PL183696B1

PL183696B1 - Podstawa montażowa

Info

Publication number: PL183696B1
Application number: PL97322814A
Authority: PL
Inventors: Stephen J. Kosteva; Bahgat G. Sammakia
Original assignee: Ibm
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2002-06-28
Also published as: US5870285A; HU221213B1; HUP9701129A3; HUP9701129A2; RU2190898C2; CZ9703244A3; CZ290327B6; PL322814A1; HU9701129D0

Abstract

1. Podstawa montazowa, zwlaszcza przytrzy- mujaca radiator wzgledem powierzchni urzadzenia elektronicznego na podkladzie, umozliwiajaca przecho- dzenie ciepla z urzadzenia do radiatora, znamienna tym, ze zawiera elastyczne slupki przytrzymujace przymoco- wane do powierzchni podkladu pod ustalonym katem, przy czym kazdy ze slupków przytrzymujacych ma dwa konce, z których jeden jest mocowany w sposób zdejmowalny do powierzchni podkladu, a drugi koniec ma elementy chwytajace i przytrzymujace radiator na zasadzie tarcia, przez co radiator jest przytrzymywany w bliskim polozeniu wzgledem urzadzenia elektro- nicznego przewodzac cieplo. F IG 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest podstawa montażowa, zwłaszcza przytrzymująca radiator względem powierzchni urządzenia elektronicznego na podkładzie, umożliwiająca przechodzenie ciepła z urządzenia do radiatora.

Elementy składowe modułu elektronicznego stają się coraz mniejsze, ale wcale nie stają się mniejsze problemy związane z rozpraszaniem ciepła. Rozmiar radiatorów potrzebnych do chłodzenia elementów modułu, w porównaniu z rozmiarami elementów, powoduje, że problemy te są trudniejsze do usunięcia podczas montażu modułu elektronicznego.

W dziedzinie mikroelektroniki wzrost gęstości obwodów o coraz mniejszych rozmiarach elementów stwarza konieczność stosowania większej liczby linii wejścia i wyjścia, z których wszystkie powodują coraz większe problemy z rozpraszaniem ciepła. Gdyby koszt nie był ważnym czynnikiem, problemy te można byłoby rozwiązać łatwiej, ale zmniejszenie kosztu montażu jest równie ważne.

W opisie patentowym USA nr 5 437 561 jest ujawnione złącze do przyłączania radiatora do płytki drukowanej za pomocąpary podpórek na wystających częściach, rozszerzanych sprężyną w taki sposób, aby zaczepiały o przeciwległą stronę otworów w płytce drukowanej.

Opis patentowy USA nr 5 384 940 opisuje urządzenie do mocowania radiatora za pomocą czopa z punktem, któryjest ściskany przy przechodzeniu przez otwór w płytce drukowanej i rozszerza się po przeciwległej stronie, przytrzymując obudowę elektroniczną pomiędzy radiatorem i płytką drukowaną.

Opis patentowy USA nr 5 304 735 opisuje radiator mocowany do kratki czopów zaciskami, które gdy są ściskane, chwytają za rowki wzdłuż przeciwległych boków.

Opis patentowy USA nr 5 040 096 opisuje zacisk przytrzymujący radiator przy półprzewodniku, wystający nad łukowatym odcinkiem.

Opis patentowy USA nr 4 933 746 opisuję zacisk z trzema podpórkami przechodzącymi przez szczeliny w radiatorze, mocującymi go do półprzewodnika.

Opis patentowy USA opisuje kołpak przewodzący ciepło przytrzymujący obudowę układu scalonego i dopasowany do szeregu czopów i gniazdek.

Opis patentowy USA nr 4 544 942 opisuje radiator mocowany do urządzeń półprzewodnikowych w celu utrzymywania warunków termicznych z podpórkami biegnącymi poprzez płytkę drukowaną.

Z kolei opis patentowy Wielkiej Brytanii nr 2 198 888 ujawnia zespół zawierający urządzenie półprzewodnikowe na platformie, która znajduje się w styku termicznym z radiatorem dzięki słupkowi podtrzymującemu.

Istotą podstawy montażowej, według wynalazku przytrzymującej radiator względem powierzchni urządzenia elektronicznego na podkładzie, umożliwiającej przechodzenie ciepła z urządzenia do radiatora, jest to, że zawiera elastyczne słupki przytrzymujące przymocowane do powierzchni podkładu pod ustalonym kątem, przy czym każdy ze słupków przytrzymujących ma dwa końce, z których jeden jest mocowany w sposób zdejmowalny do powierzchni podkładu, a drugi koniec ma elementy chwytające i przytrzymujące radiator na zasadzie tarcia, przez co radiator jest przytrzymywany w bliskim położeniu względem urządzenia elektronicznego przewodząc ciepło.

