專利名稱：帶有流體冷卻的電子組件和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電子封裝，尤其涉及帶有流體冷卻的電子封裝件以及相關(guān)的方法。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)的電路小片可組裝到IC封裝件中。一個(gè)或多個(gè)IC封裝件可實(shí)體上且電氣上與另一封裝元件例如印刷電路板(PCB)和/或散熱器連接，以便形成“電子組件”。該“電子組件”是“電子系統(tǒng)”的一部分。在此“電子系統(tǒng)”廣義地定義為包括“電子組件”的任何產(chǎn)品。電子系統(tǒng)的示例包括計(jì)算機(jī)(例如服務(wù)器、路由器、臺(tái)式機(jī)、便攜式電腦、手持機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)、無(wú)線通訊裝置(例如手機(jī)、無(wú)繩電話、尋呼機(jī)、帶有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)等)、與計(jì)算機(jī)相關(guān)的外部設(shè)備(例如打印機(jī)、掃描儀、監(jiān)視器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)卡等)、娛樂(lè)裝置(例如電視、收音機(jī)、立體聲機(jī)、磁帶和光盤(pán)播放器、視頻磁帶錄象機(jī)、可攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3(電影專家組，音頻3)播放器等)，等等。
在電子系統(tǒng)的領(lǐng)域中，在制造商中存在競(jìng)爭(zhēng)壓力以便驅(qū)動(dòng)其設(shè)備性能提高同時(shí)生產(chǎn)成本下降。對(duì)于IC封裝而言尤其如此，其中每一新一代的封裝技術(shù)提供了更高的技術(shù)，特別是更多的部件數(shù)量和更高的時(shí)鐘頻率，同時(shí)通常具有更小或更緊湊的尺寸。當(dāng)IC的內(nèi)部電路例如處理器在更高的頻率和更高的時(shí)鐘頻率下工作時(shí)，并且當(dāng)IC在越來(lái)越高的功率等級(jí)工作時(shí)，由這種IC產(chǎn)生的熱量使得其工作溫度增加到不可接受的程度。然而，IC的性能和可靠性可能隨其溫度增加而減小，因此越來(lái)越重要的是從包括IC封裝件的IC環(huán)境中充分地將熱量排散出去。
由于如上所述的原因，并且由于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本說(shuō)明書(shū)且理解本發(fā)明之后明了的其它的以下原因，在本領(lǐng)域存在著這樣的需求，即提供用于封裝IC的設(shè)備和方法以便使得與高時(shí)鐘頻率和高功率密度相關(guān)的散熱問(wèn)題最小化。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的設(shè)置有至少一個(gè)帶有流體冷卻的電子組件的電子系統(tǒng)的框圖；圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括IC封裝件的電子組件側(cè)視圖和局部示意圖，該IC封裝件具有流體冷卻；圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的散熱器的頂視圖，該散熱器具有形成在其中的蛇形流體引導(dǎo)通道；圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC封裝件的側(cè)視分解圖，IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道的散熱器；圖5示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC封裝件的側(cè)視分解圖，IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道的散熱器；圖6示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC封裝件的側(cè)視分解圖，IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道的散熱器；圖7、8、9、10共同示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造IC封裝件的方法，該IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道的散熱器；圖11示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造IC封裝件的多種方法的流程圖，該IC封裝件包括形成在其中的流體引導(dǎo)通道的散熱器；和圖12是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造帶有流體引導(dǎo)通道的散熱器的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的以下的實(shí)施例詳細(xì)描述中，可參照作為說(shuō)明書(shū)一部分的說(shuō)明書(shū)附圖，其中示出了實(shí)施本發(fā)明的特定的優(yōu)選實(shí)施例。