專利名稱：散熱片的制作方法
技術領域：
本發明涉及采用足夠靠近待冷卻的裝置而表面安裝的散熱片對電子裝置的冷卻，具體地說，本發明涉及導熱板型的成形翅片狀或成形體狀的散熱片。
背景技術：
在電子設備中例如計算機的系統電路板、中央處理機、存儲器、控制器、功率放大器等都需要安裝散熱片，因為，通常所用的電子裝置在正常使用中會發熱，它們都具有最合適的工作溫度范圍，超出這個范圍，電子裝置的工作性能會由于熱的軟化或過載而受損害。因此，重要的是要在這類裝置上設置導熱件或使這些導熱件足夠靠近地與電子裝置相連接，以便從裝置中導出熱量并通過對流和輻射散逸到大氣中。
雖然單個的組件例如晶體管或隔離的小的整體芯片可以輻射正常工作過程中產生的熱量，但是據認為，隨著電子產品越來越復雜，而且還要求裝置的緊湊性(小的印刷電路板)，在電子產品中產生的熱的密度是很高的。這個問題將隨著電子產品的運行功率的增大而變得越來越尖銳。
在通常的應用中例如用于小型計算機的母板的組件，可具有大量的十分靠近支承銅連接件和釬焊焊劑的印刷電路板(PCB)而連接電子裝置，更復雜的電路板必須處理大量的熱負荷，并且電路板本身常常具有導熱器來排除裝置和連接電路所產生的熱。上述的電路板通常做成絕緣材料與金屬導體的層壓板，金屬棒或板穿過上述層壓板，以便從支承電子裝置的表面將熱量傳導至外表面，要使上述結構可通過電路板來散失熱量，以避免形成會導致電路板過載和可能損壞電子元件的熱點。工業上力圖避免用復雜的電路板結構，已有許多與這些電路板相連接的散熱裝置，以通過傳導、對流和輻射方式使熱量散逸到電路板之外。
散熱裝置可具有可插入基板(PCB)上的孔(插口安裝法)的焊接接頭，并采用“通過電路板連接”的焊接方法固定住。這種散熱裝置通常與待保護的電子裝置直接接觸，而散失從電子裝置及安裝其的板上導出的熱量。在另一些結構中，散熱裝置安裝在電子裝置的上方并局部地包圍著電子裝置，使得散熱裝置通過它與電路板的連接而導出熱量，并通過對流和輻射將熱量散逸到大氣中。在一些結構中，散熱裝置通過一種使用釬焊焊劑的導熱嵌條固定到電子裝置上。
關于散熱裝置和它們結構或印刷電路板等的更多信息可參看早先公開的專利如美國專利No.6085833、5779134、5771966、5396403、5339519、5311928、5172301、4403102和5930114，另外還有WO99/18762、WO97/43783、WO96/36994、WO96/36995和EP026 931，上述專利均納入本文作為參考。
散熱裝置(通稱為“散熱片”)是由金屬如鋁、銅或具有良好導熱性能的合金如銅-鎢合金制成的無源裝置。
上述的散熱片和要保護的電子裝置一樣通常用含有鉛-錫合金的釬焊焊劑來焊接。
雖然鋁是制造散熱片的好材料(例如它比銅或銅合金輕且便宜)，但由于其出現氧化層而不容易焊接。因此，鋁板散熱片通常具有用于將其置入基板上的插口內的可焊的非鋁質插頭。
為力求更緊湊的電子組裝，發展出表面安裝法，美國專利No.5779134公開過一種將表面安裝技術用于散熱片的方法。
當前適合于表面安裝的散熱片通常由涂上可焊合金即含錫合金的銅板制成，上述含錫合金可提供與通用的Pb/Sn基焊接化合物和焊劑的相容性。
雖然上述的表面安裝的散熱片目前在商業上是成功的，但是，當評價尺寸相當的由經過發黑處理的鋁或鋁合金制成的散熱片時，其成本較高且散熱性能較差，這就要求尋找一種替代的散熱片。
