专利名称：用于高密度封装应用的高性能气冷式散热器的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及一种用于集成电路组件的散热技术，尤其涉及一种用于从集成电路装置上散热的技术。
背景技术：
集成电路装置、微处理器及其它相关计算机部件由于其性能的提高而变得功率越来越大，这就导致由这些部件产生的热量增加。虽然这些部件的封装单元和集成电路装置尺寸在减小或保持与原来相同，但是这些部件每单位体积、质量、表面积或任何其它这种公制所产生的热能量却在增加。在当前的封装技术中，散热器通常包括一在一侧安装于集成电路装置上的平底板。散热器还包括在另一侧垂直于平底板的一翼片阵列。通常，集成电路装置(其为热源)具有比散热器的平底板小得多的覆盖区尺寸。散热器的平底板具有一很大的覆盖区，其需要比与其接触的集成电路装置更多的母板使用区。由于底板的尺寸较大，因而导致底板的不直接与集成电路装置相接触的最外部分的温度比底板的直接与集成电路装置相接触的部分低得多。而且，随着计算机相关设备变得功率更大，因而更多部件被置于设备内和母板上，而这就需要更多的母板使用区。此外，现有技术的散热器设计中的底板与上面连接着它的集成电路装置处于同一水平。因此，散热器的平底板构型通常竖立着，因而耗用的母板使用区比上面安装着它的集成电路装置更多。另外，当前设计实践要求翼片延伸至平底板的边缘，而且为了沿侧向增加翼片，平底板也不得不增大。结果，底板的较大覆盖区尺寸阻碍了其它母板部件，例如低成本电容器置于微处理器周围或上面。因此，当设计集成电路安装和封装装置时，需要考虑到许多这种集成电路会产生大量热量并且对母板使用区的需求会增加。
由于上述原因以及本发明所属领域的普通技术人员通过阅读和理解本说明书将会清楚的下述其它原因，本领域就需要一种质量轻的增强型散热装置及方法，其具有最小的侧向热传播阻力以及位于邻近部件上方的高性能翼片面积。另外，需要一种耗用的母板使用区不会比上面连接着它的集成电路装置更多的散热装置，以便容纳需要置于微处理器周围的低成本电子部件。
图1是一种现有技术的散热器的轴测图，其连接于安装在组装式印刷电路板上的微处理器上。
图2是根据本发明的散热装置的另一个实施例的轴测图。
图3是图2中所示的散热装置的轴测图，其连接于安装在组装式印刷电路板上的微处理器上。
图4是根据本发明的一种形成散热装置的示例性方法的流程图。
图5、6、7、8和9示出了利用挤压方法来形成图2中所示的散热装置的一个示例性实施例。
图10和11示出了利用冲击挤压技术来形成图2中所示的散热装置的另一个示例性实施例。
具体实施例方式
在对实施例的以下详细描述中，将参照示出了本发明及其实践方式的附图。在图中，相同的数字描述了在这几个图中始终基本相似的部件。对这些实施例进行了充分详细的描述以便使得本发明所属领域的普通技术人员能够实践本发明。也可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下，可以进行结构、逻辑和电方面的改变。而且，应当理解，尽管本发明的各个实施例并不同，但是并不一定互相排斥。例如，在一个实施例中所述的特定特性、结构或特征可以包括于其它实施例中。因此，以下详细描述并不应理解为限制的意义，并且本发明的范围只由附属权利要求以及这些权利要求所赋予的等价物的全部范围一起来限定，其中，本文档尤其描述了一种增强型散热装置，其包括一位于其内的室以便容放一空气运动装置，其使得电子部件能够置于微处理器周围的位置，同时通过利用目前可用的大批量制造技术而保持高性能和高成本效率。
图1是一种现有技术的散热器110的轴测图100，其安装于组装式母板130的微处理器120上。另外，图1中还示出了安装于散热器110周围和母板130上的多个低成本电容器140。
