ES2905640T3 - Disipador de calor con característica de sujeción con patas dirigidas hacia abajo - Google Patents

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Abstract

Un disipador de calor (110) que comprende: un cuerpo (101) que tiene una superficie superior (138), una superficie inferior (118), al menos un lado (128) y al menos una esquina; al menos tres patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116), donde las tres o más patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) se forman para que estén dirigidas hacia abajo desde la parte inferior de la superficie (118) una distancia (142) particular, donde las tres o más patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) y la superficie inferior (118) definen una cavidad; y al menos una muesca (140) próxima a la o las esquinas, donde la muesca (140) tiene su superficie inferior formada entre la superficie superior (138) y la superficie inferior (118) del cuerpo (101).

Description

DESCRIPCIÓN
Disipador de calor con característica de sujeción con patas dirigidas hacia abajo
ANTECEDENTES
1. Campo
Esta divulgación hace referencia en general a la tecnología microelectrónica, y de manera más específica, a un aparato utilizado para la disipación de calor en un paquete microelectrónico y a los métodos para fabricarlo.
2. Información de los antecedentes
En estos últimos tiempos se ha producido un desarrollo rápido de la tecnología microelectrónica y, como resultado, los componentes microelectrónicos se están haciendo más pequeños y los circuitos dentro de los componentes microelectrónicos son cada vez más densos. A medida que la densidad de los circuitos aumenta, también aumenta de manera habitual la generación de calor. Por tanto, la disipación de calor se hace cada vez más crítica a medida que se desarrolla la tecnología.
De manera habitual se pueden utilizar diversas técnicas para eliminar o disipar el calor generado por un componente microelectrónico, que también se puede denominar pastilla microelectrónica. Estas técnicas pueden incluir soluciones pasivas o activas. Una de dichas técnicas, que se puede clasificar como una solución pasiva, implica la utilización de una masa de material conductor en contacto térmico con una pastilla microelectrónica. Como alternativa, esta masa de material conductor se puede denominar pieza metálica en bruto, disipador de calor o disipador de calor integrado (IHS). Uno de los fines principales de un disipador de calor es disipar, o absorber y disipar el calor generado por una pastilla microelectrónica. Esto puede eliminar, al menos en parte, los “puntos calientes” dentro de la pastilla microelectrónica.
Un disipador de calor puede lograr un contacto térmico con una pastilla microelectrónica mediante la utilización de un material térmicamente conductor, tal como un material de interfaz térmico (TIM) dispuesto entre ambos. Algunos materiales de interfaz térmica habituales pueden incluir, por ejemplo, geles, masillas o aleaciones para soldar térmicamente conductores. De manera habitual, los disipadores de calor se construyen, por ejemplo, con un material térmicamente conductor tal como el aluminio, el cobre electrodepositado, una aleación de cobre o una cerámica.
