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CN1347281A - 冷却发热元件的冷却装置、包括冷却装置的电路模块、及安装有电路模块的电子装置 - Google Patents

冷却发热元件的冷却装置、包括冷却装置的电路模块、及安装有电路模块的电子装置 Download PDF

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Abstract

冷却装置(15)具有一个装满致冷剂(R)的容器(19)。容器(19)包括:一个接受热部分(20),用于接受发热元件(7)中的热量;一个散发热部分(21),用于散发发热元件(7)中的热量;和一个传热部分(22),它用于将传送到接受热部分(20)的热量经由致冷剂(R)传送到散发热部分(21)上。至少容器(19)的接受热部分(20)由一软的导热板(26)形成,导热板(26)接受发热元件(7)中的热量。导热板(26)直接与发热元件(7)接触。

Description

冷却发热元件的冷却装置、包括冷却装置的电路 模块、及安装有电路模块的电子装置
                            发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种用来冷却发热元件如半导体组件的冷却装置，一种包括冷却装置的电路模块，及一种电子装置如装有电路模块的便携式计算机。
2.相关技术的说明
电子装置如便携式计算机装备有一个MPU(微处理部件)用于处理多媒体信息，其中包括教科书，谈话，及卡通片。当这种类型的MPU处理速度及其功能数增加时，在工作期间由其放出的热量往往会迅速增加。因此，为了保证MPU稳定的工作，必须改善MPU的放热性能。为了达到这一目的，MPU要求采用一种辐射热的元件如热导管，用于将它的热量排放到外部。
常用的热导管具有一个外导管，液体致冷剂密封在该外导管中。外导管由硬质金属材料形成。这样，如果热导管直接加接到MPU上，它不能享有对MPU的良好附着作用，以致MPU中的热量不能有效地传送到热导管上。因此，习惯上，将导热板或传热油脂夹在MPU和热导管之间。
导热板由一种软的橡胶状具有高热导率的弹性体形成。当MPU和热导管用热的方法相互连接时，导热板变形，以便补偿热导率的降低或吸收阻止热传导的间隙，上述热导率的降低可归因于两个元件的表面凸凹不平。结果，MPU和热导管之间热连通部分的热阻降低，以致MPU中的热量可以有效地传送到热导管上。
然而，按照传统的结构，MPU中的热量是在它从导热板传送到外导管之后才传送到外导管内的致冷剂中。因此，外导管和导热板不可避免地安放在作为热源的MPU和接受热的致冷剂之间，并造成传热损耗。结果，限制了能从MPU传送到致冷剂的热量。
预期在不久的将来研制出更高速度的用于便携式计算机的多功能型MPU，并认为从MPU放出的热量显著地增加。因此，按照采用导热板来热连通的传统结构，有可能MPU的冷却效果不令人满意或受到限制。这样，在考虑到现代化的MPU放热值增加时，必须改善从MPU不到致冷剂的热传导的速率。
                          发明概述
本发明在考虑这些情况时已经想出了办法，并且它的目的是提供一种冷却装置、电路模块、和电子装置，它们如此设计，以便可以将发热元件中的热量有效地传送到致冷剂并可以改善发热元件的冷却效果。
为了达到上述目的，按照本发明第一方面所述的冷却装置包括一个装满致冷剂的容器。容器包括：一个接受热部分，用于接受发热元件中的热量；一个散发热部分，用于散发发热元件中的热量；和一个传热部分，用于传送发热元件中的热量，将发热元件中的热量传送到接受热部分，经由致冷剂传送到散发热部分。至少容器的接受热部分其中接受发热元件中热量的那部分由一能弹性变形的软导热板形成，同时导热板直接与发热元件接触。
为了达到上述目的，按照本发明第二方面所述的冷却装置包括：一个接受热部分，用于接受发热元件中的热量；一个散发热部分，用于散发发热元件中的热量；和一个传热部分，用于使致冷剂在接受热部分和散发热部分之间循环，并传送发热元件中的热量，将发热元件中的热量传送到接受热部分，经由致冷剂传送到散发热部分。至少接受热部分其中接受发热元件中热量的那部分由一种能弹性变形的软导热件形成，同时导热件直接与发热元件接触。
为了达到上述目的，按照本发明第三方面所述的电子装置包括一个其中具有发热元件的机壳和一个固定在机壳中的冷却装置。冷却装置包括：一个接受热部分，用于接受发热元件中的热量；一个散发热部分，用于散发发热元件中的热量；和一个传热部分，用于传送发热元件中的热量，将发热元件中的热量传送到接受热部分，经由致冷剂传送到散发热部分。至少冷却装置接受热部分其中接受发热元件中热量的那部分由一能弹性变形的软导热板形成，同时导热板直接与发热元件接触。
按照这种结构，软导热板可以变形成任何所希望的形状。因此，它可以附着到发热元件上，以便补偿热导率的下降或吸收阻止热传导的间隙，上述热导率下降可归因于发热元件的表面凸凹不平。因而，只有将导热板安放在发热元件和致冷剂之间，以便可以降低从发热元件延伸到致冷剂的传热路线的热阻。这样，从发热元件传送到导热板上的热量可以有效地转移到致冷剂中。
为了达到上述目的，按照本发明第四方面所述的冷却装置包括一个导热主体，该主体包括：一个用于接收发热元件中热量的接受热部分和一个用热的方法连接到接收热部分上的散发热部分；一个风扇，用于将冷却空气加到散发热部分上；和一个在主体中的致冷剂通道，该致冷剂通道用于使致冷剂在接受热部分和散发热部分之间流动。致冷剂通道转移发热元件中的热量，将发热元件中的热量传送到接受热部分，经由致冷剂传送到散发热部分。相应于接受热部分的那部分致冷剂通道由一能弹性变形的软导热板形成。导热板直接与发热元件接触。
