LSI封装、散热器和安装散热器的接口模块.pdf

本发明涉及LSI封装、散热器和安装散热器的接口模块，其中安装接口模块的LSI封装具有：配备信号处理LSI的内插器；用于信号传输的接口模块，该模块机械连接到内插器并电连接到信号处理LSI；以及与信号处理LSI和接口模块接触的散热器，散热器辐射信号处理LSI和接口模块的热量。LSI封装具有作为信号处理LSI的热辐射部分与接口模块的热辐射部分之间热阻器部分的间隙。

1.  一种LSI封装，包括：
具有主表面的内插器；
安装在内插器的主表面上的信号处理LSI芯片；
用于信号传输的接口模块，该接口模块机械连接到内插器上并电连接到信号处理LSI芯片上；以及
与信号处理LSI芯片和接口模块都接触的散热器，散热器具有与信号处理LSI芯片接触的第一热辐射部分、与接口模块接触的第二热辐射部分以及设置在第一热辐射部分和第二热辐射部分之间的热阻器部分。

2.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，散热器的热阻器部分的热阻值比第一热辐射部分和第二热辐射部分中任一个的都更高。

3.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，热阻器部分包括用于切断连接第一热辐射部分和第二热辐射部分的直线热路径的间隙。

4.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，热阻器部分包括用于切断连接第一热辐射部分和第二热辐射部分的直线热路径的槽。

5.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，接口模块把光信号变换为电信号，或把电信号变换成光信号，并且，接口模块连接到外部光学线路以进行信号传输。

6.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，信号处理LSI芯片和接口模块的最上表面距内插器的主表面具有基本相同的高度。

7.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，信号处理LSI芯片布置在内插器的主表面的中央部分中，并且在内插器的主表面的外围部分布置多个接口模块。

8.  如权利要求1所述的LSI封装，进一步包括连接到散热器的冷却风扇。

9.  如权利要求1所述的LSI封装，其中，第一热辐射部分包括多个热辐射插针，并且第二热辐射部分包括多个热辐射翅片。

10.  一种散热器，包括：
多个热辐射部分，所述多个热辐射部分具有分别与不同的待辐射部件接触的热接收表面，以分别冷却不同的待辐射部件；以及
在相邻两个热辐射部分之间形成的热阻器部分，设置热阻器部分是为了增加相邻两个热辐射部分之间的热阻。

11.  如权利要求10所述的散热器，其中，所有热接收表面都位于一个平面上。

12.  如权利要求10所述的散热器，其中，热辐射部分由一种材料整体形成。

13.  如权利要求10所述的散热器，其中，热阻器部分具有用于切断连接多个热辐射部分中相邻两个的直线热路径的间隙。

14.  如权利要求10所述的散热器，其中，热阻器部分具有用于切断连接多个热辐射部分中相邻两个的直线热路径的槽。

15.  如权利要求10所述的散热器，进一步包括固定到热辐射部分的冷却风扇。

16.  如权利要求10所述的散热器，其中，在热辐射部分的与热接收表面相对的热辐射表面上，相邻两个热辐射部分的部件与插入在它们之间的热阻器部分互相连接。

17.  如权利要求10所述的散热器，其中，
待辐射部件分别与LSI封装的第一部分及其第二部分相对应，第一部分包括安装在内插器上的信号处理LSI芯片，并且第二部分包括用于信号传输的接口模块，接口模块机械连接到内插器上并电连接到信号处理LSI芯片上；以及
接口模块和信号处理LSI芯片分别连接到不同热辐射部分的热接收表面。

18.  一种安装散热器的接口模块，包括：
散热器，散热器包括第一热辐射部分和第二热辐射部分、以及设置在第一热辐射部分和第二热辐射部分之间以增加它们之间热阻的热阻器部分，其中，每个热辐射部分都具有与不同的待辐射部件中对应一个接触的热接收表面，以冷却它们；以及
用于信号传输的接口模块，该模块设置得与第二热辐射部分的热接收表面接触。

