電路板的熱控制互連繫統的製作方法
2023-06-04 15:13:46 1
專利名稱：電路板的熱控制互連繫統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子電路中的功率傳輸，尤其涉及與電子元件相關的熱量的熱處理。
背景技術：
競爭者和消費者的需求使得電氣系統，尤其是與計算機系統相關的電氣系統繼續按照速度更快、性能更高的趨勢發展。由於微處理器和所涉及的集成電路(IC)高速運行，因此這些設備所需的功率也在增加。同時微處理器的運行速度受微處理器的內部電晶體能夠以多快的速度接通和關斷的影響。降低工作電壓可以使電晶體切換地更快速，並相應地使微處理器的運行速度更快。然而，由於工作電壓降低，為了要保持相關集成電路的功率，工作電流就會增大。增大的電流可能會導致出現不希望有的耗用功率或功率損耗。
新型高速IC設備，包括有時被稱為中央處理器(「CPU」)的微處理器、特定用途集成電路(ASIC)、存儲器插座、或功率連接器等，會產生大量的熱，在設備運行期間必需要將這些熱量從設備中清除出去；否則，可能會引起設備的不穩定工作或對設備造成損壞。例如在CPU中，通常在CPU上安裝散熱片和用於將熱量從散熱片驅散到周圍空氣中的風扇，由此加速CPU的冷卻過程。然而，這種內部產生的熱量並不是CPU和其它IC設備唯一涉及到的熱量。與用於運行IC設備的功率傳輸相關的還有另外的熱負荷。隨著帶有越來越多電晶體的IC設備變得越來越強大，功率需求也相應急速增長。由於IC設備的功率需求增加，因此消除設備下面產生的額外熱量的要求也相應增加。額外的熱量通過安裝設備的插座從母板傳到IC設備，又從IC設備傳到母板。該額外熱量可能表徵為非常大的熱負荷。該熱負荷影響插座觸頭的導電性以及IC設備和支撐母板跡線的通訊速度。
系統需要加快IC設備上的熱量的清除以及消散。
發明內容
IC設備的熱處理系統包括用於接收IC設備的插座，位於IC設備上的散熱片，以及位於IC設備下的熱導管，該熱導管用於將IC設備下側的熱量傳送給IC設備上的散熱片。
圖1是安裝在電路板上並且使用了根據本發明示範實施例成型的熱處理系統的IC設備的側視圖。
圖2是圖1所示熱處理系統的透視圖。
圖3是圖2所示的具有額外銅鍍的熱處理系統的透視圖。
圖4是根據本發明成型的熱處理系統的替換實施例的側視圖。
圖5是圖4所示熱處理系統的插座的俯視圖。
圖6是圖5所示插座的局部大樣圖。
圖7是根據本發明成型的熱處理系統第二替換實施例的局部俯視圖。
圖8是根據本發明成型的熱處理系統第三替換實施例的側視圖。
具體實施例方式
圖1是IC設備10在電路板12上的示範安裝方式的側視圖。散熱片14位於IC設備10上，並且散熱片14的下側16與IC設備10的上表面18接觸，從而從IC設備10上吸取熱量。在散熱片14上還可以安裝風扇(未示出)，用於加速IC設備10的冷卻。散熱片，諸如散熱片14是公知的，並且通常用於去除IC設備10內生成的熱量。IC設備10安裝在插座20內，所述插座包括了根據本發明示範實施例成型的熱處理系統30。提供熱處理系統30是用於去除在IC設備10之下生成的和與IC設備10的功率傳送相關的熱量。儘管熱處理系統30的某些方面是參照接點柵格陣列(LGA)形式的IC設備進行描述的，但應該理解並不排除可以採用其它IC設備模塊類型，諸如針腳柵格陣列(PGA)或球形柵格陣列(BGA)模塊類型。在其它應用中，IC設備10可以應用在個人計算機、伺服器或類似設備中。
插座20封裝電觸頭陣列(圖1中未示出)，其中一部分電觸頭為功率觸頭。在每個觸頭上都設置有焊球32，從而插座20可以表面安裝到電路板12上。電觸頭用於在電路板12和IC設備10之間建立電連通性，同時功率觸頭給IC設備10傳送電功率。
