微處理器及具有該微處理器的處理設備的製作方法

2023-08-05 09:39:41

微處理器及具有該微處理器的處理設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種微處理器及具有該微處理器的處理設備。該微處理器包括基板、管芯、散熱器和導熱片。所述管芯位於所述基板的上表面且凸出於所述上表面。所述散熱器位於所述管芯上，用於對所述管芯進行散熱。所述導熱片圍繞所述管芯覆蓋在所述基板上，且與所述散熱器熱接觸。本發明提供的微處理器通過設置導熱片而以增大散熱器與基板和管芯的熱接觸面積，提高了散熱效率。
【專利說明】微處理器及具有該微處理器的處理設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電學領域，具體涉及一種微處理器及具有該微處理器的處理設備。

【背景技術】
[0002] 例如GPU、CPU等的微處理器通常包括基板和安裝在基板上的管芯。微處理器通常 還包括散熱器，用於對微處理器進行散熱。但是目前，散熱作用都集中對管芯進行，而忽略 了對基板的散熱。雖然管芯為主要的發熱部件，但是管芯產生的熱量會傳遞至基板導致基 板溫度升高。這樣不但會影響基板上的電子元件工作，還會降低管芯的散熱效率。


【發明內容】

[0003] 因此，需要一種微處理器及具有該微處理器的處理設備，以解決現有技術中存在 的問題。
[0004] 為了解決上述問題，根據本發明的一個實施例，提供了一種微處理器。該微處理器 包括基板、管芯、散熱器和導熱片。所述管芯位於所述基板的上表面且凸出於所述上表面。 所述散熱器位於所述管芯上，用於對所述管芯進行散熱。所述導熱片圍繞所述管芯覆蓋在 所述基板上，且與所述散熱器熱接觸。
[0005] 優選地，所述散熱器至少覆蓋所述導熱片和所述管芯。
[0006] 優選地，所述導熱片在所述散熱器和所述基板之間處於壓縮狀態。
[0007] 優選地，所述導熱片的尺寸與所述基板的未設置所述管芯的區域的尺寸相匹配。
[0008] 優選地，所述導熱片為固體導熱片。
[0009] 優選地，所述微處理器還包括導熱層，所述導熱層位於所述管芯和所述散熱器之 間。
[0010] 優選地，所述導熱層為粘性流體狀的導熱層。
[0011] 優選地，所述導熱片與所述管芯的側面緊密接觸。
[0012] 優選地，所述散熱器包括散熱基座和位於所述散熱基座的上表面的散熱構件，所 述散熱基座的下表面為平面，所述散熱基座的所述下表面面向所述基板。
[0013] 優選地，所述散熱器包括用於將所述散熱器固定至電路板的安裝構件，所述電路 板為將所述微處理器安裝在其上的電路板。
[0014] 本發明還提供一種處理設備。所述處理設備包括電路板和如上所述的任意一種微 處理器。所述微處理器安裝在所述電路板上。
[0015] 本發明提供的微處理器通過設置導熱片而以增大散熱器與基板和管芯的熱接觸 面積，提高了散熱效率。
[0016] 以下結合附圖，詳細說明本發明的優點和特徵。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 為了使本發明的優點更容易理解，將通過參考在附圖中示出的具體實施例更詳細 地描述上文簡要描述的本發明。可以理解這些附圖只描繪了本發明的典型實施例，因此不 應認為是對其保護範圍的限制，通過附圖以附加的特性和細節描述和解釋本發明。
[0018] 圖1為根據本發明一個實施例的微處理器的剖視圖；以及
[0019] 圖2為根據本發明一個實施例的微處理器的俯視圖，其中微處理器的散熱器被移 除。

