冷卻發熱元件的冷卻裝置、包括冷卻裝置的電路模塊、及安裝有電路模塊的電子裝置的制作方法

專利名稱：冷卻發熱元件的冷卻裝置、包括冷卻裝置的電路模塊、及安裝有電路模塊的電子裝置的制作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及一種用來冷卻發熱元件如半導體組件的冷卻裝置，一種包括冷卻裝置的電路模塊，及一種電子裝置如裝有電路模塊的便攜式計算機。
2.相關技術的說明電子裝置如便攜式計算機裝備有一個MPU(微處理部件)用于處理多媒體信息，其中包括教科書，談話，及卡通片。當這種類型的MPU處理速度及其功能數增加時，在工作期間由其放出的熱量往往會迅速增加。因此，為了保證MPU穩定的工作，必須改善MPU的放熱性能。為了達到這一目的，MPU要求采用一種輻射熱的元件如熱導管，用于將它的熱量排放到外部。
常用的熱導管具有一個外導管，液體致冷劑密封在該外導管中。外導管由硬質金屬材料形成。這樣，如果熱導管直接加接到MPU上，它不能享有對MPU的良好附著作用，以致MPU中的熱量不能有效地傳送到熱導管上。因此，習慣上，將導熱板或傳熱油脂夾在MPU和熱導管之間。
導熱板由一種軟的橡膠狀具有高熱導率的彈性體形成。當MPU和熱導管用熱的方法相互連接時，導熱板變形，以便補償熱導率的降低或吸收阻止熱傳導的間隙，上述熱導率的降低可歸因于兩個元件的表面凸凹不平。結果，MPU和熱導管之間熱連通部分的熱阻降低，以致MPU中的熱量可以有效地傳送到熱導管上。
然而，按照傳統的結構，MPU中的熱量是在它從導熱板傳送到外導管之后才傳送到外導管內的致冷劑中。因此，外導管和導熱板不可避免地安放在作為熱源的MPU和接受熱的致冷劑之間，并造成傳熱損耗。結果，限制了能從MPU傳送到致冷劑的熱量。
預期在不久的將來研制出更高速度的用于便攜式計算機的多功能型MPU，并認為從MPU放出的熱量顯著地增加。因此，按照采用導熱板來熱連通的傳統結構，有可能MPU的冷卻效果不令人滿意或受到限制。這樣，在考慮到現代化的MPU放熱值增加時，必須改善從MPU不到致冷劑的熱傳導的速率。
發明概述本發明在考慮這些情況時已經想出了辦法，并且它的目的是提供一種冷卻裝置、電路模塊、和電子裝置，它們如此設計，以便可以將發熱元件中的熱量有效地傳送到致冷劑并可以改善發熱元件的冷卻效果。
為了達到上述目的，按照本發明第一方面所述的冷卻裝置包括一個裝滿致冷劑的容器。容器包括一個接受熱部分，用于接受發熱元件中的熱量；一個散發熱部分，用于散發發熱元件中的熱量；和一個傳熱部分，用于傳送發熱元件中的熱量，將發熱元件中的熱量傳送到接受熱部分，經由致冷劑傳送到散發熱部分。至少容器的接受熱部分其中接受發熱元件中熱量的那部分由一能彈性變形的軟導熱板形成，同時導熱板直接與發熱元件接觸。
為了達到上述目的，按照本發明第二方面所述的冷卻裝置包括一個接受熱部分，用于接受發熱元件中的熱量；一個散發熱部分，用于散發發熱元件中的熱量；和一個傳熱部分，用于使致冷劑在接受熱部分和散發熱部分之間循環，并傳送發熱元件中的熱量，將發熱元件中的熱量傳送到接受熱部分，經由致冷劑傳送到散發熱部分。至少接受熱部分其中接受發熱元件中熱量的那部分由一種能彈性變形的軟導熱件形成，同時導熱件直接與發熱元件接觸。
為了達到上述目的，按照本發明第三方面所述的電子裝置包括一個其中具有發熱元件的機殼和一個固定在機殼中的冷卻裝置。冷卻裝置包括一個接受熱部分，用于接受發熱元件中的熱量；一個散發熱部分，用于散發發熱元件中的熱量；和一個傳熱部分，用于傳送發熱元件中的熱量，將發熱元件中的熱量傳送到接受熱部分，經由致冷劑傳送到散發熱部分。至少冷卻裝置接受熱部分其中接受發熱元件中熱量的那部分由一能彈性變形的軟導熱板形成，同時導熱板直接與發熱元件接觸。
按照這種結構，軟導熱板可以變形成任何所希望的形狀。因此，它可以附著到發熱元件上，以便補償熱導率的下降或吸收阻止熱傳導的間隙，上述熱導率下降可歸因于發熱元件的表面凸凹不平。因而，只有將導熱板安放在發熱元件和致冷劑之間，以便可以降低從發熱元件延伸到致冷劑的傳熱路線的熱阻。這樣，從發熱元件傳送到導熱板上的熱量可以有效地轉移到致冷劑中。
為了達到上述目的，按照本發明第四方面所述的冷卻裝置包括一個導熱主體，該主體包括一個用于接收發熱元件中熱量的接受熱部分和一個用熱的方法連接到接收熱部分上的散發熱部分；一個風扇，用于將冷卻空氣加到散發熱部分上；和一個在主體中的致冷劑通道，該致冷劑通道用于使致冷劑在接受熱部分和散發熱部分之間流動。致冷劑通道轉移發熱元件中的熱量，將發熱元件中的熱量傳送到接受熱部分，經由致冷劑傳送到散發熱部分。相應于接受熱部分的那部分致冷劑通道由一能彈性變形的軟導熱板形成。導熱板直接與發熱元件接觸。
在上述結構中，從發熱元件傳送到接受熱部分的熱量通過熱傳導擴散到散發熱部分，并從接受熱部分轉移到致冷劑通道內的致冷劑中。因為散發熱部分必須用冷卻空氣冷卻，所以在接受熱部分和散發熱部分之間在溫度上有很大差別。這樣，在接受熱部分中被加熱的致冷劑變成蒸汽，并通過致冷劑通道流向散發熱部分。然后，在散發熱部分中通過熱交換使蒸汽冷凝。由這種冷凝作用而液化的致冷劑通過毛細作用經由致冷劑通道返回接受熱部分，并再次承受發熱元件中的熱量。通過重復這種循環，發熱元件中的熱量可以從接受熱部分轉移到散發熱部分，并從散發熱部分中排出。
按照這種結構，軟的導熱板可以變形成任何所希望的形狀。因此，它可以附著到發熱元件上，以便補償熱導率降低或吸收阻止熱傳導的間隙，上述熱導率降低可歸因于發熱元件的表面凸凹不平。因此，只有將導熱板安放在發熱元件和致冷劑之間，以便可以降低從發熱元件延伸到致冷劑的傳熱路線的熱阻。這樣，從發熱元件傳送到導熱板的熱量可以有效地轉移到致冷劑上。
