CN1307858C - 功能模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功能模块及其制造方法，其中功能模块包括一电路板、一第一元件、一第二元件、一平坦化构件和一平板式散热元件，电路板具有一表面，第一元件和第二元件均设置于表面上，且第二元件的高度大于第一元件的高度，平坦化构件具有一平坦面，且以包围第一元件和第二元件的方式设置于表面上，而平坦面的高度大于或等于第二元件的高度，平板式散热元件设置于平坦面上。其制造方法包括：提供一电路板以及一平板式散热元件，电路板上设有多个高度不一的元件；将一平坦化构件设置于电路板上，且平坦化构件包围元件；使平坦化构件形成一平坦面，且平坦面的高度大于或等于元件中高度最高的元件的高度；将平板式散热元件设置于平坦面上。

Description

功能模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种功能模块及其制造方法，特别是有关于一种可在其上设有多个高度不一的元件的电路板上，轻易地设置平板式散热元件的方法。

背景技术

随着半导体工艺的进步，电子元件的工作速度越来越快，更多功能被整合至单一元件中，因而造成元件散热、信号品质、及电磁辐射防护等设计上的困难。

一般而言，电子元件之间通常是经由电路板来完成彼此信号的连接，请参考图1A和图1B，在计算机系统10中，中央处理器(CPU)1、芯片组(Chipset)2、绘图处理器或绘图接口(GPU or AGP)3、以及存储器(DRAM)4等电子元件均被设置在由印刷电路板制成的主机板7上，且配置于主机板上不同的区域。上述这些电子元件在工作时都会产生热，为了解决其散热的问题，现有所采取的手段是针对每一个元件分别提出解决方案。

以往针对计算机系统中各高发热元件所采用的散热方式如下：中央处理器经常使用的散热元件是散热鳍片、热管加上风扇，而芯片组、绘图处理器经常使用的散热元件则是散热鳍片及/或风扇。如果想同时有效解决主机板上这些高发热元件的散热问题，上述的解决方式已无法满足这样的散热需求，因此必须引入更有效率的散热元件。但这些更有效率的散热元件通常只适用于平坦表面，即，如果要将这些散热元件运用于前述的高发热元件之上，则将面对如何将上述的高效率散热元件应用于散布在主机板上的各高发热元件，以及如何解决主机板上各高发热元件之间高度差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能模块及其制造方法，其可利用平坦化的材料，将其内设置的多个高度不一的元件的电路板平坦化，从而可轻易地设置平板式散热元件。

本发明的另一目的在于利用平坦化材料的高导热特性，使电路板上各元件的温度均匀分布，且与现有方法相比较，也具有较低的成本和高度。

根据本发明，其提供一种功能模块，其包括一电路板、一第一元件、一第二元件、一平坦化构件、以及一平板式散热元件；电路板具有一表面，第一元件和第二元件均设置于表面上，且第二元件的高度比第一元件的高度高；平坦化构件具有一平坦面，且以包围第一元件和第二元件的方式设置于表面上，而平坦面的高度大于或等于第二元件的高度；平板式散热元件设置于平坦面上。

在一优选实施例中，平坦化构件的材质可以是热固性聚合物。

另外，平坦化构件的材质也可以是聚酰亚胺、硅酮(Silicone)。

在另一优选实施例中，平坦化构件中还可混入一导热材料，且该导热材料可以是氮化铝、碳化硅、氮化硼、或氧化锌。

在另一优选实施例中，平坦化构件的热传导系数大于O.5w/m·°K是优选地。

在另一优选实施例中，平坦化构件还包括两保护膜，其分别以可拆离的方式设置于平坦化构件的两相反侧，或是将平坦化构件的一侧直接粘着在平板式散热元件上。

应了解的是平板式散热元件可以是平板式热管、微型散热鳍片、蒸气腔室、或水冷式元件，而第一元件可以是一无源或有源元件，且第二元件可以是一中央处理器。

本发明还提供一种功能模块的制造方法，其包括下列步骤：首先，提供一电路板、以及一平板式散热元件，其中电路板上设有多个高度不一的元件，接着，将一平坦化构件设置于电路板上，且平坦化构件包围元件，然后，使平坦化构件固化而形成一平坦面，且平坦面的高度大于或等于元件中高度最高的元件的高度，最后，设置平板式散热元件于平坦面上。

