TWI840625B - 電子總成及組裝電子組件之方法 - Google Patents

Abstract

一種用於將一散熱器連接至一PCB之安裝件可包括：一螺紋支柱，該螺紋支柱沿著一軸線延伸；一第一筒體，該第一筒體沿著一軸線鄰近於該支柱且相比於該支柱具有一較大軸向截面；及一螺紋第二筒體，該螺紋第二筒體界定該安裝件之與該支柱相對之一端部且相比於該第一筒體具有一較大軸向截面。

Description

電子總成及組裝電子組件之方法

諸如電路板之電子組件在操作期間產生熱。高溫降低了此類組件之效率及壽命。因此已開發出用於散熱之各種解決方案。一些解決方案包括使用附接至板之散熱器。典型散熱器之一個實例係一塊金屬鰭片，但存在各種各樣的散熱器。

板與散熱器之間的熱接觸傳導係用於有效散熱之重要因素。可藉由增加散熱器與板之抵接表面之間的壓力來改良熱接觸傳導。用於將散熱器擰緊至板之已知解決方案包括延伸通過板之元件，此等元件可被自散熱器之相對側拉動，諸如螺釘。通常，板與散熱器之間的接觸點係自板之大致中心位置向外突出之晶片。因為僅有晶片直接接觸散熱器，所以在板周圍之周邊位置處擰緊螺釘或其他擰緊元件可能會導致板彎曲，此減小了晶片與散熱器之間的接觸面積，且可能損壞該板。

本發明之一態樣係一種電子總成，該電子總成可包括一印刷電路板或PCB、一散熱器、一支承板及安裝件。該PCB及該支承板可在其各別角部附近包括孔。該等安裝件可用於藉由穿過該PCB中之該等孔並 螺紋地嚙合該支承板中之該等孔來將該支承板與該印刷電路板對準。該等安裝件可包括一部分，該部分之截面太大以至於不能穿過該PCB中之該等孔，此可藉此使該等安裝件能夠將該支承板保持抵靠該PCB。該等安裝件亦可由連接至該散熱器之荷重計(load cell)嚙合，藉此亦將該散熱器與該PCB對準。該等安裝件可將力自該等荷重計轉移至該支承板，使得該支承板將該PCB壓靠在該散熱器上。該等安裝件可提供一可組態性/可撓性元件。例如，雖然在一些實施方案中可使用兩個安裝件，但在其他實施方案中可使用三個、四個或另一數目個安裝件。

在另一態樣中，一種用於將一散熱器連接至一PCB之安裝件可包括：一螺紋支柱，該螺紋支柱沿著一軸線延伸；一第一筒體，該第一筒體沿著一軸線鄰近於該支柱且相比於該支柱具有一較大軸向截面；及一螺紋第二筒體，該螺紋第二筒體界定該安裝件之與該支柱相對之一端部且相比於該第一筒體具有一較大軸向截面。

在一些配置中，該安裝件可包括在軸向上位於該第一筒體與該第二筒體之間的一緊固體(grip)。

在一些配置中，該緊固體相比於該第一筒體可具有一較大軸向截面。

在一些配置中，該緊固體相比於該第二筒體可具有一較大軸向截面。

在一些配置中，該緊固體可具有一多邊形軸向截面。

在一些配置中，該支柱可帶有外螺紋。

在一些配置中，該第二筒體可帶有內螺紋。

在一些配置中，該第一筒體之最靠近該支柱之一端部可包 括一圓周倒角，該圓周倒角隨著更近接於該支柱而減小該第二筒體之該軸向截面之一直徑。

在另一態樣中，一種電子總成可包括：一PCB，該PCB包括PCB孔；一支承板，該支承板包括支承板孔，每一支承板孔與該等PCB孔中之一個PCB孔同心地對準；一散熱器，該散熱器包括凹口並接觸該PCB之與該支承板相對之一側；荷重計，該等荷重計在該等凹口內延伸且各自與該等PCB孔中之一個PCB孔及該等支承板孔中之一個支承板孔同心地對準；及一或多個安裝件。該等安裝件各自可包括：一支柱，該支柱沿著一軸線延伸並與該等支承板孔中之一個支承板孔嚙合；一第一筒體，該第一筒體在軸向上鄰近於該支柱且相比於該支柱具有一較大軸向截面；及一第二筒體，該第二筒體界定該安裝件之與該支柱在軸向上相對之一端部並與該等荷重計中之一個荷重計嚙合。

