散热片的制作方法

专利名称：散热片的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用足够靠近待冷却的装置而表面安装的散热片对电子装置的冷却，具体地说，本发明涉及导热板型的成形翅片状或成形体状的散热片。
背景技术：
在电子设备中例如计算机的系统电路板、中央处理机、存储器、控制器、功率放大器等都需要安装散热片，因为，通常所用的电子装置在正常使用中会发热，它们都具有最合适的工作温度范围，超出这个范围，电子装置的工作性能会由于热的软化或过载而受损害。因此，重要的是要在这类装置上设置导热件或使这些导热件足够靠近地与电子装置相连接，以便从装置中导出热量并通过对流和辐射散逸到大气中。
虽然单个的组件例如晶体管或隔离的小的整体芯片可以辐射正常工作过程中产生的热量，但是据认为，随着电子产品越来越复杂，而且还要求装置的紧凑性(小的印刷电路板)，在电子产品中产生的热的密度是很高的。这个问题将随着电子产品的运行功率的增大而变得越来越尖锐。
在通常的应用中例如用于小型计算机的母板的组件，可具有大量的十分靠近支承铜连接件和钎焊焊剂的印刷电路板(PCB)而连接电子装置，更复杂的电路板必须处理大量的热负荷，并且电路板本身常常具有导热器来排除装置和连接电路所产生的热。上述的电路板通常做成绝缘材料与金属导体的层压板，金属棒或板穿过上述层压板，以便从支承电子装置的表面将热量传导至外表面，要使上述结构可通过电路板来散失热量，以避免形成会导致电路板过载和可能损坏电子元件的热点。工业上力图避免用复杂的电路板结构，已有许多与这些电路板相连接的散热装置，以通过传导、对流和辐射方式使热量散逸到电路板之外。
散热装置可具有可插入基板(PCB)上的孔(插口安装法)的焊接接头，并采用“通过电路板连接”的焊接方法固定住。这种散热装置通常与待保护的电子装置直接接触，而散失从电子装置及安装其的板上导出的热量。在另一些结构中，散热装置安装在电子装置的上方并局部地包围着电子装置，使得散热装置通过它与电路板的连接而导出热量，并通过对流和辐射将热量散逸到大气中。在一些结构中，散热装置通过一种使用钎焊焊剂的导热嵌条固定到电子装置上。
关于散热装置和它们结构或印刷电路板等的更多信息可参看早先公开的专利如美国专利No.6085833、5779134、5771966、5396403、5339519、5311928、5172301、4403102和5930114，另外还有WO99/18762、WO97/43783、WO96/36994、WO96/36995和EP026 931，上述专利均纳入本文作为参考。
散热装置(通称为“散热片”)是由金属如铝、铜或具有良好导热性能的合金如铜-钨合金制成的无源装置。
上述的散热片和要保护的电子装置一样通常用含有铅-锡合金的钎焊焊剂来焊接。
虽然铝是制造散热片的好材料(例如它比铜或铜合金轻且便宜)，但由于其出现氧化层而不容易焊接。因此，铝板散热片通常具有用于将其置入基板上的插口内的可焊的非铝质插头。
为力求更紧凑的电子组装，发展出表面安装法，美国专利No.5779134公开过一种将表面安装技术用于散热片的方法。
当前适合于表面安装的散热片通常由涂上可焊合金即含锡合金的铜板制成，上述含锡合金可提供与通用的Pb/Sn基焊接化合物和焊剂的相容性。
虽然上述的表面安装的散热片目前在商业上是成功的，但是，当评价尺寸相当的由经过发黑处理的铝或铝合金制成的散热片时，其成本较高且散热性能较差，这就要求寻找一种替代的散热片。
美国专利5930114公开了一种具有可焊材料(例如铜)的安装连接件的散热片组件和一种具有伸长段的散热片，上述的伸长段通过一种仅提供两零件之间有限的热接触的锁紧机构固定到上述的安装连接件上。

发明内容
本发明的目的是提供一种能够使用普通焊接材料将其表面安装在一种基板上的替换的散热片。
