專利名稱：用于集成散熱器的多層聚合物焊料混合熱界面材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所公開的實施例涉及一種用于集成散熱器的多層熱界面材料。
背景信息集成電路(IC)管芯通常被制造為處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)和其他的用于不同任務(wù)的器件。這種管芯的增加的功耗導(dǎo)致了當(dāng)在該領(lǐng)域中使用管芯時，對于熱解決方案設(shè)計的更加緊張的熱預(yù)算。因此，通常需要熱界面，以允許管芯更加有效地排熱。
最常見的熱界面可以使用散熱裝置，諸如散熱器，其耦合到管芯的背面。在使用集成散熱器(IHS)時遇到的一個問題是，在與管芯的充分附著，以及足夠高的熱流以滿足管芯的冷卻需要之間取得平衡。為了應(yīng)對該問題，嘗試了數(shù)種接合材料，獲得了不同結(jié)果。如果粘附是不充分的，則IHS可能從熱界面材料(TIM)上剝落，導(dǎo)致了產(chǎn)量問題或場失效。所遇到的技術(shù)問題是，對于管芯和安裝有該管芯的板，實現(xiàn)可接受的IHS均衡。
附圖簡述為了理解獲得實施例的方式，通過參考附圖，將給出上文簡要描述的本發(fā)明的不同的實施例的更加具體的描述。這些附圖示出了實施例，其并非依比例繪制，并且不應(yīng)被認(rèn)為是其范圍的限制。通過使用附圖，將針對額外的特征和細(xì)節(jié)描述和解釋某些實施例，在附圖中

圖1A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖1B示出了進(jìn)一步處理之后的圖1A中的熱傳輸復(fù)合體；圖2A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖2B示出了進(jìn)一步處理之后的圖2A中的熱傳輸復(fù)合體；圖3A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖3B示出了進(jìn)一步處理之后的圖3A中的熱傳輸復(fù)合體；圖4是根據(jù)實施例的熱傳輸復(fù)合體的底面剖面；
圖5A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖5B示出了進(jìn)一步處理之后的圖5A中的熱傳輸復(fù)合體；圖6A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖6B示出了進(jìn)一步處理之后的圖6A中的熱傳輸復(fù)合體；圖7A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖7B示出了進(jìn)一步處理之后的圖7A中的熱傳輸復(fù)合體；圖8A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)的側(cè)面剖面；圖8B示出了進(jìn)一步處理之后的圖8A中的熱傳輸復(fù)合體；圖9是工藝實施例的示意圖；圖10是方法實施例的示意圖；圖11是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面；圖12是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面；圖13是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面；圖14是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面；圖15是根據(jù)實施例的計算系統(tǒng)的示意圖；圖16是根據(jù)實施例的工藝流程圖；圖17是根據(jù)實施例的方法流程圖。
詳細(xì)描述一個實施例涉及多層聚合物焊料混和(PSH)的熱傳輸結(jié)構(gòu)。一個實施例涉及包括熱界面材料(TIM)中間媒介的系統(tǒng)，其包括多層PSH熱傳輸結(jié)構(gòu)。一個實施例涉及制造多層PSH熱傳輸復(fù)合體的工藝。在實施例中，多層PSH熱傳輸結(jié)構(gòu)安置在散熱器和管芯之間。一個實施例包括通過多層PSH熱傳輸復(fù)合體，將管芯接合到散熱器的方法，其使用管芯參照工藝而非基板參照工藝。
下方的描述包括這樣的術(shù)語，諸如上方、下方、第一、第二等，其僅用于解釋性的目的，并且不應(yīng)被解釋為限制?？梢栽诙鄠€位置和取向中制造、使用或運送此處描述的器件或物件的實施例。術(shù)語“管芯”和“處理器”通常指這樣的物理對象，其是通過不同的工藝操作轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧募呻娐菲骷幕竟ぜ?。板典型地是樹脂浸制的玻璃纖維結(jié)構(gòu)，其用作用于管芯的安裝基板。管芯通常與晶片分離，并且晶片可由半導(dǎo)電、非半導(dǎo)電或者半導(dǎo)電和非半導(dǎo)電材料的組合制成。
現(xiàn)將參考附圖，其中相同的結(jié)構(gòu)將具有相同的參考名稱。為了最清晰地示出實施例的結(jié)構(gòu)，此處包括的附圖是本發(fā)明的物件的概略性的表述。因此，所制造的結(jié)構(gòu)的實際外觀，例如顯微照片中的外觀，可以呈現(xiàn)為不相同，然而其仍然包含了實施例的基本結(jié)構(gòu)。而且，附圖僅示出了對于理解實施例而言是必要的結(jié)構(gòu)。為了保持附圖的清晰性，并未包括本領(lǐng)域中已知的其他的結(jié)構(gòu)。
圖1A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)100的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案，熱傳輸子系統(tǒng)100可適用各種芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)不同的實施例，熱傳輸子系統(tǒng)100是多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110和用作對于該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的組合。該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112還被稱為熱傳輸預(yù)型體(preform)。焊料預(yù)型體114完成了熱傳輸子系統(tǒng)100。在實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)100包括用于第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的聚合物基質(zhì)，以及用于多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110的金屬或合金。第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)將粘附到諸如管芯背面表面的材料。
該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110用于增加通過第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)的平均熱傳輸系數(shù)。在另一涉及熱界面的實施例中，單獨地或者應(yīng)用于芯片封裝中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110在體積上相對于第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112存在的范圍是從約0.1％到約0.5％。在另一實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110在體積上相對于第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112存在的范圍是從約0％到約0.1％。在另一實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110在體積上相對于第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112存在的范圍是從約0％到約100％。在另一實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110在體積上相對于第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112存在的范圍是從約2％到約10％。
在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110具有范圍為約90瓦特/米開氏度(W/m-K)～約700W/m-K的熱傳導(dǎo)系數(shù)。該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110被示為均勻分散在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)中。該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110被示為配置成圖案，但是該圖案僅是一個實施例，可以實現(xiàn)其他的配置，包括隨機(jī)分散。而且，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110不必依比例繪制。在實施例中，圖1A中示出的熱傳輸子系統(tǒng)100是從較大的物件上截取的截面。在實施例中，給定的第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110的直徑(或特征尺寸)的范圍是約1微米～約1,000微米。
