專利名稱：導熱復合界面、采用該導熱復合界面的冷卻式電子組件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱傳遞機構，更具體地說，涉及用于移除由電子器件 產生的熱量的熱傳遞機構及冷卻組件。更具體地，本發(fā)明涉及一種用 于將冷卻組件界面連接到一個或多個產熱電子器件的導熱復合界面 及其制造方法。
背景技術：
眾所周知，工作中的電子器件產生熱量。為了將器件結溫保持在 所希望限度內，應該從該器件移除這些熱量，不能移除熱量會導致器 件溫度增加，可能引起熱失控情形。電子工業(yè)中的幾個趨勢結合使得 熱管理的重要性增加，包括用于電子器件的熱量移除、包括傳統(tǒng)上較
少關注熱管理的諸如CMOS的技術。特別，更快和更密集地封裝電 路的需要對熱管理的重要性有直接影響。首先，功率耗散以及因此的 熱量產生隨器件工作頻率增加而增加。其次，在較低器件結溫下，可 以增加工作頻率。最后，隨著在單個芯片上封裝越來越多的器件，功 率密度(瓦/cm2)增加，使得需要從給定尺寸的芯片或模塊移除更多 功率。
發(fā)明內容
冷卻技術利用空氣或水將熱量帶離電子器件，并將熱量傾泄到周 圍環(huán)境。具有熱管或蒸汽室的熱沉是通常使用的空氣冷卻器件，而在 水冷方法中冷板是最主流的。對于這兩種冷卻組件，必須將冷卻組件 耦合到電子器件。該耦合可能在冷卻組件和電子器件之間SI起界面熱 阻(thermal interface resistance )。因此用于將冷卻組件耦合到電子器件的界面應該提供用于將熱從電子器件傳遞到冷卻組件的有效熱 路徑。
另外，半導體工藝已發(fā)展到在單個集成電路芯片上設置多個邏輯 單元和與其相關的控制和支持電路的程度。從熱學觀點，這導致器件 具有高度不均勻的熱通量分布。在處理器內核區(qū)域中產生較高熱通 量，而在控制/支持區(qū)中產生相對低的熱通量。例如，內核區(qū)域熱通量 可能差不多是其他區(qū)域的十五倍大。導熱脂冷卻方案不是非常適合于 處理這樣的全然不同的通量。它們引起同樣全然不同的電路溫度分 布，并且更重要地，在高熱通量區(qū)域內引起高得多的絕對結溫。
在此，在一個方面，提供用于增強冷卻組件與至少一個產熱電子
器件耦合的導熱復合界面。該導熱復合界面包括多個導熱引線，其 包括具有第一導熱率的第一材料；以及熱界面材料，當在冷卻組件和 所述至少一個產熱電子器件的待冷卻表面之間采用該導熱復合界面 時，該熱界面材料至少部分地圍繞該多個導熱引線。該熱界面材料包 括具有第二導熱率的第二材料，其中第一材料的第一導熱率大于第二 材料的第二導熱率。當采用該導熱復合界面來耦合該冷卻組件和待冷 卻表面時，該多個導熱引線的至少一些導熱引線部分地駐留在至少一 個高熱通量的第一區(qū)域上，并且部分地在至少一個較低熱通量的第二 區(qū)域上方延伸，其中該至少一個第一區(qū)域和至少一個第二區(qū)域是所述 待冷卻表面的不同區(qū)域。當采用導熱復合界面來耦合冷卻組件和該至 少一個產熱電子器件的待冷卻表面時，所述至少一些導熱引線用作熱 擴散器(heat spreader)用于促進從所述至少一個產熱電子器件到冷 卻組件的熱傳遞。
另一方面，在此提供一種冷卻式電子組件。該冷卻式電子組件包 括冷卻組件、至少一個產熱電子器件、及導熱復合界面。該至少一個 產熱電子器件具有待冷卻表面，該待冷卻表面包括至少一個較高熱通 量的區(qū)域和至少一個較低熱通量的區(qū)域。耦合冷卻組件和待冷卻表面 的導熱復合界面包括多個導熱引線和熱界面材料。該多個導熱引線包 括具有第一導熱率的第一材料，而該熱界面材料包括具有第二導熱率
