專利名稱：具有向下引腳附著特征的熱擴散器的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及微電子技術，特別是用于微電子組件中熱耗散的設備以及制造該設備的方法。
背景技術：
近來，微電子技術取得了迅速發展，由此使得微電子元件變得更小，而微電子元件中的電路變得日益密集。由于電路密度的增加，導致熱量產生也增加。這樣，熱耗散對于微電子技術的發展就變得越發關鍵。
通常，各種技術可用于消除和耗散由微電子元件產生的熱量，該微電子元件也可稱為微電子芯片(microelectronic die)。這些技術包括被動或主動的解決方案。一種可以被分類為被動解決方案的這種技術涉及使用大量傳導材料與微電子芯片進行熱接觸。這些大量的傳導材料也可稱為金屬塊(slug)、熱擴散器(heatspreader)或集成熱擴散器(IHS)。熱擴散器的一個主要目的在于將微電子芯片產生的熱量進行擴散或吸收和耗散掉。這至少可以部分消除微電子芯片中的“過熱點(hot spot)”。
熱擴散器可以通過使用熱傳導材料來實現與微電子芯片的熱接觸，例如放置在它們之間的熱接觸面材料(thermal interface material，TIM)。典型的熱接觸面材料包括，例如熱傳導凝膠、油脂或焊料。熱擴散器通常由熱傳導材料，例如鋁、電解電鍍銅、銅合金或陶瓷等構成。
現在參照附圖，相同的部件以相同的標識進行標注，所述
了微電子組件的許多實施例。圖4和5是微電子組件200的一個實例的替換視圖。眾所周知，微電子組件可以包括至少一個微電子芯片206，與所述熱擴散器和基片202，例如印刷電路板(PCB)，相耦合。組件200包括微電子芯片206(如圖4所示)，與基片202相耦合，所述基片也可稱為基片載體。輔助電子部件，例如電容器(未示出)也可附屬于所述基片202。通常，微電子芯片206附著于基片202的一側，所述附著可以借助于多個焊接球或焊料隆起焊盤連接210(如圖4所示)，但是還存在其他的替換附著方法。組件200進一步包括大量的熱傳導材料或熱擴散器204。熱擴散器204可以由適合的傳導材料制成，例如銅、鋁或碳纖維復合材料，但是也可使用其他替換材料。在組件200中，通常，熱擴散器204通過熱接觸面材料208而與微電子芯片206熱接觸(如圖4所示)。在熱擴散器204上可以形成連續邊緣(contiguous lip)212，并圍繞微電子芯片206周圍延伸。該邊緣212可作為熱擴散器204附著于基片的附著點，并為熱擴散器204主體提供結構支持。另外，熱擴散器204也可以為整個組件200提供結構支持，并且，例如，減少或防止基片202的繞曲。然而，這種堅固連續邊緣212通常對于熱耗散不會有顯著的貢獻，并且增加了設備組件的重量和成本。另外，用于制造熱擴散器204的堅固連續邊緣212的處理會導致熱擴散器頂面205的平坦度的更大變化，這將至少由于熱擴散器頂面205和輔助設備，例如散熱器，之間的接觸表面區域減少而影響熱性能。熱擴散器204可以通過使用焊料、密封劑或其他類型的粘合劑材料，通常以附著材料214示出，來附著于基片202，但還有其他替換附著方法存在。熱擴散器，例如熱擴散器204，通常使用密封劑214附著于基片202，所述密封劑主要填充在熱擴散器204和基片202之間的間隙，并形成完全封閉的空腔。在操作中，熱量通常借助熱傳遞從微電子芯片206經過熱接觸面材料208傳導到熱擴散器204。在熱擴散器中形成排氣孔218(如圖5所示)，并在組件中提供減壓。散熱器，例如折疊散熱片或壓釘散熱器(未示出)可以附著于熱擴散器204的頂面205，并且在操作中，熱量從熱擴散器204傳遞到散熱器，并且對流熱傳遞主要從散熱器傳遞到周圍空氣。散熱器通常借助于粘合劑材料或機械附著機制來附著于熱擴散器204。而用于附著散熱器的方法可能影響熱性能，并且取決于所使用的附著方法，這樣的方法會導致散熱器具有下降的熱傳遞性能。