美國專利5930114公開了一種具有可焊材料(例如銅)的安裝連接件的散熱片組件和一種具有伸長段的散熱片，上述的伸長段通過一種僅提供兩零件之間有限的熱接觸的鎖緊機構固定到上述的安裝連接件上。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠使用普通焊接材料將其表面安裝在一種基板上的替換的散熱片。
為達到上述目的，用導熱金屬板(具體說是鋁或其合金板)制成散熱片體，該散熱片體被做成帶有散熱翅片和表面安裝座，并且，為每個安裝座設置至少一個導熱的可焊件。為獲得上述的形狀和通過機械固定法將每個導熱可焊件連接到相應的安裝座上的方法步驟的順序可根據所選用的機械固定方法來改變。合適的散熱片體也可通過擠壓法成形。
合適的機械固定法包括一種可通過對安裝座表面的部分剪切或半沖孔以形成一種插銷或類似的鍵固定結構并在至少一個導熱可焊件上做出一個相應的插口或者說鍵槽而實施壓配合的方法。將安裝座置于可焊件處，使其相應部分相配合，并形成上述的插銷與插口之間的壓配合。通過例如擠壓壓合使上述的壓配合足夠牢固地用于散熱片的表面安裝。在上述情況下，最常見的是，在材料成形為所需的散熱片形狀之前通過擠壓壓合而實現可焊件與安裝座的連接。
另一種將待固定的兩相應表面機械固定在一起的合適方法是鉚接法尤其是“自鉚接”技術，其特征是，在上述表面之一上的預定部位上用沖頭之類的工具使一個表面部分移位，該移位的部分伸入一個在要與上述的一個表面相連接的相應表面上獨立形成的相應凹坑或孔內。
因此，按照本發明的一個方面，散熱片組件主要由鋁板制成，該組件是屬于適合于連接到印刷電路板上以避免或減輕其熱過載的那種類型。上述的改進歸功于連接到散熱片組件上以便通過焊接法形成一種提供將散熱片組件表面安裝到印刷電路板上的裝置的用機械方法連到散熱片的導熱的可焊件。
上述的散熱片可以表面安裝在一個預備好的合適基板例如印刷電路板上，而不是安裝在電子裝置上，通過一個導熱底座(通常是鋪在基板上的銅墊片)將熱量傳導給散熱片。
因此，按照本發明的一個方面，提供了一種采用公知的擠壓法由導熱的金屬薄板或者說板材制成的散熱片體，該散熱片體具有散熱翅片以及適宜地排列的肢件為在預定的用途中對散熱片體提供支承。上述的肢件具有用于表面安裝的安裝座，上述的導熱可焊件便安裝和用機械方法固定在上述安裝座上，以便與安裝座相連接并足夠寬地橫越安裝座而提供一種通過焊接技術對散熱片體進行表面安裝的方法。
散熱片體優選地通過對金屬板進行折迭、彎曲等工序來成形，有時還要進行切割和/或沖孔。具體地說，可通過對金屬板進行沖壓或其他經受部分剪切或半沖孔的方法而從金屬板的平面上顯出多個凸部而將金屬板上的要成為散熱片體的安裝座的部分合適地制成可用于承接可焊件。
散熱片體的形狀可以較簡單，包含有多個方向交替的大致平行的彎折而形成一種有槽的薄板，該薄板上交錯排列的彎折成為可用于表面安裝的潛在安裝座表面，從該安裝座表面傾斜地伸出散熱翅片。在使用中，安裝座表面將來自基板上表面安裝處的熱量通過可焊件傳導至散熱片體然后散逸出去。
一般而言，上述散熱片體適合于圍繞一個要設置待保護以免過載的電子裝置的預定表面區容納其安裝件。該安裝件使散熱片與電子裝置并置，以便可通過散熱片體散失電子裝置發出的熱量。一種合適的散熱片體的形狀帶有從安裝散熱片的表面豎立的支腿狀或壁狀的支承機構，上述的支腿或壁相隔足夠距離以便跨越在電子裝置上，并通過散熱片體的一個通常也起到散熱表面作用的橋接部分例如平坦的翅片件加以連接。顯然，在使用中，通過散熱片的熱傳導，再加上空氣中的對流以及從散熱片表面的輻射可有效地從電子裝置散失熱量。
