CN218274574U - 一种散热器模组及散热*** - Google Patents

Abstract

提供一种散热器模组及散热***，散热器模组包括：均温板基板以及设置在所述均温板基板上的散热鳍片；所述均温板基板具有用于与芯片接触的凸块，所述凸块表面上设置有第一沟槽，以及与所述第一沟槽相交的第二沟槽；其中，所述第一沟槽在所述凸块表面上延伸且不与所述凸块的侧壁相连，所述第二沟槽在所述凸块表面上延伸，且与所述凸块的侧壁相连，所述第一沟槽和所述第二沟槽用于容纳热界面材料；以及散热***包括芯片和前述的散热器模组。

Description

一种散热器模组及散热***

技术领域

本申请涉及散热装置领域，尤其涉及一种散热器模组及散热***。

背景技术

传统VC均温板(Vapor Chambers蒸汽腔室基板)与芯片接触的板表面被期望为制成平整表面。然而，在实际应用过程中，对于采用VC均温板作为基板的散热器，VC均温板与芯片接触的表面往往会形成复杂曲面。

并且，在发生温度变化时，散热器的VC均温板与芯片接触的表面平行度将进一步变差，导致散热效果较差。

为了改善这一问题，通常考虑采用热界面材料(例如硅脂)填充VC均温板与芯片表面之间的间隙。但是，随着实际使用过程发生的温度变化，热界面材料难以较好地填充该间隙，散热性能仍然不佳。

实用新型内容

基于现有技术的上述问题，本申请实施例提供一种散热器模组及散热***。

在本申请的一个实施例中，提供一种散热器模组，包括：均温板基板以及设置在所述均温板基板上的散热鳍片；

所述均温板基板具有用于与芯片接触的凸块，所述凸块表面上设置有第一沟槽，以及与所述第一沟槽相交的第二沟槽；

其中，所述第一沟槽在所述凸块表面上延伸且不与所述凸块的侧壁相连，所述第二沟槽在所述凸块表面上延伸，且与所述凸块的侧壁相连，所述第一沟槽和所述第二沟槽用于容纳热界面材料。

在该散热器模组中，均温板基板上用于与芯片接触的表面具有沟槽结构，使得在接触表面上形成微凸起结构，这些沟槽或凸起结构可改善热界面材料的流动性，提高热界面材料与均温板基板之间的结合力，当发生温度变化时，热界面材料可基于沟槽结构流动，均温板基板与芯片之间的间隙能够被热界面材料有效填充，使得均温板基板与芯片能够完美贴合，提升散热效果。并且，该方案可以降低因散热器安装过程中施加过大压力而造成芯片损坏的概率，在设置沟槽结构的情况下，安装散热器模组时，热界面材料可被挤压至沟槽中，随着受力变化，热界面材料可以根据沟槽的延伸方向受控流动，根据热界面材料从沟槽溢出的情况可以反映间隙被填充的情况，可降低因施力不当而造成芯片损坏的概率，可以在避免对芯片造成不良影响的情况下提升散热效果。

此外，在均温板基板与芯片的接触表面上设置沟槽而不是在芯片上设置沟槽，可以避免芯片上的沟槽对芯片的不良影响(在芯片上刻槽工艺复杂且容易损坏芯片)，降低整体成本。本申请实施例提供的散热器模组可以适用于多种散热场景，可重复利用，复用率高。

在一个实施例中，所述散热器模组还包括固定板，其固定连接至所述均温板基板，用于将所述散热器模组固定至承载所述芯片的电路板，以使散热器模组的均温板基板与芯片的表面能够稳定接触，提升均温板基板与芯片的表面接触面积。

在一个实施例中，所述均温板基板还包括用于将所述散热器模组固定至所述电路板的固定部，所述固定板包围所述均温板基板的侧面并覆盖所述固定部。通过固定板与均温板基板的结合，以增加固定强度，避免均温板基板变形。

