TW202145472A - 具有流動通道之熱量分佈裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種熱量分佈裝置，其包括一主體、一凹入腔體及複數個肋。該凹入腔體定位在該主體內，並且包括一內表面、圍繞該內表面延伸並限定該內表面之一周邊壁，以及該凹入腔體內之一中心點。複數個肋延伸遠離該凹入腔體之該內表面。該複數個肋圍繞該中心點同心地配置並在該複數個肋之間限定複數個通道。該複數個肋中之每一者具有朝向該中心點傾斜之一頂表面。該複數個肋配置成使得該複數個肋之該等頂表面共同形成該熱量分佈裝置內之一非平坦表面。

Description

具有流動通道之熱量分佈裝置
本申請案係關於電子裝置之領域，且特定言之係關於用於微電子元件(諸如半導體晶片)之熱管理及冷卻的熱量分佈裝置的領域。可以在微電子總成內利用這種熱量分佈裝置，以幫助減少由總成內之微電子元件產生之熱量。
本發明之態樣對於利用根據本發明之態樣製造的熱量分佈裝置的晶片總成係有利的。本發明之一個態樣提供了一種熱量分佈裝置，該熱量分佈裝置包括主體、定位在主體內之凹入腔體，以及複數個肋。凹入腔體可以具有內表面、圍繞內表面延伸並限定內表面之周邊壁以及在凹入腔體內之中心點。該複數個肋可以延伸遠離凹入腔體之內表面。該複數個肋圍繞中心點同心地配置並在該複數個肋之間限定複數個通道。該複數個肋中之每一者可以具有朝向中心點傾斜之頂表面。該複數個肋配置成使得該複數個肋之頂表面共同形成熱量分佈裝置內之非平坦表面。熱量分佈裝置亦可以包括定位在中心點處之通風孔。根據一些實例，該複數個肋中之每一者的頂表面包括曲率半徑。例如，非平坦表面可以係凹形表面或凸形表面。該複數個肋亦可以包括第一端及鄰近中心點之相對的第二端。在一些實例中，第一端之第一高度可以大於第二端處之第二高度。第二端可以與凹入腔體之內表面齊平。
在一些實例中，該複數個肋包括第一端及鄰近中心點之相對的第二端。第一端之第一高度可以大於第二端處之第二高度。在一個實例中，第二端之邊緣可以與凹入腔體之內表面齊平。在另一個實例中，第二高度可以延伸遠離內表面。
根據本發明之另一態樣，一種熱量分佈裝置包括主體、定位在主體內之通風孔，以及複數個肋。此等肋圍繞通風孔同心地配置並在肋之間限定複數個通道。該複數個肋中之每一者可以具有朝向通風孔傾斜之頂表面。該複數個肋可以配置成使得該複數個肋之頂表面共同形成熱量分佈裝置內之非平坦表面。在一些實例中，該複數個肋中之每一者可以包括第一端及相對的第二端。每一肋之第一高度可以大於每一肋之第二高度。該複數個肋中之每一者的第二端可以定位成鄰近通風孔。另外，該複數個肋中之每一者的第二端可以與主體之表面齊平。在其他實例中，該複數個肋之第二端可以同心地配置並且與通風孔間隔開，以便在該複數個肋之第二端中之每一者與通風孔之間形成中央區域。
在一些實例中，該複數個肋中之每一者的頂表面包括曲率半徑。在一個實例中，非平坦表面係凹形表面，但在其他實例中，非平坦表面可以係凸形表面。
在一些實例中，熱量分佈裝置亦包括在主體內之凹入腔體，並且該複數個肋可以定位在凹入腔體內。周邊壁可以圍繞凹入腔體延伸。該複數個肋中之每一者可以具有定位成直接鄰近周邊壁之第一端及定位成直接鄰近通風孔之第二端。
一種微電子總成包括熱量分佈裝置、半導體晶片及熱界面材料。熱量分佈裝置包括主體、主體內之凹入腔體、腔體內之通風孔、圍繞通風孔徑向地延伸之複數個傾斜肋，以及形成在每一傾斜肋之間的各別空間中的複數個通道。半導體晶片可以至少部分地定位在凹入腔體內並且覆蓋傾斜肋之頂表面。晶片之主動表面可以面向複數個傾斜肋。熱界面材料安置在通道內並且在半導體晶片與凹入腔體之表面之間。
在一個實例中，半導體晶片包括結合在一起並形成四個角部之邊緣表面。半導體晶片與熱界面材料之間的第一接觸壓力在半導體晶片之中央區域處比在半導體晶片之四個角部處之第二接觸壓力高。半導體晶片之中央區域包括半導體晶片的覆蓋熱量分佈裝置之圍繞通風孔周向地延伸之表面的部分。
在另一個實例中，半導體晶片與熱界面材料之間的接觸壓力均勻地分佈在半導體晶片之主動表面上。
在另一個實例中，半導體晶片具有至少一個邊緣，該邊緣之長度大於或等於2.5吋。
根據本發明之另一態樣，一種製造晶片總成之方法包括：提供熱量分佈裝置，該熱量分佈裝置包含具有內表面之主體、延伸穿過定位在主體內之內表面之通風孔、圍繞通風孔同心地配置並在其間限定複數個通道之複數個肋，該複數個肋中之每一者具有朝向通風孔傾斜之頂表面，其中，該複數個肋配置成使得該複數個肋之頂表面共同形成熱量分佈裝置內之非平坦表面；將熱界面材料沈積至內表面上；將微電子元件結合至肋之頂表面，熱界面材料定位在微電子元件與肋之間；以及向微電子元件之曝露表面施加壓力，以使熱界面材料徑向地及切向地散佈在微電子元件之相對的底表面上並朝向通風孔穿過通道。
根據一個實例，可以在半導體晶片之曝露表面上方提供包覆模製件。
概述
應當理解，已經簡化了本發明之附圖及描述以說明與清楚理解本發明相關之元件，同時為了清楚起見，省去了此項技術中習知的許多其他元件。一般熟習此項技術者將認識到其他元件對於實現本發明係期望的。然而，因為這種元件在此項技術中係眾所周知的，並且因為它們不利於更好地理解本發明，所以本文未提供對這種元件之論述。此外，在可能的範圍內，相似的附圖標記將用於描述相似的元件。