在一些配置中，每一荷重計可包括一螺旋彈簧及在該螺旋彈簧內延伸之一螺釘。

在一些配置中，該螺旋彈簧可被侷限在一第一點與一第二點之間，該第一點在相對於該螺釘之一固定位置處，該第二點在相對於該散熱器之一固定位置處。

在一些配置中，該等螺釘中之每一螺釘可包括一內螺紋部分，該內螺紋部分與該等安裝件中之一個安裝件之該第二筒體內之一內螺紋孔口嚙合。

在一些配置中，每一安裝件之該第二筒體相比於該各別支柱可具有一較大軸向截面。

在一些配置中，該等PCB孔可具有與該等第二筒體大致相 等之一直徑。

在一些配置中，每一安裝件可包括一緊固體，該緊固體在軸向上位於該第一筒體與該第二筒體之間，且每一緊固體包括抵接該PCB之一平坦表面。

在一些配置中，該PCB可在該PCB之面向該散熱器之一側上包括一晶片。

在一些配置中，該散熱器可包括一接觸部，該接觸部抵接該晶片，自該散熱器之面向該PCB之一表面延伸。

在一些配置中，該散熱器可包括一突片，該突片界定每一凹口之一端部，每一突片包括延伸通過其中之一通道，且該等第二筒體中之每一第二筒體安置在該等通道中之一個通道內。

在另一態樣中，一種組裝電子組件之方法可包括：將一安裝件之一支柱***穿過一PCB中之一PCB孔並到達一支承板中之一支承板孔中；使一散熱器之一荷重計與該安裝件之與該支柱相對之一端部嚙合；及擰緊該荷重計以使該PCB上之一晶片與該散熱器之一接觸表面抵接。

在一些配置中，該方法可包括使該支柱與該支承板孔嚙合並將該安裝件擰緊至該支承板，直至該PCB接觸該支承板且該安裝件之一緊固體抵接該PCB之與該支承板相對之一側。

10:電子總成

14:印刷電路板或PCB

16:晶片

18:散熱器

22:荷重計

26:可移除式安裝件

34:PCB孔

36:加勁件或支承板

38:內螺紋支承板孔

42:上筒體

46:緊固體

50:下筒體

54:外螺紋支柱

56:下倒角部分

58:孔口

62:內倒角

66:外倒角

74:螺釘

75:頭部

76:插口

77:螺紋柄

78:豎直凹部

82:螺旋彈簧

84A:上板

84B:下板

86:突片

88:豎直通道

90:傳導性凸台部

92:組合高度

136:支承板

137:中心部分

138:支承板孔

139:臂

210:總成

214:PCB

226:安裝件

234:PCB孔

236:支承板

238:支承板孔

242:上筒體

246:緊固體

250:下筒體

254:內螺紋孔口

258:內螺紋孔口

274:螺釘

286:突片

288:通道

314:支柱***步驟

318:支承板嚙合步驟

322:上筒體***步驟/上筒體嚙合步驟

326:荷重計嚙合步驟

X:中心軸線

圖1A係根據本發明之一態樣之電子總成的分解透視圖。

圖1B繪示用於在圖1A之總成中使用之支承板之替代配置。

圖2係圖1A之總成之安裝件的透視圖。

圖3A係在完全組裝狀態下的圖1A之總成之一部分的截面 圖。

圖3B係根據替代配置之總成之一部分的截面圖。

圖4係繪示組裝圖3A之總成之方法的流程圖。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2020年6月5日申請之美國臨時專利申請案第63/035,311號之申請日的權益，該臨時專利申請案之揭示內容據此以引用方式併入本文中。

圖1中以分解視圖展示之電子總成10包括印刷電路板或PCB 14、散熱器18、可移除式安裝件26，及加勁件或支承板36。散熱器18係以圖解方式繪示，且可具有不同的比例並可包括更複雜的特徵，諸如適於給定應用之鰭片。在所展示實例中，PCB 14、散熱器18及支承板36各自具有尺寸相等或幾乎相等之大體上矩形佔據面積(footprint)。應理解，在其他實例中，支承板、散熱器及PCB可具有多種其他形狀、大小及組態中之任一者。此外，支承板、散熱器及PCB之周界不需要具有相等尺寸。例如，圖1B之支承板136具有由自中心部分137延伸之四個臂139提供之非矩形佔據面積，其中支承板孔138處於臂139之外端部處。所繪示實例之PCB 14包括晶片16，諸如中央處理單元，晶片16比PCB 14之其餘部分更高地立起。晶片16可自PCB 14移除，且可在系統中產生大部分熱，但在整個本發明中，晶片16通常將被稱為PCB 14之部分。因此，對由PCB 14產生之熱之參考尤其包括由晶片16產生之熱。此外，對PCB 14之表面或對接觸PCB 14之參考可指晶片16之表面。