按照上述散熱片的一個實施例，散熱片體由金屬板通過成形或擠壓法制成具有位于大致平行的平面上的散熱翅片，并具有從上述平面伸出的支承件以形成遠離上述翅片之主表面區的表面安裝座，表面安裝的導熱可焊件與上述安裝座對準，并且用機械方法連接在一起。
制造散熱片的優選材料是鋁，因為鋁具有一定的強度和延性，且容易成形，具有所需的固有熱特性，資源比其他可用金屬豐富因而較便宜，而且其熱特性可通過陽極化處理上色或涂漆而得到提高。因此，散熱表面可以通過上色例如發黑處理而成為高性能的傳熱表面。
鋁的上述性質是廣泛認可的，但鋁具有不好焊接的缺點。本發明通過將一種導熱可焊件固定在鋁散熱片體的安裝座上而克服了上述缺點。
在一種導熱的支承件上涂上一層與釬焊焊劑相容的涂層而制成上述的可焊件。該導熱可焊件可以是薄板狀的，它與必須與之機械固定的安裝座表面足夠地吻合。可焊件最好含有一種噴鍍有可焊金屬例如錫或其合金以便與工業上通用的釬焊焊劑相容的輕金屬支板。可焊件可在涂敷相容的釬焊焊劑之前或之后通過例如鏜孔、切割或沖出合適插口而制成可與本發明散熱片體的準備好的安裝座進行所需的壓配合。
上述可焊件的用于在理想的鋁散熱片體與基板之間形成可焊的熱連接的形狀要與散熱片體的支承件的安裝座足夠地吻合以進行滿意的表面安裝，為了有利于或者說加強散熱片體支承件與可焊件的連接表面的機械連接，可焊件上可做出接片或者說設有豎起的部分，以將上述接片或者說豎起的部分疊置在支承件的表面上并采用鉚釘或其他穿透表面的緊固件加以固定。
按照本發明的另一方面，解決了采用釬焊焊劑的表面安裝技術將鋁散熱片體與基板例如印刷電路板(PCB)相連接的問題，方法是，通過在表面安裝散熱片的基板上的導熱區的預定部分上焊接至少一個可焊件而制備成可承接上述散熱片體的基板，上述的可焊件適合于承接散熱片體并可通過機械固定法將其固定在所需位置上。
相應的可焊件可設置在支承件的表面上，并采用鉚釘或其他穿過表面的緊固件使二者之間固定。
按照本發明的再一方面，用于將散熱片與印刷電路板上合適地準備的表面相連接的表面安裝結構具有一種由富有彈性的導熱材料制成的固定夾，而形成相對面和共用的基底，該基底具有可焊的表面，上述的相對面之一彈性地偏壓向另一個相對面，但可充分地彎曲以使散熱片體的一部分插入相對面之間。上述的被偏壓的表面上做出一個適合于與散熱片體的上述部分上的相應槽孔相配合的掣子。在這種表面安裝結構中，上述固定夾提供一個可焊件。在使用時，使固定夾合適地取向而使其基底置于印刷電路板的表面上以便焊接，使固定夾固定在大致為直立的位置，進而迫使合適的散熱片體的一部分精確地進入固定夾，并通過上述掣子與設置在散熱片體的相關部分上的槽孔的互相配合而定位固定。上述固定夾的彈性足以保持上述的互相配合的關系，直到將散熱片體故意地強制拉出為止。這一特征有利于將散熱片裝配在合適地制備的印刷電路板上，并可在必要時將散熱片拆去。
要固定在可焊件上的散熱片體具有懸垂的支承件，該支承件具有至少一條刃邊或一個表面與可焊件相接觸，以在散熱片組件成品中形成導熱通路。
從下面結合附圖考慮的詳細說明中，人們將更加明白本發明的其他目的和特征。但是，應當明白，所述的附圖僅僅是為了說明，而不是對本發明的限制，對本發明的限定應當是所附權利要求書。還應當明白，所述的附圖未必按比例畫出，而且，除非另有說明，這些附圖僅僅意為所描述的結構和程序的概念性說明。
