专利名称：电脑cpu芯片散热器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种电脑CPU(中央处理器)芯片散热器。
就散热性能而言，过去只有电脑发烧友超频时(非正常使用)才特别重视，而如今，由于AMD(超微)推出毒龙(Duron)和雷鸟(Thunderbird)CPU，以及Intel(英特尔)推出了1GHz以上奔腾3、4(pentiumIII、4)CPU，其功率提高到20至70多瓦，发热量急剧增加，即使正常使用也要认真对待散热问题。
现在人们用的散热器大致分两类，其一是除了降温效果之外其它如价格、安装、体积等等方面都放松要求，典型代表是水冷、半导体制冷、冰箱式降温装置等。由于性能价格比低，不便使用等种种原因在实际应用中很少见。其二是在芯片表面上涂上导热硅脂，并将金属散热片扣接在芯片上，然后用风扇对着它使劲吹。这种方式的特点是价格低、体积小、便于安装，因此被人们广泛应用，其典型代表是涡轮式和平板鳍片式(以下简称平板式)。本发明就属于这类散热器。
现有涡轮、平板式散热器的缺陷是1.废热回流散热器由于工作环境处于基本封闭状态，从散热器流出的废热能够在机箱内回流散热器，降低散热效率。人们可以用打开与关闭机箱两种方式使用电脑，明显地看到两者之间有2至4度的差距。当然，可以在机箱上安装大功率散热风扇来消除这一缺陷，但是，这会增加成本和不必要的能量消耗。
2.与热源的自然形态、扩散方向和路径不协调采用Socket A和Socket370封装的AMD和Intel CPU芯片，它与散热器接触部分的尺寸一般为10×10mm左右，与散热器的尺寸(一般要大于55×55×55mm)相比很小，可以近似视为一个点。来自于它的热量会垂直于其表面向上和向周围360度空间自然扩散，然而，风扇产生的气流却是从上向下吹向芯片表面。从利用最大温差提高散热效率的角度考虑，应该选择散热片温度最高区域作为与来自外界的，温度最低的气体接触的起始端，而上述实际情况恰恰相反。
具体就平板式散热器而言，气流在鳍片形成的沟槽中折转90度，并沿着直线从其两端的出口排出。这一是气流折转时受阻，二是不能向360度空间，全方位地快速扩散，三是越靠近中心部分(此处温度最高)气流流速越慢，四是散热板(通常厚度有5毫米左右，55×55mm大小)与芯片接触的那一面什么散热措施都没有，散热资源浪废巨大。
为克服这一缺陷有厂家推出了风扇置于CPU一侧，平行其表面吹气的方案。这个方案又带来新问题有可能要占用原本属于散热片的空间，与主板上的内存条、大尺寸电容等等发生安装干涉。
就涡轮式散热器而言，它充分利用了360度的空间优势，但是，由于风扇被安排在散热器中心靠下的位置，占用了原本属于(安排)散热片的空间，使其向外移。这“占用”二字意味着采用小宽度散热片是出于“不得已而为之”的原因。如果用延长散热片长度来补救，同样很被动，因为，它要越过风扇叶片，向远离热源方向延伸。其远离风扇叶片的部分风扇吹不到，增加它的尺寸对散热意义不大。因此，即使只做降温效果比较，相对平板式散热器其优势仍然不能说特别明显。
3.散热器与芯片的连接处导热状态不好，接触热阻(ContactResistance)大如果将散热器直接用扣件压在芯片表面上，由于加工、制造、安装方面的原因，两者之间有可能呈点或线接触，总之，接触面积大小不确定，导热状态没有可靠保证。为了克服这一缺陷，人们普遍采用在两者之间涂抹导热硅脂的作法，但是，其导热特性毕竟不如铜和铝(它们被用于制造散热片)。
另外，将安装、固定散热器的压紧力直接施加在由几千万个晶体管组成的芯片上，力量大了安装困难，且容易损坏非常贵重的芯片；力量小了两者之间接触不好，导热不好。
4.因体积增加而与周围发生干涉为了增加散热片的面积，常常要采用增加散热器体积的作法，但是，现有技术的工作原理决定它只能沿着与主板所在平面平行的方向向外扩张，而这种扩张常常与周围的大尺寸电容、内存条、显示卡等等发生干涉，如安装时发生碰撞。