在所繪示實例中，荷重計22沿著散熱器18之四個角部中之 每一角部延伸，以使總成10之其他元件保持抵靠散熱器18之下端部。此處使用諸如「上」、「下」、「上方」及「下方」之方向術語來指由圖1至圖3提供之視圖內的元件之定向。根據本發明之設備及方法可按任何定向存在。安裝件26之上端部包括用於與荷重計22嚙合之特徵，而四個安裝件26之下端部包括用於延伸穿過PCB孔34並與內螺紋支承板孔38嚙合之特徵。安裝件26藉此用於使支承板36與PCB 14對準，並使荷重計22能夠將散熱器18之下端部抵靠PCB 14及支承板36拉動。在完全組裝狀態下，安裝件26固持PCB 14抵靠支承板36並將力自荷重計22轉移至支承板，因此支承板36抵靠PCB 14施加向上的力。

儘管總成10之所繪示實例包括四個荷重計22、四個安裝件26、四個PCB孔34及四個支承板孔38，但其他實例僅在總成10之相對角部上包括兩個荷重計22、兩個安裝件26、兩個PCB孔34及兩個支承板孔38。

如圖2中所展示，所繪示實例之每一安裝件26自上至下包括沿著中心軸線X對準之上筒體42、緊固體46、下筒體50及外螺紋支柱54。下倒角部分56提供下筒體50與支柱54之間的過渡，並用於將下筒體50之下部分引導至支承板孔38之上部分中。下倒角部分56圍繞下筒體50之鄰近於支柱54之端部圓周地延伸，並隨著更近接於支柱54而圍繞軸線X減小直徑。然而，在其他實例中，在下筒體50與支柱54之間不存在倒角。上筒體42之上表面在其內周界及外周界上成倒角，其中內倒角62朝向孔口58延伸以將荷重計22之螺紋柄引導至孔口58中，且外倒角66朝向上筒體42之外圓周延伸以將上筒體42引導至散熱器18之通道中。因此，上筒體42之圓周厚度隨著更近接於安裝件26之上軸向端部而減小。

所繪示實例之緊固體46具有六邊形軸向截面，此促進使用工具或手指來將支柱54旋擰至荷重計孔38中。在其他實例中，緊固體46具有其他形狀，諸如具有兩個平坦側之長方形形狀或細長形狀。緊固體46之軸向截面大於PCB孔34以及下筒體50或支柱54之軸向截面。下筒體50之軸向截面又大於支柱54之軸向截面，但緊密地配合在PCB孔內。因而，藉由使支柱54及下筒體50向下穿過PCB孔34並將支柱54螺紋地嚙合在支承板孔38內，PCB 14可與支承板36對準。在除了所繪示實例之外的實例中，安裝件26之不同部分之相對截面形狀及大小可自圖2中所展示之形狀及大小變化。在一些實例中，安裝件26可為圓柱形形狀，且沿著其整個軸向長度具有均一直徑。在其他實例中，安裝件26之部分可具有其他長方形或多邊形截面形狀。

因為緊固體46之軸向截面大於PCB孔34，所以在支承板孔38內擰緊支柱54之螺紋嚙合會使緊固體46之下表面承靠在PCB 14上且如圖3中所展示使PCB 14保持抵靠在支承板36上。在總成10之完全組裝狀態下，每一安裝件26透過PCB 14而與支承板36嚙合，且每一荷重計22與根據圖3之安裝件26嚙合。在所繪示實例中，支承板孔38包括擴口上部分，該擴口上部分用於接受下筒體50之下倒角56及下部分，但在其他實例中，支承板孔38具有均一直徑，使得當支柱54被足夠遠地旋擰至支承板孔38中時，下筒體50抵接支承板36之上表面。

