

所述散热基板11的边缘通过所述弹性固定组件5与芯片焊板3弹性固定。

优选的，所述弹性固定组件5包括螺钉51和固定设置在所述螺钉51上的弹性夹持单元52；

所述弹性夹持单元52夹持所述散热臂12的边缘，所述螺钉51固定在所述芯片焊板3上。

优选的，所述弹性夹持单元52包括第一弹性夹片520、第二弹性夹片521以及连接所述第一弹性夹片520和第二弹性夹片521的连接柱522；

所述第一弹性夹片520与第二弹性夹片521之间设置有用于夹持散热臂12边缘的预留空间；

所述连接柱522中空，且所述连接柱522环绕所述螺钉51的螺杆511设置。

优选的，所述连接柱522的一侧预留有开口位置5221，便于从所述开口位置5221将所述弹性夹持单元52安装到所述螺钉51上。

优选的，所述螺钉51包括螺头510、螺杆511和设置在所述螺杆511上的固定座512，所述固定座512与所述螺头510之间设置有预留空间，所述弹性夹持单元52设置在所述预留空间中，被所述固定座512与所述螺头510夹持固定。

优选的，所述散热臂12的边缘设置有与所述弹性夹持单元52相匹配的凹槽120，所述弹性夹持单元52夹持所述凹槽120的边缘。

优选的，所述浮动散热器结构还包括加强板6，所述加强板6设置于芯片焊板3的背面；

所述加强板6对应于所述浮动螺钉2的所在位置设置有螺孔，用于所述浮动螺钉2贯穿所述芯片焊板3并插入所述螺孔中，使所述芯片焊板3与所述加强板6通过所述浮动螺钉2保持固定。

优选的，所述导热介质的厚度小于等于0.2mm。

优选的，所述散热臂12与芯片焊板3之间的可形变夹角小于0.9°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过为散热器添加散热臂，从而在散热器高度受限的情况下，通过XY方向(即水平方向)的扩展增大散热面积，从而实现良好的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种散热板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种浮动散热器结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种浮动散热器结构的侧视示意图；

图4为本实用新型实施例提供的又一种浮动散热器结构的侧视示意图；

图5为本实用新型实施例提供的再一种浮动散热器结构的侧视示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种弹性固定组件的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种弹性固定组件的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的再一种弹性固定组件的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的又一种浮动散热器结构的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的另一种浮动散热器结构的结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的再一种浮动散热器结构的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1、散热器；11、散热基板；12、散热臂；120、凹槽；13、均热板；14、散热板；2、浮动螺钉；3、芯片焊板；4、芯片；5、弹性固定组件；51、螺钉；510、螺头；511、螺杆；512、固定座；52、弹性夹持单元；520、第一弹性夹片；521、第二弹性夹片；522、连接柱；5221、开口位置；6、加强板。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1:

现有技术中设备空间尺寸有限，使浮动散热器高度受限，导致无法实现良好的散热效果，为了解决此问题，本实用新型实施例提供了一种浮动散热器结构，如图1所示，包括散热器1，所述散热器1包括散热基板11和至少一个连接于散热基板11周边的散热臂12；所述散热臂12与散热基板11位于同一平面。在此需要说明的是，所述散热基板11和散热臂12是按照形态划分得到的，当按照组成进行划分时，如图3所示，所述散热器1包括均热板13和散热板14，所述均热板13和散热板14相互贴合，所述均热板13和散热板14在相互贴合的平面上具有一致的形态，即均具有散热基板11和散热臂12，在本实施例中，将所述均热板13与所述散热板14视作一个散热器1整体进行描述。

如图2、图3和图4所示，所述散热基板11边缘通过浮动螺钉2与芯片焊板3浮动固定，且所述散热基板11通过导热介质与芯片4表面接触。所述散热基板11通过导热介质与芯片4表面接触具体为：散热基板11的均热板13一侧与芯片4表面接触。在一些可选的实施方式下，所述芯片位于芯片焊板的凸台上。