圖1a是適合于表面安裝的散熱片的透視圖；圖1b是圖1所示的散熱片的一部分的局部剖視圖，示意說明在裝配時用于實施相互機械配合的結構件；圖2簡單示出用于將零部件固定到預備好的表面上的典型的“回流釬焊”工藝的三個工序；圖3示出適用于散熱片的表面安裝結構(未示出全貌)；
圖4示出另一種用于散熱片體的元件的表面安裝結構(未示出全貌)；圖5示出又一種用于散熱片的刃邊安裝件的表面安裝結構(未示出全貌)；圖6示出另一種采用彈性固定夾的表面安裝結構；和圖7示出表面安裝在有釬焊焊劑的墊片上的適當位置上的散熱片體。
具體實施例方式
圖1示出按照本發明的一個方面的表面安裝式散熱片組件。將一種陽極化發黑處理過的鋁板制成一種具有可自由延伸的散熱翅片2的有翅散熱片1，上述的散熱翅片2位于在使用時安裝在待保護以免過熱的電子裝置(未示出)上方的平坦部分3之兩側。上述散熱片1具有位于其底部的表面安裝座4，該安裝座4可采用本技領域內公知的焊接技術例如回流釬焊法通過一種導熱可焊件5焊接到基板上。上述的可焊件5與上述安裝座4相連接并伸過其表面，而且通過一種機械固定法固定之(見圖1b)。所述的機械固定法就是通過對安裝座4局部地剪切或半沖孔而沖出一個作為可插入在上述可焊件5上形成的相應插口7內的插銷6的凸部(圖1b)。通過將可焊件5在安裝座4上的擠壓壓合可加強插口7與插銷6的壓配合。顯然，上述的擠壓操作最好在薄板制成圖1所示的散熱片體的所需有翅形狀之前進行。
上述散熱片由一種陽極化發黑處理過的鋁板來制造，在鋁板上預先確定所需折迭線的位置以及局部剪切或半沖孔點的位置。所需的局部剪切步驟按公知的薄板使用程序進行，以便在安裝座位置的區域內形成用于可焊件5所需的插銷6。
在其他的實施例(未示出)中，將鋁板擠壓成所需的形狀。鋁板也可進行著色、染色或其他處理例如上漆，以形成或改善所需的表面性質。同理，可以采用任何所需的顏色以達到所選擇的效果，使得在一些用途中可選用白色。
將合適地制備的具有基本平坦的矩形形狀并在其表面上具有用于承接插銷6的插口7的可焊件5送到預定的工位上，加壓定位，并將它擠壓固定到安裝座4上。
在應用圖1所示的實施例的過程中，要使散熱片的取向露出安裝座以進行表面安裝，并且置于待保護以免過熱的電子裝置之任一面上，這就使平坦部分的表面3置于上述電子裝置(未示出)之上方。
正如本技術領域內公知的那樣，散熱片是按綜合方式散失熱量的，所述的散熱方式包括通過與熱表面的接觸[例如在具有相應基板區域(圖1中未示出)的表面安裝構件中安裝座4與可焊件5之間的接觸]而進行熱傳導，通過周圍空氣流進行的對流傳熱，以及從散熱片體的輻射傳熱。
因此，在通常的應用中，散熱片是表面安裝在一種基板(例如印刷電路板)上，該基板是按掩蔽技術制備的，以便在預定的位置上形成承接電子裝置的表面區。在鄰近上述位置處，將釬焊焊劑涂在導熱面(例如銅墊片)上，使散熱片正確地取向，并座落在釬焊焊劑上，而形成可與其焊接的可焊件。如圖2所示，采用公知的釬焊回流法可將散熱片表面安裝到基板的適當位置上。
在該方法中，將焊料網板印刷到印刷電路板(PCB)的選定的銅墊片上。在本發明的散熱片正確定位后，對組件加熱，從而使焊料熔化(回流)，并與可焊件5相熔接，冷卻時，上述可焊件5便把散熱片固定就位。上述工作是在一種烘爐(例如紅外線烘爐)內進行的。