19.  如权利要求18所述的安装散热器的接口模块，进一步包括安装在内插器上的信号处理LSI芯片，内插器包括安装板连接电气端，信号处理LSI芯片与第一热辐射部分的热接收表面接触连接，并且其中，接口模块机械固定到安装有信号处理LSI芯片的内插器，并且电连接到信号处理LSI芯片。

20.  如权利要求18所述的安装散热器的接口模块，进一步包括连接到散热器的冷却风扇。

LSI封装、散热器和安装散热器的接口模块
相关专利申请的交叉引用
本专利申请基于2003年8月19日提交的现有日本专利申请No.2003-295418，并且要求对其享有优先权，该专利申请的全部内容在本文引作参考。
技术领域
本发明涉及一种安装接口模块的LSI封装以及用于该封装中的散热器，其中，该封装具有用于信号传输的高速接口模块，该模块向外部线路传送高速信号。本发明还涉及一种具有散热器的接口模块。
背景技术
近年来，已经提出这样一种结构，其中，在配备有信号处理LSI的内插器上直接安装用于向/从外部器件传送/接收光学信号的接口模块(热互连9.关于高性能互连的论文集(Symposium on HighPerformance Interconnects)，IEEE第31-35页，2001，以及NikkeiElectronics第810期，第121-122页，2001年12月3日)。在此结构中，在信号处理LSI与接口模块之间有较大的高度差。另外，由于接口模块在面向信号处理LSI热辐射的方向的一侧(后侧)上具有光学连接器，因此，接口模块和信号处理LSI不能沿相同方向辐射热量。从而，难以通过一个散热器来有效地冷却信号处理LSI和接口模块。
在另一已知的结构中，包括大量LSI芯片的封装的散热器分为多个部件(日本专利申请KOKAI出版号10-173114)。在使用此分离式散热器的情况下，需要许多部件并且组装成本较高。而且，缺陷模式有很大的可能性，如散热器的有缺陷组装(错位)。从而，因产量或组装量减少而引起成本增加是不可避免的。
如上所述，根据常规技术，在一个内插器上安装信号处理LSI和光学接口模块的情况下，难以通过一个散热器来有效地冷却它们。如果使用多个散热器，产量或组装量就降低，导致成本增加。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种LSI封装，包括：
具有主表面的内插器；
安装在内插器的主表面上的信号处理LSI；
用于信号传输的接口模块，该模块机械连接到内插器上并电连接到信号处理LSI上；以及
与信号处理LSI和接口模块都接触的散热器，散热器具有辐射信号处理LSI热量的第一热辐射部分、辐射接口模块热量的第二热辐射部分以及设置在第一和第二热辐射部分之间的热阻器部分。
根据本发明的另一方面，提供一种散热器，包括：
多个热辐射部分，所述部分分别具有与不同的待辐射主体接触并分别冷却它们的热接收表面；以及
在多个热辐射部分中的相邻两个之间形成的热阻器部分，设置热阻器部分是为了在热辐射部分之间得到较高的热阻。
根据本发明的又一方面，提供一种安装散热器的接口模块，包括：
散热器，散热器包括第一和第二热辐射部分、以及在第一和第二热辐射部分之间形成的热阻器部分，其中，第一和第二热辐射部分分别具有与不同的待辐射主体接触并分别冷却它们的热接收表面；以及
用于信号传输的接口模块，该模块设置得与第二热辐射部分的热接收表面接触。
附图说明
图1为示出根据本发明第一实施例的安装接口模块的LSI封装的示意性结构的截面图；
图2为示出第一实施例的散热器的结构的平面图；
图3为示出在第一实施例的接口模块、信号处理LSI和内插板之间的位置关系的透视图；
图4为示出根据本发明第二实施例的安装接口模块的LSI封装的示意性结构的截面图；
图5为示出第二实施例的散热器的结构的平面图；