熱量分佈裝置通常用於冷卻微電子總成中之微電子元件。這種熱量分佈裝置可以包括散熱器、水塊、冷板，以及此等裝置與其他裝置中之一或多者的組合。微電子元件之實例可以包括微電子晶片、半導體晶片、非半導體晶片、記憶體晶片、積體電路晶片等。應當理解，熱量分佈裝置之論述將參考「晶片」進行，但是本文揭示之熱量分佈裝置不限於可以與晶片或任何特定類型之晶片一起使用，並且可以涵蓋可自熱量分佈裝置中受益的任何微電子元件。
傳統的熱量分佈裝置對於較大的晶片(諸如在至少一側上大於2.5吋的晶片)效果較差。較大的晶片具有增加的曲率度，使得難以在封裝總成中之晶片及另一組件之整個表面上形成均衡的結合。例如，晶片之表面通常包括隨著晶片之尺寸而增加的某一類型之曲率。曲率亦可能由不同的製造製程、結構設計及材料以及在晶片封裝及回流期間引起。
具有增加的尺寸的晶片的曲率的常見形狀包括圖1A至圖1C所示之半導體晶片。圖1A說明晶片10，該晶片具有頂部及主動表面12、底表面14及相對的外邊緣16。晶片10被展示為處於面向上的位置，其中，主動表面12具有凹曲率。該曲率導致晶片10之邊緣16向內彎曲。參考平面A1被展示為延伸穿過晶片10。外邊緣16被展示為向上彎曲並遠離平面A1，而晶片10之中央部分18被展示為凹入並定位在平面A1下方，使得中心18定位在外邊緣16下方。
如圖1B所示，晶片10'具有主動表面12'及相對的底表面14'，該主動表面處於面向上的位置並具有凸曲率。外邊緣16'相對於晶片10'之中心18'向下彎曲。展示參考平面A2。與向下彎曲並遠離平面A2之外邊緣16'相比，中心18'係彎曲的並且向上延伸並遠離平面A2。因此，外邊緣16'定位在中心18'下方。
在圖1C中展示當處於面向上的位置時的具有「m」形曲率的晶片。參考平面A3延伸穿過晶片10''之中心。如圖所示，外邊緣16''及中心18''將向下並遠離平面A3一相似的距離定位，而定位在其間的晶片10''之部分將向上並遠離平面A3定位(形成「m」形的峰)。
諸如圖1A至圖1C所示，當熱界面材料(TIM)結合至較大的晶片並且可能包括一定程度之曲率時，TIM上之接觸壓力會影響熱阻、冷卻效率以及製造晶片總成之總成本。當晶片尺寸小(在每側上＜ 2吋)時，接觸壓力更容易控制。當晶片尺寸大(在每側上＞ 2.0吋，包括在每側上＞ 2.5吋)時，利用傳統的冷板/散熱器設計很難控制TIM接觸壓力，因為這種設計無法適應大的表面積上的晶片尺寸及形狀之中的變化。
為了解決利用具有增大的尺寸及形狀的晶片之當前熱量分佈裝置及晶片總成之缺點，揭示一種熱量分佈裝置以及一種包括該熱量分佈裝置之晶片總成，其可以增加晶片與TIM之間的接觸壓力。這進而減少了封裝總成內之熱量。此外，熱量分佈裝置之設計可以用於包括具有大表面積的不同尺寸及形狀的晶片。如上所述，熱量分佈裝置可以包括散熱器、冷板等。為了便於論述，將熱量分佈裝置稱為冷板，但是應當理解，熱量分佈裝置可以包括除冷板以外的其他結構。
冷板可以包括擴大的腔體，該腔體具有在腔體內之凸起的鰭或肋及通道的型樣。在一個實例中，冷板可以包括在冷板之中央部分內之腔體。腔體內之中心點可以包括通風孔，該通風孔延伸穿過冷板之厚度並定位在腔體之中心內。
凸起的鰭或肋可以定位在腔體內並且圍繞通風孔之周界徑向地延伸。通道可以安置在每一凸起的肋之間。
單個肋之高度可以沿其長度變化。例如，肋可以具有朝向通風孔傾斜之傾斜頂表面。在這種實例中，每一肋之最外邊緣在豎直方向上可以具有第一高度，該第一高度大於最靠近通風孔之相對的內邊緣之第二高度，或者反之亦然。頂表面可以朝向中心傾斜，或者可以另外地或替代地具有曲率半徑，使得肋之頂表面之至少一部分係彎曲表面。
肋及各別的傾斜頂表面的共同組合可以在中央腔體內創建任何期望的表面。在肋之頂表面係凹形的並且朝向通風孔向下傾斜之實例中，腔體內之肋之共同頂表面可以創建整體凹形表面。類似地，在肋之頂表面自外邊緣朝向中央開口向上傾斜之情況下，肋之共同頂表面可以創建整體凸形表面。由肋之共同頂表面創建之多種類型之表面亦在本發明之範疇內。
冷板可以在半導體晶片總成內實現以消散由晶片產生之熱量。例如，可以利用TIM(諸如熱熔膠)將擴大的晶片附接至冷板。由傾斜的脊創建的凹形表面將補償晶片之凹形表面或彎曲邊緣。這種組態允許冷板與各種尺寸及形狀之晶片一起使用，包括沿至少一個邊緣之尺寸為2.5 mm、甚至大於2.5 mm且包括至少5 mm的較大晶片，同時仍然在晶片與板之間提供良好的接觸壓力。使用習知的散熱片不容易實現這種接觸壓力。
可以將冷板合併至晶片總成中，以消散由總成內之組件產生之熱量。TIM(諸如熱熔膠)可以用於將晶片結合至冷板，並幫助進一步消散總成內之熱量。熱熔膠可以設置至冷板之腔體內之一些或所有肋的頂表面上。然後可以將晶片放入腔體中，並向晶片及TIM施加壓力。當晶片結合至冷板上時，在晶片上施加壓力將導致熱熔膠流向通風孔，並且分佈在整個通道中。晶片可以進一步在腔體、肋及通道內之熱熔膠內自定中心，這將進一步補償晶片與冷板之間的任何平面性差異。
熱熔膠在通道及腔體內之分佈增強了晶片與熱熔膠之間的接觸。晶片之中央部分處之接觸壓力可以大於晶片之最外邊緣處之接觸壓力。這有益於將熱量分佈在晶片之中心，亦即，晶片之最熱部分，尤其在晶片尺寸較大時。
揭示之熱量分佈結構允許晶片與TIM之間的接觸壓力的相對均勻的分佈。為了增加接觸壓力，可以修改凸起肋之特徵，諸如肋之傾斜的厚度、高度及形狀。
