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热输送装置以及电子设备的制作方法

2021-10-29 21:19:00 来源:中国专利 TAG:输送 装置 电子设备 热热 发热


1.本发明涉及输送发热体的热的热输送装置以及具备该热输送装置的电子设备。


背景技术:

2.在电子设备中具备cpu等发热体,根据其消耗电力而需要散热。在专利文献1中公开通过散热板使cpu中产生的热散发的发明。专利文献1的散热板是包括导热管和散热器的一张板,并与cpu的上表面接触。
3.另一方面,笔记本型pc、平板终端等携带用电子设备要求更小型化以及轻薄化。在携带用电子设备中,为了主基板的小型化而考虑使用pop(package on package:叠层封装)结构。在pop结构中,例如能够通过将逻辑系的子封装和存储器系的子封装层叠并安装在主基板上来减少安装面积,并且缩短布线长度。
4.pop结构封装中的下层的子封装被上层的子封装覆盖,所以散热性较差。特别是,为了将下层的子封装设为发热量较大的cpu而优选设置一些热输送单元。因此,在专利文献2中提出针对pop的下层子封装中的电子部件,使散热部件与其上方暴露面接触来散热。
5.专利文献1:日本特开2000-349479号公报;
6.专利文献2:日本特开2014-116602号公报。
7.在专利文献2所记载的发明中,使散热部件与下层子封装的电子部件接触,但该散热部件必须夹在下层子封装与上层子封装的较窄的缝隙中,制造较困难。另外,对于现有的pop结构,不能够后附加这样的散热部件来安装。
8.在应用专利文献1所记载那样的散热板的情况下,使该散热板与发热体的表面接触,但为了在两者之间进行良好的热传递而需要某种程度较强地接触。然而,若太强地接触则,有可能发热体损伤。
9.特别是pop结构封装的下层子封装与上层子封装之间仅通过焊球连接,机械方面不一定是高强度,若向表面较强地按压散热板则有可能由于应力而焊球等受到损伤。
10.并且,为了在发热体与散热板之间进行良好的热传递,优选两者面接触。然而,使大的面积的散热板面与小的面积的发热体彼此接触需要精度相当良好地进行位置决定或者调整。


技术实现要素:

