DE60126341T2 - Direktbefestigung eines wärmerohrs an ein chip durch mittelpunktladung - Google Patents
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Description
- STAND DER TECHNIK
- 1. GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Computerkomponentenmontage und im Besonderen die Montage eines Halbleiterplättchens an einem Wärmeleiter.
- 2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
- Bei der Entwicklung bzw. Konstruktion und Herstellung von Computerhardware kann die Einhaltung bestimmter thermischer Voraussetzungen von entscheidender Bedeutung sein. Im Besonderen kann ein in einer Schaltungseinheit platzierter Silizium-Mikrochip (Halbleiterplättchen) die Voraussetzung zum Entziehen von Wärme aufweisen, die während dem Betrieb durch den Mikrochip erzeugt wird. Die Schaltungseinheit kann eine Barriere aus Kunststoff aufweisen, welche das Halbleiterplättchen abdeckt. Bei Laptop-Computern kann eine als Wärmeleiter fungierende Wärmeleitung an der Schaltungseinheit angebracht werden, welche das Halbleiterplättchen aufweist, um die Wegführung von Wärme zu unterstützen. Wie dies in den Abbildungen der
1a und1b dargestellt ist, kann die Wärmeleitung116 ein Metallbauteil aufweisen, das als Ausbreitungsplatte (englisch: Spreader Plate)104 bezeichnet wird, die zwischen der Schaltungseinheit110 und der Wärmeleitung116 platziert wird, um den kleineren Wärmeleitungs-Kontaktbereich mit der Schaltungseinheit110 zusammenzuführen. Die Wärmeleitung116 , die Schaltungseinheit110 und die Ausbreitungsplatte104 werden unter Verwendung verschiedener Befestigungseinrichtungen102 an das Substrat112 einer gedruckten Leiterplatte geklemmt. Das Klemmverfahren kann ungleichmäßige bzw. uneinheitliche Kräfte (Belastungen) F1 & F2 (wobei zur besseren Veranschaulichung nur zwei Befestigungseinrichtungen abgebildet sind, wobei aber auch vier oder mehr Befestigungseinrichtungen eingesetzt werden können) auf die Wärmeleitung116 und die Ausbreitungsplatte104 ausüben. Potenziell können ebenso viele uneinheitliche Kräfte wie vorhandene Befestigungseinrichtungen102 ausgeübt werden. Folglich können sich einige der Computerkomponenten (Wärmeleitung116 , Ausbreitungsplatte104 , Schaltungseinheit110 ) biegen und/oder verschieben. In Verbindung mit einer Bewegung der Computerkomponenten116 ,104 ,110 , können die thermischen Grenzflächematerialien108 ,114 , die zwischen der Wärmeleitung116 und der Ausbreitungsplatte104 sowie zwischen der Ausbreitungsplatte104 und der Schaltungseinheit110 platziert sind, unterschiedliche Dicken annehmen. Eine variable Dicke der thermischen Grenzflächematerialien108 ,114 sowie eine größere Dicke des thermischen Grenzflächenmaterials108 ,114 erhöhen jeweils den thermischen Widerstand. - Die Abbildungen der
1a ,1b und1c veranschaulichen eine Vorrichtung, um unter Verwendung von Befestigungselementen102 , wie etwa von Schrauben oder Bolzen, eine Klemmkraft bereitzustellen. Diese Befestigungseinrichtungen102 verbinden die Ausbreitungsplatte104 mit dem Substrat112 , wobei sich die Schaltungseinheit110 dazwischen befindet. Jede Befestigungseinrichtung102 übt eine Kraft (F1, F2) aus, die zu der Gesamtklemmkraft (F1 + F2) beiträgt. Die Ausbreitungsplatte104 und das Substrat112 platzieren ein erstes thermisches Grenzflächenmaterial (TIM 1)108 , die Schaltungseinheit110 und ein zweites thermisches Grenzflächenmaterial (TIM 2)114 unter Druck bzw. Kompression. Selbst kleine Unterschiede in Bezug auf die Abmessungen der Ausbreitungsplatte104 oder der Schaltungseinheit110 oder des ausgeübten Drehmoments113 auf jede Befestigungseinrichtung102 reichen aus, um es zu bewirken, dass eine Befestigungseinrichtung102 eine Kraft F1 ≠ F2 aufweist, die sich von den anderen Befestigungseinrichtungen102 unterscheidet. Folglich kann sich die Ausbreitungsplatte104 neigen (1b ), und die thermischen Grenzflächenmaterialien108 ,114 können jeweils unterschiedliche Dicken annehmen. Wenn darüber hinaus die