在一优选实施例中，平坦化构件可由热固性聚合物、聚酰亚胺、硅酮、或热传导系数大于0.5W/m·°K的材料制成。

在另一优选实施例中，平坦化构件可由热固性聚合物、聚酰亚胺、或硅酮混入导热材料制成，而导热材料可以是氮化铝、碳化硅、氮化硼、或氧化锌是优选地。

在另一优选实施例中，平坦化构件可由两保护膜所包覆，且保护膜分别以可拆离的方式设置于平坦化构件的两相反侧，或是将平坦化构件的一侧直接粘在平板式散热元件的一侧。

而且，在将平坦化构件设置于电路板上之前，将保护膜中的一个与平坦化构件分离，且在使平坦化构件固化之前或之后，将保护膜中的另一个与平坦化构件分离。

应了解的是平板式散热元件可以是平板式热管、微型散热鳍片、蒸气腔室、或水冷式元件。

在另一优选实施例中，使平坦化构件固化的步骤藉由加热、红外线照射、或紫外线照射平坦化构件的方式来进行。在制作功能模块的过程中，也可以使平坦化构件保持胶态(果冻状态)以进行后续的步骤，然而使平坦化构件固化或呈胶态则是根据其使用目的而定。

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A是现有计算机系统的示意图；

图1B是图1A中计算机系统的侧视图；

图2是将一平板式散热元件设置于功能模块上的示意图；

图3是将一平板式散热元件以及一高度补偿机构设置于功能模块上的示意图；

图4A～4C是本发明的功能模块的制造方法的第一实施例的示意图；

图5A是图4B中的平坦化构件的一变形例的示意图；

图5B是图4B中的平坦化构件的一变形例的示意图；以及

图6A～6C是本发明的功能模块的制造方法的第二实施例的示意图。

附图标记说明

1    中央处理器       2     芯片组

3    绘图处理器       4     动态随机存储器

5    电阻             6     电容

7    主机板           10    计算机系统

20   平板式散热元件   30    高度补偿机构

100  第一功能模块     110   电路板

111  表面        120   第一元件

130  第二元件    140   平坦化构件

141  平坦面      150   平板式散热元件

161  第三元件    162   第四元件

163  第五元件    200   第二功能模块

210  平坦化组件  211   平坦化构件

212a 第一保护膜  212b  第二保护膜

具体实施方式

第一实施例

本发明使用一平坦化构件以解决主机板上各元件之间高度差的问题，并引入诸如：平板式热管、蒸气腔室(Vapor Chamber)、微型散热鳍片(MicroFin)、水冷式元件(Water Cooling)等高效率的平板式散热元件，以同时解决主机板上各元件的散热问题。

请参阅图2，其显示将一平板式散热元件20配置在由中央处理器1、芯片组2、绘图处理器3、存储器4、电阻5、电容6及主机板7所构成的计算机系统10上的示意图。由于各元件的高度不同，因此平板式散热元件20无法同时有效地将各元件产生的热传递至系统之外。请参阅图3，为解决各元件之间高度差的问题，可使用一配合不同元件高度的补偿机构30作为平坦化构件，将其配置于计算机系统10上，使其与各主要元件(如中央处理器1、北桥芯片2、绘图芯片3)热传导连接，然后再将平板式散热元件20配置在补偿机构30上。

为了同时且有效地将计算机系统中各高发热元件所产生的热传递至系统之外，在本发明的实施例中，可将这些高发热元件集中于主机板的特定区域，或者是将这些高发热元件模块化，再使用平坦化构件及高效率的平板式散热元件，以克服各元件之间高度差的问题并同时解决各高发热元件的散热问题。

图4A～4C显示本发明的功能模块的制造方法的第一实施例，其包括下列步骤：首先，提供如图4A所示的一电路板110、以及如图4C所示的一平板式散热元件150，其中电路板110上设有多个高度不一的元件120、130、161、162、163，具体地，电路板110例如是已利用表面贴装技术(SMT)安装所需元件于其上的成品，且该电路板110已进行过所需的功能测试；接着，如图4B所示，将一平坦化构件140设置于电路板110上，且平坦化构件140包围元件120、130、161、162、163，应注意的是在本实施例中，平坦化构件140可以是一高分子材料，藉此平坦化构件140可具有相当的流动性，从而可有效地填入电路板110上各元件120、130、161、162、163间的空隙；然后，使平坦化构件140形成一平坦面141，且平坦面141的高度大于或等于元件中高度最高的元件130的高度，应注意的是使平坦化构件140形成一平坦面141的方法包括使平坦化构件140固化或者是使平坦化构件140保持胶态，而固化的步骤可藉由加热烘烤、红外线照射、或紫外线照射平坦化构件140的方式来进行；最后，将平板式散热元件150设置于平坦面141上，即可完成本实施例的第一功能模块100，该第一功能模块100也可被视为主机板上各高发热元件集中的区域。

由于平坦化构件140位于平板式散热元件150和元件120、130、161、162、163之间，为了防止电路板110上的各元件120、130、161、162、163短路，平坦化构件140必须具有良好的电绝缘性，由具有高电阻率的绝缘材料制成是优选地，其材质例如是：热固性聚合物、聚酰亚胺(Polyimide)、硅酮(Silicone)等。