为达到上述目的，用导热金属板(具体说是铝或其合金板)制成散热片体，该散热片体被做成带有散热翅片和表面安装座，并且，为每个安装座设置至少一个导热的可焊件。为获得上述的形状和通过机械固定法将每个导热可焊件连接到相应的安装座上的方法步骤的顺序可根据所选用的机械固定方法来改变。合适的散热片体也可通过挤压法成形。
合适的机械固定法包括一种可通过对安装座表面的部分剪切或半冲孔以形成一种插销或类似的键固定结构并在至少一个导热可焊件上做出一个相应的插口或者说键槽而实施压配合的方法。将安装座置于可焊件处，使其相应部分相配合，并形成上述的插销与插口之间的压配合。通过例如挤压压合使上述的压配合足够牢固地用于散热片的表面安装。在上述情况下，最常见的是，在材料成形为所需的散热片形状之前通过挤压压合而实现可焊件与安装座的连接。
另一种将待固定的两相应表面机械固定在一起的合适方法是铆接法尤其是“自铆接”技术，其特征是，在上述表面之一上的预定部位上用冲头之类的工具使一个表面部分移位，该移位的部分伸入一个在要与上述的一个表面相连接的相应表面上独立形成的相应凹坑或孔内。
因此，按照本发明的一个方面，散热片组件主要由铝板制成，该组件是属于适合于连接到印刷电路板上以避免或减轻其热过载的那种类型。上述的改进归功于连接到散热片组件上以便通过焊接法形成一种提供将散热片组件表面安装到印刷电路板上的装置的用机械方法连到散热片的导热的可焊件。
上述的散热片可以表面安装在一个预备好的合适基板例如印刷电路板上，而不是安装在电子装置上，通过一个导热底座(通常是铺在基板上的铜垫片)将热量传导给散热片。
因此，按照本发明的一个方面，提供了一种采用公知的挤压法由导热的金属薄板或者说板材制成的散热片体，该散热片体具有散热翅片以及适宜地排列的肢件为在预定的用途中对散热片体提供支承。上述的肢件具有用于表面安装的安装座，上述的导热可焊件便安装和用机械方法固定在上述安装座上，以便与安装座相连接并足够宽地横越安装座而提供一种通过焊接技术对散热片体进行表面安装的方法。
散热片体优选地通过对金属板进行折迭、弯曲等工序来成形，有时还要进行切割和/或冲孔。具体地说，可通过对金属板进行冲压或其他经受部分剪切或半冲孔的方法而从金属板的平面上显出多个凸部而将金属板上的要成为散热片体的安装座的部分合适地制成可用于承接可焊件。
散热片体的形状可以较简单，包含有多个方向交替的大致平行的弯折而形成一种有槽的薄板，该薄板上交错排列的弯折成为可用于表面安装的潜在安装座表面，从该安装座表面倾斜地伸出散热翅片。在使用中，安装座表面将来自基板上表面安装处的热量通过可焊件传导至散热片体然后散逸出去。
一般而言，上述散热片体适合于围绕一个要设置待保护以免过载的电子装置的预定表面区容纳其安装件。该安装件使散热片与电子装置并置，以便可通过散热片体散失电子装置发出的热量。一种合适的散热片体的形状带有从安装散热片的表面竖立的支腿状或壁状的支承机构，上述的支腿或壁相隔足够距离以便跨越在电子装置上，并通过散热片体的一个通常也起到散热表面作用的桥接部分例如平坦的翅片件加以连接。显然，在使用中，通过散热片的热传导，再加上空气中的对流以及从散热片表面的辐射可有效地从电子装置散失热量。
按照上述散热片的一个实施例，散热片体由金属板通过成形或挤压法制成具有位于大致平行的平面上的散热翅片，并具有从上述平面伸出的支承件以形成远离上述翅片之主表面区的表面安装座，表面安装的导热可焊件与上述安装座对准，并且用机械方法连接在一起。
制造散热片的优选材料是铝，因为铝具有一定的强度和延性，且容易成形，具有所需的固有热特性，资源比其他可用金属丰富因而较便宜，而且其热特性可通过阳极化处理上色或涂漆而得到提高。因此，散热表面可以通过上色例如发黑处理而成为高性能的传热表面。
铝的上述性质是广泛认可的，但铝具有不好焊接的缺点。本发明通过将一种导热可焊件固定在铝散热片体的安装座上而克服了上述缺点。
