CN1466862A - 将功率转换器与接合面格栅阵列式插座连接的系统和方法 - Google Patents

将功率转换器与接合面格栅阵列式插座连接的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种接合面格栅阵列式(LGA)插座，其使用压接触点技术连接到功率转换器上，从而省去了这种应用场合所需的边缘插卡式连接器的需要。该LGA插座沿单个组装方向(即垂直轴)安装到该功率转换器上。

Description

将功率转换器与接合面格栅阵列式插座连接的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及一种用于电子电路的功率输送，尤其涉及一种用于接合面格栅阵列式(LGA)的中央处理器(CPU)插座。
背景技术
标准的计算机系统通常包括安装在大型印刷电路板上的集成电路器件，该电路板称为主板，其使用了插座式或类似形式的电连接器。该主板由电源供应电压，通常为比集成电路器件所需的电压更高程度的直流电平。
现今，电压调节器(即直流-直流转换器)与插针格栅阵列式(PGA)插座一起使用在特定高性能的计算机系统中。与该插座连接的中央处理器(CPU)插件包括焊接到使用倒装球格栅阵列(FCBGA)的插件基板，该插件基板又焊接到使用球格栅阵列(BGA)技术的插入件的一个侧面上。该插件基板与PGA插座连接，该PGA插座使用了矩阵形式的多个触点，每一触点具有插针式的管脚。该直流-直流转换器的连接件包括多层弯曲板和与插入件基板的一个边缘连接的边缘插卡式的连接器。现有技术的构形需要CPU插件沿垂直轴线(即Z轴)插入到PGA插座中。直流-直流转换器随后沿X轴滑动方向接附，这需要复杂的保持机构。
在最近开发的接合面格栅阵列式(LGA)插座中，垫的阵列提供了集成电路器件与印刷电路板之间的必要的电连接，而不是插针提供这种连接。因为LGA插座不需要插座和CPU插件之间的焊接，所以它们是有利的。此外，(因为LGA插座不需要长的插针)，所以LGA插座减小了插座/插件/CPU的方案的高度，由此形成了更短的电路通路和改进的电性能。然而，为了将现有的直流-直流转换器与LGA插座连接，插入件需要设置该直流-直流转换器所需的边缘插卡式接口。该插入件增加了插座/插件/CPU的方案的高度、电通路长度、和寄生电感，这样抵消了使用LGA插座的优点。
虽然一盎司铜的多个电源面也用于从直流-直流转换器经主板向CPU插座供电，但是过量的大量电源触点和接地触点是需要的并且附加的电源层和接地层使得主板布线比较困难。经该主板向LGA插座输送高直流电流是昂贵的方案并且具有与将电流直接输送到LGA插座组件上无关的额外的技术问题。
因此，有利的是，提供一种低电感和电阻互连件，其改进了从直流-直流转换器到LGA插座的电流传送能力。如果该互连件仅需要单方向(垂直方向或Z轴方向)的组装，这也是有益的，其可节省时间和制造成本。
附图说明
本发明由以下的附图示出，但不限于此附图，其中相同的附图标记表示相同的部件。
图1A是未组装的LGA集成电路器件插件和本发明的一个实施例的直流-直流转换器的顶视图。
图1B是组装后的LGA集成电路器件插件和本发明的一个实施例的直流-直流转换器的顶视图。
图2是直流-直流转换器的触点的细节的截面的分解图，其安装到本发明的一个实施例的功率插座接口上。
图3是LGA插座的触点的细节的截面的分解图，该LGA插座安装到依据本发明实施例的主板上。
图4A是未组装的LGA式集成电路器件插件的部件与本发明实施例的直流-直流转换器的空间关系的截面图。
图4B是组装后的LGA式集成电路器件插件的部件与本发明实施例的直流-直流转换器的空间关系的截面图。
具体实施方式
为了更完整地理解本发明，在以下整个描述中对具体详细进行了详细说明。然而，本发明在没有这些细节的情况下也可实施。在其它情况中，已知的元件没有示出或没有具体描述，以避免不必要地混淆本发明。因此，本说明书和附图应当以示例方式而不是以限定方式来理解。
压接触点技术已在计算机工业中使用了多年。已开发了这种技术的不同形式，其包括聚合物基的触点和压制的金属触点弹簧，该触点带有嵌入聚合物的导电的颗粒和金属丝。例如，市场上可获得的插座、连接器和互连件的产品使用了这种技术。然而，压接触点技术从来没有用来将电压调节器(即直流-直流转换器)与接合面格栅阵列式(Land GridArray，LGA)插座相连接。
