导热复合界面、采用该导热复合界面的冷却式电子组件及其制造方法技术

提供一种将冷却组件耦合到电子器件的复合界面及制造方法。该界面包括：由具有第一导热率的第一材料形成的多个导热引线，以及至少部分地围绕该引线的热界面材料。该热界面材料，其将冷却组件热界面连接到电子器件的待冷却表面，是具有第二导热率的第二材料，其中第一导热率大于第二导热率。至少一些引线部分地驻留在较高热通量的第一区域上方，并部分地在较低热通量的第二区域上方延伸，其中第一区域和第二区域是待冷却表面的不同区域。这些引线用作热扩散器，用于促进从待冷却表面到冷却组件的热传递。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热传递机构，更具体地说，涉及用于移除由电子器件 产生的热量的热传递机构及冷却组件。更具体地，本专利技术涉及一种用 于将冷却组件界面连接到一个或多个产热电子器件的导热复合界面 及其制造方法。
技术介绍
众所周知，工作中的电子器件产生热量。为了将器件结温保持在 所希望限度内，应该从该器件移除这些热量，不能移除热量会导致器 件温度增加，可能引起热失控情形。电子工业中的几个趋势结合使得 热管理的重要性增加，包括用于电子器件的热量移除、包括传统上较少关注热管理的诸如CMOS的技术。特别，更快和更密集地封装电 路的需要对热管理的重要性有直接影响。首先，功率耗散以及因此的 热量产生随器件工作频率增加而增加。其次，在较低器件结温下，可 以增加工作频率。最后，随着在单个芯片上封装越来越多的器件，功 率密度(瓦/cm2)增加，使得需要从给定尺寸的芯片或模块移除更多 功率。
技术实现思路
冷却技术利用空气或水将热量带离电子器件，并将热量倾泄到周 围环境。具有热管或蒸汽室的热沉是通常使用的空气冷却器件，而在 水冷方法中冷板是最主流的。对于这两种冷却组件，必须将冷却组件 耦合到电子器件。该耦合可能在冷却组件和电子器件之间SI起界面热 阻(thermal interface resistance )。因此用于将冷却组件耦合到电子器件的界面应该提供用于将热从电子器件传递到冷却组件的有效热 路径。另外，半导体工艺已发展到在单个集成电路芯片上设置多个逻辑 单元和与其相关的控制和支持电路的程度。从热学观点，这导致器件 具有高度不均勻的热通量分布。在处理器内核区域中产生较高热通 量，而在控制/支持区中产生相对低的热通量。例如，内核区域热通量 可能差不多是其他区域的十五倍大。导热脂冷却方案不是非常适合于 处理这样的全然不同的通量。它们引起同样全然不同的电路温度分 布，并且更重要地，在高热通量区域内引起高得多的绝对结温。在此，在一个方面，提供用于增强冷却组件与至少一个产热电子器件耦合的导热复合界面。该导热复合界面包括多个导热引线，其 包括具有第一导热率的第一材料；以及热界面材料，当在冷却组件和 所述至少一个产热电子器件的待冷却表面之间采用该导热复合界面 时，该热界面材料至少部分地围绕该多个导热引线。该热界面材料包 括具有第二导热率的第二材料，其中第一材料的第一导热率大于第二 材料的第二导热率。当采用该导热复合界面来耦合该冷却组件和待冷 却表面时，该多个导热引线的至少一些导热引线部分地驻留在至少一 个高热通量的第一区域上，并且部分地在至少一个较低热通量的第二 区域上方延伸，其中该至少一个第一区域和至少一个第二区域是所述 待冷却表面的不同区域。当采用导热复合界面来耦合冷却组件和该至 少一个产热电子器件的待冷却表面时，所述至少一些导热引线用作热 扩散器(heat spreader)用于促进从所述至少一个产热电子器件到冷 却组件的热传递。另一方面，在此提供一种冷却式电子组件。该冷却式电子组件包 括冷却组件、至少一个产热电子器件、及导热复合界面。该至少一个 产热电子器件具有待冷却表面，该待冷却表面包括至少一个较高热通 量的区域和至少一个较低热通量的区域。耦合冷却组件和待冷却表面 的导热复合界面包括多个导热引线和热界面材料。该多个导热引线包 括具有第一导热率的第一材料，而该热界面材料包括具有第二导热率8的第二材料，其中第一材料的第一导热率大于第二材料的第二导热 率。该热界面材料至少部分地围绕所述多个导热引线并将该冷却组件 热界面连接到待冷却表面。