Haciendo referencia ahora a las figuras, donde elementos similares se citan con designaciones similares, se ilustran numerosas realizaciones de un paquete microelectrónico. Las figuras 4 y 5 son vistas alternativas de un ejemplo de un paquete microelectrónico 200. Tal como es ampliamente conocido, un paquete microelectrónico puede comprender al menos una pastilla microelectrónica 206, acoplada a un disipador de calor y un sustrato 202, tal como una placa de circuito impreso (PCB). El paquete 200 comprende una pastilla microelectrónica 206 (véase la figura 4), acoplada a un sustrato 202, que también se puede denominar soporte de sustrato. También se pueden fijar al sustrato 202 unos componentes electrónicos secundarios, tales como condensadores (no se muestra). De manera habitual, la pastilla microelectrónica 206 se fija en un lado del sustrato 202, y la fijación se puede realizar por medio de una pluralidad de bolas de aleación para soldar o conexiones de resaltes de aleación para soldar 210 (véase la figura 4), aunque existen métodos de fijación alternativos. El paquete 200 comprende además una masa de material térmicamente conductor o disipador de calor 204. El disipador de calor 204 se puede formar a partir de un material conductor adecuado, tal como cobre, aluminio o materiales compuestos de carbono, aunque existen materiales alternativos. En el paquete 200, el disipador de calor 204 está, de manera habitual, en contacto térmico con la pastilla microelectrónica 206 por medio de un material de interfaz térmica 208 (véase la figura 4). Se puede formar un labio contiguo 212 en el disipador de calor 204 y puede abarcar la pastilla microelectrónica 206. Este labio 212 puede servir como un punto de fijación del disipador de calor 204 para fijarlo al sustrato 202, así como también para proporcionar un soporte estructural al cuerpo del disipador de calor 204. De manera adicional, el disipador de calor 204 puede proporcionar un soporte estructural a la totalidad del paquete 200, y puede reducir o impedir, por ejemplo, el alabeo del sustrato 202. No obstante, este labio 212 sustancialmente contiguo no contribuye significativamente de manera habitual a la disipación de calor, y puede añadir peso y coste a un paquete de dispositivo. De manera adicional, los procesos utilizados para fabricar el labio 212 sustancialmente contiguo de un disipador de calor 204 pueden dar como resultado una mayor variación en la planicidad del lado superior 205 de un disipador de calor, lo que puede afectar al rendimiento térmico debido, al menos en parte, a un área superficial de contacto reducida entre el lado superior 205 del disipador de calor y un dispositivo secundario, tal como un sumidero de calor. El disipador de calor 204 se puede fijar a un sustrato 202 mediante la utilización de una aleación para soldar, sellantes u otros tipos de materiales adhesivos, mostrados en general mediante el material de fijación 214, aunque existen métodos de fijación alternativos. Los disipadores térmicos, tal como el disipador de calor 204, se fijan de manera habitual al sustrato 202 utilizando un sellante 214, el cual rellena sustancialmente el hueco entre el disipador de calor 204 y el sustrato 202, y forma una cavidad completamente cerrada. Durante el funcionamiento, el calor es conducido de manera habitual desde la pastilla microelectrónica 206, a través del material de interfaz térmica 208, hasta el disipador de calor 204 mediante conducción de calor. Se puede formar un orificio de ventilación 218 (véase la figura 5) en el disipador de calor, y este puede proporcionar un alivio de la presión en el interior del paquete. Un sumidero de calor, tal como una aleta plegada o un sumidero de calor de vástagos extrudidos, por ejemplo (no se muestra) se puede fijar en el lado superior 205 del disipador de calor 204, y durante el funcionamiento, el calor se transfiere desde el disipador de calor 204 hacia el sumidero de calor, y la transferencia de calor por convección transfiere principalmente calor desde el sumidero de calor hacia el ambiente circundante. De manera habitual, los sumideros de calor se fijan en un disipador de calor 204 mediante la utilización de un material adhesivo o un mecanismo de fijación mecánica. El rendimiento térmico se puede ver afectado por el método utilizado para fijar un sumidero de calor, y dependiendo de qué método de fijación se utilice, dichos métodos pueden dar como resultado unos sumideros de calor que tiene una menor capacidad de transferencia de calor.
Los disipadores de calor, tal como el mostrado en las figuras 4 y 5, se forman de manera habitual a partir de una serie de procesos de estampación, en un entorno de fabricación multietapa.
De manera habitual, estos procesos de estampación dan como resultado un intervalo de rendimiento relativamente bajo en la producción de disipadores de calor, debido, al menos en parte, a los procesos utilizados para formar los disipadores de calor. De manera adicional, los procesos pueden dar como resultado una variación significativa en la planicidad de la superficie superior 205 de un disipador de calor 204, lo cual, tal como se explicó anteriormente, puede aumentar la resistencia del paquete y reducir la eficiencia térmica. De manera adicional, los procesos tal como se describen pueden afectar al grosor de la línea de unión 207 (véase la figura 4). El grosor de la línea de unión 207, o BLT, tal como es ampliamente conocido, es la distancia desde la parte superior de una pastilla microelectrónica 206 hasta la parte inferior de un disipador de calor 204 en el paquete microelectrónico 200 ensamblado. Además de controlar o mantener una BLT, normalmente existe una necesidad de controlar la altura de una fijación de segundo nivel, tal como un sumidero de calor, que puede ser un sumidero de calor de los tipos descritos anteriormente. Una mayor variación en la planicidad puede dificultar el control dimensional de esta fijación de segundo nivel. Además, este diseño puede dar como resultado unas técnicas de fijación más costosas y/o menos eficaces tanto para la fijación del disipador de calor 204 al sustrato 202, como para la fijación de uno o más dispositivos tal como un sumidero de calor al disipador de calor 204. Existe una necesidad de un diseño de disipador de calor mejorado, que solucione al menos algunos de estos problemas de fabricación y rendimiento térmico.
