专利名称：电路板的热控制互连系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路中的功率传输，尤其涉及与电子元件相关的热量的热处理。
背景技术：
竞争者和消费者的需求使得电气系统，尤其是与计算机系统相关的电气系统继续按照速度更快、性能更高的趋势发展。由于微处理器和所涉及的集成电路(IC)高速运行，因此这些设备所需的功率也在增加。同时微处理器的运行速度受微处理器的内部晶体管能够以多快的速度接通和关断的影响。降低工作电压可以使晶体管切换地更快速，并相应地使微处理器的运行速度更快。然而，由于工作电压降低，为了要保持相关集成电路的功率，工作电流就会增大。增大的电流可能会导致出现不希望有的耗用功率或功率损耗。
新型高速IC设备，包括有时被称为中央处理器(“CPU”)的微处理器、特定用途集成电路(ASIC)、存储器插座、或功率连接器等，会产生大量的热，在设备运行期间必需要将这些热量从设备中清除出去；否则，可能会引起设备的不稳定工作或对设备造成损坏。例如在CPU中，通常在CPU上安装散热片和用于将热量从散热片驱散到周围空气中的风扇，由此加速CPU的冷却过程。然而，这种内部产生的热量并不是CPU和其它IC设备唯一涉及到的热量。与用于运行IC设备的功率传输相关的还有另外的热负荷。随着带有越来越多晶体管的IC设备变得越来越强大，功率需求也相应急速增长。由于IC设备的功率需求增加，因此消除设备下面产生的额外热量的要求也相应增加。额外的热量通过安装设备的插座从母板传到IC设备，又从IC设备传到母板。该额外热量可能表征为非常大的热负荷。该热负荷影响插座触头的导电性以及IC设备和支撑母板迹线的通讯速度。
系统需要加快IC设备上的热量的清除以及消散。
发明内容
IC设备的热处理系统包括用于接收IC设备的插座，位于IC设备上的散热片，以及位于IC设备下的热导管，该热导管用于将IC设备下侧的热量传送给IC设备上的散热片。
图1是安装在电路板上并且使用了根据本发明示范实施例成型的热处理系统的IC设备的侧视图。
图2是图1所示热处理系统的透视图。
图3是图2所示的具有额外铜镀的热处理系统的透视图。
图4是根据本发明成型的热处理系统的替换实施例的侧视图。
图5是图4所示热处理系统的插座的俯视图。
图6是图5所示插座的局部大样图。
图7是根据本发明成型的热处理系统第二替换实施例的局部俯视图。
图8是根据本发明成型的热处理系统第三替换实施例的侧视图。
具体实施例方式
图1是IC设备10在电路板12上的示范安装方式的侧视图。散热片14位于IC设备10上，并且散热片14的下侧16与IC设备10的上表面18接触，从而从IC设备10上吸取热量。在散热片14上还可以安装风扇(未示出)，用于加速IC设备10的冷却。散热片，诸如散热片14是公知的，并且通常用于去除IC设备10内生成的热量。IC设备10安装在插座20内，所述插座包括了根据本发明示范实施例成型的热处理系统30。提供热处理系统30是用于去除在IC设备10之下生成的和与IC设备10的功率传送相关的热量。尽管热处理系统30的某些方面是参照接点栅格阵列(LGA)形式的IC设备进行描述的，但应该理解并不排除可以采用其它IC设备模块类型，诸如针脚栅格阵列(PGA)或球形栅格阵列(BGA)模块类型。在其它应用中，IC设备10可以应用在个人计算机、服务器或类似设备中。
插座20封装电触头阵列(图1中未示出)，其中一部分电触头为功率触头。在每个触头上都设置有焊球32，从而插座20可以表面安装到电路板12上。电触头用于在电路板12和IC设备10之间建立电连通性，同时功率触头给IC设备10传送电功率。