在一种导热的支承件上涂上一层与钎焊焊剂相容的涂层而制成上述的可焊件。该导热可焊件可以是薄板状的，它与必须与之机械固定的安装座表面足够地吻合。可焊件最好含有一种喷镀有可焊金属例如锡或其合金以便与工业上通用的钎焊焊剂相容的轻金属支板。可焊件可在涂敷相容的钎焊焊剂之前或之后通过例如镗孔、切割或冲出合适插口而制成可与本发明散热片体的准备好的安装座进行所需的压配合。
上述可焊件的用于在理想的铝散热片体与基板之间形成可焊的热连接的形状要与散热片体的支承件的安装座足够地吻合以进行满意的表面安装，为了有利于或者说加强散热片体支承件与可焊件的连接表面的机械连接，可焊件上可做出接片或者说设有竖起的部分，以将上述接片或者说竖起的部分叠置在支承件的表面上并采用铆钉或其他穿透表面的紧固件加以固定。
按照本发明的另一方面，解决了采用钎焊焊剂的表面安装技术将铝散热片体与基板例如印刷电路板(PCB)相连接的问题，方法是，通过在表面安装散热片的基板上的导热区的预定部分上焊接至少一个可焊件而制备成可承接上述散热片体的基板，上述的可焊件适合于承接散热片体并可通过机械固定法将其固定在所需位置上。
相应的可焊件可设置在支承件的表面上，并采用铆钉或其他穿过表面的紧固件使二者之间固定。
按照本发明的再一方面，用于将散热片与印刷电路板上合适地准备的表面相连接的表面安装结构具有一种由富有弹性的导热材料制成的固定夹，而形成相对面和共用的基底，该基底具有可焊的表面，上述的相对面之一弹性地偏压向另一个相对面，但可充分地弯曲以使散热片体的一部分插入相对面之间。上述的被偏压的表面上做出一个适合于与散热片体的上述部分上的相应槽孔相配合的掣子。在这种表面安装结构中，上述固定夹提供一个可焊件。在使用时，使固定夹合适地取向而使其基底置于印刷电路板的表面上以便焊接，使固定夹固定在大致为直立的位置，进而迫使合适的散热片体的一部分精确地进入固定夹，并通过上述掣子与设置在散热片体的相关部分上的槽孔的互相配合而定位固定。上述固定夹的弹性足以保持上述的互相配合的关系，直到将散热片体故意地强制拉出为止。这一特征有利于将散热片装配在合适地制备的印刷电路板上，并可在必要时将散热片拆去。
要固定在可焊件上的散热片体具有悬垂的支承件，该支承件具有至少一条刃边或一个表面与可焊件相接触，以在散热片组件成品中形成导热通路。
从下面结合附图考虑的详细说明中，人们将更加明白本发明的其他目的和特征。但是，应当明白，所述的附图仅仅是为了说明，而不是对本发明的限制，对本发明的限定应当是所附权利要求书。还应当明白，所述的附图未必按比例画出，而且，除非另有说明，这些附图仅仅意为所描述的结构和程序的概念性说明。


图1a是适合于表面安装的散热片的透视图；图1b是图1所示的散热片的一部分的局部剖视图，示意说明在装配时用于实施相互机械配合的结构件；图2简单示出用于将零部件固定到预备好的表面上的典型的“回流钎焊”工艺的三个工序；图3示出适用于散热片的表面安装结构(未示出全貌)；
图4示出另一种用于散热片体的元件的表面安装结构(未示出全貌)；图5示出又一种用于散热片的刃边安装件的表面安装结构(未示出全貌)；图6示出另一种采用弹性固定夹的表面安装结构；和图7示出表面安装在有钎焊焊剂的垫片上的适当位置上的散热片体。
具体实施例方式
图1示出按照本发明的一个方面的表面安装式散热片组件。将一种阳极化发黑处理过的铝板制成一种具有可自由延伸的散热翅片2的有翅散热片1，上述的散热翅片2位于在使用时安装在待保护以免过热的电子装置(未示出)上方的平坦部分3之两侧。上述散热片1具有位于其底部的表面安装座4，该安装座4可采用本技领域内公知的焊接技术例如回流钎焊法通过一种导热可焊件5焊接到基板上。上述的可焊件5与上述安装座4相连接并伸过其表面，而且通过一种机械固定法固定之(见图1b)。所述的机械固定法就是通过对安装座4局部地剪切或半冲孔而冲出一个作为可插入在上述可焊件5上形成的相应插口7内的插销6的凸部(图1b)。通过将可焊件5在安装座4上的挤压压合可加强插口7与插销6的压配合。显然，上述的挤压操作最好在薄板制成图1所示的散热片体的所需有翅形状之前进行。