El documento EP 0359928 A2 divulga un paquete de circuito integrado con medios de refrigeración.
El documento US 6.271.058 B1 divulga un método de fabricación de un dispositivo semiconductor en el que se monta un chip semiconductor boca abajo en una placa.
El documento US 4.541.005 divulga un disipador de calor de posicionamiento en la celda. El disipador de calor tiene una estructura con unas muescas en extremos opuestos que definen unos miembros bifurcados.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS
En particular, el contenido se destaca y reivindica de manera distintiva en la parte final de la memoria descriptiva. No obstante, el contenido reivindicado, en lo relacionado tanto con la organización como con el método de funcionamiento, junto con los objetos, las características y las ventajas de este, se pueden comprender mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada cuando se lee con los dibujos anexos, en los cuales:
La figura 1 es un diagrama de una sección transversal de una realización del contenido reivindicado.
La figura 2 es una vista plana obtusa de una realización del contenido reivindicado.
La figura 3a es una vista plana obtusa de una realización del contenido reivindicado.
La figura 3b es una vista plana obtusa de una realización del contenido reivindicado.
La figura 4 es un diagrama de una sección transversal de un paquete de procesador de la técnica anterior con IHS.
La figura 5 es una vista plana obtusa de un paquete de procesador de la técnica anterior con IHS.
La figura 6 es un sistema informático que se puede utilizar con al menos una realización del contenido reivindicado.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Las figuras 1 y 2 muestran dos vistas diferentes de un paquete microelectrónico 300, que puede solucionar al menos algunos de los problemas de fabricación y rendimiento térmico descritos anteriormente. El paquete microelectrónico 300 comprende un disipador de calor 110, que comprende un cuerpo 101 con una pluralidad de patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116 (véase la figura 2) formadas en este, un sustrato 102 y una pastilla microelectrónica 106 (véase la figura 2). La presente realización se muestra representando una pluralidad de patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116. Al menos tres de las patas dirigidas hacia abajo 112, 114, 116 se forman para estar dirigidas hacia abajo desde la superficie inferior del cuerpo 118 del disipador de calor (véase la figura 1) una distancia 142 particular (véase la figura 2), las cuales forman una cavidad 120 entre la o las patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116 y la superficie inferior del cuerpo 118. La distancia de desplazamiento 142 puede ser aproximadamente tan profunda, por ejemplo, como el grosor de la pastilla microelectrónica 106. Se puede formar una muesca 140 entre la superficie superior 138 del cuerpo 101 del disipador de calor y uno o más lados 128 del disipador de calor, y se puede formar mediante uno o más de los procesos de formado descritos en la presente a continuación. De manera adicional, aunque las patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116 se muestran formadas en las esquinas del disipador de calor 110, se sobreentenderá que la pluralidad de patas dirigidas hacia abajo 112, 114 o 116 se pueden formar en otras áreas del disipador de calor 110, y que estas no están limitadas a que se formen en las esquinas. Haciendo referencia ahora a la figura 1, la pluralidad de patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116, en esta realización, proporcionan un desplazamiento de la superifice inferior del cuerpo 118 del disipador de calor 110 con respecto al sustrato 102. Este desplazamiento 118 forma una cavidad 120 en el disipador de calor 110. La profundidad de la cavidad 120 puede ser menor que el grosor de la pastilla microelectrónica 106 o igual a este, aunque el contenido reivindicado no esta limitado por ello, y puede ser, por ejemplo, mayor que el grosor de la pastilla microelectrónica 106. El disipador de calor 110 se puede fijar a un sustrato 102, y se puede fijar utilizando un material de fijación 134 (véase la figura 2), tal como un sellante/polímero, que se