在上述结构中，从发热元件传送到接受热部分的热量通过热传导扩散到散发热部分，并从接受热部分转移到致冷剂通道内的致冷剂中。因为散发热部分必须用冷却空气冷却，所以在接受热部分和散发热部分之间在温度上有很大差别。这样，在接受热部分中被加热的致冷剂变成蒸汽，并通过致冷剂通道流向散发热部分。然后，在散发热部分中通过热交换使蒸汽冷凝。由这种冷凝作用而液化的致冷剂通过毛细作用经由致冷剂通道返回接受热部分，并再次承受发热元件中的热量。通过重复这种循环，发热元件中的热量可以从接受热部分转移到散发热部分，并从散发热部分中排出。
按照这种结构，软的导热板可以变形成任何所希望的形状。因此，它可以附着到发热元件上，以便补偿热导率降低或吸收阻止热传导的间隙，上述热导率降低可归因于发热元件的表面凸凹不平。因此，只有将导热板安放在发热元件和致冷剂之间，以便可以降低从发热元件延伸到致冷剂的传热路线的热阻。这样，从发热元件传送到导热板的热量可以有效地转移到致冷剂上。
为了达到上述目的，按照本发明第四方面所述的电路模块，包括一个具有安装面的电路板，一个安装在电路板安装面上的发热元件，和一个用于冷却发热元件的冷却装置。冷却装置包括：一个接受热部分，用于接受发热元件中的热量；一个散发热部分，用于散发发热元件中的热量；和一个传热部分，用于转移发热元件中的热量，将发热元件中的热量传送到接受热部分，经由致冷剂传送到散发热部分。至少冷却装置的接受热部分其中接受发热元件中热量的那部分由一种能弹性变形的软导热板形成。导热板具有一围绕发热元件伸出的外周边部分，该外周边部分直接与电路板的安装面接触。
按照这种结构，软导热板可以变形成任何所希望的形状。因此，它可以附着到发热元件上，以便补偿热导率降低或吸收阻止热传导的间隙，上述热导率降低可归因于发热元件的表面凸凹不平。因此，只有将导热板安放在发热元件和致冷剂之间，以便可以降低从发热元件延伸到致冷剂的传热路线的热阻。这样，从发热元件传送到导热板的热量可以有效地转移到致冷剂上。
此外，使导热板的外周边部分变形并附着到电路板的安装面上，以便当致冷剂被发热元件中的热量膨胀时，充满发热元件外周边边缘和安装面之间的间隙。因此，从发热元件输送到电路板的一部分热量，可以通过导热板直接转移到致冷剂中。结果，可以有效地吸收发热元件中更多的热量，并且可以限制电路板的温度增加。
为了达到上述目的，按照本发明第六方面所述的电路模块，包括一个发热元件和一个用于冷却发热元件的冷却装置。冷却装置包括：一个接受热部分，用于接受发热元件中的热量；一个散发热部分，用于散发发热元件中的热量；和一个管线，用于转移发热元件中的热量，将发热元件中的热量传送到接受热部分，经由致冷剂传送到散发热部分。冷却装置的接受热部分由一软的传热盒件形成，该传热盒件能弹性变形，并在其连接管线的一端处具有一个插口，同时传热盒件直接与发热元件接触。
按照这种结构，接受热部分随着发热元件的形状平稳而有弹性地变形，并附着到发热元件上，以便吸收阻止传热的间隙。因此，从发热元件传送到接受热部分的热量可以直接转移到致冷剂中。这样，可以降低从发热元件延伸到致冷剂中的传热路线的热阻，并可以将发热元件中的热量有效地转移到致冷剂中。
本发明的另一些目的和优点将在后面的说明中陈述，并且其中一部分将从说明中显然看出，或者可以通过本发明的实际操作知道。本发明的一些目的和优点可以通过后面特别指出的工具及组合实现和得到。
                     对附图的简要说明
各附图包括在专利说明书中并构成专利说明书的其中一部分，这些附图示出本发明的若干实施例，它们与上面所给出的一般说明和下面所给出的详细说明一起，用来阐述本发明的原理。
图1是按照本发明第一实施例所述的便携式计算机剖视图；
图2是按照第一实施例所述的冷剂装置剖视图，它同时示出半导体组件和热导管之间的热连通；
图3是按照第一实施例所述的热导管剖视图，它同时示出用于容器和导热板的连接结构；
图4是热导管的剖视图，它示出用于容器和导热板的另一种连接结构；
图5是按照第一实施例所述的冷却装置部件分解透视图，它同时示出热导管的接受热部分和半导体组件之间的位置关系；
图6是按照第一实施例所述的热导管透视图，它同时示出容器和导热板之间的位置关系；
图7是按照本发明第二实施例所述的热导管透视图；
图8是示出按照第二实施例所述的半导体组件和热导管之间热接合的剖视图；
图9是以分开状态示出按照本发明第三实施例所述的半导体组件和热导管的剖视图；
图10是示出按照第三实施例所述的热导管接受热部分固定到半导体组件上的剖视图；
图11是示出按照第三实施例所述的导热板与半导体组件和电路板二者接触的剖视图；
图12是按照本发明第四实施例所述的热导管透视图；
图13是示出按照第四实施例所述的热导管接受热部分固定到半导体组件上的剖视图；
图14是按照本发明第五实施例所述的热导管透视图；
图15是按照第五实施例所述的热导管接受热部分固定到半导体组件上的剖视图；
图16是按照本发明第六实施例所述的冷却装置透视图；
图17是示出按照第六实施例所述的冷却装置剖视图，该冷却装置包括用热的方法连接到半导体组件上的散热片；
图18是按照本发明第七实施例所述的冷却装置剖视图；和
图19是沿着图18中线段F19-F19所作的剖视图。
                    发明的详细说明
现在将参照图1-6的附图说明按照本发明第一实施例所述的便携式计算机。
