專利名稱：用于集成電路的電力輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向微處理器和其他集成電路(IC)裝置輸送電力的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
競爭和市場的需求使電子系統(tǒng)的性能朝著更快、更高的方向持續(xù)發(fā)展，尤其在計算機系統(tǒng)方面表現(xiàn)突出。當(dāng)微處理器和相關(guān)聯(lián)的集成電路高速運行時，這些設(shè)備的電力需求往往也不斷增長。微處理器的速度受到其內(nèi)部晶體管開關(guān)速度的影響。降低操作電壓能夠加快開關(guān)速度從而相應(yīng)地提高微處理器的速度。不過，當(dāng)電壓減小時，需要增大操作電流以保持功率。增加的電流會造成更多的能源消耗和能源損失。
典型的微處理器在例如3.3伏的電位運行，而未來的微處理器將會在更低的電位運行，例如接近1.5至1.0伏。這些低電壓就需要使用更大量的電流來保持功率。通常需要使用局部功率變換器以滿足當(dāng)前微處理器的低壓需求，例如DC-DC變換器，從而減小供給于微處理器的電壓。典型情況下，所述功率變換器被焊接到主板上或者通過連接器插入到主板中。然后，較低的電壓經(jīng)由主板上的導(dǎo)體或者印刷電路軌跡傳輸?shù)叫枰褂幂^低電壓的元件，例如微處理器，的連接器上。主板上的空間是非常寶貴的，而將配電路徑設(shè)置于主板上的處理器中就會占用其他元件能夠使用的空間。
至少在某些應(yīng)用中，電路板的上側(cè)設(shè)有電源接口連接器。對于既考慮高速度又考慮空間而言，使接口連接器盡可能小并使用很低的外形是比較有利的。但是，電力的施加就會成為問題。當(dāng)處理器使用越來越多的晶體管，功能變得越來越強大時，功率需求就會顯著地上升。典型的印刷電路板技術(shù)至少會遇到兩個與接口連接器相關(guān)的問題。一個問題是輸送大量電流的能力，而另一個問題是為了信號的完整性而保持低電感的能力。對于電力系統(tǒng)來說，如果電感太高，那么高的電流傳送率或者轉(zhuǎn)換速率就會造成顯著的功率損耗。
需要使用一種電力輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高功率容量和低電感并能在克服上述缺陷的同時節(jié)約主板上的空間。

發(fā)明內(nèi)容
一種向集成電路(IC)元件輸送電力的系統(tǒng)包括具有第一側(cè)和相對的第二側(cè)的電路板。具有多個功率觸點的IC元件安裝于所述電路板的第一側(cè)，電壓調(diào)節(jié)器模塊(VRM)耦合于電路板的第二側(cè)。VRM將供給于IC元件的電壓從第一電壓減到第二電壓。接口連接器被安裝在VRM上，并與IC元件嚙合配合(mating engagement)，由此以第二電壓直接向IC元件輸送電力。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例形成的電力輸送系統(tǒng)的透視圖。
圖2是圖1中所示的電力輸送系統(tǒng)的分解圖。
圖3是圖1和2中所示的電路板的下側(cè)的局部透視圖。
圖4是圖2中所示的IC元件的仰視透視圖。
具體實施例方式
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例所述的電力輸送系統(tǒng)10。系統(tǒng)10向集成電路(IC)元件(如圖2所示)輸送電力。除了后面將要描述的內(nèi)部元件外，系統(tǒng)10還包括散熱器12、電路板14和電壓調(diào)節(jié)器模塊(VRM)16。系統(tǒng)10使用緊固件18和偏置彈簧20組裝在一起。在一個實施例中，緊固件18可以是螺釘或是螺栓，或相似的緊固件。系統(tǒng)10包括壓縮式的電連接器(在圖1中未示出)。壓縮負(fù)載由彈簧20提供。
需要理解的是，本發(fā)明的備選實施例可以包括無需壓縮負(fù)載的元件，在此情況中，彈簧20可以除去。IC元件可以是任何耗電的裝置，例如但是不局限于，中央處理器(CPU)、微處理器，或者專用集成電路(ASIC)等等。本發(fā)明將使用岸面柵格陣列(LGA)IC元件進行描述，需要理解的是，以下的描述僅僅用于解釋性的目的，只是本發(fā)明概念的一種潛在的應(yīng)用方式。
圖2示出了電力輸送系統(tǒng)10的分解圖，說明了具有散熱器12的緊固件18和彈簧20、IC元件24、插座連接器26、電路板14、接口連接器50和VRM16。散熱器12也可以包括風(fēng)扇(未示出)，用于增強系統(tǒng)10的制冷效果。
電路板14具有第一或上側(cè)28，以及與上側(cè)28相對的第二或下側(cè)30。電路板14包括從第一側(cè)28穿過電路板14延伸至第二側(cè)30的孔或窗口32。用于安裝散熱器12的孔34也設(shè)置于電路板14中。
