CN115642135A - 带有流动通道的热量分布装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及带有流动通道的热量分布装置。一种热量分布装置,包括主体、凹入腔体和多个肋。凹入腔体定位在主体内,并且包括内表面、围绕内表面延伸并限定内表面的周边壁,以及凹入腔体内的中心点。多个肋延伸远离凹入腔体的内表面。多个肋围绕中心点同心地布置并在多个肋之间限定多个通道。多个肋中的每一个具有朝向中心点倾斜的顶表面。多个肋布置成使得多个肋的顶表面共同形成热量分布装置内的非平坦表面。
Description
分案说明
本申请属于申请日为2020年10月20日的中国发明专利申请202011125148.X的分案申请。
技术领域
本公开涉及带有流动通道的热量分布装置。
背景技术
本申请涉及电子装置的领域,且具体地涉及用于微电子元件(诸如半导体芯片)的热管理和冷却的热量分布装置的领域。可以在微电子组件内利用这种热量分布装置,以帮助减少由组件内的微电子元件产生的热量。
发明内容
本公开的方面对于利用根据本公开的方面制造的热量分布装置的芯片组件是有利的。本公开的一个方面提供了一种热量分布装置,该热量分布装置包括主体、定位在主体内的凹入腔体,以及多个肋。凹入腔体可以具有内表面、围绕内表面延伸并限定内表面的周边壁以及在凹入腔体内的中心点。所述多个肋可以延伸远离凹入腔体的内表面。所述多个肋围绕中心点同心地布置并在所述多个肋之间限定多个通道。所述多个肋中的每一个可以具有朝向中心点倾斜的顶表面。所述多个肋布置成使得所述多个肋的顶表面共同形成热量分布装置内的非平坦表面。热量分布装置还可以包括定位在中心点处的通风孔。根据一些示例,所述多个肋中的每一个的顶表面包括曲率半径。例如,非平坦表面可以是凹形表面或凸形表面。所述多个肋还可以包括第一端和邻近中心点的相对的第二端。在一些示例中,第一端的第一高度可以大于第二端处的第二高度。第二端可以与凹入腔体的内表面齐平。
在一些示例中,所述多个肋包括第一端和邻近中心点的相对的第二端。第一端的第一高度可以大于第二端处的第二高度。在一个示例中,第二端的边缘可以与凹入腔体的内表面齐平。在另一个示例中,第二高度可以延伸远离内表面。
根据本公开的另一方面,一种热量分布装置包括主体、定位在主体内的通风孔,以及多个肋。这些肋围绕通风孔同心地布置并在肋之间限定多个通道。所述多个肋中的每一个可以具有朝向通风孔倾斜的顶表面。所述多个肋可以布置成使得所述多个肋的顶表面共同形成热量分布装置内的非平坦表面。在一些示例中,所述多个肋中的每一个可以包括第一端和相对的第二端。每个肋的第一高度可以大于每个肋的第二高度。所述多个肋中的每一个的第二端可以定位成邻近通风孔。另外,所述多个肋中的每一个的第二端可以与主体的表面齐平。在其他示例中,所述多个肋的第二端可以同心地布置并且与通风孔间隔开,以便在所述多个肋的第二端中的每一个与通风孔之间形成中央区域。
在一些示例中,所述多个肋中的每一个的顶表面包括曲率半径。在一个示例中,非平坦表面是凹形表面,但在其他示例中,非平坦表面可以是凸形表面。
在一些示例中,热量分布装置还包括在主体内的凹入腔体,并且所述多个肋可以定位在凹入腔体内。周边壁可以围绕凹入腔体延伸。所述多个肋中的每一个可以具有定位成直接邻近周边壁的第一端和定位成直接邻近通风孔的第二端。
一种微电子组件包括热量分布装置、半导体芯片和热界面材料。热量分布装置包括主体、主体内的凹入腔体、腔体内的通风孔、围绕通风孔径向地延伸的多个倾斜肋,以及形成在每个倾斜肋之间的相应空间中的多个通道。半导体芯片可以至少部分地定位在凹入腔体内并且覆盖倾斜肋的顶表面。芯片的活性表面可以面向多个倾斜肋。热界面材料布置在通道内并且在半导体芯片与凹入腔体的表面之间。
在一个示例中,半导体芯片包括结合在一起并形成四个角部的边缘表面。半导体芯片与热界面材料之间的第一接触压力在半导体芯片的中央区域处比在半导体芯片的四个角部处的第二接触压力高。半导体芯片的中央区域包括半导体芯片的覆盖热量分布装置的围绕通风孔周向地延伸的表面的部分。
在另一个示例中,半导体芯片与热界面材料之间的接触压力均匀地分布在半导体芯片的活性表面上。
在另一个示例中,半导体芯片具有至少一个边缘,该边缘的长度大于或等于2.5英寸。
根据本公开的另一方面,一种制造芯片组件的方法包括:提供热量分布装置,该热量分布装置包括具有内表面的主体、延伸穿过定位在主体内的内表面的通风孔、围绕通风孔同心地布置并在其间限定多个通道的多个肋,所述多个肋中的每一个具有朝向通风孔倾斜的顶表面,其中,所述多个肋布置成使得所述多个肋的顶表面共同形成热量分布装置内的非平坦表面;将热界面材料沉积到内表面上;将微电子元件结合到肋的顶表面,热界面材料定位在微电子元件与肋之间;以及向微电子元件的暴露表面施加压力,以使热界面材料径向地和切向地散布在微电子元件的相对的底表面上并朝向通风孔穿过通道。
