專利名稱：散熱器組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般地涉及一種在發(fā)熱裝置中用于散熱的散熱器。
背景技術(shù)：
散熱器被用來有效的去除固態(tài)器件中的熱量，比如微處理器和安裝有微
電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的印刷電路板(PCB)。這些電子器件在操作過程中產(chǎn) 生相當(dāng)多的熱量，如果不能有效的去除這些的熱量將會致使器件產(chǎn)生故障。
這種散熱器現(xiàn)在可以提供多種大小，以便根據(jù)由器件產(chǎn)生的熱量來進(jìn)行 選擇。散熱器包括一個或多個散熱片，其整體上形成并且從軸芯延伸，該軸 芯具有螺旋到裝配至器件的適配器上的螺紋基底，這樣散熱器可以和器件熱 耦合。軸芯將電子器件的熱量傳導(dǎo)開，整體上組裝的散熱片將軸芯的熱量從 軸芯傳導(dǎo)開，從而保證器件在可以接受的溫度。當(dāng)然，對散熱器進(jìn)行超安全 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和提供單一的大小是個簡單的問題。但是，除了成本考慮之外，空 間的約束通常限制了軸芯的高度或散熱片的直徑，即使兩種不同應(yīng)用的散熱 需求基本上是一樣的，那散熱器也需要不同的結(jié)構(gòu)。
散熱器是由棒料(bar stock)加工而成的。由于散熱器的大小取決于散 熱的總量，因此需要將散熱器制作成不同的大小以便使散熱器供給不同的應(yīng) 用。用機(jī)械加工這些散熱器很昂貴和浪費時間，而且維持這些不同應(yīng)用不同 大小的散熱器的費用也是相當(dāng)昂貴的。
因此需要降低制造散熱器的成本。而且也需要降低這些不同大小的散熱 器的維持費用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)發(fā)明的散熱器組件包含多個圓形散熱片。每個圓形散熱片有預(yù)先選 擇大小的外部尺寸、形成孔徑的預(yù)先選擇大小的內(nèi)部尺寸以及基本與該孔徑 垂直延伸的凸緣。軸芯具有形成軸芯孔徑的預(yù)先選擇大小的內(nèi)部尺寸和比圓 形散熱片的內(nèi)部尺寸大的外部尺寸，因此軸芯的外部尺寸可以和每個圓形散熱片的內(nèi)部尺寸形成干涉配合。軸芯具有預(yù)先選擇大小的軸向長度?；拙?有頂面、底面、預(yù)先選擇大小的延伸在頂面和底面之間的外直徑以及沿頂面 軸向離開的標(biāo)桿，標(biāo)桿被定義為和軸芯孔徑干涉配合。


圖l是本發(fā)明散熱器組件的側(cè)視圖。 圖2是本發(fā)明散熱器組件的分解圖。
圖3是本發(fā)明圓形散熱片的透視圖。 圖4是本發(fā)明圓柱形軸芯的透視圖。 圖5是本發(fā)明螺紋基底的透視圖。
圖6是描述了將4個集成了凸緣38的圓形散熱片30向下安裝到一含有 中心桿的圓形散熱片組件固定裝置上。
圖7是描述了將軸芯安裝在圖6中圓形散熱片組件固定裝置的中心桿上。
圖8是描述了將圓形散熱片組件和基底安裝在基底插入沖壓工具上。 圖9是描述了本發(fā)明散熱器組件的分解圖和配對的裝配夾50。
具體實施例方式
圖1描述了本發(fā)明的散熱器組件10。散熱器組件10包括在其上裝配有 多個圓形散熱片30的圓柱型軸芯20。圓形散熱片30和圓柱型軸芯20被組 裝在螺紋基底40上。圖2是圖1中散熱器組件的分解圖。
