TWI787877B - 散熱結構 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種散熱結構，其包含散熱器、第一散熱介質、第二散熱介質、電路板以及電路元件。第一散熱介質連接散熱器且具有流動性。第二散熱介質連接第一散熱介質且不具流動性。電路板連接第二散熱介質且具有開孔、電路板上表面及電路板下表面。電路元件包含凸部與基部，凸部具有凸部上表面且設置於開孔。基部連接凸部與電路板下表面。散熱器、第一散熱介質、第二散熱介質、電路板及電路元件依序連接，且第二散熱介質連接電路板上表面與凸部上表面。藉此，利用多重散熱介質之搭配，可吸收機構堆疊的組裝公差、阻擋溢散及降低應力影響。

Description

散熱結構
本發明是關於一種散熱結構，特別是關於一種具有多重散熱介質之散熱結構。
電路元件發展越來越進步，同時其散熱方案也需要與之並進。現有散熱結構多是利用一種散熱介質(Thermal Interface Material；TIM)，透過其具有的傳導熱之能力以及可壓縮變形的特性，填充於需散熱的電路元件(或接近的位置)與散熱器之間。
習知之散熱介質大致分為兩種，第一種散熱介質具流動性，其可能會因為壓縮而溢流至電路元件的另一面，導致影響電路效能；第二種散熱介質則具有一定形體與硬度，其可能因壓縮而產生應力，此應力容易造成電路元件的破壞或錫球破裂(Ball Grid Array Crack；BGA Crack)。由此可知，目前市場上缺乏一種不影響電路效能且能避免應力所產生的問題之散熱結構，故相關業者均在尋求其解決之道。
因此，本發明之目的在於提供一種散熱結構，其利用兩種不同散熱介質的搭配，可以吸收機構設置堆疊後所產生的組裝公差、阻擋溢散以及降低應力之影響。由於兩種不同散熱介質的搭配具有互惠互補的功效，故可解決習知技術之組裝公差、溢散影響電路效能及應力破壞的問題。
依據本發明的結構態樣之一實施方式提供一種散熱結構，其包含散熱器、第一散熱介質、第二散熱介質、電路板以及電路元件。其中第一散熱介質連接散熱器，且具有流動性。第二散熱介質連接第一散熱介質，且不具流動性。電路板連接第二散熱介質，且具有開孔、電路板上表面及電路板下表面。電路元件包含凸部與基部，凸部具有凸部上表面且設置於開孔。基部則連接凸部與電路板下表面。散熱器、第一散熱介質、第二散熱介質、電路板及電路元件依序連接，且第二散熱介質連接電路板上表面與凸部上表面。
藉此，本發明之散熱結構利用兩種不同散熱介質的搭配，其中第一散熱介質的流動性可以減緩第二散熱介質因壓縮所產生的應力，且可吸收機構設置堆疊後所產生的組裝公差，進而避免電路元件因為應力而造成元件破壞或BGA Crack。此外，第二散熱介質具有一定形狀及硬度，可以阻擋第一散熱介質因壓縮所產生的溢散。兩種不同散熱介質的搭配具有互惠互補的功效，可解決習知技術之組裝公差、溢散影響電路效能及應力破壞的問題。
依據本發明的結構態樣之另一實施方式提供一種散熱結構，其包含散熱器、第一散熱介質、第二散熱介質、電路板以及複數電路元件。其中第一散熱介質連接散熱器，且具有流動性。第二散熱介質連接第一散熱介質，且不具流動性。電路板連接第二散熱介質，且具有複數開孔、電路板上表面及電路板下表面。各電路元件包含凸部及基部，其中凸部具有凸部上表面且設置於其中一開孔，基部連接凸部與電路板下表面。散熱器、第一散熱介質、第二散熱介質、電路板及此些電路元件依序連接，且第二散熱介質連接電路板上表面與各電路元件之凸部之凸部上表面。
