專利名稱：電路板的熱控制互連系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路中的功率傳輸，尤其涉及與電子元件相關(guān)的熱量的熱處理。
背景技術(shù)：
競爭者和消費(fèi)者的需求使得電氣系統(tǒng)，尤其是與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的電氣系統(tǒng)繼續(xù)按照速度更快、性能更高的趨勢發(fā)展。由于微處理器和所涉及的集成電路(IC)高速運(yùn)行，因此這些設(shè)備所需的功率也在增加。同時(shí)微處理器的運(yùn)行速度受微處理器的內(nèi)部晶體管能夠以多快的速度接通和關(guān)斷的影響。降低工作電壓可以使晶體管切換地更快速，并相應(yīng)地使微處理器的運(yùn)行速度更快。然而，由于工作電壓降低，為了要保持相關(guān)集成電路的功率，工作電流就會(huì)增大。增大的電流可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不希望有的耗用功率或功率損耗。
新型高速IC設(shè)備，包括有時(shí)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(chǔ)器插座、或功率連接器等，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，在設(shè)備運(yùn)行期間必需要將這些熱量從設(shè)備中清除出去；否則，可能會(huì)引起設(shè)備的不穩(wěn)定工作或?qū)υO(shè)備造成損壞。例如在CPU中，通常在CPU上安裝散熱片和用于將熱量從散熱片驅(qū)散到周圍空氣中的風(fēng)扇，由此加速CPU的冷卻過程。然而，這種內(nèi)部產(chǎn)生的熱量并不是CPU和其它IC設(shè)備唯一涉及到的熱量。與用于運(yùn)行IC設(shè)備的功率傳輸相關(guān)的還有另外的熱負(fù)荷。隨著帶有越來越多晶體管的IC設(shè)備變得越來越強(qiáng)大，功率需求也相應(yīng)急速增長。由于IC設(shè)備的功率需求增加，因此消除設(shè)備下面產(chǎn)生的額外熱量的要求也相應(yīng)增加。額外的熱量通過安裝設(shè)備的插座從母板傳到IC設(shè)備，又從IC設(shè)備傳到母板。該額外熱量可能表征為非常大的熱負(fù)荷。該熱負(fù)荷影響插座觸頭的導(dǎo)電性以及IC設(shè)備和支撐母板跡線的通訊速度。
系統(tǒng)需要加快IC設(shè)備上的熱量的清除以及消散。

發(fā)明內(nèi)容
IC設(shè)備的熱處理系統(tǒng)包括用于接收IC設(shè)備的插座，位于IC設(shè)備上的散熱片，以及位于IC設(shè)備下的熱導(dǎo)管，該熱導(dǎo)管用于將IC設(shè)備下側(cè)的熱量傳送給IC設(shè)備上的散熱片。


圖1是安裝在電路板上并且使用了根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例成型的熱處理系統(tǒng)的IC設(shè)備的側(cè)視圖。
圖2是圖1所示熱處理系統(tǒng)的透視圖。
圖3是圖2所示的具有額外銅鍍的熱處理系統(tǒng)的透視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明成型的熱處理系統(tǒng)的替換實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖5是圖4所示熱處理系統(tǒng)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(jù)本發(fā)明成型的熱處理系統(tǒng)第二替換實(shí)施例的局部俯視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明成型的熱處理系統(tǒng)第三替換實(shí)施例的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是IC設(shè)備10在電路板12上的示范安裝方式的側(cè)視圖。散熱片14位于IC設(shè)備10上，并且散熱片14的下側(cè)16與IC設(shè)備10的上表面18接觸，從而從IC設(shè)備10上吸取熱量。在散熱片14上還可以安裝風(fēng)扇(未示出)，用于加速IC設(shè)備10的冷卻。散熱片，諸如散熱片14是公知的，并且通常用于去除IC設(shè)備10內(nèi)生成的熱量。IC設(shè)備10安裝在插座20內(nèi)，所述插座包括了根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例成型的熱處理系統(tǒng)30。提供熱處理系統(tǒng)30是用于去除在IC設(shè)備10之下生成的和與IC設(shè)備10的功率傳送相關(guān)的熱量。盡管熱處理系統(tǒng)30的某些方面是參照接點(diǎn)柵格陣列(LGA)形式的IC設(shè)備進(jìn)行描述的，但應(yīng)該理解并不排除可以采用其它IC設(shè)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(yīng)用中，IC設(shè)備10可以應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或類似設(shè)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(gè)觸頭上都設(shè)置有焊球32，從而插座20可以表面安裝到電路板12上。電觸頭用于在電路板12和IC設(shè)備10之間建立電連通性，同時(shí)功率觸頭給IC設(shè)備10傳送電功率。
