一种用于降低接触热阻的方法、结构及元器件散热设备与流程

本发明涉及电子元件应用领域，具体涉及一种用于降低接触热阻的方法、结构及元器件散热设备。

背景技术：

随着科技的快速发展，电子元器件的集成度越来越高，同时发热量也越来越大；这些高发热量的元器件需借助结构件，如：冷板、散热器等贴于封装顶面将热量导走。

目前，对于主板上多个高发热元器件共用一个结构件散热的情况，由于元器件不同种类、不同批次存在高度偏差，因此需在元器件顶面与结构件之间填充具有一定压缩量的界面材料，其压缩量一般为10％～50％；通常选择导热胶垫，来抵消发热元器件的高度偏差。

热量在导热胶垫内的传输，遵循热传导原理；具体公式如下：

式中：q为单位时间内热传导传输的热量；δt为热传导时两端的温度差；rt为热阻，即对物体阻碍热量流过的本领的一种量度；l为传热路径的长度；λ为导热系数；s为传导截面积。

根据热传导原理，热阻在传热过程中对元器件温升的影响至关重要；热量在固体中传播时，固体两端的热阻与传导路径的长度成正比，与固体的导热系数、有效导热面积成反比。

由于受器件高度偏差量和导热胶垫压缩量的限制，因此所选导热胶垫需要有一定的厚度；但是导热胶垫的导热系数相较于金属低很多，导热胶垫的有效导热面积可视为与元器件封装顶面相同，因此导热胶垫上、下面之间的温差较大，尤其是晶元外露成为小凸台的元器件，导热胶垫上、下面之间的温差非常大，成为散热的瓶颈。因此，亟需研究出一种用于降低小凸台元器件顶部接触热阻的结构。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的用于降低接触热阻的方法、结构及元器件散热设备能够有效地降低接触热阻，提高电子元器件的散热效率，且结构简单、新颖，便于大面积推广与应用。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种用于降低接触热阻的方法，其包括如下步骤：

s1.在电子元器件上放置具有压缩量的第一界面材料；

s2.在金属件的中部加工一内凹结构；

s3.将金属件贴合放置在第一界面材料上；其中，第一界面材料位于内凹结构处；

s4.将具有压缩量的第二界面材料贴合放置在金属件上；

s5.将用于导走热量的结构件贴合放置在第二界面材料上。

进一步地，第二界面材料的尺寸大于第一界面材料的尺寸。

进一步地，第一界面材料和第二界面材料均为导热胶垫。

进一步地，金属件的外部尺寸与电子元器件的外部尺寸相同。

进一步地，第二界面材料的尺寸不小于金属件的尺寸。

进一步地，第一界面材料放置在电子元器件晶元外露成为的凸台上。

一种用于降低接触热阻的结构，其包括至少两片具有压缩量且尺寸不同的界面材料，相邻两片界面材料之间设置有一金属件，金属件上设有一内凹结构，小尺寸界面材料位于金属件的内凹结构处。

进一步地，界面材料为两片，分别为第一界面材料和尺寸大于第一界面材料的第二界面材料；第一界面材料和第二界面材料均为导热胶垫，第二界面材料的尺寸不小于金属件的尺寸。

一种元器件散热设备，其包括电子元器件和贴于电子元器件封装顶面、用于导走热量的结构件，其特征在于：电子元器件包括pcb板和位于pcb板上的芯片，芯片晶元外露形成一凸台；凸台上设置有至少两片具有压缩量且尺寸不同的界面材料，相邻两片界面材料之间设置有一金属件，金属件上设有一内凹结构，小尺寸界面材料位于金属件的内凹结构处。

进一步地，界面材料为两片，分别为第一界面材料和尺寸大于第一界面材料的第二界面材料；第一界面材料和第二界面材料均为导热胶垫，第二界面材料的尺寸不小于金属件的尺寸，金属件的外部尺寸与电子元器件的外部尺寸相同；结构件为冷板或散热器，结构件的两侧卡设在机箱滑道内。

