CN104272453B - 使用相变材料和散热器对集成电路的热管理 - Google Patents

使用相变材料和散热器对集成电路的热管理 Download PDF

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Abstract

至少一个特征涉及一种具有被动热管理的设备，所述设备包含：集成电路裸片，热耦合到所述集成电路裸片的散热器，热耦合到所述散热器的相变材料PCM，以及封围所述散热器和所述PCM的模制复合物。在一个实例中，散热器可包含多个鳍片，并且PCM的至少一部分插入在所述多个鳍片之间。另一特征涉及一种包含集成电路裸片以及其中混合有相变材料的模制复合物的设备。所得的模制复合物完全封围所述裸片。

Description

使用相变材料和散热器对集成电路的热管理
技术领域
各种特征涉及用于集成电路的散热的被动热管理系统、方法和装置。
背景技术
硅集成电路(IC)的电气性能的进步已经使得集成电路裸片不断缩小。然而，随着IC裸片的面积变小，功率消耗以及因此裸片上的功率密度增加。裸片上的增加的功率密度直接转换成裸片产生的热量的增加。随着半导体结的温度上升，载流子迁移率会减小，这会使CMOS晶体管和IC的其它电气组件的性能降级。举例来说，结温度持续10℃到15℃的增加可能导致IC的使用寿命减少50％。
而且，从某些类型的电子装置的消费者的使用角度来看，裸片温度增加可能会成问题。举例来说，例如移动电话、膝上型计算机、平板计算机、电子阅读器、智能电话等手持消费者装置不能沿着用户可能触摸的表面超过特定温度，以便保护用户防止灼伤。使装置内的一或多个IC冷却有助于降低装置的表面触摸温度，并且还增加IC的使用寿命。一般来说，使用被动或主动热管理系统来冷却IC。
主动热管理系统通常利用风扇和/或泵执行冷却。然而，此些系统并不是手持消费者装置的实际的解决方案，手持消费者装置具有小形状因子以便增加便携性。举例来说，市场上的许多前述手持消费者装置具有可能小于一厘米厚的薄形状因子。在此装置内容纳用于集成电路的风扇，不但不合期望，而且可能无法实现。因此，小形状因子的装置当前使用被动热管理系统，以及芯片上热传感器和控制逻辑，其使用动态热管理技术控制IC的功率。这些动态热管理技术可能有意地限制集成电路的操作频率和性能以便减少辐射热。
图1说明耦合到被动热管理装置(举例来说，现有技术中使用的散热器114)的倒装芯片的横截面的示意图。封装100包含具有前表面104(即，主动表面)的集成电路裸片102，所述前表面经由裸片附接和/或底填粘合剂108耦合到封装衬底106(例如，层压衬底、基于金属的衬底，例如基于铜的衬底等等)。裸片102的后表面110具有后侧金属化层112，其耦合到散热器114，两者之间沉积有一些热界面材料(未图示)。还可以使用环氧树脂和/或树脂模制复合物118来稳定和保护裸片102。组合封装100和散热器114具有厚度tP1(即，高度)，其是通过散热器114的峰表面124与衬底106的底表面122之间的距离定义的。
散热器114优选具有高导热系数，并且具有有助于耗散裸片102产生的热的鳍片116。使散热器114暴露于其周围的较冷的周围空气以便散热。在操作期间，裸片102升温，并且经由后侧金属化层112将其热能传递到散热器114。散热器114经由其鳍片116有效地将热“散布出去”，并且实际上将热能传递到围绕其的周围空气。以此方式，散热器114散热，并且降低裸片102的操作温度。可以使用具有较大横截面面积和/或较高鳍片的较大散热器来提高散热器的散热性能。
然而，在高性能下，实施如图1所示的传统散热器114的小形状因子装置由于大小限制可能并不是实际的或可能的。图2说明现有技术中使用的倒装芯片IC封装200的横截面的示意图，所述倒装芯片IC封装200不包含散热器，并且因此具有实质性小于图1中展示的厚度tP1的厚度tP2。参看图2，封装200包含集成电路裸片202，其具有经由裸片附接和/或底填粘合剂208耦合到封装衬底206的前表面204(即，主动表面)。还可以使用环氧树脂和/或树脂模制复合物210来稳定和保护裸片202。厚度tP2是通过模制复合物210的峰表面212(即，高度)与衬底206的底表面214之间的距离定义的。裸片202可以具有芯片上热传感器和控制逻辑，其通过使用动态热管理技术帮助控制封装200的功率消耗。然而，这些动态热管理技术可以限制裸片202的操作频率，以便使裸片202保持冷却，因而牺牲了封装200的性能。
因此，需要改进的被动热管理系统、方法和装置，其充分地耗散集成电路产生的热，而不会对电路的性能造成不利影响。
发明内容
一种特征提供一种具有被动热管理的设备，例如集成电路封装，其包括：集成电路裸片，热耦合到集成电路裸片的散热器，热耦合到散热器的相变材料(PCM)，以及至少部分地封围散热器并且完全封围PCM的模制复合物。根据一个方面，散热器包括多个鳍片，并且PCM的至少一部分插入在多个鳍片之间。根据一个实例，所述散热器包括形成至少一个盆的多个鳍片，并且所述PCM的至少一部分驻留在所述盆中。根据另一方面，封围所述PCM的所述模制复合物物理地接触所述PCM。在一个实例中，所述散热器包括多个鳍片，所述多个鳍片形成容纳所述PCM的多个盆，其中所述多个盆沿着所述散热器的长度紧邻彼此并排地定位。在另一实例中，所述散热器包括容纳所述PCM的多个腔室，其中所述散热器封围所述PCM。根据一个方面，所述多个腔室沿着所述散热器的长度紧邻彼此并排地定位。根据另一方面，所述多个腔室沿着所述散热器的厚度紧邻彼此并排地定位。
根据本发明的一个方面，所述散热器包括位于所述裸片的高热区域上的第一区域和位于所述裸片的低热区域上的第二区域，其中所述第一区域包含具有安置在其中的PCM的多个鳍片，并且所述第二区域没有PCM。当所述设备加电时，所述裸片的高热区域以大于所述裸片的低热区域的速率产生热能。根据另一方面，PCM通过在其熔点下将相从固体改变成液体而被动地耗散由裸片产生的热能。在一个实例中，PCM的熔点小于裸片的最大允许操作温度tM。在另一实例中，所述散热器的厚度在所述裸片的厚度的一(1)倍到十(10)倍之间。在又一实例中，所述散热器适于减少裸片翘曲。根据一个方面，所述设备进一步包括后侧金属化层，其具有热耦合到裸片的第一侧和热耦合到散热器的第二侧。根据一个方面，所述PCM是固体-液体PCM和/或固体-固体PCM中的至少一个。根据另一方面，所述PCM是下面中的一个：具有膨胀石墨的形状稳定的复合石蜡，具有膨胀石墨的微米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物，具有膨胀石墨的纳米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物，微米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物，或纳米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物。根据另一方面，所述模制复合物包括模制复合物相变材料。在一个实例中，所述设备并入到下面中的至少一个中：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、通信装置、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机和/或膝上型计算机。
