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

专利名称：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
技术领域：
本发明涉及热传递机构，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，本发明涉及一种用 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。
背景技术：
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。

发明内容
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，通过本发明的技术还实现附加的特点和优点。本发明的其 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发明的 一部分。


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，本发明的上述及其他目的、 特点和优点将是显而易见的，在附图中
图1是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明一个方面的图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是根据本发明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是根据本发明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描绘了根据本发明一个方面的图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描绘了根据本发明一个方面的图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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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7D是根据本发明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再一实施例的部分截面正视图7E是根据本发明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又一实施例的部分截面正视图7F是根据本发明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；以及
图8示出了根据本发明一个方面的对于复合界面的不同引线键
合密度和假定热通量的两个不同区域，在电子器件的待冷却表面获得 的热点温度的减小的曲线。
具体实施例方式
总的来说，在这里公开了 一种用于将冷却组件耦合到一个或多个
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 或针鳍(pinfin)，由具有第一导热率的第一材料形成；以及热界面 材料，其至少部分地围绕该多个导热引线，并当在冷却组件和待冷却 表面之间采用该导热复合界面时，将该冷却组件热界面连接到所述一 个或多个产热电子器件的待冷却表面。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
ii延伸，其中所述至少一个第一和第二区域是待冷却表面的不同区域。 在工作中，所述至少一些导热引线用作热扩散器，用于促进从待冷却 表面到冷却组件的热传递。
在此使用的"电子器件，，包括，例如，计算机系统或需要冷却的其 他电子系统的任意产热元件。该术语包括集成电路芯片、多集成电路 芯片、单芯片模块或多芯片模块中的一个或多个，每个或具有或者不 具有导热帽或热扩散器。"待冷却表面"指电子器件本身的表面，或者 热扩散器、钝化层、导热帽或与电子器件接触的其他表面的暴露表面， 并且通过该表面提取由电子器件产生的热量。
在详细描述导热复合界面的实施例之前，参考图1和2描述冷却 式电子组件(每个采用不同的冷却组件，以及导热复合界面)的两个 实施例。
如最初所述的，计算设备的性能持续显著地提高。该现象主要由 晶体管-长度尺度的不断减小所推动，这又允许在相同的或更小的器件 覆盖区内整合更多的功能性。由于这些器件消耗的大多数电能以热量 的形式释放到周围环境中，电子器件的热管理是正在成长的工程技术 难题。
图l描绘了根据本发明一个方面的由100总体表示的冷却式电子 组件的一个实施例。在该实施例中，冷却式电子组件100包括经由界 面130耦合到冷却组件120的至少一个电子器件110。更具体地，可 以采用压载荷(compressive loading)来以将冷却组件120和至少一 个电子器件110按压在一起，而界面130被夹在其间。在该例子中， 冷却组件是液冷组件，包括通过从其入口 127到出口 129穿过冷板壳 126的液体冷却剂(例如，冷却水)冷却的冷板基体122。冷板基体 122具有从其凸出的多个针(pin)或鳍片(fin) 124，以促进从冷板 基体122到流过歧管126的冷却剂的热传递。