现有技术的散热器110具有一平底板150，其包括从平底板150上垂直延伸出的一翼片阵列160。散热器110的这种构型要求使用平底板150及翼片阵列160来散发由微处理器120产生的热。使用图1中所示的现有技术的散热器110时，增加散热通常要求增大平底板150和/或翼片阵列160的表面积。这又导致耗用更多的母板使用区。通常，微处理器120(其为热源)具有比图1中所示的散热器110的平底板150构型更小的覆盖区尺寸。平底板150的覆盖区尺寸较大，就会造成平底板的最外部分(未直接与集成电路装置接触的部分)的温度比平底板150的直接与集成电路装置接触的部分低得多。因此，带有较大平底板150的现有技术的散热器110不能有效地散发由集成电路装置产生的热。此外，封装单元和集成电路装置的尺寸在减小，而由这些部件所产生的热量在增加。现有技术的散热器110的构型要求翼片阵列160延伸至平底板150的边缘以便从集成电路装置上排热。另外，现有技术的散热器110要求增加翼片阵列160的尺寸以便增大散热能力。为了沿侧向增大翼片120，平底板150不得不增大尺寸。增大平底板150就会耗用更多的母板使用区。在系统封装密度随着连续每一代性能更高的集成电路装置的出现而不断增加的环境中，耗用更多的母板使用区通常并不可行。另外，现有技术的散热器100的平底板150的构型具有比上面安装着它的集成电路装置更大的覆盖区尺寸(平底板110与上面安装着它的集成电路装置处于同一水平)。底板150的覆盖区尺寸较大，就会阻碍母板部件，例如低成本电容器，置于集成电路装置的上面或周围。
图2是根据本发明的一实施例的散热装置200的轴测图。图2中所示的散热装置200包括一导热柱210和一传导热交换部分220。在一些实施例中，传导热交换部分220包括一翼片阵列230。导热柱210具有基本上为平面的顶面240和底面250。顶面240置于底面250的对面。底面250适于接触集成电路装置。柱210具有一轴线270。顶面240和底面250可以基本上垂直于轴线270。
包括翼片阵列230的传导热交换部分220从柱210的顶面240向上延伸，在这里可以容许安装于印刷电路板上的部件置于集成电路装置周围。包括阵列230的热交换部分220还在其内具有一室245，以便容放一空气运动装置例如风扇，从而通过将冷却介质例如空气280引入室245内并推动空气四面八方地290穿过翼片阵列230来增强集成电路装置的散热作用。
向上延伸的热交换部分220和阵列230悬于柱210之上，以便使得部件能够置于集成电路装置的周围。另外，包括向上延伸的热交换部分220和阵列230的柱210具有足够的尺寸，以便使得它们不会与需要置于集成电路装置周围的部件形成机械干涉。在一些实施例中，柱210和传导热交换部分220的构造设置使得柱联接于集成电路装置上而不会在热交换部分220和安装于印刷电路板上的其它部件之间发生干涉。在一些实施例中，包括阵列230的热交换部分220继续延伸以便使得延伸的热交换部分悬在置于集成电路装置周围的部件之上。向上延伸的热交换部分220和阵列230可具有外形例如圆形、方形、矩形、椭圆形和/或任何其它适用于集成电路装置散热的形状。散热装置200可由例如铜、铝之类的材料和/或其它适用于集成电路装置散热的材料制成。集成电路装置可为微处理器、数字信号处理器和/或专用集成电路。
图3是一种电子系统300的轴测图，示出了图2中所示的增强型散热装置200，其连接于组合式母板320上的微处理器310上。在图3中所示的示例性实施例中，微处理器310具有前侧330和后侧340。前侧330与后侧340相对。前侧330连接于包括部件例如低成本电容器350和其它此类电子部件的母板320上。增强型散热装置200的如图2中所示的底面250连接于微处理器310的后侧340上。从图3中可以看出，热交换部分220和阵列230向上延伸以便使得它们的尺寸和形状足以容许安装于母板320上的低成本电容器350能够置于微处理器310的周围。还可以看出，低成本电容器350位于热交换部分220和阵列230的下方以及柱210的周围。
还可以想象，柱210的底面250的尺寸与微处理器的后侧340相同，以便使散热装置200的散热特征最大化。另外，从图3中可以看出，包括阵列230的热交换部分220大于柱210，因而可以增加散热率而不会再增加散热装置200的柱210的覆盖区尺寸超过微处理器310的后侧340。柱210的覆盖区尺寸与微处理器310的后侧340相一致就会使得柱210与微处理器310的后侧340具有相同的传热率。这又会显著增加柱210与微处理器310的后侧340之间的传热效率。柱210与微处理器310的后侧340之间的传热率还可通过使用热脂层和/或导热粘结材料层将柱210与后侧340热联接在一起而进一步增加。另外，图3中还示出了一置于室245内的空气运动装置例如风扇360以便增大散热装置200的散热率。
