CZ9703244A3

CZ9703244A3 - Zařízení pro upevnění tepelné jímky

Info

Publication number: CZ9703244A3
Application number: CZ19973244A
Authority: CZ
Inventors: Stephen John Kosteva; Bahgat Ghaleb Sammakia
Original assignee: International Business Machines Corporation
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2002-03-13
Also published as: US5870285A; PL183696B1; RU2190898C2; PL322814A1; HUP9701129A3; HU221213B1; HUP9701129A2; HU9701129D0; CZ290327B6

Description

2AJtl2BNI PfTO UPÍVBENI TEPELME JINKY

Oblast tťchniky

Vynalez ae týká zařízení pro upevnění tepelně jínRy vzhledea R povrchu elektronického přístroje na substrátu za ucelen uaozneni přestupu tepla z. elektronického príst_roje do tepelné jísky.

Ďosavadní stav techniky

Jtůzne součásti v oblasti sestav Mikroelektronických noduiů se stále zsensují, ale současné zůstávají nebo se zvětšují prablány tykající se odvodu tepla, velikost cniadicú potřebných pro chlazeni součástek v současná* ikroeiektronlcká* prů*yslu v porovnání s velikostní součástek způsobuje jejich složitější odstraňování běhe* přepracování aodulu.

vzrůst hustoty obvodů obsahuJÍcích součástky o stále nenáí velikosti vytváří na poli aikroaleKtroniky potřebu stále více vstupních>výstupních linek, přiceez tyto veecbny vytvářejí neustále vzrůstající probieny s odvode* tepla, v případe, že by náklady nebyly důiežltýn ciniteiea, bylo by nožné tyto probleny vyřešit snadněji, avšak snížení nákladů na nontáž je stejně důležitá.

patent spojených států c a as? asi <Eari a kol.> popisuje konektor pro připojení chladiče k desce obvodu dvojicí pružinou vykloněných raněn na výběžcích pro rozšíření raněn za ucelen zapojení protější strany otvorů do desky obvodu.

se stlačuje prl průchodu otvore* v desce obvodu a rozšiřuje se na opačná straně, aby držel elektronickou soustavu *ezl chladíce* a deskou s obvode*.

Patent Spojených států c. 9 304 730 (Earl a kol.) popi suje chladíc pro připojení k sítovesu poli kolíků ponoci svorek, která Jsou stlačovány za ucelen spojení s drážka*1 podál opačných s tran.

r r

-2t r

Patent spojených «tátu c. 9 040 096 (Ohurcnm a koi.> popisuje evorKU pro držení chladíce naproti polovodiči vyčníváním nad obloukovou cáat.

Patent spojených států c, a 9®3 746 tklngy popisuje svorku se treai rameny dosedající ítérbina»! do chladíce pro jeho připojení R polovodiči.

patent spojených států c- a 679 116 (Johnaon a kol. y popisuje teplovodlvé víko, které nese sestavu cípu spojenou s vícekoiíkovým a zásuvkovým pole·.

Patent spojených stáů c- 9 044 942 (Hccarthyi popisuje chladič, který je připevněn na zařízení tuhého ekupenetví, aby udržel teplotní podmínky, s knoflíky vyenívajícísi deskou obvoduPatentové přihláška U.K. c· 2 19« «6β <Hoore> popisuje sestavu obsahující polovodičové zařízení na plosině, Která je v tepelném kontaktu s chladičem pomocí podpůrného knoxlíku.

Hlavním úkolem tohoto vynálezu je zajistit zařízení pro přidržování chladiče vzhledem k elektronlckéau zařízení.