根据一个示例,可以在半导体芯片的暴露表面上方提供包覆模制。
附图说明
图1A是示出了根据本公开的方面的示例曲率的示例芯片。
图1B是示出了根据本公开的方面的示例曲率的示例芯片。
图1C是示出了根据本公开的方面的示例曲率的示例芯片。
图2是根据本公开的方面的示例热量分布装置的立体图。
图3是图2的热量分布装置的仰视立体图。
图4是图2的热量分布装置的俯视图。
图5是图4所示的热量分布装置的一部分的放大截面图。
图6A是图2所示的热量分布装置的一部分的放大截面立体图。
图6B是沿图2的线A-A截取的示意性截面图。
图7是根据本公开的方面的图6A所示的示例肋的示意图。
图8是根据本公开的方面的图2的热量分布装置内的芯片的示例组件的立体图。
图9示出了根据本公开的方面的图2的热量分布装置内的芯片和包覆模制的组件。
图10A是示出了图8的芯片组件的分解立体图。
图10B是示出了图8所示的芯片组件的截面的示意性截面图。
图11是示出了根据本公开的方面的图2的热量分布和另一示例芯片的分解立体图。
图12是示出了根据本公开的方面的图2的热量分布和另一示例芯片的分解立体图。
图13是根据本公开的方面的另一示例肋。
图14是根据本公开的方面的另一示例肋。
图15是根据本公开的方面的另一示例肋。
图16是根据本公开的方面的另一示例肋。
图17是示出了根据本公开的方面的制造方法的流程图。
具体实施方式
概述
应当理解,已经简化了本发明的附图和说明以示出与清楚理解本发明相关的元件,同时为了清楚起见,省去了本领域中常规的许多其他元件。本领域普通技术人员将认识到其他元件对于实现本发明是期望的。然而,因为这种元件在本领域中是众所周知的,并且因为它们不利于更好地理解本发明,所以本文未提供对这种元件的讨论。此外,在可能的范围内,相似的附图标记将用于描述相似的元件。
热量分布装置通常用于冷却微电子组件中的微电子元件。这种热量分布装置可以包括散热器、水块、冷板,以及这些装置和其他装置中的一个或多个的组合。微电子元件的示例可以包括微电子芯片、半导体芯片、非半导体芯片、存储器芯片、集成电路芯片等。应当理解,热量分布装置的讨论将参考“芯片”进行,但是本文公开的热量分布装置不限于可以与芯片或任何特定类型的芯片一起使用,并且可以涵盖可从热量分布装置中受益的任何微电子元件。
传统的热量分布装置对于较大的芯片(诸如在至少一侧上大于2.5英寸的芯片)效果较差。较大的芯片具有增加的曲率度,使得难以在封装组件中的芯片及另一部件的整个表面上形成均衡的结合。例如,芯片的表面通常包括随着芯片的尺寸而增加的一些类型的曲率。曲率也可能由不同的制造工艺、结构设计和材料以及在芯片封装和回流期间引起。
具有增加的尺寸的芯片的曲率的常见形状包括图1A至图1C所示的半导体芯片。图1A示出了芯片10,该芯片具有顶部和活性表面12、底表面14和相对的外边缘16。芯片10被示出为处于面向上的位置,其中,活性表面12具有凹曲率。该曲率导致芯片10的边缘16向内弯曲。参考平面A1被示出为延伸穿过芯片10。外边缘16被示出为向上弯曲并远离平面A1,而芯片10的中央部分18被示出为凹入并定位在平面A1下方,使得中心18定位在外边缘16下方。
如图1B所示,芯片10'具有活性表面12'和相对的底表面14',该活性表面处于面向上的位置并具有凸曲率。外边缘16'相对于芯片10'的中心18'向下弯曲。示出了参考平面A2。与向下弯曲并远离平面A2的外边缘16'相比,中心18'是弯曲的并且向上延伸并远离平面A2。因此,外边缘16'定位在中心18'下方。
在图1C中示出了当处于面向上的位置时的具有“m”形曲率的芯片。参考平面A3延伸穿过芯片10”的中心。如图所示,外边缘16”和中心18”将向下并远离平面A3定位一相似的距离,而定位在其间的芯片10”的部分将向上并远离平面A3定位(形成“m”形的峰)。
诸如图1A至图1C所示,当热界面材料(TIM)结合到较大的芯片并且可能包括一定程度的曲率时,TIM上的接触压力会影响热阻、冷却效率以及制造芯片组件的总成本。当芯片尺寸小(在每侧上<2英寸)时,接触压力更容易控制。当芯片尺寸大(在每侧上>2.0英寸,包括在每侧上>2.5英寸)时,利用传统的冷板/散热器设计很难控制TIM接触压力,因为这种设计无法适应大的表面积上的芯片尺寸和形状之中的变化。
为了解决利用具有增大的尺寸和形状的芯片的当前热量分布装置和芯片组件的缺点,公开了一种热量分布装置以及一种包括该热量分布装置的芯片组件,其可以增加芯片与TIM之间的接触压力。这进而减少了封装组件内的热量。此外,热量分布装置的设计可以用于包括具有大表面积的不同尺寸和形状的芯片。如上所述,热量分布装置可以包括散热器、冷板等。为了便于讨论,将热量分布装置称为冷板,但是应当理解,热量分布装置可以包括除冷板以外的其他结构。