图4是一种示例性方法400的流程图，其用于形成图2中所示的散热装置200以便从集成电路装置上排热，从而使得散热装置200能够容许部件置于集成电路装置的周围。图4中所示的方法400从形成一包括基本上为平面的顶面和底面的导热柱的动作410开始。底面适于与集成电路装置相接触。顶面位于底面的对面。所形成的柱可为一基座。集成电路装置可以包括例如微处理器、数字信号处理器和/或专用集成电路的装置。
方法400的下一动作420包括形成一包括翼片阵列的热交换部分以便使得热交换部分和阵列具有一足以容放所形成的柱并将其保持就位的通孔。在一些实施例中，包括阵列和通孔的热交换部分在单次操作中使用挤压方法而形成。在一些实施例中，通孔可以在形成热交换部分和阵列后通过钻孔或镗孔操作而形成。在一些实施例中，通孔基本上形成于热交换部分的中间。通孔具有一基本上平行于阵列的轴线。另外，轴线基本上位于通孔的中心。在一些实施例中，所形成的阵列按照例如直形、圆形、半圆形之类的构型和/或其它此类适用于集成电路装置散热的构型而向上延伸。在一些实施例中，所形成的包括阵列的热交换部分具有的外形为圆形、方形、矩形、椭圆形和/或其它此类适用于集成电路装置的形成和散热的形状。
下一动作430包括在热交换部分、阵列及通孔内形成一室。室的尺寸适于容放一空气运动装置以便使得利用通过空气运动装置引入的空气来增强散热装置的散热能力。在一些实施例中，室利用钻孔操作而形成。室基本上与通孔同心。空气运动装置可为一风扇。
下一动作440包括将热交换部分与柱形成热联接。在一些实施例中，柱的顶面与通孔形成热联接。在一些实施例中，这可通过对挤压成的通孔进一步进行镗制以便使得当柱的顶面插入经过镗制的通孔中时，可在通孔和柱之间形成机械干涉配合而得以实现。在一些实施例中，柱和热交换部分利用导热粘结材料和/或任何其它可在柱与热交换部分之间提供所需热联接的适用材料而形成热联接。散热装置可由例如铜、铝的材料和/或其它此类适用于集成电路装置散热的材料形成。在一些实施例中，柱与包括阵列的热交换部分形成热联接以便使得当散热装置安装于集成电路装置上时，热交换部分悬在柱之上以容许部件置于集成电路装置周围。
图5、6、7、8和9示出了形成图2中所示的散热装置的一个示例性实施例。图5和6示出了利用挤压方法由毛坯形成带有一半径为R1的通孔510的翼片阵列230。图7和8示出了利用镗孔操作形成热交换部分220及位于热交换部分220与阵列230内的半径为R2的室245。图9示出了利用热交换部分220内的通孔510将柱210与热交换部分220形成热联接，以便使得柱的顶面240紧密靠近室245。在一些实施例中，形成的室245和通孔510与轴线270同心。在一些实施例中，室245和通孔510分别基本上位于热交换部分220和柱210的中间。
图10和11示出了利用冲击挤压方法形成图2中所示的散热装置200的另一个示例性实施例。图10示出了通过撞击位于两个相对的模具1010和1020之间的冷金属块而形成散热装置200，其中模具1010和1020具有与图2中所示的散热装置200的间距、排列、高度和宽度相对应的空腔区域。冲击挤压为一种通过打击容放于两个相对的模腔1010和1020之间的金属块1000而产生成品加工件的成形方法。在冲击挤压过程中，金属块1000通过一次高速冲击而被迫在相对模腔1010和1020之间流动。冲击挤压也称作微锻，其通常为一种冷锻技术。冲击挤压方法使得能够批量生产带有精确而且超细的零件的组件，而这点利用常规挤压和锻造方法通常不能实现。冲击挤压通常用于生产不需要任何后续机加工操作的成品组件。利用冲击挤压所生产的成品通常具有高的抗腐蚀能力。另外，冲击挤压在成品组件中产生了均质且不失真的颗粒和微观结构。图11示出了在两个相对的模腔1010和1020之间完成了单次高速冲击后所形成的散热装置200。
结论其中，上述方法和装置提供了一种增强型散热装置，包括一位于内部的室的其翼片从导热柱向外向上延伸，这样就可以容许电子部件置于微处理器的周围，同时通过利用目前可用的大批量制造技术而保持高性能和高成本效率。
权利要求