8的第二材料，其中第一材料的第一導熱率大于第二材料的第二導熱 率。該熱界面材料至少部分地圍繞所述多個導熱引線并將該冷卻組件 熱界面連接到待冷卻表面。該多個導熱引線中的至少一些導熱引線部 分地駐留在所述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域上方并且部分地在 所述至少 一個較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，以用作在待冷卻表面 和冷卻組件之間的熱擴散器，用于促進從所述至少 一個產熱電子器件 到冷卻組件的熱傳遞。
在再一方面，這里提供了一種界面連接冷卻組件和至少一個產熱
電子器件的待冷卻表面的方法。該方法包括提供包括具有第一導熱
率的第一材料的多個導熱引線；將所述多個導熱引線設置在該冷卻組 件和待冷卻表面之間，所述多個導熱引線中的至少一些導熱引線部分
地駐留在待冷卻表面的所述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域上方，并 且部分地在待冷卻表面的所述至少一個較低熱通量的第二區(qū)域上方 延伸；以及在冷卻組件和待冷卻表面之間提供熱界面材料，其至少部 分地圍繞所述多個導熱引線，并將該冷卻組件熱界面連接到待冷卻表 面，其中所述至少一些導熱引線用作待冷卻表面和冷卻組件之間的熱 擴散器，用于促進從所述至少一個產熱電子器件到冷卻組件的熱傳 遞。
此外，通過本發(fā)明的技術還實現附加的特點和優(yōu)點。本發(fā)明的其 他實施例和方面將在這里詳細描述，并被認為是所要求保護的發(fā)明的 一部分。
在本申請的所附權利要求中，特別指出并要求保護被認為是本發(fā) 明的主題。根據下面結合附圖的詳細說明，本發(fā)明的上述及其他目的、 特點和優(yōu)點將是顯而易見的，在附圖中
圖1是根據本發(fā)明一個方面的液冷式電子組件的一個實施例的 截面正視圖，其中采用復合界面將冷卻組件耦合到至少一個產熱電子
元件；圖2是根據本發(fā)明一個方面的氣冷式電子組件的一個實施例的 截面正視圖，其中釆用復合界面將冷卻組件耦合到至少一個產熱電子 元件；
圖3A是根據本發(fā)明一個方面的產熱電子器件的待冷卻表面的一 個實施例的平面圖，示出了將被界面連接進行冷卻的較高熱通量的第 一區(qū)域和較低熱通量的笫二區(qū)域；
圖3B是根據本發(fā)明一個方面的圖3A的待冷卻表面的平面圖， 增加多個導熱引線，其被引線鍵合到較高熱通量的第一區(qū)域內的待冷 卻表面，并從那里向外延伸到較低熱通量的笫二區(qū)域；
圖3C是根據本發(fā)明一個方面的一個導熱引線的一個實施例的部 分放大正視圖，該導熱引線被引線鍵合到待冷卻表面；
圖4A是根據本發(fā)明一個方面的導熱引線的正視圖，在界面連接 方法過程中，該導熱引線被引線鍵合到待冷卻表面；
圖4B描繪了根據本發(fā)明一個方面的圖4A的結構，示出了在引 線和待冷卻表面之間擴散焊接-鍵合的形成；
圖4C描繪了根據本發(fā)明一個方面的圖4B的結構，示出了在引 線彎曲之后，向上移動引線的引線鍵合工具頭，并且示出了將電子火 焰切斷(electric flame off，EFO)應用于引線，以切割該引線，并由 此形成附著到待冷卻表面的分立導熱引線；
圖5是根據本發(fā)明一個方面的產熱電子器件的一個實施例的等 距視圖，示出了多個導熱引線被引線鍵合到電子器件的較高熱通量的 第一區(qū)域，并在較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，并且示出了當采用 導熱復合界面來耦合該冷卻組件和待冷卻表面時，在電子器件的拐角 處的引線鍵合的突柱(stud)，其用于在冷卻組件(未示出)和待冷 卻表面之間提供間隔；
圖6是根據本發(fā)明一個方面的產熱電子器件的替換實施例的等 距視圖，示出了作為隔離柱(stand-off)的多個引線鍵合的突柱，其 用于在冷卻組件(未示出)和待冷卻表面之間提供間隔，以及促進來 自待冷卻表面的較高熱通量的第一區(qū)域的熱的傳遞；圖7A是根據本發(fā)明一個方面的采用導熱復合界面來耦合冷卻組 件和產熱電子器件的冷卻式電子組件的一個實施例的部分截面正視