在實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)100具有范圍為約0.1密耳～約100密耳的厚度。盡管該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110被示為在作為第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)中隔開，但是在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110可以在密集構(gòu)造中相互接觸，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112用作間隙基質(zhì)。
在實施例中，形成用于該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是金屬合金，其具有范圍為約30W/m-K～約90W/m-K的熱傳導(dǎo)系數(shù)。金屬合金的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112用于接合到鍍覆的管芯，諸如鍍金管芯。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物，并且第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是金屬或金屬合金。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是銦(In)，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是銦錫(InSn)合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是錫，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是銦銀(InAg)合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是錫銀(SnAg)合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是錫銀銅(SnAgCu)合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是聚合物。
在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是金屬或金屬合金，并且第一熱傳輸結(jié)構(gòu)是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是銦，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是銦錫合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是錫，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是銦銀合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是錫銀合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110是錫銀銅合金，并且第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112是微粒，諸如石墨纖維或金剛石粉末。
在實施例中，焊料預(yù)型體114是金屬或金屬合金，其粘附到IHS或金屬包層IHS。在實施例中，該焊料預(yù)型體是銦材料。在實施例中，該焊料預(yù)型體是銦錫材料。在實施例中，該焊料預(yù)型體是錫材料。在實施例中，該焊料預(yù)型體是銦銀材料。在實施例中，該焊料預(yù)型體是錫銀材料。在實施例中，該焊料預(yù)型體是錫銀銦材料。
在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110包括高熱傳導(dǎo)率的纖維，諸如金屬絲。在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110代表高熱傳導(dǎo)率的纖維，諸如玻璃纖維。在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110代表高熱傳導(dǎo)率的纖維，其包括石墨纖維。在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110代表高熱傳導(dǎo)率的纖維，其包括石墨纖維和金屬絲。在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110代表高熱傳導(dǎo)率的纖維，其包括石墨纖維和玻璃纖維。在實施例中，該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110代表高熱傳導(dǎo)率的纖維，其包括金屬絲和玻璃纖維。在實施例中，包括所有三種金屬、玻璃和石墨纖維。通過選擇石墨、金屬和玻璃纖維中的至少一個，并且將其中的至少一個固定到第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112中，諸如圖1A中所示的基質(zhì)，可以實現(xiàn)不同的物件性質(zhì)。
在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)是有機(jī)基質(zhì)，諸如聚合物，其具有對于諸如裸露單晶硅的裸露管芯的高粘附性。
該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112形成了第一熱傳輸復(fù)合體形狀，在實施例中，其是聚合物焊料混和(PSH)。在實施例中，第一熱傳輸復(fù)合體形狀是從已經(jīng)歷了此處敘述的連續(xù)的、半連續(xù)的，或批量化處理的供給原料上切割下來的。因此，當(dāng)如圖1A所示觀察第一熱傳輸復(fù)合體形狀時，并且在切割了一部分之后，其同作為熱傳輸子系統(tǒng)100的焊料預(yù)型體114耦合。
圖1B是作為處理之后熱傳輸復(fù)合體101的圖1A的熱傳輸子系統(tǒng)100的示圖。完成了界面102，其用于混和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)和焊料預(yù)型體114。界面102被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)和焊料預(yù)型體114充分混和，由此富含焊料的區(qū)域114交迭至富含聚合物的區(qū)域112。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至隨著其混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度112中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的富含焊料的梯度114。
實現(xiàn)關(guān)于熱傳輸復(fù)合體101的界面102的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體114和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112。在實施例中，冷鐓壓焊料預(yù)型體114和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112。
圖2A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)200的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案，熱傳輸子系統(tǒng)200可適用于不同的芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的關(guān)于熱傳輸子系統(tǒng)的不同實施例，熱傳輸子系統(tǒng)200是多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)210和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的組合。此外，該多個第一微粒211散布在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212中。
在實施例中，根據(jù)此處敘述的不同實施例，形成用于多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)210的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是金屬合金。
在實施例中，根據(jù)此處敘述的不同實施例，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是有機(jī)復(fù)合體。在實施例中，根據(jù)此處敘述的不同的實施例，形成用于多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)210的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是金屬合金。在實施例中，根據(jù)此處敘述的不同的實施例，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是有機(jī)復(fù)合體。在實施例中，形成用于多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)210的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是金屬合金，其具有范圍為約30W/m-K～約90W/m-K的熱傳導(dǎo)系數(shù)。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是有機(jī)復(fù)合體，諸如高熱傳導(dǎo)率的聚合物，其具有范圍為約0.1W/m-K～約1W/m-K的熱傳導(dǎo)系數(shù)。