冷板可以包括扩大的腔体,该腔体具有在腔体内的凸起的翅片或肋和通道的模式。在一个示例中,冷板可以包括在冷板的中央部分内的腔体。腔体内的中心点可以包括通风孔,该通风孔延伸穿过冷板的厚度并定位在腔体的中心内。
凸起的翅片或肋可以定位在腔体内并且围绕通风孔的周界径向地延伸。通道可以布置在每个凸起的肋之间。
单个肋的高度可以沿其长度变化。例如,肋可以具有朝向通风孔倾斜的倾斜顶表面。在这种示例中,每个肋的最外边缘在竖直方向上可以具有第一高度,该第一高度大于最靠近通风孔的相对的内边缘的第二高度,或者反之亦然。顶表面可以朝向中心倾斜,或者可以另外地或替代地具有曲率半径,使得肋的顶表面的至少一部分是弯曲表面。
肋和相应的倾斜顶表面的共同组合可以在中央腔体内创建任何期望的表面。在肋的顶表面是凹形的并且朝向通风孔向下倾斜的示例中,腔体内的肋的共同顶表面可以创建整体凹形表面。类似地,在肋的顶表面从外边缘朝向中央开口向上倾斜的情况下,肋的共同顶表面可以创建整体凸形表面。由肋的共同顶表面创建的多种类型的表面也在本公开的范围内。
冷板可以在半导体芯片组件内实现以消散由芯片产生的热量。例如,可以利用TIM(诸如热胶)将扩大的芯片附接到冷板。由倾斜的脊创建的凹形表面将补偿芯片的凹形表面或弯曲边缘。这种配置允许冷板与各种尺寸和形状的芯片一起使用,包括沿至少一个边缘的尺寸为2.5mm、甚至大于2.5mm且包括至少5mm的较大芯片,同时仍然在芯片与板之间提供良好的接触压力。使用常规的散热片不容易实现这种接触压力。
可以将冷板合并到芯片组件中,以消散由组件内的部件产生的热量。TIM(诸如热胶)可以用于将芯片结合到冷板,并帮助进一步消散组件内的热量。热胶可以设置到冷板的腔体内的一些或所有肋的顶表面上。然后可以将芯片放入腔体中,并向芯片和TIM施加压力。当芯片结合到冷板上时,在芯片上施加压力将导致热胶流向通风孔,并且分布在整个通道中。芯片可以进一步在腔体、肋和通道内的热胶内自定中心,这将进一步补偿芯片与冷板之间的任何平面性差异。
热胶在通道和腔体内的分布增强了芯片与热胶之间的接触。芯片的中央部分处的接触压力可以大于芯片的最外边缘处的接触压力。这有益于将热量分布在芯片的中心,即,芯片的最热部分,特别是在芯片尺寸较大时。
公开的热量分布结构允许芯片与TIM之间的接触压力的相对均匀的分布。为了增加接触压力,可以修改凸起肋的特征,诸如肋的倾斜的厚度、高度和形状。
因此,本文公开的特征可以提供一种热量分布结构,该热量分布结构利用肋的预定布置来增加芯片与TIM之间的接触压力。由于由大表面积引起的芯片的弯曲形状以及在芯片制造等期间的缺陷,所以这种特征可以解决与将具有大平坦表面的芯片结合到热量分布装置的表面相关的缺点。
示例冷板
图2是示例热量分布装置,诸如冷板100。冷板100总体上包括凹入腔体110,其具有凸起的翅片或肋120以及形成在布置于腔体110内的每个凸起的肋120之间的通道130的模式。冷板可以由已知的散热材料形成,例如铝、铜、银和金属合金。冷板100也可以使用模制、机加工和类似工艺来制造。
冷板100包括外部顶表面102和相对的底表面104(图3)。底表面104被示出为连续的平坦表面,但在其他示例中,该表面可以变化。腔体110由凹入的内表面112和周边边缘114限定,该周边边缘从凹入的内表面112向上延伸至冷板100的外部顶表面102。冷板100的外部顶表面102平行于腔体110的内表面112延伸并形成围绕腔体110延伸的周边表面。
通风孔106从腔体110的内表面112穿过冷板100的厚度延伸穿过冷板100的底表面104。这允许通风孔106在内表面112和底表面104两者处都具有开口。通风孔106可以相对于冷板100的周边以及腔体110的周边居中定位,尽管在其他示例中,孔106的位置可以调节。此外,可以基于期望的接触压力来修改通风孔106的尺寸、形状和位置,以在芯片的中心处实现,如下面进一步讨论的。在其他示例中,通风孔106完全被从冷板省略。
尽管冷板100和腔体110可以采用任何形状,但冷板100和腔体110可以为正方形。例如,冷板或腔体可以是圆形、半圆形、矩形或任何形状或变形。整个冷板的形状和腔体的形状可以可替代地不同。例如,冷板的外部形状可以为正方形,但腔体110可以为圆形,并且反之亦然。腔体的整体尺寸也可以变化,但在一个示例中,腔体110足够大以容纳在每个边缘上为2.5英寸长或更大的芯片。
多个肋120可以定位在腔体110内并且以特定模式布置。例如,参考图4(俯视图)以及图5(图4的放大部分),多个肋120被示出为以圆形模式围绕通风孔106延伸。在该示例中,存在大约72个肋,但在使用更少或更多数量的肋的替代示例中,肋的数量可以不同。如下讨论的,冷板100的腔体110中的肋120通常维持相同的特性,并且仅基于长度而不同。为了便于讨论,应当理解,对肋120的引用适用于冷板100中的所有肋。可以进一步标识某些肋以便于讨论,但对那些特定肋的讨论应当理解为在其他方面具有与任何肋120相同的特性。
