CN100364082C - 具有从半导体芯片导热的热管的电子装置 - Google Patents

具有从半导体芯片导热的热管的电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子装置，其包括母板(12)，安装到母板相连的半导体芯片(20)，以及热管(22)，其具有和所述半导体芯片相邻的蒸发器部分(34)，以及远离所述半导体芯片(20)的冷凝器部分(36)。所述热管(22)在多个位置和母板的接地平面(60)相连。热管(22)的结构整体性由于其蒸发器部分中的插入物(142)并因为彼此接触的相对的凹陷座部分(74，76，80，82)提供。所述电子装置(10)的另一个特征在于，其具有构成多个散热片(30)的片材，所述散热片被焊接在所述热管(22)的冷凝器部分(36)上。

Description

具有从半导体芯片导热的热管的电子装置
技术领域
本发明涉及一种具有用于冷却半导体芯片的热管的电子装置。
背景技术
集成电路被在半导体衬底上制造，随后被分成单个半导体芯片。这种半导体芯片然后被安装在一个封装基板上，然后再被安装在计算机的母板上。
当电流流过半导体芯片时，半导体芯片则发热。热管的蒸发器端部可以靠在半导体芯片上，热管的冷凝器端部远离半导体芯片。热量可以从半导体芯片传导到蒸发器端部，使得在蒸发器端部中的流体被蒸发。然后被蒸发的流体可以流入冷凝器端部，在那里蒸发的流体再次凝结。然后冷凝的流体可以通过虹吸芯层回到蒸发器端部，并再次被蒸发。
现有技术的许多电子装置不能提供有效的热传递，尤其是从热管的冷凝器端部。也没有为现有技术的电子装置提供合适的热管结构整体性。现有技术的系统还易于产生从热管发出的电磁辐射。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种电子装置，包括：由包括接地平面的多个层构成的载体基板；在所述载体基板上并和所述接地平面电连接的第一热管接地焊盘；安装在所述载体基板上的半导体芯片；热管，其具有和所述半导体芯片相邻的蒸发器部分，远离所述半导体芯片的冷凝器部分，以及远离所述半导体芯片的第一热管接地接触部分；以及第一热管接地元件，其具有和所述第一热管接地接触部分电气相连的一个接地端，和第一热管接地焊盘电气相连的另一个接地端，以及用于在其接地端之间传导电流的导电部分。
附图说明
本发明参照附图通过举例进行说明，其中：
图1是按照本发明的实施例的电子装置的透视图；
图2是电子装置的一部分的分解透视图；
图3是用于形成电子装置的散热片的片材的端部示意图，所述的片被焊接在电子装置的热管上；
图4是在部分装配之后类似于图3的示意图；
图5沿在图1的5-5取的截面图；以及
图6是沿图5的截面图6-6取的截面图。
具体实施方式
附图中的图1示出按照本发明的实施例的电子装置10，其包括母板12，插座14，封装基板16，半导体芯片20，金属热管22，热管到半导体芯片的夹持装置24，5个热管到母板的连附装置26，风扇装置28，以及散热片30。
插座14被安装在母板12上。半导体芯片20被安装在封装基板16上。封装基板16被安装在插座14上，借以把封装基板16和半导体芯片20安装在母板12上。
热管22是一种扁平的热管，具有宽度(W)和高度(H)，其中宽度W对高度H的比大约是20。热管22从其蒸发器端部34朝向其冷凝器端部36延伸。热管22呈L形，具有在蒸发器端部34和冷凝器端部36之间的肘弯部38。蒸发器端部34靠在半导体芯片20上，并利用装置24被夹在半导体芯片20上。肘弯部38和冷凝器端部36远离半导体芯片20，并利用装置26固定到母板12上。
如图2所示，每个装置26包括相应的金属热管支撑和接地元件42，相应的上金属热管紧固螺丝44，以及相应的下金属热管紧固螺丝46。元件42具有上接地端部44，下接地端部46，以及导电部分48，通过所述导电部分电流可以在接地端44和46之间流通。通过元件42从接地端44到接地端46形成有有螺纹的孔50。每个紧固螺丝44或46包括各自的头部54和与头部54连接的各自的体部56。在体部56上形成有螺纹58。