11.本发明是鉴于上述的课题而完成的,其目的在于提供具有良好的散热性并不会对发热体给予应力的热输送装置以及电子设备。
12.为了解决上述的课题,实现目的,本发明的第一方式所涉及的热输送装置是输送安装在基板上的发热体的热的热输送装置,具有:第一散热板,沿着上述基板的上述发热体的安装面扩展,并在俯视时包括上述发热体的部分形成有片安装孔;以及片部件,具有导热性,并被安装于上述第一散热板以便封堵上述片安装孔,上述片部件与上述发热体的表面热接触,且上述片部件的刚性低于上述第一散热板的刚性。
13.在这样的热输送装置中,由于在第一散热板形成片安装孔,被安装为封堵该片安装孔的低刚性的片部件与发热体的表面抵接,所以由第一散热板引起的外力或振动被片部件吸收,不会对发热体给予应力。另外,发热体产生的热经由片部件传递到第一散热板,通过该第一散热板扩散以及散热,所以热输送装置具有良好的散热性。
14.也可以具备:托架,固定于上述基板以覆盖上述片安装孔;以及树脂弹性体,从上述托架被按压而弹性压缩并经由上述片部件按压上述发热体。这样,若树脂弹性体被片部件和托架弹性压缩并被夹持,则片部件为低刚性,并能够进行弹性变形,所以从树脂弹性体向下方向被按压,由此适度地变形,并与发热体更可靠地紧贴。
15.由此,发热体和片部件的传热性进一步提高。
16.也可以具备:第二散热板,沿着上述基板中的与上述发热体的安装面相反的背面扩展,并与上述背面中的上述发热体所对应的位置热接触;以及双头螺栓,从上述第二散热板竖立设置并经过上述基板的贯通孔而设置,上述托架被固定于上述双头螺栓。
17.上述第二散热板也可以具备:第一厚度部分,与上述背面中的上述发热体所对应的位置热接触,并设置上述双头螺栓;以及第二厚度部分,固定于上述第一厚度部分的侧面,且比上述第一厚度部分薄。第一厚度部分比第二厚度部分厚,适合双头螺栓的竖立设置。
18.若上述片部件为石墨片,则导热性良好,在发热体的发热量较大的情况下是有效的。
19.若上述第一散热板通过上述片安装孔的周围朝向上述基板而成为凸形状,则成为良好的热接触状态。
20.即使上述发热体是pop结构,也获得适当的散热性。
21.本发明的第二方式所涉及的电子设备是具备发热体的电子设备,具有:主基板,安装有上述发热体;第一散热板,沿着上述基板中的上述发热体的安装面扩展,并在俯视时包括上述发热体的部分形成有片安装孔;以及片部件,具有导热性,并安装于上述第一散热板以便封堵上述片安装孔,上述片部件与上述发热体的表面热接触,且上述片部件的刚性低于上述片部件的刚性。
22.在本发明的上述方式所涉及的热输送装置以及电子设备中,具备片部件,该片部件具有导热性,并被安装于第一散热板以封堵片安装孔,该片部件与发热体的表面热接触,具有良好的散热性。另外,由于片部件的刚性低于第一散热板的刚性,所以不会对发热体给予应力。
附图说明
23.图1是表示将一个实施方式所涉及的电子设备闭合成为收纳形态的状态的立体图。
24.图2是示意性地表示将图1所示的电子设备打开成为使用形态的状态的立体图。
25.图3是示意性地表示图2所示的电子设备的内部结构的俯视图。
26.图4是框体部件和设置于其内部的构成部件的分解立体图。
27.图5是框体部件和设置于其内部的构成部件的立体图。
28.图6是pop结构的芯片的剖面侧视图。
29.图7是托架的立体图。
30.图8是片部件的立体图。
31.图9是热输送装置的剖面侧视图。
32.附图标记的说明
33.10