在一个实施例中，所述第一沟槽为横向沟槽，所述第二沟槽为纵向沟槽。在一个实施例中，所述第一沟槽为环形沟槽，所述第二沟槽为径向沟槽。

在一个实施例中，所述第一沟槽和所述第二沟槽的深度范围为50μm至100μm。在一个实施例中，所述第一沟槽和所述第二沟槽的宽度范围为200μm至2mm。在一个实施例中，所述第一沟槽和所述第二沟槽的总面积，与所述凸块表面积之比的比值范围为10％-25％。通过这些微沟槽，保证了在芯片温度升高时，热界面材料能够就近填充均温板基板与芯片之间的增大的间隙，使得均温板基板与芯片能够完美贴合。

在一个实施例中，所述均温板基板是VC均温板、铜板或铝板，其热导率高、散热效果好。

在本申请的另一个实施例中，提供一种散热***，包括芯片和前述的散热器模组。

附图说明

图1A为本申请实施例提供的一个散热器模组的正视图。

图1B为本申请实施例提供的一个散热器模组的侧视图。

图2A为本申请实施例提供的一个均温板基板表面上的沟槽的俯视图。

图2B为本申请提供的一个实施例的凸块表面上的沟槽的侧视图。

图3为本申请提供的一个实施例的散热器模组的俯视图。

图4为本申请提供的另一个实施例的均温板基板表面上的沟槽的示意图。

附图标记说明：

31：固定板

32：均温板基板

32a：凸块

32b：固定部

33：散热鳍片

G1：第一沟槽

G2：第二沟槽

312：螺钉

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当注意，本申请给出的实施例仅用于说明，而不限制本申请的保护范围。

芯片通常被焊接在电路板上，在使用过程中芯片会产生热量，为了保证芯片的正常运行，通常使用散热器模组对芯片进行散热。很多散热器模组期望采用被制成平整表面的VC均温板(Vapor Chambers蒸汽腔室基板)作为基板，期望VC均温板与芯片接触的板表面被制成平整表面。

然而，发明人发现，在芯片的制造及封装过程中的相关热制程，或芯片使用过程中的温度变化，可能会使得芯片发生翘曲。并且，VC均温板生产过程中的冲压成型、高温焊接等工艺，易造成VC均温板平面度较差，发生翘曲现象。此外，传统散热器通常会采用锡基焊料焊接在VC均温板上，使得VC均温板的平面度进一步变差。因此，实际应用中，VC均温板与芯片接触的表面往往会形成复杂曲面。

另外，由于VC均温板散热器模组与芯片本身的热膨胀系数不一致，在温度升高及温度降低时，会导致二者的形变量不一致，这使得VC均温板与芯片接触的表面平行度会进一步变差。

因此，在常温时，VC均温板与芯片接触的表面会形成复杂曲面。在高温时，两平面之间的平行度更差。

若采用热界面材料(Thermal Interface Material)填充VC均温板与芯片表面之间的间隙，通过将硅脂等热界面材料涂敷在散热器模组与芯片之间，可以降低二者之间的接触热阻。但是，当两平面之间的间隙随着温度变化而变化时，热界面材料不能较好地填充该间隙，这会加大VC均温板散热器模组与芯片之间的接触热阻，散热效果不佳。

除此以外，通常情况下，对于采用VC均温板作为基板的散热器模组，会通过对弹簧螺钉施加压力的方式，将散热器模组固定至电路板并与芯片表面接触，使得VC均温板与芯片的表面接触，以形成良好的热传导进行散热。但是，随着产品功耗越来越大，芯片尺寸越来越大，对应的VC均温板与芯片的接触平面也越来越大，使得其平面度越来越难控制。在发生温度变化时，二者的形变量不一致，也会导致VC均温板与芯片接触的表面平行度变差。

随着半导体工艺越来越先进，芯片趋向于使用低介电常数(low-k)材料，芯片越来越脆。若在安装过程中对散热器模组和芯片施加的压力过大，会导致芯片损坏或破裂，若施加的压力过小，则散热器模组的VC均温板无法与芯片表面有效贴合，导致散热效果不佳。

