CN115397192A

CN115397192A - 散热器

Info

Publication number: CN115397192A
Application number: CN202210549444.5A
Authority: CN
Inventors: F·拉德马赫; P·莱因霍尔德; A·布雷特施耐德
Original assignee: Aptiv Technologies Ltd
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-11-25
Also published as: EP4092720A1; US20220377945A1

Abstract

本申请涉及一种散热器。所述散热器(10)包括能够以不可调整的方式安装在支撑件(20)上的本体(11)，该支撑件设置有至少一个待冷却元件(25)，其特征在于，所述本体(11)包括以可调整的方式装配在其中的至少一个嵌件(15)，以便嵌件接触表面(16)与所述待冷却元件(25)接触。

Description

散热器

技术领域

本公开涉及电子设备领域，特别是涉及印刷电路板或电子装置，如通常可以在汽车领域看到的电子控制单元(ECU)。

更具体而言，本公开涉及一种可以提供给任何电子电路板或装置的散热器，并且涉及作为这种散热器支撑件的印刷电路板和包括这种印刷电路板的车辆。

背景技术

诸如具有高功率耗散的集成电路(IC)之类的大多数电子元件会产生热能。集成电路产生的热必须被移除到周围环境，以将部件的结温维持在安全操作限度内。如果该能量没有从电路中传递走，就会在其自身的源头上造成缺陷，集成电路可能会被损坏、毁坏或自行关断。

为了防止此类问题，散热器与集成电路连接，并将热能传递到可移动的介质，该介质主要是气体介质(如空气)或液体介质(如水或油)。这些介质将热能传递到较冷的区域，在这些区域，热最终可以被从待冷却的电子电路或装置中交换出去。

通常，布置到印刷电路板上的散热器设置有本体，该本体具有作为支腿的柱，用于将散热器固定到印刷电路板，特别是至少在电路板的加热源上，该加热源通常由一个或多个处理器、芯片或芯片组构成。在面向印刷电路板的表面的背面，本体设置有多个突出的元件，这些元件起到热交换器的作用。作为替代或补充，本体也可以设置有冷却通道，以帮助从加热源提取热。

为了有足够的效率，散热器的本体进一步包括垫、块体或接触构件，它们中的每一者均旨在尽可能地靠近热源。然而，由于若干原因，这些垫不能合适地触及每个待冷却的芯片或集成电路的上表面。上述原因主要是由于散热器与印刷电路板之间的组装公差造成的。此外，集成电路的封装表面有时存在平面度缺陷，使其表面出现凹陷、凸起甚至扭曲的形状。由于这些原因，集成电路的上封装表面与散热器的下接触表面或垫之间往往存在间隙。由于空气本质上是一种热绝缘体，任何中间空气间隙都应该消除，因为它代表了热流的重要阻力。

为了有效地从加热源移除热，有必要使用间隙填充物(也称为热界面材料(TIM))来填充每个间隙。已开发出大量比空气具有更大热导率的材料类型作为热界面材料。

根据上述内容可以看出，散热器的热效率在很大程度上取决于集成电路的上封装表面与旨在接触加热元件的散热器垫的下表面之间的间隙。事实上，间隙越小，热效率就越高。

汽车工业中已知的散热器，特别是车辆电子控制单元(ECU)中的散热器，通常集成在ECU的封套中。这种散热器还必须固定地保持ECU的印刷电路板。因此，它们的功能是双重的，即它们必须冷却印刷电路板的加热元件并将后者固定在ECU封套内。然而，这种散热器的设计并不能提供最佳的热消散效果，这主要是由于由热界面材料填充的间隙中的公差堆积造成的。