1.一种散热装置，用于从安装于印刷电路板上并被其它部件所包围的集成电路装置进行散热，其包括一导热柱，具有基本上为平面的顶面和底面，其中底面适于接触集成电路装置；以及一导热热交换部分，其从柱的顶面向上延伸，柱和热交换部分的构造设置使得柱与集成电路装置相联接而不会在热交换部分和安装于印刷电路板上的其它部件之间发生干涉，热交换部分在其内具有一室以便容放一空气运动装置，空气运动装置的构造设置用于使空气循环流过翼片上以增强散热装置的散热作用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，传导热交换部分包括一翼片阵列。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，顶面置于底面的对面，并且其中包括阵列的传导热交换部分从柱的顶面向上延伸，包括包括阵列的向上延伸的热交换部分悬于柱之上，以便使得部件能够置于集成电路装置的周围。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，柱和包括阵列的向上延伸的热交换部分具有足够的尺寸，以便使得它们不会与需要置于集成电路装置周围的部件形成机械干涉。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，散热装置的外形选自圆形、方形、矩形、椭圆形和适用于散热器的其它此类形状。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，包括阵列的热交换部分从顶面向上延伸，包括包括阵列的热交换部分向上延伸以便使得延伸的热交换部分悬在置于集成电路装置周围的部件之上。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，散热装置由选自铜、铝和其它适用于从集成电路装置散热的此类材料中的材料制成。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，集成电路装置为一微处理器。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，集成电路装置为一数字信号处理器。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，集成电路装置包括一专用集成电路。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，空气运动装置包括一风扇。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括阵列的热交换部分与柱的顶面形成热联接。
13.一种电子系统，包括一印刷电路板，具有至少一个集成电路装置，其中集成电路装置具有一前侧和一后侧，并且其中前侧安装于印刷电路板上；一散热装置，包括一导热柱，具有基本上为平面的顶面和底面，其中底面的形状基本上与集成电路装置的后侧相似，其中底面热联接于集成电路装置的后侧上；以及一传导热交换部分，从柱的顶面向上延伸，以便使得热交换部分和柱为邻近集成电路装置安装于印刷电路板上的部件留有空间，热交换部分在其内具有一室以便容放一空气运动装置，空气运动装置的构造设置用于使空气从四面八方移过室以增强散热装置的散热作用。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，集成电路装置为一微处理器。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，空气运动装置为一风扇，其中风扇置于室内以便增强散热装置的散热作用。
16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，散热装置由选自铜、铝和其它适用于从集成电路装置散热的此类材料中的材料制成。
17.一种用于形成一散热装置的方法，该散热装置用于从连接于印刷电路板上并被其它部件包围的集成电路装置上排热，包括形成一导热柱和一热交换部分，导热柱包括一适于接触集成电路装置的基本上为平面的表面，而热交换部分在其内具有一室以便容放一空气运动装置从而使得空气移过阵列以增强装置的散热作用，并且包括阵列的热交换部分还从柱向上延伸以便使得包括阵列的热交换部分不会与安装于印刷电路板上的其它部件发生干涉。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，形成包括热交换部分和阵列的导热柱的过程包括使用冲击挤压方法来形成包括热交换部分和阵列的导热柱。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，形成包括阵列的热交换部分的过程包括形成包括阵列的热交换部分以便使得包括阵列的热交换部分悬于该柱之上，从而容许部件置于集成电路装置周围。