導(dǎo)熱復(fù)合界面、采用該導(dǎo)熱復(fù)合界面的冷卻式電子組件及其制造方法技術(shù)

提供一種將冷卻組件耦合到電子器件的復(fù)合界面及制造方法。該界面包括：由具有第一導(dǎo)熱率的第一材料形成的多個(gè)導(dǎo)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(dǎo)熱率的第二材料，其中第一導(dǎo)熱率大于第二導(dǎo)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(kuò)散器，用于促進(jìn)從待冷卻表面到冷卻組件的熱傳遞。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及熱傳遞機(jī)構(gòu)，更具體地說，涉及用于移除由電子器件 產(chǎn)生的熱量的熱傳遞機(jī)構(gòu)及冷卻組件。更具體地，本專利技術(shù)涉及一種用 于將冷卻組件界面連接到一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)熱電子器件的導(dǎo)熱復(fù)合界面 及其制造方法。
技術(shù)介紹
眾所周知，工作中的電子器件產(chǎn)生熱量。為了將器件結(jié)溫保持在 所希望限度內(nèi)，應(yīng)該從該器件移除這些熱量，不能移除熱量會(huì)導(dǎo)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(gè)趨勢(shì)結(jié)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(guān)注熱管理的諸如CMOS的技術(shù)。特別，更快和更密集地封裝電 路的需要對(duì)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(chǎn)生隨器件工作頻率增加而增加。其次，在較低器件結(jié)溫下，可 以增加工作頻率。最后，隨著在單個(gè)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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
冷卻技術(shù)利用空氣或水將熱量帶離電子器件，并將熱量?jī)A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(duì)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(yīng)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(dǎo)體工藝已發(fā)展到在單個(gè)集成電路芯片上設(shè)置多個(gè)邏輯 單元和與其相關(guān)的控制和支持電路的程度。從熱學(xué)觀點(diǎn)，這導(dǎo)致器件 具有高度不均勻的熱通量分布。在處理器內(nèi)核區(qū)域中產(chǎn)生較高熱通 量，而在控制/支持區(qū)中產(chǎn)生相對(duì)低的熱通量。例如，內(nèi)核區(qū)域熱通量 可能差不多是其他區(qū)域的十五倍大。導(dǎo)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(nèi)引起高得多的絕對(duì)結(jié)溫。在此，在一個(gè)方面，提供用于增強(qiáng)冷卻組件與至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件耦合的導(dǎo)熱復(fù)合界面。該導(dǎo)熱復(fù)合界面包括多個(gè)導(dǎo)熱引線，其 包括具有第一導(dǎo)熱率的第一材料；以及熱界面材料，當(dāng)在冷卻組件和 所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面之間采用該導(dǎo)熱復(fù)合界面 時(shí)，該熱界面材料至少部分地圍繞該多個(gè)導(dǎo)熱引線。該熱界面材料包 括具有第二導(dǎo)熱率的第二材料，其中第一材料的第一導(dǎo)熱率大于第二 材料的第二導(dǎo)熱率。當(dāng)采用該導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合該冷卻組件和待冷 卻表面時(shí)，該多個(gè)導(dǎo)熱引線的至少一些導(dǎo)熱引線部分地駐留在至少一 個(gè)高熱通量的第一區(qū)域上，并且部分地在至少一個(gè)較低熱通量的第二 區(qū)域上方延伸，其中該至少一個(gè)第一區(qū)域和至少一個(gè)第二區(qū)域是所述 待冷卻表面的不同區(qū)域。當(dāng)采用導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合冷卻組件和該至 少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面時(shí)，所述至少一些導(dǎo)熱引線用作熱 擴(kuò)散器(heat spreader)用于促進(jìn)從所述至少一個(gè)產(chǎn)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(gè)產(chǎn)熱電子器件、及導(dǎo)熱復(fù)合界面。該至少一個(gè) 產(chǎn)熱電子器件具有待冷卻表面，該待冷卻表面包括至少一個(gè)較高熱通 量的區(qū)域和至少一個(gè)較低熱通量的區(qū)域。耦合冷卻組件和待冷卻表面 的導(dǎo)熱復(fù)合界面包括多個(gè)導(dǎo)熱引線和熱界面材料。該多個(gè)導(dǎo)熱引線包 括具有第一導(dǎo)熱率的第一材料，而該熱界面材料包括具有第二導(dǎo)熱率8的第二材料，其中第一材料的第一導(dǎo)熱率大于第二材料的第二導(dǎo)熱 率。該熱界面材料至少部分地圍繞所述多個(gè)導(dǎo)熱引線并將該冷卻組件 熱界面連接到待冷卻表面。該多個(gè)導(dǎo)熱引線中的至少一些導(dǎo)熱引線部 分地駐留在所述至少一個(gè)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(gè)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(kuò)散器，用于促進(jìn)從所述至少 一個(gè)產(chǎn)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(gè)產(chǎn)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(dǎo)熱率的第一材料的多個(gè)導(dǎo)熱引線；將所述多個(gè)導(dǎo)熱引線設(shè)置在該冷卻組 件和待冷卻表面之間，所述多個(gè)導(dǎo)熱引線中的至少一些導(dǎo)熱引線部分地駐留在待冷卻表面的所述至少一個(gè)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(gè)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(gè)導(dǎo)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(dǎo)熱引線用作待冷卻表面和冷卻組件之間的熱 擴(kuò)散器，用于促進(jìn)從所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件到冷卻組件的熱傳 遞。