CN1492799A - 注射模制的散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种散热装置和用于制造这种装置的模制方法，所述散热装置具有至少两个包括不同导热材料的区域，使得在所述不同的导热材料之间实现高效的热接触。所述模制方法包括注射模制至少两种不同的导热材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热装置和用于制造所述散热装置的方法。具体地说，本发明涉及一种多步注射模制技术，用于制造包括至少两个单独的导电材料区域的散热装置。
背景技术
较高性能、低成本、不断小型化的集成电路元件以及更大的集成电路封装密度是计算机工业的发展目标。随着这些目标的实现，微电子芯片越来越小。因而，微电子芯片中的集成电路元件的功率消耗强度不断增加，这又增加微电子芯片的平均结温。如果微电子芯片的温度太高，则微电子芯片的集成电路可能被损坏或破坏。
使用过并且现在正在使用着用于从微电子芯片除去热量的多种装置和技术。一种散热技术涉及对微电子芯片连附大的表面积的散热器。图12表示一种装置300，其包括微电子芯片302(所示的是一种倒装芯片)，其在物理上和电气上通过许多焊料球306和底板载体306相连。散热器308通过导电黏合剂314连附于微电子芯片302的背面312上。由微电子芯片302产生的热量通过热传递被汲取到散热器308中(流经热阻最小的通路)。
一般使用大的表面积的散热器308，因为从散热器耗散热量的速率基本上和散热器的表面积成正比。具有大的表面积的散热器308通常包括多个凸出部分316，凸出部分316基本上垂直于微电子芯片302延伸。当然，应当理解，凸出部分316可以包括但不限于细长的平面翼状结构和栏状/柱状结构。凸出部分316的大的表面积使得热量能够通过对流从凸出部分316传递到大的表面积的散热器308周围的空气中。装置300可以包括风扇318，用于增加对流散热。
散热器308可以通过模制制造，例如注射模制或挤压模制，或者通过由导电材料块制成凸出部分316(例如通过切片处理)或者通过连附凸出部分(例如折叠的散热片)到一个导电块上制造。此外，散热器308可以由导热材料例如铜、银、金、铝及其合金制成。不过，虽然铜、金和银具有优良的热导率(例如在大约0℃-100℃之间其热导率大于大约300J/(s.m.℃)，但是它们太重(例如其比重大约大于8.0)，使得散热器308的重量可能破坏被连附于其上的微电子芯片302。此外，相对于其它的导热材料，它们的成本太高(尤其金和银的成本高得惊人)。因而，可以使用成本较低重量较轻的材料例如铝(比重大约为2.7)。不过，因为铝和其它较轻的材料一般比金、银和铜具有较低的导热性能(在0℃-100℃之间小于大约300J/s.m.℃)，它们可能没有足够的导热性能来冷却高产热的微电子芯片302。
因而，一些散热器是高导热材料和重量轻的导热相对低的材料的组合，以形成多种导热材料结构。图13表示一种这样的散热器320，其包括高导热板部分322(例如铜)，和重量轻的导热的大表面积的部分324(例如铝)，其上具有凸出部分326。板部分322和大表面积的部分324利用任何已知的连接方法相互连接。这种结构使得高导热板部分322能够和微电子芯片302呈热接触，以便有效地除去热量，并把热量传递到较轻的大表面积的部分324，以向周围空气通过对流散热。
散热器的另一种结构330如图14所示，其包括具有多个凸出部分334的挤压成型的重量轻的大表面积的部分332，和高导热板部分336，高导热板部分336被压入大的表面积的部分332中。图13和图14的两种多金属结构形成了重量轻的散热器。不过，在大表面积的部分和板部分之间的界面可能没有有效地接触。在大表面积的部分和板部分之间的表面差异可能产生非常小的空间/气隙，因而减小其间的热接触的效率。
因此，研发一种用于制造多种材料的散热器的技术，使得在所述散热器的不同材料之间具有高效的热接触是有利的。
附图说明
虽然以权利要求书对说明书进行了概括，所述权利要求书特别指出和要求保护有关本发明的内容，但是通过结合附图参阅下面的本发明的说明，可以更加容易地看出本发明的优点，其中：
图1是按照本发明与微电子芯片相连的散热装置的第一实施例的截面图；
图2是按照本发明具有第一铸模的模芯的截面图，第一铸模具有在其中限定的和所述模芯邻接的空腔；
图3是按照本发明注入图2中的第一铸模空腔的第一导电材料的截面图；
图4是按照本发明除去模芯的图3所示的第一铸模的截面图；
图5是按照本发明的第二铸模的截面图，其具有在其中限定的与图4所示的模芯邻接的空腔；