图2是热处理系统30示范实施例的透视图。系统30包括载体36，例如在LGA模块中，载体为保持LGA触头的LGA插座载体。在示范实施例中，LGA插座包括金属载体LGA，其中载体36由诸如不锈钢这样的金属制成。在载体36的两个相对侧连接有一对翼38。载体36和翼38的大小为当IC设备10(图1)安装在插座20中时，翼38延伸超过IC设备10，使得可以形成与散热片14的连接。此外，在载体36之间施加使翼38相互连接的铜条42。该铜条42给驱散到载体36内的热量提供了增强的热流路径。在每个翼38上连接有向上延伸的热连接器或热接线片44。热接线片44采用干涉配合(见图1)容放在散热片14的孔46内。在示范实施例中，热接线片44包括呈现一定弹性的轴部48，从而在轴48和散热片孔46之间产生用于增强其间热流的径向法向力。虽然图示的具有两个热接线片44，但是应该理解也可以使用更多或更少数量的热接线片44。
使用时，由载体36内的功率触头产生的热量被驱散入载体36内。铜条42提供了从载体36到翼38的增强的热流路径。铜条42和热接线片44提供了热导管，用于将热量从IC设备10的下侧传送给IC设备10上的散热片14，以将热量驱散到周围的大气中，由此来缓解IC设备10下的热负荷。
图3示出了具有额外铜镀50的图2所示的热处理系统30。在替换实施例中，在不锈钢载体36上施加额外的铜镀50，以提高载体36与将热量传送给散热片14的热接线片44之间的导热系数。热接线片44在载体36与散热片14之间提供了导热连接物。尽管在此描述为柱型热接线片44，但应该理解任何类型的导热连接器都可以用作导热连接物。
图4示出了热处理系统52的替换实施例。热处理系统52包括表面安装到电路板12上的插座54。散热片14安装得与IC设备10的上表面18啮合。插座54包括位于触头区(见图5)内的热导管56，用于吸收来自功率触头的热量，并且将热量传送给散热片14以将热量驱散到周围大气中。热导管56包括在第一和第二端60之间延伸的中央吸热体部58。端部60包括与散热片14的下侧16啮合的热连接物62，用于将热量从热导管56导向散热片14。在示范实施例中，吸热体部58是导热聚合体，热连接物62是给散热片14的下侧16施加法向力以增强热传输过程的挠性弹簧连接物。在替换实施例中，体部58可以是嵌入插座54中的金属条。
图5是插座54的俯视图。插座54包括壳体64，其具有由绝缘材料制成基座66。基座66包括触头区68，其包括一群触头孔，该触头孔保持一群72单独的电触头74，其中一些电触头是给IC设备10(见图4)传送功率的功率触头76。热导管56的体部58嵌入在基座66的绝缘材料中，并且延伸穿过触头区68。功率触头76被定位得靠近热导管本体58。在一种实施例中，功率触头76可以插入到预模制的壳体中。在替换实施例中，功率触头76可以夹物模压为一个组件。热导管体58可以由导热材料制成，诸如金属条或导热聚合体。在示范实施例中，热导管56为铜条。
图6是图5所示的插座54触头区68一部分的放大图。在图6中，热导管体58沿着线A-A所示的路径延伸过绝缘基座66。在示范实施例中，功率触头76部分置身于热导管体58的路径之上。使用时，功率触头76内生成的热量被驱散入热导管体58内，并且被引导至热导管56端部60处的热连接物62。热连接物62与散热片14相接触，从而将热量传送给散热片14用以将热量驱散到周围的大气中。
