[发明专利]一种采用双路径传热的高密度芯片散热方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子散热技术领域，具体地说是一种采用双路径传热的高密度芯片散热方法。 

背景技术

随着计算机功能的日益增强和高频化趋势发展，现代计算机对各重要部件的散热要求越来越高，除了CPU，主板北桥芯片组、显卡等都有很高的散热需求。计算机散热的方式很多，目前主要有风冷、液冷、半导体制冷、热管传导等。但不管哪种散热方式，都会在发热芯片表面贴装一个散热器，所不同的是散热器的形式，有板状的、肋片状的、鳍柱状的、内嵌热管的或内嵌液冷管的。但这些散热方式都仅考虑了芯片封装壳体表面的单向传热路径，只能通过减少单传导路径上的温度梯度来解决散热问题，即，在芯片表面贴装上各种类型的散热器，来扩散或转移芯片的热量。当芯片表面贴装上散热器后，芯片的热量主要通过芯片的封盖传向散热器。由于现代芯片的高集成度，芯片封盖的表面积非常小，因此，芯片封盖与外部散热器之间的传导截面上的热流密度会很大，如一块I7 CPU芯片，当其满负荷工作时其表面热流密度可达25w/cm ，此时芯片与散热器之间的热阻很大，芯片的热积累会很严重，从而导致芯片核心温度过高。 

下面结合附图做进一步详细说明。图1为焊接于多层印制板（PCB）的BGA芯片封装结构示意图。 

当芯片工作时，核心chip 3a发热，热量通过导热粘合材料2a向封盖1a传递，同时通过核心焊球4a向基板5a传递，基板5a再将热量通过基板焊球6a向芯片对应的电路层PCB敷铜箔8a传递，对应的PCB敷铜箔8a 再将热量向各层PCB基板7a传递。 

当芯片封盖1a上不增加外部散热器时，热源核心chip 3a散发的热量依靠封盖1a和PCB与环境进行对流和辐射交换。由于芯片基板5a通常大于芯片封盖1a，而PCB比芯片封盖1a更是大得多，因此，PCB与环境的热交换能力比封盖1a也强的多，此时核心chip 3a的热量将主要通过基板5a向PCB传递，所以通过基板5a的热流大于通过封盖1a的热流。 

当封盖1a上增加外部散热器时，由于散热器为导热率远高于非金属的铝材或铜材，且散热面积也远大于PCB的面积，因此散热器的散热能力比PCB 强得多，此时核心chip 3a的热量将主要通过封盖1a向散热器传递，所以通过封盖1a的热流远大于通过基板5a的热流。由于封盖的尺寸很小，当芯片的功率较大时，封盖上的热流密度就非常大，容易产生热积累，造成核心chip 3a上的温度骤升。 

根据本发明人对某图形板上图形芯片的温度检测：在该图形芯片封盖面装有导热板的前提下，图形板运行3DMAX时，图形芯片核心与芯片封盖上的温差为44℃，而图形芯片核心与正对芯片的PCB底面温差仅为26℃。这充分说明芯片核心chip 3a向芯片基板5a的传热能力远大于核心chip 3a向芯片封盖1a的传热能力，芯片基板5a方向的散热潜力没有得到发挥。 

发明内容

[0008] 本发明是为了弥补上述现有技术的不足而提供的一种采用双路径传热的高密度芯片散热方法，该方法将柔性导热绝缘材料与散热器相结合，使散热器可安装于贴装了高密度芯片的PCB底面，挖潜了芯片基板的散热能力，开发了一条由芯片核心——芯片基板——PCB——散热器——热沉的传热路径，将目前芯片散热仅通过芯片核心——芯片封盖——散热器——热沉的单条传热路径扩展为两条双向并行的传热路径，减小了芯片传热路径上的热流密度。 

本发明一种采用双路径传热的高密度芯片散热方法，包括芯片、印制板、导热绝缘介质、散热器，其步骤如下：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装散热器；最后芯片与散热器之间、印制板与散热器之间填充导热绝缘介质。 

所述印制板与散热器之间填充的导热绝缘介质为极易变形让位的柔性材料，其可以是泥状的导热绝缘垫，也可以为导热绝缘灌封胶，用于将芯片基板传给印制板的热量导向散热器，同时将散热器与印制板底面的焊脚、电容及其它电器件进行绝缘隔离。 

所述散热器可以是导热板形式的，与PCB形成导热插件模块，用于插槽式传导散热机箱；所述散热器也可以是翅片状，用于采用风冷散热的开放式机箱。 

进一步地，所述散热器上也可以嵌装热管或液冷管，用于进一步降低散热器内的传导热阻或将热量转移至其他低温区。