CN1917189A

CN1917189A - 模块化的散热器组件

Info

Publication number: CN1917189A
Application number: CNA2006101108042A
Authority: CN
Inventors: 特洛伊·E·康纳; 贾斯廷·S·麦克莱伦; 马修·R·麦卡洛尼斯; 阿塔里·S·泰勒
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: US20060285297A1; US7298622B2; CN1917189B

Abstract

本发明提供了一种散热器组件(12)，包括电路板(18)，以彼此层叠的关系安装到电路板上的第一集成电路元件(38)和第二集成电路元件(32)。与第一集成电路元件接合并与之热交换的第一散热器(48)，与第二集成电路元件接合并与之热交换的第二散热器(50)。第一和第二散热器位于电路板同一侧、第一和第二集成电路元件之上。

Description

模块化的散热器组件

技术领域

本发明涉及一种用于冷却以层叠结构取向的电子元件的散热器组件。

背景技术

现代的电子装置中一般包括大量的元件或封装。存在持续增加的需求，要求缩小电子装置内的元件尺寸，以便缩小装置本身的总尺寸或在装置内设置更多的元件。因而，在电子装置内的元件的尺寸和重量限制不断地缩小。然而，在今天的装置中，存在持续增加的需求，要求装置内的元件的信号和功率输出。因而，元件在更高的输出下运行，从而产生更多的热量。

使用散热器冷却产生热量的集成电路(IC)元件或封装是众所周知的。一般地，布置散热器与产生热量的封装的元件紧密接触。由元件产生的热量传导到散热器，然后从散热器消散到周围空气中。

至少某些已知的散热器结构包括在叠层元件的相对两侧取向的多个散热器。例如，当第一和第二元件彼此层叠时，或者当第一和第二元件安装在同一电路板的相对侧时，采用一个散热器从上方冷却第一产生热量的元件，采用另一个散热器从下方冷却第二产生热量的元件。这样的布置随处可见，例如，在包括安装在电路板上的处理器和稳压器模块的电子组件中。因为稳压器模块在使用中覆盖并且通常掩盖处理器，所以在电路板的一侧提供一个散热器组件来冷却稳压器模块，而从电路板的另一侧提供另一个散热器来冷却处理器。然而，在不同位置的与叠层元件有关的多个散热器可能会产生问题。

例如，叠层元件的散热器的装配可能是困难的，特别是随着IC封装或元件尺寸的减小。并且，当以彼此靠近的方式采用多个电路板或元件时，夹在叠层IC元件之间的散热器可能无法满足(interfere with)间隙要求。因此，叠层IC元件需要更紧凑的散热器组件。

发明内容

一种散热器组件，包括电路板、以彼此层叠的关系安装在电路板上的第一集成电路元件和第二集成电路元件。第一散热器与第一集成电路元件接合并与之热交换，第二散热器与第二集成电路元件接合并与之热交换。第一和第二散热器在电路板同一侧定位于第一和第二集成电路元件之上。

附图说明

图1图示了根据本发明的示例性实施例形成的电子组件的分解顶部透视图；

图2图示了图1所示的电子组件的分解底部透视图；

图3图示了根据本发明的示例性实施例，处于装配状态的图1所示的电子组件的剖视图；

图4图示了根据本发明的替代实施例形成的替代电子组件的剖视图。

具体实施方式

图1和2分别说明了根据本发明的示例性实施例形成的电子组件10的顶部和底部透视图。组件10包括紧凑的能够冷却层叠集成电路(IC)元件或封装14的散热器组件12。IC元件14可以装载到安装在电路板18上的插座或连接器16上。使用多个紧固件20把组件10连接在一起。

在示例性实施例中，组件10可以有效地冷却耗能装置，例如，中央处理单元、专用集成电路(ASIC)等，连同外围和/或辅助装置，例如，稳压器模块、监视装置等。特别地，可以仅从电路板18相对两侧的一侧冷却IC元件，并且可以按以下说明的方式更容易地装配。虽然将用特定的IC元件来介绍本发明，但是应当理解，以下介绍仅仅是为了说明性的目的，并且仅仅是发明构思的潜在应用。

如图1和2所示，电路板18具有第一或上侧22和相对于上侧22的第二或下侧24。连接器16和IC元件14安装到电路板18的第一或上侧22上。在一个实施例中，连接器16是栅格阵列封装(LGA(land grid array))连接器。然而，在替代实施例中，可以采用其它通常使用的连接器形式，例如，插针网格阵列(PGA)或球栅阵列(BGA)。定位IC元件14并相对于连接器16对准。

在示例性实施例中，IC元件14，例如，中央处理单元(CPU)32，与连接器16接合。在一个实施例中，CPU 32包括从CPU 32的外表面36伸出的集成的散热器34。集成的散热器34与CPU 32热交换，用于为CPU 32散热。