上述散热片由一种阳极化发黑处理过的铝板来制造，在铝板上预先确定所需折迭线的位置以及局部剪切或半冲孔点的位置。所需的局部剪切步骤按公知的薄板使用程序进行，以便在安装座位置的区域内形成用于可焊件5所需的插销6。
在其他的实施例(未示出)中，将铝板挤压成所需的形状。铝板也可进行着色、染色或其他处理例如上漆，以形成或改善所需的表面性质。同理，可以采用任何所需的颜色以达到所选择的效果，使得在一些用途中可选用白色。
将合适地制备的具有基本平坦的矩形形状并在其表面上具有用于承接插销6的插口7的可焊件5送到预定的工位上，加压定位，并将它挤压固定到安装座4上。
在应用图1所示的实施例的过程中，要使散热片的取向露出安装座以进行表面安装，并且置于待保护以免过热的电子装置之任一面上，这就使平坦部分的表面3置于上述电子装置(未示出)之上方。
正如本技术领域内公知的那样，散热片是按综合方式散失热量的，所述的散热方式包括通过与热表面的接触[例如在具有相应基板区域(图1中未示出)的表面安装构件中安装座4与可焊件5之间的接触]而进行热传导，通过周围空气流进行的对流传热，以及从散热片体的辐射传热。
因此，在通常的应用中，散热片是表面安装在一种基板(例如印刷电路板)上，该基板是按掩蔽技术制备的，以便在预定的位置上形成承接电子装置的表面区。在邻近上述位置处，将钎焊焊剂涂在导热面(例如铜垫片)上，使散热片正确地取向，并座落在钎焊焊剂上，而形成可与其焊接的可焊件。如图2所示，采用公知的钎焊回流法可将散热片表面安装到基板的适当位置上。
在该方法中，将焊料网板印刷到印刷电路板(PCB)的选定的铜垫片上。在本发明的散热片正确定位后，对组件加热，从而使焊料熔化(回流)，并与可焊件5相熔接，冷却时，上述可焊件5便把散热片固定就位。上述工作是在一种烘炉(例如红外线烘炉)内进行的。
其他的焊接技术例如波导焊接法在现有技术中是公知的，但目前来说，上述的回流法是最佳的。
另外，在按照本发明的改型中，可以通过改变可焊件5的结构而获得其他的散热片组件。
图3示出适用于其他散热片的结构，其中示出一种带翅散热片的安装壁31和冷却翅片32，通过穿过表面的紧固件(此处示出为铆钉33)将L形可焊件35与上述安装壁31相连接。上述可焊件35由轻质导热材料制成，它具有一层涂在要焊接到基板上的表面34的锡或锡合金涂层，而散热片则由阳极化上色的铝板制成。上述的铆接技术产生一种高强度的可靠的强制机械连接，并使L形可焊件35与散热片壁31之间具有良好的热接触，而不会损害通过在印刷电路板上的钎焊焊剂垫片上的正确定位和前面所述的回流钎焊法而获得的表面安装性能。
图4示出一种类似的结构，但其散热片体的类型不同，它是一种简单的具有下表面区的底边44的单一冷却片41，但通过可焊件45的叠置直立肢件与冷却片的侧壁区之间的接触而且该接触由表面穿透紧固件(铆钉48)来保持固定而保持其导热性能。
图5示出一种类似的具有安装可焊件55的边54的散热片翅片壁51，上述的可焊件55用一种表面穿透紧固件(此处为铆钉58)固定到上述壁上，这种结构适用于非常重要的空间内。
图6示出用于散热片的翅片61的表面安装结构，其中，上述翅片61制备成通过孔67进行安装，其具有接收焊料基底65的固定夹64通过焊接而表面安装在基板上，随后将散热片精确地推入座落位置上，并由掣子68固定，所述的掣子68伸入孔67内而形成简单的但是有效的机械固定。
在本发明的另一个改型中，印刷电路板基板按照与待保护以免过热的会发热的电子装置的工作关系为表面安装散热片作好充分准备，也就是安置好带有直立肢件的可焊件(尤其是L形或大致为V形或U形的可焊件)，该可焊件置于带有钎焊焊剂的并可用回流钎焊法将其固定的基板表面上的导热可焊支座上，然后使散热片正确地定向、安置并用机械方法表面安装在适当位置上，而不用再行焊接。
在使用中，本发明的散热片通常像图7所示那样安装。如图所示，在折迭的和带槽的散热片体71表面安装在铜座垫79上位于电子装置70的上方，图中未示出安装用的可焊件和钎焊焊剂，但它们位于将散热片71表面安装在座垫79上的表面74的下面。