针对现有技术的缺陷，本发明人认为既然电脑机箱中最大热源来自CPU芯片一个小小的点上(10×10mm)，那么最好的方法是，要么把机箱外部的冷空气通过管道直接引向CPU处，要么把来自CPU的热气收集起来，通过管路直接排放到机箱外部，这同时还能兼顾机箱的散热，一举两得。总之，不能让本该被排放的受热气体在机箱内部又回流散热器，从另一个角度讲，如果让便于集中处理的热气在机箱内部随意扩散，那就不要考虑效率问题。这是其一，其二是散热工作应该顺应热源的形态，以及热量的自然扩散方向、路径，尽量让温度最低的气体通过最短的路径与热源接触，利用最大温度差散热，并与散热片充分接触，高速流动。
其三是尽可能地利用垂直CPU芯片表面的立体空间安排散热片。
其四是用其它方法取代导热硅脂的作用，减小接触热阻，提高散热效率。
为此，本发明提出了
图1、3、4所示三个具体实施例。
图1所示方案为本发明第一具体实施例的原理图，其主要特征在于便于加大散热芯3在垂直于CPU表面(方向)的尺寸。
图2为散热芯3的俯视图。
图3所示方案为本发明第二具体实施例的原理图，其主要特征在于重心靠下，安装、固定简单。
图4所示方案为本发明第三具体实施例的原理图，其主要特征在于以螺钉与螺母连接方式将散热器与芯片的连接在一起。
图5为本发明第三具体实施例散热螺钉16的又一结构形式。
图6所示方案为风扇8安装在机箱后壁17上，并使用朔料软管18排气的结构形式。
本发明涉及的主要零件有a.导热管5它由薄金属板制成，它的进口处为圆锥形，其余部分的形状为直筒，进口面积小于出口，通过将筒壁向内凹陷，把风扇8和散热芯3固定在其排气与进气口处，如图1、3、4所示。它具有限定气流流动方向、形态、方式、路径和速度变化的作用。
b.散热芯3散热芯3的中心为实心金属，并通过挤压或其它加工方法形成若干(个)呈放射状的鳍片，其俯视图如图2所示。它的底部随着导流管5的圆锥形表面向内收。这种形状的走势为向上、向周围均衡、对等地伸展，它顺应了热量自然排放过程。
c.风扇8它通过导流管5与散热芯3形成的通道将热量排放到机箱外部，或者将机箱外部的冷空气直接吹向CPU芯片10。
d.散热螺钉16(图4)它与散热芯3上的螺纹孔配合使用，一是提高导热效率，二是简化、加固散热器与芯片之间的连接。
e.左挂板2、右挂板9、弹簧片4在图1、3所示实施例中用它们将散热器扣接在CPU插座11上。
图1是本发明第一具体实施例的工作原理图，它用左挂板2、右挂板9、弹簧片4将散热器扣接在CPU插座11上，并使散热芯3的底部贴在CPU芯片10的核心处，即热源上。然后令风扇旋转，吸气。这样，由于导流管5锥形端口向中心收的作用，使得冷空气能够通过最短的路径流向温度最高的区域，并在导流管5和散热芯3形成的通道中，顺畅、高速地穿越(几乎是)所有散热表面，带走热量，接着继续借助导流管5和机箱侧壁6上排气孔排放到机箱外部。简言之，正如图1中箭头所示情况，在顺应热源的形态，自然扩散路径和方向的前提下，本发明为散热工作营造了一个均衡、对等、通畅的环境。
关于吊装螺钉7，是考虑到如果散热器的重量过重，用它与机箱内部的其它零件连接、固定，减少作用在CPU和主板上的重量负荷。
这个实施例的特点是，可以简单地用增加散热(鳍)片垂直于主板1方向尺寸的方法，或者说加长散热芯3轴线方向的长度来增加散热面积，而且不用担心与主板1上的内存条、大尺寸电容、显示卡等等发生安装和使用干涉。
图3是本发明第二具体实施例的工作原理图，它是针对某些散热工作不需要将散热芯3做得很大、很重，为了简化安装而设计的。主要是省去第一方案的吊装螺钉7，将散热器的重心向下移，其它方面与第一根据本发明的工作原理可知，如果为了进一步减少散热器的重量，也可以将风扇8安装到机箱后壁17上，并用朔料软管18与导流管5连接，如图6所示。这样做还有其它好处风扇的形状、尺寸、功率、重量、工作方式等等不再受散热芯3的限制，比如说采用大功率的离心式风扇(现在的风扇绝大多数是轴流式)，以利于风扇吸气，以及风扇和机箱的标准化，扩大选择范围。
为了降低散热器与CPU芯片10之间的接触热阻，简化机械连接，本发明又提出图4所示的第三个具体实施例。
此实施例与图1、3所示实施例的最大不同之处在于，将一个端面近似为板状的散热螺钉16粘结在CPU表面上(当然在它与CPU的核心[die]之间要填充导热物质，如矽等)，然后利用它上面的螺钉与散热芯3上的螺纹孔连接、固定，以便大大增加两者之间的压紧力和面积，降低接触热阻(Contact Resistance)，使机械连接更简单、更合理，主要指在两者之间巨大(相对现在用的弹性扣具)压紧力不再直接作用于贵重芯片上。安装时最好使用一些掺有金属粉末的导热硅脂涂抹在螺钉上，以便填充两者之间的细小缝隙。
