專利名稱：圓形散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子產(chǎn)品的散熱技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種圓形散熱裝置。
隨著芯片等發(fā)熱器件的集成度越來(lái)越高并且日趨微型化，使其散熱更加困難，尤其是對(duì)于電路板上面的超大功率器件。根據(jù)目前電路板上的以CBGA(瓷封球柵陣列)和CCGA(瓷封拄柵陣列)為主要封裝形式的超大功率器件使用越來(lái)越多的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的常規(guī)散熱器很難滿足高密度、大功率的要求，如果散熱設(shè)計(jì)問(wèn)題的不到解決，就會(huì)犧牲產(chǎn)品的性能和可靠性。
一、關(guān)于散熱器的固定方法，目前有膠粘劑固定法、螺釘固定法、彈簧夾固定法等幾種，下面分別介紹各種方法的特點(diǎn)1、膠粘劑固定法膠粘劑固定法的步驟包括清洗兩膠接面并晾干；被膠接面的一面涂膠，另一面涂固化劑；膠接面相對(duì)并施加合適的壓力，保持15分鐘。這種固定方法存在以下缺點(diǎn)1-1、可能因重力的影響而脫落。
如

圖1所示，由于電路板1在運(yùn)行時(shí)通常垂直安裝，此時(shí)散熱器3的重量使膠層4始終受到一個(gè)應(yīng)力P的作用，使散熱器3有可能從電路板上剝離。
1-2、熱強(qiáng)度變化的影響導(dǎo)熱膠的化學(xué)成分一般為改性丙烯酸樹脂，如圖2所示，其熱強(qiáng)度隨工作溫度的升高而降低，從圖中可以看出，已經(jīng)固化的膠層的粘結(jié)強(qiáng)度在約40℃開始下降，到達(dá)100℃時(shí)其粘結(jié)強(qiáng)度僅為原始強(qiáng)度的20％。據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，在熱設(shè)計(jì)中，電源模塊的工作溫度控制在100℃左右；信號(hào)處理器的工作溫度控制在70-100℃左右；分離元件的工作溫度要大于100℃。在如此高的溫度下長(zhǎng)期工作，其粘結(jié)強(qiáng)度已經(jīng)較低，在上述應(yīng)力P的共同作用下，散熱器始終存在著脫落的趨勢(shì)。
1-3、氣泡的影響如圖3所示，在粘結(jié)散熱器的過(guò)程中，常常會(huì)在膠層4內(nèi)部留下大小不同的氣孔5，由于這些氣孔是在常溫下形成的，當(dāng)發(fā)熱器件2工作時(shí)，氣孔內(nèi)部的壓力也升高，這個(gè)升高的壓力也使膠層的粘結(jié)力下降，從而增加了散熱器脫落的可能性，更重要的是由于氣泡的存在，增加了導(dǎo)熱膠的熱阻，從而降低了散熱器的散熱效率。
另外，芯片封裝材料中的脫模劑對(duì)膠粘劑的粘性有不良影響，膠粘劑與散熱器的膨脹系數(shù)不匹配也會(huì)減低兩者之間的粘結(jié)力。
可見，膠粘劑固定法的不足之處在于粘接強(qiáng)度不可控，散熱器有脫落可能，并且操作時(shí)間長(zhǎng)，返修困難。
2、螺釘固定法這是一種傳統(tǒng)常用的固定方法，通常用于固定大型散熱器，特別是在電源模塊上應(yīng)用較多。如圖4所示，具體方法是在散熱器3與印刷電路板1之間插入螺釘6，在另一端旋入螺母7并擰緊，將散熱器固定到印刷電路板上，為增加散熱效果，還可在發(fā)熱器件2與散熱器3之間填充導(dǎo)熱硅脂8。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于固定牢固可靠，裝拆維修方便。缺點(diǎn)在于固定操作不便，不易調(diào)平；不適用在PCBA(組裝印刷電路板)上固定，要占用較多的布局區(qū)；無(wú)法控制施加到發(fā)熱器件上的壓力，有壓破發(fā)熱器件的潛在隱患。
3、絕緣脹管固定法如圖5所示，這種方法通過(guò)在散熱器3上插入絕緣膨脹管9，并使之伸同伸印刷電路板1，然后插入膨脹釘10，在發(fā)熱器件與散熱器之間還可以填充導(dǎo)熱硅脂8或相變導(dǎo)熱膠。該方法中通過(guò)彈簧11壓緊，不會(huì)因壓力施加不當(dāng)而壓壞發(fā)熱器件2。另一方面，其固定更為方便，設(shè)計(jì)時(shí)更容易安排固定孔。但是在CAD布局時(shí)要求將固定孔安放在發(fā)熱器件軸對(duì)稱線上，所以仍然無(wú)法控制施加到發(fā)熱器件上的壓力，也有壓破發(fā)熱器件的潛在隱患。
4、彈簧夾固定法如圖6所示，這種方法通過(guò)兩只不銹鋼卡簧13將散熱器3牢牢地固定在發(fā)熱器件2和印刷電路板1上，在散熱器與發(fā)熱器件間還填充有導(dǎo)熱材料8。這種固定方法的不足之處在于，在CAD設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)留3個(gè)固定孔，也減少了布線空間，增加了CAD的布線困難。