在實施例中，該多個第一微粒211包括無機(jī)物，其在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的有機(jī)基質(zhì)中是金屬的。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)200的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約0.1W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
在實施例中，該多個第一微粒211包括無機(jī)物，其在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的金屬基質(zhì)中是金屬的。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)200的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約20W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
在實施例中，該多個第一微粒211包括無機(jī)物，其是第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的有機(jī)基質(zhì)中的電介質(zhì)。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)200的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是約10W/m-K～約90W/m-K。
在實施例中，該多個第一微粒211包括無機(jī)物，其是第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的金屬基質(zhì)中的電介質(zhì)。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)200的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約20W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
盡管該多個第一微粒211被示為角型的和偏心的形狀，但是在實施例中，該多個第一微粒211可以是其他的形狀。在實施例中，該多個第一微粒211基本上是球形粉末，其具有范圍為約0.1微米～10微米的平均直徑。在實施例中，微粒211的偏心率，通過主對角軸同副對角軸的比率測量，其范圍為約1～約10。在實施例中，偏心率大于10。
多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)210、第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212和多個第一微粒211的組合呈現(xiàn)了從第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的一個表面到其相反表面的聯(lián)合通道。這樣，促進(jìn)了通過基質(zhì)的熱傳輸。
圖2B是作為處理之后的熱傳輸復(fù)合體201的圖2A的熱傳輸子系統(tǒng)200的示圖。完成了界面202，其混和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的基質(zhì)和焊料預(yù)型體214。界面202被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212的基質(zhì)和焊料預(yù)型體214充分混和，由此富含焊料的區(qū)域214交迭至富含聚合物的區(qū)域212。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至隨著其混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度212中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的富含焊料的梯度214。
實現(xiàn)熱傳輸復(fù)合體201的界面202的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體214和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212。在實施例中，冷鐓壓焊料預(yù)型體214和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212。
圖3A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)300的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案，所示的熱傳輸子系統(tǒng)300適用于不同的芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的關(guān)于熱傳輸子系統(tǒng)的不同實施例，熱傳輸子系統(tǒng)300是多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)310和用作關(guān)于多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)310的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312的組合。該多個第一微粒311散布在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312中。此外，該多個第二微粒316也散布在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312中。同多個第一微粒311相似，該多個第二微粒316具有偏心率比。兩個偏心率比可以是相關(guān)的，或者可以是相互獨立的。
在實施例中，根據(jù)此處敘述的不同的實施例，形成用于多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)310的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312是金屬合金。在實施例中，根據(jù)此處敘述的不同的實施例，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)212是有機(jī)復(fù)合體。
在實施例中，該多個第一微粒311是第一金屬，并且多個第二微粒316是第二金屬。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)300的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約20W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
在實施例中，該多個第一微粒311是第一電介質(zhì)，并且多個第二微粒316是第二電介質(zhì)。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)300的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約5W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
在實施例中，該多個第一微粒311是電介質(zhì)，并且多個第二微粒316是金屬。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)300的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約20W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
在實施例中，該多個第一微粒311是金屬，并且多個第二微粒316是電介質(zhì)。在該實施例中，熱傳輸子系統(tǒng)300的整體熱傳導(dǎo)系數(shù)的范圍是從約20W/m-K到小于或等于約600W/m-K。
盡管該多個第一微粒311和多個第二微粒316的形狀被分別示為偏心的和圓形的，但是這些形狀被示出用于區(qū)分兩種微粒類型。
多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)310、第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312、多個第一微粒311和多個第二微粒316的組合呈現(xiàn)了從第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312的一個表面到其相反表面的聯(lián)合通道。這樣，促進(jìn)了通過基質(zhì)的熱傳輸。