因此，本文揭示之特徵可以提供一種熱量分佈結構，該熱量分佈結構利用肋之預定配置來增加晶片與TIM之間的接觸壓力。由於由大表面積引起的晶片的彎曲形狀以及在晶片製造等期間的缺陷，所以這種特徵可以解決與將具有大平坦表面之晶片結合至熱量分佈裝置之表面相關的缺點。 實例冷板
圖2係實例熱量分佈裝置，諸如冷板100。冷板100總體上包括凹入腔體110，其具有凸起的鰭或肋120以及形成在安置於腔體110內之每一凸起的肋120之間的通道130的型樣。冷板可以由已知的散熱材料形成，例如鋁、銅、銀及金屬合金。冷板100亦可以使用模製、機加工及類似製程來製造。
冷板100包括外部頂表面102及相對的底表面104(圖3)。底表面104被展示為連續的平坦表面，但在其他實例中，該表面可以變化。腔體110由凹入的內表面112及周邊邊緣114限定，該周邊邊緣自凹入的內表面112向上延伸至冷板100之外部頂表面102。冷板100之外部頂表面102平行於腔體110之內表面112延伸並形成圍繞腔體110延伸之周邊表面。
通風孔106自腔體110之內表面112穿過冷板100之厚度延伸穿過冷板100之底表面104。這允許通風孔106在內表面112及底表面104兩者處都具有開口。通風孔106可以相對於冷板100之周邊以及腔體110之周邊居中定位，儘管在其他實例中，孔106之位置可以調節。此外，可以基於期望的接觸壓力來修改通風孔106之尺寸、形狀及位置，以在晶片之中心處實現，如下面進一步論述。在其他實例中，通風孔106完全被自冷板省略。
儘管冷板100及腔體110可以採用任何形狀，但冷板100及腔體110可以為正方形。例如，冷板或腔體可以係圓形、半圓形、矩形或任何形狀或變形。整個冷板之形狀及腔體之形狀可以可替代地不同。例如，冷板之外部形狀可以為正方形，但腔體110可以為圓形，並且反之亦然。腔體之整體尺寸亦可以變化，但在一個實例中，腔體110足夠大以容納在每一邊緣上為2.5吋長或更大的晶片。
複數個肋120可以定位在腔體110內並且以特定型樣配置。例如，參考圖4(俯視圖)以及圖5(圖4之放大部分)，複數個肋120被展示為以圓形型樣圍繞通風孔106延伸。在此實例中，存在大約72個肋，但在替代實例中，肋之數量可以不同，可使用更少或更多數量之肋。如下所論述，冷板100之腔體110中之肋120通常維持相同的特性，並且僅基於長度而不同。為了便於論述，應當理解，對肋120之引用適用於冷板100中之所有肋。可以進一步識別某些肋以便於論述，但對彼等特定肋之論述應當理解為在其他態樣具有與任何肋120相同的特性。
肋120可以直接被定位為鄰近周邊邊緣114，並自周邊邊緣114朝向通風孔106延伸。如圖所示，每一肋120之第一端122與每一鄰近的肋120的第一端122間隔開。參考圖5之放大圖，每一肋120之第二端124與每一鄰近的肋120的直接鄰近的第二端124均勻地間隔開。
在此實例中，每一肋120之第二端124終止於遠離通風孔相同的周向距離處，使得每一鄰近的肋120與通風孔106均勻地且周向地間隔開。這允許在通風孔106與每一點P之間的腔體110的中心處有空間126。在此實例中，空間126係圓形空間，但可以藉由改變每一肋120之第二端124遠離通風孔106之距離來實現其他形狀，諸如正方形、半圓形等。在其他實例中，每一肋120之第二端124不需要與通風孔106均勻地間隔開，並且第二端124可以交錯或以任何類型之型樣配置。如稍後將論述，空間126允許在冷板100之中心處聚集流體(諸如熱熔膠或空氣或氣體)，以幫助控制在將結合至冷板100之晶片之中心處的接觸壓力。
圖6A係腔體之一部分及其中的肋的放大截面透視圖，並且圖6B係示意性截面圖。每一肋120之總長度L可以不同。由於肋120圍繞通風孔106之輻射型樣，自周邊邊緣114至鄰近通風孔106之點的距離可以變化，使得每一肋120之長度可以與直接鄰近的肋120不同。例如，在腔體110之四個角部處之肋比自兩個鄰近的角部之間的周邊邊緣上之點延伸的肋向通風孔106延伸更大的距離。仍然參考圖6A，定位在腔體110之兩個鄰近的角部處的角部肋120A及角部肋120B之長度L1大於定位在肋120A及120B之間的中間點處的中間肋120C之長度L2。
圖7係具有第二端124之單個肋120之示意圖，該第二端被表示為與肋120所覆蓋之表面(諸如內表面112)齊平。單個肋120之高度可以沿其長度L變化。例如，參考圖7，肋120之頂表面128可以朝向通風開口106傾斜。肋120在第一端122處之第一高度H1可以大於在肋120之第二端124處之第二高度H2。在圖7之實例中，肋120將連續地朝向通風孔106傾斜，使得肋120之第二端124與內表面112齊平，並且第二高度H2為「0」。(亦參見圖6A)。如圖所示，肋120之頂表面128亦可以具有曲率半徑R1，使得肋120之至少一部分具有彎曲表面。
仍然參考圖7，每一肋120之厚度或寬度可以在其整個長度上保持相對恆定。肋120之第一端122之寬度W1基本上等於肋120之鄰近通風孔106之相對的第二端124處的寬度W2。在其他實例中，該寬度可以沿其長度變化。例如，肋120之第一端122處之寬度W1可以大於或小於第二端124處之寬度W2。類似地，寬度W1及W2可以相等，但該寬度可以在W1與W2之間變化一或多次。