另一特征提供一种用于制造具有被动热管理的设备的方法，所述方法包括：将相变材料(PCM)热耦合到散热器，将散热器热耦合到集成电路裸片，将散热器至少部分地封围在模制复合物内，以及将PCM完全封围在模制复合物内。根据本发明的一个方面，所述方法进一步包括将PCM的至少一部分插入在散热器的多个鳍片之间。根据另一方面，所述散热器包括形成至少一个盆的多个鳍片，并且所述方法进一步包括在盆中沉积PCM的至少一部分。根据又一方面，所述散热器包括形成容纳PCM的多个盆的多个鳍片，并且所述方法进一步包括将所述多个盆沿着散热器的长度紧邻彼此并排地定位。在本发明的另一方面中，所述方法进一步包括将PCM储存在散热器内的多个腔室内，以及将PCM封围在散热器内。根据另一方面，集成电路裸片、PCM、散热器和模制复合物形成集成电路封装，并且所述方法进一步包括将集成电路封装并入到下面中的至少一个中：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、通信装置、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机和/或膝上型计算机。
另一特征提供一种设备，其包括：集成电路裸片，热耦合到集成电路裸片的用于被动地耗散热能的装置，热耦合到用于被动地耗散热能的所述装置的用于储存潜热的装置，以及用于至少部分地封围用于被动地耗散热能的所述装置的装置，其中用于至少部分地封围用于被动地耗散热能的所述装置的所述装置完全封围用于储存潜热的所述装置。根据本发明的一个方面，所述设备进一步包括：用于增加用于被动地耗散热能的所述装置的表面积的装置，其中用于储存潜热的所述装置的至少一部分插入在用于增加用于被动地耗散热能的所述装置的表面积的装置之间。在一个实例中，用于被动地耗散热能的所述装置包括用于容纳用于储存潜热的所述装置的装置，其中用于被动地耗散热能的所述装置封围用于储存潜热的所述装置。在另一实例中，用于容纳用于储存潜热的所述装置的所述装置沿着用于被动地耗散热能的所述装置的长度与用于容纳用于储存潜热的所述装置的第二装置紧邻彼此并排地定位。在又一实例中，用于容纳用于储存潜热的所述装置的所述装置沿着用于被动地耗散热能的所述装置的厚度与用于容纳用于储存潜热的所述装置的第二装置紧邻彼此并排地定位。
根据一个方面，用于储存潜热的所述装置通过在其熔点下将相从固体改变成液体而耗散由所述裸片产生的热能，并且用于储存潜热的所述装置的所述熔点小于所述裸片的最大允许操作温度tM。根据另一方面，用于被动地耗散热能的所述装置的厚度在所述裸片的一(1)倍到十(10)倍之间。根据又一方面，用于至少部分地封围用于被动地耗散热能的所述装置的装置包括相变材料。根据一个方面，用于储存潜热的所述装置是相变材料。在一个实例中，用于被动地耗散热能的所述装置是散热器。根据另一实例，用于封围的所述装置是模制复合物。
另一特征提供一种用于被动地冷却热源的方法，所述方法包括：将热源热耦合到热管理设备，所述热管理设备包含散热器、相变材料(PCM)和模制复合物，其中所述模制复合物封围所述PCM，并且所述模制复合物至少部分地封围所述散热器；在所述热源处产生热能；以及通过将在热源处产生的热能作为潜热储存在PCM中而被动地耗散所述产生的热能。根据一个方面，所述热源是集成电路裸片，并且所述模制复合物封围所述集成电路裸片。根据另一方面，所述散热器适于减少集成电路裸片翘曲。根据又一方面，所述散热器包括位于所述热源的高热区域上的第一区域和位于所述热源的低热区域上的第二区域，所述第一区域包含具有插入在其中的所述PCM的多个鳍片，所述第二区域没有所述PCM，其中所述热源的所述高热区域在比所述热源的所述低热区域大的速率下产生热能。根据另一方面，PCM通过在其熔点下将相从固体改变成液体而被动地耗散由热源产生的热能。根据又一方面，PCM的熔点小于热源的最大允许操作温度tM。
另一特征提供一种设备(例如集成电路封装)，其包括集成电路裸片，以及其中混合有模制复合物相变材料的模制复合物，其中所述模制复合物封围所述裸片。根据一个方面，所述设备进一步包括热耦合到集成电路裸片的散热器，热耦合到散热器的相变材料，其中模制复合物至少部分地封围所述散热器，并且完全封围所述相变材料。
另一特征提供一种用于制造具有被动热管理的设备的方法，其包括：使模制复合物与模制复合物相变材料混合以产生增强的模制复合物，以及用增强的模制复合物封围裸片。根据本发明的一个方面，所述方法进一步包括将散热器热耦合到集成电路裸片，将相变材料热耦合到散热器，将散热器至少部分地封围在增强的模制复合物内，以及将相变材料完全封围在增强的模制复合物内。
另一特征提供一种设备，例如集成电路封装，其包括：集成电路裸片，以及用于封围裸片的装置，其中用于封围裸片的装置包括混合在其中的相变材料。根据一个方面，所述设备进一步包括热耦合到集成电路裸片的用于被动地耗散热能的装置，热耦合到用于被动地耗散热能的装置的用于储存潜热的装置，其中用于封围的装置至少部分地封围用于被动地耗散热能的所述装置，并且完全封围用于储存潜热的所述装置。
另一特征提供一种用于冷却集成电路裸片的方法，其包括：将集成电路裸片热耦合到热管理设备，所述热管理设备包含增强的模制复合物，所述增强的模制复合物包括与模制复合物相变材料混合的模制复合物；在集成电路裸片处产生热能；以及通过在增强的模制复合物内吸收在集成电路裸片处产生的热能而被动地耗散所述热能。根据一个方面，所述热管理设备进一步包含散热器和相变材料(PCM)，其中所述增强的模制复合物封围所述PCM，并且所述增强的模制复合物至少部分地封围所述散热器。
附图说明
图1说明耦合到现有技术中使用的散热器的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图2说明现有技术中使用的不包含散热器的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图3说明具有被动热管理的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图4说明图3中描绘的封装的剖面俯视图。
图5说明具有被动热管理的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图6说明图5中描绘的封装的剖面俯视图。
图7说明具有被动热管理的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图8说明图7中描绘的封装的剖面俯视图。
图9说明具有被动热管理的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图10说明图9中描绘的封装的剖面俯视图。
图11说明具有被动热管理的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图12说明图11中描绘的封装的剖面俯视图。
图13说明具有被动热管理的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图14说明图13中描绘的封装的俯视图。
图15说明用于制造具有被动热管理的设备的方法的流程图。
图16说明用于被动地冷却热源(例如集成电路裸片)的方法的流程图。
图17说明具有其中混合有相变材料的模制复合物的倒装芯片IC封装的横截面的示意图。
图18说明用于制造具有被动热管理的设备的方法的流程图。
图19说明用于被动地冷却集成电路裸片的方法的流程图。
图20说明可以与具有被动热管理的IC封装集成的各种电子装置。
具体实施方式
在下面的描述中，提供具体细节以便提供对本发明的方面的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解，可以没有这些具体细节而实践这些方面。而且，可以在框图中展示集成电路和集成电路组件以便避免以不必要的细节使所述方面混淆。在其它例子中，也可能没有具体展示众所周知的结构和技术，以避免使本发明的各种方面混淆。