圖3B是作為處理之后的熱傳輸復(fù)合體301的圖3A的熱傳輸子系統(tǒng)300的示圖。完成了界面302，其混和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312的基質(zhì)和焊料預(yù)型體314。界面302被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312的基質(zhì)和焊料預(yù)型體314充分混和，由此富含焊料的區(qū)域314交迭至富含聚合物的區(qū)域312。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至隨著其混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度312中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的富含焊料的梯度314。
實現(xiàn)熱傳輸復(fù)合體301的界面302的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體314和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312。在實施例中，冷鐓壓焊料預(yù)型體314和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)312。
圖4是根據(jù)實施例的熱傳輸復(fù)合體401的剖面。該剖面展現(xiàn)了根據(jù)此處敘述的不同實施例的多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)410和用作多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)410的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)412。
圖4示出了熱傳輸復(fù)合體401的剖面，其在該實施例中包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)410的圖案，并且其分離地安置在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)412中。在圖4中進(jìn)一步示出了熱傳輸子系統(tǒng)400的集中區(qū)域440。在集中區(qū)域440中，出現(xiàn)了對于該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)410的較高的密度。在實施例中，集中區(qū)域440被設(shè)置為位于管芯的過熱區(qū)域附近，以便有利于除熱。例如，零級緩存(“L0緩存”)可位于管芯上，其具有高的存取頻率以及伴隨的發(fā)熱。通過將多個熱傳輸結(jié)構(gòu)410的大部分集中在集中區(qū)域440中，該集中區(qū)域440將在更多的有源區(qū)域處同管芯對準(zhǔn)，提供了更加有效的熱傳輸管道，但是由于粘附到管芯的充分?jǐn)?shù)量的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)412，并未危害到熱傳輸子系統(tǒng)400對管芯和散熱裝置的粘附性。集中區(qū)域440中該較大的熱傳輸能力表示針對發(fā)熱管芯和除熱散熱器之間的熱流降低的抵抗性。
圖5A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)500的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案，熱傳輸子系統(tǒng)500適用于不同的芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的不同的實施例，熱傳輸子系統(tǒng)500包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)510和用作多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)510的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)512的組合。第二熱傳輸結(jié)構(gòu)512被添加到焊料預(yù)型體514和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518。中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518包括這樣的材料組合，其接近于焊料預(yù)型體514的材料以及第一熱傳輸結(jié)構(gòu)510和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)512的基質(zhì)的混和材料之間的離散近似值。
圖5B是作為處理之后的熱傳輸復(fù)合體501的圖5A的熱傳輸子系統(tǒng)500的示圖。完成了第一界面502，其使焊料預(yù)型體514同中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518混和。第一界面502被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，焊料預(yù)型體514和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518充分混和，由此富含焊料的區(qū)域514以降低的焊料濃度梯度交迭至聚合物焊料區(qū)域518。完成了第二界面504，其使中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518同第二熱傳輸結(jié)構(gòu)512的基質(zhì)混和。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)512的基質(zhì)和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518充分混和，由此焊料聚合物區(qū)域518交迭至富含聚合物的區(qū)域512。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至隨著其混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度512中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的焊料聚合物濃度梯度518。
實現(xiàn)熱傳輸復(fù)合體501的界面502和504的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體514、中間熱傳輸結(jié)構(gòu)518和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)512的基質(zhì)。在實施例中，冷鐓壓這些結(jié)構(gòu)。
圖6A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)600的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案，熱傳輸子系統(tǒng)600適用于不同的芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的不同的實施例，熱傳輸子系統(tǒng)600包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)610和用作多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)610的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612的組合。第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612被添加到焊料預(yù)型體614和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618。中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618包括這樣的材料組合，其接近于焊料預(yù)型體614的材料以及第一熱傳輸結(jié)構(gòu)610和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612的基質(zhì)的混和材料之間的離散近似值。
在該實施例中，在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618之間安置了下方連結(jié)層620。該下方連結(jié)層620有利于在實施例中在處理過程期間用于中間結(jié)構(gòu)的粘附劑的中間結(jié)構(gòu)。在實施例中，下方連結(jié)層620是有機(jī)粘附劑，其在熱處理過程中變?yōu)橐咨⑹У牟牧稀Ｔ趯嵤├?，下方連結(jié)層620是有機(jī)粘附劑，其保留在熱傳輸復(fù)合體601中(圖6B)。在實施例中，下方連結(jié)層620是金屬，諸如焊料，其在處理過程中有利于潤濕。