這些實(shí)施例進(jìn)行了充分詳細(xì)地描述，以便使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可實(shí)施本發(fā)明，并且應(yīng)當(dāng)理解還可實(shí)施其它的實(shí)施例，而且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)上、機(jī)械上、成分上、電氣上、和過(guò)程上的變型。因此，以下的詳細(xì)描述不是限定性的，并且本發(fā)明的范圍僅由后附的權(quán)利要求來(lái)限定。
本發(fā)明通過(guò)使用與一個(gè)或多個(gè)IC(集成電路)熱接觸的高容量散熱器，從而提供了解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的具有高電路密度的且在高時(shí)鐘速度和高功率等級(jí)下工作的IC封裝件的散熱問(wèn)題的方案。以下示出了且描述了不同的實(shí)施例。
在一個(gè)實(shí)施例中，IC電路小片的背面與散熱器連接，該散熱器具有形成在其中的流體引導(dǎo)通道。流體冷卻劑可借助適當(dāng)?shù)谋美缥⑿捅脧亩h(huán)流經(jīng)該通道。在一實(shí)施例中，通道位于散熱器的表面處或在表面附近。在另一實(shí)施例中，該通道散熱器內(nèi)并且遠(yuǎn)離其外表面。在一實(shí)施例中，IC是借助薄的熱界面材料與散熱器連接的薄的電路小片。還描述了制造方法以及將封裝件施加到電子組件和電子系統(tǒng)中的方法。
圖1是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的設(shè)置有至少一個(gè)帶有流體冷卻的電子組件102的電子系統(tǒng)100的框圖。電子系統(tǒng)100僅僅是應(yīng)用本發(fā)明的電子系統(tǒng)的示例。在該示例中電子系統(tǒng)100包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其包括與該系統(tǒng)的各個(gè)部件連接的系統(tǒng)總線118。系統(tǒng)總線118提供了在電子系統(tǒng)100的各個(gè)部件之間的通訊聯(lián)接，并且可作為單個(gè)總線、總線組合、或任何適當(dāng)?shù)钠渌绞絹?lái)實(shí)施。
在此使用的術(shù)語(yǔ)“適當(dāng)”意味著具有足以產(chǎn)生所需效果的特征。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可僅通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定對(duì)于所需目的的適當(dāng)性。
電子組件102與系統(tǒng)總線118連接。電子組件102可包括任何電路或電路的組合。在一實(shí)施例中，電子組件102包括任何形式的處理器104。如在此使用的，“處理器”意味著任何形式的計(jì)算電路，例如但不限于微處理器、微控制器、復(fù)雜指令集計(jì)算(CISC)微處理器、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算(RISC)微處理器、超長(zhǎng)指令字(VLIW)微處理器、圖形處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、或任何形式的處理器或處理器電路。
可包含在電子組件102中的其它形式的電路是常規(guī)電路、專用集成電路(ASIC)等，例如一個(gè)或多個(gè)電路(例如通訊電路106)在無(wú)線裝置中使用，例如手機(jī)、尋呼機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字輔助裝置、雙向無(wú)線電設(shè)備、和相似的電子系統(tǒng)。該IC可以實(shí)現(xiàn)任何其它形式的功能。
電子系統(tǒng)100還可包括外存儲(chǔ)器110，其又可包括一個(gè)或多個(gè)適于特殊應(yīng)用的存儲(chǔ)器元件，例如形式為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的主存儲(chǔ)器112、一個(gè)或多個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器114、和/或一個(gè)或多個(gè)在操作上用于可拆卸的介質(zhì)116的驅(qū)動(dòng)器，介質(zhì)例如軟盤(pán)、光盤(pán)(CD)、數(shù)字視頻光盤(pán)(DVD)等。在一實(shí)施例中主存儲(chǔ)器112包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器IC。在其它實(shí)施例中，可在主存儲(chǔ)器112中使用閃存存儲(chǔ)器IC、靜態(tài)RAM IC等。
