CN111370378A - 一种芯片散热器 - Google Patents

一种芯片散热器 Download PDF

Info

Publication number
CN111370378A
CN111370378A CN202010184623.4A CN202010184623A CN111370378A CN 111370378 A CN111370378 A CN 111370378A CN 202010184623 A CN202010184623 A CN 202010184623A CN 111370378 A CN111370378 A CN 111370378A
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
pcb
metal
chip
pcb frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010184623.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111370378B (zh
Inventor
肖立杨
陈万军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202010184623.4A priority Critical patent/CN111370378B/zh
Publication of CN111370378A publication Critical patent/CN111370378A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111370378B publication Critical patent/CN111370378B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种芯片散热器。散热器由PCB边框与散热金属片构成。PCB边框尺寸与对应需要散热芯片的PCB样式相同，PCB边框焊盘区侧面镀有金属，连通上下表面金属层。PCB边框焊盘区表面根据焊盘尺寸打有适当大小的通孔。PCB边框中间有镂空区，可与金属散热片嵌合，嵌合后金属散热片与PCB边框上下表面平齐。芯片焊接在PCB边框上后，再作为整体焊接到电路的PCB中。金属散热片作为中间夹层，将热量传导到散热片外部的散热器上和电路PCB的表面，使芯片的主要散热面兼顾两种散热方式，提高散热效率。