此外，通過本專利技術(shù)的技術(shù)還實(shí)現(xiàn)附加的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)的其 他實(shí)施例和方面將在這里詳細(xì)描述，并被認(rèn)為是所要求保護(hù)的專利技術(shù)的 一部分。附圖說明在本申請(qǐng)的所附權(quán)利要求中，特別指出并要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā) 明的主題。根據(jù)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本專利技術(shù)的上述及其他目的、 特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，在附圖中圖1是根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的液冷式電子組件的一個(gè)實(shí)施例的 截面正視圖，其中采用復(fù)合界面將冷卻組件耦合到至少一個(gè)產(chǎn)熱電子元件；圖2是根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的氣冷式電子組件的一個(gè)實(shí)施例的 截面正視圖，其中釆用復(fù)合界面將冷卻組件耦合到至少一個(gè)產(chǎn)熱電子 元件；圖3A是根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面的一 個(gè)實(shí)施例的平面圖，示出了將被界面連接進(jìn)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(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的圖3A的待冷卻表面的平面圖， 增加多個(gè)導(dǎo)熱引線，其被引線鍵合到較高熱通量的第一區(qū)域內(nèi)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(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的一個(gè)導(dǎo)熱引線的一個(gè)實(shí)施例的部 分放大正視圖，該導(dǎo)熱引線被引線鍵合到待冷卻表面；圖4A是根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的導(dǎo)熱引線的正視圖，在界面連接 方法過程中，該導(dǎo)熱引線被引線鍵合到待冷卻表面；圖4B描繪了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的圖4A的結(jié)構(gòu)，示出了在引 線和待冷卻表面之間擴(kuò)散焊接-鍵合的形成；圖4C描繪了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的圖4B的結(jié)構(gòu)，示出了在引 線彎曲之后，向上移動(dòng)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(yīng)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(dǎo)熱引線；圖5是根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的產(chǎn)熱電子器件的一個(gè)實(shí)施例的等 距視圖，示出了多個(gè)導(dǎo)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(dāng)采用 導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合該冷卻組件和待冷卻表面時(shí)，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(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的產(chǎn)熱電子器件的替換實(shí)施例的等 距視圖，示出了作為隔離柱(stand-off)的多個(gè)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(jìn)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(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的采用導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合冷卻組 件和產(chǎn)熱電子器件的冷卻式電子組件的一個(gè)實(shí)施例的部分截面正視圖7B是根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)方面的用于耦合冷卻組件和產(chǎn)熱電子元 件的導(dǎo)熱復(fù)合界面的另一實(shí)施例的部分截面正視圖7C是本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于將冷卻組件耦合到至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的導(dǎo)熱復(fù)合界面，該導(dǎo)熱復(fù)合界面包括：　多個(gè)導(dǎo)熱引線，其包括具有第一導(dǎo)熱率的第一材料；　熱界面材料，當(dāng)在冷卻組件和至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面之間采用所述導(dǎo)熱復(fù)合界面時(shí)，該熱界面材料至少部分地圍繞所述多個(gè)導(dǎo)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(dǎo)熱率的第二材料，其中所述第一材料的第一導(dǎo)熱率大于所述第二材料的第二導(dǎo)熱率；以及　其中當(dāng)采用所述導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合該冷卻組件和待冷卻表面時(shí)，所述多個(gè)導(dǎo)熱引線中的至少一些導(dǎo)熱引線部分地駐留在至少一個(gè)較高熱通量的第一區(qū)域上方，并部分地在至少一個(gè)較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，該至少一個(gè)第一區(qū)域和該至少一個(gè)第二區(qū)域包括所述至少一個(gè)產(chǎn)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(dǎo)熱引線用作熱擴(kuò)散器，用于促進(jìn)從所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面到該冷卻組件的熱傳遞。