本发明的有益效果为：该用于降低接触热阻的方法、结构及元器件散热设备将现有技术的原导热胶垫用一大、一小两片导热胶垫代替，并在两片导热胶垫之间增加导热性好的金属件，且金属件上设置一内凹结构，将小导热胶垫放置在内凹结构处，通过对结构的设计，能够满足晶元外露形成有小凸台的元器件的有效散热。其通过对其整体结构的有效设计，使其能够有效地降低接触热阻，提高电子元器件的散热效率，且结构简单、新颖，便于大面积推广与应用。

附图说明

图1为元器件散热设备的结构示意图。

图2为第一界面材料、第二界面材料及金属件的结构示意图。

图3为现有技术中芯片工作时的温度实时实验数据图。

图4为本发明应用中芯片工作时的温度实时实验数据图。

其中：1、pcb板；2、芯片；3、第一界面材料；4、第二界面材料；5、金属件；6、结构件；7、机箱滑道；8、内凹结构；9、凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为简单起见，以下内容省略了该技术领域技术人员所知晓的技术常识。

该用于降低接触热阻的方法，其具体步骤包括：首先在电子元器件上放置具有压缩量的第一界面材料3，可选择压缩量为10％～50％的界面材料。接着，选一金属件5，并在金属件5的中部加工一内凹结构8，将金属件5贴合放置在第一界面材料3上；其中，第一界面材料3位于内凹结构8处。

在具体实施中，中部呈内凹结构8的金属件5的四壁高度在设置时，需使其能够保证第一界面材料3发生一定的压缩量。接着将具有压缩量的第二界面材料4贴合放置在金属件5上，即位于金属件5的另一面，金属件5夹设在第一界面材料3和第二界面材料4之间，且第二界面材料4也可选择压缩量为10％～50％的界面材料。

最后，将结构件6贴合放置在第二界面材料4上，并保证第一界面材料3和第二界面材料4的压缩量；其中，结构件6用于导走热量，具体地，可为冷板或散热器。在实际操作中，金属件5的导热系数比界面材料的导热系数高很多，能够更有效地降低扩散热阻；同时金属件5夹设在第一界面材料3和第二界面材料4之间，避免了金属件5干扰电子元器件工作的现象。

在具体实施中，优选第一界面材料3和第二界面材料4均为导热胶垫，具有较高的绝缘性能和导热系数。金属件5的外部尺寸与电子元器件的外部尺寸相同，同时金属件5四壁高度需保证中间的第一界面材料3发生一定的压缩量。第二界面材料4的尺寸大于第一界面材料3的尺寸，具体地，第二界面材料4尺寸比金属件5尺寸略大，第二界面材料4厚度等于现有技术中原界面材料(导热胶垫)的厚度。

目前，在晶元外露形成有小凸台9的元器件，由于小凸台9的存在，界面材料上、下面之间的温差非常大，会影响散热效率。本发明的第一界面材料3放置在电子元器件晶元外露成为的凸台9上，用以解决由于小凸台9的存在，界面材料上、下面之间的温差非常大的问题；优选地，第一界面材料3的尺寸与现有技术中原界面材料(导热胶垫)的尺寸相同，即第一界面材料3与小凸台9上端能够全面有效贴合，而厚度尽可能的选现有的最小值。

本发明根据热传导原理，对填充于电子元器件顶面与结构件6之间界面材料的设置方式与结构进行了有效地设计，使其能够有效地降低接触热阻，提高电子元器件的散热效率。其将现有技术的原导热胶垫用一大、一小两片导热胶垫代替，并在两片导热胶垫之间增加导热性好的金属件5，且金属件5上设置一内凹结构8，将一小导热胶垫放置在内凹结构8处，通过对结构的设计，能够满足晶元外露形成有小凸台9的元器件的有效散热。