ausgeübten Kräfte (F1, F2) für die Steifheit der Ausbreitungsplatte104 zu hoch sind, kann sich die Ausbreitungsplatte104 biegen (1a &1c ). Wenn die Ausbreitungsplatte104 ausreichend steif ist, kann sich die Ausbreitungsplatte104 als eine Folge der uneinheitlichen Kräfte F1, F2 neigen (1b ). Sowohl die Biegung als auch die Neigung der Ausbreitungsplatte104 können gleichzeitig auftreten, was dazu führt, dass das TIM 1108 als Reaktion darauf fließen kann, wodurch eine uneinheitliche Dicke von TIM 1108 erzeugt wird. Das zweite thermische Grenzflächenmaterial (TIM 2)114 , das zwischen der Ausbreitungsplatte104 und der Wärmeleitung116 positioniert ist, befindet sich außerhalb der Klemmkraft (F1 + F2), wobei es jedoch weiterhin als Reaktion auf die Bewegung der Ausbreitungsplatte104 fließen bzw. strömen kann, was zu einer uneinheitlichen bzw. ungleichmäßigen Dicke des TIM 2114 führt. Die Folge uneinheitlicher Dicken von TIM108 ,114 ist eine reduzierte Leistung, und zwar aufgrund des lokalen Temperaturanstiegs und/oder des Temperaturanstiegs insgesamt in der Schaltungseinheit110 . - Darüber hinaus können TIM 1
108 und TIM 2114 als Folge dieser ungleichmäßigen Belastungen (F1, F2) Lücken bzw. Hohlräume erzeugen, und TIM 1108 und TIM 2114 können sich von der Ausbreitungsplatte104 und/oder der Wärmeleitung116 unterscheiden. Als Folge dessen sehen TIM 1118 und TIM 2114 einen Anstieg des Wärmewiderstands aufgrund der Dickenunterschiede und/oder der Lücken/Abstände vor, die auftreten können. - In ähnlicher Weise offenbart das U.S. Patent US-A-6.021.044 ein Paar allgemein C-förmiger Klammern, die jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende und ein zentrales gerecktes Element umfassen. Die Klammern werden auf gegenüberliegenden Seiten einer Mitte eines Kühlkörpers an Aussparungen angebracht, und somit befindet sich keine Klammer oberhalb der Mitte.
- Die Verbindung der Ausbreitungsplatte
104 mit der Wärmeleitung115 kann erreicht werden, ohne ein thermisches Grenzflächenmaterial, indem eine hohe Passgenauigkeit der Komponenten eingesetzt wird, wie zum Beispiel ein Presssitz, der genaue Toleranzen der Abmessungen zwischen den zusammenpassenden Oberflächen voraussetzt. Zur Minimierung des Wärmewiderstands ist ein enger direkter Kontakt erforderlich, um Luftzwischenräume zwischen den beiden zusammenpassenden bzw. zusammengeführten Bauteilen zu vermeiden. Alternativ kann die Verbindung erreicht werden, wobei sich das thermische Grenzflächenmaterial zwischen der Wärmeleitung116 und der Ausbreitungsplatte104 befindet. Das thermische Grenzflächenmaterial (TIM) sollte auch wärmeleitfähig sein und kann ein Fett, ein Lötmittel, eine Reihe von Klebstoffen oder ein anderes Material darstellen. Die Grenzflächenabmessungen, das thermische Grenzflächenmaterial und ein Verfahren zum Halten der Computerkomponenten an einer gestapelten Position (Stapel) sind von Bedeutung. - Wenn ein Klebstoff oder ein Lötmittel als thermisches Grenzflächenmaterial verwendet wird, ist eine Haftfestigkeit erforderlich, wobei eine zweckmäßige Montagekraft benötigt wird, um eine gute Haftfestigkeit zu gewährleisten. Wenn keine Haftfestigkeit erforderlich ist, kann ein thermisches Grenzflächenmaterial eingesetzt werden, das sich nicht errichtet, wie dies bei Klebstoffen und Lötmitteln der Fall ist. Unabhängig davon, ob sich ein TIM wie ein Klebstoff errichtet oder nicht errichtet, wie dies bei Fett bzw. einem Schmiermittel der Fall ist, ist es in jedem Fall während der Zeit, in der das TIM fließen oder sich verformen kann, erforderlich, die Dicke zu regeln sowie die Erzeugung von Zwischenräumen und Lücken so gering wie möglich zu halten. Derartige Lücken bzw. Zwischenräume können in dem TIM existieren, und Zwischenräume können an den Oberflächen des TIM vorhanden sein. Ferner kann die Dicke des Materials uneinheitlich aufgetragen werden. Folglich ist die Wärmeleitung durch das Material und die Grenzflächen weniger effizient.
- Vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1.
- Vorgesehen ist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Befestigung gemäß dem gegenständlichen Anspruch 8.
- Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- In den Zeichnungen zeigen:
-
1a eine Darstellung einer gebogenen Ausbreitungsplatte; -
1b eine Darstellung einer geneigten bzw. schrägen Ausbreitungsplatte; -
1c eine Darstellung einer Endansicht einer gebogenen Ausbreitungsplatte; -
2a eine Darstellung eines Trägers, einer Wärmeleitung, der Ausbreitungsplatte, der thermischen Grenzflächenmaterialien, der Computerkomponenten und einer Trägerplatte; -
2b eine Darstellung eines Trägers, einer Dampfkammer, eines thermischen Grenzflächenmaterials, der Computerkomponenten und der Trägerplatte; -
3 eine Darstellung einer Federklammer, der Trägerplatte, des thermischen Grenzflächenmaterials und der Computerkomponenten dazwischen; -
4a eine Draufsicht der Federklammer; -
4b eine Seitenansicht der Federklammer; und -
4c eine Querschnittsansicht des erhöhten Bereichs der Federklammer. - GENAUE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
- Offenbart werden eine neuartige Struktur und ein neuartiges Verfahren zur Bereitstellung einer ausgewogenen Klemmkraft an eine Dampfkammer, die direkt an einer Halbleiterplätten- oder Schaltungseinheit angebracht ist. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche besondere Einzelheiten ausgeführt, wie etwa bestimmte Materialien, Ausstattungen und Verfahren, die dazu dienen, ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. In anderen Fällen wurde auf die detaillierte Ausführung allgemein bekannter Computermontagetechniken und -einrichtungen verzichtet, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
- Eine Wärmeleitung ist eine Wärmeübertragungsstruktur, die eine Reihe von Kanälen zur Übertragung von Wärme zu einem Kondensatorbereich aufweist. Jede Wärmeleitung besteht aus einem zentralen Dampfkanal mit einer Reihe paralleler Kapillarkanäle, von denen jeder zu einer Seite des Dampfkanals offen ist, wodurch er als der Docht der Wärmeleitung fungiert und sich entlang der Länge der Leiterplatte zu einem Kondensatorbereich erstreckt. Die Wärme von dem Mikrochip verdampft ein Arbeits- bzw. Betriebsfluid in den Kapillarbereichen, und der Dampf wiederum verläuft in dem Dampfkanal zu einem zu kühlenden Kondensatorbereich, und wobei der Dampf von einem Kühlmedium wie etwa Luft über diesem Bereich kondensiert wird.
- Wenn eine Wärmeleitung eingesetzt wird, weist die Wärmeleitungsoberfläche, welche die Schaltungseinheit berührt, einen Querschnitt auf, der kleiner ist als die berührte Schaltungseinheit, und ein Abschnitt der Schaltungseinheit erstreckt sich über die Ränder der Wärmeleitung hinaus. Folglich kann es sein, dass die Wärmeübertragung nicht so effizient ist, wie dies erforderlich ist, und es kann ein thermischer Adapter, wie etwa eine Ausbreitungsplatte eingesetzt werden. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen der Wärmeleitung und der Schaltungseinheit weist die Ausbreitungsplatte einen Oberflächenbereich und eine Form auf, welche näher mit der Wärmeleitung übereinstimmen kann. Die Ausbreitungsplatte ist zwischen der Wärmeleitung und der Schaltungseinheit positioniert.
