用于加热和冷却电子器件的设备制造技术

一种在宽范围的环境温度下把电子器件的工作温度维持在容许工作范围内的方法和设备。设备包括一个散热器和一个温度相关负荷器件；当环境温度超过阈值时，该器件使散热器同电子器件发生热接触。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及调节电子器件的温度，具体地说，涉及通过用一个散热器和一个热垫选择地热接合电子器件，来加热和冷却带有一个基本平坦上表面的电子器件。电子器件，包括集成电路，在工作时必须维持在由电子设备制造商规定的工作温度范围内的一个温度上，以便正常工作。在市场上可以买到的集成电路情况下，其温度范围一般处于0℃与70℃之间。当在一个给定的系统中，例如在一个计算机系统内的印刷电路板上，实现一个电子器件时，必然涉及一些要把该电子器件维持在电子器件工作范围内的温度的功能部件。一般说来，由于电子器件会产生作为工作副产品的热量，故必须冷却电子器件。已使用了风扇和散热器冷却电子器件，并把它们维持在规定的工作范围之内。当在一个有窄的温度范围的环境里，例如在家里时，风扇和散热器工作良好。然而，当环境温度改变很宽时，必然使调节电子器件工作温度的设备变得比较复杂，且必须既加热又冷却电子器件。在给定的环境温度下，密切接触电子器件的散热器容易向下移动电子器件的工作范围。因此，若只用散热器电子器件能够在其运行范围内工作所需的容许环境温度的上下范围被提高，而使只用散热器不适合冷环境。风扇也同样不适合，且往往造成费用大，也容易失效。根据本专利技术，介绍一种用于把电子器件工作温度维持在该器件容许范围内的方法和设备。该设备调节一个刚性地连接于底座的电子器件的温度，且包括一个带有平表面的散热器。一个温度相关负荷器件连接于散热器和底座，并以距离电子器件的一定距离固定散热器。温度相关负荷器件在温度升高时，强迫散热器移向电子器件，因此，当温度超过某一阈值时，散热器就热接触集成电路，从而冷却它。该方法可调节电子器件的温度，并且包括在离开集成电路的一定距离处支承散热器；减小该距离，直至达到高于阈值温度而使散热器热接触电子器件时为止，并且加大其高度，直至达到低于阈值温度而使散热器同电子器件脱离热接合时为止。在一种优选方法中，当温度降到阈值温度以下时，就加热电子器件。参照附图，会更充分地了解这些和另一些目的、特征和优点。附图说明图1描述一个优选实施例，说明在电子器件上方由双金属窄条举起的散热器。图2描述图1的实施例，其中已使散热器18和电子器件发生热接触。图3描述本专利技术的一个实施例，它还包括一个热垫。图4描述了根据本专利技术的一个优选实施例热垫元件。图5描述本专利技术的又一个实施例，它还包括一个销钉和一个弹簧，用于控制散热器在电子器件上方的高度。图1描述本专利技术的一个优选实施例。一个电子器件，例如集成电路10，被连接于一个底座，例如印刷电路板(PCB)12。集成电路10包含一些耦合于PCB12上配合接点的电接头14。只要集成电路10或者提供一个基本平的上表面16，或者热耦合于一个基本平的上表面16，就可以使用任何一种封装集成电路10和把集成电路10连接于PCB12的方法。可以用一些技术，包括倒装芯片，表面安装技术和带自动接合(TAB)，直接把集成电路10连接于PCB12。然而，最好是先把集成电路10连接于一个组件，然后把该组件连接于PCB12。这类组件的实例有双列直插式组件(DIPS)，四心线组扁平组件，单片模件，和多片模件。PCB12包括一些耦合于PCB上电接点14的导电体，它们提供电力和激励集成电路10以执行其预定功能的电信号。PCB12还可包括一个或多个其他的集成电路10，电子器件，分立逻辑电路，以及用于连接其他印刷电路板和监测器之类外围设备的装备。当集成电路10执行它的预期功能时，它就产生作为在其上发生电过程的副产品的热量。集成电路10产生的热量会升高集成电路10的温度。集成电路10同印刷电路板12及其基本平上表面16上方的空气处于热接触状态。因此，空气的环境温度和PCB12的温度会影响集成电路10的温度。散热器18装于集成电路10的上方。