電子系統(tǒng)100還可包括顯示裝置108、一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器109、和鍵盤(pán)和/或控制器120，其可包括鼠標(biāo)、光標(biāo)運(yùn)動(dòng)球、游戲控制器、語(yǔ)音識(shí)別裝置、或可允許系統(tǒng)使用者將信息輸入到電子系統(tǒng)100中和從電子系統(tǒng)接收信息的任何其它的裝置。
圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括IC封裝件202的電子組件100側(cè)視圖和局部示意圖，該IC封裝件具有流體冷卻。
在圖2所示的示例中，電子組件200包括IC封裝件202。IC封裝件202可包括電路小片205，其借助熱界面材料206與散熱器220連接。在一實(shí)施例中，電路小片205可包括處理器；在另一實(shí)施例中，電路小片可包括不同類型的發(fā)熱部件，例如ASIC、放大器等。在一實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱的分散部件例如電阻、電容、電感等可替代電路小片205。在一實(shí)施例中，多個(gè)電路小片可與散熱器220連接。
散熱器220可包括形成在其中的流體引導(dǎo)通道212。散熱器220可具有范圍大約為1.5-6毫米的厚度。在一實(shí)施例中，散熱器220可具有大約3毫米的厚度。
在一實(shí)施例中，適當(dāng)?shù)牧黧w借助泵例如微型泵230流經(jīng)通道212進(jìn)行循環(huán)。該流體可沿箭頭218的方向移動(dòng)。微型泵230的輸出側(cè)可借助供應(yīng)管222和吸入管214與散熱器220的通道212連接。出口管224和移動(dòng)管216使得通道212與微型泵230的吸入側(cè)連接。在圖2中，微型泵230、供應(yīng)管222、和移動(dòng)管216是示意性的，并且它們實(shí)際上可位于任何適當(dāng)?shù)奈恢?，在IC封裝件202的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。
在一實(shí)施例中，微型泵234可形成為散熱器220的一部分或與其成一體。微型泵234可用于代替微型泵230或附加輔助該微型泵230。
微型泵230和234可以是任何適當(dāng)?shù)念愋?。例如微型?30和234可以是薄膜容積式的，例如壓電式、靜電式、熱力氣動(dòng)式、電磁式、光熱式等。它們還可以是場(chǎng)感應(yīng)流動(dòng)泵，例如電動(dòng)能式、電滲式、電液壓式、磁液壓式等。或者，可使用任何適當(dāng)形式的機(jī)械泵，例如但不限于葉輪式、旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式、或螺桿式。
流經(jīng)通道212循環(huán)的流體可以是任何類型，例如去離子水或乙腈。可使用單相系統(tǒng)或兩相系統(tǒng)。在單相系統(tǒng)中，流體在流經(jīng)該系統(tǒng)時(shí)保持大致液態(tài)。在兩相系統(tǒng)中，兩相流體在流經(jīng)該系統(tǒng)的一部分時(shí)部分地變?yōu)檎魵?，并且?dāng)其流經(jīng)該系統(tǒng)的另一部分時(shí)變回液體。在兩相實(shí)施例中，流入的液體隨著經(jīng)過(guò)通道212并且從電路小片205吸收熱量從而可以部分地蒸發(fā)成兩相流體，并且該流體當(dāng)流經(jīng)冷凝器或熱交換器232時(shí)或以其它方式被冷卻可冷凝回到液體。
在一實(shí)施例中，微型泵230和/或微型泵234是電動(dòng)能泵。通常，上述類型的微型泵包括電動(dòng)能泵可提供以下優(yōu)點(diǎn)，即具有較簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、無(wú)移動(dòng)部件、低能耗、和較高的可靠性。
微型泵230和/或微型泵234可以由任何適當(dāng)?shù)姆绞胶腿魏芜m當(dāng)?shù)牟牧蟻?lái)制造。例如它們可以使用已知的微型電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)來(lái)進(jìn)行微加工。它們可由硅制成。如上所述，微型泵234可在散熱器220內(nèi)制成。
在一實(shí)施例中，多個(gè)微型泵可設(shè)置用于電子組件200，并且它們可串聯(lián)或并聯(lián)地工作。如果需要，適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器232可連接到流體冷卻系統(tǒng)中以便進(jìn)一步地排散熱量。