电子设备,11

热输送装置,20

主基板(基板),20a

安装面,20b

背面,34

芯片(发热体),34a

下层子封装,34b

上层子封装,38

主散热板(第二散热板),40

子散热板(第一散热板),42

片安装孔,44

片部件,48

托架,50

树脂弹性体,52

连接具,53

导热管,54

散热器,54a

第一厚度部分,54b

第二厚度部分,55

传热板,56

凸部,57

臂孔,60

圆盤,62

臂,68

隔离物,70

双头螺栓,70a

雌螺纹部,72

贯通孔。
具体实施方式
34.以下,基于附图,详细地对本发明所涉及的热输送装置的实施方式进行说明。此外,并不是通过该实施方式限定该发明。
35.图1是表示将本发明的一个实施方式所涉及的电子设备10闭合成为收纳形态的状态的立体图。图2是示意性地表示打开图1所示的电子设备10成为使用形态的状态的立体图。图3是示意性地表示图2所示的电子设备10的内部结构的俯视图。电子设备10的内部具备本发明的一个实施方式所涉及的热输送装置11。
36.如图1以及图2所示,电子设备10具备:2个框体部件12a以及12b、封底部件14以及显示器16。框体部件12a以及12b被盖18覆盖。盖18例如是聚氨基甲酸乙酯。在本实施方式中,作为电子设备10,例示能够如书那样对折折叠的平板型pc。电子设备10也可以是移动电话、智能手机或者、电子记事本等。
37.显示器16例如是摸面板式。显示器16是在折叠框体部件12a、12b时能够一同折叠的结构。显示器16是例如具有柔软性高的纸结构的有机el(electro luminescence)等可挠性显示器,伴随着框体部件12a、12b的开闭动作而开闭。即,电子设备10是所谓的可折叠式。显示器16也可以为不是折叠结构的液晶型,并设置于框体部件12a、12b的任意一方。
38.各框体部件12a、12b是分别在与封底部件14对应边以外的3个边竖起形成有侧壁的矩形的板状部件。各框体部件12a、12b例如由不锈钢、镁、铝等金属板、或包括碳纤维等强化纤维的纤维强化树脂板构成。在框体部件12a、12b的内面侧经由支撑板固定显示器16。框体部件12a、12b间经由一对铰接机构19、19连结。铰接机构19将框体部件12a、12b间可折叠地连结为图1所示的收纳形态和图2所示的使用形态。图3中单点划线所示的线o表示成为框体部件12a、12b的折叠动作的中心的折曲中心o。
39.如图3所示,在框体部件12a的内面12aa安装固定热输送装置11、主基板20、通信模块22以及ssd(solid state drive:固态硬盘)24等。主基板20以及热输送装置11在框体部件12a的内面12aa具有较宽的面积。在框体部件12a的角设置有冷却风扇26。在框体部件12b的内面12ba安装固定子基板28、天线30以及蓄电池装置32等。
40.图4是框体部件12a与设置于其内部的构成部件的分解立体图。图5是框体部件12a与设置于其内部的构成部件的立体图。在以下的说明中,将图4、图5中的配置主基板20的方向设为上,将配置框体部件12a的方向设为下。
41.如图4以及图5所示,在主基板20的上表面、即安装面20a安装pop结构的芯片34、芯片组36等。芯片34是搭载在电子设备10上的电子部件中热量最大的发热体。热输送装置11输送安装在主基板20上的芯片34的热,但也能够适用于安装在主基板20的其它发热体(并不限于pop结构)。
42.图6是pop结构的芯片34的剖面侧视图。芯片34由下层子封装34a和上层子封装34b构成。下层子封装34a与上层子封装34b之间的缝隙较窄,芯片34的高度方向尺寸足够小。
43.下层子封装34a具备下层基板34aa和半导体部件34ab。在下层基板34aa的下表面设置有多个焊球34ac,该焊球34ac与主基板20的图案电连接。半导体部件34ab例如是cpu(central processing unit)。下层基板34aa与半导体部件34ab之间通过多个电线34ad连接,进行信号传递。半导体部件34ab以及电线34ad被树脂34ae密封。
44.上层子封装34b具备上层基板34ba和半导体部件34bb。在上层基板34ba的下表面设置有焊球34bc,该焊球34bc与下层基板34aa的图案电连接。半导体部件34bb例如是存储器。上层基板34ba与半导体部件34bb之间通过多个电线34bd连接,进行信号传递。半导体部件34bb以及电线34bd被树脂34bed密封。这样的芯片34的下层子封装34a和上层子封装34b为层叠结构,由此能够使主基板20小型化。pop结构的芯片34由于安装效率较高,所以适合有空间上的制约的可折叠式的电子设备10。