Description

一种芯片散热器
技术领域
本发明涉及散热器领域，尤其涉及一种芯片散热器。
背景技术
随着电子产品的高度集成化，产品尺寸越来越小，同时也伴随着诸多问题。温度过高导致器件失效就是其中之一。为解决这一问题，目前主流散热方式有三大类，分为普通散热器散热，风扇、水冷散热及半导体制冷片散热。普通散热器的原理是通过增大散热面积来降低对流换热热阻。散热风扇的原理是增大对流系数来降低热阻，而半导体制冷片的原理是通过Peltier原理，给半导体供电形成热泵做功转移热量。但是三种散热方式都有各自的优缺点。普通散热器结构简单可靠，但是散热量较小。风扇和水冷散热量较大，但对机械结构要求较高，需专门设计，同时体积较大。制冷片结构稳定，但本质上为转移热量，需再加散热结构，同时可能产生冷凝水对电气造成影响。
本发明针对普通散热器结构，进一步提高了散热器散热效率。
对于普通散热器，安装方式通常有两种，一种是直接贴合在芯片表面，一种是贴合到专用散热器上。如图1所示。
由于在多数的芯片封装中，芯片通常只贴合固定在封装内部的某一个面上，而芯片的其它面与封装外壳之间隔有一层气体介质。由于封装内部空间狭窄，气体无法大量流动，这层气体介质的热阻直接等效为等厚度的气体热导率材质的热阻，其热阻值非常大，因此芯片贴合封装的这面成为主要散热面。
通过热分析仿真发现，芯片约有80％的热量是通过该面流向外界的。但是由于主要散热面只有一面，因此该面要么贴合到PCB上通过PCB散热，要么贴合到专用散热片上散热。即主要散热面通常只能通过一种方式进行散热。图1所示的两种散热方法，主要散热面都只有一种散热方式，因此散热效率偏低。
而对于两种方式兼顾的散热，目前有通过在焊接芯片的PCB背面再贴合散热片的做法，如图2所示。但是由于PCB在厚度方向上热导率很低，因此需要在芯片下方的PCB上设计专门的热过孔，同时要求芯片背面PCB无其它电子元件。
发明内容
为解决芯片的主要散热面无法同时采用PCB和散热器散热的问题，本发明通过将散热片安装到芯片与PCB之间，设计了一种兼顾两种散热方式，同时无需专门设计PCB散热，可根据实际情况选择性加入，并对原有电路PCB结构不造成影响的高效芯片散热器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种芯片散热器，包括PCB边框1和金属散热片6，所述PCB边框1两边的外侧具有焊盘区2，另外两边的上层被铣去形成导热槽5，即具有焊盘区2的两边厚度大于另外两边；所述金属散热片6包括嵌合区7与散热区8，且散热区8具有水平面及与水平面形成直角夹角的垂直面，嵌合区7连接在散热区8垂直面的下端，即嵌合区7与散热区8水平面相互平行且相互之间有间距；嵌合区7与散热区8连接的一端及嵌合区7的另一端具有凹槽，该凹槽与导热槽5相契合，即通过凹槽金属散热片6与PCB边框1整体契合，嵌合区7整体嵌入PCB边框1中，同时嵌合区7的表面与PCB边框1具有焊盘区2的两边表面齐平，即嵌合区7的厚度与PCB边框1具有焊盘区2的两边以及焊盘区2的厚度一致，所述焊盘区2的侧面镀有金属。
本发明总的技术方案，主要是将如图1所示的普通散热器安装方式进行改进，贴合到芯片的下表面(主要散热面)，再整体焊接到电路PCB中。PCB边框与金属散热片嵌合为一个整体，连接了芯片与电路的电气结构，避免芯片因贴合金属散热片发生短路。由于金属散热片拥有很高的热导率，不会阻碍芯片通过电路PCB散热的途径，同时还能将一部分热量由散热器向外引出。所述金属散热器散热区8可再根据实际电路布局情况，选择平面型或U型结构，金属散热片表面可再贴合普通散热器加强散热。由于本发明散热器贴合芯片的下表面为主要散热面，相比普通散热器直接贴合到芯片上表面，散热效率将大大提高。
进一步的，所述焊盘区2中具有通孔3；该方案是应对直插式引脚的芯片。
本发明的有益效果为，通过将散热器结构设计贴合到芯片的主要散热面上，使芯片兼顾PCB散热和散热器散热两种散热方式的同时，提升了散热器向外散热的效率。同时本发所设计的散热器可根据电路实际布局情况，通过改变延伸区形状灵活加入，无需提前设计PCB散热结构。
附图说明
图1是普通散热器安装示意图；
图2是PCB背面安装散热器示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图中1.PCB边框，2.PCB边框焊盘区，3.PCB边框焊盘区通孔，4.PCB边框镂空区，5.PCB边框导热槽，6.金属散热片，7.金属散热片嵌合区，8.金属散热片散热区；
图4是本发明组装结构示意图；
图5是本发明的两种可行结构示意图；
图6是本发明优化效果仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图进行进一步说明。
一种高效芯片散热器，如图3所示，包括PCB边框1和金属散热片5。所述PCB边框1尺寸与对应需要散热芯片的PCB样式相同。所述PCB边框1的焊盘区2与芯片对应PCB样式的焊盘区相同。所述PCB边框焊盘区2侧面镀有金属，连通上下表面金属层。所述PCB边框焊盘区2打有通孔3。所述PCB边框1的中间为镂空区4。所述PCB边框1在无焊盘方向铣去一定厚度作为金属散热器导热槽5，导热槽5的宽度为PCB边框1在无焊盘方向的内边长。所述金属散热片6分为嵌合区7与散热区8。所述金属散热片嵌合区7与PCB边框中间镂空区4和导热槽5为互补关系，嵌合后与PCB边框1上下表面平齐。所述金属散热片散热区8与嵌合区7构成U型结构，U型中空厚度由对应芯片厚度决定。
PCB边框1厚度根据实际芯片尺寸及发热量决定，对于面积在6cm*6cm尺寸内的一般芯片，PCB边框1厚度可取为2—5mm。PCB边框镂空区4面积根据实际芯片尺寸决定，镂空后保留PCB边框除焊盘区外各处宽度为2—5mm。PCB边框1至少开有一个方向的导热槽5，导热槽5厚度根据实际芯片尺寸决定，在对应PCB边框厚度下可取为1.5—4.5mm。PCB边框导热槽5宽度在无芯片引脚方向尽可能取为PCB边框的某一整个内边长。对于四面皆有引脚的芯片，在不与芯片引脚发生结构干涉的情况下可沿对角线方向开出导热槽，尺寸根据实际芯片引脚尺寸决定。
PCB边框焊盘区2镀层金属厚度与实际芯片对应功率(电流)下的PCB样式金属层厚度相同。焊盘区通孔3大小与实际直插式芯片对应的PCB引脚孔径相同。
金属散热片散热区8与嵌合区7为一个整体零件。金属散热片散热区8厚度根据实际散热情况决定，至少取与PCB边框相同的厚度。
金属散热片散热区8除厚度条件外，外形可根据实际电路元件的布局决定，可延伸为平面型，垂直型或U型。其延伸长度在2倍对应芯片最长边之下，扩展面积在3倍对应芯片尺寸面积之下。
芯片对应PCB样式包括但不局限为贴片类型，也可为直插类型，PCB边框焊盘的实质意义即为连通芯片与电路的电气特性。
通过有限元仿真得到芯片在三种散热方式下的热阻，如图6所示。其中(a)为贴合到芯片上表面的普通散热器结构，热阻为17.2k/W；(b)为本发明贴合到芯片下表面(主要散热面)的U型散热器结构，热阻为12.7k/W；(c)为本发明的平面型散热器结构，热阻为12.1k/W。