插座連接器26安裝于電路板14的第一或上側(cè)28。插座連接器26也包括中央孔或窗口36，當(dāng)插座連接器26安裝在電路板14上時，所述孔對準(zhǔn)于電路板14的窗口32。插座連接器26包括布置在插座窗口36周圍、與電路板14電連接的多個電觸點(未示出)。在一個實施例中，插座連接器26為岸面柵格陣列(LGA)。但是，在備選實施例中，也可以使用其他廣泛使用的連接器規(guī)格，例如引腳柵格陣列(PGA)或球柵陣列(BGA)。插座連接器26也包括凸起的拐角部分38，該部分位于插座連接器26中并將IC元件24在插座連接器內(nèi)對準(zhǔn)。
IC元件24包括上側(cè)40和與上側(cè)40相對的下側(cè)42。下側(cè)42包括用于電力輸送和信號輸送的電觸點(見圖3和圖4)。為了運行IC元件所需的電力，電觸點44建立了電力連接。信號觸點46(圖4)圍繞IC元件24的周邊布置，以使信號通過插座連接器26輸送。電力觸點44(圖4)位于IC元件24的核心或中央。
圖3示出了安裝有IC元件24和插座連接器26的電路板14的第二或下側(cè)30的局部透視圖。插座連接器26的窗口36與電路板14中的窗口32對準(zhǔn)。由于IC元件24安裝在插座連接器26中，所以IC元件核心上的電力觸點44可以從電路板14的下側(cè)30接觸到。如圖3所示，電力觸點44布置成焊盤柵格，例如岸面柵格陣列(LGA)的構(gòu)造。但是，可以使用任何的觸點設(shè)計，例如引腳柵格陣列或球柵陣列，或其他終端連接器，例如螺旋凸緣終端。
圖4示出了IC元件24下側(cè)42的仰視透視圖。電力觸點44位于IC元件24的中央或核心區(qū)域。信號觸點46圍繞IC元件24周邊定位，并圍繞電力觸點44定位。在系統(tǒng)10中，電力輸送與信號輸送是分離的，并且彼此不相同。因此，在電氣連接的設(shè)計中提供了相當(dāng)大的自由。尤其是，不需要電力和信號連接具有相同形式。
回到圖2，當(dāng)系統(tǒng)10已裝配時，VRM16具有鄰接于電路板14的下側(cè)30的上表面48。VRM16包括接口連接器50、加固板52和散熱器安裝立柱54。散熱器安裝立柱54從VRM16的上表面48向上延伸，并且布置成與電路板14中的孔34和散熱器12中的安裝孔56對準(zhǔn)。當(dāng)裝配時，安裝立柱54將緊固件18容納于螺紋孔57中以使系統(tǒng)10結(jié)合在一起。在一個實施例中，彈簧20在散熱器12和VRM 16之間形成壓縮連接。加固板52通過彈簧20提供的壓縮負(fù)載對電路板14進行加固。在備選實施例中，其中沒有使用壓縮式的電力輸送系統(tǒng)，因此加固板52可以除去。
VRM 16用于向IC元件24提供預(yù)定電位的電力。VRM 16接收的第一電位電力通常高于IC元件24的設(shè)計電位，VRM 16向IC元件24提供其所需的第二電位電力。例如，VRM 16可以接收系統(tǒng)級的電力，該系統(tǒng)級電位在某些應(yīng)用中可以是12V，并且在1-1.5V那么低的電位向IC元件24輸送電力。VRM 16也被設(shè)計成盡可能干凈地輸送電力，即，具有最小的電壓尖脈沖或噪聲。
接口連接器50從VRM 16向上延伸，并包括從VRM 16向IC元件24輸送經(jīng)調(diào)節(jié)的電力的觸點58。觸點58構(gòu)造成與IC元件24的電力觸點44(圖3)相配合。當(dāng)系統(tǒng)10裝配時，接口連接器50通過電路板14和插座連接器26中各自的窗口32和36向上延伸，與IC元件24上的電力觸點44相配合，以直接向IC元件24的核心輸送電力。從接口連接器50到IC元件24直接輸送的電力在低電感水平上提供了今天的IC元件所要求的高等級電力。
當(dāng)接口觸點58被設(shè)定成與IC元件24上的電力觸點44相配合時，在接口連接器50和VRM 16之間的電氣連接可以使用常規(guī)技術(shù)建立，例如通過接觸孔延伸的觸針、表面安裝技術(shù)或進行直接焊接的連接。
在操作中，參考圖2，插座連接器26被安裝在電路板14上，從而使插座連接器26中的窗口36與電路板14中的窗口32對準(zhǔn)。IC元件24安裝在插座連接器26上，以使電力觸點44(圖3)分別通過電路板14和插座連接器26上的對準(zhǔn)的窗口32和36接觸到。然后電路板14位于VRM 16上，從而使散熱器安裝立柱54容納于電路板14的孔34中，使接口連接器50通過窗口32和36被容納以接合IC元件24上的電力觸點44。
當(dāng)散熱器安裝立柱54容納于散熱器12中的安裝孔56時，散熱器12被安裝到IC元件24的上表面40上并與其相接觸。緊固件18容納于具有彈簧20的散熱器安裝立柱54中，該彈簧20在散熱器12和VRM 16之間提供壓縮負(fù)載。彈簧20在IC元件24的上表面40上產(chǎn)生壓縮的垂直力以確保熱量從IC元件24向散熱器12傳遞。
