高热通量多元件组件的热管理制造技术

电子封装包括用于耗散来自电子元件阵列的热量的热界面，所述电子元件阵列包括固定到基板的多个电子元件。热界面包括用于沿横向于热通量的方向传递从电子元件输入的热量的薄的热扩散层。所述热扩散层是层压结构的一部分，该部分通过在输入平面上扩散热能而被有效利用。利用。利用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高热通量多元件组件的热管理


[0001]本专利技术总体上涉及电子器件的热管理，更具体地涉及用于将热能从电子元件阵列有效传输到散热器的热界面构造。

技术介绍

[0002]热界面广泛用于需要将多余的热能从一个位置传递到另一个位置的散热应用。热界面通常以一定的方式位于这些位置之间，以便以有效和机械有用的方式适应所需的热传递。这种热界面的示例应用包括电子工业，其中必须冷却电子元件以保持最小阈值性能特性。通常，通过将电子器件热耦合到散热器例如散热片(heat sink)而将热量从发热电子器件中转移出去，所述散热器通常具有相对高的散热能力。散热特性包括适当的材料、配置和暴露于冷却介质。
[0003]热界面材料和结构可以促进发热元件例如电子元件与散热器的热耦合。例如，由于相对的外部几何形状、材料和发热元件附近的特殊限制，发热电子元件和散热片之间的直接物理耦合可能很困难。因此，热界面可以充当发热元件和散热片之间的物理连接机制，而不会显著阻碍热传递。因为在热能必须穿过热导率相对较低的介质的热障处，热传递可能会受到显著阻碍，所以热界面可以通过最小化热障的存在来提高热传递到散热片的效率。热界面可以制成柔软的，以“符合”表面不规则性，从而最小化可能另外阻碍热传递的空隙。
[0004]随着微电子器件的小型化和功率增加，散热对于各种电子器件的性能、可靠性和进一步小型化变得至关重要。集成电路(“ICs”)代表可能需要散热以可靠运行的示例发热电子元件。ICs通常通过将它们物理和电耦合到基板例如电路板或更具体地印刷电路板(“PCB”)而组装成封装。固定到基板的ICs和/或其他电子元件的阵列形成电子组件。对体积减小的电子组件的性能提高的需求导致每单位面积的产热增加。因此，需要改进的热管理解决方案来解决增加的热传递需求。
[0005]与热界面热耦合的发热元件构成了通过最低热阻抗路径发射热能的热源。例如，在热发生器元件热耦合到均匀热界面的应用中，热能通常沿锥形或柱形图案耗散到散热片。在散热片比热界面导热得多的情况下，从热源的散热遵循对散热片的最低热阻抗路径。在热界面均匀的情况下，这样的路径是热源和散热片之间通过热界面的最短距离的路径。这种现象导致了具有各向异性热导率的热界面的发展，其中通过厚度(“z”)方向即热源和散热片之间的最短路径的热导率是一种调整为促进沿这种“z”方向的热传递的专门设计的构造。这种热界面的示例包括定向石墨垫，其中石墨纤维平行于通过热界面的厚度的“z”轴而取向。通过这样的布置，热界面表现出沿“z”轴的优先热传递。尽管各向异性热界面已被证明可用于沿z轴方向以高热导率值传导热能，但几个缺点阻碍了它们的普遍接受。例如，定向纤维热界面往往很昂贵。另外，某些应用要求在制造期间沿z轴压缩电子封装，这种压缩可损坏定向纤维并降低整体热导率。
[0006]某些传统的高热导率界面，包括各向异性热界面的许多变体，表现出不足以被视
为非导体的电阻率。许多应用需要对连接的电子元件进行电绝缘，其中这种高热导率界面是不合适的。
[0007]因此，一个目的是提供一种在其厚度上是非导体的热界面。
[0008]另一个目的是提供一种在厚度压缩之后保持有效的热导率的热界面。
[0009]另一个目的是提供一种能够同时耗散来自发热电子元件阵列的热能的成本有效的热界面。
[0010]更进一步的目的是提供一种电子封装，其利用热界面来有效地耗散来自多个间隔开的电子元件的阵列的热能。