图6为示出根据本发明第三实施例的具有散热器的接口模块的示意性结构的截面图；
图7为示出本发明的修改例的截面图；
图8为示出本发明另一修改例的截面图；
图9为示出在本发明提出之前的安装接口模块的LSI封装的示意性结构的截面图；以及
图10为示出图9所示的安装接口模块的LSI封装中的热流的截面图。
具体实施方式
在描述本发明的实施例之前，结合图9和10描述本发明人提出的安装接口模块的LSI封装(日本专利申请No.2003-39828)。在此封装中，例如，使用光学线路作为高速接口模块地外部线路。
在图9中，参考号代表如下元件：1代表内插板；2代表焊球；3代表信号处理LSI；4代表光学元件驱动IC；5代表光电变换部分；6代表光纤；7代表接线板；8代表各向异性传导膜；9代表散热器；以及10代表冷却风扇。信号处理LSI 3的高速信号不通过焊球2提供给安装板，而是通过各向异性传导膜8和接线板7提供给光学元件驱动IC 4。高速信号由光电变换部分5变换为光学信号，该信号提供给光纤6。内插器用于把半导体芯片连接到IC封装中的母板等。它可以是引线框、TAB带、树脂板等。
图10示意性示出图9所示的安装接口模块的LSI封装的完成形式、以及在操作时间内的热流。信号处理LSI 3与接口模块35(光学元件驱动IC 4、光电变换部分5和接线板7)的最上表面距内插板1有基本相同的高度。信号处理LSI 3和接口模块35通过导热油脂等而紧密地粘附到散热器9的下表面。参考号14-16表示热流：14代表信号处理LSI 3的热流；15代表光学元件驱动IC 4的热流；以及16代表从信号处理LSI 3到光学元件驱动IC 4的热流。
信号处理LSI 3一般产生大量的热，因为它以高速工作。例如，近来，在1-3GHz下工作并且具有大约10mm×10mm大小的CPU消耗高达50-70W(50-70W/cm²)的功率。另一方面，在大约40Gbps(10Gbps×4ch)处理量的情况下，具有大约2mm×2mm大小的光学元件驱动IC 4消耗相对较小的功率，低于1W(低于20W/cm²)。从而，当信号处理LSI 3和光学元件驱动IC 4通过单个散热器9冷却时，发生从信号处理LSI 3到光学元件驱动IC 4的热流16，如图10所示，因为在绝对功耗和功耗密度方面，信号处理LSI 3消耗明显更高的功率。结果，光学元件驱动IC 4不能被冷却。此问题频频发生。
从而，需要借助在日本专利申请KOKAI出版号10-173114中公开的分离式散热器来分别冷却信号处理LSI和光学元件驱动IC(接口模块的主要发热部分)。在使用此分离式散热器的情况下，需要许多部件并且组装成本较高。而且，缺陷模式有很大的可能性，如散热器的有缺陷组装(错位)。从而，因产量或组装量减少而引起成本增加是不可避免的。
为了克服以上缺陷，本发明人提出以下结构，其中：不牵涉大规模的结构变化或结构的复杂化，通过一个散热器就有效地冷却安装在一个内插器上的信号处理LSI和接口模块。
以下结合附图描述本发明的实施例。在以下描述中，使用光学线路作为高速接口模块的外部线路。然而，它可用电气线路如紧凑同轴电缆替代。在电气线路的情况下，使用高速线路接口IC，如线路驱动器和线路接收器，来替代光学元件驱动IC和光学元件。如果需要，可在接口模块中包括预加重电路、均衡器电路等。
(第一实施例)
图1为示出根据本发明第一实施例的安装接口模块的LSI封装的示意性结构的截面图。
在图1中，参考号代表如下元件：1代表BGA(球栅阵列)内插板；2代表焊球；3代表信号处理LSI；4代表光学元件驱动IC；5代表光电变换部分；6代表光纤；7代表接线板；8代表各向异性传导膜；9代表散热器；以及10代表冷却风扇。
