[發(fā)明專利]一種發(fā)熱電子器件與散熱器件的緊固方法

有效

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• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102869239A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 周斌欣
• 申請（專利權）人: 揚州中凌自動化技術有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;F16B39/22
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發(fā)明涉及電子器件的生產工藝，特別是需要通過散熱器件將發(fā)熱電子器件進行即時散熱的器件生產工藝技術領域。

背景技術

在現(xiàn)代的電子技術高速發(fā)展中，單個電子芯片或元器件的工作頻率越來越高，而電子產品的外圍尺寸卻越來越小，這導致工作時的發(fā)熱問題越來越成為一個技術難點。如為了保持PC主板上的主CPU正常工作，需要為其量身定制一個帶風扇的散熱器，并牢牢地用螺絲緊固散熱器于CPU上方的扁平面；有的甚至要用小型泵和液冷的方式將熱傳到易安放的銅管處，最后由風扇將熱排出PC外。對于變頻器或數(shù)字化的電源應用，大量的功率電子如MOSFET或IGBT器件的場合因這些功率電子非理想化開關的原因在正常工作時在其體內產生大量的熱，需要一定的途徑被散出體外，并最終散到變頻器或電源的外界工作環(huán)境中。在絕大多數(shù)的情況下，會有散熱器界于功率電子和外界工作環(huán)境之間來緩沖功率電子本身發(fā)熱時因其熱容量過小而導致其內部結溫升過快的問題，同時向外部環(huán)境傳導或散出熱量，使功率電子的直接外部環(huán)境溫度由緩慢變化的散熱器溫度定義。但要確實保證功率電子的直接外部溫度可由散熱器溫度來定義，除需要使用高導熱率的材料來傳導熱和增加散熱接觸面積外，保證功率電子和散熱器接觸面之間有一定的壓力也是必須的。否則，一般情況下空氣會填充接觸面表面因制造公差原因而出現(xiàn)的不可避免的微型空洞，而空氣的導熱能力很差，這會導致散熱器溫度和功率電子表面之間的溫差很大，嚴重時導致功率電子過熱死。

現(xiàn)有的保證接觸面間的壓力的常規(guī)手段是用螺絲緊固件在散熱面的垂直方向上直接緊固施加壓力來夾緊發(fā)熱電子器件的發(fā)熱面和散熱器的接觸面，或者通過彈簧片或彈簧夾來給出壓力。然而，沿垂直方向緊固螺絲或螺栓的辦法需要滿足因裝配過程而產生的空間需求，譬如普通螺絲刀的進刀空間。如圖1所示，電子器件3為TO220封裝時，其封裝厚度只有1厘米左右，當兩個這樣的器件需要距離很近安放時，如何擰緊螺絲6是個問題，當其他器件7因電氣要求必須安放圖示位置時，更進一步要求器件3左移壓縮兩個TO220封裝間的距離，加劇擰螺絲的困難。對于表面貼的器件，為配合緊固其到散熱器上的要求往往需在電路板上開孔導致電路板的可使用面積的減少，并且常規(guī)手段最終還是轉化為垂直螺絲緊固方式來夾緊電路板的傳熱面和散熱器的散熱面。

如圖2所示，采用彈簧夾9的固定手段，缺點一是為實現(xiàn)彈性形變產生壓力其本身必須占據一定的體積，而這個體積占用的空間不小；二是在要求高可靠性和長壽命的應用中，對金屬疲勞度及耐腐蝕的考慮，對彈片在所有誤差范圍內工作形變中保證最小工作壓力的設計考慮，和裝配中放置彈簧片的方便操作性的考慮，導致對彈簧夾的設計和制造要求比較高，成本較高。

對于緊固方向和散熱面平行的常規(guī)做法，如圖2所示，使用楔形零件10進行固定的方式。然而對于長期有振動的應用中，如何保證這種楔形零件10自保持在緊固位置就頗為困難；對于使用中經常面臨著熱脹冷縮的工作環(huán)境的應用，如何選取這種楔形零件的材料使得它和被緊固件之間有較一致的熱膨脹系數(shù)也是很困難的。如圖2中的楔形體即使是用可形變的工程塑料也很難保證使用中不松脫。所以當要求高可靠性地使緊固零件自保持在緊固位置時，一些創(chuàng)造性的思路突破就不可避免。

綜上所述，如何在給定的空間里在高可靠性地滿足基本的散熱需求時，既能不影響裝配過程的方便操作性，又能低成本地高可靠性地實現(xiàn)電子產品功率密度最大化（從機械空間和熱設計角度），是個電力電子領域里非常有價值和具有挑戰(zhàn)性的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是提出一種方便安裝、連接可靠的發(fā)熱電子器件與散熱器件的緊固方法。

本發(fā)明技術方案是：使用填充物配合螺紋零件在螺紋零件的緊固方向上的行進，使得所述填充物在螺紋零件到達預定的安裝位置時產生形變，并對發(fā)熱電子器件和螺紋零件形成與螺紋零件的行進方向垂直的將發(fā)熱電子器件擠壓到散熱器件上的分力。

本發(fā)明使用可拆除零件上的螺紋和散熱器件上的螺孔或在整個裝配體中與散熱器件有固定連接關系的機械連體上的螺孔相配合的方式使得螺紋零件自行保持在需要的安裝固定位置，并在該位置對發(fā)熱器件的發(fā)熱面形成長期可靠的擠壓力，以使發(fā)熱電子器件與散熱器件保持穩(wěn)定、全面的貼合，達到通過面與面的熱傳導效果，以解決發(fā)熱電子器體及時散熱的問題。