Korzystnie według wynalazku elementy chwytające na zasadzie tarcia zawierają zapadkę, elastyczne słupki przytrzymujące są wykonane z tworzywa sztucznego, względnie zawierającego także cząsteczki metalowe wystarczającej do przyłączania przez lutowanie lub są wykonane z metalu.

Podstawa montażowa według wynalazku korzystnie zawiera cztery elastyczne słupki przytrzymujące, umieszczone symetrycznie w układzie prostokątnym na powierzchni podkładu, oraz przyłączone do elementów umocowanych do powierzchni podkładu, przy czym zamocowane w sposób zdejmowalny elastyczne słupki przytrzymujące zawierają prostokątny element przymocowany do powierzchni podkładu.

183 696

Ponadto korzystne jest, gdy według wynalazku powierzchnia urządzenia elektronicznego zawiera materiał pośredniczący pomiędzy nią i radiatorem, pomagający w przekazywaniu ciepła, zaś urządzenie elektroniczne zawiera moduł z przynajmniej jednym układem scalonym.

Korzystne jest także, gdy według wynalazku radiator ma przynajmniej dwa otwory umieszczone tak, aby chwytały na zasadzie tarcia elastyczne słupki przytrzymujące, elastyczne słupki przytrzymujące są wykonane z tworzywa sztucznego, a drugie końce mające elementy do chwytania i przytrzymywania radiatora na zasadzie tarcia zawierają zapadkę, elastyczne słupki przytrzymujące są przyłączone do elementów umocowanych do powierzchni podkładu i są wykonane z metalu umożliwiającego przylutowanie do elementów umocowanych do powierzchni podkładu.

Korzystne jest, gdy według wynalazku zamocowane w sposób zdejmowalny elastyczne słupki przytrzymujące zawierająprostokątny element przymocowany do powierzchni podkładu, oraz zawiera cztery elastyczne słupki przytrzymujące, wykonane z metalu, które sąprzylutowane do prostokątnego elementu na jednym końcu, a drugi z dwóch końców wchodzi do otworów w radiatorze, pasujących do wszystkich czterech elastycznych słupków przytrzymujących.

Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rozwiązanie według wynalazku, fig. 2 - zapadkowy słupek przytrzymujący, fig. 3 - modyfikację zapadkowego słupka przytrzymującego, fig. 4 - kolejną modyfikację zapadkowego słupka przytrzymującego, fig. 5 - modyfikację rozwiązania według wynalazku, z zastosowaniem zespołu wielu słupków, zaś fig. 6, 7 i 8 przedstawi :ą^iąkołejne przykłady rozwiązania według wynalazku.

Na figurze 1 zapadkowe słupki przytrzymujące 10 są oznaczone liczbami 11 i 12. Rzeczywista budowa tych słupków będzie opisana bardziej szczegółowo w dalszej części opisu, przy czym należy tu wskazać, że zapadkowe słupki przytrzymujące 11 i 12 nie wymagaj ąotworów ani innych szczelin w podkładzie 13. Liczba słupków przytrzymujących 11 i 12 i ich położenie są określone przez takie czynniki, jak rozmiar, masa i/lub przewodność termiczna radiatora.

Dla celów tego opisu określenie “podkład” oznacza element, który podtrzymuje część składową 14, na której zamontowane jest urządzenie 15, które generuje ciepło odprowadzane do otoczenia. Radiator 16 posiada otwory 17 umieszczone tak, aby pasowały do słupków przytrzymujących 11 i 12.

Układ pokazany na fig. 1 nie wymaga otworów w podkładzie 13. Słupki przytrzymujące 11 i 12 można przymocować do podkładu 13 albo bezpośrednio albo za pomocą pośredniej ramki lub elementu za pomocą kleju, śrub albo mogą być one pokryte metalem i mocowane przez lutowanie, spawanie i tym podobne. Ponadto, słupki nie muszą posiadać określonego kształtu, konstrukcji ani układu. Muszą jednak być przymocowane do podkładu w sposób trwały w takim miejscu, aby pasowały do innych otworów w radiatorze 16 i były w nich przytrzymywane.