二、關(guān)于散熱器的結(jié)構(gòu)，目前常用的有板式散熱器、針式散熱器和塔式散熱器等幾種，下面分別介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、板式散熱器，其結(jié)構(gòu)為一面帶散熱肋片、另一面為平面的實(shí)心金屬體。其不足之處在于固定困難，重量大，不易滿足跌落試驗(yàn)要求；而且單位重量的散熱效率較低，占空面積大，返修困難。
2、針式散熱器，其結(jié)構(gòu)是一面帶大量針形散熱柱(刺猬形)，另一面為平面的金屬體。其不足之處在于固定困難，返修困難。
3、塔式散熱器，其結(jié)構(gòu)是一面是疊加的多層散熱片，另一面是平面的金屬體。其不足之處同樣在于固定困難，返修困難。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下，構(gòu)造一種圓形散熱裝置，包括固定夾及裝在其上的圓形散熱器，其特征在于，在所述固定夾的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有向內(nèi)彎折的掛勾，可通過(guò)所述掛勾固定在印刷電路板上發(fā)熱器件的表面，其頂面設(shè)有帶內(nèi)螺紋的中心圓孔；所述圓形散熱器包括多片平行的散熱片及其根部的圓柱，所述圓柱的圓周面上設(shè)有與所述固定夾的內(nèi)螺紋對(duì)應(yīng)的外螺紋，可旋轉(zhuǎn)固定在所述固定夾的中心圓孔內(nèi)，使其底面與所述發(fā)熱器件的表面緊密接觸。
在本實(shí)用新型所述的圓形散熱裝置中，在所述圓形散熱器的頂部中心設(shè)有一個(gè)扭力孔，插入扭力批轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可將所述圓形散熱器旋入所述固定夾的中心圓孔內(nèi)。所述圓形散熱器的圓柱底面還裝有雙面導(dǎo)熱膠，可將圓形散熱器牢固粘接在發(fā)熱器件的表面。
本實(shí)用新型的散熱裝置安裝簡(jiǎn)單，能直接替代已有CBGA、CCGA封裝發(fā)熱器件的散熱器；而且拆卸維修方便，不會(huì)造成集成電路和電路板的損壞。
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖12是本實(shí)用新型中壓力測(cè)試的示意圖。
從圖中可以看出，在固定夾20的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有向內(nèi)彎折的掛勾21，通過(guò)該掛勾21可將整個(gè)固定夾固定在印刷電路板1上發(fā)熱器件2的表面，在固定夾的中心設(shè)有帶內(nèi)螺紋22的中心圓孔。
二、圓形散熱器本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圓形散熱器15的結(jié)構(gòu)如圖7、12和圖13所示，該圓形散熱器的根部為圓柱結(jié)構(gòu)，上部是多片平行的圓形散熱片16，在圓柱的圓周面設(shè)有與可與固定夾20的內(nèi)螺紋22配合的外螺紋17；在圓形散熱器的頂部中心還設(shè)有一個(gè)扭力孔18。該圓形散熱器可通過(guò)其圓柱旋轉(zhuǎn)固定在固定夾20的中心圓孔內(nèi)，如果再插入扭力批轉(zhuǎn)動(dòng)，可將圓形散熱器15繼續(xù)旋入固定夾的中心圓孔內(nèi)。
本實(shí)用新型的圓形散熱器用金屬鋁制成，表面采用陽(yáng)極氧化染黑以利于散熱。散熱器的體積太大會(huì)對(duì)產(chǎn)品的封裝和結(jié)構(gòu)造成影響，本實(shí)用新型的圓形散熱器結(jié)構(gòu)精巧、體積小、重量輕，就其體積而言，具有較大的自由散熱面積比率。而且其結(jié)構(gòu)也具有導(dǎo)流板的作用，相對(duì)同體積的其它散熱器而言，它具有較高的散熱效率。
根據(jù)產(chǎn)品的需要，可設(shè)計(jì)多種尺寸，例如其中圓形散熱片的直徑可以是1英寸、1.5英寸、或2英寸，圓形散熱片的數(shù)量可以是4片，也可以是如圖14所示的3片。
三、導(dǎo)熱膠本實(shí)用新型中，考慮到圓形散熱器與CBGA封裝的集成電路表面的接觸是剛性接觸，其間的熱阻較大，為了改善導(dǎo)熱性能，應(yīng)該在圓形散熱器與集成電路表面之間加上導(dǎo)熱材料。因?yàn)閱晤^螺紋沒(méi)有自鎖能力，故決定采用雙面導(dǎo)熱膠8，除了導(dǎo)熱功能外，還能防止圓形散熱器螺紋松脫。經(jīng)過(guò)測(cè)試認(rèn)證，可優(yōu)先采用BP105雙面絕緣導(dǎo)熱膠，T404備用。