為了達到上述目的，按照本發明第四方面所述的電路模塊，包括一個具有安裝面的電路板，一個安裝在電路板安裝面上的發熱元件，和一個用于冷卻發熱元件的冷卻裝置。冷卻裝置包括一個接受熱部分，用于接受發熱元件中的熱量；一個散發熱部分，用于散發發熱元件中的熱量；和一個傳熱部分，用于轉移發熱元件中的熱量，將發熱元件中的熱量傳送到接受熱部分，經由致冷劑傳送到散發熱部分。至少冷卻裝置的接受熱部分其中接受發熱元件中熱量的那部分由一種能彈性變形的軟導熱板形成。導熱板具有一圍繞發熱元件伸出的外周邊部分，該外周邊部分直接與電路板的安裝面接觸。
按照這種結構，軟導熱板可以變形成任何所希望的形狀。因此，它可以附著到發熱元件上，以便補償熱導率降低或吸收阻止熱傳導的間隙，上述熱導率降低可歸因于發熱元件的表面凸凹不平。因此，只有將導熱板安放在發熱元件和致冷劑之間，以便可以降低從發熱元件延伸到致冷劑的傳熱路線的熱阻。這樣，從發熱元件傳送到導熱板的熱量可以有效地轉移到致冷劑上。
此外，使導熱板的外周邊部分變形并附著到電路板的安裝面上，以便當致冷劑被發熱元件中的熱量膨脹時，充滿發熱元件外周邊邊緣和安裝面之間的間隙。因此，從發熱元件輸送到電路板的一部分熱量，可以通過導熱板直接轉移到致冷劑中。結果，可以有效地吸收發熱元件中更多的熱量，并且可以限制電路板的溫度增加。
為了達到上述目的，按照本發明第六方面所述的電路模塊，包括一個發熱元件和一個用于冷卻發熱元件的冷卻裝置。冷卻裝置包括一個接受熱部分，用于接受發熱元件中的熱量；一個散發熱部分，用于散發發熱元件中的熱量；和一個管線，用于轉移發熱元件中的熱量，將發熱元件中的熱量傳送到接受熱部分，經由致冷劑傳送到散發熱部分。冷卻裝置的接受熱部分由一軟的傳熱盒件形成，該傳熱盒件能彈性變形，并在其連接管線的一端處具有一個插口，同時傳熱盒件直接與發熱元件接觸。
按照這種結構，接受熱部分隨著發熱元件的形狀平穩而有彈性地變形，并附著到發熱元件上，以便吸收阻止傳熱的間隙。因此，從發熱元件傳送到接受熱部分的熱量可以直接轉移到致冷劑中。這樣，可以降低從發熱元件延伸到致冷劑中的傳熱路線的熱阻，并可以將發熱元件中的熱量有效地轉移到致冷劑中。
本發明的另一些目的和優點將在后面的說明中陳述，并且其中一部分將從說明中顯然看出，或者可以通過本發明的實際操作知道。本發明的一些目的和優點可以通過后面特別指出的工具及組合實現和得到。
對附圖的簡要說明各附圖包括在專利說明書中并構成專利說明書的其中一部分，這些附圖示出本發明的若干實施例，它們與上面所給出的一般說明和下面所給出的詳細說明一起，用來闡述本發明的原理。
圖1是按照本發明第一實施例所述的便攜式計算機剖視圖；圖2是按照第一實施例所述的冷劑裝置剖視圖，它同時示出半導體組件和熱導管之間的熱連通；圖3是按照第一實施例所述的熱導管剖視圖，它同時示出用于容器和導熱板的連接結構；圖4是熱導管的剖視圖，它示出用于容器和導熱板的另一種連接結構；圖5是按照第一實施例所述的冷卻裝置部件分解透視圖，它同時示出熱導管的接受熱部分和半導體組件之間的位置關系；圖6是按照第一實施例所述的熱導管透視圖，它同時示出容器和導熱板之間的位置關系；圖7是按照本發明第二實施例所述的熱導管透視圖；圖8是示出按照第二實施例所述的半導體組件和熱導管之間熱接合的剖視圖；圖9是以分開狀態示出按照本發明第三實施例所述的半導體組件和熱導管的剖視圖10是示出按照第三實施例所述的熱導管接受熱部分固定到半導體組件上的剖視圖；圖11是示出按照第三實施例所述的導熱板與半導體組件和電路板二者接觸的剖視圖；圖12是按照本發明第四實施例所述的熱導管透視圖；圖13是示出按照第四實施例所述的熱導管接受熱部分固定到半導體組件上的剖視圖；圖14是按照本發明第五實施例所述的熱導管透視圖；圖15是按照第五實施例所述的熱導管接受熱部分固定到半導體組件上的剖視圖；圖16是按照本發明第六實施例所述的冷卻裝置透視圖；圖17是示出按照第六實施例所述的冷卻裝置剖視圖，該冷卻裝置包括用熱的方法連接到半導體組件上的散熱片；圖18是按照本發明第七實施例所述的冷卻裝置剖視圖；和圖19是沿著圖18中線段F19-F19所作的剖視圖。
發明的詳細說明現在將參照圖1-6的


按照本發明第一實施例所述的便攜式計算機。
如圖1所示，便攜式計算機1包括一個計算機主體2和一個支承于其上的顯示裝置3。計算機主體2包括一個機殼4。機殼4取扁平箱的形狀，它具有一個底壁4a和一個頂壁4b，并且鍵盤5安置在機殼4的頂壁4b上。顯示裝置3用一絞接裝置13可擺動式支承在機殼4的后端部分上。
機殼4其中具有一塊電路板6。電路板6支承在機殼4的底壁4a上，并沿著底壁4a水平式延伸。用作發熱元件的網格球焊陣列(BGA)型半導體組件7安裝在電路板6的安裝面6a上。半導體組件7構成一個微處理部件(MPU)，該MPU用作便攜式計算機1的樞軸。
如圖2所示，半導體組件7包括一個底板8，一個安裝在底板8上的集成電路(IC)芯片9，和一個蓋住IC芯片9的蓋板10。底板8用大量焊球11焊到電路板6的安裝面6a上。隨著更高速度的多功能型式的發展，IC芯片9的能耗增加。當這樣做時，IC芯片的放熱值變得如此之大，以致它們需要冷卻。蓋板10用具有高導熱率的金屬材料形成。板10用一隔離件12固定到底板8上。IC芯片9夾在板8和10之間。
因此，當IC芯片9發熱時，從芯片9中的熱量傳送到蓋板10上，并且還通過底板8和焊球11傳送到電路板6上。
如圖1所示，機殼4其中具有一個冷卻裝置15。冷卻裝置15用來冷卻半導體組件7，它裝備有一個熱導管16和一個散熱片17。