Przy wykorzystaniu słupków przytrzymujących, takichjak słupki 11 i 12, radiator 16 jest przytrzymywany w położeniu lepiej kontrolowanym względem elementu składowego 14 i urządzenia 15. Jest to ważne, ponieważ istnieją inne elementy składowe, które posiadają delikatne okablowanie i inne czułe elementy obwodu, które mogą być narażone na uszkodzenie, jeżeli wywrze się na nie zbyt duży nacisk.

Dzięki użyciu słupków przytrzymujących 11 i 12, radiator 16 jest przytrzymywany z ustaloną siłą do urządzenia 15, do którego jest dociskany. Może tu być pomocne bardziej szczegółowe opisanie układu i rozmieszczenia słupków przytrzymujących 11 i 12.

Po pierwsze, odnosząc się do figury 2, słupek przytrzymujący 20 jest trwale przymocowany do elementów 21 i 22 biegnących we względnie małej odległości pod kątem wynoszącym zwykle 90 stopni. Odległość, w której znajduje się ten element, jest zmienna zależnie od takich czynnikówjak wielkość siły, która jest potrzebna do naginania słupków do siebie, aby przytrzymywać i/lub zwalniać radiator 16. Elastyczność słupków przytrzymujących 11 i 12 będzie opisana bardziej dokładnie w dalszej części.

Słupek 20 ma pięć boków i płaską powierzchnię 23 w ogólnym kierunku punktu 24 przecięcia pomiędzy elementami 21 i 22. Jest to powierzchnia 23, która ma ustaloną liczbę zapadek

183 696

25, a odstęp pomiędzy sąsiednimi zapadkami można dopasować do grubości podstawy radiatora z otworami 17, (fig. 1), dostosowanymi do przytrzymywania słupka.

Elementy 21 i 22 stosuje się do mocowania słupka 20 w odpowiednim położeniu na podkładzie 13, (fig. 1), aby podtrzymywały radiator 16 w sposób lepiej kontrolowany do elementu składowego 14 i urządzenia 15. Nacisk pomiędzy radiatorem 16 i urządzeniem 15 jest jednym z kilku czynników wyznaczającym wydajność przekazu ciepła.

Istnieje kilka efektywnych materiałów pośrednich, które w razie potrzeby można zastosować pomiędzy urządzeniem 15 i radiatorem 16. Takie materiały to smary, żywice epoksydowe o niskich modułach, podkładki elastomeryczne i tym podobne, które są znane jako zwiększające przewodność termiczną pomiędzy sąsiadującymi elementami.

Odnosząc się do figury 3, słupek przytrzymujący 30 ma cztery boki, albo jest kwadratowy, i jest trwale umocowany na przecięciu dwóch elementów 31 i 32. Pewna liczba zapadek 33 jest umieszczona na jednej z płaskich powierzchni czterobocznego słupka 30, przy czym i na tej figurze układ zapadek jest inny niż pokazany na fig. 2.

Jako kolejny przykład figura 4 przedstawia jeszcze jedną odmianę w układzie słupków przytrzymujących. Słupek przytrzymujący 40jest tutaj pokazany jako okrężny albo okrągły i jest on trwale umocowany do dwóch elementów 41 i 42, jak opisano powyżej. Słupek przytrzymujący 40 posiada kilka zapadek 43, które biegną wokół słupka, ale działają w sposób podobny do opisanych wyżej. Jest oczywiste, że liczba i odstępy zapadek 43 są sprawą wymagań konstrukcyjnych.

Ważną różnicą w układzie pokazanym na fig. 4 jest jednak to, że okrągły słupek przytrzymujący 40 ma obrzeże 44, które rozciąga się od punktu w pobliżu jego podstawy, tak że słupek można przymocować bezpośrednio do powierzchni podkładu 13, (fig. 1), zamiast do elementów 41 i 42. Obrzeże 44jest istotne, ponieważ rozważany słupekjest względnie cienki, gdyż musi być elastyczny.

Materiałem, z którego wykonany jest słupek, może być metal albo tworzywo sztuczne. Jednak istnieje wymaganie, aby każdy słupek przytrzymujący był elastyczny, aby przy mocowaniu i zdejmowaniu radiatora słupki przytrzymujące były nieco zgięte w kierunku do siebie, zwalniając przez tarcie pomiędzy zapadkami i radiatorem.