母板12包括夹在两层62之间的接地平面60。在母板12上形成有多个热管接地焊盘64。每个热管接地焊盘64和每个装置26对齐。每个热管接地焊盘64和接地平面60相连。
热管22由由下半部70和上半部72构成。上半部72和下半部70在边沿74上被相互焊接在一起。上半部72和下半部70共同限定一个热管腔体76。
下半部70具有座部74，其朝向上半部72凹陷，上半部72具有座部76，其朝向下半部70凹陷。座部76和74相互接触并互为依靠。座部74具有构成接地接触部分和座80的下表面，座部76具有构成座82的上表面。通过座部74和76形成一对紧固件开口84。用类似方式，沿着热管22的长度形成多个座80和82，各对座和各自的一个装置26对齐。
散热片30由金属片90构成。金属片90具有多个相邻的带92。带92以折扇的方式相互折叠。在相邻的带92之间限定各个间隙94。每对带92形成相应的散热片30。
如图3所示，片90位于冷凝器端部46的下半部70的下表面上。然后利用多个焊点96把片焊在下半部70上。
图4所示是图2中的元件被部分装配之后的情况。元件42的接地端46位于热管接地焊盘64的顶上。下半部70的座80位于元件42的接地端44的顶上。上部热管紧固件44的体部56通过紧固件孔84插入，其上的螺纹和有螺纹的孔50的上部的螺纹接合。头部54安置在座82上。当紧固螺丝44被旋入有螺纹的孔50中时，因为座部74和76已经相互接触，所以能够阻止上半部72和下半部70彼此相对塌陷。借以阻止当紧固螺丝44被旋入有螺纹的孔中时，破坏热管22。
下紧固螺丝46的体部56被插入母板12中的孔100中，其上的螺纹58和有螺纹的孔50的下部的螺纹接合。头部46安置在母板12的下表面上。利用元件42和紧固螺丝44、46把热管22固定在母板12上。电流沿着从热管22通过元件42和热管接地焊盘64的路径在热管22和接地平面60之间流通。
再次参看图1，第一装置26通过散热片30设置。第二和第三装置26位于冷凝器端部的散热片30的相对侧上。第四装置26位于肘弯部38。第五装置26位于肘弯部38和半导体芯片20之间。热管22的整个长度由5个装置26悬在母板12的纵向上方。
风扇装置28包括风扇壳体102和被可转动地安装在风扇壳体102内的风扇104。风扇壳体102具有入口106和出口108。风扇104的转动使空气吸入入口106，从出口108排出。风扇壳体102被安装在母板12的这样一个位置，使得从出口108排出的空气通过散热片30。
下面参照图1和图5进一步说明装置24。装置24包括4个夹持支撑元件112，平板夹114，4个上部夹持紧固螺丝116，和4个下部夹持紧固螺丝118(在图5中示出了一个下部夹持紧固螺丝118)。
每个夹持支撑元件112具有底部122，和彼此相对的支撑部分124。通过夹持支撑元件112的纵向形成有有螺纹的孔126。支撑部分的顶面形成上接地端128。底部122的底面形成下接地端130。
在母板12的上表面上形成4个夹持接地焊盘132。每个接地焊盘132和接地平面60相连。夹持接地焊盘132位于插座14的拐角附近。每个夹持支撑元件112被这样设置，使其各自的下接地端130位于相应夹持接地焊盘132上。
下电磁辐射屏蔽134紧靠母板112的下表面，各个下夹持紧固螺丝112通过屏蔽134的孔被插入，并被固定在有螺纹的孔126的下部上。各个下夹持螺丝118被固定到各个夹持支撑元件112上的方式和图2中的下紧固螺丝46被固定到元件42上的方式类似。
平板夹114具有一个中夹区域，其上具有一个形成热管接触部分140的凹坑。通过平板夹114形成4个夹持接地接触孔141，其中的每一个位于平板夹104的各个拐角处。