在示例性实施例中，另一个IC元件14，例如，稳压器(VR)模块38以层叠关系安装在电路板18上并且通常覆盖CPU 32。在更进一步的实施例中，另一个IC元件14，如，仅仅作为例子，另一个CPU，可以安装到电路板18上。在一个实施例中，VR模块38包括从其穿过的开口40。开口40提供从上方接近位于VR模块38下面的CPU 32的通路。开口40可以定位成使得CPU 32的一部分通过开口40露出。具体地，当装配VR模块38时，通过开口40露出集成散热器34。或者，电子组件10可以包括两个彼此紧邻定位的VR模块38，由此在两者之间限定缝隙(未示出)，以在VR模块之间露出CPU 32的一部分。

在CPU 32与VR模块38之间可以安装多路连接器42，如例如，电源连接器。在一个实施例中，在将VR模块38安装到CPU 32上之前，每个连接器42焊接到VR模块38上。在另一个实施例中，使用框架或夹子43固定每个连接器42。另外，电源连接器42可以安装在CPU 32与连接器16之间。

每个CPU 32、VR模块38和连接器42基本上是彼此对准的，使得各元件具有垂直层叠结构。此外，每个CPU 32、VR模块38和连接器42布置在电路板18的同一侧上，由此元件基本上沿箭头A的方向排列。此外，每个CPU 32、VR模块38和连接器42可以包括贯穿和/或从此延伸的紧固孔44，由此紧固件46，诸如例如，螺钉或销，可以将各元件相互连接。

在示例性实施例中，散热器组件12包括第一或外散热器48和第二或内散热器50。在替代实施例中，可以提供更多的散热器。外散热器48具有接收从VR模块38的上表面产生的热量的底面52。具体地，当装配时，底面52与VR模块38接触，并且与VR模块38热交换。此外，内散热器50具有接收CPU 32，或者更具体地，通过VR模块38露出的CPU 32的散热器34产生的热量的底面54。内散热器50也可以接收VR模块38产生的热量。当装配时，底面54与CPU散热器34接触，并且与CPU散热器34热交换。另外，当装配时，内散热器50的外表面55与外散热器48接触，并且与外散热器48热交换。

在示例性实施例中，每个散热器48或者50可以包括底座和用于消散来自相应的IC元件14的热量的多个翅片。散热器底座和翅片一般由金属制造，诸如，铝或铜，此外，可以由相同或不同的金属制造。例如，在一个实施例中，散热器底座可以用铜制造，而翅片可以用铝制造。在另一个实施例中，每个散热器48或者50可以包括用于消散来自相应的IC元件14的热量的固体金属本体。

外散热器48包括贯穿其延伸的开口或穿孔56。开口56在外散热器48的上表面58与底面52之间延伸。开口56可以定位成，使得可以通过开口56并且当安装外散热器48时可以通过VR模块开口40接近CPU 32。通过开口56和VR模块开口40露出集成的散热器34。通过开口56也可以部分露出VR模块38。外散热器48包括多个从上表面58延伸到底面52的紧固孔62。在另一个实施例中，紧固孔62从上表面58或底面52中的一个延伸。

内散热器50的大小和形状确定成配合在外散热器48中限定的开口56内，由此当内散热器50容纳在外散热器开口56中时，内散热器50被外散热器48围绕或包围。在一个实施例中，内散热器50基本上填满开口56，并且包括大小和形状确定成配合在VR模块38限定的开口40内并接合CPU 32的散热器34的下部。

散热器组件12还包括加载板68。加载板68使用多个紧固件70与外散热器48连接，并在外散热器48中限定的开口56同时也在位于其中的内散热器50之上延伸。此外，可以在加载板68与内散热器50之间定位多个偏压部件72，例如，而不限于，压缩弹簧。偏压部件72对内散热器50产生法向力，以保证内散热器50与CPU 32的散热器34接合。

图3说明了处于装配状态的电子组件10的剖视图。IC元件14，例如CPU 32和VR模块38以垂直层叠结构布置，使得VR模块38的分界面80和CPU 32的分界面82，或集成散热器34(如果存在的话)彼此平行，并且相互分开距离84。当装配时，外和内散热器48和50的底面52和54分别与分界面80和82接合且进行热交换。因而，底面52和54也垂直地彼此分开。

热交界材料86可以位于外散热器48的底面52与VR模块38的分界面80之间。更具体地，可以在内散热器50的底面54与CPU 32的分界面82之间定位热交界材料88。本领域的技术人员应当理解，热交界材料86或88提高了散热器48和50与各个IC元件14之间的导热性。