圖3描述了本發(fā)明中使用的圓形散熱片30。每個圓形散熱片30包含有 軸線或中心線作為外直徑32、內(nèi)直徑34和在內(nèi)直徑與外直徑之間的圓盤區(qū) 域的基準(zhǔn)。內(nèi)直徑34定義出了一個中心孔徑或孔36。緊鄰內(nèi)直徑的是一個 凸緣38,該凸緣38基本上與圓形散熱片軸向垂直。內(nèi)直徑34是第一預(yù)定尺 寸，外直徑32是第二預(yù)定尺寸。外直徑32的大小根據(jù)散熱器組件需要的散 熱需求進(jìn)行選擇。因此，如果要增加組件需要的散熱需求，增加圓形散熱片 的散熱能力可以通過增加圓形散熱片外直徑的大小同時保持內(nèi)直徑34的尺 寸不變來達(dá)到。因此，根據(jù)散熱器組件的散熱需求，沖壓和提供多個不同外 直徑的圓形散熱片30。凸緣38在組裝時是和圓形散熱片分離開形成的。優(yōu) 選地，圓形散熱片30可以由鋁或者鋁合金，銅或銅合金沖壓形成，盡管可以使用任何其它具有高熱傳導(dǎo)率且容易鍛造的金屬制造。盡管現(xiàn)在沖壓提供 了最經(jīng)濟(jì)的制造圓形散熱片的方法，但是圓形散熱片還可以用其它方法制 造，比如鑄造，包括熔模鑄造或噴射模塑法。
圖4是軸芯20的透視圖。如圖所示，軸芯20在其優(yōu)選實施例中具有圓 柱管的形狀。這種被選擇的形狀是最經(jīng)濟(jì)的，不排除這種元件的其它一些不 同的幾何形狀。圓形散熱片30干涉配合形成在軸芯20上，優(yōu)選地通過壓合 4喿作，顯然的，圓形散熱片30中任何可以匹配軸芯20外表面形狀的孔形狀 都可以被利用。在優(yōu)選的實施例中，軸芯20包括外直徑22和內(nèi)直徑24，內(nèi) 直徑24根據(jù)孔26形成。外直徑22的大小比圓形散熱片內(nèi)直徑34和圓形散 熱片孔36略微大一點，允許軸芯20干涉裝配一個或更多的圓形散熱片30。 多個圓形散熱片30干涉裝配至軸芯20也建立了兩個部分之間的面對面接 觸。優(yōu)選地，軸芯20可以使用與圓形散熱片30相同的材料制造。軸芯的大 小是由有多少個圓形散熱片組裝到軸芯上來決定的。但是，由于圓形散熱片 30可以組裝到軸芯20上的數(shù)目是整數(shù)，并且是有限的，僅維持不同尺寸的 離散數(shù)量的軸芯20。因此， 一旦一種散熱應(yīng)用所需要提供的圓形散熱片30 的數(shù)量確定了，那組件軸芯合適的大小也就確定了。因此軸芯的直徑22、 24 可以維持一系列散熱器的應(yīng)用，而僅僅長度是不連續(xù)變化的。
圖5是描述了散熱器組件10的螺紋基底40。在一實施例中,基底40有 呈螺旋的外直徑42。外直徑42具有預(yù)先選擇的尺寸。外直徑42被螺旋,外 直徑的大小是由需要的螺紋大小決定的。不同的應(yīng)用需要不同的螺紋大小。 優(yōu)選的螺紋的普遍大小是從5/8"到11/2",但是這個優(yōu)先的螺紋大小不作為 限制，也可涉及和使用另外的螺紋大小。螺紋基底還包括一個標(biāo)桿44。標(biāo)桿 44還包括一特征部件46。標(biāo)桿44是從包含外直徑42的基底的本體部分延 伸而來。標(biāo)桿44直徑的尺寸比軸芯的內(nèi)直徑24大 一 點，因此軸芯可以干涉裝 配在基底40上?；?0的底部48和熱元件接觸，比如PCB、 MEMS或者其 它一些電子元件,底部48和標(biāo)桿44相對且很平坦,因此基底40可以和需要冷 卻的元件建立起緊密的熱接觸,從而將元件的熱量帶走。盡管基底42外直徑
