浮动式散热装置以及安装有该浮动式散热装置的电子组件

摘要

本发明公开了一种浮动式散热装置，用于位于印刷电路板上的芯片散热，包括散热器、浮动器、和均温板，其中：所述浮动器安装在所述散热器上，所述均温板为空间悬臂式结构，所述均温板的首端贴紧在所述浮动器上并且所述均温板的尾端贴紧所述散热器，当所述均温板的首端受外界压力时，所述浮动器向水平方向和轴向方向移动，从而使所述均温板的首端在水平方向上发生位移；当所述均温板的首端所受的外界压力消失时，所述浮动器恢复到初始位置。本发明的浮动式散热装置能够减小芯片到盒体的热传递路径上的热阻，提高散热效率，可以有效的减小盒体的尺寸和重量。

权利要求

1.一种浮动式散热装置，用于位于印刷电路板上的芯片散热，包括散热器、浮动器、和均温板，其中：所述浮动器安装在所述散热器上，

所述均温板为空间悬臂式结构，所述均温板的首端贴紧在所述浮动器上并且所述均温板的尾端贴紧所述散热器，当所述均温板的首端受外界压力时，所述浮动器向水平方向和轴向方向移动，从而使所述均温板的首端在水平方向上发生位移；

当所述均温板的首端所受的外界压力消失时，所述浮动器恢复到初始位置，其中所述浮动器包括浮动器外壳、浮动器支柱、弹性件、和挡圈，其中所述浮动器外壳和所述浮动器支柱是轴孔配合，使所述浮动器支柱的一端与水平保持一个平行度，所述弹性件放置在所述浮动器外壳和所述浮动器支柱之间的腔体结构内，并且所述挡圈放置于所述浮动器外壳的外侧，所述浮动器外壳上有法兰，用来和所述散热器贴合，所述法兰面上包含安装孔，用来将所述浮动器的一端固定在所述散热器上，并且所述法兰面上有收纳腔用于放置所述挡圈。

2.根据权利要求1所述的浮动式散热装置，其特征在于，所述散热器为带翅片的盒体。

3.根据权利要求1所述的浮动式散热装置，其特征在于，所述均温板为空间Z字形状，内部中空并充有液态媒介。

4.根据权利要求1所述的浮动式散热装置，其特征在于，所述均温板为空间C字形状，内部中空并充有液态媒介。

5.根据权利要求1所述的浮动式散热装置，其特征在于，所述均温板与所述芯片的背面之间设置有导热介质，用来降低所述均温板与所述芯片之间的热阻。

6.根据权利要求1所述的浮动式散热装置，其特征在于，所述浮动器支柱具有支撑面，用于对所述均温板的首端的支撑和表面贴紧。

7.根据权利要求1所述的浮动式散热装置，其特征在于，所述浮动器外壳和所述浮动器支柱采用导热材料而制造，并且在所述浮动器外壳和所述浮动器支柱中的轴孔配合处填充导热介质。

8.一种电子组件，包括印刷电路板以及位于所述印刷电路板上的芯片，其特征在于，还包括权利要求1-7任一项所述的浮动式散热装置，所述浮动式散热装置的所述散热器固定连接至所述印刷电路板，并且所述浮动式散热装置的所述均温板与所述芯片的背面相连接。

9.根据权利要求8所述的电子组件，其特征在于，所述均温板与所述芯片的背面之间设置有导热介质，用来降低所述均温板与所述芯片之间的热阻。

说明书

浮动式散热装置以及安装有该浮动式散热装置的电子组件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种散热器技术领域，尤其涉及一种浮动式散热装置以及安装有该浮动式散热装置的电子组件。

背景技术

[0002] 随着电子元器件的高度集成化，印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上通常集成有多个芯片。这些芯片在工作时会产生大量热能，从而使芯片温度升高，可能导致芯片损坏。

[0003] 如图1所示，为解决散热问题，在车载或机载上通常使用电子信息处理箱体100。但电子信息处理箱体100的散热效率较低，其原因在于：(1)有多个不同规格的发热芯片同时要解决；(2)芯片的高度尺寸公差较大，和箱体无法直接贴合，必须在缝隙间使用较厚的导热垫；(3)导热垫其导热系数难以比拟金属，热阻大，温度损失大。随着信息化的高速发展，芯片的功耗提升较快，散热问题越来越严重，做大箱体的体积或者寻求更高导热系数的导热垫都是一种改善方式，但重量、体积、成本都会大幅增加，在车载、机载场景应用中会受到限制。