如圖5所示，熱導管16包括一個細長的容器19和一塊導熱板26。容器19用一種薄金屬板，例如，具有高熱導率的鋁合金形成。容器19包括一個接受熱部分20、一個散發熱部分21、和一個傳熱部分22。接受熱部分和散發熱部分20和21在容器19的縱向方向上間隔開。傳熱部分22將兩部分20和21連接成一條直線。部分20和21比部分22寬。接受熱部分和散發熱部分20和21的各自平面形狀與半導體組件7的形狀一致。
容器19在其中央部分具有一個凹槽24。凹槽24通過拉深容器19形成。凹槽24延伸覆蓋容器19的整個長度，并且相對于容器19向下開口。在凹槽24的外周邊邊緣部分上形成一個平的凸邊部分25。凸邊部分25在容器19的整個周圍延伸。
導熱板26用一種軟的橡膠狀彈性體形成，該彈性體裝滿例如具有高導熱率的填料。將板26的厚度調到約0.1-1mm。導熱板26包括第一末端部分26a，第二末端部分26b，和中間部分26c。第一末端部分26a具有一與接受熱部分20相對應的尺寸。第二末端部分26b具有一與散發熱部分21相對應的尺寸。中間部分26c具有一與傳熱部分22相對應的尺寸。這樣，第一和第二末端部分26a和26b在容器19的縱向方向上被間隔開，并且比中間部分26c寬。正如從圖3所看到的，導熱板26用粘結劑27結合到容器19的凸邊部分25上，并且閉合凹槽24的開口端。板26暴露于熱導管16的外部。
圖4示出一種用于增加導熱板26和凸邊部分25之間結合強度的構造。在這個例子中，在凸邊部分25的遠端邊緣部分上形成一個卷邊部分28。卷邊部分28向后折疊，以便包住其中卷邊部分28的外周邊緣部分。導熱板26的外周邊部分保持在卷邊部分28和凸邊部分25之間。
導熱板26與容器19的凹槽24一起，限定一個致冷劑通道29。通道29延伸而覆蓋接受熱部分20，散發熱部分21，和傳送熱部分22。液體致冷劑R，如水或乙醇，密封在通道29中。因此，導熱板26暴露于致冷劑通道29中，并直接與致冷劑R接觸。
如圖2和5所示，熱導管16的接受熱部分20用一第一金屬托架30緊壓住半導體組件7。第一金屬托架30包括一個夾持部分31和一對凸邊部分32a和32b，這對凸邊32a和32b與夾持部分31一起是連續不斷的。夾持部分31在電路板6上或整個電路板6上跨騎接受熱部分20和半導體組件7。凸邊部分32a和32b用螺釘33固定到電路板6的安裝面6a上。
熱導管16的接受熱部分20夾在第一金屬托架30的夾持部分31和半導體組件7的蓋板10之間。因此，相當于接受熱部分20的導熱板26第一末端部分26a直接壓緊蓋板10，并用熱的方法連接到蓋板10上。
如圖1所示，熱導管16的傳熱部分22從電路板6的后端向后伸出。導管16的散發熱部分21位于機殼4的后端部分，并與接受熱部分20保持一段與傳熱部分22長度相等的距離。
散熱片17用一種具有高熱導率的金屬材料，如鋁合金形成。散熱片17用第二金屬托架35固定到熱導管16的散發熱部分21上。第二金屬托架35包括一個夾持部分36和一對凸邊部分37a和37b，這對凸邊部分37a和37b與夾持部分36一起是連續不斷的。夾持部分36在散熱片17上或整個散熱片17上跨騎散發熱部分21。凸邊部分37a和37b用螺釘38固定到散熱片17上。
熱導管16的散發熱部分21夾在第二金屬托架35的夾持部分36和散熱片17之間。因此，相當于散發熱部分21的導熱板26第二末端部分26b直接壓緊散熱片17，并用熱的方法連接到散熱片17上。
如果將半導體組件7制成進行復雜的運算處理，則在用這種方法制造的便攜式計算機1中，IC芯片9的放熱值增加。從IC芯片9中的熱量通過蓋板10傳送到熱導管16的接受熱部分20上。通過這種熱傳遞，接受熱部分20中的致冷劑R被加熱并變為蒸汽，該致冷劑蒸汽經由傳熱部分22從接受熱部分20流入散發熱部分21。因為散發熱部分21位于距半導體組件7一段距離處，所以它的溫度和內壓保持低于接受熱部分20的溫度和內壓。
這樣，導向散發熱部分21的蒸汽輻射熱量并在其中冷凝。通過致冷劑R這種冷凝作用而輻射的熱量通過熱傳導從散發熱部分21擴散到散熱片17，并通過自然空氣冷卻從散熱片17的表面排放到機殼4中。
致冷劑R通過在散發熱部分21中的熱交換被液化，使這種液化后的致冷劑R通過毛細作用沿著傳熱部分22的內表面流動，并返回接受熱部分20。致冷劑R被從半導體組件7中的熱量加熱并再次變成蒸汽。由于重復進行致冷劑R的蒸發和冷凝，所以將接受熱部分20中的熱量轉移到散發熱部分21。
按照上述結構，面向半導體組件7蓋板10的熱導管16那部分熱接受部分20由導熱板26組成。板26是軟而有彈性的。因此，如果它的第一末端部分26a與組件7的蓋板10接觸，則它變形并附著到蓋板10上，以便補償熱導率的降低或者吸收一個阻止傳熱的間隙，上述熱導率降低可歸因于板10的表面凸凹不平。
因此，當熱導管16用熱的方法連接到半導體組件7上時，只有導熱板26插在蓋板10和致冷劑R之間，以便可以將從蓋板10傳送到導熱板26的熱量直接傳送到致冷劑R中。
因此，從蓋板10延伸到致冷劑R的傳熱路線的熱阻可以降低，并且從板10到致冷劑R的傳熱效率可以顯著地改善。
另外，導熱板26的第一末端部分26a用第一金屬托架30壓緊半導體組件7的蓋板10，并且它的基本上是整個表面都與蓋板10接觸。因此，如果致冷劑R通過在接受熱部分20中的熱交換而膨脹，則軟的導熱板26的第一末端部分26a決不會像氣球一樣膨脹，并且可以防止板26損壞。
如果接受熱部分20的溫度因從蓋板傳熱而增加，則該部分20的內壓隨著致冷劑R膨脹而增加。因此，壓力作用在導熱板26的第一末端部分26a上，以便使它壓緊蓋板10，結果增加了蓋板10和導熱板26之間的附著作用。因此，從蓋板10到導熱板26的傳熱效率進一步改善。
