CN217280746U - 一种芯片的散热结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯片的散热结构及电子设备，该芯片的散热结构包括电路板和芯片，所述芯片与外壳之间填充有导热机构，所述导热机构包括连接组件，以及第一导热层、金属传热件和第二导热层；所述第一导热层设置在所述芯片与所述金属传热件之间，所述连接组件设置为连接所述金属传热件与所述电路板；所述第二导热层设置在所述金属传热件与所述外壳之间，所述第二导热层包括石墨烯泡棉填充件，所述石墨烯泡棉填充件设置为处于挤压状态且紧贴外壳。该电子设备包括上述的芯片的散热结构。本实用新型涉及芯片散热领域，提供了一种芯片的散热结构及电子设备，既保证了散热，又利用石墨烯泡棉填充件可压缩量大、压缩力小的优点，可避免应力问题。

Description

一种芯片的散热结构及电子设备

技术领域

本实用新型涉及芯片散热领域，更具体地，涉及一种芯片的散热结构及电子设备。

背景技术

对于自然散热的智能终端盒子，其内的芯片的散热，需要其将热量传导至外壳，为了保证热量传导，该芯片与外壳之间需填充导热垫。

当电路板与外壳之间的距离公差较大时，选用较厚的导热垫将使电路板产生变形，芯片焊点存在断裂风险，而选用较薄的导热垫又存在接触不良的风险。当然，也可选择导热凝胶方案来解决应力风险，但导热凝胶涂抹需借助点胶机，全自动点胶机价格昂贵，制造成本高，若手工涂胶则效率低下，且手工涂胶一致性较差，若胶量不能满足设计要求，将产生严重的散热风险。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种芯片的散热结构，包括电路板和设置在其上的芯片，所述芯片与外壳之间填充有导热机构，所述导热机构包括连接组件，以及依次层叠设置的第一导热层、金属传热件和第二导热层；

所述第一导热层设置在所述芯片与所述金属传热件之间，所述连接组件设置为连接所述金属传热件与所述电路板，以挤压所述第一导热层；

所述第二导热层设置在所述金属传热件与所述外壳之间，所述第二导热层包括石墨烯泡棉填充件，所述石墨烯泡棉填充件设置为处于挤压状态且紧贴所述外壳。

一种可能的设计，所述石墨烯泡棉填充件包括多个石墨烯泡棉单体，所述石墨烯泡棉单体为长条形组件，所述石墨烯泡棉单体由泡棉芯材和包裹所述泡棉芯材的石墨烯薄膜组成。

一种可能的设计，多个所述石墨烯泡棉单体沿第一方向并排设置，且相邻所述石墨烯泡棉单体紧贴。

一种可能的设计，所述第二导热层还包括导热基材，所述导热基材夹在所述石墨烯泡棉填充件和金属传热件之间。

一种可能的设计，所述导热基材分别与所述金属传热件和所述石墨烯泡棉填充件粘接。

一种可能的设计，所述导热基材的面积大于或等于所述石墨烯泡棉填充件的面积。

一种可能的设计，所述连接组件包括销钉和弹性件，所述销钉贯穿所述电路板和所述金属传热件，所述弹性件套设在销钉上，所述弹性件设置在所述电路板背向所述芯片的一侧；

所述销钉的一端设有弹性端头，所述金属传热件设有用以所述销钉贯穿的通孔，而且所述金属传热件在所述通孔背向所述芯片的一端设有沉头槽，所述弹性端头设置在所述沉头槽内。

一种可能的设计，所述第一导热层的厚度小于第二导热层的厚度，所述第一导热层设置为导热垫、导热硅脂、导热凝胶或导热相变材料。

一种可能的设计，所述金属传热件的面积大于所述芯片的面积，所述金属传热件与所述电路板之间设有多个所述连接组件，多个所述连接组件均匀设置在所述芯片外周。

本实用新型实施例提供了一种电子设备，包括上述的芯片的散热结构。

本实用新型实施例的散热结构通过金属传热件和石墨烯泡棉填充件，将芯片的热量传递给外壳，既保证了散热，又利用石墨烯泡棉填充件可压缩量大、压缩力小的优点，可避免应力问题。

本实用新型实施例的散热结构中的金属传热件可降低传热路径的热功率密度。

本实用新型实施例的散热结构，通过销钉和弹性件的连接组件，使得金属传热件与电路板之间的距离非固定间距，也可挤压第一传热层，保证传热，减小两侧的温度差。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为根据本实用新型的一实施例的散热结构示意图；

图2为图1中的散热结构局部示意图；

图3为图1中的石墨烯泡棉填充件意图。

附图标记：100-外壳、200-第二导热层、201-石墨烯泡棉填充件、202-导热基材、203-石墨烯泡棉单体、204-泡棉芯材、205-石墨烯薄膜、300-金属传热件、301-通孔、302-沉头槽、400-第一导热层、500-芯片、600-电路板、700- 连接组件、701-销钉、702-弹性件、703-弹性端头、704-螺母。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

