TW201402962A - 動態安裝系統 - Google Patents

Abstract

一種動態安裝系統，藉由將螺紋構件附接至第二物件上之螺紋收納構件達預定深度，將第一物件接合至第二物件，使偏置壓縮構件施加預定夾力，將第一物件夾住在第二物件。第一物件可為與安裝在如為電路板之第二物件上之如為處理器之產熱組件傳遞的散熱體。藉由推進螺紋構件，直到其螺紋超出收納構件上之螺紋以到達預定深度。螺紋構件之預定深度使壓縮構件偏置，使第一與第二物件之間的夾力維持在意想之溫度範圍內。

Description

動態安裝系統

本申請案為2012年1月20日所申請之標題為「動態安裝系統」的臨時專利案號61/588,716的非臨時性專利申請案，藉此主張其優先權。

本申請案關於一種用於提供可預測夾力之動態安裝系統。更明確地說，本發明關於一種用於將散熱體安裝在電路板之系統。

就允許物件之間的維度變更或移動之意義而言，將一個物件安裝至另一者常需要為動態。此等變更常為如彈簧之偏置構件所吸納。一種需要動態安裝系統之特殊應用係在需要吸納熱量及振動之電子學領域中。在電子學領域中，由於其所附接之構件本質昂貴，對散熱體、電子組件及電路板的安裝尤其重要。

已知使用固定螺絲(captive screws)將散熱體安裝至具電子組件之電路板，該電子組件如收容在散熱體與電路板之間的微晶片。由於如微晶片之電子組件的本質，微晶片所產生的熱高到足夠使電子組件與散熱體膨脹。在電子學領域中對散熱體提供動態安裝系統的解決辦法包含其中經由對電路板偏置附件，對微晶片施加 接近恆定之夾箝負載的動態安裝系統。例如，在標題為「浮動之固定螺絲」的美國專利公告2008/0056844中提議此等解決辦法。此文件教示限制附接偏置螺絲構件可將螺帽穿越接合在電路板中之穿透深度。當螺絲接觸到螺帽之頂表面時，藉此對螺絲之進一步推進提供正向止步，藉由螺絲上之凸緣的橋台來控制深度。由於螺絲係與螺帽正向接合，對此結構所碰到之明顯問題為過度旋緊螺絲會損及昂貴電子之可能性。

因此，動態安裝系統在技術上需要於電路板 上安裝散熱體，是以避免成本高昂之損害，其中不能過度旋緊電路板上如螺絲之附接元件是必要的。因此需要更進一步製造簡潔且不昂貴之安裝系統。

為符合如上述之技術需要，本發明之設備及相關方法提供一種深度判定系統，藉由將螺紋構件聯結第二物件上之螺紋收納構件達預定深度，用以將第一物件動態地安裝至第二物件，使偏置壓縮構件施加預定夾力，將第一物件夾住在第二物件。在所顯示的實例中，第一物件可為與第二物件(例如，電路板)上之產熱組件(例如，處理器)進行熱傳遞的散熱體。藉由推進螺紋構件，直到其螺紋超過收納構件上之螺紋時可到達預定深度。螺紋構件之預定深度可使壓縮構件偏置，使第一與第二物件之間的夾力於一溫度範圍之間，維持在意想之範圍內。

各種實施例可提供一種或以上之優勢。例 如，某些實施例在使以散熱體附接至電路板的微處理器冷卻時有用。某些實施例可允許第一物件相對於第二物件熱膨脹及收縮，而保持第一物件以預定夾力與第二物件接觸。為增進組合，某些實施可將螺絲與彈簧固定至散熱體以防止組件掉落或錯置，藉以縮短組合時間。某些實施例可降低或大致上防止焊接接頭、組件或相對於第二物件施加過度安裝力之第一物件破裂。在其它實施例中，偏置彈簧在如為掉落試驗之機械測試期間可允許寬容，以防止損及電路板及組件。還有，在其它實施例中，藉由散熱體施加至電路板元件之大致上穩定(例如，在特定範圍內)的夾力可防止電路板元件之過熱及提早故障。

在某些實施中，在將第一物件安裝至第二物 件時可將，例如，工具應用在螺絲構件，其中工具大致上不含針對扭矩判定第一物件與第二物件之間的合成夾力之控制。在某些實施中，沿螺絲構件及/或螺帽之螺紋以及偏置壓縮彈簧的軸長可判定合成夾力。在其它實施例中，在組裝物件時可降低或大致消除過度旋緊或不夠旋緊螺絲構件所造成的誤差。還有，在進一步之實施例中，可允許在兩物件之間施加一致性夾力之固定彈簧於連接兩物件後，在預定之操作範圍內同時壓縮與膨脹。