肋120亦可以包括沿其長度之曲率半徑。在該實例中，曲率半徑R1允許在每一單獨的肋120上創建凹形表面。在其他實例中，可以存在多個曲率半徑，或者導致在肋120上形成不同類型之表面(諸如凸形表面)的替代曲率。
再次參考圖4、圖5及圖6A，在每一鄰近的肋120之間的空間中形成有流動通道130。基於兩個鄰近的肋120之間的距離，流動通道之寬度可以沿其長度變化。如圖6中最佳所示，鄰近周邊邊緣114之流動通道130之寬度W3大於鄰近通風孔106之每一流動通道130之寬度W4。由於直接鄰近肋120之第二端124之間的間隔，流動通道130將終止於鄰近通風孔106之點P處。
一些或所有肋可以與冷板100之主體一體地形成，或者一或多個肋可以單獨製造並附接至腔體110之內表面112。在一個實例中，肋120由包含冷板100之其餘部分的相同材料形成。在其他實例中，每一肋120由與冷板之主體不同的材料形成。
肋與各別的傾斜及凹形表面的共同組合可以在腔體110內創建任何期望的表面。在該實例中，在肋120之頂表面128朝向通風孔106向下傾斜或彎曲之情況下，腔體110內之肋120之共同頂表面128創建整體凹形表面。例如，如圖6A及圖6B所示，肋120之頂表面128逐漸變得與腔體110之內表面112齊平。這在腔體110上創建了整體凹形表面，在該凹形表面中，共同的肋形成了向內彎曲的表面。在替代實例中，可以藉由利用具有不同形狀及型樣的肋來創建不同類型的表面，如將在本文中論述。
冷板可以與半導體晶片結合以消散由晶片產生之熱量。例如，圖8說明定位在冷板100之腔體內的晶片10(如前論述)的實例。圖9說明具有覆蓋晶片10及冷板100之包覆模製件138的實例完整總成50。儘管未展示，但完整總成50亦可以合併至另一總成中，包括附接至印刷電路板等。
圖10A說明晶片及冷板100之分解圖，其中，晶片10'之主動表面(圖1B)當處於面向上的位置時具有凸形及彎曲表面。如上所述，晶片10'可以係尺寸增加的晶片。晶片10'可以大於2.5吋，並且在一或多側上為5吋或更大。在該實例中，在腔體110內可以設置有TIM以幫助晶片10'與冷板100之間的熱傳導，從而增強它們之間的熱耦接。在一個實例中，TIM係室溫流體，諸如熱熔膠140。其他熱界面材料亦可以在系統內實現，包括其他類型之熱黏合劑、熱凝膠、熱補土、熱間隙填充劑、相變材料、金屬TIM等。
可以以任何多種方式將熱熔膠140施加至冷板100。在一個實例中，熱熔膠140設置在某些通道130內。熱熔膠140被展示為分佈在若干通道130中，但熱熔膠140可以沈積至任何數量之通道中。當晶片10'結合至熱熔膠140時，熱熔膠140將在徑向方向及切向方向兩者上流動。這允許熱熔膠140沿通道並在通道內朝向通風孔106流動，並且在需要時溢出至相鄰通道130中。此外，熱熔膠140分散在晶片之表面輪廓上。在另一個實例中，可以在腔體110之內表面112上之某些點處提供熱熔膠滴，當晶片10結合至冷板100時，該熱熔膠滴將類似地分佈在晶片10以及腔體內之肋120及通道130之表面上。
如圖10B(圖8之示意性截面圖)之實例中所示，可以使用熱熔膠140將晶片10'之前部及主動表面12'結合至冷板100。當結合至冷板100時，晶片10'處於面向下的位置，使得晶片10之整體形狀係凹形的，並且主動表面12'相對於冷板100之頂表面具有凹曲率。如圖所示，熱熔膠140將具有面對肋120及通道140之頂表面140A，以及背對肋120並朝向晶片10'之後表面140B。晶片10'將覆蓋肋120之凹形頂表面128並且可以接觸一或多個肋120，以及覆蓋並接觸熱熔膠140之後表面140B，及/或被嵌入熱熔膠140內。儘管增加了晶片10'之尺寸及輪廓邊緣，但肋120之凹形形狀藉由補充晶片10之現在凹形的頂表面12來補償晶片10'之非平面性。這有助於在晶片10'與冷板100之間提供更好的接觸表面。此外，錐形流動通道130(圖10A)允許熱熔膠140流動並在晶片10'之整個表面上以及在朝向通風孔106之方向上分佈。由於流動通道之組態，熱熔膠140可以聚集在通風孔106處或附近的空間126中。熱熔膠亦可以流入通風孔106中。通風孔106亦可以提供供可能存在於腔體中之氣泡逸出的通風孔。
熱熔膠140在通風孔106處之聚集可以幫助增加晶片10之中心上之接觸壓力。肋120及通道130內之熱熔膠140將進一步允許晶片10'與冷板100之間的平面性變化。而且，晶片可以在腔體110內之熱熔膠內自定中心，這將有助於進一步補償晶片與冷板之間的任何平面性差異。
根據本發明之態樣，冷板100可以提供晶片10'與冷板100之間的增加且受控的接觸壓力。冷板利用肋120，該肋之頂表面128以一定的型樣配置以在腔體110內創建整體凹形表面。在腔體110包括複數個肋、每一肋之曲率半徑R1'為2.1 mm、厚度/寬度W為1 mm、高度H1為0.5 mm並且通風孔106之直徑為2 mm的實例中，可以在總成中實現增加的接觸壓力。在晶片10'之主動表面12'在面向上的位置具有凸形形狀並且在面向下的位置結合至冷板100、並且熱熔膠140具有面對冷板100之肋120之頂表面140A以及面對晶片10'之後表面140B的實例中，晶片相對於冷板100之頂表面之整體形狀係凹形形狀。