所述浮动螺钉2在实际使用中可以是弹簧螺钉。在可选的使用场景下，所述导热介质的厚度小于等于0.2mm。在使用平衡螺钉机进行装配时，甚至可以做到0.1mm的厚度。

所述浮动固定是指所述散热基板11与所述芯片焊板3之间还存在一定的可形变夹角，以对抗冲击形变和共振损坏。在实际使用中，所述芯片焊板3为芯片4所在的PCB板。

本实施例通过为散热器1添加散热臂12，从而在散热器1高度受限的情况下，通过XY方向(即水平方向)的扩展增大散热面积，从而实现良好的散热效果。

在可选的实施方式中，所述导热介质可以是导热效率达到40W以上，厚度0.3mm压缩率30％～50％的碳纤维导热介质。

在实际使用中，为了保证散热器1与芯片4之间的间隙尺寸而不发生结构干涉，必须使用高强度的弹簧螺钉51压住浮动散热器和芯片4，由于导热介质非常薄，就要求散热器1尺寸精度足够高，变形量足够小。因此散热器1的四个浮动螺钉2设置为尽量靠近芯片4的四个角，用来减小装配预紧力导致的变形，这就导致散热臂12成为了悬臂梁，存在冲击变形和共振损坏的风险，可能产生边缘部分的变形和芯片4损坏等后果。为了解决此问题，本实施例提供了一种优选的实施方式，如图5所示，所述浮动散热器结构还包括弹性固定组件5；所述散热基板11的边缘通过所述弹性固定组件5与芯片焊板3弹性固定。

当存在多个散热臂12时，可在其中的一个或多个散热臂12边缘设置所述弹性固定组件5，具体可根据散热臂12的长度确定是否设置弹性固定组件5，如当散热臂12的边缘与浮动螺钉2之间的距离大于30mm以上，则在该散热臂12边缘设置弹性固定组件5。

所述弹性固定组件5可以是弹性柱，弹性柱的两端分别粘在散热臂12和芯片焊板3上，在一种优选的实施方式中，如图6所示，所述弹性固定组件5包括螺钉51和固定设置在所述螺钉51上的弹性夹持单元52。

所述弹性夹持单元52夹持所述散热臂12的边缘，所述螺钉51固定在所述芯片焊板3上。从而实现更为牢固的固定，并通过弹性夹持单元52准确控制散热臂12与芯片焊板3之间的可形变夹角范围，所述可形变夹角范围由本领域技术人员根据浮动散热器结构的结构特性分析得到，如由本领域技术人员分析得到，当散热器1与芯片焊板3之间的夹角大于等于0.9°时，散热器1与芯片4发生结构干涉，则所述散热臂12与芯片焊板3之间的可形变夹角小于0.9°。

在具体的实施场景下，如图6所示，所述弹性夹持单元52包括第一弹性夹片520、第二弹性夹片521以及连接所述第一弹性夹片520和第二弹性夹片521的连接柱522。

所述第一弹性夹片520与第二弹性夹片521之间设置有用于夹持散热臂12边缘的预留空间；所述连接柱522中空，且所述连接柱522环绕所述螺钉51的螺杆511设置。

所述弹性夹持单元52可由软胶制作而成的软胶套。所述弹性夹持单元52的最大压缩量由本领域技术人员分析所允许的散热器1的最大变形度来决定，散热器1的最大变形量由散热器1与芯片4之间的最小距离决定。

举例而言，导热介质压缩后的最小尺寸为0.2mm，散热臂12边缘离浮动螺钉2的距离为87mm，那么当散热臂12与芯片焊板3的夹角到0.9°的时候，散热器1与芯片4发生了干涉。因此，弹性夹持单元52的最大压缩量要求满足散热臂12与芯片焊板3之间的夹角小于0.9°，并预留变形余量。