如图1所示，便携式计算机1包括一个计算机主体2和一个支承于其上的显示装置3。计算机主体2包括一个机壳4。机壳4取扁平箱的形状，它具有一个底壁4a和一个顶壁4b，并且键盘5安置在机壳4的顶壁4b上。显示装置3用一绞接装置13可摆动式支承在机壳4的后端部分上。
机壳4其中具有一块电路板6。电路板6支承在机壳4的底壁4a上，并沿着底壁4a水平式延伸。用作发热元件的网格球焊阵列(BGA)型半导体组件7安装在电路板6的安装面6a上。半导体组件7构成一个微处理部件(MPU)，该MPU用作便携式计算机1的枢轴。
如图2所示，半导体组件7包括一个底板8，一个安装在底板8上的集成电路(IC)芯片9，和一个盖住IC芯片9的盖板10。底板8用大量焊球11焊到电路板6的安装面6a上。随着更高速度的多功能型式的发展，IC芯片9的能耗增加。当这样做时，IC芯片的放热值变得如此之大，以致它们需要冷却。盖板10用具有高导热率的金属材料形成。板10用一隔离件12固定到底板8上。IC芯片9夹在板8和10之间。
因此，当IC芯片9发热时，从芯片9中的热量传送到盖板10上，并且还通过底板8和焊球11传送到电路板6上。
如图1所示，机壳4其中具有一个冷却装置15。冷却装置15用来冷却半导体组件7，它装备有一个热导管16和一个散热片17。
如图5所示，热导管16包括一个细长的容器19和一块导热板26。容器19用一种薄金属板，例如，具有高热导率的铝合金形成。容器19包括一个接受热部分20、一个散发热部分21、和一个传热部分22。接受热部分和散发热部分20和21在容器19的纵向方向上间隔开。传热部分22将两部分20和21连接成一条直线。部分20和21比部分22宽。接受热部分和散发热部分20和21的各自平面形状与半导体组件7的形状一致。
容器19在其中央部分具有一个凹槽24。凹槽24通过拉深容器19形成。凹槽24延伸覆盖容器19的整个长度，并且相对于容器19向下开口。在凹槽24的外周边边缘部分上形成一个平的凸边部分25。凸边部分25在容器19的整个周围延伸。
导热板26用一种软的橡胶状弹性体形成，该弹性体装满例如具有高导热率的填料。将板26的厚度调到约0.1-1mm。导热板26包括第一末端部分26a，第二末端部分26b，和中间部分26c。第一末端部分26a具有一与接受热部分20相对应的尺寸。第二末端部分26b具有一与散发热部分21相对应的尺寸。中间部分26c具有一与传热部分22相对应的尺寸。这样，第一和第二末端部分26a和26b在容器19的纵向方向上被间隔开，并且比中间部分26c宽。正如从图3所看到的，导热板26用粘结剂27结合到容器19的凸边部分25上，并且闭合凹槽24的开口端。板26暴露于热导管16的外部。
图4示出一种用于增加导热板26和凸边部分25之间结合强度的构造。在这个例子中，在凸边部分25的远端边缘部分上形成一个卷边部分28。卷边部分28向后折叠，以便包住其中卷边部分28的外周边缘部分。导热板26的外周边部分保持在卷边部分28和凸边部分25之间。
导热板26与容器19的凹槽24一起，限定一个致冷剂通道29。通道29延伸而覆盖接受热部分20，散发热部分21，和传送热部分22。液体致冷剂R，如水或乙醇，密封在通道29中。因此，导热板26暴露于致冷剂通道29中，并直接与致冷剂R接触。
如图2和5所示，热导管16的接受热部分20用一第一金属托架30紧压住半导体组件7。第一金属托架30包括一个夹持部分31和一对凸边部分32a和32b，这对凸边32a和32b与夹持部分31一起是连续不断的。夹持部分31在电路板6上或整个电路板6上跨骑接受热部分20和半导体组件7。凸边部分32a和32b用螺钉33固定到电路板6的安装面6a上。
热导管16的接受热部分20夹在第一金属托架30的夹持部分31和半导体组件7的盖板10之间。因此，相当于接受热部分20的导热板26第一末端部分26a直接压紧盖板10，并用热的方法连接到盖板10上。
如图1所示，热导管16的传热部分22从电路板6的后端向后伸出。导管16的散发热部分21位于机壳4的后端部分，并与接受热部分20保持一段与传热部分22长度相等的距离。
散热片17用一种具有高热导率的金属材料，如铝合金形成。散热片17用第二金属托架35固定到热导管16的散发热部分21上。第二金属托架35包括一个夹持部分36和一对凸边部分37a和37b，这对凸边部分37a和37b与夹持部分36一起是连续不断的。夹持部分36在散热片17上或整个散热片17上跨骑散发热部分21。凸边部分37a和37b用螺钉38固定到散热片17上。
热导管16的散发热部分21夹在第二金属托架35的夹持部分36和散热片17之间。因此，相当于散发热部分21的导热板26第二末端部分26b直接压紧散热片17，并用热的方法连接到散热片17上。
如果将半导体组件7制成进行复杂的运算处理，则在用这种方法制造的便携式计算机1中，IC芯片9的放热值增加。从IC芯片9中的热量通过盖板10传送到热导管16的接受热部分20上。通过这种热传递，接受热部分20中的致冷剂R被加热并变为蒸汽，该致冷剂蒸汽经由传热部分22从接受热部分20流入散发热部分21。因为散发热部分21位于距半导体组件7一段距离处，所以它的温度和内压保持低于接受热部分20的温度和内压。
这样，导向散发热部分21的蒸汽辐射热量并在其中冷凝。通过致冷剂R这种冷凝作用而辐射的热量通过热传导从散发热部分21扩散到散热片17，并通过自然空气冷却从散热片17的表面排放到机壳4中。
致冷剂R通过在散发热部分21中的热交换被液化，使这种液化后的致冷剂R通过毛细作用沿着传热部分22的内表面流动，并返回接受热部分20。致冷剂R被从半导体组件7中的热量加热并再次变成蒸汽。由于重复进行致冷剂R的蒸发和冷凝，所以将接受热部分20中的热量转移到散发热部分21。