此外，面向散熱片17的熱導管16中那部分散發熱部分21也由導熱板26組成，并且第一末端部分26a直接與散熱片17接觸。因此，板26變形并附著到散熱片17上，以便補償熱導率的降低或者吸收阻止傳熱的間隙，上述熱導率的降低可歸因于散熱片17的表面凸凹不平。
因此，從散發熱部分21延伸到散熱片17的傳熱路線的熱阻可以降低，并且從部分21到散熱片17的傳熱效率可以顯著地改善。
而且，按照用這種方法制造的熱導管16，軟的導熱板26與容器19的凹槽24一起限定致冷劑的通道29，并面向該通道29。因此，容器19和板26在接受熱部分20和半導體組件7之間及在散發熱部分21和散熱片17之間的熱接合處，決不會相互重疊。因此，每個熱連通的厚度可以減少。
結果，冷卻裝置15可以很方便地裝入尺寸上受限制的機殼4中，并且可以很自然地應用到現代化的變薄機殼中。
本發明不限于上述第一實施例。圖7和8示出一第二實施例。第二實施例在熱導管16的接受熱部分20的構造上與第一實施例不同。第一和第二實施例共用熱導管16的其它主要構造。
如圖7和8所示，容器19的接受熱部分20在其凹槽24的底部具有數個伸出部分41，這些伸出部分41朝導熱板26的第一末端部分26a方向伸出。每個伸出部分41都呈肋條形狀，它成直線在熱導管16的縱向方向上延伸。各伸出部分41在它們之間的接受熱部分20寬度方向上以一定間隔相互平行延伸。
每個伸出部分41的遠端形成一個平的支承部分42。支承部分42位于凹槽24的開口端處并與凸邊部分25齊平。因此，支承部分42與導熱板26的第一末端部分26a的中央部分接觸，并從致冷劑通道29的內部支承第一末端部分26a。
按照這種結構，導熱板26的第一末端部分26a外周邊部分用容器19的凸邊部分25支承，并且它的被外周邊包圍的中央部分用支承部分42支承。因此，如果為匹配大尺寸的半導體組件7而增加第一末端部分26a的面積，則不可能使第一末端部分26a的中央部分減少并進入致冷劑通道29。
更準確地說，當組件7變得更大時，半導體組件7的蓋板10尺寸增加。因此，為了獲得更高效的傳熱，必須加寬與板10接觸的第一末端部分26a的面積。如果只有軟的導熱板26第一末端部分26a的外周邊部分固定到容器19上，則在這種情況下，第一末端部分26a的中央部分變得很容易彎曲和不穩定。因此，可能當第一末端部分26a壓緊蓋板10時，導熱板26第一末端部分26a的中央部分可以減少。結果，在第一末端部分26a和蓋板10之間形成一個間隙，因此導熱板26和蓋板10之間的附著作用必然降低。
然而，如果第一末端部分26a的中央部分用從致冷劑通道29內部出來的支承部分42支承，則當第一末端部分26a壓緊蓋板10時，它可以夾持在支承部分42和蓋板10之間。因此，在第一末端部分26a和蓋板10之間可以得到令人滿意的附著作用，結果可以改善從蓋板10到致冷劑R的傳熱效率。
在這個第二實施例中，伸出部分41可以在容器19的散發熱部分21上及在接受熱部分20上形成。通過這樣做，可以增加導熱板26的第二末端部分26b中央部分與散熱片17之間的附著作用。
圖9-11示出本發明的第三實施例。
按照這個第三實施例，接受半導體組件中熱量的電路板6同時用熱導管16冷卻。這個熱導管16基本上用與按照第一實施例所述相同的方法制造。因此，在第三實施例的說明中，遵循涉及與第一實施例中所用的相同元件采用相同的標號，并略去那些元件的說明。
如圖9所示，熱導管16的接受熱部分20具有比半導體組件7大得多的尺寸。更準確地說，相當于接受熱部分20的導熱板26第一末端部分26a包括一個面向蓋板10的中央部分51和一個圍繞組件7從中央部分51伸出的外周邊部分52。
另外，容器19的凹槽24具有數個伸出部分53，它們在致冷劑通道29中從其底部伸出。每個伸出部分53的遠端形成一個平的支承部分54。支承部分54面向導熱板26的中央部分51。
下面是在這種安排中用于用熱的方法將熱導管16的接受熱部分20連接到半導體組件7上和電路板6上的操作步驟說明。首先，將導熱板26的中央部分放在組件7的蓋板10上。然后，用第一金屬托架30將接受熱部分20固定到電路板6上。
隨后，將接受熱部分20夾在第一金屬托架30的夾持部分31和蓋板10之間，并根據半導體組件7的厚度，使導熱板26的第一末端部分26a向上彈性變形，如圖10所示。因此，在凹槽24的底部處各個伸出部分53的各自支承部分54觸及導熱板26的中央部分51，隨后將中央部分51支持在蓋板10和支承部分54之間。結果，導熱板26的中央部分51附著到蓋板10上，并用熱的方法連接到蓋板10上。
另外，導熱板26外周邊部分52的遠端邊緣部分壓緊電路板6的安裝面6a。同時，外周邊部分52除了它的遠端邊緣部分之外的整個面積都面向電路板6的安裝面6a。因此，導熱板26的第一末端部分26a以這種方式固定到電路板6上，以便它跨騎半導體組件7和電路板6的安裝面6a。
因此，當半導體組件7中的IC芯片9發熱時，芯片9中的熱量通過蓋板10傳送到導熱板26的第一末端部分26a上。這樣，使接受熱部分20中的致冷劑R受熱并膨脹。隨后，使軟的導熱板26的外周邊部分52經受壓力，以便將它壓向電路板6，如圖10中箭頭所示。結果，導熱板26的外周邊部分52變形并附著到電路板6的安裝面6a上，以便填滿電路板6和接受熱部分20之間的間隙，正如從圖11所看到的。
這樣，導熱板26用熱的方法連接到包圍半導體組件7的那部分電路板6上，并且將電路板6中的熱量通過導熱板26傳送到致冷劑R上。
按照這種結構，從半導體組件7傳送到電路板6的熱量可以用熱導管16接受熱部分20吸收。這樣，組件7中的熱量可以有效地傳送到致冷劑R上，因而可以改善組件7的冷卻效果，并且阻止電路板6的溫度增加。
