專利名稱：電腦cpu芯片散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種電腦CPU(中央處理器)芯片散熱器。
就散熱性能而言，過去只有電腦發(fā)燒友超頻時(shí)(非正常使用)才特別重視，而如今，由于AMD(超微)推出毒龍(Duron)和雷鳥(Thunderbird)CPU，以及Intel(英特爾)推出了1GHz以上奔騰3、4(pentiumIII、4)CPU，其功率提高到20至70多瓦，發(fā)熱量急劇增加，即使正常使用也要認(rèn)真對(duì)待散熱問題。
現(xiàn)在人們用的散熱器大致分兩類，其一是除了降溫效果之外其它如價(jià)格、安裝、體積等等方面都放松要求，典型代表是水冷、半導(dǎo)體制冷、冰箱式降溫裝置等。由于性能價(jià)格比低，不便使用等種種原因在實(shí)際應(yīng)用中很少見。其二是在芯片表面上涂上導(dǎo)熱硅脂，并將金屬散熱片扣接在芯片上，然后用風(fēng)扇對(duì)著它使勁吹。這種方式的特點(diǎn)是價(jià)格低、體積小、便于安裝，因此被人們廣泛應(yīng)用，其典型代表是渦輪式和平板鰭片式(以下簡(jiǎn)稱平板式)。本發(fā)明就屬于這類散熱器。
現(xiàn)有渦輪、平板式散熱器的缺陷是1.廢熱回流散熱器由于工作環(huán)境處于基本封閉狀態(tài)，從散熱器流出的廢熱能夠在機(jī)箱內(nèi)回流散熱器，降低散熱效率。人們可以用打開與關(guān)閉機(jī)箱兩種方式使用電腦，明顯地看到兩者之間有2至4度的差距。當(dāng)然，可以在機(jī)箱上安裝大功率散熱風(fēng)扇來(lái)消除這一缺陷，但是，這會(huì)增加成本和不必要的能量消耗。
2.與熱源的自然形態(tài)、擴(kuò)散方向和路徑不協(xié)調(diào)采用Socket A和Socket370封裝的AMD和Intel CPU芯片，它與散熱器接觸部分的尺寸一般為10×10mm左右，與散熱器的尺寸(一般要大于55×55×55mm)相比很小，可以近似視為一個(gè)點(diǎn)。來(lái)自于它的熱量會(huì)垂直于其表面向上和向周圍360度空間自然擴(kuò)散，然而，風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流卻是從上向下吹向芯片表面。從利用最大溫差提高散熱效率的角度考慮，應(yīng)該選擇散熱片溫度最高區(qū)域作為與來(lái)自外界的，溫度最低的氣體接觸的起始端，而上述實(shí)際情況恰恰相反。
具體就平板式散熱器而言，氣流在鰭片形成的溝槽中折轉(zhuǎn)90度，并沿著直線從其兩端的出口排出。這一是氣流折轉(zhuǎn)時(shí)受阻，二是不能向360度空間，全方位地快速擴(kuò)散，三是越靠近中心部分(此處溫度最高)氣流流速越慢，四是散熱板(通常厚度有5毫米左右，55×55mm大小)與芯片接觸的那一面什么散熱措施都沒有，散熱資源浪廢巨大。
為克服這一缺陷有廠家推出了風(fēng)扇置于CPU一側(cè)，平行其表面吹氣的方案。這個(gè)方案又帶來(lái)新問題有可能要占用原本屬于散熱片的空間，與主板上的內(nèi)存條、大尺寸電容等等發(fā)生安裝干涉。
就渦輪式散熱器而言，它充分利用了360度的空間優(yōu)勢(shì)，但是，由于風(fēng)扇被安排在散熱器中心靠下的位置，占用了原本屬于(安排)散熱片的空間，使其向外移。這“占用”二字意味著采用小寬度散熱片是出于“不得已而為之”的原因。如果用延長(zhǎng)散熱片長(zhǎng)度來(lái)補(bǔ)救，同樣很被動(dòng)，因?yàn)?，它要越過風(fēng)扇葉片，向遠(yuǎn)離熱源方向延伸。其遠(yuǎn)離風(fēng)扇葉片的部分風(fēng)扇吹不到，增加它的尺寸對(duì)散熱意義不大。因此，即使只做降溫效果比較，相對(duì)平板式散熱器其優(yōu)勢(shì)仍然不能說特別明顯。
3.散熱器與芯片的連接處導(dǎo)熱狀態(tài)不好，接觸熱阻(ContactResistance)大如果將散熱器直接用扣件壓在芯片表面上，由于加工、制造、安裝方面的原因，兩者之間有可能呈點(diǎn)或線接觸，總之，接觸面積大小不確定，導(dǎo)熱狀態(tài)沒有可靠保證。為了克服這一缺陷，人們普遍采用在兩者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂的作法，但是，其導(dǎo)熱特性畢竟不如銅和鋁(它們被用于制造散熱片)。