图2描绘了根据本发明的一个方面的由200总体表示的冷却式电 子组件的另一例子。冷却式电子组件200包括经由界面230耦合到冷 却组件220的一个或多个产热电子器件210。在该例子中，冷却组件220是具有导热基体222的气冷热沉，导热基体222在其中具有蒸汽 室221。多个针或鳍片224从导热基体222延伸，其被主动地或被动 地气冷225。
在图l和2的两种冷却式电子组件实施例中，冷却组件被示例性 地示出为大于待冷却的所述一个或多个电子器件，以便促进从电子器 件到液体冷却剂(在图1的例子中)或环境空气(在图2的例子中) 的热传递。典型地，当平均芯片热通量低于100-125瓦每平方厘米时， 气冷是可行的选择。对于大于125瓦每平方厘米的电子器件热通量， 需要液冷或其它主动冷却技术。在图l和2的冷却式电子组件中，界 面130、 230用来将冷却组件热耦合(以及如果希望，结构耦合)到 所述一个或多个电子器件。该界面通常由诸如热脂或热固性环氧树脂 或硅酮的热界面材料形成。这种材料典型地具有0.1-4W/m-K范围内 的导热率。
气冷冷却组件，以及液冷冷却组件，通常被设计成能满足平均热 通量冷却需要。传统上，电子器件覆盖区上的平均热通量是决定热问 题的有用的度量标准，主要是因为电子器件的最大热通量通常接近其 平均值。但是，随着电子电路设计的最新发展，特别是微处理器设计 的最新发展，器件的某些区域可能呈现出比其他区域高得多的热通 量，不仅在稳态运行中，而且当器件被接通或断开时也是如此。这些 较高热通量的区域被称为"热点"，它们可以散逸电子器件的平均热通 量2-3倍大的热通量。器件热通量中的这种空间不均匀性导致相应的 器件温度的空间不均匀性，并可能导致高于器件平均温度10-20°C的 最大热点温度。在此情况下，通过该热点温度选择冷却组件性能。该 热点现象是局部热学问题，并且局部解决最为有效。由此，在此提供 了多种复合界面结构及其制造方法，当采用时，通过增强从高热通量 区域到冷却组件的热传递，显著地降低热点温度。
图3A描绘了待冷却表面300的一个例子，所述待冷却表面包括 一个或多个电子器件的表面，或附着到一个或多个电子器件的表面。 在该例子中，待冷却表面包括较高热通量的第 一 区域310和较低热通量的第二区域320。替换的，跨待冷却表面300可以存在多个分立区 域310和/或区域320。假定较高热通量的第一区310与该表面的均衡 值相比较具有更高热量耗散率，且由此是热点区域。
图3B描绘了图3A的结构，增加了键合到较高热通量的第一区 域310的多个导热引线330 (或针鳍)。如图所示，导热引线330被 弯曲，以驻留在第一区域310上方，并部分地在较低热通量的第二区 域320上方延伸。因此当用作待冷却表面和冷却组件之间的部分复合 界面时，这些引线用作热扩散器，用于促进从待冷却表面的较高热通 量区到冷却组件的热传递。
图3C图示了导热引线330'的一个例子，其(作为一个示例)被 引线键合332到待冷却表面300，例如集成电路芯片的背表面。当前 的引线键合互连技术可以用来产生0.025-0.1mm直径引线330'，其引 线键合到在热点区域内的待冷却表面。例如，导热引线330'包括诸如 金、铜、或铝的金属，并具有大于40: l的长度与直径纵横比。铜线 具有400W/m-K的导热率，约为现今的热界面材料(即热脂)的导热 率的100倍，现今的热界面材料具有3-4W/m-K的导热率。通过两种 机制，即，通过增加较高热通量区域中的热界面的导热率，以及通过 从较高热通量区域到较低热通量的较冷的周围区域径向地散热，导热 引线的阵列在减小待冷却表面的较高热通量区中的温度方面是有效 的。
图4A-4C图示了根据本发明的一个方面的使用热超声球键合技 术制造导热引线的一种方法。
图4A描绘了制造工艺的开始，显示了该工艺所需的各种元件， 包括一个或多个电子器件的待冷却表面300，以及将形成为多个导热 引线或针的引线400。引线400包括球状尖端405，而整合有引线夹 持才几构的工具头包括用于引线的毛细通道(capillary passage) 410。 采用合适的金属化(如铬-铜或铬-铜-金)以驻留在待冷却表面300上。 在图4B中，工具头412的夹持机构被示出在保持引线400的夹持位 置中。
14图4B图示了在引线400的球状尖端与待冷却表面物理接触之后 的图4A的工具头。与超声波激活结合施用受控的向下键合力，产生 有助于在引线400和待冷却的金属化的表面之间塑性变形和分子间扩 散的物理环境。在这些条件下，导致扩散焊接键合415，由此在微观 长度尺度的塑性变形引起金属在跨引线-表面界面的每一部分的滑移 面和剪切面中流动，因此形成冶金扩散键合。
