專利名稱：將功率轉(zhuǎn)換器與接合面格柵陣列式插座連接的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于電子電路的功率輸送，尤其涉及一種用于接合面格柵陣列式(LGA)的中央處理器(CPU)插座。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常包括安裝在大型印刷電路板上的集成電路器件，該電路板稱為主板，其使用了插座式或類似形式的電連接器。該主板由電源供應(yīng)電壓，通常為比集成電路器件所需的電壓更高程度的直流電平。
現(xiàn)今，電壓調(diào)節(jié)器(即直流-直流轉(zhuǎn)換器)與插針格柵陣列式(PGA)插座一起使用在特定高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。與該插座連接的中央處理器(CPU)插件包括焊接到使用倒裝球格柵陣列(FCBGA)的插件基板，該插件基板又焊接到使用球格柵陣列(BGA)技術(shù)的插入件的一個側(cè)面上。該插件基板與PGA插座連接，該P(yáng)GA插座使用了矩陣形式的多個觸點(diǎn)，每一觸點(diǎn)具有插針式的管腳。該直流-直流轉(zhuǎn)換器的連接件包括多層彎曲板和與插入件基板的一個邊緣連接的邊緣插卡式的連接器?，F(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)形需要CPU插件沿垂直軸線(即Z軸)插入到PGA插座中。直流-直流轉(zhuǎn)換器隨后沿X軸滑動方向接附，這需要復(fù)雜的保持機(jī)構(gòu)。
在最近開發(fā)的接合面格柵陣列式(LGA)插座中，墊的陣列提供了集成電路器件與印刷電路板之間的必要的電連接，而不是插針提供這種連接。因?yàn)長GA插座不需要插座和CPU插件之間的焊接，所以它們是有利的。此外，(因?yàn)長GA插座不需要長的插針)，所以LGA插座減小了插座/插件/CPU的方案的高度，由此形成了更短的電路通路和改進(jìn)的電性能。然而，為了將現(xiàn)有的直流-直流轉(zhuǎn)換器與LGA插座連接，插入件需要設(shè)置該直流-直流轉(zhuǎn)換器所需的邊緣插卡式接口。該插入件增加了插座/插件/CPU的方案的高度、電通路長度、和寄生電感，這樣抵消了使用LGA插座的優(yōu)點(diǎn)。
雖然一盎司銅的多個電源面也用于從直流-直流轉(zhuǎn)換器經(jīng)主板向CPU插座供電，但是過量的大量電源觸點(diǎn)和接地觸點(diǎn)是需要的并且附加的電源層和接地層使得主板布線比較困難。經(jīng)該主板向LGA插座輸送高直流電流是昂貴的方案并且具有與將電流直接輸送到LGA插座組件上無關(guān)的額外的技術(shù)問題。
因此，有利的是，提供一種低電感和電阻互連件，其改進(jìn)了從直流-直流轉(zhuǎn)換器到LGA插座的電流傳送能力。如果該互連件僅需要單方向(垂直方向或Z軸方向)的組裝，這也是有益的，其可節(jié)省時間和制造成本。


本發(fā)明由以下的附圖示出，但不限于此附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
圖1A是未組裝的LGA集成電路器件插件和本發(fā)明的一個實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器的頂視圖。
圖1B是組裝后的LGA集成電路器件插件和本發(fā)明的一個實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器的頂視圖。
圖2是直流-直流轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)的細(xì)節(jié)的截面的分解圖，其安裝到本發(fā)明的一個實(shí)施例的功率插座接口上。
圖3是LGA插座的觸點(diǎn)的細(xì)節(jié)的截面的分解圖，該LGA插座安裝到依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的主板上。
圖4A是未組裝的LGA式集成電路器件插件的部件與本發(fā)明實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器的空間關(guān)系的截面圖。
圖4B是組裝后的LGA式集成電路器件插件的部件與本發(fā)明實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器的空間關(guān)系的截面圖。
具體實(shí)施例方式
為了更完整地理解本發(fā)明，在以下整個描述中對具體詳細(xì)進(jìn)行了詳細(xì)說明。然而，本發(fā)明在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下也可實(shí)施。在其它情況中，已知的元件沒有示出或沒有具體描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明。因此，本說明書和附圖應(yīng)當(dāng)以示例方式而不是以限定方式來理解。