Każdy układ słupków pokazany na fig. 2, 3 i 4 musi być elastyczny, jak opisano wyżej, ale może być wykonany z dowolnego materiału mającego takącechę elastyczności. Słupki przytrzymujące chwytają radiator dzięki tarciu, które jest zwalniane poprzez zgięcie ich do siebie, a celem zapadek jest zwiększenie tego tarcia. Po drugie, jeżeli chodzi o rozmieszczenie słupków zatrzymujących, fig. 1 przedstawia również rozmieszczenie słupków 10 według jednego aspektu niniejszego wynalazku. Innymi słowy, jeżeli ustali się, że do przytrzymania radiatora 16 potrzebne są dwa słupki, słupki przytrzymujące 10 są rozmieszczone tak, jak pokazuje fig. 1.

Układ słupków przytrzymujących 10 można wybrać spośród przedstawionych na fig. 2, fig. 3 albo fig. 4, ponieważ każdy z nich będzie chwytał za brzeg otworu albo szczeliny, w radiatorze 16 z siłą wystarczającą do utrzymywania przekazu ciepła z urządzeniem 15 (fig. 1). Z drugiej strony, jeżeli ustali się, że są potrzebne cztery słupki do zwiększenia siły przytrzymywania albo do wyrównania siły przytrzymującej do mniejszej wartości z powodu większej czułości urządzenia 15 albo otaczającego go zespołu obwodów, układ słupków przytrzymujących jest taki jak przedstawiony na figurze 5.

Na figurze 5 przedstawione są cztery słupki 50, 51, 52 i 53 na rogach czworobocznej prostokątnej ramki 54. Poszczególne słupki mogą mieć układ taki jak opisano powyżej, albo dowolnąkombinację tych układów, która może być wyznaczona przez dane okoliczności w określonej sytuacji.

Każdy słupek przytrzymujący, na przykład słupek 50 i inne, będzie pasował do otworów, szczelin, oczek i tym podobnych, oznaczonych liczbami 55 i 56 w radiatorze 57. Również każdy słupek przytrzymujący, bez względu na określony układ, będzie przytrzymywany w swoim otworze w radiatorze z tarciem dostatecznym dla uzyskania żądanego przekazu ciepła. W pew6

183 666 nych przypadkach może być konieczne przedłużenie każdego ze słupków, aby nieco zwiększyć jego siłę chwytającą.

Układ ze słupkami przytrzymującymi umożliwia większy stopień kontrolowania siły przykładanej do radiatora i urządzenia z termicznym przekazywaniem ciepła. Na przykład, jak pokazuje figura 6, jeżeli potrzebnajest większa siła, albo zjakichś powodów trzeba zrezygnować z otworów dowolnego typu w radiatorze, pręty 61 posiadają otwory 62,63,64,65 znajdujące się w pobliżu każdego z końców, w które wchodzi słupek przytrzymujący.

W ten sposób pręty są umieszczone w poprzek radiatora 66, pomiędzy żebrami 67, i przytrzymywane na zasadzie tarcia przez odpowiedni słupek przytrzymujący, jak opisano powyżej. Zastosowanie czterobocznej prostokątnej ramki 54 z fig. 5 jest tutaj korzystne, aby utrzymać dobry styk termiczny i kontrolowanie przyłożonego nacisku.

Istniejąjednak przypadki, w których ramka, taka jak ramka 54 z fig. 5 byłaby zbyt ograniczająca, czyli część składowa ma taki rozmiar, że nie zmieściłaby się wewnątrz ramki, albo też występująinne przypadki. Pokazuje to, że słupki przytrzymujące według niniejszego wynalazku nie są ograniczone do zastosowania z ramką, ale mogą być przymocowane bezpośrednio do podkładu.

Modyfikacja rozwiązania według wynalazkujest przedstawiona na figurze 7. Słupki przytrzymujące 70 i 71 sąprzymocowane do elementów 72 i 73. Słupki przytrzymujące 70 i 71 mogą być dwoma spośród kilku, jak opisano wyżej, albo mogą być ustawione w środku. Przynajmniej jeden pręt 74 jest wykonany z otworem na każdym końcu, który pasuje do słupków 70 i 71. Pręt 74 jest zagięty na każdym końcu, tak aby część środkowa mogła przytrzymywać radiator 75 w położeniu przedstawionym na tej figurze albo położeniu odwróconym jeżeli element składowy 76 i urządzenie 77 są większe. W układzie pokazanym na fig. 7 unika się konieczności stosowania otworów i szczelin w radiatorze 75 oraz w podkładzie 78. Zagięcia w pręcie 74 są oznaczone na tej figurze liczbami 79a i 79b.

