TWI522032B - 散熱模組 - Google Patents

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TWI522032B TW102108130A TW102108130A TWI522032B TW I522032 B TWI522032 B TW I522032B TW 102108130 A TW102108130 A TW 102108130A TW 102108130 A TW102108130 A TW 102108130A TW I522032 B TWI522032 B TW I522032B
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陳鴻川
許正緯
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    • H05K3/0058Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates

Description

散熱模組
本發明係關於一種散熱模組,特別關於一種具有可節省組裝空間並提升散熱效果之散熱模組。
隨著電子產業的發展,使得對電子元件之運作速度及效果的要求日益提升,然其衍生的散熱問題亦愈形嚴重,進而影響到運行時之性能及穩定性,輕則造成電子裝置效能變差,重則導致電子裝置的燒毀。為使電子裝置能夠正常運作,一般會於發熱電子元件上加裝散熱器,藉由散熱器將熱能導出。
而近年來由於技術的進步,電子裝置的體積逐漸縮小以便於攜帶,其所包含之微電子元件由於面積不斷地縮小,單位面積所累積的熱量亦相對增加,因此需要散熱效率較佳之散熱裝置;另一方面,由於微電子元件之體積較小,無法設置大型且強度較高之散熱裝置,另外,散熱裝置亦會佔據電子裝置的空間。
目前應用於電子裝置之散熱器,主要係於主機板或電路板上之功率元件加裝散熱片做為散熱裝置,以進行散熱動作。然而將散熱裝置分別設置於具有複雜功率元件的主機板或是具有複雜線路的電路板,在製程上不僅耗時,且其散熱效果有限,尤其在元件數目較多或較為複雜之裝置中,若須同時考量設置空間以及散熱效 果,在散熱裝置的設計及整體設置上會較為複雜,勢必會增加整體製程上的時間與成本。另一方面,習知之發熱元件與散熱裝置的連結方式多以螺鎖為主,然此連結方式會增加製程及作業時間,且其包含的元件的數量多,會有不易自動化之問題存在。
因此,如何提供一種可透過簡易設計及設置方式,即可達到節省工時及組裝成本,並有效提升散熱速度之散熱模組,以增加散熱效率,已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題,本發明之目的為提供一種可透過簡易設計及設置方式,即可達到節省工時及組裝成本,並有效提升散熱速度之散熱模組,以增加散熱效率。
為達上述目的,依據本發明之一種散熱模組包括至少一基板及一散熱層。基板具有一第一表面及一第二表面。散熱層設置於第二表面。其中,至少一發熱元件電性連接於第一表面,且散熱模組係直立式地設置於一主板上。
在一實施例中,散熱模組更包括至少一導線。導線設置於第一表面或第二表面。
在一實施例中,基板具有至少一接腳,基板透過接腳插設於主板上。
在一實施例中,導線電性連接發熱元件與接腳。
在一實施例中,基板係為一鋁基板。
在一實施例中,基板更具有至少一銅箔層。
在一實施例中,散熱層具有至少一腳部,散熱層透過接腳插設於主板上。
在一實施例中,散熱層係為一金屬材。
在一實施例中,金屬材包括銅、鋁、鎳、金、銀或其合金。
在一實施例中,基板與散熱層之連結方式包括卡固、螺鎖或鉚釘鉚接,還包含表面黏著技術(Surface Mount Technology,SMT)。
在一實施例中,發熱元件係一表面黏著電子元件。
在一實施例中,散熱層具有複數鰭片。
在一實施例中,散熱模組更包括一導熱絕緣層。導熱絕緣層設置於基板與散熱層之間。
在一實施例中,導熱絕緣層包括二氧化鋁、氧化鈹、碳化矽、氮化矽或氮化硼。
