专利名称：用于集成电路的电力输送系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种向微处理器和其他集成电路(IC)装置输送电力的系统。
背景技术：
竞争和市场的需求使电子系统的性能朝着更快、更高的方向持续发展，尤其在计算机系统方面表现突出。当微处理器和相关联的集成电路高速运行时，这些设备的电力需求往往也不断增长。微处理器的速度受到其内部晶体管开关速度的影响。降低操作电压能够加快开关速度从而相应地提高微处理器的速度。不过，当电压减小时，需要增大操作电流以保持功率。增加的电流会造成更多的能源消耗和能源损失。
典型的微处理器在例如3.3伏的电位运行，而未来的微处理器将会在更低的电位运行，例如接近1.5至1.0伏。这些低电压就需要使用更大量的电流来保持功率。通常需要使用局部功率变换器以满足当前微处理器的低压需求，例如DC-DC变换器，从而减小供给于微处理器的电压。典型情况下，所述功率变换器被焊接到主板上或者通过连接器插入到主板中。然后，较低的电压经由主板上的导体或者印刷电路轨迹传输到需要使用较低电压的元件，例如微处理器，的连接器上。主板上的空间是非常宝贵的，而将配电路径设置于主板上的处理器中就会占用其他元件能够使用的空间。
至少在某些应用中，电路板的上侧设有电源接口连接器。对于既考虑高速度又考虑空间而言，使接口连接器尽可能小并使用很低的外形是比较有利的。但是，电力的施加就会成为问题。当处理器使用越来越多的晶体管，功能变得越来越强大时，功率需求就会显著地上升。典型的印刷电路板技术至少会遇到两个与接口连接器相关的问题。一个问题是输送大量电流的能力，而另一个问题是为了信号的完整性而保持低电感的能力。对于电力系统来说，如果电感太高，那么高的电流传送率或者转换速率就会造成显著的功率损耗。
需要使用一种电力输送系统，该系统具有高功率容量和低电感并能在克服上述缺陷的同时节约主板上的空间。
发明内容
一种向集成电路(IC)元件输送电力的系统包括具有第一侧和相对的第二侧的电路板。具有多个功率触点的IC元件安装于所述电路板的第一侧，电压调节器模块(VRM)耦合于电路板的第二侧。VRM将供给于IC元件的电压从第一电压减到第二电压。接口连接器被安装在VRM上，并与IC元件啮合配合(mating engagement)，由此以第二电压直接向IC元件输送电力。
图1是根据本发明的实施例形成的电力输送系统的透视图。
图2是图1中所示的电力输送系统的分解图。
图3是图1和2中所示的电路板的下侧的局部透视图。
图4是图2中所示的IC元件的仰视透视图。
具体实施例方式
图1说明了根据本发明的实施例所述的电力输送系统10。系统10向集成电路(IC)元件(如图2所示)输送电力。除了后面将要描述的内部元件外，系统10还包括散热器12、电路板14和电压调节器模块(VRM)16。系统10使用紧固件18和偏置弹簧20组装在一起。在一个实施例中，紧固件18可以是螺钉或是螺栓，或相似的紧固件。系统10包括压缩式的电连接器(在图1中未示出)。压缩负载由弹簧20提供。
需要理解的是，本发明的备选实施例可以包括无需压缩负载的元件，在此情况中，弹簧20可以除去。IC元件可以是任何耗电的装置，例如但是不局限于，中央处理器(CPU)、微处理器，或者专用集成电路(ASIC)等等。本发明将使用岸面栅格阵列(LGA)IC元件进行描述，需要理解的是，以下的描述仅仅用于解释性的目的，只是本发明概念的一种潜在的应用方式。
图2示出了电力输送系统10的分解图，说明了具有散热器12的紧固件18和弹簧20、IC元件24、插座连接器26、电路板14、接口连接器50和VRM16。散热器12也可以包括风扇(未示出)，用于增强系统10的制冷效果。
电路板14具有第一或上侧28，以及与上侧28相对的第二或下侧30。电路板14包括从第一侧28穿过电路板14延伸至第二侧30的孔或窗口32。用于安装散热器12的孔34也设置于电路板14中。