有益的是，使用压接触点(例如金属、导电聚合物或其它)以省去通常使用在该场合中的边缘插卡式连接器，这样降低了回线电感和该连接的接触电阻。此外，通过提供了用于从垂直方向而不是从使用常规的边缘插卡式连接器所需要的水平方向接触LGA插座，从而使压接触点简化了LGA插座的保持和安装机构。
本实施例提供了一种功率连接器，其包括连接到直流-直流转换器输入电路板的一个端部上的电路板。因为该连接器必须将非常高的电流电平从直流-直流转换器传送到LGA插座和回路(接地)，所以这些在电路板上的连接件包括一个或多个层，每一层由宽且厚的金属制成，例如四盎司或六盎司的铜。压接触点在该电路板的另一端部处以足够的数量和截面面积被接附，以传送所需的电流。该电路板以适当的接触图案与LGA插座装配，并且该触点使用夹紧或保持机构被压接。该保持机构提供了夹紧力以及压接止动件，以便触点被加压到预定的程度，且不再继续加压。该LGA插座具有所需的金属导体层，以将电流从电功率触点传送到CPU。
现参照图1A，其示出了未组装的LGA集成电路器件插件和本发明实施例的直流-直流转换器100的顶视图。集成电路器件110(硅片)以电子电路制造领域内的已知方式安装到LGA插件120上。LGA插件120包括底衬和多个导电层，该底衬由层压件制成，例如FR-4、玻璃纤维或双马来酰亚胺-三嗪(BT)材料制成，该底衬涂敷有铝、陶瓷、或其它适当材料，该导电层在不同电介质层之间被层压或被共同烧结。集成电路器件110可以是模拟器件、微处理器、特定应用场合的器件、或任何其它形式的集成电路器件并且被连接到在LGA插件120上的端子阵列上(即，通常为圆形或矩形的垫)(在该图中未示出)。当LGA插件120上的垫与插座130适当地对准时，LGA插件120上的垫对应于在LGA插座130上的触点阵列图案(在该图中未示出)。
该插座本身130被夹在LGA插件120与主板(在该图中未示出)之间。该插座130包括由非导电材料制成的底衬，以接收LGA插件120。在插座130上的触点可由导电材料制成并且经该底衬的顶表面至该底衬的底表面横截地延伸穿过。该触点的作用是将插座130和LGA插件120电联接到其上安装有插座130的基础主板上。通过向下施加在插座130上的力，插座130可与主板装配，该力随后向导电元件加压以获得插座130与其相应的触点垫以及该主板与其相应的触点垫之间的可靠的电接触。为了保持该垫之间的对准，围绕插座130设置有保持机构，例如框架元件(在该图中未示出)。此外，延伸穿过框架元件主体的弹簧夹或其它任何适当的夹紧机构可用来将插座130保持成向下抵靠在主板上的垫上。当然，应当注意到，该插座130还可使用常规的回流焊接方法向下焊接(表面安装)到主板上。
LGA电功率插座接口140包括触点垫142、144、146等的阵列，其处于该电功率插座接口140的一个端部上，起到了将电功率插座接口140与直流-直流转换器150连接的作用。电功率插座接口140可以是插座130的一部分，或者作为独立的接触装置(在该图中未示出)。触点垫142、144、146等可由金属、导电聚合物或其它任何适当的材料制成。在电功率插座接口140上的触点垫142、144、146等对应于处于直流-直流转换器150上的触点垫152、154、156等的阵列。电功率触点垫142、144、146、152、154、156等的数量和布置确定成，以将互连的电阻和电感减至最小。对于微电子插件制造的技术领域内的普通技术人员来说，将电感减至最小的图案是已知的。因此，两个该器件以如上所述的相同方式使用压接技术来装配到一起。在电功率插座接口140上的对准孔162、164和在直流-直流转换器150上的对准孔166、168便于确保电功率插座接口140与直流-直流转换器150之间的合适的对准(即，当两个器件压接安装时，对准插针(在该图中未示出)插入对准孔162、164、166、和168中以便对准该器件)。尽管对准插针在本发明中进行了描述，但是其它形式的紧固机构例如弹簧夹等也是可行的。
直流-直流转换器150与电源连接，该电源(在该图中未示出)以比集成电路器件110通常所需的电压更高的电压(例如12或48V及地电位)来供给电能。直流-直流转换器150包括在壳体内的常规的电压转换电路，以将较高的电压转换成较低的电压并按照本领域已知的方式将该较低的电压供给到电功率插座接口140随后供给到主板。包括导热材料(例如铜、铝、钛等)的散热装置形成了直流-直流转换器150的外壳体，以便使由转换电路产生的热按照本领域已知的方式通过对流直接排散到周围空气中。应当注意，通过使直流-直流转换器150以本实施例所述的方式来构形，从而使制造过程受益，这是因为在直流-直流转换器150与电功率插座接口140装配之前该直流-直流转换器150可单独地进行检验。