而且，在電路板6中，導電式連接到半導體組件7上的許多布線圖形，集中在安裝面6a包圍組件7的那個區域。因此，周圍區域是比較平坦的表面，該表面不承載芯片元件或類似物，并且導熱板26的外周邊部分52觸及這個區域。這樣，導熱板26和電路板6之間的附著作用是令人滿意的，并且來自電路板6的熱量有效地傳送到導熱板26上。
圖12和13示出本發明的第四實施例。
按照第四實施例所述的熱導管60包括接受熱部分61，散發熱部分62，和用于轉移熱的管線63。
接受熱部分61和散發熱部分62分別包括盒件，61a和62a。盒件61a和62a每個都是用軟的橡膠狀彈性體形成，該彈性體裝滿例如具有高熱導率的填料。將每個盒件的厚度調到約0.1-1mm。盒件61a和62a分別具有圓筒形頸部分64和65。每個頸部分都具有一個其一端開口的插口66。插口66連續延伸到盒件61a和62a的內部。
管線63用圓形金屬管形成。管線63的其中一端裝配在盒件61a的插口66中。管線63的另一端裝配在盒件62a的插口66中。管線63的其中一端和另一端分別單獨用帶狀物67固定到頸部分64和65上。盒件61a和62a及管線63都裝滿致冷劑R。
如圖13所示，熱導管60的接受熱部分61用金屬托架70壓緊半導體組件7。托架70包括一個夾持部分71和一對凸邊部分72a和72b，上述夾持部分71跨騎在接受熱部分61和組件7上，而凸邊部分72a和72b與夾持部分71一起繼續延伸。凸邊部分72a和72b各自用螺釘73固定到電路板6的安裝面6a上。
熱導管60的接受熱部分61夾在金屬托架70的夾持部分71和半導體組件7的蓋板10之間。因此，將接受熱部分61的軟盒件61a弄平，以便接受熱部分61與蓋板10緊密接觸。
熱導管60的散發熱部分62用一類似的金屬托架(未示出)與散熱片緊密接觸。
按照這種結構，熱導管60的接受熱部分61包括一個軟的盒件61a。因此，使接受熱部分61保持處于這樣一種狀態，以便它能隨著半導體組件7的形狀自由地變形，并且可以令人滿意地附著到組件7上。散發熱部分62也由軟的盒件62a組成。因此，使散發熱部分62保持處于這樣一種狀態，以便它能隨著散熱片的形狀自由地變形，并且可以令人滿意地附著到散熱片上。
這樣，熱導管60必定用熱的方法連接到半導體組件7和散熱片上，并且可以增加組件7的散熱效果。
另外，從半導體組件延伸到致冷劑R的傳熱路線的熱阻可以降低，并且從組件7到致冷劑R的傳熱效率可以顯著地改善。
圖14和15是本發明的第五實施例。
按照第五實施例所述的熱導管80包括一個細長的金屬容器81和一個導熱板90。容器81包括接受熱部分82，散發熱部分83，與第一和第二傳熱部分84a和84b。
接受熱部分82和散發熱部分83在容器81的縱向方向上間隔開，并且比第一和第二傳熱部分84a和84b寬。傳熱部分84a和84b成一條直線連接接受熱部分和散發熱部分82和83，并且相互平行配置。
容器81具有第一和第二凹槽86a和86b。第一和第二凹槽86a和86b通過沖壓容器81形成。凹槽86a和86b分別沿著第一和第二傳熱部分84a和84b延伸，并且在容器81的底側處向下開口。平的凸邊部分87在凹槽86a和86b的外周邊邊緣部分上形成。
將第一和第二凹槽86a和86b每一個的其中一端導向接受熱部分82上。在凹槽86a和86b每一個的其中一端上形成一個折疊或彎曲的部分88，第一和第二凹槽86a和86b的各自彎曲部分88在接受熱部分82上相互接合。
將第一和第二凹槽86a和86b每一個的其中另一端導向散發熱部分83上。在凹槽86a和86b每一個的其中另一端上形成一個折疊或彎曲的部分89。第一和第二凹槽86a和86b的各自彎曲部分89在散發熱部分83上相互連接。
導熱板90，像第一實施例中的導熱板一樣，用一種軟的橡膠狀彈性體形成。導熱板90固定到容器81的凸邊部分87上，并閉合第一和第二凹槽86a和86b各自的開口端。導熱板90與凹槽86a和86b一起，構成第一和第二致冷劑通道91a和91b。致冷劑R密封在通道91a和91b中。
按照這種結構，熱導管60的接受熱部分82其中接受半導體組件7熱量的那部分，由軟的導熱板90組成。導熱板90可以變形并附著到組件7上，以便補償熱導率的降低，或者吸收阻止傳熱的間隙，上述熱導率的降低可歸因于組件7的表面凸凹不平。
結果，從半導體組件7傳送到導熱板90的熱量可以直接傳送到致冷劑R，并且從組件7傳送到接受熱部分82的熱量可以利用流過兩個致冷劑通道91a和91b的致冷劑R有效地傳送到散發熱部分83。
在這個第五實施例中，第一和第二凹槽86a和86b的各自彎曲部分89可以弄成彎彎曲曲。按照這種安排，接受熱部分82和散發熱部分83可以形成具有一長的曲折通道，而致冷劑R可以通過該通道很長時間。因此，大量的熱可以傳送到接受熱部分82中的致冷劑R，并且大量的熱可以從散發熱部分83內的致冷劑R中排除。這樣，可以顯著地改善熱導管80的傳熱效率，并且可以增加半導體組件7的散熱效果。
圖16和17示出本發明的第六實施例。
按照第六實施例所公開的是冷卻裝置100，在該冷卻裝置100中致冷劑R自動地循環。冷卻裝置100由接受熱部分101，散發熱部分102，和傳熱部分103組成。
接受熱部分101和散發熱部分102分別包括軟的盒件101a和102a。盒件101a和102a每個都用一種軟的橡膠狀彈性體形成，該彈性體裝滿例如具有高熱導率的填料。將每個盒件的厚度調到約0.1-1mm。盒件101a在其一端處具有一對圓筒形頸部分104a和104b。頸部分104a和104b相互平行配置，并具有它們各自的插口105。插口105連續延伸至盒件101a的內部。