散熱器220可包括任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如銅、包含銅合金與鎢的銅合金、銅層壓制品、鉬、鉬層壓制品、鉬合金、鋁、包含金屬化的氮化鋁的鋁合金、氧化鈹、鉆石、陶瓷等。
在圖2所示的示例中，可使用薄的電路小片205。電路小片205可具有例如20-300微米的厚度。在一實(shí)施例中，電路小片205具有不超過(guò)100微米的厚度。
在圖2所示的示例中，可使用薄的熱界面材料206。熱界面材料206可具有例如范圍1-100微米的厚度。在一實(shí)施例中，熱界面材料206具有大約6微米的厚度。
熱界面材料206可包括任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如鉛、鎳、釩、錫、銦、鎵、鉍、鎘、鋅、銅、金、銀、銻、鍺、及其合金。在一實(shí)施例中，熱界面材料206包括大約80％金、20％錫、和微量鎳(例如小于1％)的合金。在一實(shí)施例中，熱界面材料206包括硬質(zhì)焊料，其具有大于280攝氏度的熔點(diǎn)且超過(guò)40000磅每平方英寸的抗拉強(qiáng)度。然而，在其它實(shí)施例中，可選擇不同的最低熔點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。例如，在一實(shí)施例中，熱界面材料206可包括抗拉強(qiáng)度超過(guò)4000磅每平方英寸的材料。
以上描述的“相關(guān)申請(qǐng)”披露了使用薄電路小片和薄熱界面材料的封裝件的不同的實(shí)施例。在“相關(guān)申請(qǐng)”中基于本發(fā)明構(gòu)思的IC封裝件具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)，即制造簡(jiǎn)單和可靠性，并且它們還可在封裝件的發(fā)熱區(qū)域與散熱區(qū)域之間提供減小的熱阻。
在圖2所示的示例中，與散熱器220連接的電路小片205不覆蓋整個(gè)通道212或不位于整個(gè)通道212的下面。在該示例中，可使用芯元件210來(lái)覆蓋該通道212的沒(méi)有被電路小片205覆蓋的一部分。該芯元件210可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，例如塑料、金屬、陶瓷等。芯元?10有助于覆蓋、密封、保護(hù)、和/或加固該通道212的沒(méi)有被電路小片205覆蓋的那一部分。如上所述，由于熱界面材料206非常薄，如果沒(méi)有芯元件的話，通道212可能缺少足夠的密封、保護(hù)、和加固。
圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的散熱器300的頂視圖，該散熱器具有形成在其中的蛇形流體引導(dǎo)通道302。通道302可包括入口區(qū)域304和出口區(qū)域306以便與對(duì)應(yīng)的管、軟管、供應(yīng)通道等連接。
在該示例中，從散熱器300的第一側(cè)面例如圖3中的右側(cè)側(cè)面到散熱器300的第二側(cè)面例如圖3中的左側(cè)側(cè)面，通道302形成蛇形路徑。
對(duì)于通道302而言可使用任何其它適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?，其包括但不限于多個(gè)平行的通道、一個(gè)或多個(gè)腔、和/或通道幾何形狀的任何組合。通常，通道的幾何形狀可選擇成便于實(shí)現(xiàn)與電路小片的其它部分相比，從電路小片的產(chǎn)生熱量較多的部分可將更多的熱量傳遞出去。
通道302的截面可以是任何適當(dāng)?shù)膸缀螛?gòu)形。在一實(shí)施例中，通道302具有大約每邊50微米的正方形形狀。通道的寬度在20-1000微米的范圍內(nèi)。
圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC封裝件400的側(cè)視分解圖，IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道412的散熱器420。IC封裝件400可與圖2所示的IC封裝件202相似、相同、或不同。
IC封裝件400包括帶有流體引導(dǎo)通道412的散熱器420，該流體引導(dǎo)通道412具有蛇形的幾何形狀，并且在入口腔414和出口腔424之間連接。在該實(shí)施例中，通道412形成在散熱器420的底表面上(參見(jiàn)圖4)。
IC封裝件400還包括熱界面材料406，如上所述其是薄的。此外，IC封裝件400包括電路小片405，其也是薄的。另外，一個(gè)或多個(gè)芯元件410可設(shè)置用于覆蓋熱界面材料406的通道412的沒(méi)有被電路小片405覆蓋的部分。在一實(shí)施例中，芯元件410可包括圍繞電路小片405的單個(gè)O形元件；然而，在其它實(shí)施例中，芯元件410可包括其它幾何形狀，例如條形、L形部段、一個(gè)或多個(gè)C形部段等。