圖7B是根據本發(fā)明一個方面的用于耦合冷卻組件和產熱電子元 件的導熱復合界面的另一實施例的部分截面正視圖7C是根據本發(fā)明一個方面的用于耦合冷卻組件和產熱電子元 件的導熱復合界面的另一實施例的部分截面正視圖7D是根據本發(fā)明一個方面的用于耦合冷卻組件和產熱電子元 件的導熱復合界面的再一實施例的部分截面正視圖7E是根據本發(fā)明一個方面的用于耦合冷卻組件和產熱電子元 件的導熱復合界面的又一實施例的部分截面正視圖7F是根據本發(fā)明一個方面的用于耦合冷卻組件和產熱電子元
件的導熱復合界面的另一實施例的部分截面正視圖；以及
圖8示出了根據本發(fā)明一個方面的對于復合界面的不同引線鍵
合密度和假定熱通量的兩個不同區(qū)域，在電子器件的待冷卻表面獲得 的熱點溫度的減小的曲線。
具體實施例方式
總的來說，在這里公開了 一種用于將冷卻組件耦合到一個或多個
產熱電子器件的導熱復合界面。該導熱復合界面包括多個導熱引線 或針鰭(pinfin)，由具有第一導熱率的第一材料形成；以及熱界面 材料，其至少部分地圍繞該多個導熱引線，并當在冷卻組件和待冷卻 表面之間采用該導熱復合界面時，將該冷卻組件熱界面連接到所述一 個或多個產熱電子器件的待冷卻表面。該熱界面材料包括具有第二導 熱率的第二材料，其中第一材料的第一導熱率大于第二材料的第二導熱率。
當采用導熱復合界面來耦合該冷卻組件和待冷卻表面時，所述多 個導熱引線中的至少一些導熱引線部分地駐留在至少一個較高熱通 量的第一區(qū)域上方，并部分地在至少一個較低熱通量的第二區(qū)域上方
ii延伸，其中所述至少一個第一和第二區(qū)域是待冷卻表面的不同區(qū)域。 在工作中，所述至少一些導熱引線用作熱擴散器，用于促進從待冷卻 表面到冷卻組件的熱傳遞。
在此使用的"電子器件，，包括，例如，計算機系統(tǒng)或需要冷卻的其 他電子系統(tǒng)的任意產熱元件。該術語包括集成電路芯片、多集成電路 芯片、單芯片模塊或多芯片模塊中的一個或多個，每個或具有或者不 具有導熱帽或熱擴散器。"待冷卻表面"指電子器件本身的表面，或者 熱擴散器、鈍化層、導熱帽或與電子器件接觸的其他表面的暴露表面， 并且通過該表面提取由電子器件產生的熱量。
在詳細描述導熱復合界面的實施例之前，參考圖1和2描述冷卻 式電子組件(每個采用不同的冷卻組件，以及導熱復合界面)的兩個 實施例。
如最初所述的，計算設備的性能持續(xù)顯著地提高。該現象主要由 晶體管-長度尺度的不斷減小所推動，這又允許在相同的或更小的器件 覆蓋區(qū)內整合更多的功能性。由于這些器件消耗的大多數電能以熱量 的形式釋放到周圍環(huán)境中，電子器件的熱管理是正在成長的工程技術 難題。
圖l描繪了根據本發(fā)明一個方面的由100總體表示的冷卻式電子 組件的一個實施例。在該實施例中，冷卻式電子組件100包括經由界 面130耦合到冷卻組件120的至少一個電子器件110。更具體地，可 以采用壓載荷(compressive loading)來以將冷卻組件120和至少一 個電子器件110按壓在一起，而界面130被夾在其間。在該例子中， 冷卻組件是液冷組件，包括通過從其入口 127到出口 129穿過冷板殼 126的液體冷卻劑(例如，冷卻水)冷卻的冷板基體122。冷板基體 122具有從其凸出的多個針(pin)或鰭片(fin) 124，以促進從冷板 基體122到流過歧管126的冷卻劑的熱傳遞。
圖2描繪了根據本發(fā)明的一個方面的由200總體表示的冷卻式電 子組件的另一例子。冷卻式電子組件200包括經由界面230耦合到冷 卻組件220的一個或多個產熱電子器件210。在該例子中，冷卻組件220是具有導熱基體222的氣冷熱沉，導熱基體222在其中具有蒸汽 室221。多個針或鰭片224從導熱基體222延伸，其被主動地或被動 地氣冷225。
