用于高密度封装应用的高性能的散热器结构 【技术领域】
本发明总体涉及用于集成电路组件的散热系统和方法，尤其涉及用于从集成电路器件散热的系统和方法。
背景技术
集成电路器件、微处理器以及其它的相关的计算机元件的能力不断增加，功能越来越强，导致封装密度不断增加，因而从这些元件产生的热量也不断增加。由这些元件构成的封装的单元和集成电路器件的尺寸不断减小或保持不变，而由每单位体积、质量、表面积或任何其它的类似度量的这些元件排出的热能的数量不断增加。在当前的封装技术中，散热器一般由一个平的底板构成，其一侧被安装在集成电路器件上。散热器还包括在另一侧上地垂直于平的底板伸出的散热片的阵列。一般地说，集成电路器件(其是热源)具有比散热器的平的底板小得多的覆盖区尺寸。散热器的平的底板具有大的覆盖区。大的覆盖区需要比与其接触的集成电路器件需要更大的母板面积。底板的较大的尺寸使得不直接和集成电路器件接触的底板的最外部分比直接和集成电路器件接触的底板的部分具有低得多的温度。这导致不直接和集成电路器件接触的最外部分以低的效率将热量耗散在冷却空气中。
此外，随着和计算机相关的设备的功能越来越强，更多的元件被置于设备的内部和母板上，这进一步需要更多的母板面积。此外，现有技术的散热器结构的底板和与其连附的集成电路器件处于相同的水平高度。因而，散热器的平的底板结构一般竖着安装比安装着该结构的集成电路器件占据更多的母板面积。结果，底板的较大的覆盖区尺寸妨碍其它的母板元件例如成本低的电容器装在微处理器周围或装在微处理器上。因而，在设计集成电路安装和封装装置时，必须考虑由许多这种集成电路产生的大量的热以及对母板面积需要的增加。
由于上述原因以及本领域技术人员在阅读和理解本说明之后将会清楚地看出的其它原因，在本领域中需要一种节省母板面积同时使得电子元件能够安装到微处理器周围或者安装到微处理器上的增强的散热装置和散热方法。
【附图说明】
图1是连附到装配的母板上的微处理器上的现有技术的散热器的轴测图；
图2是按照本发明的增强的散热装置的一个实施例的轴测图；
图3是表示连附到装配的母板上的微处理器上的图2的增强的散热装置的轴测图；
图4是按照本发明的增强的散热装置的另一个实施例的轴测图；
图5是表示连附到装配的母板上的微处理器上的图4所示的增强的散热装置的轴测图；
图6是按照本发明的增强的散热装置的另一个实施例的轴测图；以及
图7是表示连附到装配的母板上的微处理器上的图6所示的增强的散热装置的轴测图。
详细说明
在以下对实施例进行的详细说明中，参看用于说明本发明及其实施的附图。在这些附图中，相同的标号表示基本上类似的元件。对这些实施例进行了充分地说明，使得本领域普通技术人员能够实施本发明。不脱离本发明的范围，可以利用其它的实施例，并且可以作出在结构、逻辑和电气方面的改变。此外，应当理解，本发明的各个实施例虽然不同，但不必是相互排他的。例如，在一个实施例中说明的特定的特点、结构或特征可以被包括在其它的实施例中。因此，下面的详细说明没有限制的意义，本发明的范围只由所附权利要求书和所述权利要求书被授予权利的全部的等效物的范围来限定。
这个文件说明了一种增强的散热装置，其使得电子元件能够装在微处理器周围或者微处理器上，并同时通过影响当前采用的大容积制造技术保持高的性能和成本效果比。
图1表示安装在装配的母板130的微处理器120上的现有技术的散热器110的轴测图100。此外，图1中还示出了安装在散热器110附近并安装在母板130上的低成本的电容器140。