平板夹104被这样设置，使得热管接触部分140靠在半导体芯片20的正上方的热管22的上表面上。各个夹持接地接触孔142和各个夹持支撑元件112中的相应有螺纹的孔126对准。各个上夹持紧固螺丝116然后被插入各个夹持接地接触孔142中。上夹持紧固螺丝116位于平板夹114的上方，上夹持紧固螺丝116的体部利用螺纹和有螺纹的孔126的上部接合。利用上紧固螺丝116将平板夹114固定到夹持支撑元件112上。
平板夹114，上紧固螺丝116和夹持支撑元件112都由金属构成，因而是导电的。电流可以通过从平板夹114经上夹持紧固螺丝116，夹持支撑元件112和夹持接地焊盘132的路径流通。
在平板夹114和接地端128之间提供有一定程度的间隙。使得当上夹持紧固螺丝116被旋入夹持支撑元件112时，平板夹114的拐角向下偏移。平板夹114的偏移受到由热管接触部分140在热管22的上表面上施加的夹持弹力F1的反抗。一个相等和相反的力F2由半导体芯片20施加到热管22的下表面上。力F1确保在热管接触部分140和热管22之间的良好的电接触，使得电流可以在热管22和平板夹114之间流通。
力F1和F2趋于使热管22塌陷，因而趋于减少在半导体芯片20和热管接触部分140之间的区域的热管22的空腔76的尺寸。一个插入物142被设置在半导体芯片20和热管接触部分140之间的位置处的热管22的空腔76内。插入物142具有靠着热管22的上半部72的上表面和靠着热管22的下半部70的下表面。插入物142阻止上半部172朝向下半部174运动，从而保持空腔76的尺寸。
如图6所示，插入物142包括4个细长的元件144。细长的元件144具有在公共位置146相连的端部，并从公共位置146延伸形成十字。热管22沿着延长的方向148延伸，插入物142基本上位于沿着延长的方向148延伸的热管22的相对的边沿150之间中心的位置。流体可以完全在插入物142周围流动。插入物142由导热的金属制成。半导体芯片20的相当大的面积未被插入物142覆盖。
在使用中，当电流通过半导体芯片20时，其产生热量。所述热量被传递到热管22的蒸发器端部34。所述的热量蒸发在蒸发器端部34处的热管22的内表面上的虹吸芯层(未示出)上的流体。然后蒸发的流体从蒸发器端部34流到冷凝器端部36(图1)。热量从冷凝器端部36传递到散热片30。从风扇装置78吹到散热片30的上方的空气通过对流使热量传递到环境中。
从冷凝器端部36传走热量使得蒸发的流体凝结在虹吸芯层上。然后，凝结的流体从冷凝器端部36流回蒸发器端部34，此后，凝结的流体再次被蒸发。
半导体芯片20的操作还使得从半导体芯片20发出电磁辐射。所述电磁辐射在热管22内产生交变电流。如果热管22不接地，其中的交变电流可以引起从热管22向周围环境的电磁辐射。这种从热管22发出的电磁辐射是不想要的，因为它们干扰附近的元件的操作，并且还有法律方面的原因。
不过，在热管22中的交变电流被传递到接地平面60，接地平面60又可以和接地插座(未示出)相连。因为热管22是接地的，所以交变电流不会使得从热管22产生电磁辐射。蒸发器端部34通过平板夹114、夹持支撑元件112以及夹持接地焊盘132接地。热管22的其它部分，包括肘弯部38和冷凝器端部36都通过相应的装置26接地到一个相应的热管接地焊盘64(图1，2和4)。
因而可以看出，电子装置10利用热管22提供了对于半导体芯片20的冷却。热管22的结构上的整体性由于插入物142以及因为座部分74和76相互接触而得到保证。在热管22上的交变电流在热管的各个位置被传导到地上，从而使电磁辐射最小。
虽然结合附图说明了示例的实施例，但是应当理解，这些实施例只是用于示例说明本发明，而不是用于限制本发明，并且，本发明不限于所述的特定的结构和布置，这是因为，本领域普通技术人员可以作出许多改变和改型。

Claims (22)

1.一种电子装置，包括：
由包括接地平面的多个层构成的载体基板；
在所述载体基板上并和所述接地平面电连接的第一热管接地焊盘；
安装在所述载体基板上的半导体芯片；
热管，其具有和所述半导体芯片相邻的蒸发器部分，远离所述半导体芯片的冷凝器部分，以及远离所述半导体芯片的第一热管接地接触部分；以及