在圖l和2的兩種冷卻式電子組件實施例中，冷卻組件被示例性 地示出為大于待冷卻的所述一個或多個電子器件，以便促進從電子器 件到液體冷卻劑(在圖1的例子中)或環(huán)境空氣(在圖2的例子中) 的熱傳遞。典型地，當平均芯片熱通量低于100-125瓦每平方厘米時， 氣冷是可行的選擇。對于大于125瓦每平方厘米的電子器件熱通量， 需要液冷或其它主動冷卻技術。在圖l和2的冷卻式電子組件中，界 面130、 230用來將冷卻組件熱耦合(以及如果希望，結構耦合)到 所述一個或多個電子器件。該界面通常由諸如熱脂或熱固性環(huán)氧樹脂 或硅酮的熱界面材料形成。這種材料典型地具有0.1-4W/m-K范圍內 的導熱率。
氣冷冷卻組件，以及液冷冷卻組件，通常被設計成能滿足平均熱 通量冷卻需要。傳統(tǒng)上，電子器件覆蓋區(qū)上的平均熱通量是決定熱問 題的有用的度量標準，主要是因為電子器件的最大熱通量通常接近其 平均值。但是，隨著電子電路設計的最新發(fā)展，特別是微處理器設計 的最新發(fā)展，器件的某些區(qū)域可能呈現出比其他區(qū)域高得多的熱通 量，不僅在穩(wěn)態(tài)運行中，而且當器件被接通或斷開時也是如此。這些 較高熱通量的區(qū)域被稱為"熱點"，它們可以散逸電子器件的平均熱通 量2-3倍大的熱通量。器件熱通量中的這種空間不均勻性導致相應的 器件溫度的空間不均勻性，并可能導致高于器件平均溫度10-20°C的 最大熱點溫度。在此情況下，通過該熱點溫度選擇冷卻組件性能。該 熱點現象是局部熱學問題，并且局部解決最為有效。由此，在此提供 了多種復合界面結構及其制造方法，當采用時，通過增強從高熱通量 區(qū)域到冷卻組件的熱傳遞，顯著地降低熱點溫度。
圖3A描繪了待冷卻表面300的一個例子，所述待冷卻表面包括 一個或多個電子器件的表面，或附著到一個或多個電子器件的表面。 在該例子中，待冷卻表面包括較高熱通量的第 一 區(qū)域310和較低熱通量的第二區(qū)域320。替換的，跨待冷卻表面300可以存在多個分立區(qū) 域310和/或區(qū)域320。假定較高熱通量的第一區(qū)310與該表面的均衡 值相比較具有更高熱量耗散率，且由此是熱點區(qū)域。
圖3B描繪了圖3A的結構，增加了鍵合到較高熱通量的第一區(qū) 域310的多個導熱引線330 (或針鰭)。如圖所示，導熱引線330被 彎曲，以駐留在第一區(qū)域310上方，并部分地在較低熱通量的第二區(qū) 域320上方延伸。因此當用作待冷卻表面和冷卻組件之間的部分復合 界面時，這些引線用作熱擴散器，用于促進從待冷卻表面的較高熱通 量區(qū)到冷卻組件的熱傳遞。
圖3C圖示了導熱引線330'的一個例子，其(作為一個示例)被 引線鍵合332到待冷卻表面300，例如集成電路芯片的背表面。當前 的引線鍵合互連技術可以用來產生0.025-0.1mm直徑引線330'，其引 線鍵合到在熱點區(qū)域內的待冷卻表面。例如，導熱引線330'包括諸如 金、銅、或鋁的金屬，并具有大于40: l的長度與直徑縱橫比。銅線 具有400W/m-K的導熱率，約為現今的熱界面材料(即熱脂)的導熱 率的100倍，現今的熱界面材料具有3-4W/m-K的導熱率。通過兩種 機制，即，通過增加較高熱通量區(qū)域中的熱界面的導熱率，以及通過 從較高熱通量區(qū)域到較低熱通量的較冷的周圍區(qū)域徑向地散熱，導熱 引線的陣列在減小待冷卻表面的較高熱通量區(qū)中的溫度方面是有效 的。
圖4A-4C圖示了根據本發(fā)明的一個方面的使用熱超聲球鍵合技 術制造導熱引線的一種方法。
圖4A描繪了制造工藝的開始，顯示了該工藝所需的各種元件， 包括一個或多個電子器件的待冷卻表面300，以及將形成為多個導熱 引線或針的引線400。引線400包括球狀尖端405，而整合有引線夾 持才幾構的工具頭包括用于引線的毛細通道(capillary passage) 410。 采用合適的金屬化(如鉻-銅或鉻-銅-金)以駐留在待冷卻表面300上。 在圖4B中，工具頭412的夾持機構被示出在保持引線400的夾持位 置中。