四、安裝固定如圖7所示，先將固定夾20裝在印刷電路板1上的發(fā)熱器件2表面，再將圓形散熱器旋15的根部旋入固定夾的中心圓孔內(nèi)，用扭力批插入圓形散熱器旋15頂部的扭力孔，繼續(xù)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，直到圓形散熱器旋15的底面緊壓在發(fā)熱器件2的表面為止。
五、壓力測(cè)量方法對(duì)于本實(shí)用新型的圓形散熱器，可采用以下方法進(jìn)行壓力測(cè)量，如圖12所示為經(jīng)改裝的CMT2502電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)，其支架31上開設(shè)有與固定夾的中心圓孔相同的螺紋孔，圓形散熱器15裝在支架31上，用扭力批32插入圓形散熱器的扭力孔向上旋轉(zhuǎn)，擠壓應(yīng)變傳感器30，應(yīng)變傳感器產(chǎn)生形變，其形變信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)34上產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)變化，這個(gè)數(shù)據(jù)就是擠壓力，由于應(yīng)變傳感器的剛性很大，故可以認(rèn)定應(yīng)變傳感器為準(zhǔn)剛性體。逐漸增大扭力，記錄下與扭力批的各個(gè)可讀刻度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變傳感器所受到的壓力，最后將記錄的結(jié)果制成表格，在實(shí)際安裝時(shí)，即可通過(guò)旋轉(zhuǎn)扭力批的讀數(shù)查出圓形散熱器對(duì)發(fā)熱器件的近似壓力。由于應(yīng)變傳感器還是有一定的形變，用這個(gè)方法測(cè)得的壓力會(huì)略大于真實(shí)壓力。
權(quán)利要求1.一種圓形散熱裝置，包括固定夾及裝在其上的圓形散熱器，其特征在于，在所述固定夾的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有向內(nèi)彎折的掛勾，可通過(guò)所述掛勾固定在印刷電路板上發(fā)熱器件的表面，其頂面設(shè)有帶內(nèi)螺紋的中心圓孔；所述圓形散熱器包括多片平行的散熱片及其根部的圓柱，所述圓柱的圓周面上設(shè)有與所述固定夾的內(nèi)螺紋對(duì)應(yīng)的外螺紋，可旋轉(zhuǎn)固定在所述固定夾的中心圓孔內(nèi)，使其底面與所述發(fā)熱器件的表面緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形散熱裝置，其特征在于，在所述圓形散熱器的頂部中心設(shè)有一個(gè)扭力孔，插入扭力批轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可將所述圓形散熱器旋入所述固定夾的中心圓孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓形散熱裝置，其特征在于，所述圓形散熱器的圓柱底面還裝有雙面導(dǎo)熱膠，可將圓形散熱器牢固粘接在發(fā)熱器件的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓形散熱裝置，其特征在于，所述固定夾為耐高溫的高強(qiáng)度增強(qiáng)尼龍66制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓形散熱裝置，其特征在于，所述圓形散熱器的散熱片也為圓形，其直徑可以是1英寸、1.5英寸、或2英寸，所述圓形散熱片的數(shù)量可以是3片或4片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種圓形散熱裝置，包括固定夾及裝在其上的圓形散熱器，其中所述固定夾的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有向內(nèi)彎折的掛勾，可通過(guò)所述掛勾固定在印刷電路板上發(fā)熱器件的表面，其頂面設(shè)有帶內(nèi)螺紋的中心圓孔；所述圓形散熱器包括多片平行的散熱片及其根部的圓柱，所述圓柱的圓周面上設(shè)有與所述固定夾的內(nèi)螺紋對(duì)應(yīng)的外螺紋，可旋轉(zhuǎn)固定在所述固定夾的中心圓孔內(nèi)，使其底面與所述發(fā)熱器件的表面緊密接觸。本實(shí)用新型的散熱裝置安裝簡(jiǎn)單，拆卸維修方便，能直接替代已有CBGA、CCGA封裝發(fā)熱器件的散熱器。
文檔編號(hào)H01L23/34GK2570982SQ0223426
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月1日
發(fā)明者陳普養(yǎng), 曾獻(xiàn)科, 池勇, 許云霞, 張壽開, 李天鵬, 郭小琪 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司