有鉴于此，本申请实施例提供一种散热器模组及散热***，以改善散热效果。其中，在本申请实施例提供的散热器模组中，均温板基板上用于与芯片接触的表面设置有沟槽结构，使得在接触表面上形成微凸起结构，这些微凸起结构或沟槽结构可改善热界面材料的流动性，提高热界面材料与均温板基板之间的结合力，确保散热器模组与芯片之间的间隙被热界面材料有效填充，使得散热器模组与芯片能够完美贴合。

图1A为本申请实施例提供的一个散热器模组的正视图，图1B为本申请实施例提供的一个散热器模组的侧视图。如图1A和图1B所示，该散热器模组可包括固定板31、均温板基板32和散热鳍片33。

其中，散热鳍片33设置在均温板基板32上。散热鳍片33固定连接至均温板基板32的第一表面，在一个实施例中，散热鳍片33焊接在均温板基板32的第一表面上，第一表面可以是用于背向芯片的一面。均温板基板32的第二表面用于与芯片接触。散热鳍片33可以是热导率高、散热效果好的VC均温板、铜板、铝板等。

均温板基板32包括：用于将散热器模组固定至电路板(该电路板上承载有待散热的芯片)的固定部32b，以及用于与芯片接触的凸块32a，凸块32a与固定部32b连接，且相对于固定部32b突出。含有固定部32b和凸块32a的均温板基板可以是一体成型结构，凸块32a和固定部32b可视为均温板基板32中不同的区域。均温板基板32可以是热导率高、散热效果好的VC均温板、铜板、铝板等。

固定板31与均温板基板32固定连接，用于将散热器模组固定到承载芯片的电路板上。在一个实施例中，固定板31包围均温板基板32的侧面并覆盖均温板基板32的固定部32b，以增加强度，避免均温板基板32变形。在一个实施例中，固定板31上铆接有多个弹簧螺柱，弹簧螺柱上有螺钉孔，用于将散热器模组固定到电路板上。在一个实施例中，固定板31与均温板基板32焊接连接。固定板31可以是VC均温板、铝合金板等。

可选的，在一些应用场景下，固定板31也可以省略，在省略固定板31的情况下，可将均温板基板32直接安装在芯片或承载芯片的电路板上，以使均温板基板32与芯片表面接触。散热器模组的具体安装方式可以是多样的，例如可通过螺钉对散热器模组进行安装，也可以通过弹片或其他卡扣结构对散热器模组进行安装，以使散热器模组的均温板基板表面与芯片贴合接触。

在本申请实施例中，均温板基板32的凸块32a用于接触芯片的表面上设置有沟槽，包括第一沟槽和第二沟槽，第一沟槽在凸块32a的表面上延伸且不与凸块32a的侧壁(或边缘)相连，可视为第一沟槽在该表面上延伸但未贯穿该表面；第二沟槽在凸块32a的表面上延伸，其与第一沟槽相交，且与凸块32a的侧壁(或边缘)相连，可视为第二沟槽在该表面上延伸且贯穿该表面。

第一沟槽和第二沟槽用于容纳热界面材料。热界面材料可以是硅脂(thermalgrease)、硅胶(thermal gel)、相变化材料(Phase change material)、导热胶(Thermalconductive adhensive)等。

可选的，第一沟槽的深度范围可以为50μm～100μm，例如50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。第二沟槽的深度范围可以为50μm～100μm，例如50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。

可选的，第一沟槽的宽度范围可为200μm～2mm，例如200μm、300μm、500μm、800μm、1mm、1.5mm、2mm等。第二沟槽的宽度范围可以为200μm～2mm，例如200μm、300μm、500μm、800μm、1mm、1.5mm、2mm等。