以下介绍装配的示例性方法。然而，应当理解，以下介绍仅仅用于说明性的目的，并且仅仅是装配电子组件10的一个可能的方法。

在装配之前，外散热器48相对于VR模块38取向。热交界材料86可以安装到外散热器50的底面54上。VR模块38定位成，使得VR模块38的分界面80与热交界材料86和/或底面52接合。VR模块38可以用紧固件(未示出)刚性连接到外散热器50上。在将VR模块38安装到外散热器48上之前，可以预先安装连接器42到VR模块38上。CPU 32定位到连接器42上，使得集成散热器34基本上与VR模块38中的开口40对准。然后通过紧固孔44放置紧固件46。随着紧固件46拧紧，CPU 32和连接器42彼此抵靠和/或紧固。在一个实施例中，CPU 32可以包括压板(未示出)用于在紧固时沿CPU 32施加均匀的法向力。另外，紧固件46的紧固将使VR模块38与外散热器48接合。

然后上述组件定位在插座16上。然后通过电路板18和外散热器48的紧固孔62放置紧固件20。紧固件20被紧固以实现与CPU 32接合的插座触头(未示出)的完全压缩。

然后内散热器50定位在外散热器48的开口56内。在内散热器50定位在外散热器48内之前可以将热交界材料88装到内散热器50的底面54上。一旦加载，内散热器50被外散热器48围绕。在一个实施例中，加载板68和偏压部件72预先与内散热器50连接。当内散热器50被插入开口56中时，加载板68与外散热器48的紧固孔62对准。可替代的，在内散热器50装入外散热器48中之后，加载板68与内散热器50连接。一旦相对于外和内散热器48和50定位加载板68后，紧固件70被紧固，直到在元件之间达到要求的法向力，并且内散热器50接合CPU 32的集成散热器34。

图4说明了处于装配状态的替代电子组件100的剖视图。电子组件100包括与上述实施例相似的元件。相同的附图标记表示与图1-3介绍和示出的相同的元件。电子组件100包括外散热器102和内散热器104。外和内散热器102和104分别与VR模块38和CPU 32接合，并且分别与VR模块38和CPU 32热交换。另外，外和内散热器102和104分别彼此接合并且彼此热交换。

外散热器102包括基本上平行于外散热器102的底面52延伸并与其间隔开的台肩或肩部106。另外，内散热器104包括基本上平行于内散热器104的底面54延伸并与其间隔开的台肩或肩部108。在一个实施例中，外和内散热器102和104的每个台肩106和108分别彼此抵靠接触。在示例性实施例中，在台肩106与108之间定位多个偏压部件110，例如，弹簧，以提供从内散热器104到外散热器102的偏压力。偏压部件110向外散热器102提供偏压力，以保持外散热器102与VR模块38热交换。

如此描述的实施例提供了包括冷却多个层叠的IC元件14的散热器组件12的电子组件10。散热器组件12包括被外散热器48包围的内散热器50。散热器48和50是彼此之间相对可移动的，并且这样定向，使得散热器48和50的底面52和54相对彼此垂直偏移。因而，散热器48和50可以与在电路板18的同侧上的多个高度上所提供的IC元件14热交换。具体地，IC元件可以彼此之间相对垂直层叠，其中较高高度的IC元件14包括通道口40以允许散热器50延伸穿过从而与较低高度的IC元件14接合。因此，可以缩小电子组件10的总体尺寸，同时可以缩小由电子组件10限定的覆盖区。因为组件10仅在电路板18的一侧之上延伸，还因为内散热器50安装在外散热器48内，所以从电路板18的表面垂直测量，组件10比已知的散热器组件具有更矮的垂直外形，由此避免了当使用多电路板和元件时的间隙问题。

Claims

1.一种散热器组件，包括电路板，以彼此层叠的关系安装到所述电路板上的第一集成电路元件和第二集成电路元件，与第一集成电路元件接合并且热交换的第一散热器，与第二集成电路元件接合并且热交换的第二散热器，其特征在于：

第一和第二散热器位于电路板同一侧上第一和第二集成电路元件之上。

2.如权利要求1所述的散热器组件，还包括至少一个定位在第一和第二集成电路元件之间的电源连接器。

3.如权利要求1所述的散热器组件，其中第一集成电路元件包括贯穿其延伸并露出第二集成电路元件的开口，且第二散热器穿过所述开口接合所述第二集成电路元件。

4.如权利要求1所述的散热器组件，其中第二散热器被偏压，使得第二散热器相对于第一散热器是可移动的。

5.如权利要求1所述的散热器组件，其中第一散热器包括贯穿其延伸并露出第二集成电路元件的开口，且第二散热器穿过所述开口接合第二集成电路元件。

6.如权利要求1所述的散热器组件，其中第二散热器被第一散热器包围。