在形成该键合之后，工具头被松开，并沿引线400的长度移到一 不同位置，在此过程中，在该引线中形成弯曲，如图4C所示。然后 采用电子火焰切断(EFO)操作，其是用于切割引线的现有技术中已 知的工艺，以在引线中的第二弯曲处切断引线400，这也产生新的球 状尖端(未示出)，以允许重新开始该工艺过程。(替换的，可以采 用凹口和切割操作来切断引线400)。该工艺过程可以重复执行多次， 以产生如图3B中所绘的引线阵列。所属领域的技术人员由该描述应 当注意到，可以适用任意希望的引线布置。此外，尽管最初被描述为 附着到待冷却表面，但是所属领域的技术人员由该描述将注意到，所 述多个导热引线可以附加地或替换地引线键合到冷却组件的表面。
图5描绘了电子器件500 (诸如集成电路芯片)的放大的例子， 其具有较高热通量的第一区域510和较低热通量的笫二区域520。多 个引线键合的引线530被附着到较高热通量的第一区域510，这些引 线从第一区域延伸到较低热通量的第二区域520上方。如下所述，当 被采用在所述复合界面中时，所述多个导热引线530至少部分地悬置 在热界面材料内。在该例子中，在电子器件的拐角附近还提供隔离柱 540，以保证冷却组件相对于电子器件的可靠定位。在一个例子中， 这些隔离柱是在增加热界面材料之前在电子器件的拐角形成的四个 凸块。可以通过下面的、类似于上面结合图4A-4C描述的工艺生成该 凸块，但是在引线的接近进行球接合的地点的非常短的特定长度处发 生切断。这些凸块结构也可以用于热点区域中，如图6所示，其中多 个引线键合的凸块600被固定到较高热通量的第一区域510。另外， 引线键合的凸块600可以以任意希望的图案与所述多个导热引线530(图5)交织(未示出)。
图7A-7F是耦合冷却组件730和产热电子器件700的导热复合 界面的多种实施例的部分截面正视图。如图所示，产热电子器件700 包括至少两个区域，亦即，较高热通量的第一区域710和较低热通量 的第二区域720。在每个实施例中，单个引线740被示出为至少部分 地悬置在诸如导热脂的热界面材料750内。冷却组件730可以包括， 例如，如上面结合图1和2描述的冷却组件。替换的，冷却组件730 可以简单地包括在电子器件700上方的金属盖，如铜盖。
在图7A的实施例中，引线740 (例如，1-2密耳(mil)直径) 在第一端被引线键合到电子器件700的第一区域710内的待冷却表 面。引线740的第二端悬置在导热脂750内，并在较低热通量的第二 区域720上方延伸。
图7B描绘了其中导热引线740 ( 1-2密耳直径引线)再次一皮引线 键合到较高热通量的第一区域710内的待冷却表面的替换配置。在该 例子中，引线740部分地接触冷却组件730，并在较低热通量的第二 区域720上方延伸。
图7C描绘了另一实施例，其中导热引线740被导热材料750围 绕，并包括在较高热通量的第一区域710上方驻留的第一端和在较低 热通量的第二区域720上方驻留的第二端。在该实施例中，不采用引 线740与待冷却表面或冷却组件的引线键合。例如，导热引线740可 以包括金、铜、铝或石墨。
图7D描绘了其中导热引线740被引线键合到冷却组件730的实 施例，排列(align)在电子器件700的较高热通量的笫一区域710上 方。导热引线740的自由端悬置在热界面材料750内，并在电子器件 700的第二区域720上方延伸。
图7E描绘了图7D的实施例的变化，其中导热引线740至少部 分地物理接触电子器件700，以促进热量从较高热通量的第一区域710 到复合界面中并由此到冷却组件730的传递和扩散。
图7F描绘了复合界面的再一变化，其中导热引线740被附着(例
16如，引线键合)到待冷却表面，并被附着(例如，焊接)到冷却组件
730。在所示的例子中，引线740被接合到电子器件700较高热通量 的第一区域710中，并延伸至较低热通量的第二区域720上的位置处， 在这里引线740被附着到冷却组件730。如同其他实施例一样，引线 740是，例如，1-2密耳直径引线，其至少部分地被热界面材料750 围绕。
已经进行了热分析，以估算如在此描述的导热复合界面对集成电 路芯片的最大热点温度的影响。对10mmxlOmm集成电路芯片进行该 分析，该集成电路芯片是0.75mm厚度，并由珪(120W/m-K)制成， 经由0.076mm (3密耳)厚的热界面材料例如热脂(3.8W/m-K)附着 到液冷冷却板。作为示例，芯片的89%以132瓦每平方厘米的通量散 失热量，而热点被设为250-350瓦每平方厘米的热通量。在没有多个 导热引线的条件下，对于350W/cn^热点热通量的情况，观察到110°C 的最高结温，而利用如图3B所示设置的多个导热引线，获得99。C的 最高结温。更具体地，在一个例子中，导热引线采取包括l密耳直径 和2mm长度的铜线。在该分析中采用240个这种引线。
图8是分别对于几种不同的引线键合密度以及对于250和350 瓦每平方厘米的两种热点热通量，热点集成电路芯片结温的减小的曲 线图。该曲线图示出增加更多引线到热点区域导致热点温度的降低增 加。此外，在此公开的导热复合界面的影响随热点热通量的幅度增加 而更大。对于250瓦/ 112热点，基线热点温度为最大95°C，对于 350W/cm2热点，基线热点温度为最大110°C。