其他的焊接技術例如波導焊接法在現有技術中是公知的，但目前來說，上述的回流法是最佳的。
另外，在按照本發明的改型中，可以通過改變可焊件5的結構而獲得其他的散熱片組件。
圖3示出適用于其他散熱片的結構，其中示出一種帶翅散熱片的安裝壁31和冷卻翅片32，通過穿過表面的緊固件(此處示出為鉚釘33)將L形可焊件35與上述安裝壁31相連接。上述可焊件35由輕質導熱材料制成，它具有一層涂在要焊接到基板上的表面34的錫或錫合金涂層，而散熱片則由陽極化上色的鋁板制成。上述的鉚接技術產生一種高強度的可靠的強制機械連接，并使L形可焊件35與散熱片壁31之間具有良好的熱接觸，而不會損害通過在印刷電路板上的釬焊焊劑墊片上的正確定位和前面所述的回流釬焊法而獲得的表面安裝性能。
圖4示出一種類似的結構，但其散熱片體的類型不同，它是一種簡單的具有下表面區的底邊44的單一冷卻片41，但通過可焊件45的疊置直立肢件與冷卻片的側壁區之間的接觸而且該接觸由表面穿透緊固件(鉚釘48)來保持固定而保持其導熱性能。
圖5示出一種類似的具有安裝可焊件55的邊54的散熱片翅片壁51，上述的可焊件55用一種表面穿透緊固件(此處為鉚釘58)固定到上述壁上，這種結構適用于非常重要的空間內。
圖6示出用于散熱片的翅片61的表面安裝結構，其中，上述翅片61制備成通過孔67進行安裝，其具有接收焊料基底65的固定夾64通過焊接而表面安裝在基板上，隨后將散熱片精確地推入座落位置上，并由掣子68固定，所述的掣子68伸入孔67內而形成簡單的但是有效的機械固定。
在本發明的另一個改型中，印刷電路板基板按照與待保護以免過熱的會發熱的電子裝置的工作關系為表面安裝散熱片作好充分準備，也就是安置好帶有直立肢件的可焊件(尤其是L形或大致為V形或U形的可焊件)，該可焊件置于帶有釬焊焊劑的并可用回流釬焊法將其固定的基板表面上的導熱可焊支座上，然后使散熱片正確地定向、安置并用機械方法表面安裝在適當位置上，而不用再行焊接。
在使用中，本發明的散熱片通常像圖7所示那樣安裝。如圖所示，在折迭的和帶槽的散熱片體71表面安裝在銅座墊79上位于電子裝置70的上方，圖中未示出安裝用的可焊件和釬焊焊劑，但它們位于將散熱片71表面安裝在座墊79上的表面74的下面。
本發明適用于電子技術行業，按照對電子裝置和組件的功能近似性，在進行表面安裝散熱片時無需采用較為昂貴的由帶涂層的金屬和合金制成的冷卻零件。上述的對散熱片的改進使電路板設計中所需的費用較少。另外，在散熱片由涂錫的銅板或其合金板制成的情況下，除了其成本比鋁板散熱片高以外，還存在一些局限性，涂錫的銅板具有較低的輻射率，而且不能進行上色處理來改善其性能。
主要由鋁板制成的散熱片組件的重量比帶涂層的銅片或銅合金片要輕，這在通常使用依靠裝置的操作者的吸氣機構上的“拾取與放置”裝置進行工作的通用自動裝配工藝過程是有好處的。
經過發黑處理的鋁板具有比反射表面高的吸熱性能，這在用于實施回流釬焊技術的紅外線烘爐中尤其有用。
上述的鋁散熱片可很容易通過所述的裝配方法而再利用，因此，十分相似于在表面安裝過程中常用釬焊的帶錫涂層的銅板散熱片。