14圖4B圖示了在引線400的球狀尖端與待冷卻表面物理接觸之后 的圖4A的工具頭。與超聲波激活結合施用受控的向下鍵合力，產生 有助于在引線400和待冷卻的金屬化的表面之間塑性變形和分子間擴 散的物理環(huán)境。在這些條件下，導致擴散焊接鍵合415，由此在微觀 長度尺度的塑性變形引起金屬在跨引線-表面界面的每一部分的滑移 面和剪切面中流動，因此形成冶金擴散鍵合。
在形成該鍵合之后，工具頭被松開，并沿引線400的長度移到一 不同位置，在此過程中，在該引線中形成彎曲，如圖4C所示。然后 采用電子火焰切斷(EFO)操作，其是用于切割引線的現有技術中已 知的工藝，以在引線中的第二彎曲處切斷引線400，這也產生新的球 狀尖端(未示出)，以允許重新開始該工藝過程。(替換的，可以采 用凹口和切割操作來切斷引線400)。該工藝過程可以重復執(zhí)行多次， 以產生如圖3B中所繪的引線陣列。所屬領域的技術人員由該描述應 當注意到，可以適用任意希望的引線布置。此外，盡管最初被描述為 附著到待冷卻表面，但是所屬領域的技術人員由該描述將注意到，所 述多個導熱引線可以附加地或替換地引線鍵合到冷卻組件的表面。
圖5描繪了電子器件500 (諸如集成電路芯片)的放大的例子， 其具有較高熱通量的第一區(qū)域510和較低熱通量的笫二區(qū)域520。多 個引線鍵合的引線530被附著到較高熱通量的第一區(qū)域510，這些引 線從第一區(qū)域延伸到較低熱通量的第二區(qū)域520上方。如下所述，當 被采用在所述復合界面中時，所述多個導熱引線530至少部分地懸置 在熱界面材料內。在該例子中，在電子器件的拐角附近還提供隔離柱 540，以保證冷卻組件相對于電子器件的可靠定位。在一個例子中， 這些隔離柱是在增加熱界面材料之前在電子器件的拐角形成的四個 凸塊。可以通過下面的、類似于上面結合圖4A-4C描述的工藝生成該 凸塊，但是在引線的接近進行球接合的地點的非常短的特定長度處發(fā) 生切斷。這些凸塊結構也可以用于熱點區(qū)域中，如圖6所示，其中多 個引線鍵合的凸塊600被固定到較高熱通量的第一區(qū)域510。另外， 引線鍵合的凸塊600可以以任意希望的圖案與所述多個導熱引線530(圖5)交織(未示出)。
圖7A-7F是耦合冷卻組件730和產熱電子器件700的導熱復合 界面的多種實施例的部分截面正視圖。如圖所示，產熱電子器件700 包括至少兩個區(qū)域，亦即，較高熱通量的第一區(qū)域710和較低熱通量 的第二區(qū)域720。在每個實施例中，單個引線740被示出為至少部分 地懸置在諸如導熱脂的熱界面材料750內。冷卻組件730可以包括， 例如，如上面結合圖1和2描述的冷卻組件。替換的，冷卻組件730 可以簡單地包括在電子器件700上方的金屬蓋，如銅蓋。
在圖7A的實施例中，引線740 (例如，1-2密耳(mil)直徑) 在第一端被引線鍵合到電子器件700的第一區(qū)域710內的待冷卻表 面。引線740的第二端懸置在導熱脂750內，并在較低熱通量的第二 區(qū)域720上方延伸。
圖7B描繪了其中導熱引線740 ( 1-2密耳直徑引線)再次一皮引線 鍵合到較高熱通量的第一區(qū)域710內的待冷卻表面的替換配置。在該 例子中，引線740部分地接觸冷卻組件730，并在較低熱通量的第二 區(qū)域720上方延伸。
圖7C描繪了另一實施例，其中導熱引線740被導熱材料750圍 繞，并包括在較高熱通量的第一區(qū)域710上方駐留的第一端和在較低 熱通量的第二區(qū)域720上方駐留的第二端。在該實施例中，不采用引 線740與待冷卻表面或冷卻組件的引線鍵合。例如，導熱引線740可 以包括金、銅、鋁或石墨。
圖7D描繪了其中導熱引線740被引線鍵合到冷卻組件730的實 施例，排列(align)在電子器件700的較高熱通量的笫一區(qū)域710上 方。導熱引線740的自由端懸置在熱界面材料750內，并在電子器件 700的第二區(qū)域720上方延伸。