用於判定該晶片組態中之熱熔膠上之接觸壓力的模擬表明，大約0.18 MPa之均衡或均勻地分佈的接觸壓力可以分佈在熱熔膠140的面對晶片10'之主動表面之整個底表面140B上。即使在晶片10'之增加的表面積與肋及冷板100之頂表面之間的共面性存在較大差異(諸如0.5 mm)的情況下，亦可以藉由晶片10'在熱熔膠140之底表面140B上實現這種均勻分佈的接觸壓力。而且，在熱熔膠140之底表面之中心以及晶片之中央區域C2(亦參見圖1B)處可以實現大約0.18 MPa之高接觸壓力，該中央區域係晶片10'之熱點。中央區域C2可以包括晶片10'上之位於晶片10'之四個角部121之區域中心中的任何區域或點。例如，中央區域C2可以包括晶片10'之覆蓋通風孔106之部分或冷板之直接圍繞通風孔延伸之部分或這兩者。中央區域C2亦可以包括晶片C2之確切中心。
藉由流動通道可以在熱熔膠140之頂表面140A處實現大約0.16 MPa之接觸壓力，並且藉由肋120可以在TIM之頂表面140A處實現大約0.12 MPa之接觸壓力。因此，利用根據本發明之態樣的冷板100可以實現增加的接觸壓力。
在晶片之中央區域C2處增加的壓力可能在晶片在晶片之中央位置或區域處產生最高熱量，並且通常在其中心最熱的意義上係有益的。確保晶片之中央區域處之高接觸壓力可以幫助進一步確保冷板在最佳條件下操作，從而更有效地分佈來自晶片總成之熱量。應當理解，關於圖10A至圖10B論述之以上參數僅提供一個實例，並且可以對任意一個肋之曲率半徑、厚度/寬度及高度中之一或多者進行多種修改，以及對配置肋之型樣、冷板之形狀及其他參數進行修改，以實現增加的及最佳的接觸壓力。而且，亦可以結合本文揭示之結構及方法來利用基本平面的晶片。
冷板100可以用於補償不同形狀及尺寸之晶片，同時仍然在熱界面材料上實現高接觸壓力。圖11說明包括晶片10之晶片總成之分解透視圖(亦參見圖1A)。圖10A至圖10B及圖11之實例之間的唯一區別係晶片之主動表面相對於冷板之頂表面的曲率。晶片10具有在面向上的位置中具有凹曲率的主動表面，使得晶片10之外邊緣向上定向並且晶片10'之中心18'向下且遠離最外邊緣定位。一旦置放至冷板200內之面向下的位置，晶片10就可以具有相對於冷板200之頂表面之整體凸形形狀。晶片10可以係大於2.5吋的更大的晶片，並且在該實例中，晶片10在每一側上可以係至少5吋。在其他實例中，晶片可以係小於2.5吋的小得多的晶片，或者可替代地大於5吋。冷板200與冷板100相同，並且包括圍繞通風孔206配置之凹形肋220及通道230，其共同形成腔體210內之凹形表面。熱熔膠240可以再次設置在通道230內。儘管肋120之頂表面228形成凹形表面並且晶片10相對於冷板100之頂表面具有整體凸形形狀(當處於面向下的位置時)，仍然可以實現高接觸壓力。
用於判定在該實例晶片組態中在熱熔膠上之接觸壓力之實例模擬導致在熱熔膠240之底表面上之接觸壓力分佈在大約0.16 MPa至0.18 MPa之間，其中，即使具有大的共面性差異(諸如0.5 mm)，並且晶片10具有帶有凸形表面之大表面積，亦可以實現朝向熱熔膠240之底表面之中央部分的0.18 MPa的接觸壓力。
類似地，晶片10之中央區域C1處之接觸壓力(亦參見圖1A)可以大於晶片10在其四個角部處之接觸壓力。在該實例中，在熱熔膠240之底表面之四個角部處的壓力可以係大約0.15 MPa，並且在晶片之中央區域C1處之接觸壓力可以係大約0.18 MPa，使得在晶片之中央區域C1處之接觸壓力比在晶片之四個角部221處之接觸壓力大20%。如圖所示，中央區域C1可以包括晶片10上之位於晶片10之四個角部221之區域中心中的任何區域或點。例如，中央區域C1可以包括晶片10之覆蓋通風孔106之部分或冷板之直接圍繞通風孔延伸之部分或這兩者。中央區域C1亦可以包括晶片C1之確切中心。
在熱熔膠240之面對冷板100之頂表面處，可以在熱熔膠240的在流動通道內之部分上實現大約0.14 MPa之接觸壓力，並且可以在熱熔膠240的與冷板200之肋220接觸之部分上實現0.12 MPa之接觸壓力。
在晶片之中央區域C1處之增加的壓力可以在晶片在晶片之中央位置或區域處產生最高熱量，並且通常在其中心最熱之意義上係有益的。確保晶片之中央區域處之高接觸壓力將有助於進一步確保冷板在最佳條件下操作，從而更有效地分佈來自晶片總成之熱量。應當理解，此等參數僅提供一個實例，並且可以對任一個肋之曲率半徑、厚度/寬度及高度中之一或多者進行多種修改，以及對配置肋之型樣、冷板之形狀及其他參數進行修改，以實現增加的及最佳的接觸壓力。
圖12說明利用與本文先前揭示之冷板100及200相同的冷板300的另一分解的晶片總成。晶片10''可以係放大的晶片，其在至少一側上大於2.5吋，並且在面向上的位置處之形狀為「m」形，如本文先前所論述，但當在面向下的位置處定位在冷板內時將處於「w」位置。在面向下的位置中，最外邊緣14''及中心18''現將向上彎曲。當晶片10''附接至冷板300時，熱熔膠340將沿晶片10''之主動表面12''流動。如在先前之實施例中，熱熔膠340將沿流動通道330並穿過流動通道在徑向方向及切向方向兩者上流動通過腔體310。
儘管主動表面在面向下的位置中具有「w」形輪廓，該輪廓與冷板300之腔體310內之複數個肋320之配置所創建的凹形表面不互補或不完全匹配，但晶片10''與冷板之間的高接觸壓力可以根據本發明之態樣來實現。