插座连接器26安装于电路板14的第一或上侧28。插座连接器26也包括中央孔或窗口36，当插座连接器26安装在电路板14上时，所述孔对准于电路板14的窗口32。插座连接器26包括布置在插座窗口36周围、与电路板14电连接的多个电触点(未示出)。在一个实施例中，插座连接器26为岸面栅格阵列(LGA)。但是，在备选实施例中，也可以使用其他广泛使用的连接器规格，例如引脚栅格阵列(PGA)或球栅阵列(BGA)。插座连接器26也包括凸起的拐角部分38，该部分位于插座连接器26中并将IC元件24在插座连接器内对准。
IC元件24包括上侧40和与上侧40相对的下侧42。下侧42包括用于电力输送和信号输送的电触点(见图3和图4)。为了运行IC元件所需的电力，电触点44建立了电力连接。信号触点46(图4)围绕IC元件24的周边布置，以使信号通过插座连接器26输送。电力触点44(图4)位于IC元件24的核心或中央。
图3示出了安装有IC元件24和插座连接器26的电路板14的第二或下侧30的局部透视图。插座连接器26的窗口36与电路板14中的窗口32对准。由于IC元件24安装在插座连接器26中，所以IC元件核心上的电力触点44可以从电路板14的下侧30接触到。如图3所示，电力触点44布置成焊盘栅格，例如岸面栅格阵列(LGA)的构造。但是，可以使用任何的触点设计，例如引脚栅格阵列或球栅阵列，或其他终端连接器，例如螺旋凸缘终端。
图4示出了IC元件24下侧42的仰视透视图。电力触点44位于IC元件24的中央或核心区域。信号触点46围绕IC元件24周边定位，并围绕电力触点44定位。在系统10中，电力输送与信号输送是分离的，并且彼此不相同。因此，在电气连接的设计中提供了相当大的自由。尤其是，不需要电力和信号连接具有相同形式。
回到图2，当系统10已装配时，VRM16具有邻接于电路板14的下侧30的上表面48。VRM16包括接口连接器50、加固板52和散热器安装立柱54。散热器安装立柱54从VRM16的上表面48向上延伸，并且布置成与电路板14中的孔34和散热器12中的安装孔56对准。当装配时，安装立柱54将紧固件18容纳于螺纹孔57中以使系统10结合在一起。在一个实施例中，弹簧20在散热器12和VRM 16之间形成压缩连接。加固板52通过弹簧20提供的压缩负载对电路板14进行加固。在备选实施例中，其中没有使用压缩式的电力输送系统，因此加固板52可以除去。
VRM 16用于向IC元件24提供预定电位的电力。VRM 16接收的第一电位电力通常高于IC元件24的设计电位，VRM 16向IC元件24提供其所需的第二电位电力。例如，VRM 16可以接收系统级的电力，该系统级电位在某些应用中可以是12V，并且在1-1.5V那么低的电位向IC元件24输送电力。VRM 16也被设计成尽可能干净地输送电力，即，具有最小的电压尖脉冲或噪声。
接口连接器50从VRM 16向上延伸，并包括从VRM 16向IC元件24输送经调节的电力的触点58。触点58构造成与IC元件24的电力触点44(图3)相配合。当系统10装配时，接口连接器50通过电路板14和插座连接器26中各自的窗口32和36向上延伸，与IC元件24上的电力触点44相配合，以直接向IC元件24的核心输送电力。从接口连接器50到IC元件24直接输送的电力在低电感水平上提供了今天的IC元件所要求的高等级电力。
当接口触点58被设定成与IC元件24上的电力触点44相配合时，在接口连接器50和VRM 16之间的电气连接可以使用常规技术建立，例如通过接触孔延伸的触针、表面安装技术或进行直接焊接的连接。
在操作中，参考图2，插座连接器26被安装在电路板14上，从而使插座连接器26中的窗口36与电路板14中的窗口32对准。IC元件24安装在插座连接器26上，以使电力触点44(图3)分别通过电路板14和插座连接器26上的对准的窗口32和36接触到。然后电路板14位于VRM 16上，从而使散热器安装立柱54容纳于电路板14的孔34中，使接口连接器50通过窗口32和36被容纳以接合IC元件24上的电力触点44。
当散热器安装立柱54容纳于散热器12中的安装孔56时，散热器12被安装到IC元件24的上表面40上并与其相接触。紧固件18容纳于具有弹簧20的散热器安装立柱54中，该弹簧20在散热器12和VRM 16之间提供压缩负载。弹簧20在IC元件24的上表面40上产生压缩的垂直力以确保热量从IC元件24向散热器12传递。