因此，雖然上面已示出、說明和指出本發明應用于其優選實施例的新的基本特征，但是，應當明白，熟悉本技術的人們可以在不違背本發明的精神的情況下對所示裝置的形式和細節以及它們的操作進行各式各樣的省略、替換和改變，例如，我們的意圖顯然是，那些按大致相同的方法履行大致相同的功能以獲得相同效果的部件和/或方法步驟的所有組合都應包括在本發明的范圍內。而且應當認識到，結合本發明的任何公開的形式或實施例的所示和/或說明的結構和/或部件和/或方法步驟可以與作為結構選擇通例的任何其他公開的或說明的或建議的形式或實施例相結合。因此，我們的意圖是，本發明僅限于由所附權利要求的范圍所規定的內容。
權利要求
1.一種用于表面安裝到電路板上的組合式散熱片裝置，該裝置具有一個主要由鋁板制成的散熱片體，該散熱片體具有至少一個帶有大致平坦的表面的安裝座；和一個用機械方法固定到每個上述的安裝座上的導熱的可焊件，每個上述的可焊件具有一個與上述的散熱片體的至少一個平坦表面相連接的第一平坦表面和一個與之相對的用于焊到上述電路板上的第二平坦表面。
2.根據權利要求1的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的散熱片體具有兩個上述的安裝座，上述的兩個大致平坦的表面是共面的。
3.根據權利要求2的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的散熱片體具有一個從每個上述的安裝座豎立的散熱翅片，和一個在上述翅片之間從上述安裝座豎立的彎曲部分。
4.根據權利要求3的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的彎曲部分具有一個平行于上述安裝座的平坦段，該平坦段可安排在上述電路板上的電子裝置的上方。
5.根據權利要求1的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的散熱片體是由鋁板制成的。
6.根據權利要求5的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的散熱片體是由陽極化的鋁板制成的。
7.根據權利要求6的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的陽極化鋁板經過發黑處理。
8.根據權利要求1的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的散熱片體是擠壓成形的。
9.根據權利要求1的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的可焊件用機械方法固定到上述安裝座上，固定方法包括在上述安裝座上做出至少一個凸部，在每個上述可焊件上做出至少一個插口，然后按壓配合方式將每個上述的凸部插入相應的至少一個插口內。
10.根據權利要求9的組合式散熱片裝置，其特征在于，上述的可焊件被擠壓壓合到上述安裝座上。
全文摘要
一種組合式散熱片組件包括一個由鋁板制成的散熱片體(2，3)，該散熱片體(2，3)具有一對共面的表面(4)，上述組件還具有一個用機械方法固定在共面的每個表面(4)上的例如銅板制成的導熱可焊件(5)。每個可焊件(5)具有一個與上述的共面的表面之一相連接的第一表面和一個焊接到印刷電路板上的第二表面。
文檔編號H01L23/367GK1516996SQ02806690
公開日2004年7月28日 申請日期2002年3月14日 優先權日2001年3月16日
發明者弗朗西斯·E·費希爾, 弗朗西斯 E 費希爾, 鮑爾斯, 拉塞爾·鮑爾斯 申請人:阿維德塞馬洛伊有限責任公司