图6是按照本发明注入图5的第二铸模空腔中的第二导电材料的截面图；
图7是按照本发明除去模芯的图6的第二铸模的截面图；
图8是按照本发明具有一个铸模的模芯的截面图，所述铸模具有在其中限定的与所述模芯邻接的空腔；
图9是按照本发明注入图8的铸模空腔并局部填充所述空腔的第一导热材料的截面图；
图10是按照本发明注入图9的铸模空腔的第二导热材料的截面图；
图11是按照本发明除去模芯的图10的第二铸模的截面图；
图12是按照现有技术与微电子芯片相连的散热装置的截面图；以及
图13和14是按照现有技术与微电子芯片相连的多种材料的散热装置的截面图。
示例的实施例的详细说明
在下面的详细说明中，参照附图进行说明，所述附图以图示说明的方式表示用于实施例本发明的特定实施例。这些实施例被足够详细地说明了，使得本领域的技术人员能够实施本发明。此外，应当理解，在所披露的每个实施例中，各个元件的位置或排列可以改变，而不脱离本发明的范围和构思。因此，下面的详细说明没有限制的意义，本发明的范围只由被合适地解释的所附权利要求以及这些权利要求享有权利的所有等效物来限定。在所有附图中，相同的标号表示相同或相似的功能部分。
本发明涉及用于制造散热装置的方法，所述散热装置具有至少两个包括不同导热材料的区域，其中在所述不同导热材料之间实现高效的热接触。广义地说，本发明涉及一种模制方法，这种方法在塑料工业中被称为双注射模制方法，其中散热装置通过至少两次注射不同的导热材料被模制。
图1表示本发明的微电子装置100，其包括和微电子芯片104(所示为倒装晶片)相连的散热装置102。微电子芯片104借助于多个焊料球108在物理上和电气上和底板106相连。散热装置102包括高导热的部分112(例如热导率在0℃-100℃之间大于大约300J/s.m.℃)，例如铜(例如在0℃-100℃之间热导率大约为397J/s.m.℃)，以及第二导热部分，图中所示为翼状部分114，其具有多个凸起部分116，由重量轻的导热材料例如铝制成(例如在0℃-100℃之间热导率大约为238J/s.m.℃)。散热装置102还包括在高导热部分112和第二导热部分(所示为翼状部分114)之间的模制的界面120。
当然，应当理解，凸出部分116可以包括但不限于形成的平面的翼状结构(垂直于图面延伸)和栏状/柱状结构。优选地，凸出部分116基本上垂直于散热装置102的基本上是平面的安装表面118延伸。
如图1所示，散热装置的安装表面118优选地借助于导热黏合剂124和微电子芯片102的背面122相连。虽然所示的散热装置102和微电子芯片104相连，当然，本发明不限于此。散热装置102可以和任何需要散热的表面相连。优选地，高导热部分112位于热源附近。优选地，高导热部分112包括所述的散热装置安装表面118的一部分。
图2-7说明用于制造散热装置的方法的一个实施例。如图2所示，提供具有接触表面136和其中限定的腔体134的第一铸模132。将第一铸模接触表面136置于模芯142的接触表面1 38上。模芯142具有至少一个通过模芯142延伸的第一“通道”或“入口”144，其中第一入口144在模芯接触表面138上具有至少一个开口(所示为一个开口146)。当第一铸模132和模芯142被置于一起时，第一入口开口146位于第一铸模空腔134上。应当注意，所示的模芯142具有至少一个第二入口(所示的具有两个第二入口148和148’)，其将在以后的步骤中使用，但是其开口(所示的为152，152’)现在被第一铸模接触表面136挡住。
如图3所示，高导热材料154通过第一入口144注入，使得充满第一铸模空腔134(第一铸模空腔134的通风孔未示出)。然后除去第一铸模132，从而形成要制造的散热装置的高导热部分156(类似于图1的元件112)，如图4所示。虽然所示的高导热部分156是半球形的，第一铸模空腔134可以适用于形成任何形状的高导热部分156。
如图5所示，将第二铸模162置于模芯142上，其中第二铸模162的接触表面164和模芯接触表面138接触。第二铸模162包括空腔166，其被设置用于容纳高导热部分156，并使得借助于至少一个第二入口开口(所示为开口152，152’)可达到所示高导热部分。第二铸模空腔166优选地形成有槽170，以便形成要制造的散热装置的凸出部分。
如图6所示，重量轻的导热材料168，优选地是铝，通过第二入口148，148’被注入，从而充满第二铸模空腔166(第二铸模空腔166的通风孔未示出)，从而和高导热部分156邻接，在其间形成模制的界面160，并形成第二导热部分，所示为具有许多凸出部分174的翼状部分172(类似于图1的元件114和116)。如图7所示，高导热部分156和翼状部分114的组合构成散热装置176。使散热装置176除去模芯142和第二铸模162，然后，经过进一步处理，与/或热连接到任何需要散热的表面上。