另外，由于螺纹与螺母拧紧时，它们之间的V字形接触面一面贴合，另一面却处于分离状态，为此，将散热螺钉16的结构形式作一些调整螺钉的直径缩小，并在其根部增加一个圆锥体，如图5所示。这个圆锥面的作用是形成良好的面接触，再则提供指向螺钉轴心的抱紧力，以防止其连接因为振动而松脱。
关于如何把金属壳体粘结到CPU表面上，可以直接借鉴K6-2、早期的Celeron(Socket370封装)，以及Pentium4(奔4)等等CPU的封装方法和工艺。当然，两者之间也可以用铆接的方法连接。如果散热器过于沉重，比如采用铜金属制作散热芯3，主板难以承受，可以采用类似奔4(Pentium4)主板的作法，在主板上开若干个孔，然后利用扣板15、螺钉14、支撑管12把散热器固定到机箱底板13上，如图4所示。需要说明的是一个螺钉14穿过两个支撑管12，它们把主板1夹在中间，以提高整体变形强度。为提高整体强度和增加高温处的散热面积，更合理的做法是将扣板15与散热螺钉16焊接在一起，或者将它们做成一个零件，与CPU封装在一起。
考虑到本发明第1、2实施例(图1、3)中，起扣接作用的零件数量多(三个)、尺寸大，不利于标准化，且跨越导流筒5、风扇8、散热芯3使用会遇到的诸多不便，本发明又提出了如下解决方案在现有的平板散热器(如富士康Foxconn889型)所用扣具基础上结合图5所示方案进行改进。具体方法是将现有扣具与散热器接触部位(基本在中部)的尺寸扩大(大于散热螺钉根部直径5～8mm)，并打孔。孔的直径要大于散热螺钉16根部的直径，且有0.1mm的缝隙。使用时将散热螺钉16从扣具的中心孔穿过，并与散热芯3旋紧，将它夹在两个零件之间，此后的用法与现有技术是一样的。显而易见，在这当中散热螺钉16只起机械连接作用，与减小接触热阻关系不大。与这个改进方案相比，左挂板2、右挂板9、弹簧板4主要用冲压方法加工，相对螺纹加工工时短，成本较低。
以上实施例是用来详细说明本发明的目的、特征及效果的。对于熟悉此类技术人员而言，根据上述说明可能对该具体实施例做部分变更及修改，而并不脱离出本发明的权利要求范围，这类修改均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种散热器，特别是一种用于电脑CPU芯片的散热器，其特征在于它由散热螺钉16、散热芯3、导流管5、风扇8、左挂板2、右挂板9、弹簧板4等组成，运转时，它借助导流管5的帮助使散热气体通过最短的路径流向热源，然后在导流管5和散热芯3形成的通道中与散热物体表面充分、全面地接触，并顺着热量的自然扩散方向、路径、形态向上，向周围360度空间快速流动，且受热气体不会在机箱内部直接回流散热器，散热器与CPU芯片10之间采用螺纹紧固连接，以增加两者连接的压紧力和接触面积。
2.根据权利要求1所述散热器，其特征在于所述风扇8，即可以安装在靠近散热芯3处，也可以安装在机箱侧壁6，或者机箱后壁17处。
3.根据权利要求1所述散热器，其特征在于所述导流管5的进口处为锥形，其余部分为直管，用薄金属板制成，其安装散热芯3以外的部分可用软管取代。
4.根据权利要求1所述散热器，其特征在于所述散热芯3的中心部分为实心体，周围有呈放射状展开的板形鳍片。
5.根据权利要求1所述散热器，其特征在于所述散热螺钉16一端为近似板状结构，其余部分为螺钉，与CPU表面用粘结剂粘结，散热芯3与之连接的部分开有螺纹孔。
全文摘要
本发明属于一种电脑CPU(中央处理器)芯片散热器,它由风扇8、导流管5、散热芯3、左挂板2、右挂板9、弹簧板4、散热螺钉16等组成。为了大幅提高散热效率,本发明采取了顺应芯片热源自然形态、散热方向和路径,避免废热直接回流散热器,使其散热表面最大限度地与高速气流接触,并用螺纹连接增加芯片与散热器接触的压紧力和面积。与此同时本发明还特别注重降低成本,减少散热器与周围物体干扰等问题。
文档编号G06F1/20GK1383205SQ0111552
公开日2002年12月4日 申请日期2001年4月27日 优先权日2001年4月27日
发明者张千山 申请人:张千山