本文中使用词语“示范性”来意味着“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施方案或方面未必应被理解为比本发明的其它方面优选或有利。同样，术语“方面”并不必需本发明的所有方面都包含所论述的特征、优点或操作模式。本文中使用术语“散热器”来指代被动热交换器。本文中使用术语“热耦合”来指代两个对象之间的直接或间接物理耦合，其允许所述两个对象之间发生热能的传递。举例来说，如果对象A物理上接触对象B，并且对象B接触对象C，那么对象A和C仍然可以被视为热耦合——即使其并不彼此接触——前提是其间的对象B允许热能从对象A传递到对象C和/或从对象C传递到对象A。
概述
根据本发明的一个方面，提供一种涉及对集成电路封装的被动热管理的方法和设备。举例来说，集成电路封装可包含集成电路裸片、热耦合到集成电路裸片的散热器、热耦合到散热器的相变材料(PCM)和封围散热器和PCM的模制复合物。在一个实例中，散热器可包含多个鳍片，并且PCM的至少一部分插入在多个鳍片之间。随着裸片升温，当PCM从固态转变成液态时，PCM会吸收热能作为潜热。这个过程吸收的热能会从裸片上耗散掉热，并且因此使裸片冷却。
根据本发明的另一方面，一种集成电路封装可包含集成电路裸片和其中混合有相变材料的模制复合物。所得的模制复合物展现出与潜热储存特征的较高导热率，并且通过完全封围裸片而为裸片提供结构性支撑。
具有散热器和相变材料的集成电路封装的示范性实施方案
图3和4说明根据本发明的一个方面的具有被动热管理的集成电路(IC)封装300的示意图。具体来说，图3说明倒装芯片IC封装300的横截面的示意图，并且图4说明封装300的剖视俯视图。
参看图3，封装300可包括IC裸片302、封装衬底308、裸片附接和/或底填粘合剂310、球栅阵列312、后侧金属化层316、具有鳍片320的散热器318、相变材料322和/或模制复合物324。IC裸片302已经经历了一系列蚀刻和沉积步骤以在裸片302的半导体衬底上制造电路。裸片302包含前表面304(即，主动表面)，其可以用倒装芯片的方式结合到封装衬底308(例如，层压衬底、基于金属的衬底，例如基于铜的衬底等)的顶表面307上的电迹线(未图示)。裸片附接和/或底填粘合剂310可以帮助将裸片302固定到衬底308。裸片302的前表面304包含电耦合到衬底的顶表面307上的电迹线的电连接的栅格。所述电连接可包括焊料球(如所说明的)的球栅阵列(BGA)312或者另一种类型的阵列。裸片302的后表面314面向前表面304的相反方向，并且背离衬底308的顶表面307。后表面314包含耦合到散热器318的后侧金属化层316。也就是说，后侧金属化层316具有热耦合到裸片302的第一侧和热耦合到散热器318的第二侧。
根据本发明的一个方面，可以在散热器318与后侧金属化层316之间沉积热界面材料(未图示)以帮助散热器318与后侧金属化层316之间的热传导。作为一个实例，热界面材料可以是填充有氧化铝、氧化锌和/或氮化硼的导热油脂或硅酮油。根据本发明的另一方面，散热器318可以直接耦合到后侧金属化层316，其间没有热界面层。根据本发明的又一方面，可以不存在后侧金属化层316，并且散热器318可以直接耦合到裸片302的后表面314。
散热器318可以由任何具有相对高的导热率的材料构成。举例来说，散热器318可以由金属构成，所述金属例如但不限于是铜、铝、金、银和铂，或者是金属合金。散热器318也可由其它材料构成，例如金刚石、石墨和/或石墨烯。一或多个鳍片320可以用以增加散热器318的表面积，从而增加散热器318从裸片302上耗散掉热的能力。鳍片320可以在与裸片302的后表面314正交的方向上延伸。
相变材料(PCM)322插入在散热器318的鳍片320之间。PCM322可以是具有高熔化热的分别在某些温度下熔化和固化时储存和释放大量能量的固态-液体PCM。举例来说，当材料从固态改变成液体时，吸收热，并且当材料从液体改变成固体时，释放热。根据一个方面，PCM322与散热器318和鳍片320直接物理接触，以便使散热器318、鳍片320与PCM322之间的导热率最大化。
此外，封装300包含环氧树脂和/或模制复合物324，其封围散热器318(包含散热器318的鳍片320)、PCM322、后侧金属化层316、裸片302、底填材料310和/或电连接312。因此，不同于耦合到IC的散热器很大程度上暴露于空气的现有技术设计(例如，见图1)，图3中说明的IC封装300的散热器318和PCM322两者都被模制复合物324囊封。因此，模制复合物324使PCM322保持完全被容纳，使得当PCM322处在(举例来说)液态时其不会泄露出封装300。封装300具有被模制复合物324的峰表面326和衬底308的底表面306限界的厚度tP3(即，高度)。散热器318具有厚度tH3，并且裸片302具有厚度tD3。
散热器318和PCM322用以在操作期间被动地冷却裸片302。举例来说，当IC封装300被加电(例如，IC封装300被接通并且操作)时，裸片302产生热，并且裸片302的温度上升。后侧金属化层316将裸片302产生的热传导到散热器318和PCM322。当散热器318和PCM322吸收裸片302产生的热能时，其温度也上升。通过吸收热能，散热器318和PCM322在从裸片302耗散掉热能时使裸片302冷却。
随着PCM322的温度上升，PCM322可以在某个时刻达到其熔点，从而使得PCM322从固体转变成液体。在从固体到液体的转变期间，PCM322在储存热能作为潜热时从裸片302吸收掉额外的热能(从而进一步冷却裸片302)。当IC封装300断开或者进入低功率状态时，裸片302、散热器318和PCM322的温度开始下降。如果PCM322的温度下降到其凝固点，那么PCM322开始从液体转变成固体，并且在所述过程中，PCM322释放其潜热能。在这个过程期间释放的热能可能不会对裸片302的性能造成不利影响，因为裸片302可能在这个时间期间正在经历低功率或功率关闭状态。因此，在这个时间期间由PCM322释放并且因此由裸片302吸收的任何热可能是微不足道的，并且可能不会增加裸片302实现的峰值温度(因为裸片302可能已经是凉的)。
以此方式，PCM322通过在裸片302在高功率和/或高温状态下操作的时间期间从固体转变成液体而从裸片302上耗散掉热能，并且通过在裸片302在低功率和/或低温状态下操作的时间期间从液体转变成固体而释放热能。举例来说，裸片302可以在裸片302正在执行密集和/或广泛的操作(例如，计算)时在高功率和/或高温状态下操作。类似地，当裸片302不在执行密集并且广泛的操作时，裸片302可以在低功率和/或低温状态下操作。通过在高功率/高温状态与低功率/低温状态之间交替，裸片302的动态操作温度使得PCM322在液态与固态之间来回转变。裸片302可以在一段时间(例如，一秒、一分钟、一小时等)期间在高功率/高温状态与低功率/低温状态之间交替许多次。每当PCM322在所述段时间期间从固体转变成液体时，PCM322就通过从裸片302上吸收掉热能并且储存所述能量作为潜热而冷却裸片302。如果IC封装300的工作循环使得裸片302在高功率/高温状态与低功率/低温状态之间频繁地来回转变，那么在封装300中具有PCM322的益处得到增强，因为PCM322可以在一段时间期间从固体转变成液体许多次。此些频繁转变就相当于每段时间耗散更大量的热能。