按照上述结构，面向半导体组件7盖板10的热导管16那部分热接受部分20由导热板26组成。板26是软而有弹性的。因此，如果它的第一末端部分26a与组件7的盖板10接触，则它变形并附着到盖板10上，以便补偿热导率的降低或者吸收一个阻止传热的间隙，上述热导率降低可归因于板10的表面凸凹不平。
因此，当热导管16用热的方法连接到半导体组件7上时，只有导热板26插在盖板10和致冷剂R之间，以便可以将从盖板10传送到导热板26的热量直接传送到致冷剂R中。
因此，从盖板10延伸到致冷剂R的传热路线的热阻可以降低，并且从板10到致冷剂R的传热效率可以显著地改善。
另外，导热板26的第一末端部分26a用第一金属托架30压紧半导体组件7的盖板10，并且它的基本上是整个表面都与盖板10接触。因此，如果致冷剂R通过在接受热部分20中的热交换而膨胀，则软的导热板26的第一末端部分26a决不会像气球一样膨胀，并且可以防止板26损坏。
如果接受热部分20的温度因从盖板传热而增加，则该部分20的内压随着致冷剂R膨胀而增加。因此，压力作用在导热板26的第一末端部分26a上，以便使它压紧盖板10，结果增加了盖板10和导热板26之间的附着作用。因此，从盖板10到导热板26的传热效率进一步改善。
此外，面向散热片17的热导管16中那部分散发热部分21也由导热板26组成，并且第一末端部分26a直接与散热片17接触。因此，板26变形并附着到散热片17上，以便补偿热导率的降低或者吸收阻止传热的间隙，上述热导率的降低可归因于散热片17的表面凸凹不平。
因此，从散发热部分21延伸到散热片17的传热路线的热阻可以降低，并且从部分21到散热片17的传热效率可以显著地改善。
而且，按照用这种方法制造的热导管16，软的导热板26与容器19的凹槽24一起限定致冷剂的通道29，并面向该通道29。因此，容器19和板26在接受热部分20和半导体组件7之间及在散发热部分21和散热片17之间的热接合处，决不会相互重叠。因此，每个热连通的厚度可以减少。
结果，冷却装置15可以很方便地装入尺寸上受限制的机壳4中，并且可以很自然地应用到现代化的变薄机壳中。
本发明不限于上述第一实施例。图7和8示出一第二实施例。第二实施例在热导管16的接受热部分20的构造上与第一实施例不同。第一和第二实施例共用热导管16的其它主要构造。
如图7和8所示，容器19的接受热部分20在其凹槽24的底部具有数个伸出部分41，这些伸出部分41朝导热板26的第一末端部分26a方向伸出。每个伸出部分41都呈肋条形状，它成直线在热导管16的纵向方向上延伸。各伸出部分41在它们之间的接受热部分20宽度方向上以一定间隔相互平行延伸。
每个伸出部分41的远端形成一个平的支承部分42。支承部分42位于凹槽24的开口端处并与凸边部分25齐平。因此，支承部分42与导热板26的第一末端部分26a的中央部分接触，并从致冷剂通道29的内部支承第一末端部分26a。
按照这种结构，导热板26的第一末端部分26a外周边部分用容器19的凸边部分25支承，并且它的被外周边包围的中央部分用支承部分42支承。因此，如果为匹配大尺寸的半导体组件7而增加第一末端部分26a的面积，则不可能使第一末端部分26a的中央部分减少并进入致冷剂通道29。
更准确地说，当组件7变得更大时，半导体组件7的盖板10尺寸增加。因此，为了获得更高效的传热，必须加宽与板10接触的第一末端部分26a的面积。如果只有软的导热板26第一末端部分26a的外周边部分固定到容器19上，则在这种情况下，第一末端部分26a的中央部分变得很容易弯曲和不稳定。因此，可能当第一末端部分26a压紧盖板10时，导热板26第一末端部分26a的中央部分可以减少。结果，在第一末端部分26a和盖板10之间形成一个间隙，因此导热板26和盖板10之间的附着作用必然降低。
然而，如果第一末端部分26a的中央部分用从致冷剂通道29内部出来的支承部分42支承，则当第一末端部分26a压紧盖板10时，它可以夹持在支承部分42和盖板10之间。因此，在第一末端部分26a和盖板10之间可以得到令人满意的附着作用，结果可以改善从盖板10到致冷剂R的传热效率。
在这个第二实施例中，伸出部分41可以在容器19的散发热部分21上及在接受热部分20上形成。通过这样做，可以增加导热板26的第二末端部分26b中央部分与散热片17之间的附着作用。
图9-11示出本发明的第三实施例。
按照这个第三实施例，接受半导体组件中热量的电路板6同时用热导管16冷却。这个热导管16基本上用与按照第一实施例所述相同的方法制造。因此，在第三实施例的说明中，遵循涉及与第一实施例中所用的相同元件采用相同的标号，并略去那些元件的说明。
如图9所示，热导管16的接受热部分20具有比半导体组件7大得多的尺寸。更准确地说，相当于接受热部分20的导热板26第一末端部分26a包括一个面向盖板10的中央部分51和一个围绕组件7从中央部分51伸出的外周边部分52。
另外，容器19的凹槽24具有数个伸出部分53，它们在致冷剂通道29中从其底部伸出。每个伸出部分53的远端形成一个平的支承部分54。支承部分54面向导热板26的中央部分51。
下面是在这种安排中用于用热的方法将热导管16的接受热部分20连接到半导体组件7上和电路板6上的操作步骤说明。首先，将导热板26的中央部分放在组件7的盖板10上。然后，用第一金属托架30将接受热部分20固定到电路板6上。
随后，将接受热部分20夹在第一金属托架30的夹持部分31和盖板10之间，并根据半导体组件7的厚度，使导热板26的第一末端部分26a向上弹性变形，如图10所示。因此，在凹槽24的底部处各个伸出部分53的各自支承部分54触及导热板26的中央部分51，随后将中央部分51支持在盖板10和支承部分54之间。结果，导热板26的中央部分51附着到盖板10上，并用热的方法连接到盖板10上。