BGA内插板1可以是另一电极类型：例如，它可用PGA(针栅阵列)内插板或LGA(基板栅格阵列)内插板替代。以下，BGA内插板简称为内插板。光电变换部分5包括半导体激光器和与光纤光学耦合的光接收元件。从光电变换部分5引出电极，并连接到光学元件驱动IC 4。可替换地，光学元件驱动IC 4可以包含在光电变换部分5内。光学元件驱动IC 4、光电变换部分5和接线板7称为光学接口模块35。
在图1中，参考号11代表设置在散热器9内的间隙11。间隙11形成热阻器部分，用于热隔绝LSI的LSI热辐射部分(图中的中央部分)和接口模块的热辐射部分(图中的左或右部分)。散热器9由信号处理LSI 3的热辐射部分(第一热辐射部分)和接口模块35的热辐射部分(第二热辐射部分)整体形成。两个热辐射部分的部件互相耦合。此结构结合图2进行描述。
图2为用于第一实施例中的散热器9的顶视图。透明示出信号处理LSI 3、光学元件驱动IC 4和光电变换部分5的布置。图1与沿图2中直线I-I剖分的横截面相对应。
在此实施例中，散热器9是使用翅片91和插针92的混合热辐射类型。图2中双矩形代表每个翅片91的顶部和底部，双正方形代表每个插针92的顶部和底部。通过使翅片91稀疏，即通过取消信号处理LSI 3与光学元件驱动IC 4之间直线热传导路径的一部分，而形成间隙(热阻器部分)11。换句话说，设置热阻器部分11，以切断信号处理LSI 3与光学元件驱动IC 4之间的直线热传导路径。通过制造散热器的常规方法，如铝的挤压模塑和冲压，而制造散热器9。
在图2中，在接口模块35的热辐射部分中设置热辐射插针92。在信号处理LSI 3的热辐射部分中，在除最外部分的中央部分上布置热辐射插针92，并且在最外部分上布置热辐射翅片91。此布置的目的是保护接口模块部分不被暖空气(从冷却风扇10吹来的已经冷却LSI的空气)加热。换句话说，信号处理LSI 3的热辐射部分的最外侧部分中的翅片91用作障碍板，它们防止已经冷却信号处理LSI 3的空气吹到接口模块一侧，但让它吹入接口模块之间的空间(散热器的角落部分)中。利用此结构，不仅间隙11防止热量通过散热器材料传递，而且，最外侧部分中的热辐射翅片91还防止通过强制对流而传送热量。
以上描述涉及冷却风扇10把空气吹向散热器9一侧的情形。然而，在空气从散热器9流向冷却风扇10的情形中，也获得相同的效果。更具体地，翅片91用作气流限制部分，以有效地冷却散热器9的间隙11之间的桥接部分。因而，它抑制信号处理LSI 3通过桥接部分对接口模块35进行热阻碍。必需在接口模块的热辐射部分的最内侧部分中布置翅片91；即，其它部分中的翅片91可用插针92取代。进一步地，如果信号处理LSI 3的发热量较小，就可省略冷却风扇10。
图3为示出包括以上实施例的接口模块的LSI封装的实际安装状态的透视图。配备有信号处理LSI 3和其它元件的内插器1安装在安装板31上。随后，光学接口模块35和散热器9(在图3中未示出)安装在内插器1上。因而，完成LSI封装。线路32和芯片元件33安装在安装板31上。进一步地，将与外部光纤连接的光学连接器36在与光学接口模块35相对的一端上连接到光纤6。
如上所述，此实施例具有以下结构，其中：信号处理LSI 3与光学接口模块35具有大致相同的高度并且通过一个与它们接触的散热器9来冷却。进一步地，在散热器9中形成热阻器部分11，从而，散热器9划分为两个区域：信号处理LSI 3的热辐射部分(第一热辐射部分)和接口模块35的热辐射部分(第二热辐射部分)。热阻器部分11的热阻值比第一或第二热辐射部分的更高。
以上结构防止以下缺陷：信号处理LSI 3的热量传递到接口模块35，导致不能充分地冷却接口模块35。换句话说，单个散热器9足以有效冷却信号处理LSI 3和接口模块35。从而，不牵涉大规模的结构变化或结构的复杂化，就可有效地冷却信号处理LSI和接口模块35。结果，提高产量或组装量，导致成本降低。
而且，在以上实施例中，如图3所示，光学连接器36在与光学接口模块35分离的位置上连接到光纤。此结构还有效地解决安装限制的问题，此问题在大尺寸光学连接器结构中发生。