肋120可以直接被定位为邻近周边边缘114,并从周边边缘114朝向通风孔106延伸。如图所示,每个肋120的第一端122与每个邻近的肋120的第一端122间隔开。参考图5的放大图,每个肋120的第二端124与每个邻近的肋120的直接邻近的第二端124均匀地间隔开。
在该示例中,每个肋120的第二端124终止于远离通风孔相同的周向距离处,使得每个邻近的肋120与通风孔106均匀地且周向地间隔开。这允许在通风孔106与每个点P之间的腔体110的中心处有空间126。在该示例中,空间126是圆形空间,但可以通过改变每个肋120的第二端124远离通风孔106的距离来实现其他形状,诸如正方形、半圆形等。在其他示例中,每个肋120的第二端124不需要与通风孔106均匀地间隔开,并且第二端124可以交错或以任何类型的模式布置。如稍后将讨论的,空间126允许在冷板100的中心处聚集流体(诸如热胶或空气或气体),以帮助控制在将结合到冷板100的芯片的中心处的接触压力。
图6A是腔体的一部分和其中的肋的放大截面立体图,并且图6B是示意性截面图。每个肋120的总长度L可以不同。由于肋120围绕通风孔106的辐射模式,从周边边缘114到邻近通风孔106的点的距离可以变化,使得每个肋120的长度可以与直接邻近的肋120不同。例如,在腔体110的四个角部处的肋比从两个邻近的角部之间的周边边缘上的点延伸的肋向通风孔106延伸更大的距离。仍然参考图6A,定位在腔体110的两个邻近的角部处的角部肋120A和角部肋120B的长度L1大于定位在肋120A和120B之间的中间点处的中间肋120C的长度L2。
图7是具有第二端124的单个肋120的示意图,该第二端被表示为与肋120所覆盖的表面(诸如内表面112)齐平。单个肋120的高度可以沿其长度L变化。例如,参考图7,肋120的顶表面128可以朝向通风开口106倾斜。肋120在第一端122处的第一高度H1可以大于在肋120的第二端124处的第二高度H2。在图7的示例中,肋120将连续地朝向通风孔106倾斜,使得肋120的第二端124与内表面112齐平,并且第二高度H2为“0”。(也参见图6A)。如图所示,肋120的顶表面128也可以具有曲率半径R1,使得肋120的至少一部分具有弯曲表面。
仍然参考图7,每个肋120的厚度或宽度可以在其整个长度上保持相对恒定。肋120的第一端122的宽度W1基本上等于肋120的邻近通风孔106的相对的第二端124处的宽度W2。在其他示例中,该宽度可以沿其长度变化。例如,肋120的第一端122处的宽度W1可以大于或小于第二端124处的宽度W2。类似地,宽度W1和W2可以相等,但该宽度可以在W1与W2之间变化一次或多次。
肋120还可以包括沿其长度的曲率半径。在该示例中,曲率半径R1允许在每个单独的肋120上创建凹形表面。在其他示例中,可以存在多个曲率半径,或者导致在肋120上形成不同类型的表面(诸如凸形表面)的替代曲率。
再次参考图4、图5和图6A,在每个邻近的肋120之间的空间中形成有流动通道130。基于两个邻近的肋120之间的距离,流动通道的宽度可以沿其长度变化。如图6中最佳所示,邻近周边边缘114的流动通道130的宽度W3大于邻近通风孔106的每个流动通道130的宽度W4。由于直接邻近肋120的第二端124之间的间隔,流动通道130将终止于邻近通风孔106的点P处。
一些或所有肋可以与冷板100的主体一体地形成,或者一个或多个肋可以单独制造并附接到腔体110的内表面112。在一个示例中,肋120由包括冷板100的其余部分的相同材料形成。在其他示例中,每个肋120由与冷板的主体不同的材料形成。
肋与相应的倾斜和凹形表面的共同组合可以在腔体110内创建任何期望的表面。在该示例中,在肋120的顶表面128朝向通风孔106向下倾斜或弯曲的情况下,腔体110内的肋120的共同顶表面128创建整体凹形表面。例如,如图6A和图6B所示,肋120的顶表面128逐渐变得与腔体110的内表面112齐平。这在腔体110上创建了整体凹形表面,在该凹形表面中,共同的肋形成了向内弯曲的表面。在替代示例中,可以通过利用具有不同形状和模式的肋来创建不同类型的表面,如将在本文中讨论的。
冷板可以与半导体芯片结合以消散由芯片产生的热量。例如,图8示出了定位在冷板100的腔体内的芯片10(如前讨论的)的示例。图9示出了具有覆盖芯片10和冷板100的包覆模制138的示例完整组件50。尽管未示出,但完整组件50还可以合并到另一组件中,包括附接到印刷电路板等。