Je také zajistit pod/unkčně účinné, zatiaco je

Důležitým úkoles tohoto vynálezu Které je púrné zařízení chladiče, přizpůsobícelné levnéJsi Jiný důležitý úkol chladiče, která výrobě

V I* je zajistit podporu tepelje přizpůsobíCelná k řízení hmotnosti aplikované na elektronickou součástku.

vynálezu ného

Podstata vynálezu vynalez vytváří zařízení pro upevnění tepelné jíaky vzhledem κ povrchu elektronického přístroje na substrátu za účelem umožnění přestupu tepla z elektronického přístroje do tepelné jímky. Podstata vynálezu spočívá v to«, že obsahuje alespoň dva pružná zadržovací tálesa, připevněná k povrchu substrátu v předem určená· úhlu a každé pružné zadržovací téleao má dva konce, přičemž jeden z konců je přizpůsoben k to mu, aby byl oáecranit*in« připevněn R po vřenu eubatratu e druhý z konců aá prostředRy pro třecí zachycení a podepření tepelné jíaxy, taRŽe tepelná jísRa je podepřena v těsné poloze přestupu tepla vznlede* R elektronickému přístroji.

Podle jednoho výhodného provedení předloženého vynálezu prostředky pro třecí zachycení obsahují západRové prostředky.

Podle delšího výhodného provedení předloženého vynalezu pružná zadržovací télesa Jsou vytvořena z předest určeného plastového Materiálu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu pružná zadržovací tělesa Jsou vytvořena z plastového Materiálu a tento plastový Materiál obsahuje kovové částečky, aby uaožnil připojení pájenía.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu Jsou pružná zadržovací tělesa vytvořena z kovového Materiálu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu počet pružných zadržovacích těles je čtyři a jsou uaístěna Bounérné v obdélníkové* uspořádání na povrchu substrátu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu zařízení obsahuje čtyři odníaatelně připevněná pružná zadržovací tělesa, z nichž Raždé je připojeno Re členu* upevněný* R povrchu substrátu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu odnísatelně připevněná pružná zadržovací tělesa obsahují obdémÍRový člen připevněný R povrchu sut»střetur r r

-3ΛPodle dalšího výhodného provedení předloženého vynalezu povrch elektronického pří stroje opeanuje materiál roznreni aezi sebou a tepelnou jÍmRou pro napoxáhání přenosu tepla.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynalezu •aterlal rozhraní Je tuk.

podle dalšího výhodného provedení předloženého vynalezu elektronicky príetroj obsahuje Modul s nejsene Jedni* cípe*.

Podle dalšího výhodného provedeni predlozeneho vynalezu tepelná jímka *á nejmené dva otvory umístěné tak, aby třecí* způsobe* zadržovaly pružné zadržovací telesa.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynalezu pružné zadržovací tělesa Jsou vytvořena z přede* určeného plastového *aterialu a druhý z konců má roháčkově prostředRy.

♦

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu pružná zadržovací tělesa Jsou připojena Ke členu* připevněný* R povrchu substrátu a Jsou vytvořena z Kovového materiálu, aby bylo umožněno připojení pájením Re členům připevněným R povrchu substrátů.

výše uvedené, jiné a další uRoiy, význaRy a výhody předloženého vynálezu jsou zřejmé z násiedujícího

r r

r rC rC rr í r f f f r r é r e <· c r r r e r *· c C f c r c r- r * r r <

podrobného popisu, avšak vynález není omezen na podrobnosti popisu. Spíše se rozumí, že v tomto vynálezu jsou obsaženy všechny změny a úpravy, které spadají do rozsahu a duchu připojených nároků.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 současně upřednostňovaná forma vynálezu, která obsahuje znaky jako pomůcky popisu, obr. 2 znázornění jedné formy vazební tyče se západkami podle vynálezu, obr. 3 modifikace vazební tyče se západkami jako pomůcky k dalšímu popisu, obr. 4 znázornění jedné modifikace sestavy vazební tyče se západkami vynálezu, obr. 5 modifikace tohoto vynálezu znázorňující použití sestavy s více tyčemi, obr. 6 znázornění další modifikace, na kterou lze vynález přizpůsobit, obr, 7 další modifikace, na kterou je tento vynález přizpůsobitelný, c ť Γ f r rf f Γ f r r r r ' c t <· t f r r «· r < <

r c r ' ^r r í / r r ; f r

Γ r e r t· r o f r r c r r r r r ještě další modifikace, na kterou je tento vynález přizpůsobitelný.