现有技术的散热器100具有平的底板150，其包括离开平的底板150垂直延伸的散热片160的阵列。这种散热器110的结构决定了使用平的底板150，具有用于从微处理器120上散热的散热片160的阵列。要使用图1所示的现有技术的散热器110增加散热，一般要求加大平的底板150和/或散热片阵列160的表面积。这又导致占用更多的母板面积。一般地说，微处理器120(其是热源)具有比图1所示的散热器110的结构的平的底板150小的覆盖区尺寸。平的底板150的较大的覆盖区尺寸使得其最外的部分(不直接和集成电路器件接触的部分)比其和集成电路器件直接接触的部分的温度低得多。因而，具有较大的平的底板150的现有技术的散热器110在从集成电路器件散热方面是低效的。此外，被封装的单元以及集成电路器件的尺寸不断减小，而由这些元件产生的热量在增加。现有技术的散热器110的结构决定了散热片160的阵列延伸到平的底板150的边沿，以便从集成电路器件汲取热量。此外，现有技术的散热器110需要增加散热片160的阵列的尺寸，以便增加散热。为了沿横向加大散热片160，平的底板150的尺寸必须增加。加大平的底板150的尺寸使得占据更多的母板面积。在不断提高集成电路器件的性能，集成电路器件不断更新换代，系统封装密度不断增加的情况下，占据更多的母板区域一般不是一种可行的选择。此外，现有技术的散热器110和安装有该散热器的集成电路器件处于相同的水平，由图1可以看出，安装在微处理器120上的现有技术的散热器110的底板150的构型一般妨碍其它母板元件例如低成本的电容器140被设置在微处理器120的周围。
图2是按照本发明的增强的散热装置200的一个实施例的轴测图。如图2所示，一种增强的散热装置200包括导热芯子210，以及沿径向延伸的针状散热片结构220的第一阵列。所述针状结构的截面形状例如可以是圆形、方形、矩形、椭圆形、锥形或其它适用于散热的形状。此外，如图2所示，芯子210具有上部外表面区域230和下部外表面区域240。第一阵列220和芯子210的上部表面区域呈热连接，使得冷却介质例如在芯子210的上下表面区域230和240以及第一阵列220的周围引入的空气围绕芯子210和第一阵列形成全向气流，从而增强散热器200的散热。图2还表示一个沿径向延伸的针状散热片结构290的第二阵列，其和芯子210的下表面区域240呈热连接，使得是第二阵列的周围引入的冷却介质也在第二阵列290的周围形成全向流。每个针状结构可具有头部，用于在第一和第二阵列220和290周围产生较高的湍流。
芯子210具有轴线260。在有些实施例中，上下表面区域230和240和轴线260平行。芯子210还具有底部270。在一些实施例中，底部270用这种方式设置，使得其靠近下表面区域240，并垂直于轴线260。上下表面区域230和240可以和轴线260是同心的。
第一阵列220和上表面区域230呈热连接，使得当把装置200安装在集成电路器件上时，一些元件可以安装在下表面区域240的周围并靠近所述下表面区域240并处于第一阵列220的下方。在一些实施例中，一些元件可以安装在集成电路器件上而不会在机械上妨碍装置200。
芯子210可以是一个实体。所述实体可以是圆柱形、锥形、方形。矩形、或者任何有助于安装在集成电路器件上以及将第一阵列220连接到上表面区域230上的其它类似的形状。芯子210可以包括传热介质，例如一个或几个热管、液体、热虹吸管，或者其它能够增强从集成电路器件散热的类似传热介质。
在一些实施例中，第一阵列220具有第一外径250，第二阵列290具有第二外径255。所述第二外径255小于第一外径250。第一阵列220具有第一深度，第二阵列290具有第二深度。包括第一和第二深度的第一和第二外径250和255具有足够的尺寸，使得当把这种散热装置安装在集成电路器件上时，能够在集成电路器件周围并靠近集成电路器件的位置安装元件。
第二阵列290和芯子210的下表面区域240呈热连接，使得在第一和第二阵列220和290周围引入的冷却介质在芯子210的上下表面区域230、240以及第一和第二阵列220、290周围形成全向流，从而增强散热器200的散热。包括芯子210和第一、第二阵列220、290的散热装置200可以由例如铝、铜或任何能够从集成电路器件散热的其它材料制成。第一和第二阵列220和290可以被构成具有例如圆形、方形、矩形、椭圆形、锥形或者任何适合于使得在第一和第二阵列220和290周围和附近能够安装元件的形状。