盒件102a在其一端處具有一對圓筒形頸部分106a和106b。頸部分106a和106b相互平行配置，并具有它們各自的插口107。插口107連續延伸到盒件102a的內部。
傳熱部分103裝備有第一和第二管線103a和103b。管線103a和103b每個都用圓形金屬管形成，它們連接接受熱部分101和散發熱部分102。管線103a和103b每個的其中一端連接到盒件101a它的相關插口105上。管線103a和103b每個的其中另一端連接到盒件102a它的相關插口107上。
第一和第二管線103a和103b用帶形物108各自固定到頸部分104a，104b，106a和106b上。盒件101a和102a及第一和第二管線103a和103b裝滿致冷劑R。
第一管線103a用來將在接受熱部分101中通過熱交換加熱的致冷劑R導向散發熱部分102中。第二管線103b用來將在散發熱部分102中通過熱交換冷卻的致冷劑R導向接受熱部分101中。
第二管線103b裝備有一個電動機泵109。泵109自動地將致冷劑R朝接受熱部分101輸送。送入接受熱部分101中的致冷劑R通過第一管線103a由其導向散發熱部分102，并通過第二管線103b返回泵109。這樣，致冷劑R在接受熱部分和散發熱部分101和102之間自動循環。
如圖17所示，接受熱部分101通過第一金屬托架110壓緊半導體組件7的蓋板10。接受熱部分101夾在托架110和組件7之間。這樣，盒件101a以這種方式附著到蓋板10上，以便將它弄平。
散發熱部分102通過一第二金屬托架111壓緊散熱片17。散發熱部分102夾在托架111和散熱片17之間。這樣，盒件102a以這種方式附著到散熱片17上，以便將它弄平。
按照這種結構，致冷劑R在接受熱部分和散發熱部分101和102之間自動循環。因此，從半導體組件7傳送到接受熱部分101的熱量可以經由致冷劑R傳送到散發熱部分102，并通過基于傳熱到散熱片17上的擴散作用排放到空氣中。
冷卻裝置100的接受熱部分101由具有熱導率的軟盒件101a形成。因此，接受熱部分101可以隨著半導體組件7的形狀自由地變形，并且可以令人滿意地附著到組件7上。另外，散發熱部分102由具有熱導率的軟盒件102a形成。因此，散發熱部分102可以隨著散熱片17的形狀自由地變形，并可以令人滿意地附著到散熱片17上。
因此，改善了從半導體組件7到接受熱部分101及從散發熱部分102到散熱片17的傳熱效率，并顯著地增加了組件7的冷卻效果。
盡管致冷劑R按照第六實施例所述自動循環，但可供選擇地它可以通過自然對流循環。在這種情況下，希望接受熱部分101應該位于比散發熱部分102低的位置中，而用于返回在散發熱部分102中液化的致冷劑R的第二管線103b應該在致冷劑R的流動方向上向下傾斜。
此外，可供選擇地，用于將加熱并變成蒸汽的致冷劑R導向散發熱部分102的第一管線103a可以形成具有比第二管線103b更大的直徑。通過做到這點，可以降低蒸汽從接受熱部分101移動到散發熱部分102的熱阻。
另外，可以將用于檢測IC芯片9溫度的溫度傳感器靠近半導體組件7安裝，以便可以按照從溫度傳感器發出的信號控制泵109的工作。更準確地說，當芯片9的溫度超過一預定值時，可以按照溫度傳感器發出的溫度信號驅動泵109。如果做到這點，則泵109不需要連續工作，以便節約動力，并可以降低泵109工作時的噪音電平。
圖18和19示出本發明的第七實施例。
按照第七實施例所述的冷卻裝置120具有一板狀主體121。主體121用具有高熱導率的金屬材料，如鋁合金形成。主體121包括數個支腳(leg)部分122，它們從其外周邊邊緣部分向下延伸。各個支腳部分122的各自遠端分別用螺釘123固定到電路板6的安裝面6a上。這樣，主體121平行于電路板6設置，并且半導體組件7安放在主體121和電路板6之間。
主體121整體式包括一個接受半導體封袋7中熱量的接受熱部分125和一個散發組件7中熱量的散發熱部分126。接受熱部分125正好位于組件7的上方。散發熱部分126位于離開組件7處。散發熱部分126用熱的方法連接到接受熱部分125上。
主體121具有一凹槽127，該凹槽127在其下表面處向下開口。凹槽127在接受熱部分125到散發熱部分126的范圍內延伸。凹槽127用間隔壁128分成數個溝槽部分129。每個壁128的末端與主體121的下表面齊平。溝槽部分129在接受熱部分和散發熱部分125和126之間直線延伸。
導熱板130粘結到主體121的下表面上。板130用一種軟的橡膠狀彈性體形成，該彈性體裝滿例如具有高熱導率的填料，并將它的厚度調到約0.1-1mm。導熱板130蓋住凹槽127的開口端并觸及各間隔壁128的相應遠端。導熱板130在一相應于接受熱部分125的位置中觸及半導體組件7的蓋板10，并用熱的方法連接到蓋板10上。
致冷劑通道131限定在導熱板130和溝槽部分129之間。每個致冷劑通道131的其中一端位于接受熱部分125中，而其另一端位于散發熱部分126中。致冷劑R密封在致冷劑通道131內。
如圖18和19所示，主體121包括一個直立的壁133，該壁133從其外周邊邊緣部分向上延伸。壁133在主體121的圓周方向上連續地形成。一個頂板134固定到壁133的上端。頂板134與主體121和直立壁133的上表面一起，限定一個冷卻空氣通道135。通道135在從接受熱部分125到散發熱部分126的范圍內延伸，并且經由主體121用熱的方法連接到致冷劑通道131上。