puede aplicar en al menos una parte de la superficie inferior 136 de una o más de las patas dirigidas hacia abajo 112, 114 o 116, aunque el contenido reivindicado no está limitado en este sentido. Cuando el disipador de calor 110 se fija al sustrato 102, las patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116 pueden formar un labio no contiguo 144 alrededor de la pastilla microelectrónica 106. En una realización, este labio no contiguo puede eliminar o reducir la necesidad de un orificio de ventilación, tal como el orificio de ventilación 218 de la figura 5, el cual, tal como se ha citado anteriormente, satisface el fin principal de proporcionar un alivio de la presión en el interior del paquete. De manera adicional, una o más de las discontinuidades en el labio no contiguo 144 del disipador de calor 110 pueden hacer la función de ubicaciones de fijación para dispositivos secundarios, tal como se explicará con más detalle posteriormente. La fijación del disipador de calor 110 al sustrato 102 se puede realizar mediante cualquiera de diversos métodos, que incluyen, aunque sin carácter limitante, estampación en prensa, aplicación de epoxi, soldadura blanda o cualquier método adecuado, aunque el contenido reivindicado no está limitado en este sentido. De manera adicional, los dispositivos de fijación mecánica, tal como el dispositivo de fijación mecánica 122 genérico (véase la figura 2), se pueden utilizar para fijar el disipador de calor 110 al sustrato 102, y se describirán con más detalle posteriormente. La superficie superior 138 del disipador de calor 110 puede ser sustancialmente plana en una realización, aunque el contenido reivindicado no está limitado en este sentido.
El disipador de calor tal como se muestra en las figuras 1 y/o 2, por ejemplo, se puede formar mediante la utilización de uno o más procesos de formado en frío, tal como, por ejemplo, uno o más procesos de estampación, aunque el contenido reivindicado no está limitado en este sentido. Tal como es ampliamente conocido, un proceso de estampación puede utilizar una pieza metálica en bruto de material y posteriormente estampar las características o dimensiones a partir de una pieza metálica en bruto de material. En una realización, se puede utilizar un proceso de estampación para estampar una o más patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116, con el fin de proporcionar un disipador de calor 110 tal como se ha descrito. Obviamente, se sobreentenderá que el contenido reivindicado no está limitado a un proceso en particular para formar el disipador de calor 110 tal como el que se muestra y describe, sino que cualquier método adecuado para formar un disipador de calor 110 se encuentra dentro del alcance del contenido reivindicado. De manera adicional, el material utilizado para formar un disipador de calor 110 tal como el que se muestra y describe puede ser uno cualquiera de diversos materiales, y el contenido reivindicado no está limitado a un material o categoría de materiales en particular. Existen pluralidades de métodos que se pueden utilizar para formar uno o más de los disipadores de calor 110 tal como se reivindican y describen. Estos métodos incluyen, por ejemplo, estampación, mecanizado, fabricación progresiva, corte con láser o moldeo por inyección, aunque el contenido reivindicado no está limitado a un método cualquiera en particular, sino que cualquier método de fabricación capaz de producir el disipador de calor 110 tal como se reivindica y describe se encuentra dentro del alcance del contenido reivindicado. Uno de dichos métodos de formado de un disipador de calor 110 comprende comenzar con una masa de material, o pieza metálica en bruto, y cortarla o mecanizarla hasta obtener un conjunto de dimensiones. Un paso posterior en la fabricación comprendería uno o más procesos de fabricación, que formarían la pluralidad de patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116. Este proceso de estampación puede formar la muesca 140 en las proximidades de una pata dirigida hacia abajo formada. Este proceso puede tener un solo paso o puede tener una serie de pasos, y el contenido reivindicado no está limitado a un proceso de fabricación o una serie de pasos en particular.