图4说明IC封装300的剖视俯视图。具体来说，模制复合物324的一部分已被移除以说明散热器318、鳍片320和下面的PCM322。封装300具有宽度wP3和长度lP3。参看图3和4，PCM322沉积在形成于散热器的鳍片320之间的多个盆328内。在所说明的实例中，展示了多个盆328，然而，在本发明的其它方面中，可能在散热器的两个鳍片之间只形成有一个盆。参看图4，被PCM322填充的盆328沿着散热器318的长度lH3紧邻彼此并排地定位，使得盆328的宽度wB3彼此平行并且平行于封装300的宽度wP3。
根据本发明的一个方面，可以通过首先加热PCM322超过其熔点直到PCM322成为液体为止来制造封装300。接着，可以将液体PCM322沉积到散热器318的鳍片320之间的盆328中。接下来，散热器318可以直接或间接地(例如，经由后侧金属化316和/或热界面材料)热耦合到裸片302。最后，可以通过模制复合物324来囊封/封围裸片302、散热器318和PCM322。根据本发明的一个方面，后侧金属化层316和散热器318可以是一个零件，使得可以不存在单独的后侧金属化层316，并且散热器318充当一种形式的后侧金属化。
图5和6说明根据本发明的另一方面的具有被动热管理的IC封装500的示意图。具体来说，图5说明倒装芯片IC封装500的横截面的示意图，并且图6说明封装500的剖视俯视图。封装500的结构和功能类似于图3和4中展示的封装300，区别是下文关于散热器518的结构和PCM522在其中的定位方式而论述的一些差别。
参看图5，封装500的散热器518包含将PCM522密封在散热器518内的顶部部分519。因此，不同于封装300，PCM522不直接接触模制复合物524。因此，PCM522被散热器518封围，散热器518又被模制复合物524封围。而且，散热器518包含腔室屏障520，其(与封装300的鳍片320一样)会增加散热器518的表面积。腔室屏障520还形成腔室528，PCM522驻留在腔室528内。在所说明的实例中，展示了多个腔室528，然而，在本发明的其它方面中，可能在散热器的两个腔室屏障之间只形成有一个腔室。封装500具有被模制复合物524的峰表面526和衬底508的底表面506限界的厚度tP5(即，高度)。散热器518具有厚度tH5，并且裸片502具有厚度tD5。
参看图6，已经移除了模制复合物524的一部分和散热器518的顶部部分519以说明散热器518、腔室屏障520和填充有PCM522的腔室528。封装500具有宽度wP5和长度lP5。填充有PCM522的腔室528沿着散热器518的长度lH5紧邻彼此并排定位，使得腔室528的宽度wC5彼此平行并且平行于封装500的宽度wP5。根据本发明的一个方面，模制复合物524可以仅部分地封围散热器518，使得散热器518的一部分暴露于封装500外部的周围空气。举例来说，参看图5，散热器518的顶部部分519可以暴露于空气。
图7和8说明根据本发明的另一方面的具有被动热管理的IC封装700的示意图。具体来说，图7说明倒装芯片IC封装700的横截面的示意图，并且图8说明封装700的剖视俯视图。封装700的结构和功能类似于图3和4中展示的封装300，区别是下文关于散热器718的结构和PCM722在其中的定位方式而论述的一些差别。
参看图7，封装700的散热器718包含顶部部分719并且可以不包含鳍片。如此，散热器718包含单个主腔室728，PCM722驻留在主腔室728内。主腔室728是被第一侧壁730、第二侧壁732、前壁734(见图8)、后壁736(见图8)、底部部分738和散热器718的顶部部分719限界的区域。散热器718的顶部部分719将PCM722密封在散热器718内，并且因此不同于封装300，PCM722不直接接触模制复合物724。因此，PCM722被散热器718封围，散热器718又被模制复合物724封围。封装700具有被模制复合物724的峰表面726和衬底708的底表面706限界的厚度tP7(即，高度)。散热器718具有厚度tH7，并且裸片702具有厚度tD7。
参看图8，已经移除了模制复合物724的一部分和散热器718的顶部部分719，以说明散热器718和填充有PCM722的主腔室728。封装700具有宽度wP7和长度lP7。根据本发明的一个方面，模制复合物724可以仅部分地封围散热器718，使得散热器718的一部分暴露于封装700外部的周围空气。举例来说，参看图7，散热器718的顶部部分719可以暴露于空气。
图9和10说明根据本发明的另一方面的具有被动热管理的IC封装900的示意图。具体来说，图9说明倒装芯片IC封装900的横截面的示意图，并且图10说明封装900的剖视俯视图。封装900的结构和功能类似于图3和4中展示的封装300，区别是散热器918的结构和PCM922在其中的定位方式的一些差别。
参看图9，散热器918包含多个腔室928，其被散热器918完全封围。多个腔室928中的每一个包含PCM922以帮助用上文参照封装300描述的方式耗散裸片902产生的热。如所说明，腔室928可以定向成使得存在一或多个腔室堆栈930。每一腔室堆栈930可以具有一或多个腔室928，其沿着散热器918的厚度tH9(即高度)彼此叠加地堆叠。封装900具有被模制复合物924的峰表面926和衬底908的底表面906限界的厚度tP9(即，高度)。裸片902具有厚度tD9。
在图10中，已经移除了模制复合物924的一部分和散热器918的顶部部分919以说明封装900的散热器918、腔室堆栈930和PCM922。参看图9和10，被PCM922填充的腔室928沿着散热器918的厚度tH9紧邻彼此并排地定位，使得腔室928的宽度wC9彼此平行并且平行于封装900的宽度wP9。每一腔室堆栈930沿着散热器918的长度lH9紧邻彼此并排地定位，使得腔室928的宽度wC9彼此平行并且平行于封装900的宽度wP9。在图9中展示的实例中，散热器918包含两个(2)腔室堆栈930，其各自具有三个(3)腔室928。然而，在本发明的其它方面中，散热器918可包含一或多个堆栈930，其各自具有一或多个腔室928。腔室堆栈930可以通过腔室壁932彼此分开。根据本发明的一个方面，模制复合物924可以仅部分地封围散热器918，使得散热器918的一部分暴露于封装900外部的周围空气。举例来说，参看图9，散热器918的顶部部分919可以暴露于空气。
图11和12说明根据本发明的另一方面的具有被动热管理的IC封装1100的示意图。具体来说，图11说明倒装芯片IC封装1100的横截面的示意图，并且图12说明封装1100的剖视俯视图。封装1100的结构和功能类似于图3和4中展示的封装300，区别是散热器1118的结构和PCM1122在其中的定位方式的一些差别。
参看图11，散热器1118包含第一区域1130、第二区域1132和第三区域1134。第一区域1130具有相对高的散热能力，并且位于裸片1102的产生大量热的部分上。第一区域包含多个鳍片1120a，其具有插入在鳍片1120a之间的PCM1122。因此，鳍片1120a形成盆1128，PCM1122驻留在其中。PCM1122和鳍片1120a用以用与上文相对于在图3和4中描绘的封装300描述的相同的方式耗散裸片1102产生的热。第二区域1132具有相对中等的散热能力，并且位于裸片1102的产生中等热量但是小于由裸片1102在第一区域1130下方的部分产生的热的部分上。第二区域1132包含多个鳍片1120b，鳍片1120b之间未插入PCM。第三区域1134与其它区域1130、1132相比具有相对低的散热能力，因为它没有PCM和鳍片。第三区域1134可以位于裸片1102的不产生大量热并且因此需要耗散的热较少的部分上。以此方式，散热器1118可以经过设计以包含位于裸片1102的多个部分上的多个低散热、中等散热和高散热区域，这是基于那些裸片1102部分预期会产生的热量。在一些情况下，制造在散热器1118的特定区域处不包含鳍片1120a、1120b和/或PCM1122的散热器1118可以节省金钱、时间和/或其它资源。封装1100具有被模制复合物1124的峰表面1126和衬底1108的底表面1106限界的厚度tP11(即，高度)。散热器1118具有厚度tH11，并且裸片1102具有厚度tD11。