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】US 2006-6-16 11/424,6421. 一種用于將冷卻組件耦合到至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的導(dǎo)熱復(fù)合界面，該導(dǎo)熱復(fù)合界面包括多個(gè)導(dǎo)熱引線，其包括具有第一導(dǎo)熱率的第一材料；熱界面材料，當(dāng)在冷卻組件和至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面之間采用所述導(dǎo)熱復(fù)合界面時(shí)，該熱界面材料至少部分地圍繞所述多個(gè)導(dǎo)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(dǎo)熱率的第二材料，其中所述第一材料的第一導(dǎo)熱率大于所述第二材料的第二導(dǎo)熱率；以及其中當(dāng)采用所述導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合該冷卻組件和待冷卻表面時(shí)，所述多個(gè)導(dǎo)熱引線中的至少一些導(dǎo)熱引線部分地駐留在至少一個(gè)較高熱通量的第一區(qū)域上方，并部分地在至少一個(gè)較低熱通量的第二區(qū)域上方延伸，該至少一個(gè)第一區(qū)域和該至少一個(gè)第二區(qū)域包括所述至少一個(gè)產(chǎn)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(dǎo)熱引線用作熱擴(kuò)散器，用于促進(jìn)從所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面到該冷卻組件的熱傳遞。2. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，其中當(dāng)在該冷卻組件和所 述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面之間采用所述導(dǎo)熱復(fù)合界面 時(shí)，所述至少一些導(dǎo)熱引線至少部分地懸置在該熱界面材料內(nèi)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，其中當(dāng)采用所述導(dǎo)熱 復(fù)合界面來耦合該冷卻組件和所述待冷卻表面時(shí)，所述多個(gè)導(dǎo)熱引線 中的所述至少一些導(dǎo)熱引線被引線鍵合到該冷卻組件的表面或所述 至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面中的至少一個(gè)。4. 如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，其中所述至少一些導(dǎo)熱引 線每一個(gè)被分開地在第一端引線鍵合到所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面的所述至少一個(gè)較高熱通量的第一區(qū)域中。5. 如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，其中當(dāng)采用所述導(dǎo)熱復(fù)合 界面來耦合所述冷卻組件和所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表 面時(shí)，所述至少一些導(dǎo)熱引線的每一個(gè)的第二端被設(shè)置在所述至少一 個(gè)較低熱通量的第二區(qū)域上方，并且懸置在熱界面材料內(nèi)、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(quán)利要求所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，其中所述多個(gè)導(dǎo) 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(dǎo)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(quán)利要求所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，其中該第一材料 的第一導(dǎo)熱率比該第二材料的第二導(dǎo)熱率的十倍大，以及其中所述至少一個(gè)產(chǎn)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(quán)利要求所述的導(dǎo)熱復(fù)合界面，還包括多個(gè)引線 鍵合的突柱，當(dāng)采用該導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合所述冷卻組件和所述待冷 卻表面時(shí)，其附著到所述冷卻組件的表面或所述至少一個(gè)產(chǎn)熱電子器 件的待冷卻表面中的至少一個(gè)上，以及其中每個(gè)引線鍵合的突柱被配置為隔離柱，用以在采用所述導(dǎo)熱復(fù)合界面來耦合所述冷卻組 件和所述待冷卻表面時(shí)，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(gè)產(chǎn)熱電子器件的待冷卻表面的所述至少一 個(gè)較高熱通量的第一區(qū)域上方，以促進(jìn)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(gè)產(chǎn)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(gè)較高熱通量的第一區(qū)域和至少一個(gè)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(dǎo)熱復(fù)合界面，該導(dǎo)熱復(fù)合界 面包括多個(gè)導(dǎo)熱引線，其包括具有第一導(dǎo)熱率的第一材料； 熱界面材料，其至少部分地圍繞所述多個(gè)導(dǎo)熱引線并將該冷卻組 件熱界面連接到所述至少一個(gè)產(chǎn)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(dǎo)熱率的第二材料，其中所述第一材料的第一 導(dǎo)熱率大于所述第二材料的第二導(dǎo)熱率；以及其中所述多個(gè)導(dǎo)熱引線中的至少一些導(dǎo)熱引線部分地駐留在所 述至少一個(gè)較高熱...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：L坎貝爾，R朱，M埃里斯沃斯，K福格爾，馬德胡蘇丹英加爾，羅格施米德，羅伯特西蒙斯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國際商業(yè)機(jī)器公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]