本发明适用于电子技术行业，按照对电子装置和组件的功能近似性，在进行表面安装散热片时无需采用较为昂贵的由带涂层的金属和合金制成的冷却零件。上述的对散热片的改进使电路板设计中所需的费用较少。另外，在散热片由涂锡的铜板或其合金板制成的情况下，除了其成本比铝板散热片高以外，还存在一些局限性，涂锡的铜板具有较低的辐射率，而且不能进行上色处理来改善其性能。
主要由铝板制成的散热片组件的重量比带涂层的铜片或铜合金片要轻，这在通常使用依靠装置的操作者的吸气机构上的“拾取与放置”装置进行工作的通用自动装配工艺过程是有好处的。
经过发黑处理的铝板具有比反射表面高的吸热性能，这在用于实施回流钎焊技术的红外线烘炉中尤其有用。
上述的铝散热片可很容易通过所述的装配方法而再利用，因此，十分相似于在表面安装过程中常用钎焊的带锡涂层的铜板散热片。
因此，虽然上面已示出、说明和指出本发明应用于其优选实施例的新的基本特征，但是，应当明白，熟悉本技术的人们可以在不违背本发明的精神的情况下对所示装置的形式和细节以及它们的操作进行各式各样的省略、替换和改变，例如，我们的意图显然是，那些按大致相同的方法履行大致相同的功能以获得相同效果的部件和/或方法步骤的所有组合都应包括在本发明的范围内。而且应当认识到，结合本发明的任何公开的形式或实施例的所示和/或说明的结构和/或部件和/或方法步骤可以与作为结构选择通例的任何其他公开的或说明的或建议的形式或实施例相结合。因此，我们的意图是，本发明仅限于由所附权利要求的范围所规定的内容。
权利要求
1.一种用于表面安装到电路板上的组合式散热片装置，该装置具有一个主要由铝板制成的散热片体，该散热片体具有至少一个带有大致平坦的表面的安装座；和一个用机械方法固定到每个上述的安装座上的导热的可焊件，每个上述的可焊件具有一个与上述的散热片体的至少一个平坦表面相连接的第一平坦表面和一个与之相对的用于焊到上述电路板上的第二平坦表面。
2.根据权利要求1的组合式散热片装置，其特征在于，上述的散热片体具有两个上述的安装座，上述的两个大致平坦的表面是共面的。
3.根据权利要求2的组合式散热片装置，其特征在于，上述的散热片体具有一个从每个上述的安装座竖立的散热翅片，和一个在上述翅片之间从上述安装座竖立的弯曲部分。
4.根据权利要求3的组合式散热片装置，其特征在于，上述的弯曲部分具有一个平行于上述安装座的平坦段，该平坦段可安排在上述电路板上的电子装置的上方。
5.根据权利要求1的组合式散热片装置，其特征在于，上述的散热片体是由铝板制成的。
6.根据权利要求5的组合式散热片装置，其特征在于，上述的散热片体是由阳极化的铝板制成的。
7.根据权利要求6的组合式散热片装置，其特征在于，上述的阳极化铝板经过发黑处理。
8.根据权利要求1的组合式散热片装置，其特征在于，上述的散热片体是挤压成形的。
9.根据权利要求1的组合式散热片装置，其特征在于，上述的可焊件用机械方法固定到上述安装座上，固定方法包括在上述安装座上做出至少一个凸部，在每个上述可焊件上做出至少一个插口，然后按压配合方式将每个上述的凸部插入相应的至少一个插口内。
10.根据权利要求9的组合式散热片装置，其特征在于，上述的可焊件被挤压压合到上述安装座上。
全文摘要
一种组合式散热片组件包括一个由铝板制成的散热片体(2，3)，该散热片体(2，3)具有一对共面的表面(4)，上述组件还具有一个用机械方法固定在共面的每个表面(4)上的例如铜板制成的导热可焊件(5)。每个可焊件(5)具有一个与上述的共面的表面之一相连接的第一表面和一个焊接到印刷电路板上的第二表面。
文档编号H01L23/367GK1516996SQ02806690
公开日2004年7月28日 申请日期2002年3月14日 优先权日2001年3月16日
发明者弗朗西斯·E·费希尔, 弗朗西斯 E 费希尔, 鲍尔斯, 拉塞尔·鲍尔斯 申请人:阿维德塞马洛伊有限责任公司