[發明專利]一種采用雙路徑傳熱的高密度芯片散熱方法

有效

• 申請號: 201210561704.7
• 申請日: 2012-12-22
• 公開（公告）號: CN103021877A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 嚴紅;李強
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0九研究所
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L23/34;H05K7/20;G06F1/20
• 代理公司: 武漢金堂專利事務所 42212
• 代理人: 胡清堂

技術領域

本發明涉及電子散熱技術領域，具體地說是一種采用雙路徑傳熱的高密度芯片散熱方法。?

背景技術

隨著計算機功能的日益增強和高頻化趨勢發展，現代計算機對各重要部件的散熱要求越來越高，除了CPU，主板北橋芯片組、顯卡等都有很高的散熱需求。計算機散熱的方式很多，目前主要有風冷、液冷、半導體制冷、熱管傳導等。但不管哪種散熱方式，都會在發熱芯片表面貼裝一個散熱器，所不同的是散熱器的形式，有板狀的、肋片狀的、鰭柱狀的、內嵌熱管的或內嵌液冷管的。但這些散熱方式都僅考慮了芯片封裝殼體表面的單向傳熱路徑，只能通過減少單傳導路徑上的溫度梯度來解決散熱問題，即，在芯片表面貼裝上各種類型的散熱器，來擴散或轉移芯片的熱量。當芯片表面貼裝上散熱器后，芯片的熱量主要通過芯片的封蓋傳向散熱器。由于現代芯片的高集成度，芯片封蓋的表面積非常小，因此，芯片封蓋與外部散熱器之間的傳導截面上的熱流密度會很大，如一塊I7?CPU芯片，當其滿負荷工作時其表面熱流密度可達25w/cm?，此時芯片與散熱器之間的熱阻很大，芯片的熱積累會很嚴重，從而導致芯片核心溫度過高。?

下面結合附圖做進一步詳細說明。圖1為焊接于多層印制板（PCB）的BGA芯片封裝結構示意圖。?

當芯片工作時，核心chip?3a發熱，熱量通過導熱粘合材料2a向封蓋1a傳遞，同時通過核心焊球4a向基板5a傳遞，基板5a再將熱量通過基板焊球6a向芯片對應的電路層PCB敷銅箔8a傳遞，對應的PCB敷銅箔8a?再將熱量向各層PCB基板7a傳遞。?

當芯片封蓋1a上不增加外部散熱器時，熱源核心chip?3a散發的熱量依靠封蓋1a和PCB與環境進行對流和輻射交換。由于芯片基板5a通常大于芯片封蓋1a，而PCB比芯片封蓋1a更是大得多，因此，PCB與環境的熱交換能力比封蓋1a也強的多，此時核心chip?3a的熱量將主要通過基板5a向PCB傳遞，所以通過基板5a的熱流大于通過封蓋1a的熱流。?

當封蓋1a上增加外部散熱器時，由于散熱器為導熱率遠高于非金屬的鋁材或銅材，且散熱面積也遠大于PCB的面積，因此散熱器的散熱能力比PCB?強得多，此時核心chip?3a的熱量將主要通過封蓋1a向散熱器傳遞，所以通過封蓋1a的熱流遠大于通過基板5a的熱流。由于封蓋的尺寸很小，當芯片的功率較大時，封蓋上的熱流密度就非常大，容易產生熱積累，造成核心chip?3a上的溫度驟升。?

根據本發明人對某圖形板上圖形芯片的溫度檢測：在該圖形芯片封蓋面裝有導熱板的前提下，圖形板運行3DMAX時，圖形芯片核心與芯片封蓋上的溫差為44℃，而圖形芯片核心與正對芯片的PCB底面溫差僅為26℃。這充分說明芯片核心chip?3a向芯片基板5a的傳熱能力遠大于核心chip?3a向芯片封蓋1a的傳熱能力，芯片基板5a方向的散熱潛力沒有得到發揮。?

發明內容

[0008]?本發明是為了彌補上述現有技術的不足而提供的一種采用雙路徑傳熱的高密度芯片散熱方法，該方法將柔性導熱絕緣材料與散熱器相結合，使散熱器可安裝于貼裝了高密度芯片的PCB底面，挖潛了芯片基板的散熱能力，開發了一條由芯片核心——芯片基板——PCB——散熱器——熱沉的傳熱路徑，將目前芯片散熱僅通過芯片核心——芯片封蓋——散熱器——熱沉的單條傳熱路徑擴展為兩條雙向并行的傳熱路徑，減小了芯片傳熱路徑上的熱流密度。?

本發明一種采用雙路徑傳熱的高密度芯片散熱方法，包括芯片、印制板、導熱絕緣介質、散熱器，其步驟如下：首先芯片焊接于印制板上；然后芯片表面及印制板底面均安裝散熱器；最后芯片與散熱器之間、印制板與散熱器之間填充導熱絕緣介質。?

所述印制板與散熱器之間填充的導熱絕緣介質為極易變形讓位的柔性材料，其可以是泥狀的導熱絕緣墊，也可以為導熱絕緣灌封膠，用于將芯片基板傳給印制板的熱量導向散熱器，同時將散熱器與印制板底面的焊腳、電容及其它電器件進行絕緣隔離。?

所述散熱器可以是導熱板形式的，與PCB形成導熱插件模塊，用于插槽式傳導散熱機箱；所述散熱器也可以是翅片狀，用于采用風冷散熱的開放式機箱。?

進一步地，所述散熱器上也可以嵌裝熱管或液冷管，用于進一步降低散熱器內的傳導熱阻或將熱量轉移至其他低溫區。?