通常是與軸芯和圓形散熱片的材料是一樣的,并且采用沖壓工藝制作。提供特 征部件46以便可以使部件被插入散熱器組件IO,使特征部件46扭轉(zhuǎn)散熱器 組件10基底40的螺紋以匹配接受部分上的螺紋。在如圖5中的優(yōu)先實施中,特征部件"是用作螺絲起子的狹槽，但也可能是通用扳手(AUen wrench ) 狹槽、星形(Torx)孔徑、飛利浦(Phillips)孔徑、六角開口或者任何合適 的特征部件46以接受工具,并且用來扭轉(zhuǎn)散熱器組件10。
然后,本發(fā)明中的散熱器組件可以被擰進(jìn)匹配的螺紋中。匹配的螺紋可以 在固態(tài)器件中,其中散熱器的底部靠著器件以便可以緊密的接觸,從而將固態(tài) 器件中的熱量傳導(dǎo)開?？商娲?散熱器組件也可以穿進(jìn)適配器,像現(xiàn)在普遍 應(yīng)用的那樣安裝在電子元件上以將固態(tài)器件中的熱量傳導(dǎo)到散熱器組件上。
還參照圖5，在另一個實施例中,螺紋基底的外直徑42是不需要螺紋的。
材料。這種材料可以作為保護(hù)釋放層。散熱器組件10通過移除釋放層并直 接向傳輸熱的元件施加熱傳導(dǎo)粘合劑來應(yīng)用，因此散熱器組件10貼在元件 上。在這個實施例中，熱傳導(dǎo)粘合劑材料作為元件的附屬結(jié)構(gòu)需要冷卻。
本發(fā)明中的散熱器組件10產(chǎn)品需要機(jī)械組裝完成。以前散熱器的工藝 是單一的材料制造，但本發(fā)明中的散熱器略有不同。由于本發(fā)明中的散熱組件 由不同的部分組成，這些組件的有效性高度依靠于在這些部件之間建立好的 機(jī)械接口，以便熱量穿過這些接口傳導(dǎo)。不能建立一個好的機(jī)械接口將會產(chǎn) 生小的空氣間隙，其實際上具有隔離效應(yīng)，這將導(dǎo)致一個和需要完全相反的 結(jié)果。需要的機(jī)械接口由匹配部件間的干涉配合建立。任何在匹配部件間建 立可靠的機(jī)械接口的方法都可以接受，比如，部件的熱配合(shrink fitting), 這包括在組裝期間不同的溫度下組合不同的部件時，利用材料的熱膨脹特性 的不同， 一個優(yōu)選的方法是壓合(press fitting )。
圖6-9論證了通過壓合制造本發(fā)明中散熱器組件的一種方法。在圖6 中，組裝預(yù)先設(shè)定數(shù)量的圓形散熱片30,圖6中為4個，凸緣38向下安裝 在含有一個中心桿70的圓形散熱片組件固定裝置上。該桿的直徑比軸芯內(nèi) 直徑24略小。凸緣38保持鄰近的圓形散熱片30之間的空間。圖7描述了 一個圓柱形軸芯20，其大小的選定與圓形散熱片的數(shù)量匹配，該軸芯被組裝 到圓形散熱片組件固定裝置的中心桿上。 一個壓板用來作用于組裝的圓形散 熱片30，促進(jìn)軸芯進(jìn)入略微小的圓形散熱片孔以建立圓形散熱片和軸芯外直 徑之間的接觸，形成一個散熱片組件。
圖8描述了一個圓形散熱片組件組裝到基底插入沖壓工具。將圓形散熱 片組件被翻過來以便凸緣面是面朝上的，即翻轉(zhuǎn)180。的圖6。 通過普通的
6方法圓形散熱片組件使用 一個下壓板被保護(hù)防止移動，比如通過與圓形散熱 片組件直徑完全相同的3個的位置柱。下一步，如圖9中描述，將螺紋基底
40安裝在上壓板上的工具上，其帶有特征部件并且在圓形散熱片組件的中心 位置。然后螺紋基底被壓到圓柱形軸芯20的位置，圓柱形軸芯20的內(nèi)直徑 24比螺紋基底40上的標(biāo)桿部分的直徑略小，以形成散熱器組件10。
有效的干涉配合能在互相匹配的部件間建立，這些部件的內(nèi)和外直徑相 差少至十分之幾(密耳)，這里十分之一就是0.0001英寸(0.00254mm)，多 至0.007英寸(0.17780mm),這里0.001英寸是一個密耳。在配對組件間建立 干涉配合的詳細(xì)方法是不重要的。