在其他技术领域，一些散热器使用位于散热器本体的四个角处的压缩弹簧连接装置，用于将后者固定到印刷电路板。这样的设计使得能够调整本体基座与电路板的集成电路的上封装表面之间的距离。然而，为了获得正确的调整，必须调整与连接装置一起提供的四个螺钉，并允许压缩或释放该连接的螺旋弹簧。这种调整的实施时间相当长，尤其是由于特别难以使散热器的基座与集成电路的上封装表面平行。此外，由于本体的可移动性，这样的设计不允许集成到设置有液体或空气冷却通道的ECU封装中。此外，连接装置有可能失调，尤其是当印刷电路板或ECU封装受到振动或冲击时，在某些领域(特别是在汽车工业中)尤为如此。最后，当印制电路板设置有以不同高度在印刷电路板的上平面上方突出的若干加热元件时，上述的设计是不合适的。事实上，在这种情况下，只有最高的加热元件可以以最佳方式与散热器的基座接触。

文献US6396692B1公开了一种ECU，该ECU包括冷却模块，该冷却模块中设置有流体通道。由ECU的电子部件产生的热被对流地传递到冷却模块。

文献KR101735736B1涉及一种车辆的ECU，该ECU设置有至少一个加热元件以及供ECU***的外壳。散热器部分安装成面向外壳的一侧并覆盖另一侧。该散热器设置有多个热辐射销，这些热辐射销在外壳的高度方向上平行布置。

文献CN211702650U涉及一种汽车ECU控制器壳，其设置有减震器。事实上，减震垫布置在壳的四个角处，并设置有安装孔。与传统的控制器外壳相比，该控制器外壳的热消散性能得到改善。

然而，由于背景技术中提供的装置或***无法解决前面提到的问题，因此需要改进现有的公开方案，以便至少部分地克服上述缺点。特别是，适合提出一种通过确保热界面材料的最小间隙而更有效的新方法。

发明内容

为了解决这样的问题，本公开提供了一种散热器，其包括能不可调整地安装在支撑件上的本体，该支撑件设置有至少一个待冷却元件。本体包括可调整地装配在其中的至少一个嵌件，以便嵌件接触表面与待冷却元件接触。

由于以上散热器的特点，相对于附接到支撑件的不可移动的本体而言，可以有利地调整嵌件，从而与待冷却元件接触或几乎接触。因此，由于散热器与该散热器上所附接的支撑件之间的装配公差而产生的任何间隙可以由嵌件相对于散热器的本体的调整功能来补偿。因此，本申请的散热器为支撑件的待冷却加热元件产生的热提供了最佳的热消散效果，而不考虑通常可能由机加工、安装和/或组装公差造成的某些尺寸缺陷。

此外，由于本公开的散热器的本体相对于其所固定到的支撑件或印刷电路板保持不可移动，因此该本体完全设计成集成到封套(例如ECU外壳)中，该封套可以进一步设置有液体或空气冷却通道。