图3是表示连附到装配的母板130上的微处理器120上的图2的增强的散热装置200的轴测图300。在图3所示的示例的实施例中，微处理器200具有前侧340和后侧330。前侧340位于后侧330的对面。前侧340被连附在装配的母板130上，所述母板上具有例如低成本的电容器140等电气元件。图2所示的增强的散热装置200的底部270被连附于微处理器120的后侧330上。由图3可以看出，第一和第二阵列220和290具有足够的尺寸，使得安装在装配的母板130上的低成本的电容器140能够安装在微处理器120的周围的位置。还可以看出，低成本的电容器140位于第一阵列220的下方和第二阵列290的附近。
此外，由图3可以看出，第一阵列220大于第二阵列290，借以增加散热速率，而不会使散热装置200的底部270的覆盖区尺寸增加到大于微处理器120的后侧330。散热装置200的底部270的覆盖区尺寸和微处理器120的后侧330尺寸一致能够使得底部270和微处理器120的后侧330具有相同的传热速度。这又增加了在底部270和微处理器120的后侧330之间的传热效率。
芯子210还具有和底部270相对的顶面275。在一些实施例中，顶面275垂直于轴线260并接近第一阵列220。传热介质可以连附于顶面275上，从而沿图2所示的方向引入传热介质297，例如空气。这在芯子210和第一、第二阵列220、290周围产生全向流，从而增强散热装置200的散热。传热介质295例如热管或其它类似介质可被引入芯子210中，以便进一步增强散热装置200的热传导。
在一些实施例中，增强的散热装置200由导热材料例如铜、铝或任何其它能够从集成电路器件散热的材料制成。在一些实施例中，芯子210可以包括传热介质，例如一个或几个热管、液体、热虹吸管或任何其它适用于提高从集成电路器件汲取热量的类似的传热介质。在一些实施例中，第一和第二阵列220、290分别占据上下表面区域230和240周围的空间的第一部分和第二部分，使得第一部分大于第二部分，从而使得能够在电路板130上在第一阵列220的下方安装元件。
图4是按照本发明的增强的散热装置400的另一个实施例的轴测图。图4所示的增强的散热装置400包括导热芯子210和沿径向延伸的基本上平面形的散热片结构的第一阵列420。此外，图4所示的芯子210具有上下外表面区域230和240。第一阵列420和芯子210的上表面区域230热连接，使得在芯子210的上下表面区域230、240和第一阵列420的周围引入的冷却介质例如空气产生基本上平行于上下表面区域230、240和第一阵列420的流动，从而增强从散热器400的散热。图4还表示一个选择的径向延伸的基本上平面形的散热片结构的第二阵列490，其和芯子210的下表面区域240热连接，使得在第一和第二阵列420、490周围引入的冷却介质产生基本上平行于上下表面区域230、240以及第一和第二阵列420、490的流动。
芯子210具有轴线260。第一和第二阵列420、490的基本上平面形的散热片结构分别和上下表面区域230、240呈热连接，使得它们基本上平行于轴线，从而在芯子210和第一、第二阵列420、490附近引入的冷却介质产生基本上平行于轴线260的流动，从而增强散热器400的散热。在一些实施例中，使包括基本上平面形的散热片结构的第一和第二阵列420和490对齐并呈热连接，使得它们形成一个阵列，如图4所示。在一些实施例中，上下表面区域230和240与轴线260平行。芯子260还具有底部270。在一些实施例中，底部270被这样设置，使得其接近下表面区域240，并垂直于轴线260。上下表面区域230和240可以和轴线260同心。
第一阵列420和上表面区域230呈热连接，使得当把散热装置400安装在集成电路器件上时，能够在下表面区域240的周围和附近并在第一阵列420的下方安装元件。在一些实施例中，元件可被安装在集成电路器件上，而不会在机械上妨碍散热装置400。
芯子210可以是一个实体。所述实体可以是圆柱形、锥形、方形、矩形、或者任何有助于被安装在集成电路器件上，并有助于把第一阵列420连接到上表面区域230上的其它类似的形状。芯子210可以包括传热介质，例如一个或几个热管、液体、热虹吸管，或者其它能够增强从集成电路器件散热的类似传热介质。
