專利名稱：表面補(bǔ)充散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的散熱器，特別涉及表面補(bǔ)充散熱器。
由于兩個(gè)地勢上不同的點(diǎn)間存在溫度差，所以熱是一種能量流。在設(shè)計(jì)半導(dǎo)體器件時(shí)的一個(gè)基本原則是確保器件工作于安全溫度水準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)很差的散熱器會(huì)導(dǎo)致熱阻、半導(dǎo)體器件高溫、器件電性能變差和早期失效。因此，任何設(shè)計(jì)都必須考慮適當(dāng)散熱的問題。
實(shí)際中一般把熱流通道看作功耗芯片和散熱器之間的一組熱阻。熱阻在一定程度上類似于電阻，熱流正比于熱流通道方向的溫度落差。在熱從芯片到封裝表面或管座的流動(dòng)中，熱會(huì)經(jīng)受有關(guān)各材料層的一系列阻力。例如硅、焊料、銅、鋁和環(huán)氧樹脂，以及發(fā)生在兩材料界面間的接觸阻力。所產(chǎn)生的熱量可以通過簡單的計(jì)算定量表示，計(jì)算中涉及有關(guān)的熱參數(shù)，這些參數(shù)是功耗(Q)、兩端點(diǎn)間溫差(T)和熱阻(R)，它們的單位分別是瓦特(W)、℃和℃/W，其中Q＝T/R。
微處理技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)今芯片中器件密度極大地增加，這種芯片可以以越來越高的時(shí)鐘速度工作。例如，在典型的64Mb DRAM芯片中在1cm×2cm的硅芯片上設(shè)置高達(dá)1.4億個(gè)晶體管，其特征尺寸是0.3-0.4μm。根據(jù)目前的趨勢，預(yù)計(jì)多芯片組件的熱處理需要除去多達(dá)25-35W/cm2的熱量。
顯然，不良的排熱和熱處理，會(huì)使晶體管器件結(jié)溫升高到最高可允許的程度。因此，對微處理器提供有效的散熱系統(tǒng)以確保系統(tǒng)的可靠性是很關(guān)鍵的。
在多數(shù)系統(tǒng)中，散熱是通過強(qiáng)迫和自對流實(shí)現(xiàn)的，一般是這兩者的結(jié)合。對流是指移動(dòng)的流體將熱傳遞至表面或從表面?zhèn)鞒?，例如空氣。流體的運(yùn)動(dòng)可以由風(fēng)扇制造(即，強(qiáng)迫對流)，或由因流體內(nèi)存在溫度梯度所致的恢復(fù)效應(yīng)制造(即，自對流)。強(qiáng)迫對流包括系統(tǒng)風(fēng)扇或裝在微處理器頂上的風(fēng)扇。直接附著于微處理器上的鋁散熱器是已很廣泛應(yīng)用的自對流方法。
然而，兩種散熱方法都有缺點(diǎn)。例如，對于強(qiáng)迫對流，盡管多數(shù)風(fēng)扇在散熱方面一般是有效的，但它們需要隔離的電源，而且必須設(shè)計(jì)成無噪音。還會(huì)附加可靠性風(fēng)險(xiǎn)，并增加制造和維護(hù)成本。而且，對于許多軍事和電信方面的應(yīng)用，必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)格，如需要那些在確定時(shí)間周期內(nèi)不用風(fēng)扇也能運(yùn)行的設(shè)備或系統(tǒng)。最后，當(dāng)使用冷卻風(fēng)扇時(shí)，還必須考慮散熱器附近區(qū)域移動(dòng)的空氣的特點(diǎn)。不僅要考慮空氣速度，而且還必須考慮空氣運(yùn)動(dòng)是層流還是渦流。
對于自對流，我們知道，自然散熱器的作用正比于其表面積。但是，在微電子系統(tǒng)中，可用于散熱器的表面積通常受印刷電路板(PCB)上的可允許面積和其容許高度的限制。換言之，散熱器的容許高度限定了它不能延伸至相鄰PCB。散熱器的表面積既不能大到覆蓋其它元件，又不能大到覆蓋特殊PCB上的測定點(diǎn)。
因此，對散熱裝置存在這樣一種需要，即，當(dāng)工作于系統(tǒng)限定的空間內(nèi)時(shí)，增強(qiáng)常規(guī)電子系統(tǒng)的自散熱能力。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體器件用的散熱器，基本上能解決或克服已有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)限制。