另外，导热板26外周边部分52的远端边缘部分压紧电路板6的安装面6a。同时，外周边部分52除了它的远端边缘部分之外的整个面积都面向电路板6的安装面6a。因此，导热板26的第一末端部分26a以这种方式固定到电路板6上，以便它跨骑半导体组件7和电路板6的安装面6a。
因此，当半导体组件7中的IC芯片9发热时，芯片9中的热量通过盖板10传送到导热板26的第一末端部分26a上。这样，使接受热部分20中的致冷剂R受热并膨胀。随后，使软的导热板26的外周边部分52经受压力，以便将它压向电路板6，如图10中箭头所示。结果，导热板26的外周边部分52变形并附着到电路板6的安装面6a上，以便填满电路板6和接受热部分20之间的间隙，正如从图11所看到的。
这样，导热板26用热的方法连接到包围半导体组件7的那部分电路板6上，并且将电路板6中的热量通过导热板26传送到致冷剂R上。
按照这种结构，从半导体组件7传送到电路板6的热量可以用热导管16接受热部分20吸收。这样，组件7中的热量可以有效地传送到致冷剂R上，因而可以改善组件7的冷却效果，并且阻止电路板6的温度增加。
而且，在电路板6中，导电式连接到半导体组件7上的许多布线图形，集中在安装面6a包围组件7的那个区域。因此，周围区域是比较平坦的表面，该表面不承载芯片元件或类似物，并且导热板26的外周边部分52触及这个区域。这样，导热板26和电路板6之间的附着作用是令人满意的，并且来自电路板6的热量有效地传送到导热板26上。
图12和13示出本发明的第四实施例。
按照第四实施例所述的热导管60包括接受热部分61，散发热部分62，和用于转移热的管线63。
接受热部分61和散发热部分62分别包括盒件，61a和62a。盒件61a和62a每个都是用软的橡胶状弹性体形成，该弹性体装满例如具有高热导率的填料。将每个盒件的厚度调到约0.1-1mm。盒件61a和62a分别具有圆筒形颈部分64和65。每个颈部分都具有一个其一端开口的插口66。插口66连续延伸到盒件61a和62a的内部。
管线63用圆形金属管形成。管线63的其中一端装配在盒件61a的插口66中。管线63的另一端装配在盒件62a的插口66中。管线63的其中一端和另一端分别单独用带状物67固定到颈部分64和65上。盒件61a和62a及管线63都装满致冷剂R。
如图13所示，热导管60的接受热部分61用金属托架70压紧半导体组件7。托架70包括一个夹持部分71和一对凸边部分72a和72b，上述夹持部分71跨骑在接受热部分61和组件7上，而凸边部分72a和72b与夹持部分71一起继续延伸。凸边部分72a和72b各自用螺钉73固定到电路板6的安装面6a上。
热导管60的接受热部分61夹在金属托架70的夹持部分71和半导体组件7的盖板10之间。因此，将接受热部分61的软盒件61a弄平，以便接受热部分61与盖板10紧密接触。
热导管60的散发热部分62用一类似的金属托架(未示出)与散热片紧密接触。
按照这种结构，热导管60的接受热部分61包括一个软的盒件61a。因此，使接受热部分61保持处于这样一种状态，以便它能随着半导体组件7的形状自由地变形，并且可以令人满意地附着到组件7上。散发热部分62也由软的盒件62a组成。因此，使散发热部分62保持处于这样一种状态，以便它能随着散热片的形状自由地变形，并且可以令人满意地附着到散热片上。
这样，热导管60必定用热的方法连接到半导体组件7和散热片上，并且可以增加组件7的散热效果。
另外，从半导体组件延伸到致冷剂R的传热路线的热阻可以降低，并且从组件7到致冷剂R的传热效率可以显著地改善。
图14和15是本发明的第五实施例。
按照第五实施例所述的热导管80包括一个细长的金属容器81和一个导热板90。容器81包括接受热部分82，散发热部分83，与第一和第二传热部分84a和84b。
接受热部分82和散发热部分83在容器81的纵向方向上间隔开，并且比第一和第二传热部分84a和84b宽。传热部分84a和84b成一条直线连接接受热部分和散发热部分82和83，并且相互平行配置。
容器81具有第一和第二凹槽86a和86b。第一和第二凹槽86a和86b通过冲压容器81形成。凹槽86a和86b分别沿着第一和第二传热部分84a和84b延伸，并且在容器81的底侧处向下开口。平的凸边部分87在凹槽86a和86b的外周边边缘部分上形成。
将第一和第二凹槽86a和86b每一个的其中一端导向接受热部分82上。在凹槽86a和86b每一个的其中一端上形成一个折叠或弯曲的部分88，第一和第二凹槽86a和86b的各自弯曲部分88在接受热部分82上相互接合。
将第一和第二凹槽86a和86b每一个的其中另一端导向散发热部分83上。在凹槽86a和86b每一个的其中另一端上形成一个折叠或弯曲的部分89。第一和第二凹槽86a和86b的各自弯曲部分89在散发热部分83上相互连接。
导热板90，像第一实施例中的导热板一样，用一种软的橡胶状弹性体形成。导热板90固定到容器81的凸边部分87上，并闭合第一和第二凹槽86a和86b各自的开口端。导热板90与凹槽86a和86b一起，构成第一和第二致冷剂通道91a和91b。致冷剂R密封在通道91a和91b中。
按照这种结构，热导管60的接受热部分82其中接受半导体组件7热量的那部分，由软的导热板90组成。导热板90可以变形并附着到组件7上，以便补偿热导率的降低，或者吸收阻止传热的间隙，上述热导率的降低可归因于组件7的表面凸凹不平。
结果，从半导体组件7传送到导热板90的热量可以直接传送到致冷剂R，并且从组件7传送到接受热部分82的热量可以利用流过两个致冷剂通道91a和91b的致冷剂R有效地传送到散发热部分83。