图7是热处理系统80的第二替换实施例的局部俯视图。系统80包括IC设备插座(未示出)，所述插座包括触头载体82，在示范实施例中，载体82由不锈钢制成。独立的功率触头84由相变材料86包围。相变材料86在室温下是固体，在预定温度下则变为液体。在一种实施例中，相变材料86是腊状材料，其中一些腊状材料是本领域普通技术人员公知的。在一种实施例中，在大约55℃时发生相变。给相变材料86之下区域内的载体82施加了铜镀88，该铜镀延伸至通过散热片(未示出)与载体82互连的导热连接物90。使用时，当功率被引导通过功率触头84时，随着相变材料86吸入来自功率触头84的热量，所吸入的热量引起相变材料86熔融。来自相变材料的热量通过载体82上的铜镀88传送给导热连接物90，此后又传送给散热片以将热量驱散到周围的大气中。由此，铜镀88和导热连接物90就充当了热导管。导热连接物90可被成型为与前面描述过的实施例一样的热接线片44或者挠性弹簧连接物62。
图8示出了热处理系统100的第三替换实施例。如图8所示，IC设备10装入到插座20内，所述插座20被表面安装到多层电路板12上。散热片14安装在IC设备10上并与其接触。插座20包括电触头(未示出)，其中一些电触头是用于给IC设备10传送功率的功率触头。热处理系统100包括位于电路板12内的充填物102。充填物102位于电路板的层与层之间。充填物由导热材料制成，例如石墨。可替代地，充填物102也可以由碳纤维或相似材料制成。导热连接物104延伸穿过电路板12、穿过充填物102，并且容放在散热片14上的孔106内。通过系统100，由功率触头生成的热量被转移入电路板内，并且通过充填物102和连接物104传送，其中连接物包括给散热片14传送热量的热导管。在替换实施例中，充填物102可以被连接在电路板12的下表面108上。充填物102的大小可以根据导热连接物104的数量变化，以便使热处理系统100适应总散热级别。
在此描述的实施例提供了一种热处理系统，其用于传送来自IC设备下侧的热量，所述热量是由运行IC设备而使用的功率引起的。来自于IC设备插座内的功率触头的热量被驱散入热导管内，该热导管将热量传送给IC设备上的散热片。为了增强导热系数，沿着热流路径施加了铜镀。
权利要求
1.用于IC设备的热处理系统，所述系统包括插座(20，54)，用于容纳IC设备；散热片(14)，位于IC设备之上；以及热导管(42，44；58，62；88，90；102，104)，位于IC设备之下，并用于将IC设备下侧的热量传送给IC设备上的散热片。
2.根据权利要求1的热处理系统，其中插座包括保持触头的金属载体(36)，热导管，所述热导管包括沿着触头附近的载体延伸的铜条(42)，以及将铜条连接到散热片上的热接线片(44)。
3.根据权利要求2的热处理系统，其中热接线片与散热片上的孔是干涉配合的。
4.根据权利要求1的热处理系统，其中插座包括保持功率触头(76)的基座(66)，热导管包括延伸穿过基座的导热体(58)以及将导热体连接到导散热片上的挠性弹簧连接物(62)。
5.根据权利要求1的热处理系统，其中插座安装在电路板(12)上，导热充填物(102)安置在电路板内，并且至少一个导热连接物(104)延伸穿过电路板和穿过充填物并且与散热片啮合。
6.根据权利要求1的热处理系统，其中插座包括保持功率触头(84)的导热载体(82)，相变材料(86)包围每个功率触头，热导管包括铜镀(88)以及连接到散热片上的导热连接物(90)。
全文摘要
用于IC设备(10)的热处理系统，包括用于容纳IC设备的插座(20，54)，位于IC设备上的散热片(14)，以及位于IC设备下的热导管(42，44；58，62；88，90；102，104)，该热导管用于将IC设备下侧的热量传送给IC设备上的散热片。
文档编号H01L23/34GK1761054SQ20051010671
公开日2006年4月19日 申请日期2005年8月24日 优先权日2004年8月24日
发明者克雷格·W·霍纽格, 小拉尔夫·E·斯佩德, 斯蒂芬·D·德尔普雷特, 王崇圣 申请人:蒂科电子公司