圖5示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC封裝件500的側(cè)視分解圖，IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道512的散熱器520。
IC封裝件500包括帶有流體引導(dǎo)通道512的散熱器520，該流體引導(dǎo)通道具有蛇形的幾何形狀，并且在入口腔514和出口腔524之間連接。在該實(shí)施例中，通道512形成在散熱器520的內(nèi)部，即相對(duì)遠(yuǎn)離散熱器520的頂表面和底表面。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下確定在散熱器520的內(nèi)部中的通道512的適當(dāng)位置。
IC封裝件500還包括熱界面材料506，如上所述其是薄的。此外，IC封裝件500包括電路小片505，其也是薄的。在該實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)注意，例如(圖4所示的)芯元件不是必要的，這是因?yàn)殡娐沸∑笾炉B置在整個(gè)熱界面材料506之上。
圖6示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC封裝件600的側(cè)視分解圖，IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道612的散熱器620。
IC封裝件600包括帶有流體引導(dǎo)通道612的散熱器620，該流體引導(dǎo)通道具有蛇形的幾何形狀，并且在入口腔614和出口腔624之間連接。在該實(shí)施例中，通道612形成在散熱器620的底表面處或非?？拷摰妆砻?。
IC封裝件600還包括熱界面材料606，如上所述其是薄的。此外，IC封裝件600包括電路小片605，其也是薄的。
在該實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)注意，電路小片605的寬度小于散熱器620的寬度。另外，由通道612占據(jù)的區(qū)域的寬度小于電路小片605的寬度。熱界面材料606的寬度等于散熱器620的寬度，或者其與散熱器620的寬度不同，例如等于電路小片605的寬度。(圖4所示的)芯元件不是必要的，這是因?yàn)殡娐沸∑笾炉B置在由通道612占據(jù)的區(qū)域的整個(gè)寬度之上；然而，如果需要的話，在該實(shí)施例中可使用一個(gè)或多個(gè)芯元件。
圖7、8、9、10共同示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造IC封裝件的方法，該IC封裝件包括其中形成有流體引導(dǎo)通道702的散熱器700。
圖7示出了由任何適當(dāng)材料例如如上所述的材料制成的散熱器700的側(cè)視圖。在一實(shí)施例中，散熱器700由銅形成。
通道702可按任何適當(dāng)?shù)姆绞街瞥桑缤ㄟ^(guò)微加工、沖壓、蝕刻、劃線、鉆等。在一實(shí)施例中，多個(gè)凹槽形成在散熱器700的底表面中。此外，入口通孔或腔704和出口通孔或腔706可形成在散熱器700中。
圖8示出了在填充劑材料708分別施加到通道702和入口腔704及出口腔706之后的散熱器700的側(cè)視圖。填充劑材料708可施加且拋光以便有助于在散熱器700的底表面上制備適當(dāng)?shù)恼澈媳砻?。填充劑材?08可包括在較低溫度下借助適當(dāng)溶劑可溶解的材料。在一實(shí)施例中，填充劑材料708包括光致抗蝕劑材料。在另一實(shí)施例中，填充劑材料708包括在水和/或丙酮中可溶解的蠟。
圖9示出了在熱界面材料712裝接到底表面上之后的散熱器700的側(cè)視圖。圖9中也示出了電路小片705和芯元件710，它們可裝接到熱界面材料712上。填充劑材料708仍保持在通道702內(nèi)以及分別在入口腔704及出口腔706內(nèi)。
熱界面材料712可形成在散熱器700的底表面上。在一實(shí)施例中，散熱器700的底表面可具有借助任何適當(dāng)技術(shù)形成在其上的Ni層。Au層可形成在Ni層之上；Sn層可形成Ni層上。
在電路小片705裝接到熱界面材料712上之前，如果需要，電路小片705的背面可適當(dāng)?shù)赝糠笠粚踊蚨鄬咏饘僖员阍鰪?qiáng)粘接、提供擴(kuò)散隔膜、抑制氧化等。對(duì)于粘接而言，可使用Ti或TiN。對(duì)于擴(kuò)散隔膜，可使用Ni或NiV。為了抑制氧化，可使用Au、Pt、或Ag。在一實(shí)施例中，電路小片705可具有Ni層，隨后是Au層。