圖7E描繪了圖7D的實施例的變化，其中導熱引線740至少部 分地物理接觸電子器件700，以促進熱量從較高熱通量的第一區(qū)域710 到復合界面中并由此到冷卻組件730的傳遞和擴散。
圖7F描繪了復合界面的再一變化，其中導熱引線740被附著(例
16如，引線鍵合)到待冷卻表面，并被附著(例如，焊接)到冷卻組件
730。在所示的例子中，引線740被接合到電子器件700較高熱通量 的第一區(qū)域710中，并延伸至較低熱通量的第二區(qū)域720上的位置處， 在這里引線740被附著到冷卻組件730。如同其他實施例一樣，引線 740是，例如，1-2密耳直徑引線，其至少部分地被熱界面材料750 圍繞。
已經進行了熱分析，以估算如在此描述的導熱復合界面對集成電 路芯片的最大熱點溫度的影響。對10mmxlOmm集成電路芯片進行該 分析，該集成電路芯片是0.75mm厚度，并由珪(120W/m-K)制成， 經由0.076mm (3密耳)厚的熱界面材料例如熱脂(3.8W/m-K)附著 到液冷冷卻板。作為示例，芯片的89%以132瓦每平方厘米的通量散 失熱量，而熱點被設為250-350瓦每平方厘米的熱通量。在沒有多個 導熱引線的條件下，對于350W/cn^熱點熱通量的情況，觀察到110°C 的最高結溫，而利用如圖3B所示設置的多個導熱引線，獲得99。C的 最高結溫。更具體地，在一個例子中，導熱引線采取包括l密耳直徑 和2mm長度的銅線。在該分析中采用240個這種引線。
圖8是分別對于幾種不同的引線鍵合密度以及對于250和350 瓦每平方厘米的兩種熱點熱通量，熱點集成電路芯片結溫的減小的曲 線圖。該曲線圖示出增加更多引線到熱點區(qū)域導致熱點溫度的降低增 加。此外，在此公開的導熱復合界面的影響隨熱點熱通量的幅度增加 而更大。對于250瓦/ 112熱點，基線熱點溫度為最大95°C，對于 350W/cm2熱點，基線熱點溫度為最大110°C。
盡管在此已經描繪并詳細描述了優(yōu)選實施例，但是相關領域的技 術人員應當明白，可以進行各種修改、增加、替換等而不脫離本發(fā)明 的精神，且因此這些修改、增加、替換被認為在以下權利要求所限定 的本發(fā)明的范圍內。
為了免除置疑，在說明書和權利要求書中使用的術語"包括"不應 被解釋為"僅僅由...構成"。
1權利要求
1. 一種用于將冷卻組件耦合到至少一個產熱電子器件的導熱復合界面，該導熱復合界面包括多個導熱引線，其包括具有第一導熱率的第一材料；熱界面材料，當在冷卻組件和至少一個產熱電子器件的待冷卻表面之間采用所述導熱復合界面時，該熱界面材料至少部分地圍繞所述多個導熱引線，并將該冷卻組件熱界面連接到所述待冷卻表面，該熱界面材料包括具有第二導熱率的第二材料，其中所述第一材料的第一導熱率大于所述第二材料的第二導熱率；以及其中當采用所述導熱復合界面來耦合該冷卻組件和待冷卻表面時，所述多個導熱引線中的至少一些導熱引線部分地駐留在至少一個較高熱通量的第一區(qū)域上方，并部分地在至少一個較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，該至少一個第一區(qū)域和該至少一個第二區(qū)域包括所述至少一個產熱電子器件的待冷卻表面的不同區(qū)域，以及其中所述至少一些導熱引線用作熱擴散器，用于促進從所述至少一個產熱電子器件的待冷卻表面到該冷卻組件的熱傳遞。
2. 如權利要求1所述的導熱復合界面，其中當在該冷卻組件和所 述至少一個產熱電子器件的待冷卻表面之間采用所述導熱復合界面 時，所述至少一些導熱引線至少部分地懸置在該熱界面材料內。
3. 如權利要求1或2所述的導熱復合界面，其中當采用所述導熱 復合界面來耦合該冷卻組件和所述待冷卻表面時，所述多個導熱引線 中的所述至少一些導熱引線被引線鍵合到該冷卻組件的表面或所述 至少一個產熱電子器件的待冷卻表面中的至少一個。