主體121在一相應于接受熱部分125的位置中具有若干銷釘形散熱片136。散熱片136暴露于冷卻空氣通道135中。電扇138支承在頂板134的下表面上。在通道135中，電扇138面向散發熱部分126。電扇138用來通過頂板134中的空氣進口139吸入冷卻空氣，并使冷卻空氣直接對著散發熱部分126吹。在流過冷卻空氣通道135之后，冷卻空氣通過直立壁133中的空氣出口140排放到冷卻裝置120的外部。
在用這種方式制造的冷卻裝置120中，半導體組件7中的熱量傳送到主體121的接受熱部分125上。通過這種傳熱，在每個致冷制通道131的其中一端處，致冷劑R被加熱并變成蒸汽，該致冷劑蒸汽從接受熱部分125流向散發熱部分126。散發熱部分126與組件7保持一定距離，并用電扇138吹出的冷卻空氣沖擊。因此，散發熱部分126的溫度和內壓保持低于接受熱部分125的溫度和內壓。
這樣，導向散發熱部分126的蒸汽放熱并在其中冷凝。通過致冷劑R這種冷凝作用而放出的熱量被冷卻空氣流帶走，并排放到冷卻裝置120的外部。
致冷劑R在散發熱部分126中通過熱交換液化，造成致冷劑R通過毛細作用沿著致冷劑通道131相應的內表面流動，并返回接受熱部分125。然后，致冷劑R被半導體組件7中的熱量加熱并再次變成蒸汽。隨著致冷劑R反復蒸發和冷凝，從接受熱部分125出來的熱量必定轉移到散發熱部分126中。
按照這種結構，冷卻裝置120中接受熱部分125其中接受半導體組件7中熱量的那部分125由軟的導熱板130組成。導熱板130可以變形并附著到組件7上，以便補償熱導率降低或吸收阻止熱傳導的間隙，上述熱導率降低歸因于組件7的表面凸凹不平。
因此，從半導體組件7傳送到導熱板130的熱量可以直接傳送到致冷劑通道131內的致冷劑R，并且利用致冷劑R可以有效地將傳送到接受熱部分125的組件7中熱量傳送到散發熱部分126上。
這樣，可以降低從半導體組件7延伸到致冷劑R的傳熱路線的熱阻，并且可以顯著地改善從組件7到致冷劑R的傳熱效率。
對本領域的技術人員來說，若干附加的優點和修改將很容易發生。因此，本發明在其更廣的范圍內不限于此處所示和所說明的特殊及有代表性的實施例。因而，在不脫離如所附權利要求及其等效物所述的一般發明思想的精神和范圍情況下，可以進行各種修改。
權利要求
1.一種冷卻發熱元件(7)的冷卻裝置，其特征在于，包括一個裝滿致冷劑(R)的容器(19，81)，容器(19，81)包括一個用于接受發熱元件(7)中熱量的接受熱部分(20，82)；一個用于散發發熱元件(7)中熱量的散發熱部分(21，83)；和一個用于傳送發熱元件(7)中熱量的傳熱部分(22，84a，84b)，發熱元件(7)中的熱量傳送到接受熱部分(20，82)，經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(21，83)，至少容器(19，81)的接收熱部分(20，82)之中接受發熱元件(7)中的熱量的那部分由一塊能彈性變形的軟導熱板(26，90)形成，導熱板(26，90)直接接觸發熱元件(7)。
2.按照權利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于上述容器(19，81)具有一溝形凹槽(24，86a，86b)，凹槽連接接受熱部分(20，82)和散發熱部分(21，83)，并且上述導熱板(26，90)蓋住凹槽(24，86a，86b)的開口端，并與凹槽(24，86a，86b)一起限定用于致冷劑(R)的致冷劑通道(29，91a，91b)。
3.按照權利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于上述接受熱部分(20)包括至少一個伸出部分(41)，該伸出部分(41)朝導熱板(26)方向伸出，伸出部分(41)的遠端與導熱板(26)接觸。
4.按照權利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于它還包括散熱片(17)，該散熱片(17)用熱的方法連接到散發熱部分(21)上。
5.按照權利要求4所述的冷卻裝置，其特征在于上述散發熱部分(21)用熱的方法連接到熱散片(17)上的那部分，由導熱板(26)形成。
6.一種冷卻發熱元件(7)的冷卻裝置，其特征在于，包括一個接受熱部分(101)，用于接受發熱元件(7)中的熱量；一個散發熱部分(102)，用于散發發熱元件(7)中的熱量；和一個傳熱部分(103)，用于使致冷劑(R)在接受熱部分(101)和散發熱部分(102)之間循環，并傳送發熱元件(7)中的熱量，它將發熱元件(7)中的熱量傳送到接受熱部分(101)，經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(102)；至少接受熱部分(101)的其中接受發熱元件(7)中的熱量的那部分由一軟的能彈性變形的傳熱件(101a)形成，傳熱件(101a)直接與發熱元件(7)接觸。
7.按照權利要求6所述的冷卻裝置，其特征在于上述傳熱部分(103a)包括一個第一管線(103a)，用于將在接受熱部分(101)中加熱的致冷劑(R)導向散發熱部分(102)；一個第二管線(103b)，用于將在散發熱部分(102)中通過熱交換冷卻的致冷劑(R)導向接受熱部分(101)；和一個泵(109)，用于使致冷劑(R)在接受熱部分(101)和散發熱部分(102)之間自動循環。
8.按照權利要求6所述的冷卻裝置，其特征在于它還包括散熱片(17)，該散熱片(17)與散發熱部分(102)熱連通。