- Eine als Dampfkammer bekannte Art von Wärmeleitung arbeitet wie die Wärmeleitung, wobei sie jedoch auf andere Weise hergestellt wird. Die Dampfkammer wird in zwei Teilen hergestellt, die danach zusammengeführt (zweischalig) werden, so dass die fertig gestellte Dampfkammer gebildet wird. Bei diesem Herstellungsverfahren, das Bearbeitungstechniken umfassender nutzt, ist ein breiterer und steiferer Wärmeleiter möglich als in Verbindung mit der Wärmeleitung. Folglich ist im Besonderen für tragbare Computer nicht unbedingt eine Ausbreitungsplatte erforderlich, und wobei die Dampfkammer direkt mit einem einzelnen Halbleiterplättchen verbunden werden kann. Bei diesem Ansatz ist die Dampfkammer nicht durch eine Kunststoffschicht der Schaltungseinheit von dem Halbleiterplättchen getrennt, die als Wärmebarriere fungieren kann, und wobei die Dampfkammer die Wärme direkt von der Plättchenoberfläche ableiten kann. Eine Wärmeleitung kann diesen Zweck ebenso erfüllen, wenn sie ausreichend breit und steif ist.
- Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine neuartige Struktur und ein neuartiges Verfahren zur direkten Anbringung einer Dampfkammer an dem Halbleiterplättchen oder der Schaltungseinheit, wobei dazwischen ein einziges thermisches Grenzflächenmaterial vorhanden ist. Darüber hinaus handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein neuartige Struktur und ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einheitlicher Dicken des thermischen Grenzflächenmaterials mit minimalen Lücken und Zwischenräumen, indem eine Mittelpunktkraft bereitgestellt wird, die zu einer ausgeglichenen Klemmkraft führt.
- In Bezug auf die Abbildung aus
2a ist eine Klemmvorrichtung abgebildet, wobei eine Ausbreitungsplatte205 , eine Wärmeleitung208 und zwei thermische Grenzflächenmaterialien210 ,212 verwendet werden. Einheitliche Dicken des thermischen Grenzflächenmaterials werden erreicht, indem eine Mittelpunktkraft F auf die Wärmeleitung208 ausgeübt wird. Positioniert zwischen der Schaltungseinheit214 und der Ausbreitungsplatte205 ist ein erstes thermisches Grenzflächenmaterial (TIM 1)212 . Positioniert zwischen der Ausbreitungsplatte205 und der Wärmeleitung ist ein zweites thermisches Grenzflächenmaterial TIM 2210 . Die thermischen Grenzflächenmaterialien210 ,212 können physikalische Eigenschaften aufweisen, die es ermöglichen können, dass TIM 1 oder TIM 2 sich als Reaktion auf die Ausübung uneinheitlicher Kräfte bewegen bzw. fließen. Die Mittelpunktkraft F wird mit einer Trägerplatte202 erzeugt, die auf einer Seite an einem Träger206 befestigt ist203 , die gemeinsam eine Klemmkraft auf den Stapel der Wärmeleitung208 , der Ausbreitungsplatte205 , der thermischen Grenzflächenmaterialien210 ,212 und des Substrats216 ausüben. Die Mittelpunktkraft wird lokal durch den Träger206 über den erhöhten Bereich218 auf die Wärmeleitung208 ausgeübt, mit einer Zentrierung, so dass eine ausgewogene Kraft P auf die Schaltungseinheit214 dazwischen ausgeübt wird. Die ausgewogene Mittelpunktkraft F ist eine Kraft, die über einen ausreichend kleinen Bereich ausgeübt wird, wobei diese als Einzelpunktbelastung F betrachtet werden kann, wobei die Belastung auf die Wärmeleitung208 ausgeübt wird und über der Schaltungseinheit214 zentriert ist. Auf diese Weise stellt die Mittelpunktkraft F einen einheitlichen Klemmdruck P auf die Schaltungseinheit214 und die thermischen Grenzflächenmaterialien210 ,214 bereit. - In Bezug auf die Abbildung aus