圖6B是作為處理之后的熱傳輸復(fù)合體601的圖6A的熱傳輸子系統(tǒng)600的示圖。完成了第一界面602，其使焊料預(yù)型體614同中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618混和。第一界面602被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，焊料預(yù)型體614和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618充分混和，由此富含焊料的區(qū)域614以降低的焊料濃度梯度交迭至聚合物焊料區(qū)域618。完成了第二界面604，其使中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618同第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612的基質(zhì)混和。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612的基質(zhì)和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618充分混和，由此焊料聚合物區(qū)域618交迭至富含聚合物的區(qū)域612。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至隨著其混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度612中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的焊料聚合物濃度梯度618。
實現(xiàn)熱傳輸復(fù)合體601的界面602和604的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體614、中間熱傳輸結(jié)構(gòu)618和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)612的基質(zhì)。在實施例中，冷鐓壓這些結(jié)構(gòu)。在圖6B中未示出第一連結(jié)層620，這是因為在實施例中其在熱負(fù)荷下被排出，或者在另一實施例中，其充分混合到熱傳輸復(fù)合體601中。
圖7A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)700的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其公認(rèn)的等效方案，熱傳輸子系統(tǒng)700適用于不同的芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的不同的實施例，熱傳輸子系統(tǒng)700包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)710和用作該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)710的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)712的組合。第二熱傳輸結(jié)構(gòu)712被添加到焊料預(yù)型體714和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718。中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718包括這樣的材料組合，其接近于焊料預(yù)型體714的材料以及第一熱傳輸結(jié)構(gòu)710和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)712的基質(zhì)的混和材料之間的離散近似值。
在該實施例中，在焊料預(yù)型體714和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718之間安置了上方連結(jié)層722。上方連結(jié)層722有利于在實施例中在處理過程期間用作中間結(jié)構(gòu)700的粘附劑的中間結(jié)構(gòu)700。在實施例中，上方連結(jié)層722是有機(jī)粘附劑，其在熱處理過程中變?yōu)橐咨⑹Р牧?。在實施例中，上方連結(jié)層722是有機(jī)粘附劑，其保留在熱傳輸復(fù)合體701中(圖7B)。在實施例中，上方連結(jié)層722是金屬，諸如焊料，其在處理過程中有利于潤濕。
圖7B是作為進(jìn)一步處理之后的熱傳輸復(fù)合體701的圖7A的熱傳輸子系統(tǒng)700的示圖。完成了第一界面702，其使焊料預(yù)型體714同中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718混和。第一界面702被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，焊料預(yù)型體714和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718充分混和，由此富含焊料的區(qū)域714以降低的焊料濃度梯度交迭至聚合物焊料區(qū)域718中。完成了第二界面704，其使中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718同第二熱傳輸結(jié)構(gòu)712的基質(zhì)混和。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)712的基質(zhì)和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718充分混和，由此焊料聚合物區(qū)域718交迭至富含聚合物的區(qū)域712中。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至其隨著混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度712中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的焊料聚合物濃度梯度718。
實現(xiàn)熱傳輸復(fù)合體701的界面702和704的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體714、中間熱傳輸結(jié)構(gòu)718和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)712的基質(zhì)。在實施例中，冷鐓壓這些結(jié)構(gòu)。在圖7B中未示出上方連結(jié)層722，這是因為在實施例中，其在熱負(fù)荷下被排出，或者在另一實施例中，其基本上混合到熱傳輸復(fù)合體701中。
圖8A是根據(jù)實施例的熱傳輸子系統(tǒng)800的側(cè)面剖面。根據(jù)此處敘述的實施例及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案，熱傳輸子系統(tǒng)800適用于不同的芯片封裝系統(tǒng)。
根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的不同的實施例，熱傳輸子系統(tǒng)800包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)810和用作該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)810的基質(zhì)的第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812的組合。第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812被添加到焊料預(yù)型體814和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818。中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818包括這樣的材料組合，其接近于焊料預(yù)型體814的材料以及第一熱傳輸結(jié)構(gòu)810和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812的基質(zhì)的混和材料之間的離散近似值。
在該實施例中，在焊料預(yù)型體814和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818之間安置了上方連結(jié)層822。此外，在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818之間安置了下方連結(jié)層820。各個上和下方連結(jié)層822和820有利于中間結(jié)構(gòu)800，由此在實施例中，如本公開內(nèi)容中敘述的，其用作粘附劑。在實施例中，上方連結(jié)層822是有機(jī)粘附劑，并且下方連結(jié)層820是有機(jī)粘附劑。在實施例中，上方連結(jié)層822是有機(jī)粘附劑，并且下方連結(jié)層820是金屬粘附劑。在實施例中，上方連結(jié)層822是金屬材料，并且下方連結(jié)層820是有機(jī)粘附劑。在實施例中，上方連結(jié)層822是金屬材料，并且下方連結(jié)層820是金屬材料。
圖8B是作為進(jìn)一步處理之后的熱傳輸復(fù)合體801的圖8A中界面系統(tǒng)800的示圖。完成了第一界面802，其使焊料預(yù)型體814同中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818混和。第一界面802被表示為任意的形狀和范圍。在實施例中，焊料預(yù)型體814和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818充分混和，由此富含焊料的區(qū)域814以降低的焊料濃度梯度交迭至聚合物焊料區(qū)域818中。完成了第二界面804，其使中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818同第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812的基質(zhì)混和。在實施例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812的基質(zhì)和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818充分混和，由此缺乏焊料、缺乏聚合物的區(qū)域814交迭至富含聚合物的區(qū)域812。在實施例中，各個區(qū)域進(jìn)一步混和，直至隨著其混和到具有增加的聚合物濃度的富含聚合物的梯度812中，可以檢測到具有減小的焊料濃度的焊料聚合物濃度梯度818。