[0004] 图2为电子信息处理箱体200的剖视图和散热架构示意图。电子信息处理箱体200可包括一个带翅片的盒体204作为散热器，PCB板214固定在盒体204上(PCB板214的安装面标为216)，再安装底盖212来防护PCB板214。如图2所示，电子信息处理箱体200中的多个芯片(例如，芯片208_1和208_2)共用一个散热器。然而，由于芯片208_1和208_2的规格和尺寸可能完全不一致，导致电子信息处理箱体200需要不同的凸台(例如，凸台202)来补偿高度间隙。PCB板214的安装和芯片的贴合不是在一个台阶面上，且芯片208_1和208_2本身的高度公差较大，使得芯片和凸台间一定存在间隙，且该间隙较大，必须使用有压缩量的导热垫来填充。此外，对个别裸带型的芯片(例如，芯片208_3)，为了降低热耗密度及减小导热垫的厚度，需要预先测量PCB板214上的芯片高度和盒体204上的凸台高度，在凸台和芯片间先补偿一个金属板206，以此来减小填充导热垫的厚度，但对批量产品难以具备生产的可操作性。

[0005] 这种现有技术的缺点在于：芯片与盒体凸台的间隙必然存在，用导热垫填充温度损失大。此外，为满足芯片在可控的温度规格下工作，整个箱体尺寸大、重量大。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题在于提供一种改进的散热装置以及安装有该散热装置的电子组件。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种浮动式散热装置，用于位于印刷电路板上的芯片散热，包括散热器、浮动器、和均温板，其中：所述浮动器安装在所述散热器上，所述均温板为空间悬臂式结构，所述均温板的首端贴紧在所述浮动器上并且所述均温板的尾端贴紧所述散热器，当所述均温板的首端受外界压力时，所述浮动器向水平方向和轴向方向移动，从而使所述均温板的首端在水平方向上发生位移；当所述均温板的首端所受的外界压力消失时，所述浮动器恢复到初始位置。

[0008] 优选地，所述散热板为带翅片的盒体。

[0009] 优选地，所述均温板为空间Z字形状，内部中空并充有液态媒介。

[0010] 优选地，所述均温板为空间C字形状，内部中空并充有液态媒介。

[0011] 优选地，所述均温板与所述芯片的背面之间设置有导热介质，用来降低所述所述均温板与所述芯片之间的热阻。

[0012] 优选地，所述浮动器包括浮动器外壳、浮动器支柱、弹性件、和挡圈，其中所述浮动器外壳和所述浮动器支柱是轴孔配合，所述弹性件放置在所述浮动器外壳和所述浮动器支柱之间的腔体结构内，并且所述挡圈放置于所述浮动器外壳的外侧。

[0013] 优选地，所述浮动器支柱具有支撑面，用于对所述所述均温板的首端的支撑和表面贴紧。

[0014] 优选地，所述浮动器外壳上有法兰，用来和所述散热器贴合，所述法兰面上包含安装孔，用来将所述浮动器固定在所述散热器上，并且所述法兰面上有收纳腔用于放置所述挡圈。

[0015] 优选地，所述浮动器外壳和所述浮动器支柱采用导热材料而制造，并且在所述浮动器外壳和所述浮动器支柱中的轴孔配合处填充导热介质。

[0016] 本发明还提供了一种电子组件，包括印刷电路板以及位于所述印刷电路板上的芯片，其特征在于，还包括上述任一个浮动式散热装置，所述浮动式散热装置的所述散热器固定连接至所述印刷电路板，并且所述浮动式散热装置的所述均温板与所述芯片的背面相连接。

[0017] 优选地，所述均温板与所述芯片的背面之间设置有导热介质，用来降低所述所述均温板与所述芯片之间的热阻。

[0018] 有利地，本发明的浮动式散热装置能够减小芯片到盒体的热传递路径上的热阻，提高散热效率，可以有效的减小盒体的尺寸和重量。

附图说明

[0019] 以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点，其中相似的符号代表相似的组件。

[0020] 图1是现有技术的包括散热器的电子信息处理箱体的示意图。

[0021] 图2是现有技术的电子信息处理箱体的剖视图及散热架构示意图。

[0022] 图3是根据本发明实施例的浮动式散热装置的剖视图。

[0023] 图4是根据本发明实施例的浮动式散热装置中的浮动器和均温板的架构示意图。

[0024] 图5是根据本发明实施例的浮动器的结构示意图。

具体实施方式

[0025] 以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

[0026] 另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

[0027] 图3是根据本发明实施例的浮动式散热装置300的剖视图。如图3所示，浮动式散热装置300包括散热器302、浮动器304、均温板306、芯片308_1和308_2、以及PCB板310。散热器302可以为带翅片的盒体，浮动器304安装在散热器302上，PCB板310固定连接至散热器302。
在一个实施例中，均温板306可采用本领域技术人员公知的结构形式，即内部中空并充有液态媒介。均温板306可做成空间Z字形状或空间C字形状，它是一种空间悬臂式结构，均温板
306的尾端404贴紧散热器302；并有外力挤压时，均温板306的首端402会在水平方向上发生位移。浮动式散热装置300中的均温板306与其相连接的芯片308_1的背面(即，与散热装置接触的表面)之间可设置有导热介质(如导热膏)，用来实现热的充分传导，从而进一步降低芯片308_1与均温板306之间的热阻。均温板306的首端402贴紧在浮动器304的浮动支柱408上，而均温板306的尾端404贴紧散热器302。