另外，將安裝、固定散熱器的壓緊力直接施加在由幾千萬(wàn)個(gè)晶體管組成的芯片上，力量大了安裝困難，且容易損壞非常貴重的芯片；力量小了兩者之間接觸不好，導(dǎo)熱不好。
4.因體積增加而與周圍發(fā)生干涉為了增加散熱片的面積，常常要采用增加散熱器體積的作法，但是，現(xiàn)有技術(shù)的工作原理決定它只能沿著與主板所在平面平行的方向向外擴(kuò)張，而這種擴(kuò)張常常與周圍的大尺寸電容、內(nèi)存條、顯示卡等等發(fā)生干涉，如安裝時(shí)發(fā)生碰撞。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明人認(rèn)為既然電腦機(jī)箱中最大熱源來(lái)自CPU芯片一個(gè)小小的點(diǎn)上(10×10mm)，那么最好的方法是，要么把機(jī)箱外部的冷空氣通過管道直接引向CPU處，要么把來(lái)自CPU的熱氣收集起來(lái)，通過管路直接排放到機(jī)箱外部，這同時(shí)還能兼顧機(jī)箱的散熱，一舉兩得?？傊?，不能讓本該被排放的受熱氣體在機(jī)箱內(nèi)部又回流散熱器，從另一個(gè)角度講，如果讓便于集中處理的熱氣在機(jī)箱內(nèi)部隨意擴(kuò)散，那就不要考慮效率問題。這是其一，其二是散熱工作應(yīng)該順應(yīng)熱源的形態(tài)，以及熱量的自然擴(kuò)散方向、路徑，盡量讓溫度最低的氣體通過最短的路徑與熱源接觸，利用最大溫度差散熱，并與散熱片充分接觸，高速流動(dòng)。
其三是盡可能地利用垂直CPU芯片表面的立體空間安排散熱片。
其四是用其它方法取代導(dǎo)熱硅脂的作用，減小接觸熱阻，提高散熱效率。
為此，本發(fā)明提出了

圖1、3、4所示三個(gè)具體實(shí)施例。
圖1所示方案為本發(fā)明第一具體實(shí)施例的原理圖，其主要特征在于便于加大散熱芯3在垂直于CPU表面(方向)的尺寸。
圖2為散熱芯3的俯視圖。
圖3所示方案為本發(fā)明第二具體實(shí)施例的原理圖，其主要特征在于重心靠下，安裝、固定簡(jiǎn)單。
圖4所示方案為本發(fā)明第三具體實(shí)施例的原理圖，其主要特征在于以螺釘與螺母連接方式將散熱器與芯片的連接在一起。
圖5為本發(fā)明第三具體實(shí)施例散熱螺釘16的又一結(jié)構(gòu)形式。
圖6所示方案為風(fēng)扇8安裝在機(jī)箱后壁17上，并使用朔料軟管18排氣的結(jié)構(gòu)形式。
本發(fā)明涉及的主要零件有a.導(dǎo)熱管5它由薄金屬板制成，它的進(jìn)口處為圓錐形，其余部分的形狀為直筒，進(jìn)口面積小于出口，通過將筒壁向內(nèi)凹陷，把風(fēng)扇8和散熱芯3固定在其排氣與進(jìn)氣口處，如圖1、3、4所示。它具有限定氣流流動(dòng)方向、形態(tài)、方式、路徑和速度變化的作用。
b.散熱芯3散熱芯3的中心為實(shí)心金屬，并通過擠壓或其它加工方法形成若干(個(gè))呈放射狀的鰭片，其俯視圖如圖2所示。它的底部隨著導(dǎo)流管5的圓錐形表面向內(nèi)收。這種形狀的走勢(shì)為向上、向周圍均衡、對(duì)等地伸展，它順應(yīng)了熱量自然排放過程。
c.風(fēng)扇8它通過導(dǎo)流管5與散熱芯3形成的通道將熱量排放到機(jī)箱外部，或者將機(jī)箱外部的冷空氣直接吹向CPU芯片10。
d.散熱螺釘16(圖4)它與散熱芯3上的螺紋孔配合使用，一是提高導(dǎo)熱效率，二是簡(jiǎn)化、加固散熱器與芯片之間的連接。
e.左掛板2、右掛板9、彈簧片4在圖1、3所示實(shí)施例中用它們將散熱器扣接在CPU插座11上。