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku 1 jsou dále označeny vazební tyče 10 se západkami vztažnými čísly 11 a 12. Skutečná struktura tyčí bude podrobněji popsána později níže, významný znak, který je nutno zde zmínit je, že vazební tyče 11 a 12 se západkami nevyžadují v substrátu 13 díry nebo jiné otvory.

Podle vynálezu je počet tyčí se západkami a jejich umístění určeno takovými faktory jako je například velikost, hmotnost, nebo tepelná vodivost tepelného chladiče.

Zde, pro účely tohoto popisu, znamená pojem substrát člen, který podepírá součástku 14, na které je namontováno zařízení 15, které generuje teplo, které má být odvedeno pryč a do okolí. Chladič 16 má díry 17 umístěné tak, aby vyhověly a přijaly oddělené vazební tyče 11 a 12.

Uspořádání znázorněné na obrázku 1 nevyžaduje otvory v substrátu 13,. Vazební tyče 11 a 12 mohou být připevněny k substrátu 13 buďto přímo nebo pomocí mezilehlého rámu nebo členu lepidlem, šrouby (zespodu jak je vidět v tomto pohledu), nebo mohou být pokoveny a připojeny pájením, přivařením, apod.

Dále vazební tyče nemusí být žádného konkrétního tvaru, t rrr r e trfc· konstrukce nebo uspořádání. Musí však být připojeny pevným a vhodným způsobem, jak je popsáno výše, k substrátu do pozice, kde budou vyhovovat dírám a budou přijaty dírami nebo jinými vhodnými otvory v chladiči.

vazebních tyčí,

Podle důležité stránky vynálezu, je s použitím ( jako napřiklaď\ tyčí 11 a 12 chladič 16 podepřen ve více ovladatelné poloze vzhledem k součástce 14 a zařízení 15.

Tento znak může být důležitý, protože existuje mnoho součástek, které mají jemné elektrické vedení a jiné citlivé obvodové prvky, které mohou utrpět poškození v případě, že jsou zatíženy příliš velkým tlakem.

S použitím vazebních tyčí podle vynálezu je chladič podepřen předem určenou, požadovanou silou, na zařízení, na které je tlačeno. Může být tudíž užitečné podrobněji popsat konfiguraci a uspořádání vazebních tyčí.

Za prvé konfigurace vazebních tyčí: S odkazem na obrázek 2 je vazební tyč 20 pevně připojena ke členům 21 a 22 prostírající se do relativně krátké vzdálenosti pod úhlem, který je obvykle 90 stupňů. Vzdálenost, do které s rozprostírají tyto Členy, závisí na takových činitelích, jako je velikost síly, která bude zapotřebí ke vzájemnému ohnutí tyčí k sobě za účelem připojení nebo uvolnění tepelného chladiče. Pružnost tyčí bude podrobněji popsána níže.

Tyč 20 je pětistranná, aby poskytla rovný povrch 23 v obecném směru k bodu 24 průsečíku mezi Členy 21 a 22. Jedná se právě o povrch 23, který má předem určený počet západek řtf f a rozestup mezi sousedními západkami se může shodovat s hustotou základny chladiče s otvory 17 obrázek 1, uspořádanými tak, aby přijaly tuto tyč.

Členy 21 a 22 jsou použity podle vynálezu za účelem připojení tyče 20 do správné pozice na substrát 13, obrázek 1, aby podpíraly tepelný chladič 16 ovladatelnějším způsobem na součástce a proti součástce 14 a na zařízení a proti zařízení 15. Tlak mezi tepelným chladičem 16 a zařízením 15 je jedním z několika činitelů, který určuje účinnost přenosu tepla.