9.一種冷卻發熱元件(7)的冷卻裝置，其特征在于，包括一個具有熱導率的主體(121)，主體(121)包括一個接受熱部分(125)，用于接受發熱元件(7)中的熱量；和一個散發熱部分(126)，用熱的方法連接到接受熱部分(125)上；一個風扇(138)，用于將冷卻空氣供給到散發熱部分(126)上；和一個致冷劑通道(131)，它在主體(121)中，用于使液體致冷劑(R)在接受熱部分(125)和散發熱部分(126)之間移動，致冷劑通道能傳送發熱元件(7)中的熱量，將發熱元件中熱量傳送到接受熱部分(125)，經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(126)，相當于接受熱部分(125)的那部分致冷劑通道(131)由一塊能彈性變形的軟導熱板(130)形成，導熱板(130)用熱的方法連接到發熱元件(7)上。
10.按照權利要求9所述的冷卻裝置，其特征在于上述主體(121)具有一個冷卻空氣通道(135)，通道(135)用于將冷卻空氣用熱的方法連接到致冷劑通道(131)上。
11.一種電路，其特征在于，包括一塊電路板(6)，具有一個安裝面(6a)；一個發熱元件(7)，安裝在電路板(6)的安裝面(6a)上；和一個冷卻裝置(15)，用于冷卻發熱元件(7)，冷卻裝置(15)包括一個接受熱部分(20)，用于接受發熱元件(7)中的熱量；一個散發熱部分(21)，用于散發發熱元件(7)中的熱量和一個傳熱部分(22)，用于傳送發熱元件(7)中的熱量，將發熱元件(7)中的熱量傳送到接受熱部分(20)，經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(21)，至少冷卻裝置(15)接受熱部分(20)的那部分接受發熱元件(7)中的熱量，上述那部分接受熱部分(20)由一種能彈性變形的軟導熱板(26)形成，導熱板(26)具有一圍繞發熱元件(7)伸出的外周邊部分(52)，該外周邊部分(52)直接與電路板(6)的安裝面(6a)接觸。
12.按照權利要求11所述的電路模塊，其特征在于上述冷卻裝置(15)的接受熱部分(20)用一插口(30)固定到電路板(6)上，以便接受熱部分(20)的導熱板(26)壓緊發熱元件(7)和電路板(6)的安裝面(6a)
13.一種電路模塊，其特征在于包括一個發熱元件(7)；和一個冷卻裝置(60，100)，用于冷卻發熱元件(7)，冷卻裝置(60，100)包括一個接受熱部分(61，101)，用于接受發熱元件(7)中的熱量；一個散發熱部分(62，102)，用于散發發熱元件(7)中的熱量；和一個管線(63，103a，103b)，它用于傳送發熱元件(7)中的熱量，將發熱元件(7)中的熱量傳送到接受熱部分(61，101)，經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(62，102)；冷卻裝置(60，100)的接受熱部分(61，101)由一種軟的傳熱盒件(61a，101a)構成，該傳熱盒件(61a，101a)能彈性變形，并且在其管線(63，103a，103b)連接于其上的一端處具有一個插口(66，105)，傳熱盒件(61a，101a)直接與發熱元件(7)接觸。
14.按照權利要求13所述的電路模塊，其特征在于上述冷卻裝置(60，100)的接受熱部分(61，101)用一個托架(70，110)固定到發熱元件(7)上，以便將傳熱盒件(61a，101a)在托架(70，110)和發熱元件(7)之間弄平并附著到發熱元件(7)上，
15.按照權利要求13所述的電路模塊，其特征在于上述冷卻裝置(100)包括一個散熱片(17)，該散熱片(17)用熱的方法連接到散發熱部分(102)上。
16.按照權利要求15所述的電路模塊，其特征在于上述冷卻裝置(100)的散發熱部分(102)由一個軟的傳熱盒件(102a)形成，該傳熱盒件能彈性變形，并在其管線(103a，103b)連接于其上的一端處具有一個插口(107)，傳熱盒件直接與散熱片(17)接觸。
17.一種電子裝置，其特征在于，包括一個機殼(4)，其中具有一個發熱元件(7)；和一個冷卻裝置(15)，它固定在機殼(4)中，冷卻裝置包括一個接受熱部分(20)，用于接受發熱元件(7)中的熱量；一個散發熱部分(21)，用于散發發熱元件(7)中的熱量；和一個傳熱部分(22)，它用于傳送發熱元件(7)中的熱量，將發熱元件(7)中的熱量傳送到接受熱部分(20)，經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(21)，至少冷卻裝置(15)接受發熱元件(7)中熱量的那部分接受熱部分(20)由一個軟的能彈性變形的導熱板(26)形成，導熱板(26)直接與發熱元件(7)接觸。
18.按照權利要求17所述的電子裝置，其特征在于上述冷卻裝置(15)包括一個散熱片(17)，該散熱片(17)用熱的方法連接到散發熱部分(21)上。
19.按照權利要求18所述的電子裝置，其特征在于上述散發熱部分(21)用熱的方法連接到散熱片(17)上的那部分由導熱板(26)形成。
全文摘要
冷卻裝置(15)具有一個裝滿致冷劑(R)的容器(19)。容器(19)包括:一個接受熱部分(20),用于接受發熱元件(7)中的熱量;一個散發熱部分(21),用于散發發熱元件(7)中的熱量;和一個傳熱部分(22),它用于將傳送到接受熱部分(20)的熱量經由致冷劑(R)傳送到散發熱部分(21)上。至少容器(19)的接受熱部分(20)由一軟的導熱板(26)形成,導熱板(26)接受發熱元件(7)中的熱量。導熱板(26)直接與發熱元件(7)接觸。
文檔編號H01L23/427GK1347281SQ0114061
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月18日 優先權日2000年9月25日
發明者古屋惠三 申請人:株式會社東芝