可选的，第一沟槽和第二沟槽的总面积，与凸块32a表面积之比的比值范围可以为10％-25％，例如10％、15％、20％、25％。

具有沟槽的凸块32a会形成微凸起结构，这些微凸起结构可以改善热界面材料(例如硅脂)的流动性，提高热界面材料与凸块32a之间的结合力，确保凸块32a与芯片之间的间隙被热界面材料完全填充，可提升散热效果。

图2A为本申请实施例提供的一个均温板基板表面上的沟槽的俯视图。如图2A所示，凸块32a上设置有第一沟槽G1和第二沟槽G2。其中，第一沟槽G1为横向沟槽，其在凸块32a表面上横向延伸且不与凸块32a的侧壁(或边缘)相连；第二沟槽G2为纵向沟槽，其在凸块32a表面上纵向延伸，与第一沟槽G1垂直相交，且与凸块32a的侧壁(或边缘)相连。

第一沟槽G1的深度范围为50μm～100μm，宽度范围为200μm～2mm。第二沟槽G2的深度范围为50μm～100μm，宽度范围为200μm～2mm。第一沟槽G1和第二沟槽G2的总面积，与凸块32a表面积之比的比值范围为10％-25％。从图2B所示的侧视图可看出，基于设置的沟槽结构，凸块32a形成微凸起结构，可用以改善热界面材料的流动性。

图3为本申请提供的一个实施例的散热器模组的俯视图。散热器模组具有螺钉312，用于将散热器模组固定安装至承载芯片的电路板。螺钉312通常采用对称的布置方式，示例性的，可以采用4个或6个对称设置的螺钉312将散热器模组安装至电路板。当没有布置沟槽结构的情况下，在散热器模组安装时，并不能同时将多个螺钉拧紧，因此原本可覆盖间隙的热界面材料在安装好螺钉之后，并不能完全地覆盖整个芯片表面。

而在均温板基板32的表面布置沟槽结构之后，在安装螺钉312的过程中，热界面材料被挤压到沟槽中储存，随着螺钉312的拧紧，热界面材料会在沟槽中流动。由于沟槽的存在，因此热界面材料的流动方向由原本任意的发散方向更改为受控的方向，即横向和纵向。同时由于存在与凸块32a的侧壁(或边缘)相连的第二沟槽，固定螺钉312安装好之后，可根据凸块32a的侧面是否有热界面材料溢出，而判断热界面材料是否完全覆盖凸块32a与芯片表面之间的间隙。即，如果纵向的第二沟槽中有热界面材料溢出至凸块32a外部，则表明热界面材料已经覆盖到这部分区域，无需再继续对相同区域施加更大的作用力，在一些情况下可以反映热界面材料已经完全覆盖整个凸块32a与芯片表面之间的间隙。通过热界面材料在沟槽溢出的情况可以反映均温板基板与芯片的贴合接触状态。

当在使用期间温度升高时，均温板基板32可能会变形或翘曲，使得其平面度变差，凸块32a与芯片之间的间隙会变大。此时，一方面，沟槽中贮存的热界面材料会因受热膨胀的影响从而就近填充增大的间隙，另一方面均温板基板32的变形使得沟槽本身受到挤压，热界面材料从沟槽中外溢从而就近填充增大的间隙，使得凸块32a与芯片能够更好地贴合。

图4为本申请提供的另一个实施例的均温板基板表面上的沟槽的示意图。如图4所示，凸块32a上设置有第一沟槽G1和第二沟槽G2。其中，第一沟槽G1为环形沟槽，其在凸块32a上呈同心圆环延伸且不与凸块32a的侧壁(或边缘)相连；第二沟槽G2为径向沟槽，其在凸块32a上沿径向延伸，与第一沟槽G1相交，且与凸块32a的侧壁(或边缘)相连。

第一沟槽G1的深度范围为50μm～100μm，宽度范围为200μm～2mm。第二沟槽G2的深度范围为50μm～100μm，宽度范围为200μm～2mm。第一沟槽G1和第二沟槽G2的总面积，与凸块32a表面积之比的比值范围为10％-25％。