优选地，本散热器可沿移动轴线调整，该移动轴线正交于待冷却元件的元件接触表面。

在一个实施方式中，通过嵌件的第一螺纹部分与本体的第二螺纹部分接合，嵌件可调整地装配在本体中。

优选地，第一螺纹部分位于嵌件的外周，并且第二螺纹部分是布置在本体内的螺纹孔。

根据一个实施方式，嵌件通过推入配合式相互接合可调整地装配到本体中。

优选地，本体与嵌件之间的相互接合涉及嵌件的整个外周。

在一个实施方式中，该散热器进一步包括嵌件与本体之间的密封件。

根据该实施方式，密封件可以是螺纹密封剂或螺纹锁。

在一个实施方式中，密封件是O形环，优选在嵌件的外周突出。

根据另一实施方式，嵌件可调整地装配在本体中，以便经由第一层热界面材料与待冷却元件接触。

在一个实施方式中，嵌件进一步包括夹持装置，用于帮助在本体内调整嵌件。

在另一实施方式中，嵌件进一步包括多个热交换器元件，这些热交换器元件布置在与嵌件接触表面相反的自由表面上。

根据一个实施方式，本体在与待冷却元件相反的本体自由表面上进一步包括多个热交换器元件中的至少一个以及至少一个用于输送流体的冷却通道。

本公开进一步涉及一种不可调整地安装在根据其实施方式或根据其实施方式的任何可能组合的散热器上的作为支撑件的印刷电路板。

本公开还涉及一种包括上述印刷电路板的车辆。

将在下文的详细说明中公开其他实施方式和优点。

附图说明

本说明书中提供的公开内容和实施方式应被视为非限制性的实施例，参照附图将对其更好地理解，在附图中：

图1是本公开的散热器的一个实施方式的立体图，该散热器安装在支撑件上，并根据部分竖直剖面描绘该散热器；

图2是本公开的散热器的另一个实施方式的正视图，其中在竖直剖面中仅描绘出了本体；

图3是图1中所示实施方式的第一变体；

图4是图1中所示实施方式的第二变体，和

图5提供了本散热器的另一个实施方式。

具体实施方式

图1描绘了散热器10，即热耗散器或散分散器。散热器10安装在设置有待冷却元件25的支撑件20上。待冷却的元件25也可以看作是加热元件25，其优选相对于其支撑件20是不可移动的。待冷却元件25通常可以是芯片、芯片组、集成电路(IC)、中央处理单元(CPU)或任何其他半导体。应当注意，待冷却元件25不限于电子部件，而可以是电气元件，例如变压器。支撑件20可以是板或任何要组装到散热器10的元件。优选地，支撑件20是印刷电路板(PCB)。该支撑件可以涉及电子控制单元(ECU)的PCB，更特别是例如属于汽车ECU的PCB。

应当注意，根据散热器10和支撑件20的相对尺寸，可以考虑散热器10由支撑件20支撑，特别是在支撑件20大于散热器10的情况下，或者支撑件20由散热器10支撑，例如在支撑件20小于散热器10的情况下。鉴于支撑件20的主要作用是组装到散热器10以冷却支撑件20所包括的加热元件25，上述两种情况在本公开中应被视为等同。上述支撑件也可以被认为是参照它所承载的至少一个待冷却元件25而被如此命名的。

图1的图示以及其他图中的图示是一种示意图，其中，为了清楚起见，简化了PCB(即载体或支撑件20)及其IC。为了更好地示出组件，图1以立体图提供，其中在部分竖直剖面中示出了散热器10。

图1中描绘的实施方式进一步示出了热界面材料30，该热界面材料30布置在待冷却元件25的上封装表面上。元件25的上封装表面在本公开中也将被称为元件接触表面26。热界面材料30是完全可选的，例如可用于补偿元件接触表面26的某些平整度缺陷或散热器10与元件接触表面26之间可能缺乏的平行度。

如图1中所示，散热器10包括可安装在支撑件20上的本体11。更具体而言，本体11不可调整地安装在支撑件20上。为此，该本体可以具有允许其固定到支撑件20的若干支腿12，例如使用紧固螺钉22，该紧固螺钉22穿过均设置有螺纹孔的支腿12将本体11连接到支撑件20。当然可以使用其他附接手段，如铆钉或互锁手段。

根据本公开，本体11具有至少一个嵌件15或分散式嵌件，该嵌件可调整地装配到本体11，以便嵌件接触表面16能与待冷却元件25接触。因此，嵌件15可以在本体11内相对于本体11进行调整。由于本体11固定地安装在支撑件20上，这也意味着嵌件15相对于支撑件20是可调整的。更具体而言，嵌件15是可沿移动轴线X-X进行调整的，该移动轴线X-X垂直于待冷却元件25的元件接触表面26。

由于本散热器10的特点，能够对嵌件15进行调整，从而使散热器10的至少一部分可以对着或尽可能朝向待冷却元件25的元件接触表面26移动。这样的设计使得能够确保待冷却元件25与散热器10之间有最小的间隙，甚至没有间隙。因此，可以提高散热器10的热效率。