现参照图1B，其示出了组装后的LGA集成电路器件插件和本发明实施例的直流-直流转换器180的顶视图。在直流-直流转换器150上的触点152、154、156等的阵列与在电功率插座接口140上的触点(在该图中未示出)的阵列压接安装在一起。对准插针(在该图中未示出)经在直流-直流转换器150上的对准孔166、168以及在电功率插座接口140上的对准孔(在该图中未示出)插入，该对准插针有助于该两个器件之间的合适的对准。保持机构170可由塑料、铝或其它适当的材料制成。在本实施例中，保持机构170包括矩形的框架元件，其通过螺母和螺栓固定到主板(在该图中未示出)上，但可使用本领域已知的其它紧固技术。LGA插座130以及按微电子制造领域内的已知的方式安装到该插座130上的LGA插件120(其包括集成电路器件110)可以经在保持机构170中的突起(在该图中未示出)与主板装配。然而，应当理解，尽管在由图1B示出的实施例中描述了保持机构170，但是还可使用插座130本身作为保持机构，或使用本领域内已知的其它类似的保持机构。
现参照图2，其示出了直流-直流转换器的触点的细节的截面的分解图，该直流-直流转换器安装到依据本发明实施例的电功率插座接口200上。在直流-直流转换器240上的触点210、220、230的阵列压接安装到在电功率插座接口280上的触点250、260、270的阵列上。该直流-直流转换器240从垂直方向被向下压到电功率插座接口280上，这样提供了单方向的组装。
现参照图3，其示出了LGA插座的触点的细节的截面的分解图，该LGA插座安装到依据本发明实施例的主板300上。插座基部310包括触点312、314等的阵列，形成该基部以便接收LGA插件(在该图中未示出)的相应的面垫。该触点312、314等可由导电材料(例如导电聚合物、金属或其它材料)制成并且从该插座基部310的顶表面延伸到该插座基部310的底表面，并且提供了集成电路器件(在该图中未示出)与主板320的电联接。同轴结构件322、324、326等为了高的信号完整性使得插座330金属导体化，并且当插座从垂直方向向下压到主板320上时，该同轴结构件为插座330提供了止动件，以便触点312、314等压到预定程度而不继续进一步下压。联接到插座基部310上的铜条340和多个其它铜条(在该图中未示出)可用于电磁干扰(EMI)屏蔽和/或用于集成电路器件的输入/输出结构的接地。在图3所示的实施例中，铜条340和多个其它铜条较宽且较厚(即六盎司)，但其它尺寸的铜条也可使用。
参照图4A，其示出了未组装的LGA式集成电路器件插件的部件与本发明实施例的直流-直流转换器400的空间关系的截面图。集成电路器件410与LGA插件420连接，该插件以图1A所示的实施例所述的方式使用了端子(即接合面垫)422、424、426等的阵列。在LGA插座430上的触点的阵列(在该图中未示出)对应于在LGA插件420上的接合面垫422、424、426等。在LGA插座430上的触点可由导电聚合物或其它适当的材料制成，并且与插座基部440联接。该触点包括压接触点，以便接收来自集成电路器件410和压接触点432、434、436、438等的电信号，并从直流-直流转换器450接收电功率。
直流-直流转换器450包括底衬452，该底衬由层压件制成，例如FR-4、玻璃纤维、涂敷的铝或其它任何适当的材料制成；并包括输出电压面(即VCC电压面)454，以便向插座430提供输出电压；以及还包括接地面(GND)456，以便按照功率输送系统的领域内的已知方式使电路通路完整。GND(接地)面442也包括在插座基部440中。该LGA集成电路器件插件和直流-直流转换器被组装(在该图中未示出)并且通过使由图1A所示的实施例的上述方式从而被安装到主板460上。LGA电功率插座接口470可按照由图1A所示的实施例的上述方式安装到直流-直流转换器450上。
现参照图4B，其示出了组装后的LGA式集成电路器件插件的部件与本发明实施例的直流-直流转换器490的空间关系的截面图。图4B所示的部件与图4A所示的部件相同并且由相同的附图标记来表示。