技术实现思路

[0011]通过本专利技术，由多个电子元件的阵列产生的多余热能可以有效地耗散到散热器。特别地，本专利技术提供一种热界面，其通过沿x和y轴扩散来自热源的热能来增强沿平行于厚度轴的方向的整体热导率。所述热界面利用被配置为沿x和y轴有效地传导热量的热扩散层，以便提高热界面沿z轴热传递到热耗散器的体积利用率。
[0012]在示例实施方案中，本专利技术的电子封装包括基板和电子元件阵列，所述电子元件阵列包括固定到基板的多个独立的、间隔开的电子元件。电子封装进一步包括散热器和位于所述电子元件阵列和散热器之间的热路径中的热界面。所述热界面包括热扩散层和柔性层(compliant layer)，以及沿着穿过热扩散层和柔性层的厚度轴限定的厚度。所述热扩散层小于所述厚度的20％并且表现出第一热导率。所述柔性层表现出显著小于第一热导率的第二热导率和104Pa
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106Pa的压缩模量。
[0013]在另一实施方案中，本专利技术的电子封装包括基板和电子元件阵列，所述电子元件阵列包括固定到基板的多个独立的、间隔开的电子元件。该电子封装进一步包括热界面，所述热界面包括热扩散层和柔性层，以及沿着穿过所述热扩散层和柔性层的厚度轴限定的厚度。热扩散层小于所述厚度的20％并且表现出第一热导率。柔性层表现出显著小于第一热导率的第二热导率和104Pa
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106Pa的压缩模量。热扩散层热连接到电子元件阵列，并且散热器热连接到热界面的柔性层。
[0014]用于制备本专利技术的电子封装的方法包括提供热界面，所述热界面具有热扩散层和柔性层，以及沿着穿过所述热扩散层和柔性层的厚度轴限定的厚度。所述热界面表现出初始热导率。热界面的热扩散层小于所述厚度的20％，并表现出至少100W/m*K的热导率。柔性层表现出104Pa
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106Pa的压缩模量。热界面固定在散热器和固定到基板的多个电子元件的电子元件阵列之间的热路径中。沿厚度轴压缩热界面以减小厚度，使得厚度减小高达50％的热界面所表现出的压缩热导率为初始热导率的至少80％。热界面的压缩可以包括将基板和散热器中的至少一个朝向基板和散热器中的另一个移动。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的电子封装的剖视图；
[0016]图2是本专利技术的电子封装的热界面部分的剖视图；
[0017]图3是本专利技术的电子封装的热界面部分的透视图；
[0018]图4是本专利技术的电子封装的一部分的剖视图；
[0019]图5是描述一种用于制造本专利技术的电子封装的热界面部分的方法的流程图；
[0020]图6是比较热导率图；
[0021]图7A是本专利技术的电子封装在压缩力下的剖视图；以及
[0022]图7B是本专利技术的电子封装在压缩之后的剖视图。
具体实施方式
[0023]上面列举的目的和优点以及本专利技术所代表的其他目的、特征和进步现在将根据参照附图描述的详细实施方案来呈现。本专利技术的其他实施方案和方面被认为在本领域普通技术人员的掌握之内。
[0024]为了描述本专利技术的装置，术语“上”、“下”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“近端”、“远端”或类似的相关术语可以在本文中用于描述设备的零部件及其相对位置。这些术语是为了方便参考附图而使用的，但不应被解释为限制本专利技术的范围。
[0025]现在参考附图，首先参考图1，电子封装10包括基板12和电子元件阵列14，电子元件阵列14包括固定到基板12的多个电子元件16。电子封装10进一步包括散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子封装，其包括：基板；电子元件阵列，所述电子元件阵列包括固定到所述基板的多个独立的、间隔开的电子元件；散热器；和位于所述电子元件阵列和所述散热器之间的热路径中的热界面，所述热界面包括热扩散层和柔性层，以及沿着穿过所述热扩散层和所述柔性层的厚度轴限定的厚度，其中所述热扩散层小于所述厚度的20％并且表现出第一热导率，以及所述柔性层表现出显著小于所述第一热导率的第二热导率和104Pa
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106Pa的压缩模量。2.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述第一热导率为至少100W/m*K，以及所述第二热导率为1
‑
15W/m*K。3.根据权利要求2所述的电子封装，其中所述热界面在沿所述厚度轴的整个厚度中表现出至少108Ω*cm的电阻率。4.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述热界面固定到所述散热器和所述电子元件阵列中的至少一个。5.根据权利要求4所述的电子封装，其包括用于将所述热扩散层固定到所述电子元件阵列的多个电子元件的粘合材料。6.根据权利要求5所述的电子封装，其中所述粘合材料包括压敏粘合剂。7.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述基板是电路板。8.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述电子元件包括集成电路、电阻器、晶体管、电容器、电感器和二极管中的一种或多种。9.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述热扩散层选自铜、铝、石墨和氮化硼。10.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述热扩散层沿所述厚度轴为25
‑
125μm。11.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述柔性层包括分散在硅酮聚合物基质中的颗粒填料。12.根据权利要求1所述的电子封装，其中所述厚度轴平行于所述热路径。13.一种制备电子封装的方法，所述方法包括：a.提供热界面，所述热界面具有热扩散层和柔性层，以及沿着穿过所述热扩散层和所述柔性层...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：汉高知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：