實現(xiàn)熱傳輸復(fù)合體801的界面802和804的處理可以通過不同的操作完成。在實施例中，在熱負(fù)荷下按壓焊料預(yù)型體814、中間熱傳輸結(jié)構(gòu)818和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)812的基質(zhì)。在實施例中，冷鐓壓這些結(jié)構(gòu)。在圖8B中分別未示出上方和下方連結(jié)層822和820，這是因為在實施例中，其在熱負(fù)荷下被排出，或者在另一實施例中，其基本上混合到熱傳輸復(fù)合體801中。
在實施例中，任何公開的熱傳輸復(fù)合體同集中區(qū)域440(圖4)的至少一個實施例組合。在實施例中，集中區(qū)域440包括對準(zhǔn)的碳纖維，根據(jù)不同的實施例，其產(chǎn)生了從第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的自由表面朝向焊料預(yù)型體的各向異性的熱通道。
圖9是工藝實施例的示意圖。在實施例中，第一熱傳輸結(jié)構(gòu)和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的基質(zhì)，諸如圖1A中示出的第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112，通過共同擠壓和切片進(jìn)行處理。微粒饋料910和基質(zhì)饋料920提供給積壓機(jī)930。積壓機(jī)930排出混和排出物940，其被切片為熱傳輸預(yù)型體950。處理包括基質(zhì)材料的熱和中間固化。
在實施例中，在混合器中制造混和排出物940。使其混合，鑄模成形、固化、并切片。
圖10是方法實施例的示意圖。圖10是示出了根據(jù)實施例的沖壓工藝和組裝方法1000的組件的側(cè)面正視圖。在該實施例中，在沖壓工藝和組裝方法之前，預(yù)制的散熱器基板1010已采用特定的形狀。在該實施例中，示出了集成散熱器(IHS)1010。承載與第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112(圖1)的基質(zhì)相似的熱傳輸預(yù)型體1012的按壓正面1020，向著焊料預(yù)型體1014被沖壓。通過由粗的向下垂直箭頭標(biāo)出的按壓1022的作用，按壓正面1020接合到焊料預(yù)型體1014。由于IHS 1010具有相當(dāng)大的尺寸，因此焊料預(yù)型體1014被安置在IHS 1010的邊緣部分1011之間，并且按壓正面1020向著IHS 1010按壓而不會損壞邊緣部分1011。
在實施例中，按壓機(jī)1022包括支架1032。支架1032用于在將第二熱傳輸結(jié)構(gòu)1012向著焊料預(yù)型體1014沖壓到IHS 1010的過程中支撐IHS 1010。在實施例中，支架1032是用于本公開內(nèi)容中描述的工藝的熱源。盡管方法實施例示出了處理過程中的焊料預(yù)型體1014和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)1012，但是該方法實施例也考慮了本公開內(nèi)容中示出了的全部熱傳輸子系統(tǒng)和/或熱傳輸復(fù)合體及其業(yè)界公認(rèn)的等效方案。
在一般的實施例中，在根據(jù)不同的實施例使IHS 1010通過熱傳輸子系統(tǒng)同管芯間質(zhì)接觸之后，接合熱傳輸子系統(tǒng)包括，回流第二熱傳輸結(jié)構(gòu)1012的金屬實施例，和/或固化第二熱傳輸結(jié)構(gòu)1012的有機(jī)實施例。在接合熱傳輸子系統(tǒng)包括有機(jī)材料的情況中，在使結(jié)構(gòu)連接在一起之后可以執(zhí)行固化和/或硬化工藝。在接合熱傳輸子系統(tǒng)包括有機(jī)/無機(jī)復(fù)合體的情況中，在使結(jié)構(gòu)連接在一起之后可以執(zhí)行固化、硬化和/或回流。
對于圖10中示出的實施例，處理條件包括在環(huán)境溫度和約160℃的溫度范圍。在沖壓之前的實施例中，IHS 1010或者一般地，散熱器基板被加熱至高于環(huán)境溫度。在實施例中，在根據(jù)近似值(TTIM-TAMB)/2的熱傳輸子系統(tǒng)的溫度下執(zhí)行沖壓。在該溫度近似值中，TTIM是熱傳輸子系統(tǒng)中的多種金屬或主要金屬的攝氏熔點。而且，TAMB是攝氏環(huán)境溫度，并其典型地是25℃。
沖壓壓力可以依賴于熱傳輸子系統(tǒng)材料以及其中是否有包覆層。在實施例中，使用約200磅力/平方英寸的壓強(qiáng)。在實施例中，使用約400磅力/平方英寸的壓強(qiáng)。在實施例中，使用范圍為約200磅力/平方英寸～約400磅力/平方英寸的壓強(qiáng)。
示例1參考圖10和圖12。在第一示例中，IHS級別的銅散熱器基板1224包覆有鎳包覆層1225。將銦焊料預(yù)型體1014提供給按壓機(jī)1022，并且在沖壓運動中使按壓正面1022接合到焊料預(yù)型體1014。焊料預(yù)型體1014通過支架1014預(yù)熱到約86℃，并且按壓正面1020施加約400磅力/平方英寸的力。在該示例中，第二熱傳輸結(jié)構(gòu)1012與焊料預(yù)型體1014同時地或者順序地也被沖壓。在沖壓工藝之后，實現(xiàn)了散熱裝置組件，其包括散熱器基板1224和TIM 1238。
示例2參考圖5A和圖5B。在第二示例中，IHS級別的銅散熱器基板利用銦焊料預(yù)型體514沖壓。將銦焊料預(yù)型體514提供給按壓機(jī)，并且在沖壓運動中使按壓正面接合到焊料預(yù)型體514。通過支架使焊料預(yù)型體514預(yù)熱到約86℃，并且按壓正面施加約400磅力/平方英寸的力。
在沖壓工藝之后，實現(xiàn)了散熱裝置組件，其包括熱傳輸復(fù)合體501，其接合到IHS。
圖11是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面。該封裝包括根據(jù)本公開內(nèi)容中敘述的數(shù)個實施例中任意實施例的熱傳輸復(fù)合體1111。熱傳輸復(fù)合體1111被示為具有夸大的厚度。該封裝包括管芯1117，其具有有源表面1120和背面表面1122。管芯1117連接到熱管理器件。在實施例中，熱管理器件是IHS 1124，其安置在管芯1117的背面表面1122上方。具有TIM形式的熱傳輸復(fù)合體1111，諸如在其不同實施例中公開的熱傳輸復(fù)合體中的任何熱傳輸復(fù)合體，安置在管芯1117的背面表面1122和IHS 1124之間。在另一實施例中，配置了不同的結(jié)構(gòu)具有界面作為富含焊料的部分1114、聚合物焊料部分1118和富含聚合物的部分1112。在另一實施例中，熱傳輸復(fù)合體1111包括具有富含焊料的區(qū)域1114、聚合物焊料區(qū)域1118和富含聚合物的區(qū)域1112的梯度。
IHS 1124通過接合材料1128貼附到安裝基板1126，該接合材料1128使IHS 1124的邊緣部分1130與之固定。安裝基板1126是印刷電路板(PCB)，諸如主板、母板、夾層板、擴(kuò)展卡、或者具有特定應(yīng)用的其他安裝基板。
在實施例中，熱管理器件是不具有邊緣結(jié)構(gòu)的散熱裝置，諸如簡單的平面散熱裝置。在實施例中，熱管理器件包括熱管構(gòu)造。管芯1117安置在熱傳輸復(fù)合體1111和一連串電凸塊1132之間，該電凸塊1132依次均安裝在一連串接合焊盤1134上。電凸塊1132實現(xiàn)同管芯1117的有源表面1120的接觸。此外，電凸塊1132被示為本領(lǐng)域已知的球柵陣列。
相反地，熱傳輸復(fù)合體1111實現(xiàn)同管芯1117的背面表面1122的熱接觸。示出了接合線厚度(BLT)1138。BLT 1138是熱傳輸復(fù)合體1111的厚度。在實施例中，BLT 1138的范圍是約100～約1,000微米。
通過熱處理可以執(zhí)行熱傳輸復(fù)合體1111的金屬部分同管芯1117的回流?？梢酝ㄟ^傳統(tǒng)的工藝施加熱，由此，激活元素材料(如果其存在)達(dá)到基底焊料的熔化區(qū)域。例如，在基底焊料包括銦的情況中，在約150℃～200℃的范圍中執(zhí)行加熱。
在熱傳輸復(fù)合體1111的金屬部分回流的過程中，激活元素(如果其存在)溶解并遷移到管芯1117的背面表面1122。在實施例中，在管芯1117和多個第一熱傳輸材料(即，圖1B中的項112)之間形成的焊接合點形成了范圍為約1,000psi～約2,000psi的接合強(qiáng)度。
圖12是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面。該封裝包括根據(jù)此處敘述的實施例的熱傳輸復(fù)合體1211。該封裝包括管芯1217，其具有有源表面1220和背面表面1222。管芯1217連接到熱管理器件。在實施例中，熱管理器件是IHS 1224，其安置在管芯1217的背面表面1222上方。此外，IHS 1224包括包覆層1225。在另一實施例中，配置了不同的結(jié)構(gòu)具有界面作為富含焊料的部分1214、聚合物焊料部分1218和富含聚合物的部分1212。在另一實施例中，熱傳輸復(fù)合體1211包括具有富含焊料的區(qū)域1214、聚合物焊料區(qū)域1218和富含聚合物的區(qū)域1212的梯度。