在图12中，已经移除了模制复合物1124的一部分以说明封装1100的散热器1118、盆1128、第一区域1130、第二区域1132、第三区域1134、鳍片1120a、1120b和PCM1122。参看图11和12，PCM1122填充的腔室1128沿着散热器1118的长度lH11紧邻彼此并排地定位，使得腔室1128的宽度wC11彼此平行并且平行于封装1100的宽度wP11。根据本发明的一个方面，模制复合物1124可以仅部分地封围散热器1118，使得散热器1118的一部分暴露于封装1100外部的周围空气。举例来说，参看图11，散热器1118的鳍片1120a、1120b的末端可以暴露于空气。
图13和14说明根据本发明的另一方面的具有被动热管理的IC封装1300的示意图。具体来说，图13说明倒装芯片IC封装1300的横截面的示意图，并且图14说明封装1300的剖视俯视图。封装1300的结构和功能类似于图3和4中展示的封装300，区别是散热器1318的结构和PCM1322在其中的定位方式的一些差别。
参看图13，所述多个鳍片1320中的每一个具有第一末端1321，其至少部分地在模制复合物1324a外部延伸并且可以暴露于空气。因此，在将PCM1322覆盖在下面的鳍片1320之间形成多个模制复合物池1324b。所述多个模制复合物池1324b附着到鳍片1320，并且防止下面的PCM1322从封装1300渗出。因此，PCM1322被模制复合物1324a和模制复合物池1324b封围。多个盆1328容纳着PCM1322。在所说明的实例中，展示了多个盆1328，然而，在本发明的其它方面中，可能在散热器的两个鳍片之间只形成有一个盆。封装1300具有被散热器的鳍片1320的峰表面1326和衬底1308的底表面1306限界的厚度tP13(即，高度)。散热器1318具有厚度tH13，并且裸片1302具有厚度tD13。
描绘封装1300的图14说明了模制复合物1324a、模制复合物池1324b、散热器1318、散热器鳍片1320和盆1328。封装1300具有宽度wP13和长度lP13。PCM1322填充的腔室1328沿着散热器1318的长度lH13紧邻彼此并排定位，使得盆1328的宽度wB13彼此平行并且平行于封装1300的宽度wP13。
图15说明根据本发明的一个方面的用于制造具有被动热管理的设备的方法的流程图1500。在步骤1502处，相变材料(PCM)可以热耦合到散热器。根据一个实例，散热器可以制造成使得其将PCM完全囊封在散热器内。任选地，在步骤1504处，可以通过将PCM的至少一部分插入在散热器的多个鳍片之间而将PCM热耦合到散热器。在步骤1506处，散热器可以热耦合到集成电路裸片。在步骤1508处，可以将热耦合到PCM的散热器至少部分地封围在模制复合物内。在步骤1510处，可以将PCM(例如，完全)封围在模制复合物内。根据本发明的至少一个方面，在引入PCM和将PCM热耦合到散热器之前，可以首先将不容纳PCM的散热器热耦合到集成电路裸片。举例来说，散热器可以热耦合到IC裸片。接着，可以将PCM插入在散热器的多个鳍片之间。最后，可以用模制复合物来封围容纳PCM的散热器，所述模制复合物完全囊封PCM，并且至少部分地囊封散热器。
图16说明根据本发明的一个方面的用于被动地冷却热源的方法的流程图1600。在步骤1602处，所述方法包括将热源热耦合到热管理设备，其中所述热管理设备包含散热器、相变材料(PCM)和模制复合物。所述模制复合物封围PCM，并且所述模制复合物还至少部分地封围散热器。在步骤1604处，所述方法进一步包括在热源处产生热能。在步骤1606处，所述方法进一步包括通过在PCM中储存作为潜热产生的热能而被动地耗散在热源处产生的热能。根据一个方面，热源可以是集成电路裸片。
可以基于多个不同性质来选择封装300、500、700、900、1100、1300中使用的特定类型的固体-液体PCM322、522、722、922、1122、1322，所述性质包含但不限于PCM的熔点、导热率和潜热容量。根据一个实例，PCM322、522、722、922、1122、1322可包括形状稳定的复合石蜡作为潜热储存介质，并且包括高密度聚乙烯复合物作为支撑材料，包含膨胀石墨。此PCM322、522、722、922、1122、1322的形状稳定性质意味着，即使所述材料技术上处于液体状态，PCM322、522、722、922、1122、1322仍然基本上保持其形状。此PCM322、522、722、922、1122、1322可以具有每米开式0.5-1.3瓦之间的导热率、30-50℃之间的熔点以及每克120-180焦耳之间的潜热容量。根据另一实例，PCM322、522、722、922、1122、1322可包括微米或纳米囊封的复合石蜡作为潜热储存介质，并且包括高密度聚乙烯作为支撑材料，包含膨胀石墨。作为一个实例，此PCM322、522、722、922、1122、1322可具有10-30℃之间的熔点和每克70-130焦耳之间的潜热容量。在本发明的一个方面中，PCM322、522、722、922、1122、1322可以包括形状稳定的复合石蜡，其通过添加膨胀石墨而得到改进。在本发明的另一方面中，PCM322、522、722、922、1122、1322可包括微米或纳米囊封的复合石蜡作为潜热储存介质，并且包括高密度的聚乙烯复合物作为支撑材料，但不包含膨胀石墨。
如上文提到的，可以基于PCM的熔点来选择封装300、500、700、900、1100、1300中使用的PCM322、522、722、922、1122、1322。在本发明的一个方面中，可能期望将裸片302、502、702、902、1102、1302的最大允许操作温度限制为温度tM。在所述情况下，可以选择具有小于tM的熔点使得PCM322、522、722、922、1122、1322在实现最大操作温度tM之前经历相变转变的PCM322、522、722、922、1122、1322。作为仅一个实例，可以容受的裸片302、502、702、902、1102、1302的最大操作温度是95℃。在此情况下，可以为封装300、500、700、900、1100、1300选择具有小于95℃(例如，50℃)的熔点的PCM322、522、722、922、1122、1322。
根据本发明的一些方面，PCM322、522、722、922、1122、1322可以是其它类型的固体-液体PCM，例如有机PCM(包含石蜡和非石蜡)、无机PCM和共晶体。封装300、500、700、900、1100、1300中可以使用的有机PCM的实例包含(但不限于)正十四烷、甲酸、正十五烷、乙酸、正十六烷、菌陈二烯酮(caprilone)、docasyle、正二十一烷、苯酚、正十二酸、对甲苯胺、氰胺(cynamide)、正二十二烷、正二十三烷、氢化肉桂(hydrocinna)、十六烷、邻硝基苯胺、莰烯、二苯基、正二十五烷、十四烷酸、草酸盐(oxolate)、硬脂酸甘油酯、邻二甲苯、β-氯乙酸、正二十六烷、硝基萘、α-氯乙酸、正二十八烷、棕榈酸、蜂蜡、乙醇酸、对溴酚、偶氮苯、丙烯酸、二硝基甲苯、苯乙酸和/或烯丙基硫脲。在封装300、500、700、900、1100、1300中可以使用的无机PCM的实例包含但不限于水、POCl3、SbCl5、H2SO4、MOF6、P4O6、H3PO4、Cs、Ga、AsBr3、BI3、TiBr4、H4P2O6、SO3和/或SbCl3。