藉此，本發明之散熱結構利用兩種不同散熱介質的搭配，其中第一散熱介質的流動性可以減緩第二散熱介質因壓縮所產生的應力，且可吸收機構設置堆疊後所產生的組裝公差，進而避免各電路元件因為應力而造成元件破壞或BGA Crack。此外，第二散熱介質具有一定形狀及硬度，可以阻擋第一散熱介質因壓縮所產生的溢散。兩種不同散熱介質的搭配具有互惠互補的功效，可解決習知技術之組裝公差、溢散影響電路效能及應力破壞的問題。
以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。
此外，本文中當某一元件(或單元或模組等)「連接」於另一元件，可指所述元件是直接連接於另一元件，亦可指某一元件是間接連接於另一元件，意即，有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而當有明示某一元件是「直接連接」於另一元件時，才表示沒有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而第一、第二、第三等用語只是用來描述不同元件，而對元件本身並無限制，因此，第一元件亦可改稱為第二元件。且本文中之元件/單元/電路之組合非此領域中之一般周知、常規或習知之組合，不能以元件/單元/電路本身是否為習知，來判定其組合關係是否容易被技術領域中之通常知識者輕易完成。
請一併參閱第1圖、第2圖及第3圖，其中第1圖係繪示本發明第一實施例之散熱結構100的立體示意圖；第2圖係繪示第1圖之散熱結構100於第一視角的立體分解示意圖；以及第3圖係繪示第1圖之散熱結構100於第二視角的立體分解示意圖。散熱結構100包含一散熱器200、一第一散熱介質300、一第二散熱介質400、一電路板500以及一電路元件600。
散熱器200由金屬製成，其可為散熱鰭片。散熱器200包含一散熱下表面210，散熱下表面210連接第一散熱介質300。
第一散熱介質300連接散熱器200，且具有流動性。詳細地說，第一散熱介質300具有一流動率(Flow Rate)，且可為導熱膠(Thermal jelly)。流動率係在特定的測試環境下，例如：在75毫升(cc)容量的錐形容器，孔徑為0.125英吋，且在90磅每平方英寸(psi)壓力下進行擠壓，測量每分鐘擠壓出的公克數。在一實施例中，流動率為50g/min~110g/min，而散熱能力為2.3W/mk~6.4W/mk，可吸收因機構設置堆疊後所產生的組裝公差，且壓縮後不會釋放出應力。此外，第一散熱介質300在壓縮變形前呈條狀；在壓縮變形後，第一散熱介質300會呈片狀。
第二散熱介質400連接第一散熱介質300，且不具流動性。詳細地說，第二散熱介質400具有一硬度(hardness)，且可為散熱墊片(Thermal pad)。在一實施例中，第二散熱介質400的硬度為30 Shore 00，散熱能力為1W/mk~10W/mk，厚度為0.5mm~3mm。第二散熱介質400之尺寸可依使用需求而裁切，且具有一定形體，但可允許因壓縮所產生的變形，其壓縮後變形會產生應力，此應力會持續作用。
電路板500連接第二散熱介質400，且具有一開孔510、一電路板上表面520及一電路板下表面530。電路板500可為印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)。
電路元件600包含凸部610與基部620，其中凸部610具有一凸部上表面612且設置於開孔510。基部620連接凸部610與電路板下表面530。詳細地說，電路元件600可為一天線模組，天線模組包含至少一天線630。基部620具有頂面622與底面624，頂面622與底面624位於基部620相對兩側，頂面622朝向電路板500，且至少一天線630設置於底面624。天線630的數量與形式可依據需求決定。