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，形成散热装置的过程包括形成散热装置以便使得散热装置的外形选自圆形、方形、矩形、椭圆形和适用于散热器的其它此类形状。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，散热装置由选自铜、铝和/或其它适用于从集成电路装置散热的此类材料中的材料制成。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，集成电路装置为一微处理器。
23.一种用于形成一散热装置的方法，该散热装置用于从连接于印刷电路板上并被其它部件包围的集成电路装置上排热，包括形成一导热柱，导热柱包括基本上为平面的顶面和底面，其中顶面置于底面的对面，其中底面适于与集成电路装置保持热接触；形成一热交换部分，热交换部分包括一翼片阵列和一基本上位于热交换部分中间的通孔，并且其中通孔的轴线基本上平行于翼片阵列；在包括阵列和通孔的热交换部分内形成一室以便接纳和容放一空气运动装置，从而通过利用空气运动装置所产生的空气运动而增强装置的散热作用；以及将柱与热交换部分中的通孔形成热联接，以便使得柱的顶面紧靠该室，并且包括阵列的热交换部分还从柱的顶面向上延伸以使得包括阵列的柱不会与安装于印刷电路板上的其它部件发生干涉。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，形成包括阵列和通孔的热交换部分的过程包括使用挤压方法来形成包括阵列和通孔的热交换部分。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，形成位于热交换部分内的室的过程包括利用钻孔操作来形成位于热交换部分内的室。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，形成包括阵列的热交换部分的过程包括形成包括阵列的热交换部分以便使得包括阵列的热交换部分悬于该柱之上，从而容许部件置于集成电路装置周围。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，形成沿径向向上延伸的阵列的过程包括形成阵列以便使得翼片阵列按照选自直形、圆形、半圆形和其它此类适用于从集成电路装置散热的构型中的构型向上延伸。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，形成散热装置的过程包括形成散热装置以便使得散热装置的外形选自圆形、方形、矩形、椭圆形和适用于散热器的其它此类形状。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，散热装置由选自铜、铝和/或其它适用于从集成电路装置散热的此类材料中的材料制成。
30.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，集成电路装置为一微处理器。
31.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，集成电路装置为一数字信号处理器。
32.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，空气运动装置为一风扇。
33.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，柱为一基座。
全文摘要
一种用于从集成电路装置上排热的散热系统和方法包一导热柱，导热柱具有基本上为平面的顶面和底面，其中顶面置于底面的对面，并且其中底面适于与集成电路装置相接触。一包括一翼片阵列的热交换部分从柱的顶面向上延伸，从而可以容许安装于印刷电路板上的部件置于集成电路装置的周围。包括阵列的热交换部分在其内具有一室以便容放一空气运动装置，从而利用通过空气运动装置引入翼片周围的空气而增强散热装置的散热作用。
文档编号H01L23/467GK1630944SQ02814437
公开日2005年6月22日 申请日期2002年4月25日 优先权日2001年5月18日
发明者C·兰德勒曼, S·李, L·波拉 申请人:英特尔公司