图10A示出了芯片和冷板100的分解图,其中,芯片10'的活性表面(图1B)当处于面向上的位置时具有凸形和弯曲表面。如上所述,芯片10'可以是尺寸增加的芯片。芯片10'可以大于2.5英寸,并且在一侧或多侧上为5英寸或更大。在该示例中,在腔体110内可以设置有TIM以帮助芯片10'与冷板100之间的热传导,从而增强它们之间的热耦接。在一个示例中,TIM是室温流体,诸如热胶140。其他热界面材料也可以在系统内实现,包括其他类型的热粘合剂、热凝胶、热腻子、热间隙填充剂、相变材料、金属TIM等。
可以以任何多种方式将热胶140施加到冷板100。在一个示例中,热胶140设置在某些通道130内。热胶140被示出为分布在若干通道130中,但热胶140可以沉积到任何数量的通道中。当芯片10'结合到热胶140时,热胶140将在径向方向和切向方向两者上流动。这允许热胶140沿通道并在通道内朝向通风孔106流动,并且在需要时溢出到相邻通道130中。此外,热胶140分散在芯片的表面轮廓上。在另一个示例中,可以在腔体110的内表面112上的某些点处提供热胶滴,当芯片10结合到冷板100时,该热胶滴将类似地分布在芯片10以及腔体内的肋120和通道130的表面上。
如图10B(图8的示意性截面图)的示例中所示,可以使用热胶140将芯片10'的前部和活性表面12'结合到冷板100。当结合到冷板100时,芯片10'处于面向下的位置,使得芯片10的整体形状是凹形的,并且活性表面12'相对于冷板100的顶表面具有凹曲率。如图所示,热胶140将具有面对肋120和通道140的顶表面140A,以及背对肋120并朝向芯片10'的后表面140B。芯片10'将覆盖肋120的凹形顶表面128并且可以接触一个或多个肋120,以及覆盖并接触热胶140的后表面140B,和/或被嵌入热胶140内。尽管增加了芯片10'的尺寸和轮廓边缘,但肋120的凹形形状通过补充芯片10的现在凹形的顶表面12来补偿芯片10'的非平面性。这有助于在芯片10'与冷板100之间提供更好的接触表面。此外,锥形流动通道130(图10A)允许热胶140流动并在芯片10'的整个表面上以及在朝向通风孔106的方向上分布。由于流动通道的配置,热胶140可以聚集在通风孔106处或附近的空间126中。热胶也可以流入通风孔106中。通风孔106还可以提供用于可能存在于腔体中的气泡逸出的通风孔。
热胶140在通风孔106处的聚集可以帮助增加芯片10的中心上的接触压力。肋120和通道130内的热胶140将进一步允许芯片10'与冷板100之间的平面性变化。而且,芯片可以在腔体110内的热胶内自定中心,这将有助于进一步补偿芯片与冷板之间的任何平面性差异。
根据本公开的方面,冷板100可以提供芯片10'与冷板100之间的增加的且受控的接触压力。冷板利用肋120,该肋的顶表面128以一定的模式布置以在腔体110内创建整体凹形表面。在腔体110包括多个肋、每个肋的曲率半径R1'为2.1mm、厚度/宽度W为1mm、高度H1为0.5mm并且通风孔106的直径为2mm的示例中,可以在组件中实现增加的接触压力。在芯片10'的活性表面12'在面向上的位置具有凸形形状并且在面向下的位置结合到冷板100、并且热胶140具有面对冷板100的肋120的顶表面140A以及面对芯片10'的后表面140B的示例中,芯片相对于冷板100的顶表面的整体形状是凹形形状。
用于确定该芯片配置中的热胶上的接触压力的模拟表明,大约0.18MPa的均衡或均匀地分布的接触压力可以分布在热胶140的面对芯片10'的活性表面的整个底表面140B上。即使在芯片10'的增加的表面积与肋和冷板100的顶表面之间的共面性存在较大差异(诸如0.5mm)的情况下,也可以通过芯片10'在热胶140的底表面140B上实现这种均匀分布的接触压力。而且,在热胶140的底表面的中心以及芯片的中央区域C2(也参见图1B)处可以实现大约0.18MPa的高接触压力,该中央区域是芯片10'的热点。中央区域C2可以包括芯片10'上的位于芯片10'的四个角部121的区域中心中的任何区域或点。例如,中央区域C2可以包括芯片10'的覆盖通风孔106的部分或冷板的直接围绕通风孔延伸的部分或这两者。中央区域C2还可以包括芯片C2的确切中心。
通过流动通道可以在热胶140的顶表面140A处实现大约0.16MPa的接触压力,并且通过肋120可以在TIM的顶表面140A处实现大约0.12MPa的接触压力。因此,利用根据本公开的方面的冷板100可以实现增加的接触压力。
在芯片的中央区域C2处增加的压力可能在芯片在芯片的中央位置或区域处产生最高热量,并且通常在其中心最热的意义上是有益的。确保芯片的中央区域处的高接触压力可以帮助进一步确保冷板在最佳条件下操作,从而更有效地分布来自芯片组件的热量。应当理解,关于图10A至图10B讨论的以上参数仅提供一个示例,并且可以对任意一个肋的曲率半径、厚度/宽度和高度中的一个或多个进行多种修改,以及对布置肋的模式、冷板的形状和其他参数进行修改,以实现增加的和最佳的接触压力。而且,还可以结合本文公开的结构和方法来利用基本平面的芯片。