在隨圖及以下說明中陳述各種實施例之細 節。其它特性及優勢將明顯來自說明及圖式。各種圖式中之類同參考符號表示相似或類似之元件。

15‧‧‧頭部

17‧‧‧肩部

19‧‧‧軸環

21‧‧‧柄部

22‧‧‧無螺紋部分

23‧‧‧螺紋部分

16‧‧‧工具接納室

13‧‧‧螺絲

11‧‧‧散熱體

25‧‧‧彈簧

27‧‧‧電路板

29‧‧‧電路元件

31‧‧‧穿孔螺帽

33‧‧‧上開口

35‧‧‧下開口

37‧‧‧內螺紋

31‧‧‧螺帽

32‧‧‧拉孔式緊固件元件

34‧‧‧擴孔

38‧‧‧凸緣

36‧‧‧下表面

第1圖顯示一示例性之成分離狀態的安裝系統的正視部份剖面組合圖。

第2圖顯示第1圖之一示例性之成連接狀態的安裝系統視圖，其顯示與第1圖相同之視圖。

第3圖顯示一示例性之螺絲之側正視圖。

第4圖顯示一示例性之螺絲頭部之俯視圖。

第5圖顯示一示例性之穿孔螺帽之左上立體圖。

第6圖顯示一示例性之穿孔螺帽之側視圖。

第7圖顯示一示例性之穿孔螺帽之正視橫剖面圖。

為助於了解，將此文件編排如下。首先，第1及第2圖顯示一示例性之組合過程，用於應用一示例性之散熱體安裝系統及使用穿孔螺帽之所造成結構。第3及第4圖描述示例性螺絲。最後，參考第5-7圖，表示一示例性之穿孔螺帽。

首先參考第3及第3圖，此等例示描述示例性螺絲。在第3圖中，螺絲具頭部15、肩部17、軸環19、包含螺紋部分23及無螺紋部分22的延長柄部21。螺紋部分及柄部之長度可相較於所示，彼此相對而變。此外，取決於意想留置之偏置構件(例如，彈簧)的結構以及取決於是否意想螺絲與彈簧在附接至螺帽與電路板前固定在散熱體，可忽略或增/減肩部及/或軸環之相對大小。在處理期間及安裝在散熱體中之前，肩部直徑可成錐狀，阻礙彈簧內徑以助於留置。頭部直徑之大小大 於彈簧之直徑以留置彈簧。第4圖描述具有頭部15及各別工具接納室16之螺絲13之示例性螺絲頭部的俯視圖。如前述，頭部15之形狀與工具接納室之型式可相異。

現在參考第1圖，本發明提供將螺絲於軸向 直接固定至散熱體，藉此避免使用套筒以減低組合時所需之料件數量的必要性。在讓渡給培恩工程及製造公司(Penn Engineering and Manufacturing Corp.)且標題為「無墊圈之自我固定螺絲」之美國專利案號5,256,019，對引用散熱體11及螺絲13的此固定有進一步之細節，藉由引用，於此將該案之整體內容完全併入本文。依據此方法論，在將螺絲強力施加至散熱體時，散熱體之材質即變形且繞螺絲軸環被向內壓。當可使用如該技術熟知之套筒或留置器，將螺絲固定在散熱體。

第1圖描述成分離狀態之示例性安裝系統且 第2圖描述成連接狀態之示例性安裝系統。在第1圖中，系統包含第3圖之螺絲13，該螺絲具頭部15、肩部17、軸環19、柄部21及螺紋部分23。頭部15之直徑大於肩部、軸環或柄部。肩部17在直徑上向內成錐狀以一種方式收納彈簧25，該方式使得彈簧25容易繞肩部17被收納且固定，以大致限制側向移動，然允許相對螺絲13之軸向移動。彈簧25較佳是壓縮彈簧。亦有表示供散熱用，例如具有散熱片之散熱體11，及具有需要散熱之電路元件29的電路板27。附接至電路板27且與螺絲13對準者為穿孔螺帽31，其具有上開口33、下開口35及自上開口或下開口之至少一者延伸之內螺紋37。在第1 圖中，螺帽之內螺紋37經由螺帽31自上開口33之局部路徑延伸，其中軸孔於是以擴孔方式擴寬，一旦螺紋部分23自上開口穿越內螺紋之前緣時，允許螺絲之螺紋部分23自由經過下開口35。使用此實施例中之拉孔式緊固件結構，將穿孔螺帽31附接至電路板27。