Claims (2)

1.一种芯片散热器，包括PCB边框(1)和金属散热片(6)，其特征在于：所述PCB边框(1)两边的外侧具有焊盘区(2)，另外两边的上层被铣去形成导热槽(5)，即具有焊盘区(2)的两边厚度大于另外两边；所述金属散热片(6)包括嵌合区(7)与散热区(8)，且散热区(8)具有水平面及与水平面形成直角夹角的垂直面，嵌合区(7)连接在散热区(8)垂直面的下端，即嵌合区(7)与散热区(8)水平面相互平行且相互之间有间距；嵌合区(7)与散热区(8)连接的一端及嵌合区(7)的另一端具有凹槽，该凹槽与导热槽(5)相契合，即通过凹槽金属散热片(6)与PCB边框(1)整体契合，嵌合区(7)整体嵌入PCB边框(1)中，同时嵌合区(7)的表面与PCB边框(1)具有焊盘区(2)的两边表面齐平，即嵌合区(7)的厚度与PCB边框(1)具有焊盘区(2)的两边以及焊盘区(2)的厚度一致，所述焊盘区(2)的侧面镀有金属。
尺寸与对应需要散热芯片的PCB样式相同。所述PCB边框的芯片焊盘区(2)与对应芯片PCB样式的焊盘区相同。所述PCB边框焊盘区(2)侧面镀有金属，连通上下表面金属层。所述PCB边框焊盘区(2)根据焊盘尺寸打有适当大小通孔(3)。所述PCB边框1的中间为镂空区(4)。所述PCB边框在无焊盘方向铣去一定厚度作为导热槽(5)。所述金属散热片包括嵌合区(7)与散热区(8)。所述金属散热片嵌合区(7)与PCB边框中间镂空区域(4)和导热槽(5)为互补关系，嵌合后与PCB边框上下表面平齐，芯片底部可贴合金属散热片嵌合区(7)上表面，同时焊接在PCB边框上。所述金属散热片散热区(8)为除嵌合区(7)外的其它金属散热片所有区域。
2.根据权利要求1所述的一种芯片散热器，其特征在于：所述焊盘区(2)中具有通孔(3)。
CN202010184623.4A 2020-03-17 2020-03-17 一种芯片散热器 Active CN111370378B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010184623.4A CN111370378B (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种芯片散热器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010184623.4A CN111370378B (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种芯片散热器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111370378A true CN111370378A (zh) 2020-07-03
CN111370378B CN111370378B (zh) 2022-08-05