為了將電路小片705連接到散熱器700上，電路小片705和散熱器700被施加適當(dāng)?shù)臒崃恳员闶沟脽峤缑娌牧?12熔化。在熱界面材料712包括Au、Ni、和Sn而電路小片705包括Ni層上的Au層的實(shí)施例中，在大約230攝氏度時(shí)Au開(kāi)始擴(kuò)散到Sn中。在大約280-310攝氏度的范圍內(nèi)，Ni可擴(kuò)散到Au/Sn合金中。在該實(shí)施例中Au/Sn合金大約為以重量計(jì)算為80％Au和20％Sn，并且在電路小片705與熱界面材料712之間的界面處以及在熱界面材料712與散熱器700之間的界面處，其可包含微量的中間擴(kuò)散的Ni。在其它實(shí)施例中，可使用不同的材料以便代替所述材料。
圖10示出了在填充劑材料708從通道702中和入口腔704及出口腔706中分別除去之后的散熱器700的側(cè)視圖。此外，入口管718插入到入口腔704中，出口管714插入到出口腔706中。入口管718和出口管714可以是必需或不必需的，這取決于通道702如何與(圖10未示出的)適當(dāng)?shù)谋眠B接。
圖11示出了依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造IC封裝件的多種方法的流程圖，該IC封裝件包括形成在其中的流體引導(dǎo)通道的散熱器。該方法開(kāi)始于1100。
在1102，流體引導(dǎo)通道形成在IC封裝件的與一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱部件的表面例如一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體電路小片連接的元件中。該封裝件元件可包括散熱器。散熱器可包括從以下組中選擇的材料，該組包括銅、包含帶有鎢的銅合金的銅合金、銅層壓制品、鉬、鉬層壓制品、鉬合金、鋁、包含金屬化的氮化鋁的鋁合金、氧化鈹、鉆石、陶瓷。
發(fā)熱部件可以是電路小片。電路小片可包括處理器或其它發(fā)熱IC。該電路小片可以是薄的電路小片。在一實(shí)施例中，電路小片可具有范圍為50-150微米的厚度；在一實(shí)施例中，電路小片具有不超過(guò)100微米的厚度。
從散熱器的第一側(cè)面到散熱器的第二側(cè)面，通道形成蛇形路徑。該通道形成發(fā)熱部件的內(nèi)部或形成在該部件的表面上或附近。
在一實(shí)施例中，電路小片疊置在整個(gè)通道上。在一實(shí)施例中，電路小片沒(méi)有疊置在整個(gè)通道上，并且至少一個(gè)芯元件可疊置在該通道的沒(méi)有由電路小片覆蓋的那一部分上。芯元件可包括從以下組中選擇的材料，該組包括塑料、金屬、和陶瓷。
在1104，熱界面材料與散熱元件連接。在一實(shí)施例中，熱界面材料是薄的。在一實(shí)施例中，熱界面材料可具有范圍為5-20微米的厚度。
在1106電路小片與熱界面材料連接。該方法終止于1108。
圖12是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造帶有流體引導(dǎo)通道的散熱器的方法的流程圖。該方法開(kāi)始于1200。
在1202，通道形成在散熱器的表面上?？砂慈魏芜m當(dāng)?shù)姆绞叫纬稍撏ǖ溃渲邪ㄔ诖嗣枋龅娜魏渭夹g(shù)。
在1204，通道填充適當(dāng)?shù)奶畛鋭┎牧稀?br> 在1206，該表面被拋光。
在1208，電路小片裝接到散熱器的該表面上。電路小片可借助熱界面材料進(jìn)行裝接。在一實(shí)施例中，使用了薄的電路小片和薄的熱界面材料。
在1210，芯元件可選地裝接到該表面上，如果需要的話。
在1212，除去填充劑材料。該方法終止于1214。
參照?qǐng)D11和12描述的方法，可按不同于在此所述的順序來(lái)實(shí)施該過(guò)程。盡管流程圖11和12示出了“結(jié)束”，但是如果需要的話其也可繼續(xù)進(jìn)行。
電路小片、泵、熱界面材料、散熱器材料、芯元件材料、流體的類型、幾何形狀、尺寸、制造過(guò)程、以及組裝順序的上述選擇可依據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而改變以便優(yōu)化封裝件的生產(chǎn)、可靠性、性能特征。
所獲得的封裝件在取向、尺寸、數(shù)量、順序、和其組分的成分方面是靈活的。本發(fā)明的不同實(shí)施例可借助泵和散熱器技術(shù)的各種組合、材料的選擇、和制造過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。封裝件的結(jié)構(gòu)、尺寸、布置、形狀、以及所使用的材料類型可在寬范圍內(nèi)的實(shí)施例和制造方法中建立，這取決于電子組件或電子組件形成的電子系統(tǒng)的需求。
圖1-10僅僅是示意性的并且不按比例繪制。特定的比例可能夸張，而其它部分可能最小化。圖1-12旨在示出本發(fā)明的能夠由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解且適當(dāng)實(shí)施的各種實(shí)施例。
結(jié)論本發(fā)明提供了電子組件及其制造方法，以便使得與高功率輸送相關(guān)的散熱問(wèn)題最小化。設(shè)置有應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)電子組件的電子系統(tǒng)和/或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可承受與高性能的集成電路相關(guān)的較高的功率密度，并且因此這種系統(tǒng)在商業(yè)上更具有吸引力。