第2圖表示將螺絲組件強力施加至第1圖中 所示之散熱體的結果，其中螺絲之軸環已使散熱體之材質繞收納孔變形，迫使某些材料向內繞螺絲柄之狹窄、無螺紋部分。此可滑動地將螺絲/彈簧組件固定在散熱體。旋轉螺絲時，一旦推進螺絲之螺紋部分23經過螺帽之內螺紋37且在擴孔內時，螺絲13之向上移動即受限於軸向鄰接於螺帽之最終內螺紋之螺紋部分的頂部。螺絲之向下移動亦受礙於彈簧25所施加在螺絲頭部之向上偏置力。藉此，相對於螺帽及電路板之螺絲深度可沿螺絲之柄部，於螺紋部分之螺帽及/或軸位，受內螺紋之軸長管制。

如第2圖中所示，螺絲13被向下旋轉且穿過 螺帽之內螺紋，使得在螺紋部分23卸脫內螺紋時，彈簧25未被完全壓縮以允許其動態膨脹及收縮，且在電路元件29之各別熱循環期間藉此允許組件之安全收縮及膨脹。而且，藉由預定螺帽之內螺紋的軸位與長度，以及螺絲之螺紋部分的軸位與長度，彈簧及夾箝負載所造成之壓縮將大致一致，於此無法過度旋緊螺絲。在過度旋轉螺絲只是造成螺絲之隨意旋轉時，此為本發明之特殊優勢，藉此防止過度施加扭矩時對螺絲或工具接納室16 之任何可能的損害。

操作時，因電路元件29散熱在散熱體上，且 藉此散熱體11及電路元件可膨脹。在散熱體膨脹時，彈簧25被迫收縮傾向於保持藉由散熱體施加至電路元件之大致一致之力量與壓力的等量。同樣地，在散熱體由於其冷卻而收縮時，迫使彈簧25膨脹，其傾向於保持藉由散熱體11施加至電路元件29之大致一致的力量與壓力，而散熱體與電路板之間的間隙可變化。

第5圖描述第1及第2圖中所使用之示例性 穿孔螺帽的俯視立體圖。第6圖描述示例性穿孔螺帽之側視圖，且第7圖描述橫剖面圖。穿孔螺帽31具上部及下部。該上部具內螺紋37且下部具拉孔式緊固件元件32圍繞外不且裡面具擴孔34。經由上部導引至內螺紋37之上開口33的直徑小於自下方導引至擴孔的下開口35。同樣地，擴孔之直徑大致大於內螺紋，使得一旦螺絲之螺紋部穿越超出上部之內螺紋37時，螺絲之螺紋部分可為擴孔隨意收納。螺帽之凸緣38的下表面36懸於下部分之上，藉此使上部適於使表面安裝在凸緣38之上表面與下表面上。儘管表示的是穿孔螺帽，應了解的是，可使用如上述所適當配置之盲孔螺帽。

儘管引用諸圖式，已說明各種實施例，其它 實施例亦為可能。例如，在某些實施例中，如使用留置套管之實例，螺絲可相對於散熱體在軸向移動。在其它實施例中，螺絲及散熱體可如一個組件在平行於螺絲軸的長度方向，離開自且朝向電路板移動。在每一情況中， 彈簧可施力在螺絲及散熱體上以確保散熱體維持與電路板元件接觸，以便使電路板元件保持冷卻且防止過熱。由於自電路板元件至散熱體之散熱期間所碰到的熱循環，彈簧亦可使螺絲及散熱體移動以允許散熱體膨脹及收縮。

由於判定螺帽及/或螺絲特性之深度，可以一致之方式將螺絲附接至螺帽，該等特性可包含穿孔螺帽中之孔深以及穿孔螺帽中螺絲上面的螺紋位置與數目。因耗盡可用之內螺紋數目之前，螺絲將僅穿越在螺帽中達某深度，故與施加至螺絲之扭矩量無關，可以一致之深度來附接螺絲。

螺帽可以各種方式附接至電路板。在一個實施例中，螺帽可附接至電路板之頂表面，例如，藉由使黏著劑或焊錫層將螺帽添附至電路板。在另一個實施例中，螺帽可附接至電路板之底表面，例如，藉由使黏著層沿收納電路板之底表面之螺帽的頂表面。在附接至底表面時，重要的是螺帽之內螺紋與延伸穿過電路板之孔對準，用以收納穿過其中之螺絲的螺紋部。在還另一個實施例中，可將螺帽經由一個或以上之緊固件，例如，螺絲、螺栓、夾件或焊錫，固定至頂表面或底表面。

拉孔緊固件亦可替代以外螺紋或圍繞或形成螺帽及/或螺絲周界之其它型式的緊固元件。可在電路板中，自頂側或自底側對螺帽加以拉削。形成在電路板及/或散熱體中之孔可於其內加以研磨，以形成平順、表面均勻的孔、螺孔或隆起孔。