本發(fā)明涉及一種表面補(bǔ)充或輔助散熱裝置及方法，可以提供較大的散熱面積，并使微處理器和散熱器間有良好接觸的區(qū)域，從而增強(qiáng)散熱效果。
利用本發(fā)明的散熱裝置，僅保留微處理器的可用大表面積即底表面用于散熱。而微處理器的側(cè)邊一般小得不足以產(chǎn)生明顯的散熱效果。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一般限于PCB和微處理器之間的熱現(xiàn)在可以通過凹槽區(qū)釋放出去，因而可以減少熱失效。
為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明，正如所概述和具體描述的那樣，本發(fā)明是一種微處理器用散熱裝置，該裝置包括安裝微處理器用的印刷電路板，印刷電路板上有一凹槽，所說凹槽位于所微處理器的正下方；裝在凹槽中的散熱材料；及通過凹槽將散熱材料附于微處理器底表面上以便散熱的裝置。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種為微處理器自然散熱的方法，該方法包括下列步驟(1)制備安裝微處理器的印刷電路板；(2)在印刷電路板中切一凹槽，凹槽位于微處理器的正下方；(3)通過凹槽將散熱材料附于微處理器的底表面上；及(4)通過所附著的散熱材料散熱。
參照各附圖對本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明將令人更清楚上述和其它目的、方案及優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是本發(fā)明補(bǔ)充自散熱裝置的分解透視圖2是圖1裝置的側(cè)視平面圖；圖3是圖1裝置的頂視平面圖。
本發(fā)明涉及一種補(bǔ)充自散熱裝置和方法。該散熱裝置具備較大的散熱表面積和微處理器與散熱器間較好的接觸區(qū)域，從而可以增強(qiáng)散熱效果。由于自對流散熱和強(qiáng)迫對流散熱的關(guān)系，該散熱裝置和方法提高了兩種對流方法的效率。
下面對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作詳細(xì)說明，示于各附圖中的實(shí)例，很具體地很適當(dāng)?shù)厥境隽吮景l(fā)明的裝置和方法。注意，示于圖2和3中的尺寸僅表示一個(gè)代表性的實(shí)施例。應(yīng)該明白，本發(fā)明的散熱裝置可以用于任何尺寸的微處理器。
圖1中示出了一個(gè)表面補(bǔ)充自散熱裝置的例證性實(shí)施例，該裝置由參考標(biāo)號10表示。該裝置含有微處理器12和主散熱器14。微處理器12可以是任何常規(guī)高速微處理器。本發(fā)明的散熱裝置特別適用于時(shí)鐘速度大于25MHz的微處理器。
主散熱器14的材料通常包括鋁或銅，但也可以包括其它合適的材料。若在銅和鋁中選一種，如果比較密度或重量，則鋁是較好的導(dǎo)熱材料。但如果比較其剖面的話，銅則更勝一籌。這兩種金屬皆容易制造成各種形狀。結(jié)果，多數(shù)散熱器制造商傾向于選擇鋁。
如圖1所示，主散熱器14具有間隔開的葉片，便于增強(qiáng)自對流的散熱效果。主散熱器14可以用粘合帶或熱膠帶固定于微處理器12上。如圖2所示，主散熱器14也可以通過附著于印刷電路板(PCB)20上的金屬夾具30固定。盡管主散熱器可以選自任何可買到的散熱器，但夾具30須是為封裝所特別設(shè)計(jì)的。夾具30通過螺絲31或其它等效的固定裝置固定于PCB20上。夾具30和螺絲或固定裝置3的相互關(guān)系的頂視圖見圖3。
參見圖1，圖中示出了多個(gè)與安裝在印刷電路板(PCB)20上的常規(guī)插座18連接的微處理器引線16。但是，本發(fā)明中，矩形凹槽區(qū)22在微處理器12的正下方的PCB20上切出，所以露出了微處理的底表面，這便可以使該區(qū)用作下面將進(jìn)一步討論的補(bǔ)充散熱溝。