如图3和图4所示，图3示意性地给出了现有技术中芯片工作时的温度实时实验数据图，图4示意性地给出了本发明应用中芯片工作时的温度实时实验数据图。其中，图3和图4的实验外在条件相同，且使用的是同一芯片2与同一用于导走热量的结构件6。由图3和图4给出的实验数据可以清楚的看出，本发明的改进能够有效地散热，降低芯片2温度，确保了芯片2工作的高效，提高了工作效率。

如图2所示，本发明还涉及一种用于降低接触热阻的结构，其包括至少两片具有压缩量且尺寸不同的界面材料，相邻两片界面材料之间设置有一金属件5，金属件5上设有一内凹结构8，小尺寸界面材料位于金属件5的内凹结构8处。

在具体实施中，界面材料为两片，分别为第一界面材料3和尺寸大于第一界面材料3的第二界面材料4，第一界面材料3和第二界面材料4均为导热胶垫，可选择压缩量为10％～50％的导热胶垫，具有较高的绝缘性能和导热系数，且第二界面材料4的尺寸不小于金属件5的尺寸。

具体地，第二界面材料4尺寸比金属件5尺寸略大，第二界面材料4厚度等于现有技术中原界面材料(导热胶垫)的厚度；第一界面材料3的尺寸与现有技术中原界面材料(导热胶垫)的尺寸相同，而厚度尽可能的选现有的最小值。

在实际操作中，中部呈内凹结构8的金属件5的四壁高度在设置时，需使其能够保证第一界面材料3发生一定的压缩量。金属件5的导热系数比界面材料的导热系数高很多，能够更有效地降低扩散热阻；同时金属件5夹设在第一界面材料3和第二界面材料4之间，避免了金属件5干扰电子元器件工作的现象；该用于降低接触热阻的结构通过对其结构的有效设计，有效地降低了接触热阻，提高电子元器件的散热效率。

如图3所示，本发明还涉及一种元器件散热设备，其包括电子元器件和贴于电子元器件封装顶面结构件6，结构件6用于导走电子元器件的热量；在实际操作中，结构件6可为冷板或散热器。具体地，电子元器件包括pcb板1和位于pcb板1上的芯片2，芯片2晶元外露形成一凸台9。

该元器件散热设备的凸台9上设置有至少两片具有压缩量且尺寸不同的界面材料，相邻两片界面材料之间设置有一金属件5，金属件5上设有一内凹结构8，小尺寸界面材料位于金属件5的内凹结构8处。

在具体实施中，界面材料为两片，分别为第一界面材料3和尺寸大于第一界面材料3的第二界面材料4，第一界面材料3和第二界面材料4均为导热胶垫，可选择压缩量为10％～50％的导热胶垫，具有较高的绝缘性能和导热系数，且第二界面材料4的尺寸不小于金属件5的尺寸。

具体地，第二界面材料4尺寸比金属件5尺寸略大，第二界面材料4厚度等于现有技术中原界面材料(导热胶垫)的厚度；第一界面材料3的尺寸与现有技术中原界面材料(导热胶垫)的尺寸相同，即第一界面材料3与凸台9上端能够全面有效贴合，而厚度尽可能的选现有的最小值。

在实际操作中，金属件5的外部尺寸与电子元器件的外部尺寸相同，且中部呈内凹结构8的金属件5的四壁高度在设置时，需使其能够保证第一界面材料3发生一定的压缩量。该元器件散热结构的结构件6的两侧卡设在机箱滑道7内，具体地，结构件6可设置为冂字形，并在结构件6的两端设一横向结构，横向结构卡设在机箱滑道7内。

该元器件散热结设备对填充于电子元器件顶面与结构件6之间界面材料的设置方式与结构进行了有效地设计，使其能够有效地降低接触热阻，提高电子元器件的散热效率。其将现有技术的原导热胶垫用一大、一小两片导热胶垫代替，并在两片导热胶垫之间增加导热性好的金属件5，且金属件5上设置一内凹结构8，将一小导热胶垫放置在内凹结构8处，通过对结构的设计，能够满足晶元外露形成有小凸台9的元器件的有效散热。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素。

而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

同时，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。