如在先前之實例中，用於判定在該實例晶片組態中在熱熔膠上之接觸壓力之實例模擬表明可以在熱熔膠340之底表面上實現良好的接觸壓力。在一個實例中，接觸壓力之範圍自在熱熔膠340之底表面之四個角部處的大約0.16 MPa至在熱熔膠之底表面(其面對晶片10''之主動表面)之中央區域處的大約0.18 MPa。即使共面性存在大的差異(諸如0.5 mm)，並且晶片10具有大表面積及w形表面，亦可能存在這種整體高接觸壓力分佈。在熱熔膠340之頂表面處，可以在流動通道330內實現大約0.12 MPa之接觸壓力，並且在肋320處實現大約0.17 MPa之接觸壓力。而且，可以在通風孔306處實現0.17 MPa之高接觸壓力，該通風孔處係晶片10之熱點。
類似地，晶片10''之主動表面12''之中央區域C3處的接觸壓力(亦參見圖1C)可以大於在前表面處之晶片10''之四個角部321之接觸壓力。在該實例中，在晶片10''之主動表面12''之四個角部321處的壓力可以為大約0.16 MPa，並且在晶片之中央區域C3處之接觸壓力可以為大約0.18 MPa，使得在晶片之中央區域C3處之接觸壓力比在晶片之四個角部321處之接觸壓力大13.4%。如圖所示，中央區域C3可以包括晶片10上之位於晶片10之四個角部321之區域中心中的任何區域或點。例如，中央區域C3可以包括晶片10之覆蓋通風孔106之部分或冷板之直接圍繞通風孔延伸之部分或這兩者。中央區域C3亦可以包括晶片C3之確切中心。
在晶片之中央部分處之這種增加的接觸壓力可以在晶片通常在其中心處最熱之意義上係有益的。應當理解，此等參數僅提供一個實例，並且可以對任一個肋之曲率半徑、厚度/寬度及高度進行多種修改，以及對配置肋之型樣、冷板之形狀及其他參數進行修改，以實現增加的及最佳的接觸壓力。
上述實例中之每一者都可以利用冷板100、200及300實現高接觸壓力。然而，可以針對不同的晶片尺寸及形狀進一步最佳化肋高度H、肋厚度W及肋之曲率半徑R，以獲得最大效能並實現晶片10與冷板100之間的高接觸壓力。例如，可以增加或減少肋高度H1，可以增加或減少肋厚度或寬度W，以及可以增加或減少通風孔106之直徑D以獲得最大效能。另外，肋120配置在腔體110內之型樣可以廣泛地變化。此外，應當理解，在其他組態中，可能期望晶片之後表面直接面對冷板。
亦應當理解，在以上實例中，具有曲率之晶片已經結合至具有本文揭示之結構的冷板。然而，在其他實例中，可以根據方法以及在整個本發明之整體及其變形中描述之結構內利用基本及/或連續平面的晶片。
圖13至圖16說明實例替代肋，根據本發明之態樣，複數個替代肋可以在冷板內實現以共同形成晶片可以附接至的替代表面。如先前所論述，可以沿肋120之長度之頂表面128設置曲率半徑R1。可以沿肋120之寬度另外地或替代地設置曲率半徑。例如，圖13說明沿肋120'之長度之曲率半徑R1'以及沿肋120'之寬度W之曲率半徑R2。
圖14展現另一替代肋120''。如圖所示，肋120''之第二端124''不與腔體110之內表面112齊平。相反，第二端124''之高度H2''可以大於「0」但小於在第一端122''d處之高度H1''。若在具有與本文揭示之類似組態之冷板內實現有複數個替代肋120''，則每一肋120''之每一第二端124''在第二端124''處將具有邊緣129''，該邊緣將共同創建圍繞通風孔106延伸之具有高度H2''之壁。
參考圖15，展示另一替代肋120'''，該替代肋不包括沿其長度之曲率半徑。相反，頂表面128'''維持恆定的斜率，該斜率自冷板之鄰近周邊邊緣的具有高度H1'''之第一端線性延伸至鄰近通風孔106的具有高度H2'''之相對的第二端(未展示)。頂表面128'''將沿直線朝向通風孔106延伸，並且具有連續的平坦表面。
圖16展示另一替代肋120''''，該替代肋係以上論述之肋120之鏡像。肋120''''具有鄰近第二端124''''之高度H2，該高度大於第一端122''''處之高度H1''''。結果，肋120''''之頂表面128''''自鄰近通風孔106之第二端124朝向鄰近周邊邊緣114之第一端122沿相反的方向傾斜。以與本文揭示之冷板100相同的型樣實現的複數個肋120''''將導致形成凸形表面。
揭示之熱量分佈結構及晶片裝配方法允許晶片與TIM之間的接觸壓力的相對均勻的分佈。為了增加接觸壓力，可以修改凸起的肋的特徵，諸如肋的傾斜的厚度、高度以及形狀及方向。
在冷板內設置具有可替代組態之複數個肋可以導致形成不同的整體表面。例如，用肋120''''代替上面論述之肋120，將導致形成凸形表面之共同的肋120''''。此係因為肋之第二端124'''將定位成鄰近通風孔106，並且肋之第一端124'''將鄰近周邊邊緣114。因此，共同的肋的最高點將處於腔體110之中心。這可能係有利的，因為這可以幫助確保晶片的將附接至冷板之中央部分的良好接觸壓力及熱連接。
類似地，前述肋及其變形中之任一者都可以以多種方式配置在腔體內，同時仍然實現較大尺寸的晶片與冷板之間的增加的接觸壓力。舉例而言，再次參考圖4至圖6及肋120，可以修改肋120之寬度並增加其尺寸，使得在腔體內設置更少的肋。類似地，肋120之第二端124可以彼此間隔開以允許流動通道具有鄰近通風孔106之較大的開口。類似地，肋之所得型樣及配置可以不同。在其他實例中，選擇通道及肋可以在朝向腔體之中心之方向上延伸，而其他通道及肋則並非如此。可替代地，可能沒有指向腔體中心之通道及肋。