所述弹性夹持单元52的最大变形量还可通过仿真软件分析得到，举例而言，浮动散热器的整体结构尺寸的设定主要根据以下5个参数：

(1)芯片4边长a(一般为正方形，如果为长方形，取长边)尺寸。

(2)4个弹簧螺钉51的轴间距b(一般为正方形，如果为长方形，取长边)。

(3)散热器1边缘与最近的弹簧螺钉51的距离c。

(4)散热器1凸台与芯片4之间的间隙d。

(5)支撑柱软胶的单边压缩量e。

(6)散热器1边缘重量f。

(7)该系统可能承受的最大冲击加速度g。

(8)散热器1焊接鳍片后的整体强度。

在冲击仿真软件中设定上述结构模型和仿真系统参数后可得到保证散热器1与芯片4不发生干涉的最大变形量，该变形量保证浮动散热器效果最佳的情况下，提供满足系统要求的机械环境可靠性要求。

在优选的实施方式中，为了便于所述弹性夹持单元52的安装，如图7所示，所述连接柱522的一侧预留有开口位置5221，便于从所述开口位置5221将所述弹性夹持单元52安装到所述螺钉51上。当所述连接柱522连接在第一弹性夹片520和第二弹性夹片521的非边缘位置时，所述第一弹性夹片520和第二弹性夹片521同样设置有开口位置，如图7所示。

在具体的使用场景下，如图8所示，所述螺钉51包括螺头510、螺杆511和设置在所述螺杆511上的固定座512，所述固定座512与所述螺头510之间设置有预留空间，所述弹性夹持单元52设置在所述预留空间中，被所述固定座512与所述螺头510夹持固定。

所述固定座512的高度由本领域技术人员根据散热器1和芯片焊板3之间的间距需求分析得到。所述螺杆511底部设置有螺纹，通过螺纹与PCB底部的加强板6连接，同时加紧芯片焊板3，形成一个结构整体，又通过弹性夹持单元52限制了散热器1在竖直方向的变形范围。

在一些实施例中，如图9所示和图10所示，所述散热臂12的边缘设置有与所述弹性夹持单元52相匹配的凹槽120，所述弹性夹持单元52夹持所述凹槽120的边缘。

在实际使用中，由于散热器1完全通过芯片焊板3实现固定，而芯片焊板3本身主要用于芯片4的焊接，芯片4焊盘的结构强度可能无法完全支撑散热器1的固定，当散热器1结构受到冲击或震动时，可能导致芯片焊板3损坏，为了解决此问题，本实施例提供了一种优选的实施方式，如图11所示，即所述浮动散热器结构还包括加强板6，所述加强板6设置于芯片焊板3的背面；其中，所述芯片焊板3的背面是指芯片4所在一面的背面。所述加强板6对应于所述浮动螺钉2的所在位置设置有螺孔，用于所述浮动螺钉2贯穿所述芯片焊板3并插入所述螺孔中，使所述芯片焊板3与所述加强板6通过所述浮动螺钉2保持固定。在可选的实施方式中，所述加强板6对应弹性固定组件5所在位置同样设置有螺钉51，用于所述弹性固定组件5的螺钉51贯穿芯片焊板3并插入所述螺钉51中，以对所述芯片焊板3与所述加强板6通进行加强固定，从而形成由散热器1、芯片焊板3和加强筋(即加强板6)三者组成的加强结构，此结构整体极大增加芯片焊板3和散热器1的强度，有利于芯片焊板3和散热器1同时对抗机械冲击和共振变形，减小变形度，保护散热器1与芯片4良好接触的同时不发生结构干涉。散热器1、芯片焊板3和加强板6形成一个立体框架结构，三者相互加强，减小了芯片焊板3和散热器1在装配应力下和受冲击时的变形量，保护散热器1在受冲击时不受破坏，保护芯片4的焊点不产生裂纹。

在一些情况下，芯片焊板3的背面也可能焊接有器件，为了确保不影响器件的功能，本实施例还在对应于所述芯片焊板3背面设置有相应器件的所在位置，所述加强板6预留有凸起或空洞，以避让所述器件所在位置。