Family

ID=71206838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010184623.4A Active CN111370378B (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种芯片散热器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111370378B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112958870A (zh) * 2021-02-22 2021-06-15 南京冠然金属制品有限公司 一种便携式电焊机
CN114364125A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种双面布置器件的厚膜混合集成电路及其生产方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5270572A (en) * 1991-06-26 1993-12-14 Hitachi, Ltd. Liquid impingement cooling module for semiconductor devices
KR970030690A (ko) * 1995-11-15 1997-06-26 황인길 Bga 반도체 패키지의 열방출 구조
EP0989606A2 (en) * 1998-09-22 2000-03-29 Mitsubishi Materials Corporation Power module substrate, method of producing the same, and semiconductor device including the substrate
US6097603A (en) * 1997-10-22 2000-08-01 Thermalloy, Incorporated Heat sink for direct attachment to surface mount electronic device packages
US20020079593A1 (en) * 2000-06-26 2002-06-27 Huang Chien Ping Semiconductor package having heat sink attached to substrate
JP2004006791A (ja) * 2002-04-12 2004-01-08 Denso Corp 電子制御装置及びその製造方法
US20040099944A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Nec Electronics Corporation Semiconductor device
CN205452264U (zh) * 2016-01-04 2016-08-10 中兴通讯股份有限公司 一种芯片散热器
CN106898591A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种散热的多芯片框架封装结构及其制备方法
JP2017157713A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 株式会社ジェイテクト 半導体装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5270572A (en) * 1991-06-26 1993-12-14 Hitachi, Ltd. Liquid impingement cooling module for semiconductor devices
KR970030690A (ko) * 1995-11-15 1997-06-26 황인길 Bga 반도체 패키지의 열방출 구조
US6097603A (en) * 1997-10-22 2000-08-01 Thermalloy, Incorporated Heat sink for direct attachment to surface mount electronic device packages
EP0989606A2 (en) * 1998-09-22 2000-03-29 Mitsubishi Materials Corporation Power module substrate, method of producing the same, and semiconductor device including the substrate
US20020079593A1 (en) * 2000-06-26 2002-06-27 Huang Chien Ping Semiconductor package having heat sink attached to substrate
JP2004006791A (ja) * 2002-04-12 2004-01-08 Denso Corp 電子制御装置及びその製造方法
US20040099944A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Nec Electronics Corporation Semiconductor device
CN106898591A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种散热的多芯片框架封装结构及其制备方法
CN205452264U (zh) * 2016-01-04 2016-08-10 中兴通讯股份有限公司 一种芯片散热器
JP2017157713A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 株式会社ジェイテクト 半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112958870A (zh) * 2021-02-22 2021-06-15 南京冠然金属制品有限公司 一种便携式电焊机
CN112958870B (zh) * 2021-02-22 2022-09-16 南京冠然金属制品有限公司 一种便携式电焊机
CN114364125A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种双面布置器件的厚膜混合集成电路及其生产方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111370378B (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101102655A (zh) 散热装置
CN111370378B (zh) 一种芯片散热器
KR101152297B1 (ko) 엘이디조명등
JP2013143488A (ja) 直交する２組の放熱フィンを有する放熱用ヒートシンクを備えたサーボアンプ
JP7118186B2 (ja) 放熱装置
CN103369932A (zh) 一种功率器件散热器的散热片排布方法及散热器
CN210053642U (zh) 电路板的散热构件及电子设备
CN210399236U (zh) 散热构件、散热器和空调器
CN110043974B (zh) 一种散热器、空调室外机和空调器
CN210014475U (zh) 一种散热器、空调室外机和空调器
CN110043973B (zh) 一种散热器、空调室外机和空调器
CN113225934B (zh) 算力板及其制造方法
CN111384011A (zh) 散热装置及方法
CN114679896A (zh) 一种瓦片式tr组件热管式风冷散热器
CN209880587U (zh) 一种散热器
CN210399239U (zh) 一种散热构件、散热器、空调室外机和空调器
CN220383421U (zh) 电源供应器
CN220528445U (zh) 散热器
JP3217757B2 (ja) ヒートシンクとそれを用いた冷却構造
CN217086851U (zh) 一种瓦片式tr组件热管式风冷散热器
CN217445711U (zh) 高导热散热结构组件
CN214705906U (zh) 一种用于电子系统中高功耗芯片的风冷散热模组
CN216795571U (zh) 一种电路板铝合金散热片
CN219937040U (zh) 散热模组
CN210399250U (zh) 电控组件、散热组件和空调器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant