专利名称：热接口设备、系统和方法
技术领域：
本发明整体涉及用于帮助将热量从一个元件或主体如电路传递至另一个元件或主体如散热片的组成、设备、系统以及方法。
背景技术：
电子部件例如集成电路可以通过物理和化学方式将它们联接于衬底上而装配于部件封装中。在操作期间，封装可产生热量，这种热量可被散发以便有助于将电路保持在所需温度。散热片、散热器以及其它散热元件可以利用适用的热接口材料而附连于封装上以便有助于这种类型的操作。
例如，接口材料可以是铟焊料，其可以用于将铜散热器附连于电路小片上。然而，将散热器附连于电路小片上的过程通常包括利用金和/或其它材料涂敷每个部件的至少一个表面，而这种过程成本昂贵。因此，本领域就迫切需要寻找其它能够减少对昂贵涂层需求的接口材料。
图1是根据各个实施例的设备和系统的侧剖视图。
图2是示出了根据各个实施例的若干方法的流程图。
具体实施例方式
在对各个实施例的以下详细描述中，将参照形成了其一部分的附图进行，并且在其中通过示例说明而并非限制性地示出了可以实践本发明的特定实施例。在图中，相同的数字在这几个图中始终描述了基本相似的部件。对这些实施例进行了充分详细的描述以便使得本发明所属领域的普通技术人员能够实践本文中所公开的思想。其它实施例也可以使用以及由其得到，从而在不背离本发明的范围的情况下，可以进行组成、结构和逻辑方面的替代与改变。因此，以下详细描述并不应理解为限制意义。
图1是根据各个实施例的设备100、140和系统160、170的侧剖视图。例如，设备100可以包括具有表面114的电路小片110和包括联接于表面114上的锡的原料120。电路小片110可以包括硅和/或其它材料。
对于原料120的组成存在若干选择。例如，原料120可以包括一种或多种次级材料124，例如选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅和银(例如，还包括这些材料的合金，如铜-银或铋-铜-银)的任何一种或多种材料。这些次级材料124可以形成至多原料重量的约49％。因此，在本文中使用时，术语“锡基合金”被定义成指包括重量至少大约占51％的锡和重量至多占49％的一种或多种次级材料124的原料120。
替代地，或另外，原料120可以包括“大致纯的锡”，其在本文中定义成指锡形成至少原料120重量的约97％。类似地，原料120可以包括“纯锡”，其在本文中定义成指锡形成至少原料120重量的约99％。设备100还可以具有包括与表面114和/或144相邻的镍的涂层128。
散热元件132，例如散热片或散热器，可以联接于原料120上。散热元件132可以包括铜或涂有镍的铜。
通过制造这种设备100，可以产生两个优点。第一，使用纯锡、大致纯的锡和/或锡基合金来将电路小片110联接于散热元件132例如铜散热器上，就使得能够在没有使用例如金预先涂敷铜的情况下而直接与铜材料的表面144形成冶金接合。第二，使用纯锡、大致纯的锡和/或锡基合金还使得能够在没有使用相邻金涂层的情况下正确地润湿涂有镍的电路小片表面114。这样就可以大大减少制造成本。
在一些实施例中，可能合乎需要的是锡包括占原料120重量的足够量以便使得原料120的极限抗拉强度小于约20Mpa(优选地，小于约10Mpa)并且其伸长率(即在材料断裂之前其可以维持的塑性变形范围)大于约15％(优选地，大于约30)。替代地，或另外，可能合乎需要的是锡包括占原料120重量的足够量以便使得原料120具有足够的导热性从而将热有效地从电路小片上带走。
短语“足够量”在本文中使用时理解为锡的量足以从原料120处获得所需性能，例如，获得小于约0.2℃cm2/W的所需或目标热阻值。按照这种方式使用纯锡、大致纯的锡和/或锡基合金还有助于减少原料120、散热元件132以及电路小片110之间的热膨胀系数(CTE)失配的情况，这就可以减轻回流操作(下面参看块245，图2)期间所产生的应力。原料120中的锡的量还可以选择成使得该量在热循环期间提供选定量的焊接接缝或者联接可靠性下降，这可以根据用于特定电子封装的质量和可靠性试验需求情况而定。
还可以实现其它实施例。例如，如图1中所示，一些实施例包括的设备140包括散热元件132，其中散热元件132具有包括铜或由镍涂敷的铜的表面144和包括联接于表面144上的锡的原料120。如前所述，原料120可以包括一种或多种次级材料124，其中次级材料124可以包括选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅和银(例如，还包括这些材料的合金，如铜-银或铋-铜-银)的任何一种或多种材料。原料还可以包括大致纯的锡。
散热元件132可以包括任意数量的装置，包括散热片、珀耳贴(peltier)冷却器和/或散热器。电路小片110可以包括任意种类或数量的电路148和/或部件，包括倒装晶片、处理器、一个或多个功率晶体管和/或存储器。电路小片110可以利用未充满材料156而联接于衬底152上。衬底152可以包括有机或无机材料或者这些材料的组合。衬底152还可包括挠性材料和/或刚性材料。包括于衬底152中的材料可以是绝缘或传导性材料，这根据设备100、140的构型和需求而定。
还可以实现其它实施例。例如，如图1中所示，系统160可以包括无线收发器164、电路小片110以及原料120。电路小片110可以包括电联接于无线收发器164上的电路148。原料120可以包括联接于电路小片110的表面114上的锡、纯锡或大致纯的锡。原料120还可以包括次级材料124，例如选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅和银(例如，还包括这些材料的合金，如铜-银或铋-铜-银)的任何一种或多种材料。
系统160可以具有包括与表面114和/或表面144相邻的镍的涂层128。系统160还可以包括联接于原料120上的散热元件。
还可以实现其它实施例。例如，如图1中所示，系统170可以具有包括功率晶体管174的电路小片110、散热元件132以及联接于电路小片110的表面114和散热元件132的表面144上的原料120。散热元件132的表面144可以包括铜或由镍涂敷的铜。原料120可以包括锡、纯锡或大致纯的锡。原料120还可以包括次级材料124，例如选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅和银(例如，还包括这些材料的合金，如铜-银或铋-铜-银)的任何一种或多种材料。系统170还可以具有包括与表面114和/或表面144相邻的镍的涂层128。
应当指出，原料120和次级材料124在图1中作为分立部件示出。这种示出方法用于使得原料120的构成不会模糊，但是不管怎样并非意欲对这种用途、设备、形式或原料120与次级材料124的组成机理进行限制。这样，例如，原料120和次级材料124可以是物理地彼此相邻并且可以分开，以便于可以容易地彼此区别开。材料120、124也可彼此混合并且/或者与原料120的其它部件混合以便不能以物理方式彼此区别开并且/或者与原料120内的其它部件区别开(例如，可能需要对原料120进行化学分析而不是显微镜检查来确定原料120内的次级材料124或者其它材料的存在情况)。最后，情况可以是材料120、124还可以彼此混合或粘结并且/或者与原料120的其它部件混合或粘结，以便在原料120形成后不能以化学方式彼此区别开并且/或者与原料120内的其它部件区别开。
还应当理解各个实施例的设备和系统可以用于除了在芯片与散热元件之间进行联接和传热之外的应用中，因此，所示的实施例并不限于此。对设备100、140和系统160、170的示例说明意欲提供对各个实施例的元件和结构的一般理解，并且并来意欲用作对可能使用此处所述元件和结构的组成、设备和系统的全部特征的完整描述。
可包括各个实施例的新型设备和系统的应用包括用于高速计算机中的电子电路、通信与信号处理电路、数据收发器、调制解调器、处理器模块、嵌入式处理器以及包括多层多芯片模块的专用模块。这种设备和系统可作为子部件包括于各种电子系统中，例如电视机、手机、个人计算机、工作站、收音机、放像机、车辆等等。
一些实施例包括多种方法。例如，图2是示出了根据各个实施例的若干方法211的流程图。因此，一种方法211可(任选地)从在方块221处将包括镍的涂层涂敷于电路小片的表面上开始。这种方法还可包括在方块225处将原料的涂层涂敷于电路小片的表面上。这种方法可继续在方块231处将原料的涂层涂敷于散热元件的表面上。如前所指出，原料可包括锡、纯锡或大致纯的锡以及次级材料，例如选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅和银(例如，还包括这些材料的合金，如铜-银或铋-铜-银)的任何一种或多种材料。
方法211可包括在方块241处通过例如使用包括锡、纯锡或大致纯的锡的原料将电路小片的表面联接于散热元件的表面上。在方块241处将电路小片的表面联接于散热元件的表面上的过程可还包括在方块245处使原料回流。散热元件可包括铜散热器、散热片和/或珀耳贴冷却器。
电路小片可包括具有功率晶体管的电路。因此，方法211可包括在方块251处将无线收发器联接于包括在电路小片中的电路上。
应当指出，此处所述的方法并非必须按照所述顺序或者按照任何特定顺序来执行。而且，关于此处确定的方法所述的各种活动可按照串行或并行方式来执行。
尽管此处示出和描述了多个特定实施例，但是应当理解任何经过计算以便实现相同目的的设置结构可用来代替所示的特定实施例。本公开内容意欲覆盖各个实施例的所有改型或变型。应当理解以上描述按照示例说明方式来进行，而非限制性。在审阅了以上描述之后，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚以上实施例和此处未进行专门描述的其它实施例的组合。因此，各个实施例的范围包括使用了以上组成、结构和方法的任何其它应用。
强调以下，为遵守要求提供将使得读者能够迅速确定技术公开内容性质的摘要的37C.F.R.§1.72(b)，所以提供了公开内容摘要。提交公开内容摘要时应当理解其将不用于说明或限制权利要求的范围或意义。此外，在以上详细描述中，可以看到为了简化公开内容，在单个实施例中将各种特征分组在一起。公开内容的这种方法并不应被理解成反映的意图是所申请权利要求的实施例需要比每条权利要求中明确陈述的更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的一样，本发明在于少于单个公开实施例的全部特征。因此，以下权利要求就包括在详细描述中，其中每条权利要求作为分离的优选实施例而独立。
权利要求
1.一种设备，包括包括表面的电路小片；以及包括联接于表面上的锡的原料。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括包括与表面相邻的镍的涂层。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括联接于原料上的散热元件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中散热元件包括铜。
5.根据权利要求1所述的设备，其中原料还包括选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅、银及其合金的次级材料。
6.根据权利要求1所述的设备，其中原料包括大致纯的锡。
7.根据权利要求1所述的设备，其中电路小片包括硅。
8.一种设备，包括具有包括铜和镍涂层的表面的散热元件；以及包括联接于表面上的锡的原料。
9.根据权利要求8所述的设备，其中原料还包括选自铋、铜、镓、铟、铅、银及其合金的次级材料。
10.根据权利要求8所述的设备，其中原料包括大致纯的锡。
11.根据权利要求8所述的设备，其中散热元件包括散热片。
12.根据权利要求8所述的设备，其中散热元件包括散热器。
13.一种系统，包括无线收发器；包括表面和电联接于无线收发器上的电路的电路小片；以及包括联接于电路小片表面上的锡的原料。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括包括与电路小片表面相邻的镍的涂层。
15.根据权利要求13所述的系统，还包括联接于原料上的散热元件。
16.根据权利要求13所述的系统，其中原料还包括选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅、银及其合金的次级材料。
17.一种系统，包括包括具有第一表面的功率晶体管的电路小片；具有包括铜的第二表面的散热元件；以及包括联接于第一表面和第二表面上的锡的原料。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括包括与第一表面相邻的镍的涂层。
19.根据权利要求17所述的系统，其中原料还包括选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅、银及其合金的次级材料。
20.一种方法，包括利用包括锡的原料将电路小片的表面联接于散热元件的表面上。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括将包括镍的涂层涂敷于电路小片的表面上。
22.根据权利要求20所述的方法，其中将电路小片的表面联接于散热元件的表面上的过程还包括使得原料回流。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括将原料的涂层涂敷于电路小片的表面上。
24.根据权利要求20所述的方法，还包括将原料的涂层涂敷于散热元件的表面上。
25.根据权利要求20所述的方法，还包括将无线收发器联接于包括于电路小片中的电路上。
26.根据权利要求20所述的方法，其中电路小片包括功率晶体管。
27.根据权利要求20所述的方法，其中原料还包括选自铋、铜、镓、铟、锌、锑、镁、铅、银及其合金的次级材料。
28.根据权利要求20所述的方法，其中散热元件包括铜散热器。
全文摘要
一种设备和系统及其制造方法可包括具有表面的电路小片和包括锡、纯锡或大致纯的锡的联接于表面上的原料。散热元件可联接于原料上。
文档编号H01L23/373GK1768424SQ200480008828
公开日2006年5月3日 申请日期2004年2月19日 优先权日2003年3月31日
发明者S·亚德哈夫, C·德皮施, F·华 申请人:英特尔公司