4. 如權利要求3所述的導熱復合界面，其中所述至少一些導熱引 線每一個被分開地在第一端引線鍵合到所述至少一個產熱電子器件的待冷卻表面的所述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域中。
5. 如權利要求4所述的導熱復合界面，其中當采用所述導熱復合 界面來耦合所述冷卻組件和所述至少一個產熱電子器件的待冷卻表 面時，所述至少一些導熱引線的每一個的第二端被設置在所述至少一 個較低熱通量的第二區(qū)域上方，并且懸置在熱界面材料內、部分地接 觸所述冷卻組件、或被附著到所述冷卻組件的表面。
6. 如任一在前的權利要求所述的導熱復合界面，其中所述多個導 熱引線的第一材料包括金、銅、鋁或石墨中的至少一種，以及其中所 述熱界面材料的第二材料包括導熱脂、環(huán)氧樹脂、彈性體材料或液態(tài) 金屬之一。
7. 如任一在前的權利要求所述的導熱復合界面，其中該第一材料 的第一導熱率比該第二材料的第二導熱率的十倍大，以及其中所述至少一個產熱電子器件包括集成電路芯片、多集成電路芯片、單芯片模 塊或多芯片模塊中的至少一種。
8. 如任一在前的權利要求所述的導熱復合界面，還包括多個引線 鍵合的突柱，當采用該導熱復合界面來耦合所述冷卻組件和所述待冷 卻表面時，其附著到所述冷卻組件的表面或所述至少一個產熱電子器 件的待冷卻表面中的至少一個上，以及其中每個引線鍵合的突柱被配置為隔離柱，用以在采用所述導熱復合界面來耦合所述冷卻組 件和所述待冷卻表面時，在所述冷卻組件和所述待冷卻表面之間提供 間隔；和/或排列在所述至少一個產熱電子器件的待冷卻表面的所述至少一 個較高熱通量的第一區(qū)域上方，以促進來自該區(qū)域的熱的傳遞。
9. 一種冷卻式電子組件包括冷卻組件；至少一個產熱電子器件，其包括待冷卻表面，其中該待冷卻表面 包括至少一個較高熱通量的第一區(qū)域和至少一個較低熱通量的第二 區(qū)&戈；以及耦合該冷卻組件和該待冷卻表面的導熱復合界面，該導熱復合界 面包括多個導熱引線，其包括具有第一導熱率的第一材料； 熱界面材料，其至少部分地圍繞所述多個導熱引線并將該冷卻組 件熱界面連接到所述至少一個產熱電子器件的所述待冷卻表面，該熱 界面材料包括具有第二導熱率的第二材料，其中所述第一材料的第一 導熱率大于所述第二材料的第二導熱率；以及其中所述多個導熱引線中的至少一些導熱引線部分地駐留在所 述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域上方，并部分地在所述至少一個較 低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，以用作所述待冷卻表面和所述冷卻組 件之間的熱擴散器，用于促進從所述至少一個產熱電子器件到所述冷 卻組件的熱傳遞。
10. 如權利要求9所述的冷卻式電子組件，其中所述至少一些導 熱引線至少部分地懸置在該熱界面材料內。
11. 如權利要求9或IO所述的冷卻式電子組件，其中所述多個導 熱引線中的所述至少一些導熱引線每個都被在第一端分開地引線鍵 合到所述冷卻組件的表面或所述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域上 的所述待冷卻表面中的至少一個。
12. 如權利要求11所述的冷卻式電子組件，其中所述至少一些導 熱引線的每一個都被在第一端分開地引線鍵合到所述至少一個產熱 電子器件的待冷卻表面的所述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域中，以 及所述至少一些導熱引線的每一個的第二端被設置在所述至少一個較低熱通量的第二區(qū)域上方，并懸置在所述熱界面材料內、部分地接 觸所述冷卻組件、或附著到所述冷卻組件的表面。