承上所述,本發明所提供之一種散熱模組,係將電子元件,如:主機板上之發熱晶體或其周圍之控制單元設置於鋁製電路板上,以將原本設置於主機板上之元件移到鋁製電路板上,可增加主機板上布局空間。更重要的是,透過將散熱金屬層連結於電路板,整體散熱裝置的設置無須占用到主機板過多的空間,空間利用率可大幅提升,另外,本發明並透過於散熱金屬層上設置接腳,使其可直接卡固於主機板上,具有穩固散熱裝置之功效。更重要地,透過主機板與散熱金屬層的連結,可提升熱能逸散之面積,以提供更佳之散熱效果。
另外,本發明更可搭配一絕緣導熱材料的設置,增加電路板上元件與線路之設置空間,亦即,透過本發明之散熱模組可適用於單面佈線或雙面佈線之電路板,進而增加其應用範圍,並提升散熱效率。且相較於習知技術,本發明之散熱模組設計可使運用其之電子裝置中提供更多之元件設置空間,並且透過本發明之佈置方式,可有效提升電子裝置散熱的速度。
1、2、3、4‧‧‧散熱模組
11、21、31、41‧‧‧基板
111、311、321‧‧‧第一表面
112、212、312、422‧‧‧第二表面
113‧‧‧接腳
114、314‧‧‧導線
12、22、32、42‧‧‧散熱層
123‧‧‧腳部
23‧‧‧導熱絕緣層
E‧‧‧發熱元件
F‧‧‧散熱鰭片
T‧‧‧鉚釘
圖1A為本發明較佳實施例之一種散熱模組的分解示意圖。
圖1B為圖1A之一種散熱模組的組合示意圖。
圖2為本發明較佳實施例的另一種散熱模組具有不同態樣的分解示意圖。
圖3為本發明較佳實施例的又一種散熱模組具有不同態樣的分解示意圖。
圖4為本發明較佳實施例的又一種散熱模組具有不同態樣之散熱層的分解示意圖。
以下將參照相關圖式,說明依本發明較佳實施例之一種散熱模組,其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1A為本發明較佳實施例之一種散熱模組的分解示意圖,圖1B為圖1A之一種散熱模組的組合示意圖。請同時參考圖1A及圖1B所示,散熱模組1包括至少一基板11及一散熱層12,其中,散熱模組1係直立式的設置於一主板(圖未示)上。詳細而言,散熱模組1係透過引腳插入(pin through hole,PTH)或表面黏著技術(surface mount technology,SMT)設置於主板上,此處所稱之 「主板」可為一主機板,本發明於此不限。惟上述之連結方式係為本發明所技術領域中具有通常知識者所能理解者,於此不再贅述。以下將先針對散熱模組1之各結構特徵逐一說明之。
基板11係為一鋁基板,且至少一發熱元件E電性連接於基板11,然本實施例係以共四發熱元件E表示,但此非限制性者。其中,基板11具有一第一表面111及一第二表面112,發熱元件E係透過表面黏著技術而設置於基板11的第一表面111。其中,發熱元件E可為主動元件發熱晶體或其周圍控制元件,然此非限制性者,惟此處所指之發熱元件E係為電子裝置中會散逸出熱能之元件,透過表面黏著技術將發熱元件E設置於基板11具有減少元件數目及節省製程,並利於自動化之優勢。
於本實施例中,基板11係為一印刷電路板(Printed Circuit Board),其上佈有銅箔層以供蝕刻而形成導線114之線路圖案使用,然此非限制性者,於實際應用中,本發明之基板亦可為模組板(module board)或封裝基板(package substrate),本發明於此不限。詳細而言,於基板11上之第一表面111及第二表面112塗佈銅箔層後,可進一步進行蝕刻形成線路圖案,供設置於基板11上發熱元件E透過導線電性連接,然於本實施例中,僅於基板11之第一表面111設置有發熱元件E,因此銅箔層之佈線圖案係至少以第一表面111為主,亦即,導線114僅設置於基板11之第一表面111,於其他實施例中,發熱元件之佈設位置及基板上佈線之位置可為雙面皆有,本發明於此不限。
散熱層12係為一金屬材,詳細而言,散熱層12之材料係為一鋁金屬,然此材質非限制性者,其他金屬材料,特別係指具有高導熱 性之金屬材,如銅、鋁、鎳、金、銀或其合金亦可使用。
於本實施例中,散熱層12係為一大致上呈長方形板狀之鋁金屬板,其係設置於基板11之第二表面112,亦即散熱層12與上述之發熱元件E係相對設置於基板11之二表面。其中,散熱層12係透過鉚釘T與基板11連接,然此連接方式並非限制性者,其他如卡固或螺鎖之方式亦可使用,本發明於此不限。