壓接觸點(diǎn)技術(shù)已在計(jì)算機(jī)工業(yè)中使用了多年。已開發(fā)了這種技術(shù)的不同形式，其包括聚合物基的觸點(diǎn)和壓制的金屬觸點(diǎn)彈簧，該觸點(diǎn)帶有嵌入聚合物的導(dǎo)電的顆粒和金屬絲。例如，市場上可獲得的插座、連接器和互連件的產(chǎn)品使用了這種技術(shù)。然而，壓接觸點(diǎn)技術(shù)從來沒有用來將電壓調(diào)節(jié)器(即直流-直流轉(zhuǎn)換器)與接合面格柵陣列式(Land GridArray，LGA)插座相連接。
有益的是，使用壓接觸點(diǎn)(例如金屬、導(dǎo)電聚合物或其它)以省去通常使用在該場合中的邊緣插卡式連接器，這樣降低了回線電感和該連接的接觸電阻。此外，通過提供了用于從垂直方向而不是從使用常規(guī)的邊緣插卡式連接器所需要的水平方向接觸LGA插座，從而使壓接觸點(diǎn)簡化了LGA插座的保持和安裝機(jī)構(gòu)。
本實(shí)施例提供了一種功率連接器，其包括連接到直流-直流轉(zhuǎn)換器輸入電路板的一個端部上的電路板。因?yàn)樵撨B接器必須將非常高的電流電平從直流-直流轉(zhuǎn)換器傳送到LGA插座和回路(接地)，所以這些在電路板上的連接件包括一個或多個層，每一層由寬且厚的金屬制成，例如四盎司或六盎司的銅。壓接觸點(diǎn)在該電路板的另一端部處以足夠的數(shù)量和截面面積被接附，以傳送所需的電流。該電路板以適當(dāng)?shù)慕佑|圖案與LGA插座裝配，并且該觸點(diǎn)使用夾緊或保持機(jī)構(gòu)被壓接。該保持機(jī)構(gòu)提供了夾緊力以及壓接止動件，以便觸點(diǎn)被加壓到預(yù)定的程度，且不再繼續(xù)加壓。該LGA插座具有所需的金屬導(dǎo)體層，以將電流從電功率觸點(diǎn)傳送到CPU。
現(xiàn)參照圖1A，其示出了未組裝的LGA集成電路器件插件和本發(fā)明實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器100的頂視圖。集成電路器件110(硅片)以電子電路制造領(lǐng)域內(nèi)的已知方式安裝到LGA插件120上。LGA插件120包括底襯和多個導(dǎo)電層，該底襯由層壓件制成，例如FR-4、玻璃纖維或雙馬來酰亞胺-三嗪(BT)材料制成，該底襯涂敷有鋁、陶瓷、或其它適當(dāng)材料，該導(dǎo)電層在不同電介質(zhì)層之間被層壓或被共同燒結(jié)。集成電路器件110可以是模擬器件、微處理器、特定應(yīng)用場合的器件、或任何其它形式的集成電路器件并且被連接到在LGA插件120上的端子陣列上(即，通常為圓形或矩形的墊)(在該圖中未示出)。當(dāng)LGA插件120上的墊與插座130適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)時，LGA插件120上的墊對應(yīng)于在LGA插座130上的觸點(diǎn)陣列圖案(在該圖中未示出)。
該插座本身130被夾在LGA插件120與主板(在該圖中未示出)之間。該插座130包括由非導(dǎo)電材料制成的底襯，以接收LGA插件120。在插座130上的觸點(diǎn)可由導(dǎo)電材料制成并且經(jīng)該底襯的頂表面至該底襯的底表面橫截地延伸穿過。該觸點(diǎn)的作用是將插座130和LGA插件120電聯(lián)接到其上安裝有插座130的基礎(chǔ)主板上。通過向下施加在插座130上的力，插座130可與主板裝配，該力隨后向?qū)щ娫訅阂垣@得插座130與其相應(yīng)的觸點(diǎn)墊以及該主板與其相應(yīng)的觸點(diǎn)墊之間的可靠的電接觸。為了保持該墊之間的對準(zhǔn)，圍繞插座130設(shè)置有保持機(jī)構(gòu)，例如框架元件(在該圖中未示出)。此外，延伸穿過框架元件主體的彈簧夾或其它任何適當(dāng)?shù)膴A緊機(jī)構(gòu)可用來將插座130保持成向下抵靠在主板上的墊上。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)注意到，該插座130還可使用常規(guī)的回流焊接方法向下焊接(表面安裝)到主板上。
LGA電功率插座接口140包括觸點(diǎn)墊142、144、146等的陣列，其處于該電功率插座接口140的一個端部上，起到了將電功率插座接口140與直流-直流轉(zhuǎn)換器150連接的作用。電功率插座接口140可以是插座130的一部分，或者作為獨(dú)立的接觸裝置(在該圖中未示出)。觸點(diǎn)墊142、144、146等可由金屬、導(dǎo)電聚合物或其它任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。在電功率插座接?40上的觸點(diǎn)墊142、144、146等對應(yīng)于處于直流-直流轉(zhuǎn)換器150上的觸點(diǎn)墊152、154、156等的陣列。