请参阅图1至图3的本实用新型的芯片的散热结构。该散热结构适用于大公差间距的高功率密度芯片的自然散热，该散热结构包括电路板600和设置在其上的芯片500，该芯片500与外壳600之间填充有导热机构，其中，该导热机构包括连接组件700，以及依次层叠设置的第一导热层400、金属传热件300和第二导热层200。该第一导热层400设置在芯片500与金属传热件 300之间，而连接组件700设置为连接金属传热件300与电路板500，以挤压第一导热层400而保证传热。该第二导热层200设置在金属传热件300与外壳100之间，该第二导热层200包括石墨烯泡棉填充件201，石墨烯泡棉填充件201设置为处于挤压状态且紧贴外壳100。由此，该散热结构通过金属传热件300和石墨烯泡棉填充件201，将芯片500的热量传递给外壳100，既保证了散热，又利用石墨烯泡棉填充件可压缩量大、压缩力小的优点，可避免应力问题。

如图1所示，上述电路板600固定在外壳100内，其上设有芯片500，该芯片500靠近外壳100一侧的内壁，且在该芯片500与外壳100之间设有上述导热机构，可将芯片500的热量传递到外壳100上，使得芯片500的热量得到散发。上述金属传热件300为金属薄板，采用铜板，但不限于为铜板，也可采用铝板、铁板等传热效果较好的金属板，或者VC均热板等。由于芯片 500和金属传热件300都是硬质材料，受表面的粗糙度等影响，即使两者相抵也难以保证充分贴合，很难保证传热效果，因此，在芯片500与金属传热件 300之间添加了具有弹性的第一导热层400，以弥补贴合不充分的问题。受金属传热件300、电路板600、芯片500的加工偏差和安装位置偏差的影响，安装后金属传热件300与外壳100之间存在结构间隙公差，因此，在金属传热件300与外壳100之间添加了具有弹性的第二导热层200，以弥补结构间隙公差。由此，该散热结构由下至上依次为电路板600、芯片500、第一导热层400、金属传热件300、第二导热层500和外壳100。

又如图1所示，上述电路板600和金属传热件300之间，金属传热件300 和外壳100之间形成了间隙，该金属传热件300通过连接组件700和电路板 600固定为一体。上述第一导热层400和第二导热层200分别居中设置在金属传热件300的上下表面，金属传热件300的尺寸大于芯片500，金属传热件 300可降低热功率密度。该连接组件700设有多个，多个连接组件700均匀设置在芯片500外周，使得水平方向得到稳定限位，而且无需贯穿第一导热层400和第二导热层200。任一连接组件700包括销钉701和弹性件702，该销钉701贯穿电路板600和金属传热件300并两端分别突出两者，上述弹性件 702为弹簧，其套设在销钉701上，而销钉701的两端分别设有弹性端头703 和螺母704，形成限位，其中，销钉701贯穿电路板600和金属传热件300，金属传热件300上分别对应设有用以贯穿的通孔301，电路板600上也对应设有开孔。该弹性端头703呈锥形，器抵在金属传热件300的上表面，以向下限位该销钉701，而螺母抵在电路板600的下侧，该弹性件702设在电路板 600背向芯片500的一侧，两端分别与螺母704和电路板600相抵，提供给销钉701远离外壳100的力，而拉动金属传热件300靠近芯片500。而且在旋转螺母时可对弹性件702的压缩量进行调节。

如图2所示，该金属传热件300在背向芯片500的一侧端面设有沉头槽 302，该沉头槽302与通孔301对应，其中，该通孔301的一端位于沉头槽的槽底与，上述销钉701的弹性端头703处于沉头槽302内，该沉头槽302为销钉701的弹性端头703提供安装空间。在一些示例性实施例中，该金属传热件300未设有沉头槽302，上述销钉701的弹性端头703直接与金属传热件 300的端面相抵。由上述可知，在弹性件702的作用下，上述电路板600和金属传热件300之间的间隙为尺寸可变的，以消除芯片500与金属传热件300 之间的结构间隙公差，使得第一导热层400可尽可能减少自身厚度，提升传热效果，同时也使得金属传热件300无需精加工来保证公差，整体结构方便加工、造价也相对较低廉。该第一导热层400的横截面与芯片500的横截面相同，以保证传热，而第二导热层200的截面小于金属传热件300，使得销钉无需贯穿第二导热层200，方便加工和生产。该第一导热层400和第二导热层 500都为导热材料构成，该第一导热层400采用导热温差性能更低的导热相变材料，但不限于此，在其他示例中也可采用导热垫、导热硅脂、或导热凝胶等，兼顾多种导热材料，该第一导热层400厚度设置为0.1-0.2mm，约为现常用的导热件厚度的十分之一，为导热相变材料的第一导热层400可在加热后呈半液化状态，在弹性件702的挤压作用下，第一导热层400的厚度可进一步降低，可进一步提升散热效果。