在可选的实施方式中，如图10所示，在散热基板11周边连接3个散热臂12，散热基板11的四角通过弹簧螺钉51与芯片焊板3以及加强板6进行弹性固定，芯片焊板3在加强板6的作用下强度得到提升，因此可以加大弹簧螺钉51的预紧力，可以将导热介质压缩到最小，降低导热介质的热传导阻力。每个散热臂12距离散热基板11最远的边通过弹性固定组件5与芯片焊板3以及加强板6进行弹性固定。

在本实施例中所有优选实施方式相结合的情况下所形成的整体散热器1结构方案将极大的增强浮动散热器形态下的散热器1强度，在保证浮动散热器与芯片4之间的导热介质的厚度做到0.2mm，在使用平衡螺钉机进行装配时，甚至可以做到0.1mm的厚度，从而降低了芯片4与散热器1之间的热阻。

在此需要说明的是，在本实用新型实施例和各说明书附图中，并未就相关螺纹做直观的展现，但是各处对于螺纹的描述都可以基于文字做清楚的技术界定，不应作为技术公开不清楚的认定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮动散热器结构，其特征在于，包括散热器(1)，所述散热器(1)包括散热基板(11)和至少一个连接于散热基板(11)周边的散热臂(12)；

所述散热基板(11)边缘通过浮动螺钉(2)与芯片焊板(3)浮动固定，且所述散热基板(11)通过导热介质与芯片(4)表面接触。

2.根据权利要求1所述的浮动散热器结构，其特征在于，还包括弹性固定组件(5)；

所述散热基板(11)的边缘通过所述弹性固定组件(5)与芯片焊板(3)弹性固定。

3.根据权利要求2所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述弹性固定组件(5)包括螺钉(51)和固定设置在所述螺钉(51)上的弹性夹持单元(52)；

所述弹性夹持单元(52)夹持所述散热臂(12)的边缘，所述螺钉(51)固定在所述芯片焊板(3)上。

4.根据权利要求3所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述弹性夹持单元(52)包括第一弹性夹片(520)、第二弹性夹片(521)以及连接所述第一弹性夹片(520)和第二弹性夹片(521)的连接柱(522)；

所述第一弹性夹片(520)与第二弹性夹片(521)之间设置有用于夹持散热臂(12)边缘的预留空间；

所述连接柱(522)中空，且所述连接柱(522)环绕所述螺钉(51)的螺杆(511)设置。

5.根据权利要求4所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述连接柱(522)的一侧预留有开口位置(5221)，便于从所述开口位置(5221)将所述弹性夹持单元(52)安装到所述螺钉(51)上。

6.根据权利要求3所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述螺钉(51)包括螺头(510)、螺杆(511)和设置在所述螺杆(511)上的固定座(512)，所述固定座(512)与所述螺头(510)之间设置有预留空间，所述弹性夹持单元(52)设置在所述预留空间中，被所述固定座(512)与所述螺头(510)夹持固定。

7.根据权利要求3所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述散热臂(12)的边缘设置有与所述弹性夹持单元(52)相匹配的凹槽(120)，所述弹性夹持单元(52)夹持所述凹槽(120)的边缘。

8.根据权利要求1所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述浮动散热器结构还包括加强板(6)，所述加强板(6)设置于芯片焊板(3)的背面；

所述加强板(6)对应于所述浮动螺钉(2)的所在位置设置有螺孔，用于所述浮动螺钉(2)贯穿所述芯片焊板(3)并插入所述螺孔中，使所述芯片焊板(3)与所述加强板(6)通过所述浮动螺钉(2)保持固定。

9.根据权利要求1-8任一所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述导热介质的厚度小于等于0.2mm。

10.根据权利要求1-8任一所述的浮动散热器结构，其特征在于，所述散热臂(12)与芯片焊板(3)之间的可形变夹角小于0.9°。