La figura 3a comprende una vista plana de un paquete microelectrónico de acuerdo con otra realización del contenido reivindicado. En esta realización, el disipador de calor 110 tiene una pluralidad de orificios o huecos, tal como 124 y 126, situados en las proximidades de las patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116. Los orificios 124 y 126 se configuran de modo que reciban uno o más pasadores, pernos o dispositivos similares, tales como, por ejemplo, el dispositivo de fijación mecánica 122 genérico. Estos uno o más dispositivos de fijación 122 se pueden acoplar al sustrato 102, aunque el contenido reivindicado no está limitado en este sentido. De manera adicional, estos uno o más dispositivos de fijación 122 se pueden fijar a un dispositivo secundario tal como un sumidero de calor o un dispositivo de análisis de la temperatura (no se muestra) que se puede configurar de modo que se fije, por ejemplo, al disipador de calor 110. La presente realización del contenido reivindicado no está limitada a un tipo de dispositivo de fijación mecánica particular y puede incluir, por ejemplo, pasadores, tornillos, pernos o remaches, y cualquier tipo de dispositivo de fijación mecánica que se pueda adaptar para que se inserte en los huecos 124 y/o 126. De manera adicional, se pueden utilizar uno o más tipos de adhesivos conocidos en la técnica para fijar uno o más componentes secundarios (no se muestran) al disipador de calor 110. Además, se sobreentenderá que las configuraciones o los métodos alternativos para fijar uno o más componentes secundarios al disipador de calor 110 están de acuerdo con el contenido reivindicado. De manera adicional, se pueden formar una pluralidad de pasadores, u otros dispositivos de fijación mecánica (no se muestran), en el disipador de calor 110 y se pueden configurar de modo que reciban uno o más componentes secundarios tales como un sumidero de calor (no se muestra). Estos uno o más dispositivos de fijación se pueden configurar de modo que pasen a través del disipador de calor 110, o a través del disipador de calor 110 y el sustrato 102.
En otra realización alternativa más, la figura 3b muestra una configuración de sujeción, que incluye las presillas 130 y 132, aunque el contenido reivindicado no está limitado a un número particular de presillas o por su ubicación. En esta realización, las presillas 130 y 132 pueden estar acopladas al sustrato 102 y sujetar las superficies superiores de las patas dirigidas hacia abajo 112 y 114, aunque esta es simplemente una posible realización de una fijación con presillas y el contenido reivindicado no está limitado por ello. Como alternativa, estas una o más presillas 130 y 132 se pueden fijar al disipador de calor 110 y configurar para acoplarse a un sustrato 102 cuando se ensambla el conjunto microelectrónico 510. De manera adicional, una o más de las patas dirigidas hacia abajo 112, 114 y 116 se pueden configurar de modo que reciban una o más presillas tales como la 130 y 132. Estas una o más presillas se pueden fijar a un componente secundario tal como un sumidero de calor (no se muestra), aunque el contenido reivindicado no está limitado en este sentido. Obviamente, se sobreentenderá que existen muchos dispositivos y métodos de fijación que están de acuerdo con al menos una realización del contenido reivindicado.
Para una mayor claridad, el contenido reivindicado se describe principalmente en el contexto de utilización con una configuración flip chip de circuito integrado, empaquetado con un sustrato y un disipador de calor tal como se muestra en las figuras adjuntas. No obstante, se sobreentenderá que el contenido reivindicado no está limitado únicamente a esta configuración particular, y el contenido reivindicado se puede aplicar a otros tipos de paquetes microelectrónicos. Por ejemplo, paquetes microelectrónicos de acuerdo con el contenido reivindicado pueden incluir paquetes con factores de forma variables, tales como, por ejemplo, matriz de rejilla de pines, matriz de rejilla de bolas, matriz de rejilla de bolas con intermediadores anclados y soldado de cables, aunque, de nuevo, estos son simplemente ejemplos y el contenido reivindicado no está limitado en este sentido.