该多个导热引线中的至少一些导热引线部 分地驻留在所述至少一个较高热通量的第一区域上方并且部分地在 所述至少 一个较低热通量的第二区域上方延伸，以用作在待冷却表面 和冷却组件之间的热扩散器，用于促进从所述至少 一个产热电子器件 到冷却组件的热传递。在再一方面，这里提供了一种界面连接冷却组件和至少一个产热电子器件的待冷却表面的方法。该方法包括提供包括具有第一导热率的第一材料的多个导热引线；将所述多个导热引线设置在该冷却组 件和待冷却表面之间，所述多个导热引线中的至少一些导热引线部分地驻留在待冷却表面的所述至少一个较高热通量的第一区域上方，并 且部分地在待冷却表面的所述至少一个较低热通量的第二区域上方 延伸；以及在冷却组件和待冷却表面之间提供热界面材料，其至少部 分地围绕所述多个导热引线，并将该冷却组件热界面连接到待冷却表 面，其中所述至少一些导热引线用作待冷却表面和冷却组件之间的热 扩散器，用于促进从所述至少一个产热电子器件到冷却组件的热传 递。此外，通过本专利技术的技术还实现附加的特点和优点。本专利技术的其 他实施例和方面将在这里详细描述，并被认为是所要求保护的专利技术的 一部分。附图说明在本申请的所附权利要求中，特别指出并要求保护被认为是本发 明的主题。根据下面结合附图的详细说明，本专利技术的上述及其他目的、 特点和优点将是显而易见的，在附图中图1是根据本专利技术一个方面的液冷式电子组件的一个实施例的 截面正视图，其中采用复合界面将冷却组件耦合到至少一个产热电子元件；图2是根据本专利技术一个方面的气冷式电子组件的一个实施例的 截面正视图，其中釆用复合界面将冷却组件耦合到至少一个产热电子 元件；图3A是根据本专利技术一个方面的产热电子器件的待冷却表面的一 个实施例的平面图，示出了将被界面连接进行冷却的较高热通量的第 一区域和较低热通量的笫二区域；图3B是根据本专利技术一个方面的图3A的待冷却表面的平面图， 增加多个导热引线，其被引线键合到较高热通量的第一区域内的待冷 却表面，并从那里向外延伸到较低热通量的笫二区域；图3C是根据本专利技术一个方面的一个导热引线的一个实施例的部 分放大正视图，该导热引线被引线键合到待冷却表面；图4A是根据本专利技术一个方面的导热引线的正视图，在界面连接 方法过程中，该导热引线被引线键合到待冷却表面；图4B描绘了根据本专利技术一个方面的图4A的结构，示出了在引 线和待冷却表面之间扩散焊接-键合的形成；图4C描绘了根据本专利技术一个方面的图4B的结构，示出了在引 线弯曲之后，向上移动引线的引线键合工具头，并且示出了将电子火 焰切断(electric flame off，EFO)应用于引线，以切割该引线，并由 此形成附着到待冷却表面的分立导热引线；图5是根据本专利技术一个方面的产热电子器件的一个实施例的等 距视图，示出了多个导热引线被引线键合到电子器件的较高热通量的 第一区域，并在较低热通量的第二区域上方延伸，并且示出了当采用 导热复合界面来耦合该冷却组件和待冷却表面时，在电子器件的拐角 处的引线键合的突柱(stud)，其用于在冷却组件(未示出)和待冷 却表面之间提供间隔；图6是根据本专利技术一个方面的产热电子器件的替换实施例的等 距视图，示出了作为隔离柱(stand-off)的多个引线键合的突柱，其 用于在冷却组件(未示出)和待冷却表面之间提供间隔，以及促进来 自待冷却表面的较高热通量的第一区域的热的传递；图7A是根据本专利技术一个方面的采用导热复合界面来耦合冷却组 件和产热电子器件的冷却式电子组件的一个实施例的部分截面正视图7B是根据本专利技术一个方面的用于耦合冷却组件和产热电子元 件的导热复合界面的另一实施例的部分截面正视图7C是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将冷却组件耦合到至少一个产热电子器件的导热复合界面，该导热复合界面包括：　多个导热引线，其包括具有第一导热率的第一材料；　热界面材料，当在冷却组件和至少一个产热电子器件的待冷却表面之间采用所述导热复合界面时，该热界面材料至少部分地围绕所述多个导热引线，并将该冷却组件热界面连接到所述待冷却表面，该热界面材料包括具有第二导热率的第二材料，其中所述第一材料的第一导热率大于所述第二材料的第二导热率；以及　其中当采用所述导热复合界面来耦合该冷却组件和待冷却表面时，所述多个导热引线中的至少一些导热引线部分地驻留在至少一个较高热通量的第一区域上方，并部分地在至少一个较低热通量的第二区域上方延伸，该至少一个第一区域和该至少一个第二区域包括所述至少一个产热电子器件的待冷却表面的不同区域，以及其中所述至少一些导热引线用作热扩散器，用于促进从所述至少一个产热电子器件的待冷却表面到该冷却组件的热传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-6-16 11/424,6421. 