圖2是熱處理系統30示範實施例的透視圖。系統30包括載體36，例如在LGA模塊中，載體為保持LGA觸頭的LGA插座載體。在示範實施例中，LGA插座包括金屬載體LGA，其中載體36由諸如不鏽鋼這樣的金屬製成。在載體36的兩個相對側連接有一對翼38。載體36和翼38的大小為當IC設備10(圖1)安裝在插座20中時，翼38延伸超過IC設備10，使得可以形成與散熱片14的連接。此外，在載體36之間施加使翼38相互連接的銅條42。該銅條42給驅散到載體36內的熱量提供了增強的熱流路徑。在每個翼38上連接有向上延伸的熱連接器或熱接線片44。熱接線片44採用幹涉配合(見圖1)容放在散熱片14的孔46內。在示範實施例中，熱接線片44包括呈現一定彈性的軸部48，從而在軸48和散熱片孔46之間產生用於增強其間熱流的徑向法向力。雖然圖示的具有兩個熱接線片44，但是應該理解也可以使用更多或更少數量的熱接線片44。
使用時，由載體36內的功率觸頭產生的熱量被驅散入載體36內。銅條42提供了從載體36到翼38的增強的熱流路徑。銅條42和熱接線片44提供了熱導管，用於將熱量從IC設備10的下側傳送給IC設備10上的散熱片14，以將熱量驅散到周圍的大氣中，由此來緩解IC設備10下的熱負荷。
圖3示出了具有額外銅鍍50的圖2所示的熱處理系統30。在替換實施例中，在不鏽鋼載體36上施加額外的銅鍍50，以提高載體36與將熱量傳送給散熱片14的熱接線片44之間的導熱係數。熱接線片44在載體36與散熱片14之間提供了導熱連接物。儘管在此描述為柱型熱接線片44，但應該理解任何類型的導熱連接器都可以用作導熱連接物。
圖4示出了熱處理系統52的替換實施例。熱處理系統52包括表面安裝到電路板12上的插座54。散熱片14安裝得與IC設備10的上表面18嚙合。插座54包括位於觸頭區(見圖5)內的熱導管56，用於吸收來自功率觸頭的熱量，並且將熱量傳送給散熱片14以將熱量驅散到周圍大氣中。熱導管56包括在第一和第二端60之間延伸的中央吸熱體部58。端部60包括與散熱片14的下側16嚙合的熱連接物62，用於將熱量從熱導管56導向散熱片14。在示範實施例中，吸熱體部58是導熱聚合體，熱連接物62是給散熱片14的下側16施加法向力以增強熱傳輸過程的撓性彈簧連接物。在替換實施例中，體部58可以是嵌入插座54中的金屬條。
圖5是插座54的俯視圖。插座54包括殼體64，其具有由絕緣材料製成基座66。基座66包括觸頭區68，其包括一群觸頭孔，該觸頭孔保持一群72單獨的電觸頭74，其中一些電觸頭是給IC設備10(見圖4)傳送功率的功率觸頭76。熱導管56的體部58嵌入在基座66的絕緣材料中，並且延伸穿過觸頭區68。功率觸頭76被定位得靠近熱導管本體58。在一種實施例中，功率觸頭76可以插入到預模製的殼體中。在替換實施例中，功率觸頭76可以夾物模壓為一個組件。熱導管體58可以由導熱材料製成，諸如金屬條或導熱聚合體。在示範實施例中，熱導管56為銅條。
圖6是圖5所示的插座54觸頭區68一部分的放大圖。在圖6中，熱導管體58沿著線A-A所示的路徑延伸過絕緣基座66。在示範實施例中，功率觸頭76部分置身於熱導管體58的路徑之上。使用時，功率觸頭76內生成的熱量被驅散入熱導管體58內，並且被引導至熱導管56端部60處的熱連接物62。熱連接物62與散熱片14相接觸，從而將熱量傳送給散熱片14用以將熱量驅散到周圍的大氣中。