具有TIM形式的熱傳輸復(fù)合體1211，諸如其不同實施例中的熱傳輸復(fù)合體中的任何熱傳輸復(fù)合體，安置在管芯1217的背面表面1222和IHS 1224之間。在實施例中，其中包覆層1225是金，熱傳輸復(fù)合體1211的焊料預(yù)型體部分是焊料材料。
IHS 1224通過接合材料1228貼附到安裝基板1226，該接合材料1228使IHS 1224的邊緣部分1230與之固定。管芯1217安置在熱傳輸復(fù)合體1211和一連串電凸塊1232之間，該電凸塊1232依次均安裝在一連串接合焊盤1234上。電凸塊1232實現(xiàn)同管芯1217的有源表面1220的接觸。此外，電凸塊1232被示為本領(lǐng)域已知的球柵陣列。
相反地，熱傳輸復(fù)合體1211實現(xiàn)同管芯1217的背面表面1222的熱接觸。示出了BLT 1238。在實施例中，BLT 1238的范圍是約100?！s1,000微米。
圖13是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面。該封裝包括根據(jù)此處敘述的實施例的熱傳輸復(fù)合體1311。該封裝包括管芯1317，其具有有源表面1320和背面表面1322。管芯1317連接到熱管理器件。在實施例中，熱管理器件是IHS 1324，其安置在管芯1317的背面表面1322上方。此外，管芯1317包括包覆層1319。在另一實施例中，配置了不同的結(jié)構(gòu)，具有界面作為富含焊料的部分1314、聚合物焊料部分1318和富含聚合物的部分1312。在另一實施例中，熱傳輸復(fù)合體1311包括具有富含焊料的區(qū)域1314、聚合物焊料區(qū)域1318和富含聚合物區(qū)域1312的梯度。
具有TIM形式的熱傳輸復(fù)合體1311，諸如其不同實施例中的公開的熱傳輸復(fù)合體中的任何熱傳輸復(fù)合體，安置在管芯1317的背面表面1322和IHS 1324之間。在實施例中，其中包覆層1319是金，熱傳輸復(fù)合體1311的基質(zhì)部分是焊料材料。在實施例中，其中包覆層1319是鎳，熱傳輸復(fù)合體1311的基質(zhì)部分是聚合物材料。
IHS 1324通過接合材料1328貼附到安裝基板1326，該接合材料1328使IHS 1324的邊緣部分1330與之固定。管芯1317安置在熱傳輸復(fù)合體1311和一連串電凸塊1332之間，該電凸塊1332依次均安裝在一連串接合焊盤1334上。電凸塊1332實現(xiàn)同管芯1317的有源表面1320的接觸。此外，電凸塊1332被示為本領(lǐng)域已知的球柵陣列。
相反地，熱傳輸復(fù)合體1311實現(xiàn)同管芯1317的背面表面1322的熱接觸。示出了BLT 1338。在實施例中，BLT 1338的范圍是約100～約1,000微米。
圖14是根據(jù)實施例的封裝的側(cè)面剖面。該封裝包括根據(jù)此處敘述的實施例的熱傳輸復(fù)合體1411。該封裝包括管芯1417，其具有有源表面1420和背面表面1422。管芯1417連接到熱管理器件。在實施例中，熱管理器件是IHS 1424，其安置在管芯1417的背面表面1422上方。此外，管芯1417包括包覆層1419，并且IHS 1424包括包覆層1425。在另一實施例中，配置了不同的結(jié)構(gòu)，具有界面作為富含焊料的部分1414、聚合物焊料部分1418和富含聚合物的部分1412。在另一實施例中，熱傳輸復(fù)合體1411包括具有富含焊料的區(qū)域1414、聚合物焊料區(qū)域1418和富含聚合物的區(qū)域1412的梯度。
具有TIM形式的熱傳輸復(fù)合體1411，諸如其不同實施例中的公開的熱傳輸復(fù)合體中的任何熱傳輸復(fù)合體，安置在管芯1417的背面表面1422和IHS 1424之間。在實施例中，其中包覆層1419是金，熱傳輸復(fù)合體1411的基質(zhì)部分是焊料材料。在實施例中，其中包覆層1419是鎳，熱傳輸復(fù)合體1411的基質(zhì)部分是聚合物材料。
IHS 1424通過接合材料1428貼附到安裝基板1426，該接合材料1428使IHS 1424的邊緣部分1430與之固定。管芯1417安置在熱傳輸復(fù)合體1411和一連串電凸塊1432之間，該電凸塊1432依次均安裝在一連串接合焊盤1434上。電凸塊1432實現(xiàn)同管芯1417的有源表面1420的接觸。此外，電凸塊1432被示為本領(lǐng)域已知的球柵陣列。
相反地，熱傳輸復(fù)合體1411實現(xiàn)同管芯1417的背面表面1422的熱接觸。示出了BLT 1438。在實施例中，BLT 1438的范圍是約100?！s1,000微米。
圖15是根據(jù)實施例的計算系統(tǒng)的示意圖。本公開內(nèi)容中敘述的數(shù)個實施例主要是在利用集成電路倒裝芯片構(gòu)造、通過安裝基板和熱傳輸復(fù)合體封裝的背景下描述的，其中熱傳輸復(fù)合體接合到IHS和管芯，如附圖中所示。然而，可以使用其他的實施例，其不僅限于該特定的構(gòu)造，并且權(quán)利要求的內(nèi)容適用于其它類型的微電子封裝。例如，根據(jù)權(quán)利要求的內(nèi)容的微電子封裝可以包括具有變化的形式因素的封裝，諸如例如，引腳柵格陣列、球柵陣列、具有管腳插入(pinnedinterposer)和引線接合的球柵陣列。
一個或多個前面的微電子封裝的實施例可用于計算系統(tǒng)中，諸如圖15的計算系統(tǒng)1500。計算系統(tǒng)1500包括至少一個處理器(未示出)，其在熱傳輸復(fù)合體和IHS 1510之下，或者在熱傳輸復(fù)合體和散熱器基板1510之下。此外，計算系統(tǒng)1500包括例如，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)1512、至少一個輸入設(shè)備，諸如鍵盤1514、以及至少一個輸出設(shè)備，諸如監(jiān)視器1516。在實施例中，計算系統(tǒng)1500包括處理數(shù)據(jù)信號的處理器，并且可以包括，例如，微處理器，其可獲得自英特爾公司(Intel Corporation)。除了鍵盤1514之外，實施例中的計算系統(tǒng)1500包括另外的用戶輸入設(shè)備，諸如例如，鼠標(biāo)1518。在實施例中，計算系統(tǒng)1500利用一個或多個封裝，諸如一個或多個前面的實施例中描述的。對于本公開內(nèi)容，使用根據(jù)權(quán)利要求的內(nèi)容的部件的計算系統(tǒng)1500可以包括任何利用微電子封裝的系統(tǒng)，其可以包括，例如，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，諸如動態(tài)隨機(jī)存取存儲器、聚合物存儲器、閃速存儲器和相變存儲器。微電子封裝還可以包括這樣的管芯，其包含數(shù)字信號處理器(DSP)、微控制器、專用集成電路(ASIC)或微處理器。現(xiàn)在，應(yīng)認(rèn)識到，本公開內(nèi)容中敘述的實施例可以應(yīng)用于除了傳統(tǒng)計算機(jī)以外的設(shè)備和裝置。例如，管芯可以通過熱傳輸復(fù)合體的實施例封裝，并且可以安置在便攜設(shè)備中，諸如無線發(fā)報機(jī)，或者安置在手持設(shè)備中，諸如個人數(shù)字助理等。另一示例是，管芯可以通過熱傳輸復(fù)合體的實施例封裝，并且可以安置在交通工具中，諸如汽車、火車、船只、飛行器或航天器。
圖16是根據(jù)實施例的工藝流程的示圖1600。在1610中，該工藝包括，形成管芯粘附熱傳輸基質(zhì)，其包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)。根據(jù)不受限制的示例，圖9示出了第一熱傳輸結(jié)構(gòu)和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的基質(zhì)的形成。該結(jié)構(gòu)被共同擠壓為圖1A中示出的第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112。
在1620中，該工藝?yán)^續(xù)，切割一部分共同擠壓的材料以形成熱傳輸復(fù)合體形狀。根據(jù)不受限制的示例，圖9示出了預(yù)型體950，其已被切片，或者同共同擠壓的材料分離。
在1630中，該工藝?yán)^續(xù)，形成熱傳輸子系統(tǒng)。層疊管芯粘附熱傳輸基質(zhì)和散熱器粘附焊料預(yù)型體，以形成熱傳輸子系統(tǒng)。根據(jù)不受限制的示例，圖1A示出了同焊料預(yù)型體114組合的熱傳輸子系統(tǒng)100，該焊料預(yù)型體114層疊到第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112的基質(zhì)中的多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)110。
在1640中，該工藝?yán)^續(xù)，按壓熱傳輸子系統(tǒng)。根據(jù)不受限制的示例，圖10示出了按壓工藝。該按壓工藝可以是熱輔助的。
在1642中，可以完成按壓工藝，以實現(xiàn)熱傳輸結(jié)構(gòu)，其具有至少一個前體材料之間的界面。根據(jù)不受限制的示例，圖1B包括界面102，其是通過混和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)112和焊料預(yù)型體114實現(xiàn)的。