2b zeigt diese eine Mittelpunktkraft F, die auf eine Dampfkammer209 , ein thermisches Grenzflächenmaterial (TIM 1)212 und ein Halbleiterplättchen220 ausgeübt wird. Durch den Verzicht auf den Einsatz einer Ausbreitungsplatte (2a ) ist es möglich, ein thermisches Grenzflächenmaterial und eine Kontaktoberfläche zwischen den Oberflächen bzw. Seiten wegzulassen. Die Kontakt- bzw. Berührungsoberfläche zwischen den Seiten bzw. Oberflächen ist eine Oberfläche, die von einem Material in ein anderes übergeht. Sowohl die zusätzliche Kontaktoberfläche zwischen den Oberflächen als auch das zusätzliche thermische Grenzflächenmaterial erhöhen den Wärmewiderstand. - Wiederum wird die Mittelpunktkraft F durch den Träger
206 und die Trägerplatte202 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen203 ausgeübt. Die Dampfkammer209 kann sich frei drehen und bleibt parallel zu dem Halbleiterplättchen220 , wodurch eine einheitliche Dicke des thermischen Grenzflächenmaterials (TIM 1) aufrechterhalten werden kann. Die Mittelpunktkraft F wird die ausreichend steife Dampfkammer209 ausgeübt, so dass diese einer Verbindung durch die Mittelpunktkraft F standhält. Folglich wird die Mittelpunktkraft F auf die Dampfkammer ausgeübt, und es wird ein einheitlicher Klemmdruck P auf das Halbleiterplättchen220 ausgeübt. - Um eine einheitliche Dicke des TIM 1
212 sicherzustellen, sollte das thermische Grenzflächenmaterial212 mit einer einheitlichen Dicke aufgetragen werden. Etwaige geringfügige Schwankungen der Dicke des aufgetragenen TIM 1212 können zulässig sein, wenn das TIM 1212 Materialeigenschaften aufweist, so dass das TIM 1212 als Folge der Mittelpunktkraft F fließen kann, bis eine einheitliche Dicke erreicht worden ist. - Die Materialauswahl für TIM 2
210 für die Konstruktion unter Verwendung der Ausbreitungsplatte (2a ) kann zahlreiche geeignete Wärmeleiter umfassen, wie zum Beispiel Epoxidharze, ein thermisches Schmiermittel oder ein Lötmittel. Alternativ kann der einen festen und flachen Kontakt bereitstellende Presssitz zwischen der Ausbreitungsplatte und der Wärmeleitung an Stelle des thermischen Grenzflächenmaterials eingesetzt werden. TIM 1212 für die Konstruktion mit Ausbreitungsplatte (2a ) und die Konstruktion mit direkter Dampfkammeranbringung (2b ) kann ein thermisches Grenzflächenmaterial mit Phasenänderung verwenden. Das thermische Grenzflächenmaterial mit Phasenänderung kann ein Material wie etwa ThermflowTM T454 (Chomerics, ein Geschäftsbereich von Parker Hannifin, Woburn, MA, USA) sein. T454 ist ein wärmeleitfähiger, elektrisch nicht-leitfähiger, trockener Film, der sich bei Betriebstemperaturen der Vorrichtung erweicht, was zu einer Schmiermittel-ähnlichen Performance führt. T454 kann als ein Polster zwischen der Ausbreitungsplatte und der Schaltungseinheit (2a ) oder zwischen der Dampfkammer und dem Halbleiterplättchen verwendet werden (2b ). T454 kann mit einer einheitlichen Dicke von 0,13 mm realisiert werden. Das einheitlich dünne Material T454 minimiert den Wärmewiderstand, wenn es zweckmäßig aufgetragen worden ist, so dass es dessen einheitliche Dicke beibehält. - In einem in der Abbildung aus
3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird ein Träger330 , der als eine Feder fungiert und als Federklammer330 bezeichnet wird, an einer Trägerplatte304 befestigt, wobei sich dazwischen die Dampfkammer306 , das Halbleiterplättchen324 , das Substrat der gedruckten Leiterplatte (Substrat)318 und das thermische Grenzflächenmaterial322 befinden. Die Federklammer330 weist Durchgangslöcher311 auf, und die Trägerplatte304 weist Gewindelöcher305 auf, in welche Schrauben326 geschraubt werden, und wobei eine Mittelpunktkraft F durch einen erhöhten Bereich332 an der Federklammer auf die Dampfkammer306 ausgeübt wird. Der erhöhte Bereich332 ist so positioniert, dass er eine ausgewogene Klemm- oder Druckkraft auf die Sandwich-Konstruktion bzw. Stapelkonstruktion aus Dampfkammer306 , thermischem Grenzflächenmaterial322 , Halbleiterplättchen324 und Substrat318 ausübt. - Die Vorrichtung mit Federklammer und Trägerplatte (Vorrichtung)