VRM 16接收系統(tǒng)級的電力，例如來自處于第一或者系統(tǒng)級電壓的電源(未示出)。VRM 16調(diào)節(jié)電壓至IC元件24所需的減小的第二等級，并向接口連接器50提供更低的電壓。接口連接器50穿過在電路板14和插座連接器26中的窗口32和36延伸并與IC元件24上的電力觸點44相配合，由此直接向IC元件24的核心區(qū)域輸送電力。接口連接器50實質(zhì)上構(gòu)成了從VRM16到IC元件24的完整的電路。這一從VRM 16到IC元件24的很短的電路以高電流向IC元件24輸送電力，并具有低電感和低電阻。信號觸點46(圖4)圍繞IC元件24的周邊布置。信號通過與電路板14電氣連接的插座連接器26輸送到IC元件24。因此在電力輸送系統(tǒng)10中，接口連接器50是將電力輸送到IC元件24的第一電互連。插座連接器26是將信號輸送到IC元件24的第二電互連。第一和第二互連50和26各自分離并且各不相同，而且不局限于使用相同的電互連技術(shù)。也就是說，在第一互連中的電力觸點，例如電力觸點44和58可以是LGA形式的，而在第二互連中的信號觸點(未示出)可以具有PGA或BGA或者一些其他形式。
因此，電力輸送系統(tǒng)10可以以近來高速IC元件，例如但是不局限于微處理器、ASIC和類似元件，所需要的減小電壓提供高等級的電力，同時在電力輸送通路中保持低電感。電力輸送系統(tǒng)40包括帶有對準(zhǔn)的窗口32、36的電路板14和插座連接器26，從而在IC元件24裝載到插座連接器26上時，使IC元件24的電力輸送觸點44可以直接從電路板14的下側(cè)30接觸到。電壓調(diào)節(jié)器模塊(VRM)16被安裝在電路板14的下方，并包括接口連接器50，該連接器通過電路板和插座連接器窗口32、36向上延伸，以直接與IC元件24上的電力觸點44相配合，從而向IC元件24傳輸電力。接口連接器觸點58與電力觸點44的直接配合在低電感時提供了高等級的電力傳輸，在減小功率損耗的同時維持了信號的完整性。
權(quán)利要求
1.一種向集成電路(IC)元件輸送電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有第一側(cè)(28)和相對的第二側(cè)(30)的電路板(14)，安裝于所述電路板的所述第一側(cè)上的IC元件(24)，所述IC元件具有多個電力觸點(44)，與所述電路板的第二側(cè)相耦合的電壓調(diào)節(jié)器模塊(VRM)(16)，所述VRM將供給于IC元件的電壓從第一電壓減到第二電壓，以及安裝于所述VRM上的接口連接器(50)，所述接口連接器與所述IC元件嚙合配合，由此直接將第二電壓的電力輸送給所述IC元件。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電路板包括窗口(32)，所述接口連接器容納于所述窗口中從而與所述IC元件電配合。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括安裝于所述電路板的所述第一側(cè)的插座連接器(26)，所述IC元件安裝于所述插座連接器上，所述電路板和所述插座連接器各自都包括一對應(yīng)的窗口(32，36)，所述窗口經(jīng)對準(zhǔn)以使所述電力觸點能夠從所述電路板的所述第二側(cè)接觸到。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括位于所述IC元件上的散熱器(12)，所述散熱器與所述VRM上的至少一個安裝立柱相耦合，所述散熱器包括偏置元件(20)，用于在所述散熱器和所述VRM之間施加壓縮負(fù)載。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括位于所述電路板和所述VRM之間的加固板(52)，從而對所述電路板進行加固。
全文摘要
一種向集成電路(IC)元件輸送電力的系統(tǒng)，包括具有第一側(cè)(28)和相對的第二側(cè)(30)的電路板(14)。具有多個電力觸點(44)的IC元件(24)安裝于所述電路板的第一側(cè)上，電壓調(diào)節(jié)器模塊(VRM)(16)耦合于所述電路板的第二側(cè)。VRM將供給于IC元件的電壓從第一電壓減到第二電壓。接口連接器(50)安裝于VRM上，與所述IC元件嚙合配合，由此向所述IC元件直接輸送第二電壓的電力。
文檔編號H05K1/14GK1694312SQ20051007177
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者布賴恩·P·科斯特洛 申請人:蒂科電子公司