Una o más de las realizaciones anteriores de un paquete microelectrónico se pueden utilizar en un sistema informático, tal como el sistema informático 600 de la figura 6. El sistema informático 600 comprende, por ejemplo, al menos un procesador (no se muestra), un sistema de almacenamiento de datos (no se muestra), al menos un dispositivo de entrada, tal como el teclado 604, y al menos un dispositivo de salida, tal como el monitor 602. El sistema 600 incluye un procesador que procesa las señales de datos y puede comprender, por ejemplo, un microprocesador PENTIUM®III o PENTIUM®4 comercializado por Intel® Corporation. El sistema informático 600 comprende un teclado 604 y puede incluir otros dispositivos de entrada de usuario, tales como, por ejemplo, un ratón 606. El sistema informático 600 puede utilizar uno o más paquetes microelectrónicos tales como los descritos en una o más de las realizaciones anteriores. Para los fines de esta aplicación, un sistema informático que incorpora los componentes de acuerdo con el contenido reivindicado puede incluir cualquier sistema que utilice un paquete microelectrónico, que puede incluir, por ejemplo, un procesador de señales digitales (DSP), un microcontrolador, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o un microprocesador.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un disipador de calor (110) que comprende:
un cuerpo (101) que tiene una superficie superior (138), una superficie inferior (118), al menos un lado (128) y al menos una esquina;
al menos tres patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116), donde las tres o más patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) se forman para que estén dirigidas hacia abajo desde la parte inferior de la superficie (118 ) una distancia (142) particular, donde las tres o más patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) y la superficie inferior (118) definen una cavidad;
y
al menos una muesca (140) próxima a la o las esquinas, donde la muesca (140) tiene su superficie inferior formada entre la superficie superior (138) y la superficie inferior (118) del cuerpo (101).
2. El disipador de calor (110) de la reivindicación 1, donde el cuerpo (101) tiene cuatro patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116), y donde cada pata dirigida hacia abajo (112, 114, 116) se forma próxima a una esquina separada del disipador de calor (110).
3. El disipador de calor (110) de la reivindicación 1, donde al menos una de las patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) tiene un hueco formado en su interior, donde el hueco se configura de modo que reciba al menos un dispositivo de fijación mecánica.
4. El disipador de calor (110) de la reivindicación 1, donde al menos una de las patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) se configura de modo que reciba al menos una presilla.
5. El disipador de calor (110) de la reivindicación 1, donde el cuerpo (101) y las tres o más patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) están compuestas por un material térmicamente conductor.
6. Un paquete microelectrónico (300) que comprende:
un disipador de calor (110) de la reivindicación 1;
un sustrato (102) que tiene una superficie;
al menos una pastilla microelectrónica (106) fijada a la superficie; y
donde el disipador de calor (110) se fija a la superficie alrededor de la pastilla microelectrónica (106).
7. El paquete microelectrónico (300) de la reivindicación 6, donde al menos una de las patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) tiene al menos un hueco formado en ella, y donde el o los huecos se configuran de modo que reciban uno o más dispositivos de fijación mecánica.
8. El paquete microelectrónico (300) de la reivindicación 6, donde la o las patas dirigidas hacia abajo (112, 114, 116) se configuran de modo que reciban una o más presillas.
9. El paquete microelectrónico (300) de la reivindicación 6, donde el disipador de calor (110) está compuesto por material térmicamente conductor.
10. El paquete microelectrónico (300) de la reivindicación 6, donde la superficie superior (138) tiene forma octogonal.
11. Un sistema informático, que comprende:
un paquete microelectrónico de la reivindicación 6; y
un dispositivo de visualización de salida acoplado al paquete microelectrónico.
12. El sistema informático de la reivindicación 11, que incluye además un dispositivo de entrada acoplado al paquete microelectrónico.
ES16155523T 2002-04-05 2003-03-26 Disipador de calor con característica de sujeción con patas dirigidas hacia abajo Expired - Lifetime ES2905640T3 (es)

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