在这个第五实施例中，第一和第二凹槽86a和86b的各自弯曲部分89可以弄成弯弯曲曲。按照这种安排，接受热部分82和散发热部分83可以形成具有一长的曲折通道，而致冷剂R可以通过该通道很长时间。因此，大量的热可以传送到接受热部分82中的致冷剂R，并且大量的热可以从散发热部分83内的致冷剂R中排除。这样，可以显著地改善热导管80的传热效率，并且可以增加半导体组件7的散热效果。
图16和17示出本发明的第六实施例。
按照第六实施例所公开的是冷却装置100，在该冷却装置100中致冷剂R自动地循环。冷却装置100由接受热部分101，散发热部分102，和传热部分103组成。
接受热部分101和散发热部分102分别包括软的盒件101a和102a。盒件101a和102a每个都用一种软的橡胶状弹性体形成，该弹性体装满例如具有高热导率的填料。将每个盒件的厚度调到约0.1-1mm。盒件101a在其一端处具有一对圆筒形颈部分104a和104b。颈部分104a和104b相互平行配置，并具有它们各自的插口105。插口105连续延伸至盒件101a的内部。
盒件102a在其一端处具有一对圆筒形颈部分106a和106b。颈部分106a和106b相互平行配置，并具有它们各自的插口107。插口107连续延伸到盒件102a的内部。
传热部分103装备有第一和第二管线103a和103b。管线103a和103b每个都用圆形金属管形成，它们连接接受热部分101和散发热部分102。管线103a和103b每个的其中一端连接到盒件101a它的相关插口105上。管线103a和103b每个的其中另一端连接到盒件102a它的相关插口107上。
第一和第二管线103a和103b用带形物108各自固定到颈部分104a，104b，106a和106b上。盒件101a和102a及第一和第二管线103a和103b装满致冷剂R。
第一管线103a用来将在接受热部分101中通过热交换加热的致冷剂R导向散发热部分102中。第二管线103b用来将在散发热部分102中通过热交换冷却的致冷剂R导向接受热部分101中。
第二管线103b装备有一个电动机泵109。泵109自动地将致冷剂R朝接受热部分101输送。送入接受热部分101中的致冷剂R通过第一管线103a由其导向散发热部分102，并通过第二管线103b返回泵109。这样，致冷剂R在接受热部分和散发热部分101和102之间自动循环。
如图17所示，接受热部分101通过第一金属托架110压紧半导体组件7的盖板10。接受热部分101夹在托架110和组件7之间。这样，盒件101a以这种方式附着到盖板10上，以便将它弄平。
散发热部分102通过一第二金属托架111压紧散热片17。散发热部分102夹在托架111和散热片17之间。这样，盒件102a以这种方式附着到散热片17上，以便将它弄平。
按照这种结构，致冷剂R在接受热部分和散发热部分101和102之间自动循环。因此，从半导体组件7传送到接受热部分101的热量可以经由致冷剂R传送到散发热部分102，并通过基于传热到散热片17上的扩散作用排放到空气中。
冷却装置100的接受热部分101由具有热导率的软盒件101a形成。因此，接受热部分101可以随着半导体组件7的形状自由地变形，并且可以令人满意地附着到组件7上。另外，散发热部分102由具有热导率的软盒件102a形成。因此，散发热部分102可以随着散热片17的形状自由地变形，并可以令人满意地附着到散热片17上。
因此，改善了从半导体组件7到接受热部分101及从散发热部分102到散热片17的传热效率，并显著地增加了组件7的冷却效果。
尽管致冷剂R按照第六实施例所述自动循环，但可供选择地它可以通过自然对流循环。在这种情况下，希望接受热部分101应该位于比散发热部分102低的位置中，而用于返回在散发热部分102中液化的致冷剂R的第二管线103b应该在致冷剂R的流动方向上向下倾斜。
此外，可供选择地，用于将加热并变成蒸汽的致冷剂R导向散发热部分102的第一管线103a可以形成具有比第二管线103b更大的直径。通过做到这点，可以降低蒸汽从接受热部分101移动到散发热部分102的热阻。
另外，可以将用于检测IC芯片9温度的温度传感器靠近半导体组件7安装，以便可以按照从温度传感器发出的信号控制泵109的工作。更准确地说，当芯片9的温度超过一预定值时，可以按照温度传感器发出的温度信号驱动泵109。如果做到这点，则泵109不需要连续工作，以便节约动力，并可以降低泵109工作时的噪音电平。
图18和19示出本发明的第七实施例。
按照第七实施例所述的冷却装置120具有一板状主体121。主体121用具有高热导率的金属材料，如铝合金形成。主体121包括数个支脚(leg)部分122，它们从其外周边边缘部分向下延伸。各个支脚部分122的各自远端分别用螺钉123固定到电路板6的安装面6a上。这样，主体121平行于电路板6设置，并且半导体组件7安放在主体121和电路板6之间。
主体121整体式包括一个接受半导体封袋7中热量的接受热部分125和一个散发组件7中热量的散发热部分126。接受热部分125正好位于组件7的上方。散发热部分126位于离开组件7处。散发热部分126用热的方法连接到接受热部分125上。
主体121具有一凹槽127，该凹槽127在其下表面处向下开口。凹槽127在接受热部分125到散发热部分126的范围内延伸。凹槽127用间隔壁128分成数个沟槽部分129。每个壁128的末端与主体121的下表面齐平。沟槽部分129在接受热部分和散发热部分125和126之间直线延伸。