此外，本散热器10并不限于具有单个嵌件15，而是可以包括若干嵌件15，这些嵌件15均可以独立于其他嵌件进行调整，如图2的实施例中所描绘的。因此，在同一支撑件20具有若干待冷却元件25，这些元件的元件接触表面以不同高度在支撑件20上方突出的情况下，本散热器10有能力适应支撑件20的每个元件25。换而言之，本公开的散热器10特别有效，不仅适用于包括单个待冷却元件25的支撑件20，而且适用于包括多个元件25的支撑件20，即使这些元件或其一部分以不同高度在支撑件20上方突出(如图2中所示)。

此外，本散热器10有利地不具有用于将本体11连接到支撑件20的任何弹性构件，从而不会在本体11与支撑件20之间发现相对移动。因此，散热器10特别便于集成到封套(例如ECU的外壳)中，该封套优选设置有流体(液体或气体)冷却通道。此外，本散热器10与其支撑件20的刚性附接有利地提供了对振动不敏感的整体元件。因此，散热器10的设计也特别适合于安装在车辆或任何受移动或振动影响的装置上。

尽管嵌件15优选可沿与支撑件20正交的移动轴线X-X进行调整(更具体而言，垂直于支撑件20的元件25的元件接触表面26)，但应当注意，嵌件15可以根据偏斜的移动轴线进行调整，例如使用布置在本体11内的倾斜滑动槽。在这种情况下，嵌件15可以设置有旨在与本体11的槽接合的突起。燕尾轮廓组件(例如相对于支撑件20的平坦表面以锐角倾斜)可以用于例如将嵌件15移动到本体11中，直到嵌件15与待冷却元件25接触或接近元件25。在这样的实施方式中，应注意的是，当从上方(例如，在根据图1的轴线X-X的方向上)观察时，嵌件15的形状可以不是圆形的。例如，这样的形状可以是方形或长方形形状。

在一个实施例中，通过嵌件15的第一螺纹部分13与本体11的第二螺纹部分14接合，散热器10可调整地装配到本体11中。优选的是，如图1、图2、图4和图5的实施方式中所示，第一螺纹部分13位于嵌件15的外周处，并且第二螺纹部分14是布置在本体11内的螺纹孔。在这种情况下，嵌件15的外周呈现出基本圆形的形状，并且嵌件15可以具有大致圆柱形的外部形状。

图3描绘了另一个实方式，其中，嵌件15通过推入配合式相互接合可调整地装配到本体11中。为此，嵌件15的外周和用于容纳嵌件15的孔或开口的内表面两者都没有螺纹部分，但嵌件15的外周和上述内表面这两者的尺寸都允许推入配合式相互接合(即压配合式连接)，其中嵌件15与本体11之间优选没有游隙。

更优选的是，如图3中所描绘的，本体11与嵌件15之间的相互接合涉及整个嵌件15的外周。这样的实施方式确保了嵌件15与本体11之间非常好的热传递，从而使得能够有效冷却待冷却元件25。

根据另一个实施方式，散热器10进一步包括嵌件15与本体11之间的密封件17。这样的密封件17示出在图4所描绘的实施方式中，该实施方式与图1的实施方式相似，即其包括上述的第一螺纹部分13和第二螺纹部分14。优选的是，如图4中所示，密封件17是嵌件15的一部分。更具体而言，密封件17优选位于第一螺纹部分13上方，即与第一螺纹部分13相比，位于更远离嵌件接触表面16的位置。在另选实施方式中，密封件17可以布置在本体11中，更具体而言，布置在本体中用于接收嵌件15的孔或开口的内表面内，特别在嵌件15是通过推入配合式相互接合可调整地装配在本体10中的情况下。

在一个实施方式中，密封件17是螺纹密封剂或螺纹锁。当然，这样的密封件17是为了提供给一个这样的实施方式：其中嵌件15借助第一螺纹部分13和第二螺纹部分14可调整地装配到本体11中。