冷板100可以用于补偿不同形状和尺寸的芯片,同时仍然在热界面材料上实现高接触压力。图11示出了包括芯片10的芯片组件的分解立体图(也参见图1A)。图10A至图10B和图11的示例之间的唯一区别是芯片的活性表面相对于冷板的顶表面的曲率。芯片10具有在面向上的位置中带有凹曲率的活性表面,使得芯片10的外边缘向上定向并且芯片10'的中心18'向下且远离最外边缘定位。一旦放置到冷板200内的面向下的位置,芯片10就可以具有相对于冷板200的顶表面的整体凸形形状。芯片10可以是大于2.5英寸的更大的芯片,并且在该示例中,芯片10在每一侧上可以是至少5英寸。在其他示例中,芯片可以是小于2.5英寸的小得多的芯片,或者可替代地大于5英寸。冷板200与冷板100相同,并且包括围绕通风孔206布置的凹形肋220和通道230,其共同形成腔体210内的凹形表面。热胶240可以再次设置在通道230内。尽管肋120的顶表面228形成凹形表面并且芯片10相对于冷板100的顶表面具有整体凸形形状(当处于面向下的位置时),仍然可以实现高接触压力。
用于确定在该示例芯片配置中在热胶上的接触压力的示例模拟导致在热胶240的底表面上的接触压力分布在大约0.16MPa至0.18MPa之间,其中,即使具有大的共面性差异(诸如0.5mm),并且芯片10具有带有凸形表面的大表面积,也可以实现朝向热胶240的底表面的中央部分的0.18MPa的接触压力。
类似地,芯片10的中央区域C1处的接触压力(也参见图1A)可以大于芯片10在其四个角部处的接触压力。在该示例中,在热胶240的底表面的四个角部处的压力可以是大约0.15MPa,并且在芯片的中央区域C1处的接触压力可以是大约0.18MPa,使得在芯片的中央区域C1处的接触压力比在芯片的四个角部221处的接触压力大20%。如图所示,中央区域C1可以包括芯片10上的位于芯片10的四个角部221的区域中心中的任何区域或点。例如,中央区域C1可以包括芯片10的覆盖通风孔106的部分或冷板的直接围绕通风孔延伸的部分或这两者。中央区域C1还可以包括芯片C1的确切中心。
在热胶240的面对冷板100的顶表面处,可以在热胶240的在流动通道内的部分上实现大约0.14MPa的接触压力,并且可以在热胶240的与冷板200的肋220接触的部分上实现0.12MPa的接触压力。
在芯片的中央区域C1处的增加的压力可以在芯片在芯片的中央位置或区域出产生最高热量,并且通常在其中心最热的意义上是有益的。确保芯片的中央区域处的高接触压力将有助于进一步确保冷板在最佳条件下操作,从而更有效地分布来自芯片组件的热量。应当理解,这些参数仅提供一个示例,并且可以对任一个肋的曲率半径、厚度/宽度和高度中的一个或多个进行多种修改,以及对布置肋的模式、冷板的形状和其他参数进行修改,以实现增加的和最佳的接触压力。
图12示出了利用与本文先前公开的冷板100和200相同的冷板300的另一分解的芯片组件。芯片10”可以是放大的芯片,其在至少一侧上大于2.5英寸,并且在面向上的位置处的形状为“m”形,如本文先前讨论的,但当在面向下的位置处定位在冷板内时将处于“w”位置。在面向下的位置中,最外边缘14”和中心18”现将向上弯曲。当芯片10”附接到冷板300时,热胶340将沿芯片10”的活性表面12”流动。如在先前的实施例中,热胶340将沿流动通道330并穿过流动通道在径向方和切向方向两者上流动通过腔体310。
尽管活性表面在面向下的位置中具有“w”形轮廓,该轮廓与冷板300的腔体310内的多个肋320的布置所创建的凹形表面不互补或不完全匹配,但芯片10”与冷板之间的高接触压力可以根据本公开的方面来实现。
如在先前的示例中,用于确定在该示例芯片配置中在热胶上的接触压力的示例模拟表明可以在热胶340的底表面上实现良好的接触压力。在一个示例中,接触压力的范围从在热胶340的底表面的四个角部处的大约0.16MPa到在热胶的底表面(其面对芯片10”的活性表面)的中央区域处的大约0.18MPa。即使共面性存在大的差异(诸如0.5mm),并且芯片10具有大表面积和w形表面,也可能存在这种整体高接触压力分布。在热胶340的顶表面处,可以在流动通道330内实现大约0.12MPA的接触压力,并且在肋320处实现大约0.17MPa的接触压力。而且,可以在通风孔306处实现0.17MPa的高接触压力,该通风孔处是芯片10的热点。
类似地,芯片10”的活性表面12”的中央区域C3处的接触压力(也参见图1C)可以大于在前表面处的芯片10”的四个角部321的接触压力。在该示例中,在芯片10”的活性表面12”的四个角部321处的压力可以为大约0.16MPa,并且在芯片的中央区域C3处的接触压力可以为大约0.18MPa,使得在芯片的中央区域C3处的接触压力比在芯片的四个角部321处的接触压力大13.4%。如图所示,中央区域C3可以包括芯片10上的位于芯片10的四个角部321的区域中心中的任何区域或点。例如,中央区域C3可以包括芯片10的覆盖通风孔106的部分或冷板的直接围绕通风孔延伸的部分或这两者。中央区域C3还可以包括芯片10的确切中心。