圖1是本發(fā)明第一具體實(shí)施例的工作原理圖，它用左掛板2、右掛板9、彈簧片4將散熱器扣接在CPU插座11上，并使散熱芯3的底部貼在CPU芯片10的核心處，即熱源上。然后令風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，吸氣。這樣，由于導(dǎo)流管5錐形端口向中心收的作用，使得冷空氣能夠通過最短的路徑流向溫度最高的區(qū)域，并在導(dǎo)流管5和散熱芯3形成的通道中，順暢、高速地穿越(幾乎是)所有散熱表面，帶走熱量，接著繼續(xù)借助導(dǎo)流管5和機(jī)箱側(cè)壁6上排氣孔排放到機(jī)箱外部。簡(jiǎn)言之，正如圖1中箭頭所示情況，在順應(yīng)熱源的形態(tài)，自然擴(kuò)散路徑和方向的前提下，本發(fā)明為散熱工作營(yíng)造了一個(gè)均衡、對(duì)等、通暢的環(huán)境。
關(guān)于吊裝螺釘7，是考慮到如果散熱器的重量過重，用它與機(jī)箱內(nèi)部的其它零件連接、固定，減少作用在CPU和主板上的重量負(fù)荷。
這個(gè)實(shí)施例的特點(diǎn)是，可以簡(jiǎn)單地用增加散熱(鰭)片垂直于主板1方向尺寸的方法，或者說加長(zhǎng)散熱芯3軸線方向的長(zhǎng)度來(lái)增加散熱面積，而且不用擔(dān)心與主板1上的內(nèi)存條、大尺寸電容、顯示卡等等發(fā)生安裝和使用干涉。
圖3是本發(fā)明第二具體實(shí)施例的工作原理圖，它是針對(duì)某些散熱工作不需要將散熱芯3做得很大、很重，為了簡(jiǎn)化安裝而設(shè)計(jì)的。主要是省去第一方案的吊裝螺釘7，將散熱器的重心向下移，其它方面與第一根據(jù)本發(fā)明的工作原理可知，如果為了進(jìn)一步減少散熱器的重量，也可以將風(fēng)扇8安裝到機(jī)箱后壁17上，并用朔料軟管18與導(dǎo)流管5連接，如圖6所示。這樣做還有其它好處風(fēng)扇的形狀、尺寸、功率、重量、工作方式等等不再受散熱芯3的限制，比如說采用大功率的離心式風(fēng)扇(現(xiàn)在的風(fēng)扇絕大多數(shù)是軸流式)，以利于風(fēng)扇吸氣，以及風(fēng)扇和機(jī)箱的標(biāo)準(zhǔn)化，擴(kuò)大選擇范圍。
為了降低散熱器與CPU芯片10之間的接觸熱阻，簡(jiǎn)化機(jī)械連接，本發(fā)明又提出圖4所示的第三個(gè)具體實(shí)施例。
此實(shí)施例與圖1、3所示實(shí)施例的最大不同之處在于，將一個(gè)端面近似為板狀的散熱螺釘16粘結(jié)在CPU表面上(當(dāng)然在它與CPU的核心[die]之間要填充導(dǎo)熱物質(zhì)，如矽等)，然后利用它上面的螺釘與散熱芯3上的螺紋孔連接、固定，以便大大增加兩者之間的壓緊力和面積，降低接觸熱阻(Contact Resistance)，使機(jī)械連接更簡(jiǎn)單、更合理，主要指在兩者之間巨大(相對(duì)現(xiàn)在用的彈性扣具)壓緊力不再直接作用于貴重芯片上。安裝時(shí)最好使用一些摻有金屬粉末的導(dǎo)熱硅脂涂抹在螺釘上，以便填充兩者之間的細(xì)小縫隙。
另外，由于螺紋與螺母擰緊時(shí)，它們之間的V字形接觸面一面貼合，另一面卻處于分離狀態(tài)，為此，將散熱螺釘16的結(jié)構(gòu)形式作一些調(diào)整螺釘?shù)闹睆娇s小，并在其根部增加一個(gè)圓錐體，如圖5所示。這個(gè)圓錐面的作用是形成良好的面接觸，再則提供指向螺釘軸心的抱緊力，以防止其連接因?yàn)檎駝?dòng)而松脫。
關(guān)于如何把金屬殼體粘結(jié)到CPU表面上，可以直接借鑒K6-2、早期的Celeron(Socket370封裝)，以及Pentium4(奔4)等等CPU的封裝方法和工藝。當(dāng)然，兩者之間也可以用鉚接的方法連接。如果散熱器過于沉重，比如采用銅金屬制作散熱芯3，主板難以承受，可以采用類似奔4(Pentium4)主板的作法，在主板上開若干個(gè)孔，然后利用扣板15、螺釘14、支撐管12把散熱器固定到機(jī)箱底板13上，如圖4所示。需要說明的是一個(gè)螺釘14穿過兩個(gè)支撐管12，它們把主板1夾在中間，以提高整體變形強(qiáng)度。為提高整體強(qiáng)度和增加高溫處的散熱面積，更合理的做法是將扣板15與散熱螺釘16焊接在一起，或者將它們做成一個(gè)零件，與CPU封裝在一起。