Słupki przytrzymujące według wynalazku umożliwiają znacznie bardziej elastyczny układ upakowywania tych elementów i urządzeń elektronicznych. Na przykład figura 8 przedstawia mniejszy układ elementów składowych i urządzeń oraz większy radiator. Na fig. 8 słupki przytrzymujące 80 i 81 są umieszczone w otworach (nie pokazanych na rysunku) w podstawie radiatora 82. Słupki te są albojedynymi słupkami i wtym przypadku sąumieszczone takjak na fig. 1, albo sąto dwa słupki spośród kilku, które można umieścić w dowolnym żądanym układzie, takim jak symetryczny, w każdym rogu radiatora 82. Na fig. 8 pokazano, że nawet gdy element składowy 83 ma mniejszy bok, przymocowane do niego urządzenie 84 może być większe, albo alternatywnie urządzenie 84 może generować więcej ciepła, co wymaga większego radiatora do utrzymania dopuszczalnych poziomów temperatury obudowy. Jak opisano poprzednio w wiązaniu z innymi figurami rysunku, urządzenie 84 jest przymocowane do elementu składowego 83, który z kolei jest przymocowany do podkładu 85.

Chociaż niniejszy wynalazek został opisany bardzo szczegółowo w związku z korzystnym przykładem wykonania i kilkoma jego modyfikacjami, to na podstawie niniejszego opisu są oczywiste dalsze jego modyfikacje.

183 696

FIG 4

183 696

I

FIG. 5

183 696

FIG 6

183 696

78'

79b

FIG. 7

80-	L L	84	s	— 82 '-81 k.
85-^	L	L-:—i. ΒοπηηηΌΌΟΌίι nr—		l

FIG. 8

183 696 ι

FIG 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Podstawa montażowa, zwłaszcza przytrzymująca radiator względem powierzchni urządzenia elektronicznego na podkładzie, umożliwiająca przechodzenie ciepła z urządzenia do radiatora, znamienna tym, że zawiera elastyczne słupki przytrzymujące przymocowane do powierzchni podkładu pod ustalonym kątem, przy czym każdy ze słupków przytrzymujących ma dwa końce, z którychjeden jest mocowany w sposób zdejmowalny do powierzchni podkładu, a drugi koniec ma elementy chwytające i przytrzymujące radiator na zasadzie tarcia, przez co radiatorjest przytrzymywany w bliskim położeniu względem urządzenia elektronicznego przewodząc ciepło.
2. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy chwytające na zasadzie tarcia zawierają zapadkę.
3. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że elastyczne słupki przytrzymujące są wykonane z tworzywa sztucznego.
4. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że elastyczne słupki przytrzymujące sąwykonane z tworzywa sztucznego zawierającego cząsteczki metalowe wystarczającej do przyłączania przez lutowanie.
5. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że elastyczne słupki przytrzymujące są wykonane z metalu.
6. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera cztery elastyczne słupki przytrzymujące, umieszczone symetrycznie w układzie prostokątnym na powierzchni podkładu.
7. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera cztery elastyczne słupki przytrzymujące przyłączone do elementów umocowanych do powierzchni podkładu.
8. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zamocowane w sposób zdejmowalny elastyczne słupki przytrzymujące zawierają prostokątny element przymocowany do powierzchni podkładu.
9. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia urządzenia elektronicznego zawiera materiał pośredniczący pomiędzy niąi radiatorem, pomagający w przekazywaniu ciepła.
10. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia urządzenia elektronicznego zawiera materiał pośredniczący pomiędzy nią i radiatorem.
11. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że urządzenie elektroniczne zawiera moduł z przynajmniej jednym układem scalonym.
12. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że radiator ma przynajmniej dwa otwory umieszczone tak, aby chwytały na zasadzie tarcia elastyczne słupki przytrzymujące.
13. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że elastyczne słupki przytrzymujące są wykonane z tworzywa sztucznego, a drugie końce mające elementy do chwytania i przytrzymywania radiatora na zasadzie tarcia zawierają zapadkę.
14. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że elastyczne słupki przytrzymujące sąprzyłączone do elementów umocowanych do powierzchni podkładu i sąwykonane z metalu umożliwiającego przylutowanie do elementów umocowanych do powierzchni podkładu.
15. Podstawa montażowa według zastrz. 1, znamienna tym, że zamocowane w sposób zdejmowalny elastyczne słupki przytrzymujące zawierają prostokątny element przymocowany do powierzchni podkładu, oraz zawiera cztery elastyczne słupki przytrzymujące, wykonane z metalu, które sąprzylutowane do prostokątnego elementu najednym końcu, a drugi z dwóch końców wchodzi do otworów w radiatorze, pasujących do wszystkich czterech elastycznych słupków przytrzymujących.

* * *

183 696