散热器18具有一个带散热片段20和一些无散热片段22。带散热片段20包括一些随加热器18整体地形成的散热片24，选择散热片24的高、宽和间距，以提供给定的冷却速度。散热片24可增加散热器的表面积，从而增加由对流传给周围空气的有效热量传递。上述类型的散热器是技术上熟知的，容易使用的。图1所述的散热器18具有一个基本平的下表面26，它置于集成电路10的基本平的上表面16的上方。在本专利技术的一个优选实施例中，把一种导热的可压缩性材料贴着散热器18的下表面26安置。这是可以用一个弹力垫28来实现的，用一种粘接剂将该垫装于散热器18的下表面26上。弹力垫28最好是5至10密耳厚，且具有一个在尺寸上相同于集成电路10上表面16的下表面30，弹力垫28可补偿散热器18和集成电路10的表面粗糙部分，从而在集成电路10和散热器18之间建立较好的导热性。在集成电路上方的位置，用一个温度相关负荷器件固定散热器18。在一个优选实施例中，温度相关负荷器件是双金属窄条32。每个双金属窄条32都具有端部34和介于端部34之间的弯曲部36。双金属窄条32以其端部34连接于散热器18的下表面26和PCB12。最好用铆接技术或其他常规技术，包括焊接、粘接、螺钉连接和夹紧连接，进行这种连接。每个双金属窄条32都由两个薄的窄条组成，它们是迭在一起的基本上为矩形的不同材料片。不同的材料必须具有不同的热膨胀系数。双金属窄条是技术上熟知的。然后把双金属窄条32弯曲，以形成弯曲部36和端部34。如此弯曲双金属窄条32，使热膨胀系数较大的材料在弯曲部36的外侧。当环境温度升高时，外侧窄条38以快于内侧窄条40的速度伸长，从而其曲率半径减小。反之，当环境温度下降时，外侧窄条38以快于内侧窄条40的速度收缩其长度，从而弯曲部36的曲率半径减小。当弯曲部36的曲率半径减小时，在集成电路10上方的散热器18的高度就降低，直至泡沫垫28接触集成电路10的上表面16为止。必须选择双金属窄条32的曲率半径和用来制作各窄条38和40的材料，使散热器18在双金属窄条32的温度超过某一阈值时可接触集成电路10。同样，必须选择上述参数，使散热器18在低于某一环境温度时同集成电路10脱离热接触。双金属窄条32向散热器18和PCB12分别提供热界面42和44。可使界面42和44作成导热的或隔热的，以使双金属窄条32的温度跟随散热器18或PCB12的温度。例如，如果使散热器18与双金属窄条32之间的界面是导热的，同时使双金属窄条32与PCB12之间的界面44是隔热的，则双金属窄条32的温度会倾向于总是接近散热器18的温度。如果双金属窄条32在两个界面42和44都是隔热的，则双金属窄条会倾向于跟随空气的环境温度。同样，如果使界面42隔热和使界面44导热，则双金属窄条的温度会倾向于跟随PCB12的温度。在本专利技术的另一个实施例中，在集成电路10与PCB12之间的界面46上建立一条导热路径。此外，在界面46与44之间的PCB12上，和在界面44自身，建立导热路径。这样，就在集成电路10与双金属窄条32之间建立一条导热路径，这会倾向于跟随集成电路10的温度，尤其是，如果使界面42隔热，则更是如此。图2说明图1所示的本专利技术的实施例，其中，已经如此减小双金属窄条32的弯曲部36的曲率半径，以致于弹力垫28接触集成电路10的上表面16。由于在超过阈值温度时，有能力选择散热器18和集成电路10的热接触，故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节一个连接于底座的电子器件的温度的设备，包括：一个散热器，它具有一个表面；和 一个温度相关负荷器件，它连接于散热器和底座，在离开电子器件一段距离处固定散热器；且其中温度相关负荷器件在温度上升时，就迫使散热器移向电子器件，因 此，当温度超过某一阈值时，散热器就同集成电路进行热接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克弗农盖茨，
申请(专利权)人：美国电报电话公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]