【具體實施方式】
[0020] 在下文的討論中，給出了細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，本領域技 術人員可以了解，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在特定的示例中，為了 避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行詳盡地描述。
[0021] 本發明提供了一種微處理器。圖1示出了根據本發明一個實施例的微處理器100。 如圖1所示，微處理器1〇〇包括基板110、管芯120、散熱器130和導熱片140。為了清楚地 示出導熱片140與管芯120之間的位置關係，圖2示出了將散熱器130移除的微處理器。下 面將結合圖1-2對本發明提供的微處理器100進行詳細描述。微處理器100不限於GPU或 CPU，只要能處理數據且需要散熱的部件都包含的本發明的保護範圍之內。
[0022] 管芯120位於基板110的上表面。基板110用於承載管芯120,並且根據需要基板 110上還設置有與安裝在其上的管芯120電連接的布線和/或引出的管腳等。管芯120安 裝至基板110後，通常會凸出於基板110的上表面。散熱器130位於管芯120上。散熱器 130與管芯120接觸，用於對管芯120進行散熱。散熱器130可以為具有各種構造，諸如散 熱片、散熱管、渦輪風扇或上述多種的組合等。在圖1中示出的實施例中，散熱器130的尺 寸大於基板110的尺寸，散熱器130覆蓋整個基板110以及位於其上的管芯130。在其它實 施例中，散熱器130的尺寸可以小於基板110的尺寸，而僅覆蓋管芯130和基板110的一部 分。散熱器130的尺寸甚至可以小於管芯120的尺寸。
[0023] 導熱片140圍繞管芯120覆蓋在基板110上，如圖2所示。並且，導熱片140與散 熱器130熱接觸，以使基板110上的熱量通過導熱片130傳遞至散熱器130。這樣可以增大 散熱器130與基板110和管芯120的熱接觸面積，提高散熱效率。在一個優選實施例中，導 熱片140的尺寸與基板110的未設置管芯120的區域的尺寸相匹配，以在具有較高散熱效 率的同時避免多餘的導熱片140佔據有限的空間。在未示出的其它實施例中，導熱片140 的尺寸可以大於或小於基板110的未安裝有管芯120的區域的尺寸。
[0024] 在一個優選實施例中，散熱器130至少覆蓋導熱片140和管芯120。導熱片140和 管芯120夾在散熱器130和基板110之間。管芯120的熱量可以直接傳遞至散熱器130,基 板110上未被管芯120覆蓋的所有區域內積累的熱量都可以通過導熱片140傳遞至散熱器 130。這樣，散熱器130與導熱片140和管芯120的熱接觸面積能夠最大化，因此進一步提 高散熱效率。
[0025] 進一步優選地，導熱片140在散熱器130和基板110之間處於壓縮狀態。通過情 況下，散熱器130會選用導熱係數較高的金屬銅或金屬鋁製成，銅的導熱係數能夠達到約 400瓦/(米*開爾文)，鋁的導熱係數約為236瓦/(米*開爾文)。但是空氣的導熱係數 僅為0. 02瓦/(米*開爾文)。導熱片140在散熱器130和基板110之間處於壓縮狀態可 以將兩者之間的空氣全部排出，替代地，由具有導熱係數高於空氣的導熱片140來填充，因 此，提高了基板110至散熱器130的熱傳導效率。
[0026] 在一個優選實施例中，導熱片140與管芯120的側面緊密接觸。管芯120的上表 面與散熱器130接觸。導熱片140與管芯120的側面緊密接觸，以便對管芯120的散熱起 到輔助作用。
[0027] 導熱片140可以由任何的具有較高導熱係數的導熱材料製成，例如在電子器件中 常用的導熱界面材料。如前文所描述的，在優選實施例中，導熱片140位於散熱器130和基 板110之間，且由於管芯120凸出於基板110的上表面，因此，要求導熱片140具有固定的 形狀，即導熱片140為固體導熱片140,以填充散熱器130與基板110之間的空間。在其它 實施例中，由於散熱片140的上表面或側面僅部分地與散熱器130接觸，此時，仍然要求導 熱片140具有固定的形狀。固體導熱片140的材料例如可以為傲川科技公司提供的TP系 列或UTP系列的導熱矽膠片，還可以為萊爾德（Laird)公司提供的Tpli TM200、Tflex?200V0、 Tflex?HR200、Tflex?300、Tflex?300TG、Tflex?HR400、Tflex?XS400、Tflex?500、 Tflex600、Tflex?HR600、Tflex?SF600、Tflex?SF600DF、Tflex?700 等系列的導熱矽膠片。
[0028] 申請人:發現，散熱器130與管芯120的接觸表面不是絕對光滑的，在這些表面上會 存在大量的微小的缺陷。這導致散熱器130和管芯120之間存在由空氣填充的間隙。前文 提到，空氣的導熱係數是非常低的，為了提高管芯120至散熱器130的熱傳導效率，優選地， 微處理器100還包括位於管芯120和散熱器130之間的導熱層（由於導熱層的厚度較薄，因 此未示出）。導熱層可以由任何的具有較高導熱係數的導熱材料製成，例如在電子器件中常 用的導熱界面材料。該導熱層的主要目的是填充散熱器130與管芯120之間由於表面缺陷 而存在的微小間隙，因此，優選地，導熱層為粘性流體狀的導熱層。將散熱器130安裝到管 芯120上之前，可以先在管芯120的與散熱器130接觸的表面塗覆導熱層，由於導熱層呈流 體狀，因此將散熱器130安裝至管芯120後導熱層可以流動至間隙處，進而將空氣排出。另 夕卜，由於導熱層具有粘性，因此可以保持在散熱器130與管芯120之間。
[0029] 作為示例，粘性流體狀的導熱層的材料可以為Shin-Etsu MicroSi公司提供的 X23-7762型導熱界面材料，還可以為傲川科技公司提供的TG300型導熱矽脂。