在1644中，可以完成按壓工藝，以實現(xiàn)熱傳輸結(jié)構(gòu)，其具有基質(zhì)和預(yù)型體之間的濃度梯度。根據(jù)不受限制的示例，圖11描述了熱傳輸復(fù)合體1111中的濃度梯度，該熱傳輸復(fù)合體1111包括焊料預(yù)型體1114，其混和到中間熱傳輸結(jié)構(gòu)1118，其再依次混和到第二熱傳輸結(jié)構(gòu)1112。
圖17是根據(jù)實施例的方法流程的示圖。該方法包括組裝使用熱傳輸復(fù)合體的實施例的封裝。
在1710中，該方法包括，使熱管理器件同熱傳輸復(fù)合體耦合。根據(jù)不受限制的示例，圖10示出了按壓工藝，在該按壓工藝過程中，熱傳輸復(fù)合體和IHS被按壓以形成熱傳輸單元。
在1712中，熱傳輸單元附裝到管芯，以形成封裝。
還示出了可替換的方法。
在1720中，使熱傳輸復(fù)合體耦合到管芯以形成管芯單元。
在1722中，使管芯單元同IHS耦合以形成封裝。
提供了摘要以滿足37C.F.R.§1.72，其要求將使讀者快速地理解技術(shù)公開內(nèi)容的本質(zhì)和要旨的摘要。其應(yīng)給出這樣的理解，即其不應(yīng)用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含意。
在前面的詳細(xì)描述中，為了簡化本公開內(nèi)容，在單一的實施例中將不同的特征聚集在一起。公開內(nèi)容的方法不應(yīng)被解釋為反映了這樣的目的，即本發(fā)明的權(quán)利要求的實施例需要比每個權(quán)利要求中所清楚敘述的特征更多的特征。而且，如附屬權(quán)利要求所反映的，本發(fā)明的內(nèi)容涵蓋于單一的公開實施例的全部特征中。因此，附屬權(quán)利要求由此并入到詳細(xì)描述中，其中每個權(quán)利要求自身作為獨立的優(yōu)選實施例。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，將易于理解的是，在不偏離附屬權(quán)利要求中表述的本發(fā)明的原理和范圍的前提下，可以針對為了解釋本發(fā)明的本質(zhì)而被描述和說明的細(xì)節(jié)、材料以及部件和方法階段的配置進(jìn)行不同的其他變化。
權(quán)利要求
1.一種物件，包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)，其安置在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的基質(zhì)中；焊料預(yù)型體，其安置在基質(zhì)上；和基質(zhì)和焊料預(yù)型體之間的過渡，其中該過渡從界面和濃度梯度中選擇。
2.權(quán)利要求1的物件，其中基質(zhì)是聚合物，并且其中多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)選自石墨、金剛石粉末、無機(jī)電介質(zhì)微粒和金屬微粒。
3.權(quán)利要求1的物件，進(jìn)一步包括中間熱傳輸結(jié)構(gòu)，其安置在基質(zhì)和焊料預(yù)型體之間，其中中間熱傳輸結(jié)構(gòu)包括在基質(zhì)的復(fù)合體和焊料預(yù)型體的復(fù)合體之間過渡的復(fù)合體。
4.權(quán)利要求1的物件，進(jìn)一步包括中間熱傳輸結(jié)構(gòu)，其安置在基質(zhì)和焊料預(yù)型體之間，其中中間熱傳輸結(jié)構(gòu)包括在基質(zhì)的復(fù)合體和焊料預(yù)型體的復(fù)合體之間過渡的復(fù)合體，其中基質(zhì)和焊料預(yù)型體之間的過渡包括焊料預(yù)型體和中間熱傳輸結(jié)構(gòu)之間的第一界面以及中間熱傳輸結(jié)構(gòu)和基質(zhì)之間的第二界面。
5.權(quán)利要求1的物件，進(jìn)一步包括除了該多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)以外還包括基質(zhì)中的至少一個微粒材料。
6.權(quán)利要求1的物件，其中多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)包括一部分基質(zhì)中的集中區(qū)域。
7.一種封裝，包括散熱器；管芯，其安置在散熱器下方；和熱傳輸復(fù)合體，其安置在管芯上和上方以及散熱器上和下方，其中熱傳輸復(fù)合體包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)，其安置在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的基質(zhì)中，其中基質(zhì)是聚合物，并且其中基質(zhì)安置在管芯上；以及焊料預(yù)型體，其安置在基質(zhì)上，其中焊料預(yù)型體安置在散熱器上。
8.權(quán)利要求8的封裝，其中散熱器包括選自鎳、鎳銅和金的包覆層。
9.權(quán)利要求8的封裝，其中管芯包括選自鎳、鎳銅和金的包覆層。
10.權(quán)利要求8的封裝，其中管芯包括有源表面和背面表面，該封裝進(jìn)一步包括安裝基板，并且其中管芯在有源表面處電耦合到安裝基板。
11.一種形成熱傳輸復(fù)合體的工藝，包括將焊料預(yù)型體層疊到基質(zhì)，以形成熱傳輸子系統(tǒng)；和使基質(zhì)接合到焊料預(yù)型體，其中基質(zhì)通過選自下述工藝中的工藝形成共同擠壓和切割多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)；和混合、鑄模、固化和切割多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)和第二熱傳輸結(jié)構(gòu)。
12.權(quán)利要求11的工藝，其中基質(zhì)包括聚合物，并且其中接合包括選自冷鐓壓和熱負(fù)荷下按壓的工藝。
13.權(quán)利要求11的工藝，其中基質(zhì)包括聚合物，并且其中接合實現(xiàn)了具有基質(zhì)和焊料預(yù)型體之間過渡的熱傳輸復(fù)合體，其中過渡選自界面和濃度梯度。
14.權(quán)利要求11的工藝，其中接合包括提供焊料預(yù)型體材料，其選自與激活元素材料合金的基底焊料、銦、錫、錫銦、銀、錫銀、錫銀銦、鉛、錫鉛、無鉛焊料、以及其組合。
15.權(quán)利要求11的工藝，其中在范圍為200磅力～400磅力的壓強(qiáng)范圍中執(zhí)行接合。
16.一種方法，包括將熱傳輸子系統(tǒng)安置在管芯和散熱器之間；和將熱傳輸子系統(tǒng)接合到管芯和散熱器，以通過熱傳輸子系統(tǒng)形成熱傳輸復(fù)合體，其中熱傳輸復(fù)合體包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)，其安置在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的基質(zhì)中；焊料預(yù)型體，其安置在基質(zhì)上；和基質(zhì)和焊料預(yù)型體之間的過渡，其中該過渡從界面和濃度梯度中選擇。
17.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括在管芯和散熱器之間安置熱傳輸子系統(tǒng)之前，將散熱器加熱至高于環(huán)境溫度，其中在約(TTIM-TAMB)/2的溫度下對熱傳輸子系統(tǒng)執(zhí)行接合，其中TTIM是焊料預(yù)型體的熔化攝氏溫度，并且其中TAMB是攝氏環(huán)境溫度。
18.權(quán)利要求16的方法，其中接合包括將多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)向著管芯回流，其中多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)選自與激活元素材料合金的基底焊料、銦、錫、銀、錫銀、錫銦、銀銦、錫銀銦、以及其組合。
19.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括將管芯安置在安裝基板上以形成封裝。
20.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括使管芯同輸入設(shè)備和輸出設(shè)備中的至少一個耦合。
21.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括使管芯同包含在下述設(shè)備中之一的計算系統(tǒng)耦合計算機(jī)、無線發(fā)報機(jī)、手持設(shè)備、汽車、火車、飛行器、船只和航天器。
22.一種計算系統(tǒng)，包括散熱器；管芯，其安置在散熱器下方；熱傳輸復(fù)合體，其安置在管芯上和上方以及散熱器上和下方，其中熱傳輸復(fù)合體包括多個第一熱傳輸結(jié)構(gòu)，其安置在第二熱傳輸結(jié)構(gòu)的聚合物基質(zhì)中，其中聚合物基質(zhì)安置在管芯上；和焊料預(yù)型體，其安置在聚合物基質(zhì)上，其中焊料預(yù)型體安置在散熱器上；和輸入設(shè)備和輸出設(shè)備至少其中一個。
23.權(quán)利要求22的計算系統(tǒng)，其中計算系統(tǒng)安置在下述設(shè)備之一中計算機(jī)、無線發(fā)報機(jī)、手持設(shè)備、汽車、火車、飛行器、船只和航天器。
24.權(quán)利要求22的計算系統(tǒng)，其中管芯選自數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)信號處理器、微控制器、專用集成電路和微處理器。
全文摘要
示出了一種制造多層熱界面材料的工藝。該多層熱界面材料附裝在集成散熱器和管芯之間。多層熱界面材料的處理包括沖壓或其他的壓力處理。
文檔編號H01L23/373GK1813349SQ200480018058
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者S·霍爾, A·達(dá)尼 申請人:英特爾公司