在芯片的中央部分处的这种增加的接触压力可以在芯片通常在其中心处最热的意义上是有益的。应当理解,这些参数仅提供一个示例,并且可以对任一个肋的曲率半径、厚度/宽度和高度进行多种修改,以及对布置肋的模式、冷板的形状和其他参数进行修改,以实现增加的和最佳的接触压力。
上述示例中的每个都可以利用冷板100、200和300实现高接触压力。然而,可以针对不同的芯片尺寸和形状进一步优化肋高度H、肋厚度W和肋的曲率半径R,以获得最大性能并实现芯片10与冷板100之间的高接触压力。例如,可以增加或减少肋高度H1,可以增加或减少肋厚度或宽度W,以及可以增加或减少通风孔106的直径D以获得最大性能。另外,肋120布置在腔体110内的模式可以广泛地变化。此外,应当理解,在其他配置中,可能期望芯片的后表面直接面对冷板。
还应当理解,在以上示例中,具有曲率的芯片已经结合到具有本文公开的结构的冷板。然而,在其他示例中,可以根据方法以及在整个本公开的整体及其变形中描述的结构内利用基本和/或连续平面的芯片。
图13至图16示出了示例替代肋,根据本公开的方面,多个替代肋可以在冷板内实现以共同形成芯片可以附接到的替代表面。如先前讨论的,可以沿肋120的长度的顶表面128设置曲率半径R1。可以沿肋120的宽度另外地或替代地设置曲率半径。例如,图13示出了沿肋120'的长度的曲率半径R1'以及沿肋120'的宽度W的曲率半径R2。
图14示出了另一替代肋120”。如图所示,肋120”的第二端124”不与腔体110的内表面112齐平。相反,第二端124”的高度H2”可以大于“0”但小于在第一端122”d处的高度H1”。如果在具有与本文公开的类似配置的冷板内实现有多个替代肋120”,则每个肋120”的每个第二端124”在第二端124”处将具有边缘129”,该边缘将共同创建围绕通风孔106延伸的具有高度H2”的壁。
参考图15,示出了另一替代肋120”',该替代肋不包括沿其长度的曲率半径。相反,顶表面128”'维持恒定的斜率,该斜率从冷板的邻近周边边缘的具有高度H1”'的第一端线性延伸到邻近通风孔106的具有高度H2”'的相对的第二端(未示出)。顶表面128”'将沿直线朝向通风孔106延伸,并且具有连续的平坦表面。
图16示出了另一替代肋120””,该替代肋是以上讨论的肋120的镜像。肋120””具有邻近第二端124””的高度H2,该高度大于第一端122””处的高度H1””。结果,肋120””的顶表面128””从邻近通风孔106的第二端124朝向邻近周边边缘114的第一端122沿相反的方向倾斜。以与本文公开的冷板100相同的模式实现的多个肋120””将导致形成凸形表面。
公开的热量分布结构和芯片组装方法允许芯片与TIM之间的接触压力的相对均匀的分布。为了增加接触压力,可以修改凸起的肋的特征,诸如肋的倾斜的厚度、高度以及形状和方向。
在冷板内设置具有可替代配置的多个肋可以导致形成不同的整体表面。例如,用肋120””代替上面讨论的肋120,将导致形成凸形表面的共同的肋120””。这是因为肋的第二端124”'将定位成邻近通风孔106,并且肋的第一端124”'将邻近周边边缘114。因此,共同的肋的最高点将处于腔体110的中心。这可能是有利的,因为这可以帮助确保芯片的将附接到冷板的中央部分的良好接触压力和热连接。
类似地,前述肋及其变形中的任一个都可以以多种方式布置在腔体内,同时仍然实现较大尺寸的芯片与冷板之间的增加的接触压力。举例来说,再次参考图4至图6和肋120,可以修改肋120的宽度并增加其尺寸,使得在腔体内设置更少的肋。类似地,肋120的第二端124可以彼此间隔开以允许流动通道具有邻近通风孔106的较大的开口。类似地,肋的所得模式和布置可以不同。在其他示例中,选择通道和肋可以在朝向腔体的中心的方向上延伸,而其他通道和肋则不是这样。可替代地,可能没有指向腔体中心的通道和肋。
在图17中描述了根据本公开的方面的制造芯片组件400的示例方法。在框410处,提供了热量分布装置。该装置包括主体和内表面、延伸穿过内表面并定位在主体内的通风孔,以及围绕通风孔同心地布置并在其之间限定多个通道的多个肋。多个肋中的每一个包括朝向通风孔倾斜的顶表面。多个肋布置成使得多个肋的顶表面共同形成热量分布装置内的非平坦表面。在框420处,将热界面材料沉积到主体的内表面上。在框430处,将半导体芯片结合到肋的顶表面,并且将热界面材料定位在半导体芯片与肋之间。在框440处,可以向芯片的暴露表面施加压力,以便导致热界面材料径向地和切向地散布在芯片的相对的底表面上并朝向通风孔穿过通道。可以通过将芯片和冷板物理结合的人员或由用户将部件结合在一起的工具来直接施加压力。可替代地,如果通过自动组装工艺发生结合,则可以通过自动装置等施加压力。