根据另一个实施方式，密封件17是O形环。优选的是，这样的O形环要在嵌件15的外周处突出，如图4的实施例中所描绘的那样。无论其实施方式如何，密封件17也可以防止嵌件15在本体11内可能因例如振动发生的任何意外位移。此外，密封件17也可以用于满足入口保护等级的要求，特别是防止灰尘和/或液体的进入(包括可以用于冷却通道11'中的冷却液体)，如图4的实施例中示意地描绘的。另选地，嵌件15与本体11之间可以布置胶合连接，代替密封件17或作为密封件17的补充。一旦嵌件15相对于待冷却元件25的接触表面26被适当调整，这种胶合连接也可以将嵌件15固定地定位在本体11内。

在另一个实施方式中，如附图所示，嵌件15可调整地装配到本体中，以便经由第一层热界面材料30与待冷却元件25接触。热界面材料可以被视为间隙填充物，其主要用于补偿元件接触表面26的一些平整度缺陷和/或元件接触表面26与嵌件接触表面16之间的一些可能的平行度缺陷。除了上述功能外或替代上述功能，热界面材料30还可以起到用于组装上述两个接触表面16、26的胶合作用。总之，由于其良好的导热性能，热界面材料30有助于消除接触表面16、26之间的任何剩余的中间空气间隙，并有助于疏散由加热元件25发出的热。热界面材料30通常可以由例如凝胶、胶水、垫、胶带或热脂构成。

根据另一个实施方式，嵌件15进一步包括夹持装置18，该夹持装置可以用于帮助嵌件15在本体11内进行调整。在图1和图3至图5所示的实施例中，夹持装置18由孔构成，特别是相对于嵌件15的旋转轴线具有在直径上对置位置的一对孔。这对孔允许在其中***工具(例如扳手)，其允许嵌件15被旋转或推动，以便该嵌件可以容易地沿着其移动轴向X-X移动。在上图中作为实施例示出的实施方式中，这对孔由开在嵌件15的接触表面16上的盲孔构成。另选地，夹持装置18可以布置在与嵌件接触表面16相反的表面上。此外，夹持装置18可以由任何用于用手或工具夹持嵌件15的装置构成。因此，夹持装置18也可以由从与嵌件接触表面16相反的表面延伸出的突起构成。

如图所示，嵌件15进一步包括多个热交换器元件19，这些热交换器元件布置在与嵌件接触表面16相反的表面上。因为热交换器元件19可能在其上就位的表面不打算与待冷却元件25接触，所以该表面也可以称为嵌件15的自由表面。热交换器元件19可以由多个销、板或翅片构成，这些销、板或翅片从热量发生的区域延伸出去。优选的是，热交换器元件19延伸到本体11的上方或超过本体(如图1至图3以及图5所示)，或在冷却通道11'内，该通道可以是本体的一部分(如图4所描绘的)。

因此，如图4中所示，本体11可以在与待冷却元件25相反的本体自由表面上进一步包括以下至少一者：

-多个热交换器元件19；以及

-至少一个用于输送流体的冷却通道11'。

由冷却通道11'输送的流体可以是气体或液体。气体可以是空气或任何其他冷却气体，而液体通常可以是水、油或任何其他方便的液体。冷却通道11'可以集成在散热器10的本体11内，或者可以附接到本体11。

在图5的实施方式中，可以注意到，热交换器元件19可以是本体11的一部分，特别是通过在远离本体11的自由表面的方向上延伸而成为本体的一部分。如图5中所示，还应该注意到，本体11的第二螺纹部分14可以由布置在本体11内的盲螺纹孔构成。在这种情况下，如图5中所示，第二层热界面材料30可以在嵌件15与本体11之间就位，特别是为了增加嵌件15与本体11的盲螺纹孔底部之间的热传递。