一片相當(dāng)于矩形凹槽區(qū)22大小的鋁、銅或其它合適的散熱材料24通過凹槽區(qū)22附于微處理器底部上。該散熱材料24用作補(bǔ)充或輔助自散熱器。一般將補(bǔ)充散熱器24設(shè)計(jì)成與矩形凹槽相配。但應(yīng)該明白，本發(fā)明的范圍包括了補(bǔ)充散熱器大小和形狀上的各種變化。補(bǔ)充散熱器24的最終尺寸取決于具體的微處理器。特殊應(yīng)用、要散發(fā)的熱量及可用的空間。
可以利用任何常用裝置將補(bǔ)充散熱器24附著到微處理器12的底部上，例如熱導(dǎo)電膠帶或粘合劑25，這些常規(guī)裝置皆加在補(bǔ)充散熱器24的頂表面上。
如圖1和2所示，在某些微電子系統(tǒng)中，常提供PCB托架32，既可用于使多層板穩(wěn)固，又可容易地插入或除去特定的PCB。當(dāng)微處理器下有金屬托架32時(shí)，可以將熱導(dǎo)電膠帶或粘合劑25或其它常規(guī)附著裝置設(shè)置到補(bǔ)充散熱器24底側(cè)上，用于與托架32的連接。這種結(jié)構(gòu)中，托架32用作微處理器12的附加散熱表面。
另外，可以借助螺絲或固定裝置31(與夾具30有關(guān))和PCB托架32間的作用來保持補(bǔ)充散熱器24、微處理器12和PCB托架32間的緊密接合。參見圖2，顯然，將螺絲31旋進(jìn)螺母33中，可以使夾具30將主散熱器14壓向PCB20一側(cè)，而將托架32接向PCB20的另一側(cè)。以此方式，使補(bǔ)充散熱器24與微處理器12和PCB托架32緊貼在一起。
圖3是所得結(jié)構(gòu)的頂視圖，示出了微處理器12、主散熱器14和夾具30的取向。所說夾具30通過固定裝置31將主散熱器14固定于PCB20上。
總之，利用本發(fā)明的散熱裝置，微處理器僅有的可用大表面積即底面被用于散熱。換言之，微處理器12的最大表面積即頂表面和底表面皆可用于散熱。微處理器的側(cè)面通常小得不足以產(chǎn)生明顯的散熱效果。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，一般限于PCB20和微處理器之間的熱現(xiàn)在可通過凹槽22釋放出去，從而可減少熱失效。
很顯然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神或范圍情況下可以對本發(fā)明的系統(tǒng)和方法作出各種改型和變化。但本發(fā)明可以覆蓋這些不脫離所附權(quán)利要求所限定范圍的改型和變化。
權(quán)利要求
1用于微處理器的散熱裝置，包括安裝所述微處理器的印刷電路板，所說印刷電路板中有一凹槽，所述凹槽位于所述微處理器的正下方；裝于所述凹槽中的散熱材料；及通過所述凹槽將所述散熱材料附于所述微處理器底表面上以便散熱的裝置。
2如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于用于附著的裝置包括附于微處理器底表面上的散熱材料之頂表面上的熱導(dǎo)電膠帶。
3如權(quán)利要求2的裝置，還包括印刷電路板托架和將所說托架固定于所述印刷電路板的裝置，所說散熱材料的頂表面與微處理器接觸，底表面與所述托架接觸。
4如權(quán)利要求3的裝置，還包括所說散熱材料底表面與所述托架之間的熱導(dǎo)電膠帶。
5如權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所說固定裝置包括多個(gè)穿過所說印刷電路板與固定于所說托架上的相應(yīng)螺母結(jié)合的螺絲。
6如權(quán)利要求5的裝置，還包括將主散熱器固定于所述微處理器的頂表面上的夾具，所述夾具借助螺絲固定于所述印刷電路板上。
7微處理器自散熱方法，該方法包括下列步驟提供安裝所說微處理器的印刷電路板；在所述印刷電路板中切出凹槽，所述凹槽位于微處理器的正下方；將散熱材料通過所述凹槽附于所述微處理器的底表面上；及通過所附散熱材料散熱。
全文摘要
用于微處理器的自散熱裝置。微處理器一般安裝在印刷電路板上。印刷電路板上有于微處理器正下方切出的凹槽。散熱材料通過該凹槽附于微處理器上。附于微處理器底表面上的散熱材料可單獨(dú)使用，或與印刷電路板下所附的金屬托架或底座結(jié)合使用。
文檔編號H05K7/20GK1167934SQ97103200
公開日1997年12月17日 申請日期1997年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月30日
發(fā)明者K·-B·康 申請人:三星電子株式會(huì)社