为了增加功能模块100整体的温度均匀性，平坦化构件140除了必须具有良好的电绝缘特性之外，还需要具备良好的热传导特性。即，平坦化构件140的材质除了需具有高电阻率外，也需具有高热传导系数，具体地，平坦化构件140可由热传导系数大于0.5W/m·°K的绝缘材料制成。

而且，为防止电路板110上的各元件120、130、161、162、163短路，平坦化构件140必需具有良好的电绝缘性，但为了增加平坦化构件140的导热性，可在其中添加其他物质。平坦化构件140的材质包括绝缘材料，而在绝缘材料中还可以添加高导热的绝缘材料，例如：氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、或氧化锌(ZnO)等具有高热传导系数的陶瓷材料是优选地；应了解的是平坦化构件也可直接选用同时具有高热导系数和高电阻率的材料制成，例如，上述的聚酰亚胺或硅酮。

另外，上述平板式散热元件150是平板式热管、微型散热鳍片、蒸气腔室、或水冷式元件。

而且，平坦化构件140虽然如上述般，具有一定的流动性，但其流动性并不大，因此在平坦化构件140被固化前，并不会溢出电路板110的表面111之外，当然为了确保防止上述现象发生，也可在电路板110的周边设置挡板(未图示)等构件，本领域内的技术人员可轻易推知，在此并不详细说明。

藉由上述制造方法所得到的第一功能模块100即如图4C所示，其包括一电路板110、一第一元件120、一第二元件130、一平坦化构件140、一平板式散热元件150、以及第三至第五元件161、162、163；电路板110具有一表面111，第一元件120和第二元件130均设置于表面111上，且第二元件130的高度大于第一元件120的高度；平坦化构件140具有一平坦面141，且以包围第一元件120、第二元件130、以及第三至第五元件161、162、163的方式设置于表面111上，而平坦面141的高度大于或等于第二元件130的高度，平板式散热元件150设置于平坦面141上。

应了解的是上述第一元件120可以是高度较低的有源或无源元件，而第二元件130可以是高度较高的有源或无源元件，例如是中央处理器。

如上所述，本实施例利用电路板在元件完成表面贴装(SMT)后，加上平坦化构件以使功能模块平坦化的工艺，消除各元件之间的高度差，使平板式散热元件能轻易地架构在该功能模块之上，并具有使温度均匀和传递热量的作用，且不需加上高度差补偿机构。

另外，利用平坦化材料的高导热特性，帮助功能模块的温度均匀分布，该方法与使用高度补偿机构相比较，也具有较低的成本和高度。

第二实施例

图6A～6C显示本发明的功能模块的制造方法的第二实施例，其包括下列步骤：首先，提供如图4A所示的电路板110、以及如图4C所示的平板式散热元件150，其中电路板110和平板式散热元件150均与第一实施例相同，在此省略其详细说明，并用相同的标记表示；接着，提供如图5A所示的平坦化组件210，应注意的是在本实施例中，平坦化组件210可以是一三明治结构，其由一平坦化构件211和包覆平坦化构件211的第一和第二保护膜212a、212b制成，且第一和第二保护膜212a、212b分别以可拆离的方式设置于平坦化构件211的两相反侧，即，两保护膜212a、212b均可被撕去，另外，应了解的是平坦化构件211的材料特性与上述第一实施例的平坦化构件140相同，在此省略其详细说明；然后，如图6A所示，将平坦化组件210的第一保护膜212a撕去，且将电路板110与平坦化构件211压合，使平坦化构件211包围元件120、130、161、162、163，如图6B所示；然后，使平坦化构件211固化而形成一平坦面213，或者使平坦化构件211保持胶态并形成一平坦面213；最后，将平坦化组件210的第二保护膜212b撕去，如图6C所示，再将平板式散热元件150设置于平坦面213上，即可完成本实施例的第二功能模块200，如图4C所示。应了解的是将平坦化组件210的第二保护膜212b撕去的步骤，可在使平坦化构件211固化之前或之后来进行。

此外，平坦化构件211也可直接搭配平板式散热元件150使用，如图5B所示，以平板式散热元件150取代图5A中的第二保护膜212b。应注意的是在本实施例中，平坦化组件210也可以是一三明治结构，其由一平坦化构件211和包覆平坦化构件211的第一保护膜212a与平板式散热元件150制成。与前述说明类似，第一保护膜212a与平板式散热元件150分别设置于平坦化构件211的两相反侧，第一保护膜212a以可拆离的方式设置于平坦化构件211的一侧，并隔着平坦化构件211与平板式散热元件150相对，即，第一保护膜212a可被撕去。另外，应了解的是平坦化构件211的材料特性与上述第一实施例的平坦化构件140相同，在此省略其详细说明。