根据本发明的另一方面，封装300、500、700、900、1100、1300中使用的PCM322、522、722、922、1122、1322可以是固体-固体PCM。PCM通过从一种晶体结构转变成另一种而储存热能。此些转变具有优点，即在一些情况下，此些转变发生时材料中的体积变化较少，并且因此对于某些应用可能是合适的选择。在封装300、500、700、900、1100、1300中可以使用的固体-固体PCM的实例包含但不限于季戊四醇、新戊二醇、三羟甲基氨基甲烷、二氨基季戊四醇、三羟甲基乙烷、五甘氨酸、单氨基季戊四醇、三(羟甲基)乙酸和前述固体-固体PCM的组合。
在封装300、500、700、900、1100、1300是在小形状因子装置中实施的应用中，封装300、500、700、900、1100、1300必须适应装置的空间限制和大小约束。除了总体上大小较小之外，封装300、500、700、900、1100、1300还可以较薄以容纳具有特别薄的轮廓的小形状因子装置。如图3、5、7、9、11和13中说明，封装300、500、700、900、1100、1300的厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13(即高度)可以通过模制复合物324、524、724、924、1124的峰表面326、526、726、926、1126(针对tP13，是散热器1318的峰表面1326)与衬底308、508、708、908、1108、1308的底表面306、506、706、906、1106、1306之间的距离定义。具有(至少部分地)嵌入的散热器318、518、718、918、1118、1318和PCM322、522、722、922、1122、1322的封装300、500、700、900、1100、1300的厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13可以显著小于图1中所示的组合封装100与散热器114的厚度tP1。而且，封装300、500、700、900、1100、1300的厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13可以等于或小于图2中所示的封装200的厚度tP2。因此，根据一个实例，图3-14中说明的封装300、500、700、900、1100、1300可以具有厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13，所述厚度不大于现有技术的不具有嵌入散热器和/或PCM材料的封装。
根据本发明的一个方面，封装300、500、700、900、1100、1300的厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13可以略大于图2所示的封装200的厚度tP2。举例来说，厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13可以比厚度tP2大一倍到四倍之间。可以明白，在厚度tP2和tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13大概相同(还假设其它封装尺寸，例如宽度和长度，基本上相等)的情况下，封装300、500、700、900、1100、1300可以容纳比封装200少的模制复合物324、524、724、924、1124、1324a/1324b，因为封装300、500、700、900、1100、1300的体积的一部分被散热器318、518、718、918、1118、1318和PCM322、522、722、922、1122、1322占据。
图3、5、7、9、11和13还说明封装300、500、700、900、1100、1300内的裸片302、502、702、902、1102、1302的厚度tD3、tD5、tD7、tD9、tD11、tD13和散热器318、518、718、918、1118、1318的厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13。在本发明的至少一个方面中，散热器318、518、718、918、1118、1318的厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在裸片302、502、702、902、1102、1302的厚度tD3、tD5、tD7、tD9、tD11、tD13的0.2倍到1.0倍之间。在本发明的另一方面中，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在厚度tD3、tD5、tD7、tD9、tD11、tD13的1.0倍到4倍之间。在本发明的另一方面中，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在厚度tD3、tD5、tD7、tD9、tD11、tD13的4倍到100倍之间。作为一个实例，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13可以在1到10微米之间。作为另一实例，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13可以在10到1,000微米之间。作为又一实例，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13可以在1,000到10,000微米之间。在本发明的至少一个方面中，散热器的厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在封装300、500、700、900、1100、1300的厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13的10％到25％之间。在本发明的另一方面中，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13的25％到50％之间。在本发明的另一方面中，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13的50％到75％之间。在本发明的另一方面中，厚度tH3、tH5、tH7、tH9、tH11、tH13在厚度tP3、tP5、tP7、tP9、tP11、tP13的75％到99％之间。