在圖17中描述了根據本發明之態樣的製造晶片總成400之實例方法。在區塊410處，提供了熱量分佈裝置。該裝置包括主體及內表面、延伸穿過內表面並定位在主體內之通風孔，以及圍繞通風孔同心地配置並在其之間限定複數個通道之複數個肋。複數個肋中之每一者包括朝向通風孔傾斜之頂表面。複數個肋配置成使得複數個肋之頂表面共同形成熱量分佈裝置內之非平坦表面。在區塊420處，將熱界面材料沈積至主體之內表面上。在區塊430處，將半導體晶片結合至肋之頂表面，並且將熱界面材料定位在半導體晶片與肋之間。在區塊440處，可以向晶片之曝露表面施加壓力，以便導致熱界面材料徑向地及切向地散佈在晶片之相對的底表面上並朝向通風孔穿過通道。可以藉由將晶片及冷板實體結合之人員或由使用者將組件結合在一起之工具來直接施加壓力。可替代地，若藉由自動裝配製程發生結合，則可以藉由自動裝置等施加壓力。
除非另有說明，否則前述替代實例並非互相排斥的，而是可以以各種組合實施以實現獨特的優點。由於可以在不脫離申請專利範圍所限定之主題之情況下利用以上論述之特徵的此等及其他變形以及組合，所以前述描述應當以說明的方式而非限制由申請專利範圍所限定之主題的方式進行。另外，提供本文描述之實例以及用語表達為「諸如」，「包括」等之條項不應解釋為將申請專利範圍之主題限制於特定實例；相反，此等實例僅旨在說明許多可能的實現方式之一。此外，不同附圖中之相同附圖標記可以識別相同或相似的元件。
10:晶片 10':晶片 10'':晶片 12:主動表面 12':主動表面 12'':主動表面 14:底表面 14':底表面 14'':底表面 16:外邊緣 16':外邊緣 16'':外邊緣 18:中心 18':中心 18'':中心 50:完整總成 100:冷板 102:外部頂表面 104:底表面 106:通風孔 110:凹入腔體/腔體 112:內表面 114:周邊邊緣 120:肋 120':肋 120'':肋 120''':肋 120'''':肋 120A:角部肋 120B:角部肋 121:角部 122:第一端 122'':第一端 122''':第一端 122'''':第一端 124:第二端 124'':第二端 124''':第二端 124'''':第二端 126:空間 128:頂表面 128''':頂表面 128'''':頂表面 129'':邊緣 130:通道/流動通道 138:包覆模製件 140:熱熔膠 140A:頂表面 140B:後表面 200:冷板 206:通風孔 210:腔體 220:肋 221:角部 230:通道 240:熱熔膠 300:冷板 310:腔體 320:肋 321:角部 330:流動通道 340:熱熔膠 400:晶片總成 410:區塊 420:區塊 430:區塊 440:區塊 A1:平面 A2:平面 A3:平面 C1:中央區域 C2:中央區域 C3:中央區域 H1:高度/第一高度 H1'':高度 H1''':高度 H1'''':高度 H2:高度/第二高度 H2'':高度 H2''':高度 L:長度 L1:長度 L2:長度 P:點 R1:曲率半徑 R1':曲率半徑 R2:曲率半徑 W:寬度 W1:寬度 W2:寬度 W3:寬度 W4:寬度
圖1A係根據本發明之態樣的說明實例曲率之實例晶片。
圖1B係根據本發明之態樣的說明實例曲率之實例晶片。
圖1C係根據本發明之態樣的說明實例曲率之實例晶片。
圖2係根據本發明之態樣的實例熱量分佈裝置之透視圖。
圖3係圖2之熱量分佈裝置之仰視透視圖。
圖4係圖2之熱量分佈裝置之俯視圖。
圖5係圖4所示之熱量分佈裝置之一部分的放大截面圖。
圖6A係圖2所示之熱量分佈裝置之一部分的放大截面透視圖。
圖6B係沿圖2之線A-A截取的示意性截面圖。
圖7係根據本發明之態樣的圖6A所示之實例肋之示意圖。
圖8係根據本發明之態樣的圖2之熱量分佈裝置內之晶片之實例總成的透視圖。
圖9展示根據本發明之態樣的圖2之熱量分佈裝置內之晶片及包覆模製件之總成。
圖10A係展示圖8之晶片總成之分解透視圖。
圖10B係展示圖8所示之晶片總成之截面的示意性截面圖。
圖11係展示根據本發明之態樣的圖2之熱量分佈及另一實例晶片之分解透視圖。
圖12係展示根據本發明之態樣的圖2之熱量分佈及另一實例晶片之分解透視圖。
圖13係根據本發明之態樣的另一實例肋。
圖14係根據本發明之態樣的另一實例肋。
圖15係根據本發明之態樣的另一實例肋。
圖16係根據本發明之態樣的另一實例肋。
圖17係展示根據本發明之態樣的製造方法之流程圖。
100:冷板
102:外部頂表面
106:通風孔
110:凹入腔體/腔體
112:內表面
114:周邊邊緣
120:肋
130:通道/流動通道

Claims (20)

  1. 一種熱量分佈裝置，其包含： 一主體； 一凹入腔體，該凹入腔體定位在該主體內，該凹入腔體具有一內表面、圍繞該內表面延伸並限定該內表面之一周邊壁，以及在該凹入腔體內之一中心點； 複數個肋，該複數個肋延伸遠離該凹入腔體之該內表面，該複數個肋圍繞該中心點同心地配置並在該複數個肋之間限定複數個通道，該複數個肋中之每一者具有朝向該中心點傾斜之一頂表面， 其中，該複數個肋被配置成使得該複數個肋之該等頂表面共同形成該熱量分佈裝置內之一非平坦表面。