这样，已经用于将高电流低电压的直流电功率从直流-直流转换器输送到LGA插座的结构和过程以及相应的不使该电流经基础主板传送的微电子插件。尽管上述说明书和附图描述并示出了特定的实施例，但是应当理解，本发明仅由以下的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种功率输送系统，其包括：
功率转换器；和
接合面格栅阵列式插座，其安装到在该功率转换器的表面上的触点的阵列上，该触点的阵列对应于该接合面格栅阵列式插座上的触点的阵列。
2.如权利要求1所述的功率输送系统，其特征在于，在该功率转换器上的触点的阵列以及在该接合面格栅阵列式插座上的触点的阵列是由导电材料制成的触点垫。
3.如权利要求1所述的功率输送系统，其特征在于，该接合面格栅阵列式插座与印刷电路板电联接，并且包括安装到接合面格栅阵列式插件上的集成电路器件。
4.如权利要求1所述的功率输送系统，其特征在于，该功率转换器将从电源接收的电压转换成较低的电压并将该较低的电压传输到该接合面格栅阵列式插座。
5.如权利要求1所述的功率输送系统，其特征在于，该接合面格栅阵列式插座使用单方向的组装及压接触点技术从而安装到该功率转换器和印刷电路板上。
6.一种功率输送系统，其包括：
印刷电路板；和
接合面格栅阵列式插座，其使用单方向的组装从而安装到在该功率转换器的表面和该印刷电路板的表面上的触点的阵列上。
7.如权利要求6所述的功率输送系统，其特征在于，在该功率转换器和该印刷电路板上的触点的阵列对应于该接合面格栅阵列式插座上的触点的阵列，该触点的阵列由导电材料制成。
8.如权利要求6所述的功率输送系统，其特征在于，该接合面格栅阵列式插座包括安装到接合面格栅阵列式插件上的集成电路器件。
9.如权利要求6所述的功率输送系统，其特征在于，该功率转换器将从电源接收的电压转换成较低的电压并将该较低的电压传输到该接合面格栅阵列式插座。
10.如权利要求6所述的功率输送系统，其特征在于，该接合面格栅阵列式插座使用压接触点技术从而安装到该功率转换器和该印刷电路板上。
11.一种将接合面格栅阵列式插座安装到功率转换器上的方法，该方法包括：
在该功率转换器的表面上设置触点的阵列；
在接合面格栅阵列式插座接口上设置触点的阵列，该触点的阵列对应于在该功率转换器上的上述触点的阵列；和
通过垂直地向该接合面格栅阵列式插座接口上的触点的阵列与该功率转换器的表面上的触点的阵列一起加压，将该接合面格栅阵列式插座安装到该功率转换器上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将该接合面格栅阵列式插座安装到该功率转换器上的步骤提供了该接合面格栅阵列式插座与该功率转换器之间的电连接。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该接合面格栅阵列式插座包括安装到接合面格栅阵列式插件上的集成电路器件。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将该接合面格栅阵列式插座安装到该功率转换器上的步骤还包括通过垂直地向该接合面格栅阵列式插座上的触点的阵列与印刷电路板上的对应触点的阵列一起加压，将该接合面格栅阵列式插座安装到该印刷电路板上的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，将该接合面格栅阵列式插座安装到该印刷电路板上的步骤提供了该接合面格栅阵列式插座与该印刷电路板之间的电连接。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将该接合面格栅阵列式插座安装到该印刷电路板上的步骤还包括将该接合面格栅阵列式插座安装到保持机构上的步骤，通过在该保持机构上的突起，该接合面格栅阵列式插座上的触点的阵列安装到该印刷电路板上的触点的阵列上。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该接合面格栅阵列式插座作为保持机构，以便将该接合面格栅阵列式插座与该印刷电路板保持成适当的对准，并将该接合面格栅阵列式插座与该功率转换器保持为适当的对准。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该功率转换器将从电源接收的电压转换成较低的电压并将该较低的电压传输到该接合面格栅阵列式插座。
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