导热板130粘结到主体121的下表面上。板130用一种软的橡胶状弹性体形成，该弹性体装满例如具有高热导率的填料，并将它的厚度调到约0.1-1mm。导热板130盖住凹槽127的开口端并触及各间隔壁128的相应远端。导热板130在一相应于接受热部分125的位置中触及半导体组件7的盖板10，并用热的方法连接到盖板10上。
致冷剂通道131限定在导热板130和沟槽部分129之间。每个致冷剂通道131的其中一端位于接受热部分125中，而其另一端位于散发热部分126中。致冷剂R密封在致冷剂通道131内。
如图18和19所示，主体121包括一个直立的壁133，该壁133从其外周边边缘部分向上延伸。壁133在主体121的圆周方向上连续地形成。一个顶板134固定到壁133的上端。顶板134与主体121和直立壁133的上表面一起，限定一个冷却空气通道135。通道135在从接受热部分125到散发热部分126的范围内延伸，并且经由主体121用热的方法连接到致冷剂通道131上。
主体121在一相应于接受热部分125的位置中具有若干销钉形散热片136。散热片136暴露于冷却空气通道135中。电扇138支承在顶板134的下表面上。在通道135中，电扇138面向散发热部分126。电扇138用来通过顶板134中的空气进口139吸入冷却空气，并使冷却空气直接对着散发热部分126吹。在流过冷却空气通道135之后，冷却空气通过直立壁133中的空气出口140排放到冷却装置120的外部。
在用这种方式制造的冷却装置120中，半导体组件7中的热量传送到主体121的接受热部分125上。通过这种传热，在每个致冷制通道131的其中一端处，致冷剂R被加热并变成蒸汽，该致冷剂蒸汽从接受热部分125流向散发热部分126。散发热部分126与组件7保持一定距离，并用电扇138吹出的冷却空气冲击。因此，散发热部分126的温度和内压保持低于接受热部分125的温度和内压。
这样，导向散发热部分126的蒸汽放热并在其中冷凝。通过致冷剂R这种冷凝作用而放出的热量被冷却空气流带走，并排放到冷却装置120的外部。
致冷剂R在散发热部分126中通过热交换液化，造成致冷剂R通过毛细作用沿着致冷剂通道131相应的内表面流动，并返回接受热部分125。然后，致冷剂R被半导体组件7中的热量加热并再次变成蒸汽。随着致冷剂R反复蒸发和冷凝，从接受热部分125出来的热量必定转移到散发热部分126中。
按照这种结构，冷却装置120中接受热部分125其中接受半导体组件7中热量的那部分125由软的导热板130组成。导热板130可以变形并附着到组件7上，以便补偿热导率降低或吸收阻止热传导的间隙，上述热导率降低归因于组件7的表面凸凹不平。
因此，从半导体组件7传送到导热板130的热量可以直接传送到致冷剂通道131内的致冷剂R，并且利用致冷剂R可以有效地将传送到接受热部分125的组件7中热量传送到散发热部分126上。
这样，可以降低从半导体组件7延伸到致冷剂R的传热路线的热阻，并且可以显著地改善从组件7到致冷剂R的传热效率。
对本领域的技术人员来说，若干附加的优点和修改将很容易发生。因此，本发明在其更广的范围内不限于此处所示和所说明的特殊及有代表性的实施例。因而，在不脱离如所附权利要求及其等效物所述的一般发明思想的精神和范围情况下，可以进行各种修改。

Claims (19)

1.一种冷却发热元件(7)的冷却装置，其特征在于，包括：
一个装满致冷剂(R)的容器(19，81)，容器(19，81)包括一个用于接受发热元件(7)中热量的接受热部分(20，82)；一个用于散发发热元件(7)中热量的散发热部分(21，83)；和一个用于传送发热元件(7)中热量的传热部分(22，84a，84b)，发热元件(7)中的热量传送到接受热部分(20，82)，经由致冷剂(R)传送到散发热部分(21，83)，
至少容器(19，81)的接收热部分(20，82)之中接受发热元件(7)中的热量的那部分由一块能弹性变形的软导热板(26，90)形成，导热板(26，90)直接接触发热元件(7)。
2.按照权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：上述容器(19，81)具有一沟形凹槽(24，86a，86b)，凹槽连接接受热部分(20，82)和散发热部分(21，83)，并且上述导热板(26，90)盖住凹槽(24，86a，86b)的开口端，并与凹槽(24，86a，86b)一起限定用于致冷剂(R)的致冷剂通道(29，91a，91b)。
3.按照权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：上述接受热部分(20)包括至少一个伸出部分(41)，该伸出部分(41)朝导热板(26)方向伸出，伸出部分(41)的远端与导热板(26)接触。
4.按照权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：它还包括散热片(17)，该散热片(17)用热的方法连接到散发热部分(21)上。
5.按照权利要求4所述的冷却装置，其特征在于：上述散发热部分(21)用热的方法连接到热散片(17)上的那部分，由导热板(26)形成。
6.一种冷却发热元件(7)的冷却装置，其特征在于，包括：
一个接受热部分(101)，用于接受发热元件(7)中的热量；
一个散发热部分(102)，用于散发发热元件(7)中的热量；和
一个传热部分(103)，用于使致冷剂(R)在接受热部分(101)和散发热部分(102)之间循环，并传送发热元件(7)中的热量，它将发热元件(7)中的热量传送到接受热部分(101)，经由致冷剂(R)传送到散发热部分(102)；