前述散熱器200、第一散熱介質300、第二散熱介質400、電路板500及電路元件600依序連接，且第二散熱介質400連接電路板上表面520與凸部上表面612。第二散熱介質400之一介質面積大於開孔510之一孔洞面積。第二散熱介質400覆蓋開孔510與電路板上表面520之一部分，藉以封閉開孔510。
請一併參閱第1圖至第6圖，其中第4圖係繪示第1圖之散熱結構100在第一散熱介質300壓縮變形前之沿剖線4-4的局部剖視示意圖；第5圖係繪示第1圖之散熱結構100在第一散熱介質300壓縮變形後之第一範例之沿剖線4-4的局部剖視示意圖；以及第6圖係繪示第1圖之散熱結構100在第一散熱介質300壓縮變形後之第二範例之沿剖線4-4的局部剖視示意圖。如圖所示，第4圖之第一散熱介質300在壓縮變形前呈條狀，第5圖之第一散熱介質300僅連接於散熱器200與第二散熱介質400之間。第6圖之第一散熱介質300僅連接於散熱器200、第二散熱介質400及電路板500之間；換言之，部分之第一散熱介質300會溢出第二散熱介質400而流至未被第二散熱介質400覆蓋之電路板上表面520。再者，散熱器200、第一散熱介質300、第二散熱介質400、電路板500及電路元件600依序連接在對應於開孔510以外的區域位置R1。散熱器200、第一散熱介質300、第二散熱介質400及電路元件600依序連接在對應於開孔510的區域位置R2。此外，凸部上表面612位於開孔510內，且凸部上表面612之一凸面面積小於開孔510之一孔洞面積。開孔510之一周緣512與凸部610之一側緣614相隔一間隙G。
藉此，本發明之散熱結構100利用兩種不同散熱介質的搭配，其中第一散熱介質300的流動性可以減緩第二散熱介質400因壓縮所產生的應力，且可吸收機構設置堆疊後所產生的組裝公差，進而避免電路元件600因為應力而造成元件破壞或BGA Crack。此外，第二散熱介質400具有一定形狀及硬度，可以阻擋第一散熱介質300因壓縮所產生的溢散。兩種不同散熱介質的搭配具有互惠互補的功效，可解決習知技術之組裝公差、溢散影響電路效能及應力破壞的問題。
請一併參閱第7圖、第8圖及第9圖，其中第7圖係繪示本發明第二實施例之散熱結構100a的立體示意圖；第8圖係繪示第7圖之散熱結構100a於第一視角的立體分解示意圖；以及第9圖係繪示第7圖之散熱結構100a於第二視角的立體分解示意圖。散熱結構100a包含一散熱器200a、二第一散熱介質300a、一第二散熱介質400a、一電路板500a以及複數電路元件600。
散熱器200a由金屬製成，其可為熱導管。散熱器200a包含一散熱下表面210a，散熱下表面210a連接第一散熱介質300a。
二第一散熱介質300a連接散熱器200a，且具有流動性。各第一散熱介質300a之材質與第2圖之第一散熱介質300之材質相同，不再贅述。二第一散熱介質300a在壓縮變形前均呈條狀；在壓縮變形後，二個第一散熱介質300a會壓合且呈片狀之第一散熱介質300a。
第二散熱介質400a連接第一散熱介質300a，且不具流動性。第二散熱介質400a之材質與第2圖之第二散熱介質400之材質相同，不再贅述。
電路板500a連接第二散熱介質400，且具有複數開孔510a、一電路板上表面520a及一電路板下表面530a。電路板500a可為印刷電路板。開孔510a的數量為2。
複數電路元件600設置於電路板500a且數量為4。各電路元件600之結構與第2圖之電路元件600之結構相同，不再贅述。另外值得一提的是，四個電路元件600之其中二個電路元件600的凸部610設置於其中一開孔510a，另二個電路元件600的凸部610則設置於另一開孔510a。