45.返回到图4以及图5,热输送装置11具备:主散热板(第二散热板)38,沿着与安装面20a相反的背面20b扩展,并与背面20b中的芯片34的里侧所对应的位置热接触;以及子散热板(第一散热板)40,沿着安装面20a扩展。此处所说的散热板的“主”和“子”这样的呼称是为了容易识别,并不是限定散热能力的优劣。此外,所谓热接触是如能够传热那样接触,除了直接的接触以外,还包括经由传热体或传热用润滑油等接触。在子散热板40中,在俯视时包括芯片34的部分形成有片安装孔42。
46.热输送装置11还具备:片部件44,具有导热性,安装于子散热板40以封堵片安装孔42;托架48,固定于主基板20并覆盖片安装孔42;以及树脂弹性体50,从托架48被按压而弹性压缩并经由片部件44按压芯片34。即,树脂弹性体50被片部件44和托架48弹性压缩并被夹持。在俯视时,树脂弹性体50是与芯片34几乎相同的形状。树脂弹性体50例如是海绵以及橡胶等,具有弹性。对于片安装孔42以及片部件44,后述。
47.在热输送装置11设置有连接子散热板38以及主散热板40和主基板20的3个连接具52。对于3个连接具52,在芯片34的周围3个大致等间隔地设置。对于连接具52的详细后述。
48.热输送装置11的主散热板38以及子散热板40被设定为在俯视时比主基板20大。此外,在主基板20中,将包括芯片34的多数的部件安装于安装面20a,但也可以根据设计条件而也在背面20b安装某种程度的部件。
49.主散热板38具备:导热管53,经由主基板20与芯片34热接触;以及散热器54,与导热管53热接触以使热散发。
50.导热管53是例如将两端部接合以在内侧形成封堵空间的压溃金属管的结构,且是能够利用封入到该封堵空间内的工作流体的相变化来高效率地输送热的热输送装置。导热管53被配置为一部分与主基板20的背面20b中的芯片34的里侧热接触,端部53a可热传递地连接到与冷却风扇26的送风口连接的冷却风扇26。导热管53经由传热板55与主基板20热接触,但也可以与主基板20直接接触。
51.冷却风扇26配置于端部53a的附近,从框体部件12a的一侧面中的通气孔12ac以及另一侧面中的通气孔12ad的任意一方吸气,并向另一方排气,使导热管53的热放出。
52.散热器54具有:包围导热管53中的端部53a以外的部分并被固定的第一厚度部分54a、以及包围该第一厚度部分54a的大致整周并被固定于其侧面的第二厚度部分54b。导热管53和第一厚度部分54a是相同的厚度(参照图9)。第二厚度部分54b比第一厚度部分54a薄(参照图9)。
53.由于第一厚度部分54a比第二厚度部分54b厚,所以能够稳定地支承突出的端部53a。导热管53、第一厚度部分54a以及第二厚度部分54b沿着内面12aa扩展,并在上下方向上不重叠。第一厚度部分54a具有与导热管53同等的面积。第二厚度部分54b的面积比第一厚度部分54a的面积宽。
54.导热管53和第一厚度部分54a例如通过冲压或压入而被固定,并接触。对于导热管53和第一厚度部分54a的压入,例如能够通过辊子的转动同时对金属管和第一厚度部分54a的母材进行加压,压溃金属管来形成导热管53,同时对其侧面压入第一厚度部分54a。
55.第一厚度部分54a和第二厚度部分54b例如通过冲压或压入而被固定,并接触。第一厚度部分54a和第二厚度部分54b的边界可以通过几乎遍及整周连续地设置的梳齿状的啮合部结合。在第二厚度部分54b的角形成有避开冷却风扇26的切口。
56.传热板55以及散热器54是传热性高的金属板,例如是铝、铜、不锈钢或者它们的合金。散热器54的第一厚度部分54a和第二厚度部分54b既可以是相同的材质也可以是不同的材质。若将比第二厚度部分54b厚的第一厚度部分54a设为铝,则能够实现轻型化。若将比第一厚度部分54a薄的第二厚度部分54b设为铜,则能够通过高的传热性广泛地扩散热。
57.导热管53通过一部分经由传热板55与主基板20的背面20b热接触而传递到散热器54以及冷却风扇26。散热器54是足够宽的面积,从导热管53受热并散热。另外,通过导热管53的端部53a从冷却风扇26接受风,从而冷却效果进一步提高。但是,也可以根据热条件而省略冷却风扇26。