至少接受热部分(101)的其中接受发热元件(7)中的热量的那部分由一软的能弹性变形的传热件(101a)形成，传热件(101a)直接与发热元件(7)接触。
7.按照权利要求6所述的冷却装置，其特征在于：上述传热部分(103a)包括：一个第一管线(103a)，用于将在接受热部分(101)中加热的致冷剂(R)导向散发热部分(102)；一个第二管线(103b)，用于将在散发热部分(102)中通过热交换冷却的致冷剂(R)导向接受热部分(101)；和一个泵(109)，用于使致冷剂(R)在接受热部分(101)和散发热部分(102)之间自动循环。
8.按照权利要求6所述的冷却装置，其特征在于：它还包括散热片(17)，该散热片(17)与散发热部分(102)热连通。
9.一种冷却发热元件(7)的冷却装置，其特征在于，包括：
一个具有热导率的主体(121)，主体(121)包括：一个接受热部分(125)，用于接受发热元件(7)中的热量；和一个散发热部分(126)，用热的方法连接到接受热部分(125)上；
一个风扇(138)，用于将冷却空气供给到散发热部分(126)上；和
一个致冷剂通道(131)，它在主体(121)中，用于使液体致冷剂(R)在接受热部分(125)和散发热部分(126)之间移动，致冷剂通道能传送发热元件(7)中的热量，将发热元件中热量传送到接受热部分(125)，经由致冷剂(R)传送到散发热部分(126)，相当于接受热部分(125)的那部分致冷剂通道(131)由一块能弹性变形的软导热板(130)形成，导热板(130)用热的方法连接到发热元件(7)上。
10.按照权利要求9所述的冷却装置，其特征在于：上述主体(121)具有一个冷却空气通道(135)，通道(135)用于将冷却空气用热的方法连接到致冷剂通道(131)上。
11.一种电路，其特征在于，包括：
一块电路板(6)，具有一个安装面(6a)；
一个发热元件(7)，安装在电路板(6)的安装面(6a)上；和
一个冷却装置(15)，用于冷却发热元件(7)，冷却装置(15)包括：一个接受热部分(20)，用于接受发热元件(7)中的热量；一个散发热部分(21)，用于散发发热元件(7)中的热量：和一个传热部分(22)，用于传送发热元件(7)中的热量，将发热元件(7)中的热量传送到接受热部分(20)，经由致冷剂(R)传送到散发热部分(21)，至少冷却装置(15)接受热部分(20)的那部分接受发热元件(7)中的热量，上述那部分接受热部分(20)由一种能弹性变形的软导热板(26)形成，导热板(26)具有一围绕发热元件(7)伸出的外周边部分(52)，该外周边部分(52)直接与电路板(6)的安装面(6a)接触。
12.按照权利要求11所述的电路模块，其特征在于：上述冷却装置(15)的接受热部分(20)用一插口(30)固定到电路板(6)上，以便接受热部分(20)的导热板(26)压紧发热元件(7)和电路板(6)的安装面(6a)
13.一种电路模块，其特征在于包括：
一个发热元件(7)；和
一个冷却装置(60，100)，用于冷却发热元件(7)，冷却装置(60，100)包括：一个接受热部分(61，101)，用于接受发热元件(7)中的热量；一个散发热部分(62，102)，用于散发发热元件(7)中的热量；和一个管线(63，103a，103b)，它用于传送发热元件(7)中的热量，将发热元件(7)中的热量传送到接受热部分(61，101)，经由致冷剂(R)传送到散发热部分(62，102)；冷却装置(60，100)的接受热部分(61，101)由一种软的传热盒件(61a，101a)构成，该传热盒件(61a，101a)能弹性变形，并且在其管线(63，103a，103b)连接于其上的一端处具有一个插口(66，105)，传热盒件(61a，101a)直接与发热元件(7)接触。
14.按照权利要求13所述的电路模块，其特征在于：上述冷却装置(60，100)的接受热部分(61，101)用一个托架(70，110)固定到发热元件(7)上，以便将传热盒件(61a，101a)在托架(70，110)和发热元件(7)之间弄平并附着到发热元件(7)上，
15.按照权利要求13所述的电路模块，其特征在于：上述冷却装置(100)包括一个散热片(17)，该散热片(17)用热的方法连接到散发热部分(102)上。
16.按照权利要求15所述的电路模块，其特征在于：上述冷却装置(100)的散发热部分(102)由一个软的传热盒件(102a)形成，该传热盒件能弹性变形，并在其管线(103a，103b)连接于其上的一端处具有一个插口(107)，传热盒件直接与散热片(17)接触。
17.一种电子装置，其特征在于，包括：
一个机壳(4)，其中具有一个发热元件(7)；和
一个冷却装置(15)，它固定在机壳(4)中，冷却装置包括：一个接受热部分(20)，用于接受发热元件(7)中的热量；一个散发热部分(21)，用于散发发热元件(7)中的热量；和一个传热部分(22)，它用于传送发热元件(7)中的热量，将发热元件(7)中的热量传送到接受热部分(20)，经由致冷剂(R)传送到散发热部分(21)，至少冷却装置(15)接受发热元件(7)中热量的那部分接受热部分(20)由一个软的能弹性变形的导热板(26)形成，导热板(26)直接与发热元件(7)接触。
18.按照权利要求17所述的电子装置，其特征在于：上述冷却装置(15)包括一个散热片(17)，该散热片(17)用热的方法连接到散发热部分(21)上。
19.按照权利要求18所述的电子装置，其特征在于：上述散发热部分(21)用热的方法连接到散热片(17)上的那部分由导热板(26)形成。
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