電功率觸點(diǎn)墊142、144、146、152、154、156等的數(shù)量和布置確定成，以將互連的電阻和電感減至最小。對于微電子插件制造的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說，將電感減至最小的圖案是已知的。因此，兩個該器件以如上所述的相同方式使用壓接技術(shù)來裝配到一起。在電功率插座接口140上的對準(zhǔn)孔162、164和在直流-直流轉(zhuǎn)換器150上的對準(zhǔn)孔166、168便于確保電功率插座接口140與直流-直流轉(zhuǎn)換器150之間的合適的對準(zhǔn)(即，當(dāng)兩個器件壓接安裝時，對準(zhǔn)插針(在該圖中未示出)插入對準(zhǔn)孔162、164、166、和168中以便對準(zhǔn)該器件)。盡管對準(zhǔn)插針在本發(fā)明中進(jìn)行了描述，但是其它形式的緊固機(jī)構(gòu)例如彈簧夾等也是可行的。
直流-直流轉(zhuǎn)換器150與電源連接，該電源(在該圖中未示出)以比集成電路器件110通常所需的電壓更高的電壓(例如12或48V及地電位)來供給電能。直流-直流轉(zhuǎn)換器150包括在殼體內(nèi)的常規(guī)的電壓轉(zhuǎn)換電路，以將較高的電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓并按照本領(lǐng)域已知的方式將該較低的電壓供給到電功率插座接口140隨后供給到主板。包括導(dǎo)熱材料(例如銅、鋁、鈦等)的散熱裝置形成了直流-直流轉(zhuǎn)換器150的外殼體，以便使由轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的熱按照本領(lǐng)域已知的方式通過對流直接排散到周圍空氣中。應(yīng)當(dāng)注意，通過使直流-直流轉(zhuǎn)換器150以本實(shí)施例所述的方式來構(gòu)形，從而使制造過程受益，這是因?yàn)樵谥绷?直流轉(zhuǎn)換器150與電功率插座接口140裝配之前該直流-直流轉(zhuǎn)換器150可單獨(dú)地進(jìn)行檢驗(yàn)。
現(xiàn)參照圖1B，其示出了組裝后的LGA集成電路器件插件和本發(fā)明實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器180的頂視圖。在直流-直流轉(zhuǎn)換器150上的觸點(diǎn)152、154、156等的陣列與在電功率插座接口140上的觸點(diǎn)(在該圖中未示出)的陣列壓接安裝在一起。對準(zhǔn)插針(在該圖中未示出)經(jīng)在直流-直流轉(zhuǎn)換器150上的對準(zhǔn)孔166、168以及在電功率插座接口140上的對準(zhǔn)孔(在該圖中未示出)插入，該對準(zhǔn)插針有助于該兩個器件之間的合適的對準(zhǔn)。保持機(jī)構(gòu)170可由塑料、鋁或其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。在本?shí)施例中，保持機(jī)構(gòu)170包括矩形的框架元件，其通過螺母和螺栓固定到主板(在該圖中未示出)上，但可使用本領(lǐng)域已知的其它緊固技術(shù)。LGA插座130以及按微電子制造領(lǐng)域內(nèi)的已知的方式安裝到該插座130上的LGA插件120(其包括集成電路器件110)可以經(jīng)在保持機(jī)構(gòu)170中的突起(在該圖中未示出)與主板裝配。然而，應(yīng)當(dāng)理解，盡管在由圖1B示出的實(shí)施例中描述了保持機(jī)構(gòu)170，但是還可使用插座130本身作為保持機(jī)構(gòu)，或使用本領(lǐng)域內(nèi)已知的其它類似的保持機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)參照圖2，其示出了直流-直流轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)的細(xì)節(jié)的截面的分解圖，該直流-直流轉(zhuǎn)換器安裝到依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電功率插座接口200上。在直流-直流轉(zhuǎn)換器240上的觸點(diǎn)210、220、230的陣列壓接安裝到在電功率插座接口280上的觸點(diǎn)250、260、270的陣列上。該直流-直流轉(zhuǎn)換器240從垂直方向被向下壓到電功率插座接口280上，這樣提供了單方向的組裝。