[0030] 在一個實施例中，散熱器130可以包括散熱基座131和位於散熱基座131的上表 面的散熱構件132。散熱基座131的下表面為平面，且散熱基座131的下表面面向基板110 地設置。這樣，散熱器130的與管芯120接觸的表面、或者與管芯120和導熱片140接觸的 表面為平面，因此可以減小它們之間的間隙，減少它們之間的空氣量。
[0031] 此外，散熱器130還包括用於將散熱器130固定至電路板的安裝構件(未示出），這 裡提到的電路板為將微處理器100安裝在其上的電路板。當微處理器安裝至電路板時，可 以通過安裝構件實現散熱器130與電路板之間的固定連接。
[0032] 本發明還提供一種處理設備，該處理設備包括電路板和如上所述的任一種微處理 器。微處理器可以以常規方法安裝在電路板上，本說明書不再對該常規的安裝方法進行詳 細描述。在一個實施例中，微處理器為GPU,處理設備可以為顯卡。在另一個實施例中，微處 理器為CPU，處理設備可以為主板。本發明不對電路板的類型進行限定，只要能夠安裝前述 的微處理器即可。
[0033] 本發明提供的微處理器通過設置導熱片而以增大散熱器與基板和管芯的熱接觸 面積，提高了散熱效率。
[0034] 為了進行說明，前述描述參照了具體實施例進行描述。然而，上文的示例性的討論 並非意欲是無遺漏地或將本發明限制在所公開的明確形式上。鑑於以上教導，也有可能存 在很多變型和變化。選擇並描述了實施例，以最好地解釋本發明的原理和實際應用，以使本 領域的其他技術人員最好地利用本發明以及具有各種變型的各種實施例，以能適用於期望 的特定用途。
[0035] 由此描述了根據本發明的實施例。雖然本公開已在特定實施例中予以描述，但是 應當了解，本發明不應理解為由這些實施例所限制，而應根據權利要求進行理解。
【權利要求】
1. 一種微處理器，包括： 基板； 管芯，所述管芯位於所述基板的上表面且凸出於所述上表面； 散熱器，所述散熱器位於所述管芯上，用於對所述管芯進行散熱；以及 導熱片，所述導熱片圍繞所述管芯覆蓋在所述基板上，且與所述散熱器熱接觸。
2. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述散熱器至少覆蓋所述導熱片和所 述管芯。
3. 如權利要求2所述的微處理器，其特徵在於，所述導熱片在所述散熱器和所述基板 之間處於壓縮狀態。
4. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述導熱片的尺寸與所述基板的未設 置所述管芯的區域的尺寸相匹配。
5. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述導熱片為固體導熱片。
6. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述微處理器還包括導熱層，所述導熱 層位於所述管芯和所述散熱器之間。
7. 如權利要求6所述的微處理器，其特徵在於，所述導熱層為粘性流體狀的導熱層。
8. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述導熱片與所述管芯的側面緊密接 觸。
9. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述散熱器包括散熱基座和位於所述 散熱基座的上表面的散熱構件，所述散熱基座的下表面為平面，所述散熱基座的所述下表 面面向所述基板。
10. 如權利要求1所述的微處理器，其特徵在於，所述散熱器包括用於將所述散熱器固 定至電路板的安裝構件，所述電路板為將所述微處理器安裝在其上的電路板。
11. 一種處理設備，所述處理設備包括： 電路板； 微處理器，所述微處理器安裝在所述電路板上，且包括： 基板； 管芯，所述管芯位於所述基板的上表面且凸出於所述上表面； 散熱器，所述散熱器位於所述管芯上，用於對所述管芯進行散熱；以及 導熱片，所述導熱片圍繞所述管芯覆蓋在所述基板上，且與所述散熱器熱接觸。
12. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述散熱器至少覆蓋所述導熱片和 所述管芯。
13. 如權利要求12所述的處理設備，其特徵在於，所述導熱片在所述散熱器和所述基 板之間處於壓縮狀態。
14. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述導熱片的尺寸與所述基板的未 設置所述管芯的區域的尺寸相匹配。
15. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述導熱片為固體導熱片。
16. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述微處理器還包括導熱層，所述導 熱層位於所述管芯和所述散熱器之間。
17. 如權利要求16所述的處理設備，其特徵在於，所述導熱層為粘性流體狀的導熱層。
18. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述導熱片與所述管芯的側面緊密 接觸。
19. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述散熱器包括散熱基座和位於所 述散熱基座的上表面的散熱構件，所述散熱基座的下表面為平面，所述散熱基座的所述下 表面面向所述基板。
20. 如權利要求11所述的處理設備，其特徵在於，所述散熱器包括用於將所述散熱器 固定至所述電路板的安裝構件，以將所述散熱器固定至所述電路板。
【文檔編號】G06F1/20GK104216488SQ201310217684
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月3日 優先權日:2013年6月3日
【發明者】李俊 申請人:輝達公司