散熱器200a、第一散熱介質300a、第二散熱介質400a、電路板500a及此些電路元件600依序連接，且第二散熱介質400a連接電路板上表面520a與各電路元件600之凸部610之凸部上表面612。第二散熱介質400a之一介質面積大於各開孔510a之一孔洞面積。在一實施例中，第二散熱介質400a之介質面積可大於所有開孔510a的總面積。第二散熱介質400a覆蓋各開孔510a與電路板上表面520a之一部分，藉以封閉各開孔510a。
請一併參閱第7圖至第12圖，其中第10圖係繪示第7圖之散熱結構100a在第一散熱介質300a壓縮變形前之沿剖線10-10的局部剖視示意圖；第11圖係繪示第7圖之散熱結構100a在第一散熱介質300a壓縮變形後之第一範例之沿剖線10-10的局部剖視示意圖；以及第12圖係繪示第7圖之散熱結構100a在第一散熱介質300a壓縮變形後之第二範例之沿剖線10-10的局部剖視示意圖。如圖所示，第10圖之二第一散熱介質300a在壓縮變形前均呈條狀，第11圖之第一散熱介質300a僅連接於散熱器200a與第二散熱介質400a之間。第12圖之第一散熱介質300a僅連接於散熱器200a、第二散熱介質400a及電路板500a之間；換言之，部分之第一散熱介質300a會溢出第二散熱介質400a而流至未被第二散熱介質400a覆蓋之電路板上表面520a。再者，散熱器200a、第一散熱介質300a、第二散熱介質400a、電路板500a及此些電路元件600依序連接在對應於開孔510a以外的區域位置R1。散熱器200a、第一散熱介質300a、第二散熱介質400a及此些電路元件600依序連接在對應於開孔510a的區域位置R2。此外，各電路元件600之凸部610之凸部上表面612位於其中一開孔510a內，且凸部上表面612之一凸面面積小於對應之其中一開孔510a之一孔洞面積。其中一開孔510a之一周緣512a與對應之凸部610之一側緣614相隔一間隙G。
藉此，本發明之散熱結構100a利用兩種不同散熱介質的搭配，其中第一散熱介質300a的流動性可以減緩第二散熱介質400a因壓縮所產生的應力，且可吸收機構設置堆疊後所產生的組裝公差，進而避免各電路元件600因為應力而造成元件破壞或BGA Crack。此外，第二散熱介質400a具有一定形狀及硬度，可以阻擋第一散熱介質300a因壓縮所產生的溢散。兩種不同散熱介質的搭配具有互惠互補的功效，可解決習知技術之組裝公差、溢散影響電路效能及應力破壞的問題。
由上述實施方式可知，本發明具有下列優點：其一，利用兩種不同散熱介質的搭配，可以吸收機構設置堆疊後所產生的組裝公差、阻擋溢散以及降低應力之影響。其二，具流動性之第一散熱介質鄰近散熱器且與電路元件隔離，而不具流動性之第二散熱介質鄰近電路元件且與散熱器隔離，透過此搭配可產生互惠互補的功效，並可解決習知技術之組裝公差、溢散影響電路效能及應力破壞的問題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,100a:散熱結構 200,200a:散熱器 210,210a:散熱下表面 300,300a:第一散熱介質 400,400a:第二散熱介質 500,500a:電路板 510,510a:開孔 512,512a:周緣 520,520a:電路板上表面 530,530a:電路板下表面 600:電路元件 610:凸部 612:凸部上表面 614:側緣 620:基部 622:頂面 624:底面 630:天線 G:間隙 R1,R2:區域位置