然后，如图6A所示，并以平板式散热元件150取代图中的第二保护膜212b。首先，将平坦化组件210的第一保护膜212a撕去，且将电路板110与平坦化构件211压合，使平坦化构件211包围元件120、130、161、162、163，如图6B所示；然后，使平坦化构件211固化而形成一平坦面213，或者使平坦化构件211保持胶态并形成一平坦面213；最后，由于平板式散热元件150已设置于平坦面213上，故可完成本实施例的第二功能模块200，如图4C所示。

将本实施例的方法与第一实施例的方法比较后可知，在本实施例中，采用具有三明治结构的平坦化组件来取代第一实施例的平坦化构件，因此本实施例仍可达到与第一实施例相同的功效。

虽然本发明已结合优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作少许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (24)

1.一种功能模块，包括：

一电路板，具有一表面；

一第一元件，设置于该表面上；

一第二元件，设置于该表面上，其中该第二元件的高度大于该第一元件的高度；

一平坦化构件，具有一平坦面，且以包围该第一元件和该第二元件的方式设置于该表面上，其中该平坦面的高度大于或等于该第二元件的高度；以及

一平板式散热元件，设置于该平坦面上。

2.如权利要求1所述的功能模块，其中该平坦化构件的材质是一电绝缘材料。

3.如权利要求2所述的功能模块，其中该电绝缘材料是热固性聚合物。

4.如权利要求3所述的功能模块，其中该电绝缘材料是选自于由聚酰亚胺、及硅酮所组成的族群及其组合。

5.如权利要求2所述的功能模块，其中该平坦化构件中还包括一导热材料。

6.如权利要求5所述的功能模块，其中该导热材料选自于由氮化铝、碳化硅、氮化硼、及氧化锌所组成的族群及其组合。

7.如权利要求1所述的功能模块，其中该平板式散热元件选自于由平板式热管、微型散热鳍片、蒸气腔室、及水冷式元件所组成的族群及其组合。

8.如权利要求1所述的功能模块，其中该第二元件是一中央处理器。

9.一种功能模块的制造方法，包括：

提供一电路板以及一平板式散热元件，其中该电路板上设有多个高度不一的元件；

将一平坦化构件设置于该电路板上，且该平坦化构件包围所述多个元件；

使该平坦化构件形成一平坦面，其中该平坦面的高度大于或等于所述多个元件中高度最高的元件的高度；以及

设置该平板式散热元件于该平坦面上。

10.如权利要求9所述的制造方法，其中形成平坦面的步骤包括使该平坦化构件固化而形成平坦面。

11.如权利要求9或10所述的制造方法，其中该平坦化构件由一电绝缘材料制成。

12.如权利要求11所述的制造方法，其中该平坦化构件是热固性聚合物。

13.如权利要求12所述的制造方法，其中该平坦化构件选自于由聚酰亚胺、及硅酮所组成的族群及其组合。

14.如权利要求11所述的制造方法，其中该平坦化构件还包含一导热材料。

15.如权利要求14所述的制造方法，其中该导热材料选自于由氮化铝、碳化硅、氮化硼、及氧化锌所组成的族群及其组合。

16.如权利要求9所述的制造方法，其中该平坦化构件还可被一保护膜和该平板式散热元件包覆，且该保护膜和该平板式散热元件分别设置于该平坦化构件的两相反侧。

17.如权利要求16所述的制造方法，其中在将该平坦化构件设置于该电路板上之前，将该保护膜与该平坦化构件分离。

18.如权利要求9或10所述的制造方法，其中该平板式散热元件选自于由平板式热管、微型散热鳍片、蒸气腔室、及水冷式元件所组成的族群及其组合。

19.如权利要求10所述的制造方法，其中该平坦化构件还可由两保护膜包覆，且所述两保护膜分别以可拆离的方式设置于该平坦化构件的两相反侧。

20.如权利要求19所述的制造方法，其中在将该平坦化构件设置于该电路板上之前，将所述两保护膜中的一个与该平坦化构件分离，且在使该平坦化构件固化之前，将所述两保护膜中的另一个与该平坦化构件分离。

21.如权利要求19所述的制造方法，其中在将该平坦化构件设置于该电路板上之前，将所述两保护膜中的一个与该平坦化构件分离，且在使该平坦化构件固化之后，将所述两保护膜中的另一个与该平坦化构件分离。

22.如权利要求10所述的制造方法，其中使该平坦化构件固化的步骤藉由加热平坦化构件的方式来进行。

23.如权利要求10所述的制造方法，其中使该平坦化构件固化的步骤藉由红外线照射平坦化构件的方式来进行。

24.如权利要求10所述的制造方法，其中使该平坦化构件固化的步骤藉由紫外线照射平坦化构件的方式来进行。

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