302 ,304 aus3 reagiert mit dem Stapel von Computerkomponenten (Dampfkammer306 , thermisches Grenzflächenmaterial322 , Halbleiterplättchen324 & Substrat318 ), den Computerkomponenten zwischen der Federklammer302 und der Trägerplatte304 . Die insgesamt ausgeübte Klemmkraft F beträgt ungefähr 15 Pfund. Die Federklammer302 besteht aus einem Federstahl, und in Verbindung mit der „spinnenähnlichen" Form wird in der Federklammer302 ein Federansprechverhalten erzeugt. Solange die Federklammer302 im installierten Zustand eine gewisse Ablenkung aufweist (als Folge des Kontakts mit dem erhöhten Bereich) und die Ablenkung innerhalb des zulässigen Bereichs der Federreaktion bleibt, wenn die Federklammer302 wie eine Feder arbeitet, kann es sich bei der auf den Stapel ausgeübten Kraft um eine Konstante halten, unabhängig von dem Ausmaß der Ablenkung. Der Einsatz der Feder kann die Montagevorgänge für die Installation der Vorrichtung302 ,304 erleichtern. Ein derartiger erleichterter Montagevorgang kann umfassender Toleranzen der Abmessungen der Vorrichtung302 ,304 und der Computerkomponenten306 ,324 ,318 ermöglichen und es überflüssig machen, die Mittelpunktkraft F zu bestimmen, die auf jeden Stapel von Computerkomponenten306 ,322 ,324 ,318 während der Montage ausgeübt wird, wie zum Beispiel bei zusätzlichen Qualitätstests. - Unterhalb der Federklammer
302 ist eine Dampfkammer306 angeordnet, wie sie etwa von Thermacore, Inc. (Lancaster, PA, USA) hergestellt wird. Die Dampfkammer306 kann eine Länge von ungefähr 150 mm aufweisen, eine Breite von ungefähr 20 mm und eine Dicke von ungefähr 3 mm. - Die Dampfkammer
306 wir an einem Ende durch den Stapel von Computerkomponenten306 ,322 ,324 ,318 getragen, der sich zwischen der Einheit302 ,304 befindet, und an dem anderen Ende durch ein Paar von Schaumstoffblöcken310 . Die Schaumstoffblöcke310 werden durch ein Paar von Bolzen312 gehalten, die zuerst durch ein Paar von Durchgangslöchern in einem oberen Träger314 , danach durch ein Paar von Löchern in dem ersten Schaumstoffblock310 , um die Wärmeleitung306 , durch ein Paar von Löchern in dem zweiten Schaumstoffblock310 , durch ein Paar von Abstandsrohre316 , durch ein Paar von Löchern in dem Substrat318 der gedruckten Leiterplatte und schließlich in Gewinde in Gewindelöchern305 in der Trägerplatte320 verlaufen. - In dem Stapel aus Computerkomponenten
306 ,322 ,324 ,318 und positioniert unterhalb der Dampfkammer306 befindet sich das Polster aus thermischem Grenzflächenmaterial T454 (Polster)322 , während sich unterhalb des Polsters322 das Halbleiterplättchen324 befindet, das mit dem Substrat318 der gedruckten Leiterplatte verbunden ist. Unter dem Substrat318 der gedruckten Leiterplatte befindet sich die Trägerplatte304 . Nach der Montage wird die Federklammer302 über einem Ende der Dampfkammer306 platziert, auf dem Polster322 ruhend. Die Federklammer302 wird danach mit vier Schrauben326 und Unterlegescheiben328 befestigt, wobei die Schrauben326 durch Löcher in dem Substrat318 der gedruckten Leiterplatte treten, so dass sie in die Gewindeöffnungen305 in der Trägerplatte304 geschraubt werden. Die Schrauben326 können festgezogen werden, bis die Füße330 der Federklammer302 flach an dem Substrat318 der gedruckten Leiterplatte liegen, wobei sich die Federklammer302 leicht biegt, und zwar durch die Interferenz an dem erhöhten Bereich332 (nur als Position dargestellt, wobei der erhöhte Bereich auch auf der gegenüberliegenden Seite existiert) in der Mitte der Federklammer302 . Die Schrauben326 können mit Epoxidharz (nicht abgebildet) an der Verwendungsposition verbunden werden. - Der Zusammenbau kann damit beginnen, dass das Halbleiterplättchen