Již existuje několik účinných rozhraňovacich materiálů, které lze v případě potřeby použít mezi zařízením 15 a tepelným chladičem 16. Tyto materiály jsou komerčně k dispozici jako mazací tuky, nízko modulové epoxidy, elastomerické podložky, atd. a jsou známé tím, že zvětšují teplotní vodivost mezi stýkajícími se členy.

Ξ odkazem na obrázek 3 je vazební tyč 30 čtyřstranná nebo čtvercová a je pevně připojena k průsečíku dvou členů 31 a 32.· Množství západek 33 je uspořádáno na jednom z rovných povrchů čtyřstranné tyče 30 a na tomto pohledu je konfigurace západek jiná, než na pohledu na obrázku 2 kvůli znázornění toho, že v tomto vynálezu jsou různá uspořádání.

Jako další příklad znázorňuje obrázek 4 ještě další variaci konfigurace vazební tyče podle vynálezu. Zde je vazební tyč 40 ukázána jako kruhová, nebo oblá a tato tyč je pevně připojena ke dvěma členům 41 a 42, jak je zde výše r <· r e popsáno.

Vazební tyč 40 je tvořena několika západkami 43, které se rozprostírají okolo tyče ale fungují způsobem podobným těm, které byly popsány výše. Počet a rozestup západek 43 ie záležitost konstrukčních požadavků, jak se snadno rozumí.

Jeden důležitý rozdíl v uspořádání ukázaném na obrázku 4 je však ten, že kulatá vazební tyč 40 má patku 44, která se rozprostírá od bodu na základně nebo poblíž základny, takže tyč může být připevněna přímo k povrchu substrátu 13, obrázek 1, místo členů 41 a 42. Patka 44 je významná, protože tyč je uvažována jako relativně tenká, protože musí být také pružná.

Materiál, ze kterého je vazební tyč vytvořena podle vynálezu může být kovová nebo plastická. Požadavkem ovšem je, aby každá vazební tyč byla pružná, poněvadž při připojování a odstraňování tepelného chladiče jsou vazební tyče lehce ohýbány ve směru vzájemně k sobě a tím uvolňují třecí vazbu mezi západkami a tepelným chladičem.

Každé uspořádání tyčí znázorněné na obrázcích 2, 3 a 4 musí být pružné, jak je výše popsáno, ale může být tvořeno z libovolného materiálu, který povolí tento charakteristický znak pružnosti. Vazební tyče svírají tepelný chladič třením, které je uvolněno jejich vzájemným vyhnutím k sobě, a účelem západek je zvětšit toto tření.

Za druhé, uspořádání vazebních tyčí: Obrázek 1 také znázorňuje uspořádání vazebních tyčí té podle jednoho r r f r r f r c <* c r <

C r Γ f r

r r

r C r r r

	C r	r ' r r	Γ f ' c r r r r r	r. < í r j
hlediska tohoto	vynálezu. Jinými	slovy,	je-	li určeno,	že
jsou za účelem	držení tepelného	chladiče	li	zapotřebí	dvě
tyče, pak jsou	vazební tyče 1	umístěny	tak, jak	je

znázorněno na obrázku 1 na výkresech.

Uspořádání vazebních tyčí X může být zvoleno z těch, které jsou znázorněny na jednom z obrázků 2, 3 nebo 4, protože každý z nich bude držet hranu díry, nebo podobného otvoru v chladiči 16, silou přiměřenou k udržení vztahu přenosu tepla se zařízením 15, obrázek 1.

Na druhé straně, je-li určeno, že jsou zapotřebí čtyři tyče za účelem zvětšení vazební síly nebo že je zapotřebí vyrovnat vazební sílu na nižší velikost kvůli citlivějšímu stavu zařízení 15 nebo jeho okolních obvodů, pak je uspořádání vazebních tyčí takové, jako je znázorněno na obrázku 5.