圖2是熱處理系統(tǒng)30示范實(shí)施例的透視圖。系統(tǒng)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。在示范實(shí)施例中，LGA插座包括金屬載體LGA，其中載體36由諸如不銹鋼這樣的金屬制成。在載體36的兩個(gè)相對(duì)側(cè)連接有一對(duì)翼38。載體36和翼38的大小為當(dāng)IC設(shè)備10(圖1)安裝在插座20中時(shí)，翼38延伸超過IC設(shè)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(qū)散到載體36內(nèi)的熱量提供了增強(qiáng)的熱流路徑。在每個(gè)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采用干涉配合(見圖1)容放在散熱片14的孔46內(nèi)。在示范實(shí)施例中，熱接線片44包括呈現(xiàn)一定彈性的軸部48，從而在軸48和散熱片孔46之間產(chǎn)生用于增強(qiáng)其間熱流的徑向法向力。雖然圖示的具有兩個(gè)熱接線片44，但是應(yīng)該理解也可以使用更多或更少數(shù)量的熱接線片44。
使用時(shí)，由載體36內(nèi)的功率觸頭產(chǎn)生的熱量被驅(qū)散入載體36內(nèi)。銅條42提供了從載體36到翼38的增強(qiáng)的熱流路徑。銅條42和熱接線片44提供了熱導(dǎo)管，用于將熱量從IC設(shè)備10的下側(cè)傳送給IC設(shè)備10上的散熱片14，以將熱量驅(qū)散到周圍的大氣中，由此來緩解IC設(shè)備10下的熱負(fù)荷。
圖3示出了具有額外銅鍍50的圖2所示的熱處理系統(tǒng)30。在替換實(shí)施例中，在不銹鋼載體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(dǎo)熱系數(shù)。熱接線片44在載體36與散熱片14之間提供了導(dǎo)熱連接物。盡管在此描述為柱型熱接線片44，但應(yīng)該理解任何類型的導(dǎo)熱連接器都可以用作導(dǎo)熱連接物。
圖4示出了熱處理系統(tǒng)52的替換實(shí)施例。熱處理系統(tǒng)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(shè)備10的上表面18嚙合。插座54包括位于觸頭區(qū)(見圖5)內(nèi)的熱導(dǎo)管56，用于吸收來自功率觸頭的熱量，并且將熱量傳送給散熱片14以將熱量驅(qū)散到周圍大氣中。熱導(dǎo)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(cè)16嚙合的熱連接物62，用于將熱量從熱導(dǎo)管56導(dǎo)向散熱片14。在示范實(shí)施例中，吸熱體部58是導(dǎo)熱聚合體，熱連接物62是給散熱片14的下側(cè)16施加法向力以增強(qiáng)熱傳輸過程的撓性彈簧連接物。在替換實(shí)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，其具有由絕緣材料制成基座66?；?6包括觸頭區(qū)68，其包括一群觸頭孔，該觸頭孔保持一群72單獨(dú)的電觸頭74，其中一些電觸頭是給IC設(shè)備10(見圖4)傳送功率的功率觸頭76。熱導(dǎo)管56的體部58嵌入在基座66的絕緣材料中，并且延伸穿過觸頭區(qū)68。功率觸頭76被定位得靠近熱導(dǎo)管本體58。在一種實(shí)施例中，功率觸頭76可以插入到預(yù)模制的殼體中。在替換實(shí)施例中，功率觸頭76可以夾物模壓為一個(gè)組件。熱導(dǎo)管體58可以由導(dǎo)熱材料制成，諸如金屬條或?qū)峋酆象w。在示范實(shí)施例中，熱導(dǎo)管56為銅條。
圖6是圖5所示的插座54觸頭區(qū)68一部分的放大圖。在圖6中，熱導(dǎo)管體58沿著線A-A所示的路徑延伸過絕緣基座66。在示范實(shí)施例中，功率觸頭76部分置身于熱導(dǎo)管體58的路徑之上。使用時(shí)，功率觸頭76內(nèi)生成的熱量被驅(qū)散入熱導(dǎo)管體58內(nèi)，并且被引導(dǎo)至熱導(dǎo)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(qū)散到周圍的大氣中。