324 an der gedruckten Leiterplatte318 angebracht wird. Die Trägerstruktur der Dampfkammer306 : die oberen und unteren Träger314 ,320 , die Schaumstoffblöcke310 , die Bolzen312 und die Abstandsrohre316 werden lose montiert. Das Polster322 wird an dem Halbleiterplättchen324 platziert, und die Wärmeleitung306 wird oberhalb des Polsters322 positioniert und ruht lose zwischen den beiden Schaumstoffblöcken310 . Die Federklammer302 wird über der Dampfkammer306 mit dem erhöhten Bereich332 platziert (nur in Bezug auf die Position dargestellt, wobei sich der erhöhte Bereich auf der anderen Seite der Federklammer306 befindet), an einem Punkt an der Dampfkammer306 ruhend, so dass die Mittelpunktbelastung F ausgeübt wird. Die Trägerplatte304 wird unter dem Substrat318 der gedruckten Leiterplatte positioniert, und die Schrauben325 werden an der Verwendungsposition verschraubt. Schließlich werden die Bolzen312 festgezogen, um die Schaumstoffblöcke310 zu positionieren, welche das dem Stapel gegenüber liegende Ende der Dampfkammer306 stützen. - Die Dampfkammer
306 , wie etwa die von Thermacore, Inc. (Lancaster, PA, USA) hergestellte Dampfkammer, wird unterhalb der Federklammer302 positioniert. Die Mittelpunktbelastung F wird durch die Federklammer302 auf einen Punkt an der Dampfkammer306 ausgeübt, der über dem Halbleiterplättchen324 zentriert ist. Die Dampfkammer306 , die lose durch die Schaumstoffträgerblöcke310 an dem entgegengesetzten Ende gehalten wird, kann sich frei in allen Ebenen drehen, um die Belastungen gleichmäßig bzw. einheitlich zu verteilen. - Zwischen der Dampfkammer
206 und dem Halbleiterplättchen202 angeordnet ist das Grenzflächenpolster mit niedrigem Wärmewiderstand (Polster)222 mit einer Größe von 0,7 Zoll × 0,7 Zoll × 0,005 Zoll. Das Polster222 kann aus einem Phasenänderungsmaterial wie etwa T-454 hergestellt werden, das die Konsistenz und die Benutzerfreundlichkeit elastomerer Polster mit der niedrigen thermischen Impedanz von thermischem Schmiermittel kombiniert. - Unter dem Substrat
318 der gedruckten Leiterplatte positioniert ist die Trägerplatte304 , welche Schrauben326 aufnimmt, die von der Federklammer302 durch das Substrat318 der gedruckten Leiterplatte verlaufen. Um das unerwünschte Austreten der Bolzen312 und Schrauben326 aus den Gewinden zu verhindern, können sperrende Beilegescheiben oder ein Klebstoff eingesetzt werden, um die Bolzen312 und Schrauben326 an der Verwendungsposition zu halten. Die Schrauben326 können in den Gewinden der Trägerplatte304 verbunden werden oder an den Grenzflächen des Schraubenkopfes326 , der Beilegescheibe328 und der Federklammer302 . - Wie dies in den Abbildungen der
4a ,4b und4c dargestellt ist, kann die Federklammer402 aus einem Stahlblech404 mit einer Dicke von 1,5 mm hergestellt werden. Die Federklammer402 kann zuerst aus einem Muster gestanzt und danach in die entsprechende Form gebogen werden. Der Stanzvorgang kann einen flachen Umriss bilden, die Löcher herausstanzen sowie eine zentrale Vertiefung406 , wobei die Vertiefung406 eine „Erhebung" oder eine erhobene Oberfläche408 auf der gegenüberliegenden Seite erhöht, die eine Belastung auf einen Punkt ausüben kann. Die Gesamtabmessung der Federklammer402 entspricht 70 mm410 Quadrat, wobei jede Schenkelbreite412 ungefähr 8 mm entspricht. Der erhöhte Bereich408 an der Mitte der Federklammer402 weist einen Radius in dem ungefähren Bereich von 1 bis 12 mm auf. Die Schenkel418 der Federklammer werden mit einem äußeren Radius420 von ungefähr 400 mm gebogen.