尽管在此已经描绘并详细描述了优选实施例，但是相关领域的技 术人员应当明白，可以进行各种修改、增加、替换等而不脱离本发明 的精神，且因此这些修改、增加、替换被认为在以下权利要求所限定 的本发明的范围内。
为了免除置疑，在说明书和权利要求书中使用的术语"包括"不应 被解释为"仅仅由...构成"。
1权利要求
1. 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 述至少一个较高热通量的第一区域上方，并部分地在所述至少一个较 低热通量的第二区域上方延伸，以用作所述待冷却表面和所述冷却组 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所述冷 却组件的热传递。
10. 如权利要求9所述的冷却式电子组件，其中所述至少一些导 热引线至少部分地悬置在该热界面材料内。
11. 如权利要求9或IO所述的冷却式电子组件，其中所述多个导 热引线中的所述至少一些导热引线每个都被在第一端分开地引线键 合到所述冷却组件的表面或所述至少一个较高热通量的第一区域上 的所述待冷却表面中的至少一个。
12. 如权利要求11所述的冷却式电子组件，其中所述至少一些导 热引线的每一个都被在第一端分开地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，以 及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，并悬置在所述热界面材料内、部分地接 触所述冷却组件、或附着到所述冷却组件的表面。
13. 如权利要求9到12中的任意一项所述的冷却式电子组件，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， 以及其中该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。
14. 如权利要求9到13中的任意一项所述的冷却式电子组件，其 中该第一材料的第一导热率比所述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。
15. 如权利要求9到14中的任意一项所述的冷却式电子组件，还 包括多个引线键合突柱，其附着到所述冷却组件的表面或所述至少一 个产热电子器件的所述待冷却表面中的至少一个，以及其中每个引线 键合的突柱被配置为隔离柱，以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。
16. —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所述冷却组件和所述待冷却表面之 间，所述多个导热引线中的至少一些导热引线每一都部分地驻留在所 述待冷却表面的至少一个较高热通量的第一区域上方，并部分地在所 述待冷却表面的至少一个较低热通量的第二区域上方延伸；以及在所述冷却组件和所述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所述待 冷却表面，其中所述至少一些导热引线用作在所述待冷却表面和所述 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 所述冷却组件的热传递。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述设置包括将所述多个导 热引线中的所述至少一些导热引线引线键合到所述冷却组件的表面 或所述至少一个产热电子器件的所述待冷却表面中的至少一个。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述将所述至少一些导热引 线引线键合包括将所述至少一些导热引线的每个导热引线的第一端 分开地引线键合到所述待冷却表面的所述至少一个较高热通量的第 一区&戈内。
19. 如权利要求18的方法，其中所述设置还包括将所述至少一些 导热引线的每一个的第二端定位在所述至少一个较低热通量的第二 区域上方，并悬置在所述热界面材料内、部分地接触所述冷却组件、 或附着到所述冷却组件的表面。
20. 如权利要求16到19中的任意一项所述的方法，还包括提供 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所述待 冷却表面中至少其一的多个引线键合的突柱，其中每个引线键合的突 柱被配置为隔离柱，以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。
全文摘要
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。
文档编号H01L23/367GK101454897SQ200780018850
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月30日 优先权日2006年6月16日
发明者K·福格尔, L·坎贝尔, M·埃里斯沃斯, R·朱, 罗伯特·西蒙斯, 罗格·施米德, 马德胡苏丹·英加尔 申请人:国际商业机器公司