Na obrázku 5 jsou ukázány čtyři tyče 50., 51, 52 a 53 umístěné v rozích čtyřstranného, obdélníkového rámu £4. Jednotlivé tyče mohou mít uspořádání jak je výše popsáno, nebo libovolnou kombinaci těchto uspořádání, které mohou být označeny jedinečnými okolnostmi konkrétní situace.

Každá vazební tyč, například tyč 50 a jiné, zapadá do děr, otvorů, štěrbin, a podobně, označených číslicemi 55 a 56, v tepelném chladiči 57. Také podle tohoto vynálezu bude každá vazební tyč bez ohledu na svou konkrétní konfiguraci přijata v příslušném otvoru v tepelném chladiči třecí vazbou dostatečnou pro dosažení požadovaného přenosu tepla. V některých případech může být nezbytné jemně rozprostřít

- 10 každou tyč pryč vzájemně od sebe za účelem dalšího zvětšení síly jejího úchopu.

Uspořádání s vazebními tyčemi vynálezu umožňuje vyšší stupeň řízení síly aplikované mezi tepelný chladič a zařízení s teplem, které má být tepelně odvedeno. Jak je například nejlépe znázorněno na obrázku 6, je-li buďto zapotřebí vetší síla, nebo je-li nutné vyvarovat se děr jakéhokoli typu v tepelném chladiči z jakéhokoli z mnoha důvodů, mají tyče 60 a 61 díry 62, 63, 64 a 65 umístěné poblíž každého z konců za účelem přijetí vazební tyče.

Tímto způsobem jsou tyče umístěny napříč tepelného chladiče 66 mezi žebry 67 a drženy třecím způsobem příslužnou vazební tyčí, jak bylo popsáno výše. Použití čtyřstranného, obdélníkového rámu 54, obrázek 5, je zde upřednostňováno za účelem udržování dobrého tepelného kontaktu a řízení aplikovaného tlaku.

Jsou však případy, kde by rám, jako například rám 54 na obrázku 5, mohl být příliš omezující, t j. měla-li by součástka takovou velikost, že by se nevešla do rámu, nebo v jiných případech. Tímto je znázorněno, že vazební tyče tohoto vynálezu nejsou omezeny pro použití s rámem, ale mohou být upevněny přímo na substrát.

Modifikace znázorněná na obrázku 7 je uvažována vynálezem. Nyní s odkazem na obrázek 7 jsou vazební tyče 70 a 71 připojeny ke členům 72 a 73. Vazební tyče 70 a 71 mohou být dvě z několika, jak je výše popsáno, nebo mohou být vystředěny.

Nejméně jedna tyč 74 je zformována s dírou na každém konci, aby vyhověla tyčím 70 a 71. Tyč 74 má na každém konci ohyb tak, aby mohla střední část doléhat proti tepelnému chladiči 75 v pozici znázorněné v tomto pohledu, nebo je-li

Uspořádání znázorněné na obrázku 7 zamezuje potřebě děr nebo jakýchkoli otvorů v tepelném chladiči 75 stejně tak jako v substrátu 78. Ohyby v tyči 74 jsou označeny v tomto pohledu vztažnými čísly 79a a 79b.

Vazební třecí tyče tohoto vynálezu nabízejí mnohem pružnější uspořádání pro balení těchto elektronických součástek a zařízení. Například obrázek znázorňuje kombinaci menší součástky a zařízení a větší tepelný chladič.

Na obrázku 8 jsou vazební tyče 80 a 81 přijímány do děr (není vidět) v základně tepelného chladiče £2. Tyto tyče jsou buďto jediné a v tom případě budou uspořádány jako na obrázku 1, nebo jsou dvě z několika, které mohou být uspořádány do libovolného požadovaného vzoru, jako například symetrického, jedna v každém rohu tepelného chladiče 82.