散熱器組件由各元件部分組合完成后，散熱器組件能夠與相應(yīng)的螺紋相 匹配，這里為母螺紋，并且被裝配到需要冷卻的電子元件上。特征部件46 通過一個適當(dāng)?shù)墓ぞ哌M(jìn)入軸心孔26，以便使散熱器組件10完全的扭轉(zhuǎn)到位 置。用于散熱器組件的大部分普通的扭矩范圍依靠于實際的散熱器組件封裝 的大小。
一個實施例，如圖9所描述，是本發(fā)明的散熱器組件和匹配的裝配夾50 的分解圖。裝配夾50包括有和散熱器組件10的螺紋基底40匹配的螺紋。
裝焊接到PCB上和母板上,被設(shè)計成可以接受裝配夾。當(dāng)本發(fā)明中的散熱器 組件10被適當(dāng)?shù)呐まD(zhuǎn)到裝配夾50,裝配夾50被適當(dāng)?shù)慕M裝到PCB或者母板 上,一個傳導(dǎo)路徑就建立在散熱器組件io和電子元件之間以移除電子元件的熱量。
權(quán)利要求
1. 一種散熱器組件包含多個圓形散熱片(30)，特征在于每個圓形散熱片有預(yù)先選擇大小的外部尺寸(32)，形成孔徑(36)的預(yù)先選擇大小的內(nèi)部尺寸(34)以及基本上與該孔徑垂直延伸的凸緣(38)；軸芯(20)具有形成軸芯孔徑(26)的預(yù)先選擇大小的內(nèi)部尺寸(24)和比該圓形散熱片的內(nèi)部尺寸大的外部尺寸(22)，因此軸芯的外部尺寸可以和每個圓形散熱片的內(nèi)部尺寸形成干涉配合，軸芯具有預(yù)先選擇大小的軸向長度；基底(40)具有頂面，底面(48)，預(yù)先設(shè)定大小的延伸在頂面和底面之間的外直徑(42)以及沿頂面軸向離開的標(biāo)桿(44)，標(biāo)桿被定義為和軸芯孔徑干涉配合。
2. 權(quán)利要求1中的散熱器組件，其中該標(biāo)桿包括頂面，并且該頂面包括特 征部件(46)。
3. 權(quán)利要求2中的特征部件，其中該特征部件是狹槽，其尺寸可接收螺 絲起子。
4. 權(quán)利要求1中的散熱器組件，其中當(dāng)該圓形散熱片干涉配合在軸芯的 外直徑上時，凸緣(38)用來在圓形散熱片C30)之間提供均勻的空隙。
5. 權(quán)利要求1中的散熱器組件，其中該基底的外直徑包括螺紋部分。
6. 權(quán)利要求1中的散熱器組件，其中該基底的底面包括熱傳導(dǎo)粘合劑。
全文摘要
一種散熱器組件，包括多個圓形散熱片(30)。每個圓形散熱片有預(yù)先選擇大小的外部尺寸(32)，形成的孔徑(36)的預(yù)先選擇大小的內(nèi)部尺寸(34)以及基本上與該孔徑垂直延伸的凸緣(38)。軸芯(20)具有形成的軸芯孔徑(26)的預(yù)先選擇大小的內(nèi)部尺寸(24)和比圓形散熱片的內(nèi)部尺寸大的外部尺寸(22)，因此軸芯的外部尺寸可以和每個圓形散熱片的內(nèi)部尺寸形成干涉配合。軸芯具有預(yù)先選擇大小的軸向長度?；?40)具有頂面、底面(48)、預(yù)先設(shè)定大小的延伸在頂面和底面之間的外直徑(42)和沿頂面軸向離開的標(biāo)桿(44)，標(biāo)桿被定義為和軸芯孔徑干涉配合。
文檔編號H05K7/20GK101483991SQ20081015479
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者夏伊拉茲·塞梅杰, 威廉·彼得羅塞利, 斯蒂芬·D·德爾普雷特, 維克托·H·基爾 申請人:泰科電子公司