現(xiàn)參照圖3，其示出了LGA插座的觸點(diǎn)的細(xì)節(jié)的截面的分解圖，該LGA插座安裝到依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的主板300上。插座基部310包括觸點(diǎn)312、314等的陣列，形成該基部以便接收LGA插件(在該圖中未示出)的相應(yīng)的面墊。該觸點(diǎn)312、314等可由導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電聚合物、金屬或其它材料)制成并且從該插座基部310的頂表面延伸到該插座基部310的底表面，并且提供了集成電路器件(在該圖中未示出)與主板320的電聯(lián)接。同軸結(jié)構(gòu)件322、324、326等為了高的信號完整性使得插座330金屬導(dǎo)體化，并且當(dāng)插座從垂直方向向下壓到主板320上時，該同軸結(jié)構(gòu)件為插座330提供了止動件，以便觸點(diǎn)312、314等壓到預(yù)定程度而不繼續(xù)進(jìn)一步下壓。聯(lián)接到插座基部310上的銅條340和多個其它銅條(在該圖中未示出)可用于電磁干擾(EMI)屏蔽和/或用于集成電路器件的輸入/輸出結(jié)構(gòu)的接地。在圖3所示的實(shí)施例中，銅條340和多個其它銅條較寬且較厚(即六盎司)，但其它尺寸的銅條也可使用。
參照圖4A，其示出了未組裝的LGA式集成電路器件插件的部件與本發(fā)明實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器400的空間關(guān)系的截面圖。集成電路器件410與LGA插件420連接，該插件以圖1A所示的實(shí)施例所述的方式使用了端子(即接合面墊)422、424、426等的陣列。在LGA插座430上的觸點(diǎn)的陣列(在該圖中未示出)對應(yīng)于在LGA插件420上的接合面墊422、424、426等。在LGA插座430上的觸點(diǎn)可由導(dǎo)電聚合物或其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥桑⑶遗c插座基部440聯(lián)接。該觸點(diǎn)包括壓接觸點(diǎn)，以便接收來自集成電路器件410和壓接觸點(diǎn)432、434、436、438等的電信號，并從直流-直流轉(zhuǎn)換器450接收電功率。
直流-直流轉(zhuǎn)換器450包括底襯452，該底襯由層壓件制成，例如FR-4、玻璃纖維、涂敷的鋁或其它任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?；并包括輸出電壓?即VCC電壓面)454，以便向插座430提供輸出電壓；以及還包括接地面(GND)456，以便按照功率輸送系統(tǒng)的領(lǐng)域內(nèi)的已知方式使電路通路完整。GND(接地)面442也包括在插座基部440中。該LGA集成電路器件插件和直流-直流轉(zhuǎn)換器被組裝(在該圖中未示出)并且通過使由圖1A所示的實(shí)施例的上述方式從而被安裝到主板460上。LGA電功率插座接口470可按照由圖1A所示的實(shí)施例的上述方式安裝到直流-直流轉(zhuǎn)換器450上。
現(xiàn)參照圖4B，其示出了組裝后的LGA式集成電路器件插件的部件與本發(fā)明實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器490的空間關(guān)系的截面圖。圖4B所示的部件與圖4A所示的部件相同并且由相同的附圖標(biāo)記來表示。
這樣，已經(jīng)用于將高電流低電壓的直流電功率從直流-直流轉(zhuǎn)換器輸送到LGA插座的結(jié)構(gòu)和過程以及相應(yīng)的不使該電流經(jīng)基礎(chǔ)主板傳送的微電子插件。盡管上述說明書和附圖描述并示出了特定的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明僅由以下的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種功率輸送系統(tǒng)，其包括功率轉(zhuǎn)換器；和接合面格柵陣列式插座，其安裝到在該功率轉(zhuǎn)換器的表面上的觸點(diǎn)的陣列上，該觸點(diǎn)的陣列對應(yīng)于該接合面格柵陣列式插座上的觸點(diǎn)的陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，在該功率轉(zhuǎn)換器上的觸點(diǎn)的陣列以及在該接合面格柵陣列式插座上的觸點(diǎn)的陣列是由導(dǎo)電材料制成的觸點(diǎn)墊。
3.如權(quán)利要求1所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，該接合面格柵陣列式插座與印刷電路板電聯(lián)接，并且包括安裝到接合面格柵陣列式插件上的集成電路器件。
4.如權(quán)利要求1所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，該功率轉(zhuǎn)換器將從電源接收的電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓并將該較低的電壓傳輸?shù)皆摻雍厦娓駯抨嚵惺讲遄?br> 5.如權(quán)利要求1所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，該接合面格柵陣列式插座使用單方向的組裝及壓接觸點(diǎn)技術(shù)從而安裝到該功率轉(zhuǎn)換器和印刷電路板上。