通過(guò)增加從高性能的電子組件的熱排散，從而使得這種電子設(shè)備可在增大的時(shí)鐘頻率下工作。或者，這種設(shè)備可在降低的時(shí)鐘頻率下工作，但是工作溫度可降低以便增加可靠性。
如本發(fā)明所述，本發(fā)明可在許多不同實(shí)施例中實(shí)施，其包括集成電路封裝件、電子組件、形式為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的電子系統(tǒng)，以及可在制造IC封裝件和電子組件的不同的制造方法中實(shí)施。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明之后可理解其它實(shí)施例也是顯而易見(jiàn)的。元件、材料、形狀、尺寸、和操作順序均可改變，以便適應(yīng)特定封裝要求。
盡管相對(duì)于“上”和“下”表面來(lái)描述特定的操作，但是應(yīng)當(dāng)理解這些描述是相對(duì)的，并且如果IC封裝件或電子組件反轉(zhuǎn)，這些描述應(yīng)顛倒。因此，這些術(shù)語(yǔ)不是限定性的。
本發(fā)明的構(gòu)思可應(yīng)用于任何類型的IC封裝件或電子組件。
盡管在此示出了且描述了特定的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可構(gòu)思到可實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置以便代替所示的特定實(shí)施例。該應(yīng)用旨在覆蓋本發(fā)明的所有改變或變型。因此，明顯希望的是本發(fā)明的實(shí)施例僅由權(quán)利要求來(lái)限定。
希望強(qiáng)調(diào)的是，摘要符合37C.F.R.1.72(b)的規(guī)定，摘要使得閱讀者可了解本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)和本質(zhì)。應(yīng)當(dāng)指出該理解不應(yīng)用于解釋或限定權(quán)利要求的范圍和含義。
在以上的詳細(xì)描述中，不同的特征有時(shí)分類在單個(gè)實(shí)施例中進(jìn)行描述。這樣的描述方式不應(yīng)理解為表現(xiàn)了本發(fā)明的要求保護(hù)的實(shí)施例需要更多的特征，該特征多于每一個(gè)權(quán)利要求中明確引用的特征。另外，如以下的權(quán)利要求所述，本發(fā)明的必要特征小于多個(gè)披露實(shí)施例中的所有特征。因此，以下的權(quán)利要求由說(shuō)明書(shū)來(lái)解釋，每一權(quán)利要求由其自身的單獨(dú)的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)支持。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括在集成電路封裝件的元件內(nèi)形成流體引導(dǎo)通道以便與電路小片的表面連接。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成中，該元件包括散熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在形成中，該散熱器包括從以下組中選擇的材料，該組包括銅、包含帶有鎢的銅合金的銅合金、銅層壓制品、鉬、鉬層壓制品、鉬合金、鋁、包含金屬化的氮化鋁的鋁合金、氧化鈹、鉆石、和陶瓷。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成中，與該元件連接的該電路小片包括處理器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成中，該通道從散熱器的第一側(cè)面到散熱器的第二側(cè)面形成蛇形路徑。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在形成中，與該元件連接的該電路小片不疊置在整個(gè)通道上，該方法還包括形成至少一個(gè)芯元件，以便覆蓋該通道的沒(méi)有由電路小片覆蓋的部分。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在形成中，該芯元件包括從以下組中選擇的材料，該組包括塑料、金屬、和陶瓷。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將薄的熱界面材料連接到該元件上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括將電路小片連接到該薄的熱界面材料上。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成中，與該元件連接的該電路小片覆蓋整個(gè)通道。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成中，該通道形成在該元件的表面中。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成包括在該元件的表面中形成該通道；用填充劑材料填充該通道；拋光該表面；和除去該填充劑材料。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成中，該通道形成在該元件的內(nèi)部。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，與該元件連接的該電路小片具有不超過(guò)100微米的厚度。