由本发明的模制过程形成于高导热部分156和第二导热部分(所示为翼状部分172)之间的模制的界面160基本上消除了其间的表面差异，使得具有高效的热界面。
高导热材料154和重量轻的导热材料168可以在熔融状态下被注入，或者优选地，以具有载体或黏合剂材料的粉末或颗粒的形式注入，如本领域已知的那样。例如，细金属颗粒(通常平均直径小于25微米)和塑料或者聚合黏合剂例如聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯等热混合，如果需要，添加增塑剂。然后使所述混合物冷却并使之成颗粒状而成为填料。填料优选地按重量具有大约70％和95％之间的粉末金属。然后按照上述模制所述的零件。通过在高温下在炉中烘烤所述的零件、利用化学溶剂溶解所述黏合剂、或者利用催化剂(利用催化反应)除去黏合剂从中除去大部分的黏合剂材料。然后对零件进行烧结，即将零件置于比其熔点低几度的温度下。在本发明中利用了两种金属配置，所以应当将零件置于比最低熔点低几度的温度下。烧结使得零件致密，其可能缩小零件的尺寸。因而，铸模的尺寸必须大于最终零件的实际尺寸，以便补偿收缩。
图8-11表示用于制造散热装置的方法的另一个实施例。如图8所示，提供具有接触表面206和在其中限定的空腔204的铸模202。将铸模接触表面206置于模芯212的接触表面208上。模芯212具有至少一个通过模芯212延伸的第一“通道”或“入口”214，其中模芯入口214在模芯接触表面218上具有至少一个开口(所示为1个开口216)。当铸模202和模芯212被置于一起时，模芯开口216被置于铸模空腔204上。铸模空腔204优选地形成有槽220，以便形成要制造的散热装置的凸出部分。
如图9所示，重量轻的导热材料222，优选地是铝，通过模芯入口214注入，使得至少部分地填充铸模空腔204(铸模空腔204的通风孔未示出)。如图10所示，高导热材料224通过模芯入口214注入，使得形成高导热部分226(类似于图1的元件112)，在其间形成模制的界面230。高导热材料224的注入还推动重量轻的导热材料222，从而充满空腔204，并形成第二导热部分(所示为具有许多凸出部分的翼状部分228(和图1的元件114、116类似))。当然，应当理解，模芯212可以具有多个入口，重量轻的导热材料和高导热材料可以通过不同的模芯入口注入。
如图11所示，高导热材料部分226和翼状部分228的组合构成散热装置234。使散热装置234除去模芯212和铸模202，然后，可以进行进一步的处理，与/或热连接到任何需要散热的表面上。
在详细说明本发明的实施例之后，应当理解，本发明由所附权利要求书限定，而不由上述的具体细节限定，因而在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可以对其作出很多明显的改变。
Claims (28)
1.一种散热装置，包括：
第一高导热部分；以及
和所述第一高导热部分以模制的界面邻接的第二导热部分。
2.按照权利要求1所述的散热装置，其中所述第一高导热部分的热导率大于所述第二导热部分的热导率。
3.按照权利要求1所述的散热装置，其中所述第一高导热部分包括铜。
4.按照权利要求1所述的散热装置，其中所述第二导热部分包括铝。
5.按照权利要求1所述的散热装置，其中所述第二导热部分包括多个凸起部分。
6.一种微电子装置，包括：
微电子芯片；
和所述微电子芯片靠接的散热装置，其中所述散热装置包括：
第一高导热部分；以及
和所述第一高导热部分以模制的界面邻接的第二导热部分。
7.按照权利要求6所述的微电子装置，其中所述第一高导热部分的热导率大于所述第二导热部分的热导率。
8.按照权利要求6所述的微电子装置，其中所述第一高导热部分包括铜。
9.按照权利要求6所述的微电子装置，其中所述第二导热部分包括铝。
10.按照权利要求6所述的微电子装置，其中所述第二导热部分包括多个凸起部分。
11.按照权利要求6所述的微电子装置，其中所述散热装置还包括和所述微电子芯片靠接的安装表面，其中所述安装表面的至少一部分包括所述第一高导热部分。
12.按照权利要求11所述的微电子装置，其中所述散热装置的所述第一高导热部分的所述部分靠接所述微电子芯片。
13.一种制造散热装置的方法，包括：
提供第一铸模，其具有在其内限定的空腔并具有接触表面；