第一阵列420具有第一外径250，第二阵列490具有第二外径255。所述第二外径255小于第一外径250。第一阵列420具有第一深度，第二阵列490具有第二深度。包括第一和第二深度的第一和第二外径250和255具有足够的尺寸，使得当把这种散热装置安装在集成电路器件上时，能够在集成电路器件周围并靠近集成电路器件的位置安装元件。
第二阵列490和芯子210的下表面区域240呈热连接，使得引入的冷却介质在芯子210的上下表面区域230、240以及第一和第二阵列420、490周围形成全向流，从而增强散热器400的散热。包括芯子210和第一、第二阵列420、490的散热装置400可以由例如铝、铜或任何能够从集成电路器件散热的其它材料制成。第一和第二阵列420和490可以被构成具有例如圆形、方形、矩形、椭圆形、锥形或者任何适合于使得在第一和第二阵列420和490周围和附近能够安装元件的其它形状。
图5是表示连附到装配的母板130上的微处理器120上的图4的增强的散热装置400的轴测图500。在图5所示的示例的实施例中，微处理器120具有前侧340和后侧330。前侧340位于后侧330的对面。前侧340被连附在装配的母板130上，所述母板上具有例如低成本的电容器140等电气元件。图4所示的增强的散热装置400的底部270被连附于微处理器120的后侧330上。由图4可以看出，第一和第二阵列420和490具有足够的尺寸，使得安装在装配的母板130上的低成本的电容器140能够安装在微处理器120的周围的位置。还可以看出，低成本的电容器140位于第一阵列420的下方和第二阵列490的周围。
此外，由图4可以看出，第一阵列420大于第二阵列490，借以增加散热速率，而不增加散热装置400的底部270的覆盖区的尺寸使其大于微处理器120的后侧330。散热装置400的底部270的覆盖区尺寸和微处理器120的后侧330尺寸一致能够使得底部270和微处理器120的后侧330具有相同的传热速度。这又增加了在底部270和微处理器120的后侧330之间的传热效率。
芯子210还具有和底部270相对的顶面275。在一些实施例中，顶面275垂直于轴线260并接近第一阵列420。传热介质可以连附于顶面275，从而沿图2所示的方向引入传热介质297，例如空气，从而在芯子210和基本上平行于芯子210的第一和第二阵列420、490周围产生流动，从而增强散热装置400的散热。传热介质295例如热管或其它类似介质可被包括在芯子210中，以便进一步增强散热装置400的热传导。
在一些实施例中，增强的散热装置400由导热材料例如铜、铝或任何其它能够从集成电路器件汲取热量的材料制成。在一些实施例中，芯子210可以包括传热介质，例如一个或几个热管、液体、热虹吸管或任何其它适用于提高从集成电路器件汲取热量的类似的传热介质。在一些实施例中，第一和第二阵列420、490分别占据上下表面区域230和240周围的空间的第一部分和第二部分，使得第一部分小于第二部分，从而使得能够在电路板130上和在第一阵列420的下方安装元件。
图6是按照本发明的增强的散热装置600的另一个实施例的轴测图。图6所示的增强的散热装置600包括导热芯子210和沿径向延伸的基本上平面形的散热片结构的第一阵列620。此外，图6所示的芯子210具有上下外表面区域230和240。第一阵列620和芯子210的上表面区域230热连接，使得在芯子210的上下表面区域230、240和第一阵列620的周围引入的冷却介质例如空气产生基本上垂直于于芯子210的流动，从而增强散热器600的散热。图6还表示一个选择的径向延伸的基本上平面形的散热片结构的第二阵列690，其和芯子210的下表面区域240热连接，使得在第一和第二阵列620、690周围引入的冷却介质产生基本上垂直于芯子210流动，从而进一步增强装置600的散热。