基板11具有一接腳113,接腳113係用以將基板11固定於主板上。詳細而言,於基板11先製作多個接腳113,並在對應的主板上製作多個定位貫孔,即可對應地貫穿並固定。當然,後續可進一步以錫膏(solder paste)接合基板11與主板。於本實施例中,基板11之接腳113透過導線114電性連接發熱元件E,另外,接腳113係佈設有線路,其透過與主板之接合,使基板11及其上之發熱元件E與主板達到電性連接。而散熱層12同樣具有一用於將散熱層12固設於主板之腳部123,同樣地,在對應用於設置散熱層12的主板位置上具有多個定位貫孔,用以接受散熱層12之腳部123。透過基板11及散熱層12之間的結合,並以其各自之接腳113及腳部123與主板結合,具有加強散熱模組1於主板上之穩定性。
散熱層12係為一尺寸及形狀略為接近基板11之鋁金屬板。於本實施例中,由於基板11之接腳113同時兼具有固定及導線連接之功能,因此在基板11尺寸於接腳113處會略為大於散熱層12,而基板11之整體體積亦會略為大於散熱層12,然本發明在此不限。
另一方面,透過於散熱層12及基板11上分別設置腳部123及接腳113,可使散熱層12及基板11分別具有獨立固定於主板上之功能 ,因此具有可因應不同電子裝置中所需之放熱元件配置,而選擇不同尺寸形狀之基板以及散熱版進行搭配,亦即,本發明之散熱模組具有可調整式之元件,有利於節省組裝成本及製程。
詳細而言,透過上述之元件設置,基板11可同時兼具乘載發熱元件E以及將發熱元件E之熱能導出之功能。接著,透過散熱層12與基板11連結,基板11可進一步將熱能傳遞至散熱層12,特別須說明地是,於本實施例中,由於基板11與散熱層12為二尺寸形狀略為相近之結構,其大略係為長方形板狀之構造,因此,相較於設置於電路板上的微小發熱元件E,基板11及發熱層12具有較大之面積,並具有可將發熱元件E散逸之熱能均勻分散的功效。
圖2為本發明較佳實施例的另一種散熱模組具有不同態樣的分解示意圖,請參考圖2所示,於本實施例中,散熱模組2具有前述實施例之結構與特徵,惟更包括一導熱絕緣層23。導熱絕緣層23設置於基板21與散熱層22之間。其中,導熱絕緣層23之材料係為二氧化鋁,藉由上述增加導熱絕緣層23的實施方式,基板21與導熱絕緣層23接觸之第二表面212亦可設置發熱元件E或佈線,進而增加整體於散熱模組2上設置之發熱元件E數目,兼且,由於選用之導熱絕緣層23除了具有絕緣之作用,另外其具有高導熱性,因此,亦有助於提昇對發熱元件E之散熱效能。然導熱絕緣層23之材料並非限制性者,導熱絕緣層23之材料亦可為其他高熱傳導材料,例如但不限於氧化鈹、碳化矽、氮化矽或氮化硼所製成的導熱絕緣材料亦可使用,本發明於此不限。
另外,特別須注意的是,當散熱模組2之基板雙面皆設置有發熱元件E時,導熱絕緣層23之尺寸係必須與基板21相同以達到完整 之導熱及絕緣效果。
圖3為本發明較佳實施例的又一種散熱模組具有不同態樣的分解示意圖,請參考圖3所示,於本實施例中,散熱模組3具有前述實施例的散熱模組1之結構與特徵,惟至少其散熱層32之第一表面321更進行一絕緣處理,於本實施例中,散熱層32之第一表面321係以陶瓷材料包覆,具有高散熱性以及絕緣性質,因此如前述實施例之散熱模組2,基板31之第一表面311及第二表面312皆可設置發熱元件E或是佈設導線314,於製程上具有簡化元件,並提升散熱效果之功效,更佳的,具有減少散熱模組所佔之體積,具有可輕薄運用之優勢,尤其陶瓷材料具有與半導體接近的熱膨脹係數與高耐熱能力,於實際應用上能夠有效地解決熱歪斜及高溫製程問題。特別須說明地是,於本實施例中,絕緣處理之方式及材料並非限制性者,其他具有可塗佈於散熱層並且使其達到絕緣及散熱之功效的方式亦可使用,本發明於此不限。
圖4為本發明較佳實施例的又一種散熱模組具有不同態樣之散熱層的分解示意圖,請參考圖4所示,於本實施例中,散熱模組4具有前述實施例的散熱模組1大致相同的結構與特徵,惟在本實施例中,散熱層42更具有複數散熱鰭片F之結構,其具有更佳之散熱效果。散熱鰭片F係相對基板41設置於散熱層42之第二表面422,其中,散熱鰭片F係為水平間隔分佈設置於散熱層42,然散熱鰭片F的數目、尺寸及排列非限制性者,散熱鰭片F亦可為斜向間隔分佈或垂直間隔分佈等方式形成,端視配合的電子裝置的構造、其他散熱元件的佈設方式及整體散熱需求而設計。