PCB孔34緊密地配合在下筒體50周圍。PCB孔34各自具有與下筒體50大致相同之直徑。因此，安裝件26用於將PCB 14與支承板36對準並將PCB 14固持至支承板36，而無論散熱器18之存在或位置如何。例如，若總成10經歷衝擊或突然移動，此衝擊或突然移動克服了由荷重計 22施加至安裝件26之力並使散熱器18遠離PCB 14行進，則PCB將保持與支承板36之安全對準並保持至支承板36。

所繪示實例之每一荷重計22包括延伸穿過螺旋彈簧82之中心的螺釘74。螺釘74在其上端部處包括頭部75，且頭部75又包括用於由諸如螺絲起子或內六角扳手之驅動工具嚙合以使螺釘74旋轉之插口76。在其他實例中，頭部75可包括用於由扳手或其他合適工具驅動之外部特徵，諸如六邊形形狀。彈簧82在上端部處由固定至頭部75之上板84A界限且在下端部處由固定至散熱器18之下板84B界限。因此，螺釘74相對於散熱器18之向下移動會壓縮彈簧82。

每一荷重計22延伸於散熱器18之對應角部中之豎直凹部78內。自散熱器18延伸之突片86界定凹部78之下端部。豎直通道88自凹部78延伸穿過突片86並在散熱器18之下表面處敞開。如所展示，通道88足夠大以接納安裝件26之上筒體42。此外，彈簧82允許螺釘74延伸至通道88中，使得在上筒體42被接納於通道88中時，螺釘74之下端部處之螺紋柄77可螺紋地嚙合安裝件26之孔口58。在所繪示實例中，通道88具有與上筒體42大致相同之直徑，因此每一上筒體42緊緊地配合在通道88中之一個通道88內，藉此使散熱器18與PCB 14對準。在其他實例中，螺釘74與上筒體42之間的嚙合使散熱器18與PCB 14對準。將柄77旋擰至孔口58中會將經壓縮彈簧82之負荷轉移至安裝件26。繼而，在支柱54被旋擰至支承板孔38中時，由彈簧82施加至安裝件26之力被轉移至支承板36，此抵靠PCB 14之下表面施加向上的壓力。因此，安裝件26用於藉由使螺釘74轉動而使PCB 14能夠抵靠散熱器18之下表面擰緊或鬆開。

在所繪示實例中，傳導性凸台部90自散熱器18之下表面延 伸以接觸晶片16。凸台部90與晶片16之組合高度92超過緊固體46之高度，因此在緊固體46不抵接散熱器18之下表面的情況下，荷重計22可在必要時被擰緊以在凸台部90與晶片16之間建立有效接觸。

設想用於總成10及安裝件26之其他組態。例如，在根據圖3B中所繪示之替代配置之總成210中，安裝件226之上筒體242沒有內孔口並帶有外螺紋，延伸穿過突片286至通道288中，且在螺釘274之下端部處旋擰至內螺紋孔口258中。安裝件226之自緊固體246在與上筒體242相反之方向上延伸之下筒體250包括內螺紋孔口254，以接納安置在支承板孔238內之支承板236之外螺紋特徵。下筒體250延伸穿過PCB孔234以使PCB 214與支承板236對準。在各種其他實例中，圖3B之配置之特徵與圖3A之配置之特徵組合，使得安裝件26在兩個端部處帶有內螺紋或在兩個端部處帶有外螺紋，其中在螺釘74及支承板36上具有對應內螺紋或外螺紋。

如圖4中所繪示，在使用總成10之方法中，大體上如圖1A中所展示將PCB 14配置在支承板36上方。詳言之，將PCB 14配置為使得晶片16背對支承板36。在支柱***步驟314中，將數目適於給定應用之安裝件26首先***支柱54穿過PCB孔34。然後，在支承板嚙合步驟318中，將支柱54旋擰至支承板孔38中。然後，大體上如圖1A中所展示將散熱器18配置在PCB 14及支承板36上方，其中接觸部90面向PCB 14。在上筒體***步驟322中，降低散熱器18，直至將上筒體42引導至通道88中。然後，在荷重計嚙合步驟326中，使用荷重計22以藉由使螺釘74轉動而將散熱器18向下擰緊至PCB 14上，以將柄77旋擰至各別孔口58中。在替代方法中，上筒體嚙合步驟322在支柱***步驟314之前。在其他替代方法 中，荷重計嚙合步驟326在支柱***步驟314之前。在其他替代方案中，使支柱54穿過PCB孔34，然後在荷重計22被向下擰緊之前旋擰至支承板孔38中。圖4中所繪示之方法及上文所描述之替代方法可類似地應用於圖3B之總成及在整個說明書中所描述之其他替代實例。