Pohled znázorněný na obrázku 8 ukazuje, že dokonce se součástkou 83, která je příčně menší, může být zařízení 84 na ní připevněné větší, nebo eventuelně může zařízení 84 vytvářet více tepla, které vyžaduje větší tepelný chladič 82, aby udržoval teplotu sestavy uvnitř přípustných úrovní. Jak bylo dříve popsáno ve spojení s jinými obrázky, je zařízeni 84 připevněno k součástce 83, která je zase připevněna k substrátu 85.

Zatímco tento vynález byl popsán podstatně podrobně ve spojení se současně upřednostňovaným provedením a s několika jeho současně upřednostňovanými modifikacemi, pro znalé v tomto oboru nastanou ještě jiné a další formy, znaky a modifikace, založené na tomto vynálezu.

Proto se rozumí, že tento vynález není omezen výše uvedeným popisem, ale je spíše definován přiloženými nároky.

Zastupuje:

Dr. Petr K

eo.-y FČNÁ ADVOK VŠETECKA ZEukňiÝ &NCELÁŘ &RČÍK KALENSKÝ

A PARŤNEŘI

120 00 Praha 2, Hálkova2 Česká republika

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY po-

1. Zařízení pro upevněni tepelné jímky <161 vzhledem vrchu elektronického přístroje <151 na substrátu <131 přestup tepla z elektronického přístroje <151 do tepelné jímky <161, vazební v předem má dva konce, přičemž jeden z hratelnému připevnění k povrchu z konců má prostředek pro tepelné jímky <16), čímž je tepelná v tésné poloze přestupu tepla vzhledem stroji <15).

pro vyznačující se tím, se obsahuje alespoň dvě pružné , 20,3ft'ťO_l5Ó^r _l*>_lgo.4a tyče <11 připevněné k povrchu substrátu <13f48₍6C) určeném úhlu, přičemž každá pružná vazební tyč <11 ,10(20,Hojít) konců je uzpůsoben k rozesubstrátu <134x-šr druhý třecí zachycení a podepření jímka <16> podepřena k elektronickému příae tím, že prostředek
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující pro třecí zachycení obsahuje západkové ustrojí <25,33,431.
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pružné vaπ, má; „ . . .

zebni týče <1 J^\12^?^z-jsou vytvořeny z plastu, pricemz tento plast obsahuje kovové částečky pro připojení pájením.
5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, zetin t°’ty ce⁰' 1y t v oř en y z kovu.

ze pružné vae pružné vajsou umístěny
6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, zebni tyče <1T\12^^jhou alespoň ctyri, pricemz souměrné v obdélníkovém uspořádání na povrchu substrátu <

ř r

r <

c r r r f r r * r

c <

f

-14odnímatel r r

<

r r r r c r r r ^f
7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ne pripevnene pružné vaztiUiil ’ Lytfe Vli^lZ^/ÓSsahují obecne obdélníkový clen <21,22,31,32,41,42^/''připevněný k povrchu substrátu <

6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující &e tím, ze povrch elektronického přístroje <151 obsahuje materiál rozhraní mezi ním a tepelnou jí sikou <16) pro podporu přenášení tepla.
9. Zařízení podle nároku β, vyznačující se tím, ze Materiál rozhraní je tuk.
10. Zařízení podle nároku 1, vyznačující jímka <16> ná alespoň dva otvory íumístěné pružných pro tÍM, ze tepelná třecí zachycení
11. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se vazébhrt-peH—t±T\12vytvořeny z předem a druhý konec obsahuje západkové ústrojí <25,33,43).

tím, ze určeného pružné plastu
12. Zařízení podle nároku i, vyznačující se tím, ze , s<»3.W4k . . >. · vazební tyče <11 ^12₍k /'Tfsou připojeny ke členům připevněným k povrchu substrátu < 13^-8¹ Jsou vytvořeny z kovu pro umožněni připojení pájením k členům připevněným k povrchu substrátu