在本发明的至少一个方面中，封装300、500、700、900、1100、1300的散热器318、518、718、918、1118、1318为基础裸片302、502、702、902、1102、1302和封装300、500、700、900、1100、1300整体提供支撑、稳定和安全。举例来说，散热器318、518、718、918、1118、1318和嵌入在模制复合物324、524、724、924、1124、1324a/1324b内的任何相关联的鳍片可以由金属(例如，铜)制成，其为封装300、500、700、900、1100、1300提供结构支撑。而且，散热器318、518、718、918、1118、1318还可以帮助减轻裸片和封装翘曲。举例来说，散热器318、518、718、918、1118、1318可以由具有类似/接近于衬底308、508、708、908、1108、1308的热膨胀系数的热膨胀系数的材料构成。所使用的材料还可以具有强烈地抵抗弯曲的高刚度，例如金属(例如，铜)。这些性质允许散热器318、518、718、918、1118、1318平衡衬底308、508、708、908、1108、1308的热膨胀，并且抵抗裸片302、502、702、902、1102、1302的大量弯曲，从而减轻裸片和封装的翘曲。
根据本发明的一个方面，散热器318、518、718、918、1118、1318用作热耦合到集成电路裸片302、502、702、902、1102、1302的用于被动地耗散热能的装置的一些实例。PCM322、522、722、922、1122、1322用作热耦合到散热器318、518、718、918、1118、1318的用于储存潜热的装置的一些实例。模制复合物324、524、724、924、1124、1324用作用于至少部分地封围散热器318、518、718、918、1118、1318的装置的一些实例。所述多个鳍片320、1120a、1120b、1320和腔室屏障/壁520、932用作用于增加散热器318、518、718、918、1118、1318的表面积的装置的一些实例。盆328、1128、1328和腔室528、728、928用作用于容纳PCM322、522、722、922、1122、1322的装置的一些实例。
具有容纳PCM的模制复合物的IC的示范性实施方案
图17说明根据本发明的另一方面的倒装芯片IC封装1700的横截面的示意图。封装1700包含IC裸片1702，其具有前表面1704(即，主动表面)，所述前表面1704经由裸片附接和/或底填粘合剂1708耦合到封装衬底1706(例如，层压衬底、基于金属的衬底，例如基于铜的衬底等等)。容纳PCM1710的环氧树脂和/或树脂模制复合物封围裸片1702和裸片附接和/或底填粘合剂1708。容纳PCM1710的模制复合物还可封围可耦合到裸片1702的后侧金属化层和/或散热器。因此，不同于图1和2中描绘的封装100、200，图17所示的封装1700的复合物1710包含其中混合有PCM的传统模制复合物(所述组合在本文中可以称为“增强的模制复合物”)。传统环氧树脂和/或树脂模制复合物与PCM的此组合产生复合物1710，其提供足够量的物理支撑以稳定和保护裸片，但是还具有高于单单传统模制复合物的导热率。较高的导热率有助于比传统模制复合物更好地耗散裸片1702产生的热。封装1700具有通过PCM模制复合物1710的峰表面1712与衬底1706的底表面1714之间的距离定义的厚度tP17(即，高度)。厚度tP17可以小于或等于封装200(见图2)的厚度tP2。
在本发明的至少一个方面中，容纳PCM1710的模制复合物可以与本文中描述的各种封装300、500、700、900、1100、1300中的任一个组合使用。也就是说，在一些情况下，模制复合物324、524、724、924、1124、1324可以与PCM(本文中也称为“模制复合物相变材料”)混合以获得上文相对于复合物1710描述的益处。在模制复合物内混合的PCM的具体类型可以是上文相对于PCM322、522、722、922、1122、1322描述的PCM中的任一个。根据本发明的一个方面，增强的模制复合物1710用作用于封围包括其中混合的相变材料的裸片1702的装置的一个实例。
图18说明根据本发明的一个方面的用于制造具有被动热管理的设备的方法的流程图1800。在步骤1802处，模制复合物可以与模制复合物相变材料混合以产生增强的模制复合物。在步骤1804处，集成电路裸片可以用增强的模制复合物封围。在步骤1806处，散热器可以热耦合到集成电路裸片。在步骤1808处，相变材料可以热耦合到散热器。在步骤1810处，散热器可以至少部分地封围在增强的模制复合物内。在步骤1812处，相变材料可以完全封围在增强的模制复合物内。
图19说明根据本发明的一个方面的用于被动地冷却集成电路裸片的方法的流程图1900。在步骤1902处，所述方法包括将集成电路裸片热耦合到热管理设备，其中所述热管理设备包含增强的模制复合物。所述增强的模制复合物包括与模制复合物相变材料混合的模制复合物。在步骤1904处，所述方法进一步包括在集成电路裸片处产生热能。在步骤1906处，所述方法进一步包括通过在增强的模制复合物内吸收热能而被动地耗散在集成电路裸片处产生的热能。
图20说明可以与前述IC封装300、500、700、900、1100、1300、1700中的任一个集成的各种电子装置。举例来说，移动电话2002、膝上型计算机2004和固定位置终端2006可以包含具有被动热管理的IC封装2000。IC封装2000可以是(举例来说)本文中描述的封装300、500、700、900、1100、1300、1700中的任一个。图20中说明的装置2002、2004、2006只是示范性的。其它电子装置也可具有IC封装2000，包含但不限于手持个人通信系统(PCS)单元、便携数据单元(例如个人数据助理)、带有GPS功能的装置、导航装置、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(例如，仪表读取设备)或任何其它存储或检索数据或计算机指令的装置或其任何组合。
上述方面只是具有板上倒装芯片(COB)集成电路的可能的实施方案的实例。可以对上述实施例进行许多变动和修改，而并不偏离本发明的原理。举例来说，具有散热器和PCM的上述方面可以同样地适用于其它类型的封装，包含但不限于结合线板上芯片封装、双列直插封装(DIP)封装、针栅阵列(PGA)封装、无引线芯片载体(LCC)封装、小外形集成电路(SOIC)封装、塑料引线芯片载体(PLCC)封装、塑料四方扁平封装体(PQFP)封装和薄四方扁平封装体(TQFP)封装、薄小外形封装(TSOP)封装、连接盘栅格阵列(LGA)封装和四方扁平无引线(QFN)封装。所有此些修改和变动都意在包含在本发明的范围内。
图3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和/或20中说明的组件、步骤、特征和/或功能中的一或多个可以重新排列和/或组合成单个组件、步骤、特征或功能，或者体现在若干组件、步骤或功能中。还可以添加额外的元件、组件、步骤和/或功能，而并不偏离本发明。图3-14中说明的封装、设备、装置和/或组件可以通过图15和/或16中描述的方法、特征或步骤中的一或多个来形成。图17中说明的封装、设备、装置和/或组件可以通过图18和/或19中描述的方法、特征或步骤中的一或多个来形成。
此外，应注意到，本发明的方面可以描述为一个过程，所述过程描绘为流程图、流图、结构图或框图。尽管流程图可将操作描述为顺序过程，但可并行或同时执行许多操作。另外，可重新安排操作的次序。过程在其操作完成时终止。过程可以对应于方法、功能、程序等。
本文中描述的本发明的各种特征可以在不同系统中实施，而不会偏离本发明。应注意，本发明的前述方面只是实例，并且不应理解为限制本发明。对本发明的方面的描述意在是说明性的，并且不意在限制权利要求书的范围。因而，本教示可容易地应用于其它类型的设备，且许多替代方案、修改和变化对于所属领域的技术人员来说将为显而易见的。

Claims (31)

1.一种具有被动热管理的设备，所述设备包括：
集成电路裸片；
热耦合到所述集成电路裸片的散热器；