散热器10可以由任何合适的导热材料(如铝、铜或任何材料的组合)制成。还应注意的是，可以根据本说明中公开的特征或实施方式的任何可能组合获得散热器10。

基于本散热器10的实施例的模拟表明，能够获得待冷却元件25的显著温度降低。

本公开进一步涉及根据散热器10的任何实施方式或根据其实施方式的任何可能组合的作为支撑件20的印刷电路板，该支撑件不可调整地安装在散热器10上。

如图1中示意性描绘的，本公开还涉及ECU 40，特别是包括根据其任何实施方式或根据其实施方式的任何可能组合的散热器10的车辆ECU。

最后，本公开进一步涉及一种车辆50(特别是机动车辆)，其包括根据散热器10的任何实施方式或根据其实施方式的任何可能的组合的ECU 40或上述限定为支撑件20的印刷电路板，该支撑件不可调整地安装在散热器10上。

尽管已经参照具体的示例性实施方式说明了本发明主题的概述，但在不背离本说明中公开的实施方式的更广泛精神和范围的情况下，可以对这些实施方式进行各种变型和改变。

Claims

1.一种散热器(10)，所述散热器包括能够以不可调整的方式安装在支撑件(20)上的本体(11)，所述支撑件设置有至少一个待冷却元件(25)，其中，所述本体(11)包括以可调整的方式装配在该本体中的至少一个嵌件(15)，以便嵌件接触表面(16)与所述待冷却元件(25)接触，其特征在于，所述本体(11)在与所述待冷却元件(25)相反的本体自由表面上进一步包括至少一个用于输送流体的冷却通道(11')。

2.根据权利要求1所述的散热器(10)，其中，所述嵌件(15)能够沿移动轴线(X-X)调整，所述移动轴线垂直于所述待冷却元件的元件接触表面(26)。

3.根据权利要求1或2所述的散热器(10)，其中，通过所述嵌件(15)的第一螺纹部分(13)与所述本体(11)的第二螺纹部分(14)接合，所述嵌件(15)以可调整的方式装配在所述本体(11)中。

4.根据权利要求3所述的散热器(10)，其中，所述第一螺纹部分(13)位于所述嵌件(15)的外周，并且所述第二螺纹部分(14)是布置在所述本体(11)内的螺纹孔。

5.根据权利要求1或2所述的散热器(10)，其中，所述嵌件(15)通过推入配合式相互接合以可调整的方式装配到所述本体(11)中。

6.根据权利要求5所述的散热器(10)，其中，所述本体(11)与所述嵌件(15)之间的所述相互接合涉及所述嵌件(15)的整个外周。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的散热器(10)，所述散热器进一步包括位于所述嵌件(15)与所述本体(11)之间的密封件(17)。

8.根据权利要求7和3所述的散热器(10)，其中，所述密封件(17)是螺纹密封剂或螺纹锁。

9.根据权利要求7所述的散热器(10)，其中，所述密封件(17)是O形环，优选地在所述嵌件(15)的外周突出。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的散热器(10)，其中，所述嵌件(15)以可调整的方式装配在所述本体(11)中，以便经由第一层热界面材料(30)与所述待冷却元件(25)接触。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的散热器(10)，其中，所述嵌件(15)进一步包括夹持装置(18)，用于帮助在所述本体(11)内调整所述嵌件(15)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的散热器(10)，其中，所述嵌件进一步包括多个热交换器元件(19)，所述多个热交换器元件布置在与所述嵌件接触表面(16)相反的自由表面上。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的散热器(10)，其中，所述本体(11)在与所述待冷却元件(25)相反的本体自由表面上进一步包括多个热交换器元件(19)。

14.一种印刷电路板，所述印刷电路板作为支撑件(20)以不可调整的方式安装在根据权利要求1至13中任一项所述的散热器(10)上。

15.一种包括根据权利要求14所述的印刷电路板的车辆(50)。