提供一模芯，其具有接触表面和至少一个在其内延伸的第一入口，以及至少一个在其内延伸的第二入口，所述模芯第一入口和所述模芯第二入口在所述模芯接触表面各自具有至少一个开口；
使所述第一铸模接触表面和所述模芯接触表面靠接，使得所述至少一个模芯第一入口开口位于所述第一铸模空腔内；
通过所述至少一个模芯第一入口注入高热导率的材料，以填充所述空腔，从而形成高导热部分；
除去所述第一铸模；
提供第二铸模，其具有在其内限定的空腔，并具有一接触表面；
使所述第二铸模接触表面和所述模芯接触表面邻接，使得至少一个模芯第二入口开口位于所述第二铸模空腔内，并使得所述第二铸模空腔包围所述高导热部分的至少一部分；
通过所述至少一个模芯第二入口向所述第二铸模空腔内注入导热材料，从而形成第二导热部分；以及
从所述第二铸模中除去所述所述高导热部分和所述第二导热部分。
14.按照权利要求13所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第一入口注入所述高导热材料包括通过所述至少一个模芯第一入口注入包括铜的高导热材料。
15.按照权利要求14所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第一入口注入所述高导热材料包括通过所述至少一个模芯第一入口注入包括铜和载体材料的高导热材料。
16.按照权利要求15所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第一入口注入所述高导热材料包括通过所述至少一个模芯第一入口注入包括铜和聚合物载体材料的高导热材料。
17.按照权利要求13所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第二入口注入所述导热材料包括通过所述至少一个模芯第二入口注入包括铝的导热材料。
18.按照权利要求17所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第二入口注入所述导热材料包括通过所述至少一个模芯第二入口注入包括铝和载体材料的导热材料。
19.按照权利要求18所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第二入口注入所述导热材料包括通过所述至少一个模芯第二入口注入包括铝和聚合物载体材料的导热材料。
20.按照权利要求13所述的方法，其中提供具有在其内限定的空腔的所述第二铸模包括提供具有由多个槽限定的空腔的所述第二铸模，以形成多个凸出部分。
21.一种制造散热装置的方法，包括：
提供一铸模，其具有在其内限定的空腔并具有接触表面；
提供一模芯，其具有接触表面和至少一个在其内延伸的入口，所述至少一个模芯入口在所述模芯接触表面具有至少一个开口；
使所述铸模接触表面和所述模芯接触表面靠接，使得所述至少一个模芯入口开口位于所述铸模空腔内；
通过所述至少一个模芯入口向所述铸模空腔内注入导热材料；
通过所述至少一个模芯入口注入高导热材料，从而形成高导热部分；以及
从所述铸模中除去所述所述高导热部分和所述第二导热部分。
22.按照权利要求21所述的方法，其中通过所述至少一个模芯入口注入所述高导热材料包括通过所述至少一个模芯入口注入包括铜的高导热材料。
23.按照权利要求22所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第一入口注入所述高导热材料包括通过所述至少一个模芯第一入口注入包括铜和载体材料的高导热材料。
24.按照权利要求23所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第一入口注入所述高导热材料包括通过所述至少一个模芯第一入口注入包括铜和聚合物载体材料的高导热材料。
25.按照权利要求21所述的方法，其中通过所述至少一个模芯入口注入所述导热材料包括通过所述至少一个模芯入口注入包括铝的导热材料。
26.按照权利要求25所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第二入口注入所述导热材料包括通过所述至少一个模芯第二入口注入包括铝和载体材料的导热材料。
27.按照权利要求26所述的方法，其中通过所述至少一个模芯第二入口注入所述导热材料包括通过所述至少一个模芯第二入口注入包括铝和聚合物载体材料的导热材料。
28.按照权利要求21所述的方法，其中提供具有在其内限定的空腔的所述第二铸模包括提供具有由多个槽限定的空腔的所述第二铸模，以形成多个凸出部分。
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