由此，该散热结构可利用连接组件700将金属传热件300挤压向第一导热层400，可以避免芯片500与金属传热件300之间的结构间隙公差，使第一导热层400可尽可能减少自身厚度，从而减小第一导热层400引起的温差，保证芯片500快速散热。该连接组件700可消除芯片500与金属传热件300 之间的结构间隙公差的同时也使得金属传热件300无需精加工来保证公差，整体结构方便加工、造价也相对低。该散热结构还利用销钉701连接了电路板500和金属传热件300，水平限位了该金属传热件300，避免运输或使用过程中产生位移。

又如图2和图3所示，第二导热层200还包括导热基材202，该导热基材 202夹在石墨烯泡棉填充件201和金属传热件300之间，导热基材202的两侧端面预设粘胶，可分别与石墨烯泡棉填充件201和金属传热件300粘接。另外，该导热基材202的面接等于石墨烯泡棉填充件200，但不限于此，例如导热基材202的面接大于石墨烯泡棉填充件200，使得石墨烯泡棉填充件200受挤压变得更加扁平宽大时，该导热基材202仍能覆盖整个石墨烯泡棉填充件200。该石墨烯泡棉填充件200包括多个并排设置的石墨烯泡棉单体201，其中，石墨烯泡棉单体201为长条形组件，其沿第二方向直线延伸，而多个石墨烯泡棉单体201沿第一方向依次设置且相邻石墨烯泡棉单体201紧贴；该石墨烯泡棉单体201的数量越多，导热效果越好，故采用多条进行组合，设计人员可根据芯片5的产热情况适量增加该石墨烯泡棉单体201。具体地，该石墨烯泡棉单体201包括泡棉芯材203和包裹泡棉芯材203的石墨烯薄膜204。该泡棉芯材203为泡棉制成，其压缩量大，压缩力小，受压而体积变小即挤压状态，而石墨烯薄膜204采用石墨烯制成，其可传递热量且导热性能良好。由此，该散热结构作用时，芯片5的热量依次由第一导热层400、金属传热件 300、导热基材202传递至石墨烯泡棉单体201，而石墨烯泡棉单体201利用石墨烯薄膜204将热量进一步传递至外壳100上。该石墨烯泡棉单体201，可满足散热，并且避免电路板600变形，规避应力风险。

在一些示例性实施例中，一种电子设备，包括上述的散热结构。

结合上述实施例，本实用新型实施例的散热结构通过金属传热件和石墨烯泡棉填充件，将芯片的热量传递给外壳，既保证了散热，又利用石墨烯泡棉填充件可压缩量大、压缩力小的优点，可避免应力问题。本实用新型实施例的散热结构中的金属传热件可降低传热路径的热功率密度。本实用新型实施例的散热结构，通过销钉和弹性件的连接组件，使得金属传热件与电路板之间的距离非固定间距，也可挤压第一传热层，保证传热，减小两侧的温度差。

在本实用新型中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种芯片的散热结构，包括电路板和设置在其上的芯片，所述芯片与外壳之间填充有导热机构，其特征在于，所述导热机构包括连接组件，以及依次层叠设置的第一导热层、金属传热件和第二导热层；

所述第一导热层设置在所述芯片与所述金属传热件之间，所述连接组件设置为连接所述金属传热件与所述电路板，以挤压所述第一导热层；

所述第二导热层设置在所述金属传热件与所述外壳之间，所述第二导热层包括石墨烯泡棉填充件，所述石墨烯泡棉填充件设置为处于挤压状态且紧贴所述外壳。

2.根据权利要求1所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述石墨烯泡棉填充件包括多个石墨烯泡棉单体，所述石墨烯泡棉单体为长条形组件，所述石墨烯泡棉单体由泡棉芯材和包裹所述泡棉芯材的石墨烯薄膜组成。

3.根据权利要求2所述的芯片的散热结构，其特征在于，多个所述石墨烯泡棉单体沿第一方向并排设置，且相邻所述石墨烯泡棉单体紧贴。

4.根据权利要求2所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述第二导热层还包括导热基材，所述导热基材夹在所述石墨烯泡棉填充件和金属传热件之间。

5.根据权利要求4所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述导热基材分别与所述金属传热件和所述石墨烯泡棉填充件粘接。

6.根据权利要求4所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述导热基材的面积大于或等于所述石墨烯泡棉填充件的面积。

7.根据权利要求2所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述连接组件包括销钉和弹性件，所述销钉贯穿所述电路板和所述金属传热件，所述弹性件套设在销钉上，所述弹性件设置在所述电路板背向所述芯片的一侧；

所述销钉的一端设有弹性端头，所述金属传热件设有用以所述销钉贯穿的通孔，而且所述金属传热件在所述通孔背向所述芯片的一端设有沉头槽，所述弹性端头设置在所述沉头槽内。

8.根据权利要求1-7任一所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述第一导热层的厚度小于第二导热层的厚度，所述第一导热层设置为导热垫、导热硅脂、导热凝胶或导热相变材料。

9.根据权利要求1-7任一所述的芯片的散热结构，其特征在于，所述金属传热件的面积大于所述芯片的面积，所述金属传热件与所述电路板之间设有多个所述连接组件，多个所述连接组件均匀设置在所述芯片外周。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的芯片的散热结构。

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