VRM 16接收系统级的电力，例如来自处于第一或者系统级电压的电源(未示出)。VRM 16调节电压至IC元件24所需的减小的第二等级，并向接口连接器50提供更低的电压。接口连接器50穿过在电路板14和插座连接器26中的窗口32和36延伸并与IC元件24上的电力触点44相配合，由此直接向IC元件24的核心区域输送电力。接口连接器50实质上构成了从VRM16到IC元件24的完整的电路。这一从VRM 16到IC元件24的很短的电路以高电流向IC元件24输送电力，并具有低电感和低电阻。信号触点46(图4)围绕IC元件24的周边布置。信号通过与电路板14电气连接的插座连接器26输送到IC元件24。因此在电力输送系统10中，接口连接器50是将电力输送到IC元件24的第一电互连。插座连接器26是将信号输送到IC元件24的第二电互连。第一和第二互连50和26各自分离并且各不相同，而且不局限于使用相同的电互连技术。也就是说，在第一互连中的电力触点，例如电力触点44和58可以是LGA形式的，而在第二互连中的信号触点(未示出)可以具有PGA或BGA或者一些其他形式。
因此，电力输送系统10可以以近来高速IC元件，例如但是不局限于微处理器、ASIC和类似元件，所需要的减小电压提供高等级的电力，同时在电力输送通路中保持低电感。电力输送系统40包括带有对准的窗口32、36的电路板14和插座连接器26，从而在IC元件24装载到插座连接器26上时，使IC元件24的电力输送触点44可以直接从电路板14的下侧30接触到。电压调节器模块(VRM)16被安装在电路板14的下方，并包括接口连接器50，该连接器通过电路板和插座连接器窗口32、36向上延伸，以直接与IC元件24上的电力触点44相配合，从而向IC元件24传输电力。接口连接器触点58与电力触点44的直接配合在低电感时提供了高等级的电力传输，在减小功率损耗的同时维持了信号的完整性。
权利要求
1.一种向集成电路(IC)元件输送电力的系统，所述系统包括具有第一侧(28)和相对的第二侧(30)的电路板(14)，安装于所述电路板的所述第一侧上的IC元件(24)，所述IC元件具有多个电力触点(44)，与所述电路板的第二侧相耦合的电压调节器模块(VRM)(16)，所述VRM将供给于IC元件的电压从第一电压减到第二电压，以及安装于所述VRM上的接口连接器(50)，所述接口连接器与所述IC元件啮合配合，由此直接将第二电压的电力输送给所述IC元件。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电路板包括窗口(32)，所述接口连接器容纳于所述窗口中从而与所述IC元件电配合。
3.如权利要求1所述的系统，还包括安装于所述电路板的所述第一侧的插座连接器(26)，所述IC元件安装于所述插座连接器上，所述电路板和所述插座连接器各自都包括一对应的窗口(32，36)，所述窗口经对准以使所述电力触点能够从所述电路板的所述第二侧接触到。
4.如权利要求1的系统，还包括位于所述IC元件上的散热器(12)，所述散热器与所述VRM上的至少一个安装立柱相耦合，所述散热器包括偏置元件(20)，用于在所述散热器和所述VRM之间施加压缩负载。
5.如权利要求1的系统，还包括位于所述电路板和所述VRM之间的加固板(52)，从而对所述电路板进行加固。
全文摘要
一种向集成电路(IC)元件输送电力的系统，包括具有第一侧(28)和相对的第二侧(30)的电路板(14)。具有多个电力触点(44)的IC元件(24)安装于所述电路板的第一侧上，电压调节器模块(VRM)(16)耦合于所述电路板的第二侧。VRM将供给于IC元件的电压从第一电压减到第二电压。接口连接器(50)安装于VRM上，与所述IC元件啮合配合，由此向所述IC元件直接输送第二电压的电力。
文档编号H05K1/14GK1694312SQ20051007177
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月8日 优先权日2004年5月6日
发明者布赖恩·P·科斯特洛 申请人:蒂科电子公司