15.一種封裝件，其包括散熱器，在該散熱器中具有通道以便引導(dǎo)流體；和與該散熱器的表面連接的薄的半導(dǎo)體電路小片。
16.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，該電路小片包括處理器。
17.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，該電路小片具有范圍為20-30微米的厚度。
18.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，該電路小片的厚度不超過(guò)100微米。
19.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，還包括在電路小片與散熱器之間的薄的熱界面材料。
20.如權(quán)利要求19所述的封裝件，其特征在于，該熱界面材料包括焊料，其具有大于260攝氏度的熔點(diǎn)且至少4000磅每平方英寸的抗拉強(qiáng)度。
21.如權(quán)利要求20所述的封裝件，其特征在于，該熱界面材料包括金、錫、和鎳的合金。
22.如權(quán)利要求19所述的封裝件，其特征在于，該熱界面材料具有范圍為1-100微米的厚度。
23.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，該散熱器包括從以下組中選擇的材料，該組包括銅、包含帶有鎢的銅合金的銅合金、銅層壓制品、鉬、鉬層壓制品、鉬合金、鋁、包含金屬化的氮化鋁的鋁合金、氧化鈹、鉆石、和陶瓷。
24.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，該通道的寬度范圍為20-1000微米。
25.如權(quán)利要求15所述的封裝件，其特征在于，該流體包括兩相流體。
26.一種電子組件，其包括集成電路封裝件，該封裝件包括散熱器，在該散熱器中具有通道以便引導(dǎo)流體；和與該散熱器的表面連接的薄的半導(dǎo)體電路小片；以及與該通道連接的泵，以便使得流體在其中循環(huán)。
27.如權(quán)利要求26所述的電子組件，其特征在于，該泵是電動(dòng)能式泵、電滲式泵、毛細(xì)式泵、或機(jī)械泵中的一種。
28.如權(quán)利要求26所述的電子組件，其特征在于，該泵與散熱器成一體。
29.一種電子系統(tǒng)，其包括與該電子系統(tǒng)中的部件連接的總線；與該總線連接的顯示器；與該總線連接的外儲(chǔ)存器；與該總線連接的處理器，該處理器具有包括至少一個(gè)集成電路封裝件的電子組件，該封裝件包括散熱器，在該散熱器中具有通道以便引導(dǎo)流體；和與該散熱器的表面連接的薄的半導(dǎo)體電路小片；以及與該通道連接的泵，以便使得流體在其中循環(huán)。
30.如權(quán)利要求29所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，該泵是電動(dòng)能式泵、電滲式泵、毛細(xì)式泵、或機(jī)械泵中的一種。
31.如權(quán)利要求29所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，該外儲(chǔ)存器包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器集成電路。
全文摘要
為了適應(yīng)與高性能集成電路相關(guān)的高功率密度，集成電路(IC)封裝件包括散熱結(jié)構(gòu)，其中熱量從一個(gè)或多個(gè)電路小片排散到散熱器。散熱器具有形成在其中的流體引導(dǎo)通道，并且流體冷卻劑借助微型泵經(jīng)通道循環(huán)。在一實(shí)施例中，該通道位于散熱器的表面處或在其附近，并且發(fā)熱的IC處于與散熱器熱接觸。在一實(shí)施例中，IC是薄的電路小片，其借助薄的熱界面材料與散熱器連接。本發(fā)明還描述了制造方法以及將封裝件應(yīng)用于電子組件和電子系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L23/473GK1768425SQ200480009071
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者C·胡, R·馬哈延 申請(qǐng)人:英特爾公司