於本實施例中,散熱鰭片F係透過與散熱層42一體成形的方式形 成,然於其他實施例中,散熱鰭片F亦可透過嵌合、卡合、卡固及黏著等方式設置於散熱層42,本發明於此不限制。
特別須說明地是,本發明之散熱模組可更包括其他散熱元件,如風扇的設置,以增強其整體散熱效果,然在實際運用上,端視配合的電子裝置構造、其他散熱元件的佈設方式及整體散熱需求而設計。
綜上所述,本發明所提供之一種散熱模組,係將電子元件,如:主機板上之發熱晶體或其周圍之控制單元設置於鋁製電路板上,以將原本設置於主機板上之元件移到鋁製電路板上,可增加主機板上布局空間。更重要的是,透過將散熱連結於電路板,整體散熱裝置的設置無須占用到主機板過多的空間,空間利用率可大幅提升,另外,本發明並透過於散熱金屬層上設置接腳,使其可直接卡固於主機板上,具有穩固散熱裝置之功效。更重要地,透過主機板與散熱金屬的連結,可提升熱能逸散之面積,以提供更佳之散熱效果。
另外,本發明更可搭配一絕緣導熱材料的設置,增加電路板上元件與線路之設置空間,亦即,透過本發明之散熱模組可適用於單面佈線或雙面佈線之電路板,進而增加其應用範圍,並提升散熱效率。且相較於習知技術,本發明之散熱模組設計可使運用其之電子裝置中提供更多之元件設置空間,並且透過本發明之佈置方式,可有效提升電子裝置散熱的速度。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇,而對其進行之等效修改或變更,均應包含於後附之申 請專利範圍中。
1‧‧‧散熱模組
11‧‧‧基板
12‧‧‧散熱層
114‧‧‧導線
E‧‧‧發熱元件
T‧‧‧鉚釘

Claims (13)

  1. 一種散熱模組,包括:至少一基板,具有一第一表面及一第二表面;一散熱層,設置於該第二表面;及一導熱絕緣層,設置於該基板與該散熱層之間,其中,至少一發熱元件電性連接於該第一表面,且該散熱模組係直立式地設置於一主板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,更包括:至少一導線,設置於該第一表面或該第二表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之散熱模組,其中該基板具有至少一接腳,該基板透過該接腳插設於該主板上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之散熱模組,其中該導線電性連接該發熱元件與該接腳。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該基板係為一鋁基板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該基板更具有至少一銅箔層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該散熱層具有至少一腳部,該散熱層透過該腳部插設於該主板上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該散熱層係為一金屬材。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之散熱模組,其中該金屬材包括銅、 鋁、鎳、金、銀或其合金。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該基板與該散熱層之連結方式包括卡固、螺鎖或鉚釘鉚接或表面黏著技術。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該發熱元件係一表面黏著電子元件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該散熱層具有複數鰭片。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組,其中該導熱絕緣層包括二氧化鋁、氧化鈹、碳化矽、氮化矽或氮化硼。
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