第1圖係繪示本發明第一實施例之散熱結構的立體示意圖； 第2圖係繪示第1圖之散熱結構於第一視角的立體分解示意圖； 第3圖係繪示第1圖之散熱結構於第二視角的立體分解示意圖； 第4圖係繪示第1圖之散熱結構在第一散熱介質壓縮變形前之沿剖線4-4的局部剖視示意圖； 第5圖係繪示第1圖之散熱結構在第一散熱介質壓縮變形後之第一範例之沿剖線4-4的局部剖視示意圖； 第6圖係繪示第1圖之散熱結構在第一散熱介質壓縮變形後之第二範例之沿剖線4-4的局部剖視示意圖； 第7圖係繪示本發明第二實施例之散熱結構的立體示意圖； 第8圖係繪示第7圖之散熱結構於第一視角的立體分解示意圖； 第9圖係繪示第7圖之散熱結構於第二視角的立體分解示意圖； 第10圖係繪示第7圖之散熱結構在第一散熱介質壓縮變形前之沿剖線10-10的局部剖視示意圖； 第11圖係繪示第7圖之散熱結構在第一散熱介質壓縮變形後之第一範例之沿剖線10-10的局部剖視示意圖；以及 第12圖係繪示第7圖之散熱結構在第一散熱介質壓縮變形後之第二範例之沿剖線10-10的局部剖視示意圖。
100a:散熱結構
200a:散熱器
300a:第一散熱介質
400a:第二散熱介質
500a:電路板
510a:開孔
512a:周緣
520a:電路板上表面
600:電路元件
610:凸部
612:凸部上表面
614:側緣
620:基部

Claims (7)

  1. 一種散熱結構，包含：一散熱器；一第一散熱介質，連接該散熱器，且具有流動性；一第二散熱介質，連接該第一散熱介質，且不具流動性；一電路板，連接該第二散熱介質，且具有一開孔、一電路板上表面及一電路板下表面；以及一電路元件，包含：一凸部，具有一凸部上表面且設置於該開孔；及一基部，連接該凸部與該電路板下表面；其中，該散熱器、該第一散熱介質、該第二散熱介質、該電路板及該電路元件依序連接，且該第二散熱介質連接該電路板上表面與該凸部上表面；其中，該電路元件為一天線模組，該天線模組包含至少一天線，該基部具有一頂面與一底面，該頂面與該底面位於該基部相對兩側，該頂面朝向該電路板，且該至少一天線設置於該底面；其中，該第二散熱介質之一介質面積大於該開孔之一孔洞面積，該第二散熱介質覆蓋該開孔與該電路板上表面之一部分，藉以封閉該開孔。
  2. 如請求項1所述之散熱結構，其中該第一散熱介質具有一流動率，且僅連接於該散熱器與該第二散熱介質之間，該第二散熱介質因壓縮而變形。
  3. 如請求項1所述之散熱結構，其中該凸部上表面位於該開孔內，且該凸部上表面之一凸面面積小於該開孔之一孔洞面積。
  4. 如請求項3所述之散熱結構，其中該開孔之一周緣與該凸部之一側緣相隔一間隙。
  5. 如請求項1所述之散熱結構，其中該散熱器、該第一散熱介質、該第二散熱介質及該電路元件依序連接在對應於該開孔的一區域位置。
  6. 一種散熱結構，包含：一散熱器；一第一散熱介質，連接該散熱器，且具有流動性；一第二散熱介質，連接該第一散熱介質，且不具流動性；一電路板，連接該第二散熱介質，且具有複數開孔、一電路板上表面及一電路板下表面；以及複數電路元件，各該電路元件包含：一凸部，該凸部具有一凸部上表面且設置於其中一該開孔；及一基部，連接該凸部與該電路板下表面；其中，該散熱器、該第一散熱介質、該第二散熱介質、該電路板及該些電路元件依序連接，且該第二散熱介質連接該電路板上表面與各該電路元件之該凸部之該凸部上表 面；其中，各該電路元件為一天線模組，該天線模組包含至少一天線，該基部具有一頂面與一底面，該頂面與該底面位於該基部相對兩側，該頂面朝向該電路板，且該至少一天線設置於該底面；其中，該第二散熱介質之一介質面積大於各該開孔之一孔洞面積，該第二散熱介質覆蓋各該開孔與該電路板上表面之一部分，藉以封閉各該開孔。
  7. 如請求項6所述之散熱結構，其中該第一散熱介質具有一流動率，且僅連接於該散熱器與該第二散熱介質之間，該第二散熱介質因壓縮而變形。
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