一种用于将冷却组件耦合到至少一个产热电子器件的导热复合界面，该导热复合界面包括多个导热引线，其包括具有第一导热率的第一材料；热界面材料，当在冷却组件和至少一个产热电子器件的待冷却表面之间采用所述导热复合界面时，该热界面材料至少部分地围绕所述多个导热引线，并将该冷却组件热界面连接到所述待冷却表面，该热界面材料包括具有第二导热率的第二材料，其中所述第一材料的第一导热率大于所述第二材料的第二导热率；以及其中当采用所述导热复合界面来耦合该冷却组件和待冷却表面时，所述多个导热引线中的至少一些导热引线部分地驻留在至少一个较高热通量的第一区域上方，并部分地在至少一个较低热通量的第二区域上方延伸，该至少一个第一区域和该至少一个第二区域包括所述至少一个产热电子器件的待冷却表面的不同区域，以及其中所述至少一些导热引线用作热扩散器，用于促进从所述至少一个产热电子器件的待冷却表面到该冷却组件的热传递。2. 如权利要求1所述的导热复合界面，其中当在该冷却组件和所 述至少一个产热电子器件的待冷却表面之间采用所述导热复合界面 时，所述至少一些导热引线至少部分地悬置在该热界面材料内。3. 如权利要求1或2所述的导热复合界面，其中当采用所述导热 复合界面来耦合该冷却组件和所述待冷却表面时，所述多个导热引线 中的所述至少一些导热引线被引线键合到该冷却组件的表面或所述 至少一个产热电子器件的待冷却表面中的至少一个。4. 如权利要求3所述的导热复合界面，其中所述至少一些导热引 线每一个被分开地在第一端引线键合到所述至少一个产热电子器件的待冷却表面的所述至少一个较高热通量的第一区域中。5. 如权利要求4所述的导热复合界面，其中当采用所述导热复合 界面来耦合所述冷却组件和所述至少一个产热电子器件的待冷却表 面时，所述至少一些导热引线的每一个的第二端被设置在所述至少一 个较低热通量的第二区域上方，并且悬置在热界面材料内、部分地接 触所述冷却组件、或被附着到所述冷却组件的表面。6. 如任一在前的权利要求所述的导热复合界面，其中所述多个导 热引线的第一材料包括金、铜、铝或石墨中的至少一种，以及其中所 述热界面材料的第二材料包括导热脂、环氧树脂、弹性体材料或液态 金属之一。7. 如任一在前的权利要求所述的导热复合界面，其中该第一材料 的第一导热率比该第二材料的第二导热率的十倍大，以及其中所述至少一个产热电子器件包括集成电路芯片、多集成电路芯片、单芯片模 块或多芯片模块中的至少一种。8. 如任一在前的权利要求所述的导热复合界面，还包括多个引线 键合的突柱，当采用该导热复合界面来耦合所述冷却组件和所述待冷 却表面时，其附着到所述冷却组件的表面或所述至少一个产热电子器 件的待冷却表面中的至少一个上，以及其中每个引线键合的突柱被配置为隔离柱，用以在采用所述导热复合界面来耦合所述冷却组 件和所述待冷却表面时，在所述冷却组件和所述待冷却表面之间提供 间隔；和/或排列在所述至少一个产热电子器件的待冷却表面的所述至少一 个较高热通量的第一区域上方，以促进来自该区域的热的传递。9. 一种冷却式电子组件包括冷却组件；至少一个产热电子器件，其包括待冷却表面，其中该待冷却表面 包括至少一个较高热通量的第一区域和至少一个较低热通量的第二 区&戈；以及耦合该冷却组件和该待冷却表面的导热复合界面，该导热复合界 面包括多个导热引线，其包括具有第一导热率的第一材料； 热界面材料，其至少部分地围绕所述多个导热引线并将该冷却组 件热界面连接到所述至少一个产热电子器件的所述待冷却表面，该热 界面材料包括具有第二导热率的第二材料，其中所述第一材料的第一 导热率大于所述第二材料的第二导热率；以及其中所述多个导热引线中的至少一些导热引线部分地驻留在所 述至少一个较高热...

【专利技术属性】
技术研发人员：L坎贝尔，R朱，M埃里斯沃斯，K福格尔，马德胡苏丹英加尔，罗格施米德，罗伯特西蒙斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]