第一热管接地元件，其具有和所述第一热管接地接触部分电气相连的一个接地端，和第一热管接地焊盘电气相连的另一个接地端，以及用于在其接地端之间传导电流的导电部分。
2.按照权利要求1所述的电子装置，还包括：
在载体基板上并和接地平面电气相连的第二热管接地焊盘，所述热管具有远离半导体芯片的第二热管接地接触部分；以及
第二热管接地元件，其具有和第二热管接地接触部分电气相连的一个接地端，和第二热管接地焊盘电气相连的另一个接地端，以及用于在所述接地端之间传导电流的导电部分。
3.按照权利要求1所述的电子装置，还包括：
夹持支撑元件，其具有连附于戴体基板上的底部和远离载体基板的支撑部分；以及
夹持部件，其具有和支撑部分相连的底部和与热管电气相连的热管接触部分，所述夹持支撑元件和所述夹持部件一道用于保持热管和所述半导体芯片电气相连。
4.。按照权利要求3所述的电子装置，其中所述夹持部件和所述接地平面电气相连。
5.按照权利要求4所述的电子装置，还包括：
在载体基板上的第一夹持接地焊盘，所述夹持部件通过所述夹持支撑元件和第一夹持接地焊盘电气相连。
6.按照权利要求5所述的电子装置，其中所述夹持部件具有第一夹持接地接触部分，所述夹持支撑元件具有和第一夹持接地接触部分电气相连的一个接地端，和第一夹持接地焊盘电气相连的另一个接地端，以及用于在其接地端之间传导电流的导电部分。
7.按照权利要求3所述的电子装置，还包括：
在蒸发器部分内部的插入物，所述插入物位于热管接触部分和半导体芯片之间，用于阻止由于作用在热管上的夹持力而引起的热管的塌陷。
8.按照权利要求7所述的电子装置，其中所述热管具有沿其纵向延伸的相对边沿，并且所述插入物位于所述边沿之间的基本上中间的位置。
9.按照权利要求7所述的电子装置，其中所述插入物包括：
至少3个细长的元件，所述元件具有在一个公共位置连接的并离开所述公共位置延伸的端部。
10.按照权利要求9所述的电子装置，其中所述插入物具有至少4个形成十字形的元件。
11.按照权利要求7所述的电子装置，其中所述夹持力是由至少一个所述夹持部件和夹持支撑元件施加的弹性力。
12.按照权利要求1所述的电子装置，其中所述热管包括：
相对的半个部分，第一半个部分具有朝向第二半个部分凹陷的第一座，所述第一热管接地元件是第一热管支撑和接地元件，其具有和所述第一座相连的一端以及和载体基板相连的另一端。
13.按照权利要求12所述的电子装置，其中其上形成有第一座的第一半个部分的第一座部分靠在第二半个部分的第一部分上，
14.按照权利要求12所述的电子装置，其中所述的第二半个部分具有朝向所述第一半个部分的第一座凹陷的第一座。
15.按照权利要求14所述的电子装置，其中在其上形成有第一半个部分的第一座的第一半个部分的第一座部分靠着在其上形成有第二半个部分的第一座的第二半个部分的第一座部分。
16.按照权利要求12所述的电子装置，其中通过第一半个部分的第一座和第二半个部分形成第一紧固件孔，还包括：
具有头部和体部的第一紧固件，所述体部通过第一紧固件孔被插入，并和第一热管支撑和接地元件接合。
17.按照权利要求16所述的电子装置，其中在第一紧固件的体部上的螺纹与第一热管支撑和接地元件上的螺纹通过螺纹接合。
18.按照权利要求1所述的电子装置，还包括：
多个散热片，它们和所述冷凝器部分呈热连接。
19.按照权利要求18所述的电子装置，其中所述散热片位于所述热管和载体基板之间。
20.按照权利要求18所述的电子装置，其中所述散热片由金属片制成，具有多个彼此折叠的带。
21.按照权利要求18所述的电子装置，还包括：
至少一个用于使散热片和冷凝器部分连接的焊接点。
22.按照权利要求18所述的电子装置，还包括：
风扇装置，其包括具有入口和出口的风扇壳体，以及在所述壳体中的风扇，用于把空气通过入口吸入所述壳体，并通过出口排出空气，所述壳体被定位成把空气引导到散热片上方。
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