(第二实施例)
图4为示出根据本发明第二实施例的安装接口模块的LSI封装的示意性结构的截面图。与图1中相同的元件用相同的参考号标识，并省略其详细描述。
除了散热器结构以外，第二实施例与第一实施例相同。在图4中，参考号12代表借助用于生产散热器9的压制工作而形成的槽。槽12用作热隔绝LSI热辐射部分和接口模块热辐射部分的热辐射部分。槽12从散热器9的底端部分(热接收部分)几乎延伸到散热器9的顶端部分。
图5为用于图4所示实施例中的散热器9的顶视图。透明示出信号处理LSI 3、光学元件驱动IC 4和光电变换部分5的布置。图4与沿图5中直线IV-IV剖分的横截面相对应。
与在第一实施例中相同，散热器9是使用翅片91和插针92的混合热辐射类型。设置槽(热阻器部分)12以取代间隙11，并且翅片91的形状与第一实施例的不同。此结构切断信号处理LSI 3与光学元件驱动IC 4之间的直线热传导路径。通过制造散热器的常规方法，如铝的挤压模塑和冲压，而制造散热器9。
参照图5，设置在信号处理LSI 3的热辐射部分(第一热辐射部分)的最外侧部分中的热辐射翅片91包围第一热辐射部分。设置在接口模块35的热辐射部分(第二热辐射部分)的最内侧部分中的热辐射翅片91连接到在与热接收表面相对的热辐射表面上(在冷却风扇10上)第一热辐射部分的最外侧部分中的热辐射翅片91。
利用以上结构，信号处理LSI 3产生的热量通过散热器9的低温部分传递到接口模块35。从而，如果冷却风扇10完全执行热辐射，就基本上没有热量从信号处理LSI 3传递到接口模块35。
进一步地，在此实施例中，从信号处理LSI 3到接口模块35的热路径比信号处理LSI 3的热路径加上接口模块35的热路径还更长。从而，从信号处理LSI 3到接口模块35的热阻容易设定得比LSI 3的热阻和接口模块35的热阻中的任一个更高。
在示出示意性结构的图4截面图中，看起来好象不存在已经冷却信号处理LSI 3的热辐射部分(中央部分)的空气的出口。然而，如图5所示，通过在槽12的不设置接口模块35的部分(即散热器的角落部分)中形成切口13而提供出口。而且，在图5所示结构中，槽12用作障碍，防止已经冷却信号处理LSI 3的空气(暖空气)吹到接口模块35一侧并加热它。因而，可获得与图2所示实施例相同的效果。
(第三实施例)
图6为示出根据本发明第三实施例的具有散热器的接口模块的示意性结构的截面图。与图1中相同的元件用相同的参考号标识，并省略其详细描述。
在第三实施例中，接口模块35连接到散热器的热接收表面，并且，冷却风扇10连接到散热器的热辐射表面。既没有内插器1也没有信号处理LSI连接到散热器。接口模块35与第一实施例中所用的相同。
利用此结构，具有接口模块35的散热器9对准连接配备有信号处理LSI 3的内插器1。结果，可容易生产安装接口模块的LSI封装。此实施例的结构一般是有效的，因为内插器1一般安装在安装板31上，如图3所示。
(修改例)
本发明不局限于以上实施例。安装在内插板上的信号处理LSI与接口模块之间的关系不必局限于第一或第二实施例中的。只需要信号处理LSI与接口模块的最上表面距内插板具有基本相同的高度。例如，图7和8所示的修改例是有可能的。在图7所示修改例中，接口模块35通过连接插针37而连接到内插板1的上表面。在图8所示修改例中，接口模块35通过连接插针39而连接到内插板1的侧面。
散热器9的材料不局限于铝，而可以是铜等等。用于制造散热器的方法不局限于模制，而可以是敛缝或焊接。
对于本领域中技术人员，容易设想其它的优点和修改。从而，在更广的方面中，本发明不局限于在此示出和描述的特定细节和代表性实施例。相应地，只要不偏离后附权利要求和它们等效物所定义的一般发明概念的精神或范围，就可实现各种修改例。