6.一種功率輸送系統(tǒng)，其包括印刷電路板；和接合面格柵陣列式插座，其使用單方向的組裝從而安裝到在該功率轉(zhuǎn)換器的表面和該印刷電路板的表面上的觸點(diǎn)的陣列上。
7.如權(quán)利要求6所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，在該功率轉(zhuǎn)換器和該印刷電路板上的觸點(diǎn)的陣列對應(yīng)于該接合面格柵陣列式插座上的觸點(diǎn)的陣列，該觸點(diǎn)的陣列由導(dǎo)電材料制成。
8.如權(quán)利要求6所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，該接合面格柵陣列式插座包括安裝到接合面格柵陣列式插件上的集成電路器件。
9.如權(quán)利要求6所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，該功率轉(zhuǎn)換器將從電源接收的電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓并將該較低的電壓傳輸?shù)皆摻雍厦娓駯抨嚵惺讲遄?br> 10.如權(quán)利要求6所述的功率輸送系統(tǒng)，其特征在于，該接合面格柵陣列式插座使用壓接觸點(diǎn)技術(shù)從而安裝到該功率轉(zhuǎn)換器和該印刷電路板上。
11.一種將接合面格柵陣列式插座安裝到功率轉(zhuǎn)換器上的方法，該方法包括在該功率轉(zhuǎn)換器的表面上設(shè)置觸點(diǎn)的陣列；在接合面格柵陣列式插座接口上設(shè)置觸點(diǎn)的陣列，該觸點(diǎn)的陣列對應(yīng)于在該功率轉(zhuǎn)換器上的上述觸點(diǎn)的陣列；和通過垂直地向該接合面格柵陣列式插座接口上的觸點(diǎn)的陣列與該功率轉(zhuǎn)換器的表面上的觸點(diǎn)的陣列一起加壓，將該接合面格柵陣列式插座安裝到該功率轉(zhuǎn)換器上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將該接合面格柵陣列式插座安裝到該功率轉(zhuǎn)換器上的步驟提供了該接合面格柵陣列式插座與該功率轉(zhuǎn)換器之間的電連接。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該接合面格柵陣列式插座包括安裝到接合面格柵陣列式插件上的集成電路器件。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將該接合面格柵陣列式插座安裝到該功率轉(zhuǎn)換器上的步驟還包括通過垂直地向該接合面格柵陣列式插座上的觸點(diǎn)的陣列與印刷電路板上的對應(yīng)觸點(diǎn)的陣列一起加壓，將該接合面格柵陣列式插座安裝到該印刷電路板上的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將該接合面格柵陣列式插座安裝到該印刷電路板上的步驟提供了該接合面格柵陣列式插座與該印刷電路板之間的電連接。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將該接合面格柵陣列式插座安裝到該印刷電路板上的步驟還包括將該接合面格柵陣列式插座安裝到保持機(jī)構(gòu)上的步驟，通過在該保持機(jī)構(gòu)上的突起，該接合面格柵陣列式插座上的觸點(diǎn)的陣列安裝到該印刷電路板上的觸點(diǎn)的陣列上。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該接合面格柵陣列式插座作為保持機(jī)構(gòu)，以便將該接合面格柵陣列式插座與該印刷電路板保持成適當(dāng)?shù)膶?zhǔn)，并將該接合面格柵陣列式插座與該功率轉(zhuǎn)換器保持為適當(dāng)?shù)膶?zhǔn)。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該功率轉(zhuǎn)換器將從電源接收的電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓并將該較低的電壓傳輸?shù)皆摻雍厦娓駯抨嚵惺讲遄?br> 全文摘要
一種接合面格柵陣列式(LGA)插座，其使用壓接觸點(diǎn)技術(shù)連接到功率轉(zhuǎn)換器上，從而省去了這種應(yīng)用場合所需的邊緣插卡式連接器的需要。該LGA插座沿單個組裝方向(即垂直軸)安裝到該功率轉(zhuǎn)換器上。
文檔編號H01R12/00GK1466862SQ01816489
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月28日
發(fā)明者P·達(dá)維森, E·斯坦福德, J·哈里森, T·魯坦, P 達(dá)維森, 垢５, 鍔 申請人:英特爾公司