13. 如權利要求9到12中的任意一項所述的冷卻式電子組件，其 中所述多個導熱引線的第一材料包括金、銅、鋁或石墨中的至少一種， 以及其中該熱界面材料的第二材料包括導熱脂、環(huán)氧樹脂、彈性體材 料或液態(tài)金屬之一。
14. 如權利要求9到13中的任意一項所述的冷卻式電子組件，其 中該第一材料的第一導熱率比所述第二材料的第二導熱率的十倍大， 以及其中所述至少一個產熱電子器件包括集成電路芯片、多集成電路 芯片、單芯片模塊或多芯片模塊中的至少一種。
15. 如權利要求9到14中的任意一項所述的冷卻式電子組件，還 包括多個引線鍵合突柱，其附著到所述冷卻組件的表面或所述至少一 個產熱電子器件的所述待冷卻表面中的至少一個，以及其中每個引線 鍵合的突柱被配置為隔離柱，以在所述冷卻組件和所述待冷卻表面之間提供間 隔；和/或排列在所述待冷卻表面的所述至少 一個較高熱通量的第 一 區(qū)域 上方，以促進來自該區(qū)域的熱的傳遞。
16. —種界面連接冷卻組件和至少一個產熱電子器件的待冷卻表 面的方法，該方法包括提供包括具有第一導熱率的第一材料的多個導熱引線； 將所述多個導熱引線設置在所述冷卻組件和所述待冷卻表面之 間，所述多個導熱引線中的至少一些導熱引線每一都部分地駐留在所 述待冷卻表面的至少一個較高熱通量的第一區(qū)域上方，并部分地在所 述待冷卻表面的至少一個較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸；以及在所述冷卻組件和所述待冷卻表面之間提供熱界面材料，其至少 部分地圍繞所述多個導熱引線，并將該冷卻組件熱界面連接到所述待 冷卻表面，其中所述至少一些導熱引線用作在所述待冷卻表面和所述 冷卻組件之間的熱擴散器，用于促進從所述至少 一個產熱電子器件到 所述冷卻組件的熱傳遞。
17. 如權利要求16所述的方法，其中所述設置包括將所述多個導 熱引線中的所述至少一些導熱引線引線鍵合到所述冷卻組件的表面 或所述至少一個產熱電子器件的所述待冷卻表面中的至少一個。
18. 如權利要求17所述的方法，其中所述將所述至少一些導熱引 線引線鍵合包括將所述至少一些導熱引線的每個導熱引線的第一端 分開地引線鍵合到所述待冷卻表面的所述至少一個較高熱通量的第 一區(qū)&戈內。
19. 如權利要求18的方法，其中所述設置還包括將所述至少一些 導熱引線的每一個的第二端定位在所述至少一個較低熱通量的第二 區(qū)域上方，并懸置在所述熱界面材料內、部分地接觸所述冷卻組件、 或附著到所述冷卻組件的表面。
20. 如權利要求16到19中的任意一項所述的方法，還包括提供 附著到所述冷卻組件的表面或所述至少一個產熱電子器件的所述待 冷卻表面中至少其一的多個引線鍵合的突柱，其中每個引線鍵合的突 柱被配置為隔離柱，以在所述冷卻組件和所述待冷卻表面之間提供間 隔；和/或排列在所述待冷卻表面的所述至少一個較高熱通量的第一區(qū)域 上方，以促進來自該區(qū)域的熱的傳遞。
全文摘要
提供一種將冷卻組件耦合到電子器件的復合界面及制造方法。該界面包括由具有第一導熱率的第一材料形成的多個導熱引線，以及至少部分地圍繞該引線的熱界面材料。該熱界面材料，其將冷卻組件熱界面連接到電子器件的待冷卻表面，是具有第二導熱率的第二材料，其中第一導熱率大于第二導熱率。至少一些引線部分地駐留在較高熱通量的第一區(qū)域上方，并部分地在較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，其中第一區(qū)域和第二區(qū)域是待冷卻表面的不同區(qū)域。這些引線用作熱擴散器，用于促進從待冷卻表面到冷卻組件的熱傳遞。
文檔編號H01L23/367GK101454897SQ200780018850
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者K·福格爾, L·坎貝爾, M·埃里斯沃斯, R·朱, 羅伯特·西蒙斯, 羅格·施米德, 馬德胡蘇丹·英加爾 申請人:國際商業(yè)機器公司