除非另有陳述，否則前述替代實例不係互斥的，而係可按各種組合來實施以達成獨特優點。由於可在不脫離由申請專利範圍界定之主題的情況下利用上文所論述之特徵之此等及其他變化及組合，故對實施例之前述描述應以說明之方式而非以限制由申請專利範圍界定之主題之方式來理解。另外，本文中所描述之實例之提供以及措辭為「諸如」、「包括」等等之字句不應被認作將申請專利範圍之主題限制於特定實例；更確切而言，此等實例意欲僅說明很多可能的實施例中之一者。此外，不同圖式中之相同的附圖標記可識別相同或類似的元件。

10:電子總成

14:印刷電路板或PCB

16:晶片

18:散熱器

22:荷重計

26:可移除式安裝件

34:PCB孔

36:加勁件或支承板

38:內螺紋支承板孔

Claims (10)

1. 一種電子總成，其包含：一印刷電路板(PCB)，該PCB包括一晶片及PCB孔；一支承板(bolster plate)，該支承板包括支承板孔，每一支承板孔與該等PCB孔中之一個PCB孔同心地對準；一散熱器，該散熱器包括凹口及一凸台部(boss)經組態以接觸在該PCB之與該支承板相對之一側處之該晶片；荷重計(load cells)，該等荷重計在該等凹口內延伸且各自與該等PCB孔中之一個PCB孔及該等支承板孔中之一個支承板孔同心地對準；及一或多個安裝件，各自包括：一支柱，該支柱沿著一軸線延伸並與該等支承板孔中之一個支承板孔嚙合；一第一筒體，該第一筒體在軸向上(axially)鄰近於該支柱且相比於該支柱具有一較大軸向截面；一第二筒體，該第二筒體界定該安裝件之與該支柱在軸向上相對之一端部並與該等荷重計中之一個荷重計嚙合；及一緊固體(grip)，該緊固體軸向上位於該第一筒體與該第二筒體之間，其中該第二筒體經組態以在該散熱器之一對應凹口內被接收，且其中該凸台部及該晶片之一組合高度超過該緊固體之一高度。
2. 如請求項1之總成，其中每一荷重計包括一螺旋彈簧及在該螺旋彈簧 內延伸之一螺釘。
3. 如請求項2之總成，其中該螺旋彈簧被侷限在一第一點與一第二點之間，該第一點在相對於該螺釘之一固定位置處，該第二點在相對於該散熱器之一固定位置處。
4. 如請求項2之總成，其中該等螺釘中之每一螺釘包括一外螺紋部分，該內螺紋部分與該等安裝件中之一個安裝件之該第二筒體內之一內螺紋孔口嚙合。
5. 如請求項1之總成，其中每一安裝件之該第二筒體相比於該各別支柱具有一較大軸向截面。
6. 如請求項5之總成，其中該等PCB孔具有與該等第二筒體大致相等之一直徑。
7. 如請求項5之總成，其中每一緊固體包括抵接該PCB之一平坦表面。
8. 如請求項1之總成，其中該散熱器包括一突片，該突片界定每一凹口之一端部，每一突片包括延伸穿過其中之一通道，且該等第二筒體中之每一第二筒體安置在該等通道中之一個通道內。
9. 一種組裝電子組件之方法，該方法包含： 將一安裝件之一支柱***穿過一印刷電路板(PCB)中之一PCB孔並到達一支承板中之一支承板孔中，使得該支柱係在該支承板孔內螺紋地嚙合(threadingly engaged)，一第一筒體之一部分軸向上從該支柱延伸穿過該支承板孔，且該第一筒體之其餘部分延伸穿過該PCB孔，且一緊固體軸向上從該第一筒體延伸承靠(bear against)該PCB，其中該PCB包括一晶片；使一散熱器之一荷重計與該安裝件之與該支柱相對之一端部嚙合，其中該散熱器包括一凸台部，使得該凸台部及該晶片之一組合高度超過該緊固體之一高度；及擰緊該荷重計以使該PCB上之該晶片與該散熱器之該凸台部抵接(abutment)。
10. 如請求項9之方法，其包含使該支柱與該支承板孔嚙合並將該安裝件擰緊至該支承板，直至該PCB接觸該支承板且該安裝件之一緊固體抵接該PCB之與該支承板相對之一側。