热耦合到所述散热器且完全被所述散热器封围的相变材料PCM；以及
模制复合物，其完全封围所述散热器，其中所述模制复合物封围所述PCM，并且其中所述PCM经配置以在所述集成电路裸片的操作温度内从固体转变成液体。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器包括多个鳍片，并且所述PCM的至少一部分插入在所述多个鳍片之间。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器包括形成至少一个盆的多个鳍片，并且所述PCM的至少一部分驻留在所述盆中。
4.根据权利要求3所述的设备，其中封围所述PCM的所述模制复合物物理地接触所述PCM。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器包括多个鳍片，所述多个鳍片形成容纳所述PCM的多个盆，所述多个盆沿着所述散热器的长度紧邻彼此并排地定位。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器包括容纳所述PCM的多个腔室，所述散热器封围所述PCM。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述多个腔室沿着所述散热器的长度紧邻彼此并排地定位。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述多个腔室沿着所述散热器的厚度紧邻彼此并排地定位。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器包括位于所述裸片的高热区域上的第一区域和位于所述裸片的低热区域上的第二区域，所述第一区域包含具有插入在其中的所述PCM的多个鳍片，所述第二区域没有所述PCM，其中当所述设备加电时，所述裸片的所述高热区域在比所述裸片的所述低热区域大的速率下产生热能。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述PCM适于通过在其熔点下将相从固体改变成液体而被动地耗散由所述裸片产生的热能。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述PCM的所述熔点小于所述裸片的最大允许操作温度tM。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器的厚度在所述裸片的厚度的一(1)倍到十(10)倍之间。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述散热器适于减少裸片翘曲。
14.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
后侧金属化层，其具有热耦合到所述裸片的第一侧和热耦合到所述散热器的第二侧。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述PCM是下面中的一个：具有膨胀石墨的形状稳定的复合石蜡，具有膨胀石墨的微米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物，具有膨胀石墨的纳米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物，微米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物，或纳米囊封的复合石蜡和高密度聚乙烯复合物。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述模制复合物包括模制复合物相变材料。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备并入到下面中的至少一个中：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、通信装置、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机和/或膝上型计算机。
18.一种设备，其包括：
集成电路裸片；
热耦合到所述集成电路裸片的用于被动地耗散热能的装置；
热耦合到用于被动地耗散热能的所述装置且完全被用于被动地耗散热能的所述装置封围的用于储存潜热的装置；以及
用于完全封围用于被动地耗散热能的所述装置的装置，其中用于完全封围用于被动地耗散热能的所述装置的所述装置封围用于储存潜热的所述装置，并且其中用于储存潜热的所述装置经配置以在所述集成电路裸片的操作温度内从固体转变成液体。
19.根据权利要求18所述的设备，其进一步包括：
用于增加用于被动地耗散热能的所述装置的表面积的装置，其中用于储存潜热的所述装置的至少一部分插入在用于增加用于被动地耗散热能的所述装置的所述表面积的所述装置之间。
20.根据权利要求18所述的设备，其中用于被动地耗散热能的所述装置包括用于容纳用于储存潜热的所述装置的装置，用于被动地耗散热能的所述装置封围用于储存潜热的所述装置。
21.根据权利要求20所述的设备，其中用于容纳用于储存潜热的所述装置的所述装置沿着用于被动地耗散热能的所述装置的长度与用于容纳用于储存潜热的所述装置的第二装置紧邻彼此并排地定位。
22.根据权利要求20所述的设备，其中用于容纳用于储存潜热的所述装置的所述装置沿着用于被动地耗散热能的所述装置的厚度与用于容纳用于储存潜热的所述装置的第二装置紧邻彼此并排地定位。
23.根据权利要求18所述的设备，其中用于储存潜热的所述装置通过在其熔点下将相从固体改变成液体而耗散由所述裸片产生的热能，并且用于储存潜热的所述装置的所述熔点小于所述裸片的最大允许操作温度tM。
24.根据权利要求18所述的设备，其中用于被动地耗散热能的所述装置的厚度在所述裸片的一(1)倍到十(10)倍之间。
25.根据权利要求18所述的设备，其中用于完全封围用于被动地耗散热能的所述装置的所述装置包括相变材料。
26.根据权利要求18所述的设备，其中用于储存潜热的所述装置是相变材料。
27.根据权利要求18所述的设备，其中用于被动地耗散热能的所述装置是散热器。
28.根据权利要求18所述的设备，其中用于封围的所述装置是模制复合物。
29.一种设备，其包括：
集成电路裸片；
模制复合物，其具有混合在其中的模制复合物相变材料，所述模制复合物封围所述集成电路裸片；
热耦合到所述集成电路裸片的散热器；以及
热耦合到所述散热器且完全被所述散热器封围的相变材料，其中所述模制复合物完全封围所述散热器，并且完全封围所述相变材料。
30.根据权利要求29所述的设备，其中所述设备并入到下面中的至少一个中：音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、通信装置、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板计算机和/或膝上型计算机。
31.一种设备，其包括：
集成电路裸片；
用于封围所述集成电路裸片的装置，其中用于封围所述集成电路裸片的所述装置包括混合在其中的相变材料；
热耦合到所述集成电路裸片的用于被动地耗散热能的装置；以及
热耦合到用于被动地耗散热能的所述装置且完全被用于被动地耗散热能的所述装置封围的用于储存潜热的装置，其中用于封围的所述装置完全封围用于被动地耗散热能的所述装置，并且完全封围用于储存潜热的所述装置。
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