芯子210具有轴线260。在一些实施例中，上下表面区域230和240平行于轴线260。芯子210还具有底部270。在一些实施例中，底部270被这样设置，使得其接近下表面区域240，并垂直于轴线260。上下表面区域230和240可以和轴线260同心。
第一阵列620和上表面区域230呈热连接，使得当把散热装置600安装在集成电路器件上时，能够在下表面区域240的周围和附近在第一阵列620的下方安装元件。在一些实施例中，元件可被安装在集成电路器件上，而不会在机械上妨碍散热装置600。
芯子210可以是一个实体。所述实体可以是圆柱形、锥形、方形、矩形、或者任何有助于被安装在集成电路器件上，并有助于把第一阵列620连接到上表面区域230上的任何其它类似的形状。芯子210可以包括传热介质，例如一个或几个热管、液体、热虹吸管，或者其它能够增强从集成电路器件散热的类似传热介质。
第一阵列620具有第一外径250，第二阵列690具有第二外径255。所述第二外径255小于第一外径250。第一阵列620具有第一深度，第二阵列690具有第二深度。包括第一和第二深度的第一和第二外径250和255具有足够的尺寸，使得当把这种散热装置安装在集成电路器件上时，能够在集成电路器件周围并靠近集成电路器件的位置安装元件。
第二阵列690和芯子210的下表面区域240呈热连接，使得引入的冷却介质在芯子210的上下表面区域230、240以及第一和第二阵列620、690周围形成全向流，从而增强散热器600的散热。包括芯子210和第一、第二阵列620、690的散热装置600可以由例如铝、铜或任何能够从集成电路器件散热的其它材料制成。第一和第二阵列620和690可以被构成具有例如圆形、方形、矩形、椭圆形、锥形或者任何适合于使得在第一和第二阵列620和690附近能够安装元件的任何其它形状。
图7是表示连附到装配的母板130上的微处理器120上的图6的增强的散热装置600的轴测图700。在图7所示的示例的实施例中，微处理器120具有前侧340和后侧330。前侧340位于后侧330的对面。前侧340被连附在装配的母板130上，所述母板上具有例如低成本的电容器140等电气元件。图6所示的增强的散热装置600的底部270被连附于微处理器120的后侧330上。由图7可以看出，第一和第二阵列620和690具有足够的尺寸，使得安装在装配的母板130上的低成本的电容器140能够安装在微处理器120的周围的位置。还可以看出，低成本的电容器140位于第一阵列620的下方和第二阵列690的周围。
此外，由图7可以看出，第一阵列620大于第二阵列690，借以增加散热速率，而不增加散热装置200的底部270的覆盖区的尺寸使其大于微处理器120的后侧330。散热装置200的底部270的覆盖区尺寸和微处理器120的后侧330尺寸一致能够使得底部270和微处理器120的后侧330具有相同的热传导速度。这又增加了在底部270和微处理器120的后侧330之间的热传导效率。
可以在装置600的周围设置传热介质，以便沿图6所示的方向引入热传导介质297，例如空气，从而产生基本上垂直于芯子210的气流。此外，所述气流基本上平行于第一和第二阵列620和690，以便增强散热装置600的散热。传热介质295(例如热管或其它类似介质)可被包括在芯子210中，以便进一步增强散热装置600的散热。
在一些实施例中，增强的散热装置600由导热材料例如铜、铝或任何其它能够从集成电路器件汲取热量的材料制成。在一些实施例中，芯子210可以包括传热介质，例如一个或几个热管、液体、热虹吸管或任何其它适用于从集成电路器件汲取热量的类似的传热介质。在一些实施例中，第一和第二阵列620、690分别占据上下表面区域230和240周围的空间的第一部分和第二部分，使得第一部分小于第二部分，从而使得能够在电路板130上在第一阵列620的下方安装元件。
结论
上述的装置和方法等通过使用可以沿径向延伸的散热片结构的阵列提供增强的散热。这使得其上安装有所述散热装置的集成电路器件的周围能够安装电子元件，同时通过利用当前能够实现的高容积制造技术能够维持高的性能价格比。