Claims (10)
- Vorrichtung, die folgendes umfasst: einen Träger (
206 ); eine Trägerplatte (202 ); zur Aufnahme einer Mehrzahl von Computerkomponenten zwischen dem Träger und der Trägerplatte, wobei die Computerkomponenten eine Schaltungseinheit (214 ) und eine Wärmeleitung (208 ) umfassen; und eine Wärmeleitung (208 ); und eine oder mehrere Befestigungsmerkmale, wobei der Träger (206 ) an der Trägerplatte (202 ) angebracht werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass: der Träger (206 ) einen erhöhten Bereich (218 ) aufweist, der in der Lage ist, eine Mittelpunktkraft (F) auf die Wärmeleitung (208 ) auszuüben, um die Mehrzahl der Computerkomponenten zusammen zu klemmen; und wobei der erhöhte Bereich (218 ) einen Vorsprung umfasst, mit einem lokalen Kontaktbereich, so dass bei einem Kontakt mit der Mehrzahl der zusammen geklemmten Mehrzahl von Computerkomponenten der Kontaktbereich des Vorsprungs oberhalb der Mitte der Schaltungseinheit (214 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das eine oder die mehreren Befestigungsmerkmale eine Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen (
203 ) umfassen, welche die Trägerplatte (202 ) mit dem Träger (206 ) verbinden; wobei die Mittelpunktkraft (F) auf die Mehrzahl der gestapelten Computerkomponenten durch den erhöhten Bereich (218 ) ausgeübt werden kann, um die Mehrzahl der gestapelten Computerkomponenten unter Kompression zu platzieren; und wobei die Mittelpunktkraft (F), die auf den erhöhten Bereich (218 ) des Trägers (206 ) wirkt, einen einheitlichen Klemmdruck auf die Mehrzahl von gestapelten Computerkomponenten bereitstellt. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese ferner folgendes umfasst: ein Halbleiterplättchen mit einer Plättchenoberfläche, wobei die Mittelpunktkraft (F) einen auf die Plättchenoberfläche ausgeübten einheitlichen Druck bereitstellt.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese ferner folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Träger-Durchgangslöchern, die mit einer Mehrzahl von Trägerplatten-Gewindelöchern ausgerichtet sind; und wobei das eine oder die mehreren Befestigungsmerkmale Befestigungseinrichtungen (
203 ) umfassen. - Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei diese ferner folgendes umfasst: dass sich der Träger (
206 ) wie eine Feder biegt; dass der Träger (206 ) eine oder mehrere Kanten aufweist; und dass die Mehrzahl von Träger-Durchgangslöchern nahe der einen oder den mehreren Kanten angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeleitung (
208 ) eine Dampfkammer (209 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Dampfkammer (
209 ) einer Verzerrung als Folge der ausgeübten Mittelpunktkraft (F) widersteht. - Verfahren zur Befestigung, wobei dieses folgendes umfasst: das Verbinden eines Halbleiterplättchens (
220 ) mit einer gedruckten Leiterplatte (216 ); das Auftragen eines thermischen Grenzflächenmaterials (212 ) auf das Halbleiterplättchen (220 ); wobei eine Wärmeleitung (209 ) über dem Halbleiterplättchen (220 ) positioniert wird; das Positionieren eines Trägers (206 ) mit einem erhöhten Bereich (218 ) über der Wärmeleitung (209 ); wobei der erhöhte Bereich (218 ) einen Vorsprung umfasst, der einen lokalen Kontaktbereich umfasst, der oberhalb der Mitte des Halbleiterplättchens (220 ) angeordnet ist; das Positionieren einer Trägerplatte (202 ) unter dem Substrat (216 ) der gedruckten Leiterplatte; das Befestigen des Trägers (206 ) an der Trägerplatte (202 ); wobei der erhöhte Trägerbereich (218 ) eine Mittelpunktkraft (F) auf die obere Struktur über der Wärmeleitung (209 ) ausübt, was zu einem einheitlichen Klemmdruck auf das Halbleiterplättchen (220 ) führt. - Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erhöhte Bereich (
218 ) einen einheitlichen Klemmdruck auf die thermischen Grenzflächenmaterialien (212 ) ausübt. - Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erhöhte Bereich (
218 ) einen einheitlichen Klemmdruck auf die zusammenpassenden Oberflächen des Wärmeleiters und des Halbleiterplättchens ausübt.
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