环形沟槽与径向沟槽使得凸块32a形成微凸起结构。该实施例中的沟槽的作用与前述实施例中的横向、纵向沟槽的作用相同，在此不再赘述。

应当注意，上述实施例中的沟槽结构仅为示例，并不构成对本申请的限制，本领域技术人员根据实际需要，也可设计其他规则或不规则形状的沟槽结构。

作为一种实施方式，沟槽采用刻蚀加工而成。在散热器模组其余工序加工完成之后，再进行该刻蚀工序，以避免其他工序对均温板基板32表面平面度产生影响。刻蚀后，均温板基板32会形成微凸起结构，这些微凸起结构可以改善散热界面材料的流动性，提高热界面材料与均温板基板之间的结合力，使得均温板基板32与芯片之间的间隙能够被热界面材料更好地填充，减小接触热阻。

在本申请中，在均温板基板32的凸块32a上刻蚀出微小沟槽，使得凸块32a能够与芯片完美贴合。另外，在散热器模组与芯片的接触表面上设置微沟槽而不是在芯片上设置微沟槽，可以避免芯片上的微沟槽对芯片的不良影响(在芯片上刻槽工艺复杂且容易损坏芯片)，降低整体成本。本申请的散热器模组可以适用于多种散热场景，可重复利用，复用率高。

在本申请中，在散热器模组安装时，由于均温板基板表面的沟槽结构，沟槽中容纳热界面材料后，使得散热器模组与芯片表面的接触面积会比无沟槽时更大(考虑到芯片表面及均温板基板之间的平面度问题)。更大的接触面积会降低压力与应力集中问题，从而降低在拧紧螺钉时由于螺钉压力过大导致的芯片破裂概率。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种散热***，包括芯片以及前述的散热器模组。散热器模组可安装在承载芯片的电路板上，用于与芯片表面接触以对芯片进行散热。关于散热器模组的其他细节可以参照前述实施例中的有关描述，此处不再赘述。

虽然本申请已经通过优选实施例进行了描述，然而本申请并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本申请范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种散热器模组，其特征在于，包括：均温板基板以及设置在所述均温板基板上的散热鳍片；

所述均温板基板具有用于与芯片接触的凸块，所述凸块表面上设置有第一沟槽，以及与所述第一沟槽相交的第二沟槽；

其中，所述第一沟槽在所述凸块表面上延伸且不与所述凸块的侧壁相连，所述第二沟槽在所述凸块表面上延伸，且与所述凸块的侧壁相连，所述第一沟槽和所述第二沟槽用于容纳热界面材料。

2.根据权利要求1所述的散热器模组，其特征在于，

所述散热器模组还包括固定板，其固定连接至所述均温板基板，用于将所述散热器模组固定至承载所述芯片的电路板。

3.根据权利要求2所述的散热器模组，其特征在于，

所述均温板基板还包括用于将所述散热器模组固定至所述电路板的固定部，所述固定板包围所述均温板基板的侧面并覆盖所述固定部。

4.根据权利要求1所述的散热器模组，其特征在于，

所述第一沟槽为横向沟槽，所述第二沟槽为纵向沟槽。

5.根据权利要求1所述的散热器模组，其特征在于，

所述第一沟槽为环形沟槽，所述第二沟槽为径向沟槽。

6.根据权利要求1所述的散热器模组，其特征在于，

所述第一沟槽和所述第二沟槽的深度范围为50μm至100μm。

7.根据权利要求1所述的散热器模组，其特征在于，

所述第一沟槽和所述第二沟槽的宽度范围为200μm至2mm。

8.根据权利要求1所述的散热器模组，其特征在于，

所述第一沟槽和所述第二沟槽的总面积，与所述凸块表面积之比的比值范围为10％-25％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的散热器模组，其特征在于，

所述均温板基板是VC均温板、铜板或铝板。

10.一种散热***，其特征在于，包括芯片和根据权利要求1-9中任一项所述的散热器模组。

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