58.子散热板40是散热器,例如能够与主散热板38的第二厚度部分54b厚度相同并应用相同材料。在俯视时,子散热板40为与主散热板38大致相同的形状,具有适度宽的面积。子散热板40朝向主基板40,具备凸形状的凸部56。凸部56例如通过冲压成型而形成,是在上方开口的平缓的大致圆锥台形状,具备底部56a以及锥形部54b。在凸部56的下表面、即底部56a形成有上述的片安装孔42。片安装孔42是比芯片34略大的矩形。
59.在子散热板40设置有3个大致长条的臂孔57。臂孔57是插入后述的臂62的孔。3个臂孔在凸部56的周围等间隔地呈放射状设置,其一部分挂在锥形部56b。
60.子散热板40通过螺栓59固定在设置于内面12aa的多个凸台58a。主基板20通过未图示的螺栓固定在设置于内面12aa的多个凸台58b。
61.图7是托架48的立体图。托架48具备圆盤60和3个臂62。托架48通过例如切割不锈钢板并进行冲压成型而构成,是薄型且具有适度刚性。在臂62的中途部分有向下台阶62a,设置于该臂62的前端部的螺栓座62b比圆盤60略下降。3个臂62等间隔地呈放射状形成。
62.在螺栓座62b可旋转地设置有螺栓64(参照图9)。在螺栓座62b的上表面设置有头部64a,雄螺纹部64b经过孔62d(参照图9)比螺栓座62b更向下方突出。在雄螺纹部64b嵌入垫圈66(参照图9)以便不脱落。
63.图8是片部件44的立体图。片部件44具有:外周侧的凸缘部44a和内周侧圆的底部44b、和连接凸缘部44a与底部44b之间的锥形部44c。锥形部44c朝向主基板20是凸形状,成为与上述的锥形部56b相嵌合那样的倾斜。在片部件44形成有3个略深的臂切口44d。臂切口44d是插入臂62的切口。3个臂切口44d在底部44b的周围从锥形部44c到凸缘部44a等间隔地呈放射状设置。
64.图9是热输送装置11的剖面侧视图。在图9中,示出沿着3个臂62中的2个臂的中心的剖面。
65.如图9所示,连接具52由隔离物68、双头螺栓70以及上述的螺栓64构成。双头螺栓70被压入、固定于设置于第一厚度部分54a的压入孔38a而朝向上方竖立设置。
66.双头螺栓70贯通主基板20的贯通孔72。此外,双头螺栓70贯通的贯通孔72也可以作为主基板20中的电路图案的一部分而被进行镀铜处理,或也可以作为没有镀铜处理的仅经过双头螺栓70的孔。在贯通孔72中进行镀铜处理的情况下,可以在贯通孔72以及双头螺栓70的至少一方设置绝缘被膜。
67.在安装面20a以及背面20b中的贯通孔72的周围设置有接地焊盘72a。
68.双头螺栓70例如通过锯齿结构与压入孔38a结合,并被固定为不能够上下移动且不能旋转。由于双头螺栓70被固定在比第二厚度部分54b厚的第一厚度部分54a,所以容易固定并且稳定。在双头螺栓70形成有雌螺纹部70a。
69.螺栓64的雄螺纹部64b经过隔离物68的中空部与双头螺栓70的雌螺纹部70a螺合。隔离物68被托架48的臂62和主基板20夹持。主基板20被隔离物68和主散热板38夹持。通过这样的连接具52,托架48通过螺栓64、隔离物66以及双头螺栓70被固定在主基板20以及主散热板38。此外,连接具52不与子散热板40连接。
70.臂62被插入到子散热板40的臂孔57,并不干扰该子散热板40。臂62被嵌入到片部件44的臂切口44d,不干扰该片部件44。由于凸部56的锥形部56b向下,为凸形状,并且臂62的台阶62a向下,所以头部64a配置在凹入到比子散热板40更靠下侧的位置,由此使热输送装置11轻薄化。
71.片部件44被固定在子散热板40的下表面。具体而言,片部件44中的凸缘部44a的上表面被固定在凸部56的周边部,片部件44中的锥形部44c的上表面被固定在凸部56中的锥形部56b,片部件44中的底部44b的边缘被固定在凸部56的底部56a。由于在凸部56的底部56a形成有片安装孔42,所以片部件44中的底部44b的中央部分没有固定在托架48而能够弹性变形。即,片部件44被安装在子散热板40以便封堵片安装孔42。片部件44和子散热板40的固定例如通过有导热性的粘合剂粘合。
72.片部件44比子散热板40薄,低刚性。片部件44与子散热板40分开制造,并能够以足够低的刚性制造,而不受子散热板40的材质、板厚等的影响。片部件44例如是0.1mm左右。子散热板40例如是0.2mm左右。