[0028] 请注意，虽然图3中示出的芯片数量为2个，在实际应用时，芯片的数量不限于此，可以是不小于一个的任意个数。

[0029] 图4是根据本发明实施例的浮动式散热装置400中的浮动器304和均温板306的架构示意图。图5是根据本发明实施例的浮动器500的结构示意图。结合图4和图5来看，浮动器304可包括浮动器外壳406、浮动器支柱408、弹性体410(例如，弹簧)、和挡圈412。浮动器外壳406和浮动器支柱408是轴孔配合(如图5中的轴孔508所示)，通过配合间隙和配合长度的设计，可使浮动器支柱408的顶端与水平保持一个良好的平行度。弹性体410放置在浮动器外壳502和浮动器支柱408之间的腔体结构内，提供对浮动器支柱408的支撑力来保障浮动器支柱408的可回弹性。挡圈504放置于浮动器外壳502的外侧，其作用是对浮动器304做限位，避免浮动器支柱408与浮动器外壳502分离。

[0030] 优选地，在一个实施例中，浮动器支柱408设计了一个较大的支撑面506，用于对均温板306的首端402的良好支撑和大面积的表面贴紧。浮动器支柱408与浮动器外壳502做了精密的轴孔配合，保证浮动器支柱408与浮动器相对滑动时不会产生大的倾角。因为均温板的Z型结构在外力作用下，是一个弯曲动作，必须有一个良好的支撑，保证均温板首端与水平面保持尽可能小的夹角，才能降低均温板306的首端402与芯片间的间隙，进而降低填充导热介质的厚度。

[0031] 优选地，在一个实施例中，浮动器外壳502上有法兰，用来和散热器302的盒体贴合。法兰面上可包含安装孔，可将浮动器304整体紧固在散热器302的盒体上。在浮动器外壳502的法兰面上，可做了收纳腔设计，可以将浮动器支柱的限位挡圈504藏于该处，从而获得更小的浮动器高度尺寸。

[0032] 当均温板306的首端402受外界压力时，浮动器304可同时向水平X方向和轴向Z方向移动(如图5所示)，从而使均温板306的首端402在水平X方向上发生位移。在移动过程中，浮动器304产生与X方向的夹角，该夹角通过浮动器304内的浮动支柱408与浮动器外壳406的尺寸结合来限定。当外力消失时，浮动器支柱408受到浮动器304内部的弹性体410的作用，恢复到初始位置，并且这种往复的压缩和回弹是可重复的。

[0033] 在一个实施例中，当均温板306不受外力时，其初始位置和要预装的芯片有一个过盈量。优选地，本发明将该过盈量设计为1～1.5mm左右。过盈量会大于芯片的制造公差、焊接后公差，以及PCB安装后的公差之和，由此保证了PCB安装时对应的芯片一定会挤压均温板，外力就来自于芯片对均温板306的挤压力。此外，均温板306受力而发生移动，在X方向的夹角是可控的(例如，控制在0.5°以内)，由此保证了均温板306的首端402与对应的芯片之间的间隙在0.2mm以内，因此可以采用导热硅脂或者更薄的导热材料来填充该缝隙，而均温板306的尾端404通过紧固的方式贴紧在散热器上，间隙非常小，也可以采用更薄的导热材料来填充，从而使得在这个散热系统中的界面的接触热阻大福降低，减少了温度损失，提高了散热效率。例如，在本申请的实际应用场景中，由于使用了浮动均温板的方案，温度收益达到17°，从而大幅提高了相应产品的环境适应能力。

[0034] 在一个实施例中，为了取代均温板而进一步节省成本，浮动式散热装置300可采用导热材料(例如，铜)来制造浮动器外壳406和浮动支柱408，并且在浮动器外壳406和浮动器支柱408中的轴孔配合处(如图5中的轴孔508所示)填充导热介质。

[0035] 有利地，根据本发明实施例的浮动式散热装置能够减小芯片到盒体的热传递路径上的热阻，提高散热效率，并且有效地减小盒体的尺寸和重量。

[0036] 以下的具体描述中的某些部分是以流程、逻辑块、处理过程和其它对计算机存储器中数据位的操作的象征性表示来呈现的。这些描述和表示法是数据处理领域内的技术人员最有效地向该领域内的其它技术人员传达他们工作实质的方法。在本申请中，流程、逻辑块、处理过程、或相似的事物，被构思成有条理的步骤或指令的序列以实现想要的结果。所述的步骤是需要对物理量进行物理操作的步骤。通常，但不是必然的，这些物理量的形式可为电或磁信号，可在计算机系统中被存储、传输、合并和比较等等。主要出于普遍使用的缘故，有时便于将上述信号视为事物处理、位元、数值、元件、符号、字符、取样、像素、或其它。

[0037] 上文根据本发明的示例实施例参照系统、方法、器件、和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本发明。本领域技术人员将理解，框图和流程图中的一个或多个框以及框图和流程图中的框的组合，分别可以由计算机可执行程序指令实现。同样地，根据本发明的一些实施例，框图和流程图中的一些框可以不必要以呈现的顺序进行，或可以不必要进行。

[0038] 上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。