圖7是熱處理系統80的第二替換實施例的局部俯視圖。系統80包括IC設備插座(未示出)，所述插座包括觸頭載體82，在示範實施例中，載體82由不鏽鋼製成。獨立的功率觸頭84由相變材料86包圍。相變材料86在室溫下是固體，在預定溫度下則變為液體。在一種實施例中，相變材料86是臘狀材料，其中一些臘狀材料是本領域普通技術人員公知的。在一種實施例中，在大約55℃時發生相變。給相變材料86之下區域內的載體82施加了銅鍍88，該銅鍍延伸至通過散熱片(未示出)與載體82互連的導熱連接物90。使用時，當功率被引導通過功率觸頭84時，隨著相變材料86吸入來自功率觸頭84的熱量，所吸入的熱量引起相變材料86熔融。來自相變材料的熱量通過載體82上的銅鍍88傳送給導熱連接物90，此後又傳送給散熱片以將熱量驅散到周圍的大氣中。由此，銅鍍88和導熱連接物90就充當了熱導管。導熱連接物90可被成型為與前面描述過的實施例一樣的熱接線片44或者撓性彈簧連接物62。
圖8示出了熱處理系統100的第三替換實施例。如圖8所示，IC設備10裝入到插座20內，所述插座20被表面安裝到多層電路板12上。散熱片14安裝在IC設備10上並與其接觸。插座20包括電觸頭(未示出)，其中一些電觸頭是用於給IC設備10傳送功率的功率觸頭。熱處理系統100包括位於電路板12內的充填物102。充填物102位於電路板的層與層之間。充填物由導熱材料製成，例如石墨。可替代地，充填物102也可以由碳纖維或相似材料製成。導熱連接物104延伸穿過電路板12、穿過充填物102，並且容放在散熱片14上的孔106內。通過系統100，由功率觸頭生成的熱量被轉移入電路板內，並且通過充填物102和連接物104傳送，其中連接物包括給散熱片14傳送熱量的熱導管。在替換實施例中，充填物102可以被連接在電路板12的下表面108上。充填物102的大小可以根據導熱連接物104的數量變化，以便使熱處理系統100適應總散熱級別。
在此描述的實施例提供了一種熱處理系統，其用於傳送來自IC設備下側的熱量，所述熱量是由運行IC設備而使用的功率引起的。來自於IC設備插座內的功率觸頭的熱量被驅散入熱導管內，該熱導管將熱量傳送給IC設備上的散熱片。為了增強導熱係數，沿著熱流路徑施加了銅鍍。
權利要求
1.用於IC設備的熱處理系統，所述系統包括插座(20，54)，用於容納IC設備；散熱片(14)，位於IC設備之上；以及熱導管(42，44；58，62；88，90；102，104)，位於IC設備之下，並用於將IC設備下側的熱量傳送給IC設備上的散熱片。
2.根據權利要求1的熱處理系統，其中插座包括保持觸頭的金屬載體(36)，熱導管，所述熱導管包括沿著觸頭附近的載體延伸的銅條(42)，以及將銅條連接到散熱片上的熱接線片(44)。
3.根據權利要求2的熱處理系統，其中熱接線片與散熱片上的孔是幹涉配合的。
4.根據權利要求1的熱處理系統，其中插座包括保持功率觸頭(76)的基座(66)，熱導管包括延伸穿過基座的導熱體(58)以及將導熱體連接到導散熱片上的撓性彈簧連接物(62)。
5.根據權利要求1的熱處理系統，其中插座安裝在電路板(12)上，導熱充填物(102)安置在電路板內，並且至少一個導熱連接物(104)延伸穿過電路板和穿過充填物並且與散熱片嚙合。
6.根據權利要求1的熱處理系統，其中插座包括保持功率觸頭(84)的導熱載體(82)，相變材料(86)包圍每個功率觸頭，熱導管包括銅鍍(88)以及連接到散熱片上的導熱連接物(90)。
全文摘要
用於IC設備(10)的熱處理系統，包括用於容納IC設備的插座(20，54)，位於IC設備上的散熱片(14)，以及位於IC設備下的熱導管(42，44；58，62；88，90；102，104)，該熱導管用於將IC設備下側的熱量傳送給IC設備上的散熱片。
文檔編號H01L23/34GK1761054SQ20051010671
公開日2006年4月19日 申請日期2005年8月24日 優先權日2004年8月24日
發明者克雷格·W·霍紐格, 小拉爾夫·E·斯佩德, 史蒂芬·D·德爾普雷特, 王崇聖 申請人:蒂科電子公司