圖7是熱處理系統(tǒng)80的第二替換實(shí)施例的局部俯視圖。系統(tǒng)80包括IC設(shè)備插座(未示出)，所述插座包括觸頭載體82，在示范實(shí)施例中，載體82由不銹鋼制成。獨(dú)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(yù)定溫度下則變?yōu)橐后w。在一種實(shí)施例中，相變材料86是臘狀材料，其中一些臘狀材料是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的。在一種實(shí)施例中，在大約55℃時(shí)發(fā)生相變。給相變材料86之下區(qū)域內(nèi)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(dǎo)熱連接物90。使用時(shí)，當(dāng)功率被引導(dǎo)通過功率觸頭84時(shí)，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(dǎo)熱連接物90，此后又傳送給散熱片以將熱量驅(qū)散到周圍的大氣中。由此，銅鍍88和導(dǎo)熱連接物90就充當(dāng)了熱導(dǎo)管。導(dǎo)熱連接物90可被成型為與前面描述過的實(shí)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(tǒng)100的第三替換實(shí)施例。如圖8所示，IC設(shè)備10裝入到插座20內(nèi)，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(shè)備10上并與其接觸。插座20包括電觸頭(未示出)，其中一些電觸頭是用于給IC設(shè)備10傳送功率的功率觸頭。熱處理系統(tǒng)100包括位于電路板12內(nèi)的充填物102。充填物102位于電路板的層與層之間。充填物由導(dǎo)熱材料制成，例如石墨。可替代地，充填物102也可以由碳纖維或相似材料制成。導(dǎo)熱連接物104延伸穿過電路板12、穿過充填物102，并且容放在散熱片14上的孔106內(nèi)。通過系統(tǒng)100，由功率觸頭生成的熱量被轉(zhuǎn)移入電路板內(nèi)，并且通過充填物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(dǎo)管。在替換實(shí)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(jù)導(dǎo)熱連接物104的數(shù)量變化，以便使熱處理系統(tǒng)100適應(yīng)總散熱級(jí)別。
在此描述的實(shí)施例提供了一種熱處理系統(tǒng)，其用于傳送來自IC設(shè)備下側(cè)的熱量，所述熱量是由運(yùn)行IC設(shè)備而使用的功率引起的。來自于IC設(shè)備插座內(nèi)的功率觸頭的熱量被驅(qū)散入熱導(dǎo)管內(nèi)，該熱導(dǎo)管將熱量傳送給IC設(shè)備上的散熱片。為了增強(qiáng)導(dǎo)熱系數(shù)，沿著熱流路徑施加了銅鍍。
權(quán)利要求
1.用于IC設(shè)備的熱處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括插座(20，54)，用于容納IC設(shè)備；散熱片(14)，位于IC設(shè)備之上；以及熱導(dǎo)管(42，44；58，62；88，90；102，104)，位于IC設(shè)備之下，并用于將IC設(shè)備下側(cè)的熱量傳送給IC設(shè)備上的散熱片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱處理系統(tǒng)，其中插座包括保持觸頭的金屬載體(36)，熱導(dǎo)管，所述熱導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求2的熱處理系統(tǒng)，其中熱接線片與散熱片上的孔是干涉配合的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的熱處理系統(tǒng)，其中插座包括保持功率觸頭(76)的基座(66)，熱導(dǎo)管包括延伸穿過基座的導(dǎo)熱體(58)以及將導(dǎo)熱體連接到導(dǎo)散熱片上的撓性彈簧連接物(62)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的熱處理系統(tǒng)，其中插座安裝在電路板(12)上，導(dǎo)熱充填物(102)安置在電路板內(nèi)，并且至少一個(gè)導(dǎo)熱連接物(104)延伸穿過電路板和穿過充填物并且與散熱片嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的熱處理系統(tǒng)，其中插座包括保持功率觸頭(84)的導(dǎo)熱載體(82)，相變材料(86)包圍每個(gè)功率觸頭，熱導(dǎo)管包括銅鍍(88)以及連接到散熱片上的導(dǎo)熱連接物(90)。
全文摘要
用于IC設(shè)備(10)的熱處理系統(tǒng)，包括用于容納IC設(shè)備的插座(20，54)，位于IC設(shè)備上的散熱片(14)，以及位于IC設(shè)備下的熱導(dǎo)管(42，44；58，62；88，90；102，104)，該熱導(dǎo)管用于將IC設(shè)備下側(cè)的熱量傳送給IC設(shè)備上的散熱片。
文檔編號(hào)H01L23/34GK1761054SQ20051010671
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月24日
發(fā)明者克雷格·W·霍紐格, 小拉爾夫·E·斯佩德, 斯蒂芬·D·德爾普雷特, 王崇圣 申請(qǐng)人:蒂科電子公司