在某些實施例中之偏置構件可為聯結在螺絲 構件之頭部與第一物件之間的彈簧。彈簧可使散熱體偏置離開螺絲。在還另一個實施例中，可使用如橡膠或橡皮圈之彈性組件，相對於散熱體，協助或將螺絲加以偏置。可以一種方式預定彈簧之緊密度或壓縮強度，該方法藉由自電路板元件選取各種組件，不需施加過度力量在電路板元件上且不致失去接觸，足以允許散熱體膨脹及收縮。亦可如所需，調整彈簧之壓縮度或施力。

散熱體及固定螺絲亦可附接至各種其它裝 置，而非電路板，用以排散來自，例如，馬達之各種其它裝置的熱量。在另一個實例中，可將散熱體及固定螺絲附接至螺帽或穿孔螺帽，該螺帽或穿孔螺帽係連接至抗熱裝置或藉由摩擦生熱之裝置，其中散熱需要經由散熱體。散熱體可為各種材質，例如為鋁或其它金屬。

在某些實例中，可將螺絲及彈簧固定在物件 中，而非散熱體。在其它實例中，可利用螺絲及彈簧，以可預測且一致之夾力將第一物件附接至第二物件，其中第一物件非為散熱體及/或第二物件非為電路板。在其它實例中，於將第一物件附接至第二物件之前，可不將螺絲及彈簧固定在第一物件或散熱體中。

利用動態安裝系統可附接其它物件，例如， 可將金屬屏蔽安裝至電路板，藉以動態安裝系統可提供意想範圍之夾力，使屏蔽保持牢固地附接至電路板。屏蔽可提供，例如，電磁屏護。在另一個實施中，動態安裝系統可維持意想範圍之夾力，於衝擊、與震動及/或熱 循環幅度中將大組件(例如，電感器、變壓器、電容器)牢固至電路板。

已經說明一些實施。然而，將了解的是可作 各種的修飾。例如，若以相異次序實施所揭露技術之步驟，或者若以相異方式結合所揭露系統之組件，或者若以其它組件增補彼等組件，可達成有利之結果。因此，預忖有其它之實施。

因此，前述僅視為本發明原理之例示。而且， 因對於彼等精於技術者，將隨即存在許多的修飾及變更，故無意使本發明受限於所示及說明之確切結構及操作，且因此，可將所有適當之修飾及等效裝置訴諸於落在本發明之範圍內。

11‧‧‧散熱體

13‧‧‧螺絲

17‧‧‧肩部

19‧‧‧軸環

21‧‧‧柄部

23‧‧‧螺紋部分

25‧‧‧彈簧

27‧‧‧電路板

29‧‧‧電路元件

31‧‧‧穿孔螺帽

33‧‧‧上開口

35‧‧‧下開口

37‧‧‧內螺紋

Claims (12)

1. 一種動態安裝系統，用於將一個物件附接至另一者，包括：第一物件及第二物件；可旋轉之螺絲，其具有位在頂端之頭部，及柄部，該柄部具自該頭部向下延伸之無螺紋部分及位在底端，直徑大於該無螺紋部分之螺紋部分；內螺紋螺帽，其牢固在該第二物件；偏置壓縮構件，其作用在該螺絲與該第一物件之間；以及該螺絲可藉由與其螺紋接合之旋轉推進為該螺帽所收納且可推進至預定之最大深度，其中該螺絲之螺紋延伸超出該螺帽之螺紋且自該螺帽之螺紋卸離。
2. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，其中選取該等構件使得將預定之夾箝負載施加在位於該第一與第二物件之間的組件。
3. 如申請專利範圍第2項之動態安裝系統，其中該第一物件為散熱體。
4. 如申請專利範圍第2項之動態安裝系統，其中該第二物件為電路板。
5. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，其中該壓縮偏置構件為線圈彈簧，其圍繞該螺絲之柄部且作用在該螺絲之頭部上。
6. 如申請專利範圍第5項之動態安裝系統，其中該彈簧之一端直接承受在該散熱體上。
7. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，其中該螺絲包含一肩部，鄰近該頭部且緊接位在該肩部下方之軸環。
8. 如申請專利範圍第7項之動態安裝系統，其中在將該螺絲強力施加至該散熱體期間，藉由該軸環經由該散熱體之變形，將該螺絲於軸向直接固定至該散熱體。
9. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，其中該螺帽為穿孔螺帽。
10. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，其中該螺帽之底部包含直徑大於螺紋之擴孔。
11. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，該螺帽為盲孔螺帽。
12. 如申請專利範圍第1項之動態安裝系統，其中該螺帽穿越該第一及第二物件中之對準孔。