除非另有说明,否则前述替代示例不是互相排斥的,而是可以以各种组合实施以实现独特的优点。由于可以在不脱离权利要求所限定的主题的情况下利用以上讨论的特征的这些和其他变形以及组合,所以前述描述应当以说明的方式而不是限制由权利要求所限定的主题的方式进行。另外,提供本文描述的示例以及用语表达为“诸如”,“包括”等的从句不应解释为将权利要求的主题限制于特定示例;相反,这些示例仅旨在说明许多可能的实现方式之一。此外,不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
Claims (20)
1.一种热量分布装置,包括:
主体;
凹入腔体,所述凹入腔体定位在所述主体内,所述凹入腔体具有内表面、围绕所述内表面延伸并限定所述内表面的周边壁,以及在所述凹入腔体内的中心点;以及
多个肋,所述多个肋延伸远离所述凹入腔体的内表面,所述多个肋围绕所述中心点被同心地布置并在所述多个肋之间限定多个通道,所述多个肋中的每一个具有朝向或远离所述中心点倾斜的顶表面,
其中,所述多个肋被布置成使得所述多个肋的所述顶表面共同形成所述热量分布装置内的共同倾斜表面。
2.根据权利要求1所述的热量分布装置,其中,所述多个肋的所述顶表面中的每一个包括平坦表面。
3.根据权利要求2所述的热量分布装置,其中,所述共同倾斜表面包括凹形表面。
4.根据权利要求2所述的热量分布装置,其中,所述共同倾斜表面包括凸形表面。
5.根据权利要求1所述的热量分布装置,其中,所述多个肋的所述顶表面朝向所述中心点倾斜,所述多个肋包括第一端和邻近所述中心点的相对的第二端,其中,所述第一端的第一高度大于所述第二端的第二高度。
6.根据权利要求5所述的热量分布装置,所述第二端与内表面齐平。
7.根据权利要求1所述的热量分布装置,其中,所述多个肋包括第一端和邻近所述中心点的相对的第二端,其中,所述第一端的第一高度小于所述第一端的第二高度。
8.根据权利要求1所述的热量分布装置,其中,所述热量分布装置还包括通风孔。
9.一种热量分布装置,包括:
主体,在所述主体中具有中心部分;以及
多个肋,所述多个肋围绕所述中心部分同心地布置并且在所述多个肋之间限定多个通道,所述多个肋中的每一个具有朝向所述中心部分倾斜的顶表面,
其中,所述多个肋被布置成使得所述多个肋的所述顶表面共同形成所述热量分布装置内的共同倾斜表面。
10.根据权利要求9所述的热量分布装置,其中,所述多个肋的所述顶表面中的每一个包括曲率半径,并且其中,所述共同倾斜表面包括凹形表面和凸形表面中的一个。
11.根据权利要求9所述的热量分布装置,其中,所述多个肋的所述顶表面中的每一个包括平坦表面,并且其中,所述共同倾斜表面包括平坦倾斜表面。
12.根据权利要求9所述的热量分布装置,其中,所述多个肋中的每一个包括第一端和邻近所述中心点定位的相对的第二端,其中,第一端的第一高度大于所述第二端的第二高度。
13.根据权利要求12所述的热量分布装置,其中,所述多个肋中的每一个的第二端与所述主体的表面齐平。
14.根据权利要求13所述的热量分布装置,其中,所述多个肋的第二端同心地布置并且与所述中心部分间隔开,从而在所述多个肋的所述第二端中的每一个与所述中心部分之间形成集中区域。
15.根据权利要求9所述的热量分布装置,其中,所述热量分布装置还包括在所述主体内的凹入腔体,并且其中所述多个肋定位在所述凹入腔体内。
16.根据权利要求15所述的热量分布装置,其中,周边壁围绕所述凹入腔体延伸,并且所述多个肋中的每一个具有定位成直接邻近所述周边壁的第一端和定位成直接邻近所述中心部分的第二端。
17.一种微电子组件,包括:
根据权利要求1所述的热量分布装置;
覆盖所述多个倾斜肋的所述顶表面的微电子元件,其中,所述微电子元件的活性表面面向所述多个倾斜肋;以及
热界面材料,所述热界面材料布置在所述通道内并且在所述微电子元件与所述凹入腔体的表面之间。
18.一种制造芯片组件的方法,包括:
提供热量分布装置,所述热量分布装置包括:
主体,在所述主体中具有内表面和中心部分;以及
围绕所述中心部分同心地布置并且在其间限定多个通道的多个肋,所述多个肋中的每一个具有朝向或远离所述中心部分倾斜的顶表面,其中,所述多个肋被布置成使得所述多个肋的所述顶表面共同形成所述热量分布装置内的共同表面;以及
将微电子元件结合到所述肋的所述顶表面。
19.根据权利要求18所述的方法,还包括将热界面材料沉积到所述内表面上,使得所述热界面材料定位在所述微电子元件与所述肋之间。
20.根据权利要求19所述的方法,还包括向所述微电子元件的暴露表面施加压力,以使所述热界面材料径向地和切向地散布在所述微电子元件的相对的底表面上并穿过所述通道。
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