73.片部件44例如通过电热性的粘合剂固定于子散热板40。
74.片部件44例如是石墨片、铜箔以及铝箔等。石墨片的导热性良好,在芯片34的发热量较大的情况下,适合作为片部件44的材质。
75.在片部件44中的上表面在片安装孔42的开口部暴露的位置,其下表面与芯片34的表面热接触。片部件44和芯片34例如通过有导热性的粘合剂粘合。由此,芯片34产生的热经
由片部件44传递到子散热板40,通过子散热板40扩散以及散热。
76.这样,本实施方式所涉及的热输送装置11以及电子设备10具有良好的散热性。
77.由于片部件44与芯片34接触,所以优选热传递性高于不与芯片34直接接触的子散热板40。优选芯片34和片安装孔42的横方向的宽度w适度设定得较窄。通过使宽度w变窄,相应地,子散热板40的面积以及体积变大,能够确保热容量。另外,片安装孔42变小,子散热板40的形状稳定。而且,能够抑制片部件44的使用面积,在使用比较高价的石墨片的情况下,有成本减少效果。宽度w例如可以设为0.5~2mm左右,更优选设为1mm左右。
78.子散热板40比片部件44厚,且是高刚性,并具有较宽的面积,所以如果不经由片部件44而直接与芯片34抵接,则根据组装精度而会对该芯片34施加略大的外力。
79.与此相对,在本实施方式所涉及的热输送装置11以及电子设备10中,在子散热板40形成片安装孔42,被安装为封堵该片安装孔42的低刚性的片部件44与芯片34的表面抵接,所以由子散热板40引起的外力或振动被片部件44吸收,抑制施加到芯片34的力。因此,不会对芯片34给予应力,保护芯片34,例如焊球34ac、34bc等损伤的可能性(例如,由裂缝等引起的接触不良)消失。由于片部件44的下表面从芯片34受到向上的力,所以不容易相对于子散热板40脱落。但是,根据设计条件,也可以将片部件44固定于子散热板40的上侧。
80.由于片部件44是低刚性,所以能够在被片安装孔42包围的范围内适度地弹性变形。因此,即使子散热板40稍微倾斜,片部件44也弹性变形,以与芯片34的表面相配,两者面接触。由此,确保芯片34与片部件44的接触面积较宽,容易传递。
81.另外,在热输送装置11中,树脂弹性体50被片部件44和托架48弹性压缩并被夹持。由于片部件44为低刚性,能够弹性变形,所以从树脂弹性体50被向下方向按压而适度变形,与芯片34更可靠地紧贴。由此,芯片34片部件44的传热性进一步提高。由于托架48的臂62等间隔设置3个,所以能够平衡地按压底部56a以及树脂弹性体50。
82.然而,虽然pop结构的芯片34的下层子封装34a(参照图6)是发热量较大的cpu,但由于被上层子封装34b覆盖,所以单体的散热性较差。与此相对,在本实施方式所涉及的热输送装置11以及电子设备10中,通过主散热板38以及子散热板40实现良好的散热性,防止芯片34过度升温。即,对于安装于主基板20的发热体、即芯片34,能够从上表面侧和下表面侧受热以及散热,并能够防止芯片34过度升温。因此,能够作为芯片34而应用消耗电力较大的部件。
83.由于经由片部件44与芯片34热接触的部分、即凸部56成为向下的凸形状,所以避免与连接具52的干扰,并且容易使片部件44与芯片34接触。另外,虽然子散热板40的刚性高于片部件44的刚性,但锥形部56b基于其形状有些许的弹性,容易使片部件44与芯片34面接触,成为良好的热接触状态。
84.另一方面,主散热板38与主基板20的背面20b中的芯片34的里侧所对应的位置热接触,经由焊球34ac、主基板20以及传热板55接受芯片34的热,并散热。由于在芯片34的背面部设置有导热管53,并在其周围连接有比较厚的第一厚度部分54a,所以主散热板38的传热性较高。由于进一步在第一厚度部分54a的侧面连接有较宽的第二厚度部分54b,所以散热性较高。
85.如上述那样,在本实施方式所涉及的热输送装置以及电子设备10中,具备片部件44,该片部件具有导热性,并被安装于主散热板38以便封堵片安装孔42,该片部件44与芯片
34的表面热接触,具有良好的散热性。另外,由于片部件44的刚性低于主散热板38的刚性,所以不会对芯片34给予应力。
86.本发明并不限于上述的实施方式,当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内自由变更。
再多了解一些

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