考慮到本發(fā)明第1、2實(shí)施例(圖1、3)中，起扣接作用的零件數(shù)量多(三個(gè))、尺寸大，不利于標(biāo)準(zhǔn)化，且跨越導(dǎo)流筒5、風(fēng)扇8、散熱芯3使用會(huì)遇到的諸多不便，本發(fā)明又提出了如下解決方案在現(xiàn)有的平板散熱器(如富士康Foxconn889型)所用扣具基礎(chǔ)上結(jié)合圖5所示方案進(jìn)行改進(jìn)。具體方法是將現(xiàn)有扣具與散熱器接觸部位(基本在中部)的尺寸擴(kuò)大(大于散熱螺釘根部直徑5～8mm)，并打孔?？椎闹睆揭笥谏崧葆?6根部的直徑，且有0.1mm的縫隙。使用時(shí)將散熱螺釘16從扣具的中心孔穿過，并與散熱芯3旋緊，將它夾在兩個(gè)零件之間，此后的用法與現(xiàn)有技術(shù)是一樣的。顯而易見，在這當(dāng)中散熱螺釘16只起機(jī)械連接作用，與減小接觸熱阻關(guān)系不大。與這個(gè)改進(jìn)方案相比，左掛板2、右掛板9、彈簧板4主要用沖壓方法加工，相對(duì)螺紋加工工時(shí)短，成本較低。
以上實(shí)施例是用來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明的目的、特征及效果的。對(duì)于熟悉此類技術(shù)人員而言，根據(jù)上述說明可能對(duì)該具體實(shí)施例做部分變更及修改，而并不脫離出本發(fā)明的權(quán)利要求范圍，這類修改均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種散熱器，特別是一種用于電腦CPU芯片的散熱器，其特征在于它由散熱螺釘16、散熱芯3、導(dǎo)流管5、風(fēng)扇8、左掛板2、右掛板9、彈簧板4等組成，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它借助導(dǎo)流管5的幫助使散熱氣體通過最短的路徑流向熱源，然后在導(dǎo)流管5和散熱芯3形成的通道中與散熱物體表面充分、全面地接觸，并順著熱量的自然擴(kuò)散方向、路徑、形態(tài)向上，向周圍360度空間快速流動(dòng)，且受熱氣體不會(huì)在機(jī)箱內(nèi)部直接回流散熱器，散熱器與CPU芯片10之間采用螺紋緊固連接，以增加兩者連接的壓緊力和接觸面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述散熱器，其特征在于所述風(fēng)扇8，即可以安裝在靠近散熱芯3處，也可以安裝在機(jī)箱側(cè)壁6，或者機(jī)箱后壁17處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述散熱器，其特征在于所述導(dǎo)流管5的進(jìn)口處為錐形，其余部分為直管，用薄金屬板制成，其安裝散熱芯3以外的部分可用軟管取代。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述散熱器，其特征在于所述散熱芯3的中心部分為實(shí)心體，周圍有呈放射狀展開的板形鰭片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述散熱器，其特征在于所述散熱螺釘16一端為近似板狀結(jié)構(gòu)，其余部分為螺釘，與CPU表面用粘結(jié)劑粘結(jié)，散熱芯3與之連接的部分開有螺紋孔。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種電腦CPU(中央處理器)芯片散熱器,它由風(fēng)扇8、導(dǎo)流管5、散熱芯3、左掛板2、右掛板9、彈簧板4、散熱螺釘16等組成。為了大幅提高散熱效率,本發(fā)明采取了順應(yīng)芯片熱源自然形態(tài)、散熱方向和路徑,避免廢熱直接回流散熱器,使其散熱表面最大限度地與高速氣流接觸,并用螺紋連接增加芯片與散熱器接觸的壓緊力和面積。與此同時(shí)本發(fā)明還特別注重降低成本,減少散熱器與周圍物體干擾等問題。
文檔編號(hào)G06F1/20GK1383205SQ0111552
公開日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者張千山 申請(qǐng)人:張千山