  2. 如請求項1之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋中之每一者之該頂表面包括一曲率半徑。
  3. 如請求項2之熱量分佈裝置，其中，該非平坦表面係一凹形表面。
  4. 如請求項2之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋中之每一者之該頂表面包括一曲率半徑，並且其中，該非平坦表面係一凸形表面。
  5. 如請求項1之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋包括一第一端及鄰近該中心點之一相對的第二端，其中，該第一端之一第一高度大於該第二端處之一第二高度，並且其中，該第二端與該凹入腔體之該內表面齊平。
  6. 如請求項1之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋包括一第一端及鄰近該中心點之一相對的第二端，其中，該第一端之一第一高度大於該第二端處之一第二高度，並且其中，該第二端之一邊緣與該凹入腔體之該內表面齊平。
  7. 如請求項1之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋包括一第一端及鄰近該中心點之一相對的第二端，其中，該第一端之一第一高度大於該第二端處之一第二高度，其中，該第二高度延伸遠離該內表面。
  8. 如請求項1之熱量分佈裝置，其中該熱量分佈裝置亦包括定位在該中心點處之一通風孔。
  9. 一種熱量分佈裝置，其包含： 一主體； 一通風孔，該通風孔定位在該主體內； 複數個肋，該複數個肋圍繞該通風孔同心地配置並且在該複數個肋之間限定複數個通道，該複數個肋中之每一者具有朝向該通風孔傾斜之一頂表面， 其中，該複數個肋被配置成使得該複數個肋之該等頂表面共同形成該熱量分佈裝置內之一非平坦表面。
  10. 如請求項9之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋中之每一者之該頂表面包括一曲率半徑，並且其中，該非平坦表面係一凹形表面。
  11. 如請求項9之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋中之每一者之該頂表面包括一曲率半徑，並且其中，該非平坦表面係一凸形表面。
  12. 如請求項9之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋中之每一者包括一第一端及一相對的第二端，每一肋之一第一高度大於每一肋之一第二高度，該複數個肋中之每一者之該第二端定位成鄰近該通風孔。
  13. 如請求項12之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋中之每一者之該第二端與該主體之一表面齊平。
  14. 如請求項13之熱量分佈裝置，其中，該複數個肋之該等第二端同心地配置並且與該通風孔間隔開，從而在該複數個肋之該等第二端中之每一者與該通風孔之間形成一中央區域。
  15. 如請求項9之熱量分佈裝置，其中該熱量分佈裝置亦包含在該主體內之一凹入腔體，並且其中該複數個肋定位在該凹入腔體內。
  16. 如請求項15之熱量分佈裝置，其中，一周邊壁圍繞該凹入腔體延伸，並且該複數個肋中之每一者具有定位成直接鄰近該周邊壁之一第一端及定位成直接鄰近該通風孔之一第二端。
  17. 一種微電子總成，其包含： 一熱量分佈裝置，該熱量分佈裝置包括一主體、該主體內之一凹入腔體、該腔體內之一通風孔、圍繞該通風孔徑向地延伸之複數個傾斜肋，以及形成在該等傾斜肋中之每一者之間的各別空間中之複數個通道； 一半導體晶片，該半導體晶片至少部分地定位在該凹入腔體內並且覆蓋該等傾斜肋之該等頂表面，該晶片之一主動表面面向該複數個傾斜肋；以及 一熱界面材料，該熱界面材料安置在該等通道內並且在該半導體晶片與該凹入腔體之一表面之間。
  18. 如請求項17之微電子總成，其中，該半導體晶片包括結合在一起並形成四個角部之邊緣表面，並且其中，該半導體晶片與該熱界面材料之間的一第一接觸壓力在該半導體晶片之一中央區域處比在該半導體晶片之該四個角部處之一第二接觸壓力高，其中，該半導體晶片之該中央區域包括該半導體晶片之覆蓋該熱量分佈裝置之圍繞該通風孔周向地延伸之表面的部分。
  19. 如請求項17之微電子總成，其中，該半導體晶片與該熱界面材料之間的一接觸壓力均勻地分佈在該半導體晶片之該主動表面上。
  20. 一種製造一晶片總成之方法，其包含： 提供一熱量分佈裝置，該熱量分佈裝置包含具有一內表面之一主體、延伸穿過定位在該主體內之該內表面之一通風孔、圍繞該通風孔同心地配置並且在其間限定複數個通道之複數個肋，該複數個肋中之每一者具有朝向該通風孔傾斜之一頂表面，其中，該複數個肋被配置成使得該複數個肋之該等頂表面共同形成該熱量分佈裝置內之一非平坦表面， 將一熱界面材料沈積至該內表面上； 將一微電子元件結合至該等肋之該等頂表面，該熱界面材料定位在該微電子元件與該等肋之間，以及 向該微電子元件之曝露表面施加壓力，以使該熱界面材料徑向地及切向地散佈在該微電子元件之一相對的底表面上並朝向該通風孔穿過該等通道。
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