熱擴散器，如圖4和5中所示，通常在多級制造環境中以一系列沖壓處理(stamping process)來形成。這些沖壓處理通常導致相對較低的熱擴散器制造生產率，這至少部分歸咎于用于形成熱擴散器的處理。另外，所述處理可能導致熱擴散器204的頂面205平坦度的顯著變化，如前所述，會增加組件的阻抗，并減少熱效率。另外，所述處理會影響粘合層厚度207(如圖4所示)。眾所周知，粘合層厚度207或BLT是從微電子芯片206頂部到組裝的微電子組件200中熱擴散器204的底部的間距。除控制或維持BLT之外，通常需要控制次級附件，例如如前所述各種散熱器，的高度。平坦度的越大變化會使得所述次級附件設備的尺寸控制變得困難。這種設計還會導致更高成本和/或更低效率的用于熱擴散器204到基片202的附著以及一個或更多設備例如散熱器到熱擴散器204附著的附著技術。因此，存在一種對改進熱擴散器設計的需求，來解決至少一部分這些制造和熱性能所關注的問題。
在說明書的結論部分特別提出了本發明的主題，并清楚要求保護所述主題。所要求保護的主題，有關操作的組織和方法以及其目標、特征和優點，可以通過參照附圖的詳細說明來更好地理解。
圖1是所要求保護的主題的一個實施例的截面圖。
圖2是所要求保護的主題的一個實施例的平面圖。
圖3a是所要求保護的主題的一個實施例的平面圖。
圖3b是所要求保護的主題的一個實施例的平面圖。
圖4是具有IHS的已有技術處理器組件的截面圖。
圖5是具有IHS的已有技術處理器組件的平面圖。
圖6是可以使用所要求保護主題的至少一個實施例的計算系統。
具體實施例方式
圖1和2示出微電子組件300的兩種不同視圖，所述微電子組件可以解決至少一部分前述制造和熱性能所關注的問題。該微電子組件300包括熱擴散器110，該熱擴散器包括在其上形成的具有多個向下引腳(downset leg)112、114和116(如圖2所示)的主體101；基片102和微電子芯片106(如圖2所示)。本實施例示意性描述了多個向下引腳112、114和116，但所要求保護的主題并不局限于任何特定數量的向下引腳。一個或更多的向下引腳112、114和116可以在距離熱擴散器主體底部表面118(參見圖1)處向下形成特定的距離142(參見圖2)，在所述一個或更多的向下引腳112、114和116與主體底部表面118之間形成空腔120。例如，偏移距離142可以大致與微電子芯片106的厚度相同。槽口140可以在熱擴散器主體101的頂面138和一個或多個熱擴散器側面128之間形成，并且可以在此后所述的一個或多個形成處理中形成。另外，雖然，向下引腳112、114和116示出是在熱擴散器110的轉角上形成，但應該理解所述多個向下引腳112、114和116可以在熱擴散器110的其他區域上形成，并不局限于在轉角上形成。現在參照圖1，在該實施例中，所述多個向下引腳112、114和116將熱擴散器110的底部主體表面118提供給了基片102。該位移118在熱擴散器110中形成了空腔120。空腔120的深度可以小于或等于微電子芯片106的厚度，但所要求保護的主題并不局限于此，例如可以大于微電子芯片106的厚度。熱擴散器110可以附著于基片102，并使用附著材料134(參照圖2)進行附著，例如密封劑/聚合物，可以應用于一個或更多向下引腳112、114和116的至少一部分底部表面136，但所要求保護的主題并不局限于這方面。當熱擴散器110附著于基片202時，向下引腳112、114和116可能形成一個圍繞微電子芯片106的非連續邊緣144。在一個實施例中，該非連續邊緣可以消除或減少對如圖5所示的排氣孔218的需求，如前所述，這實現了在組件內部提供減壓的主要目標。另外，熱擴散器110的非連續邊緣144的一個或多個不連續部分可以作為用于輔助設備的附著區域，這將在下面進行詳細描述。熱擴散器110到基片102的附著可以通過各種方法，包括(但不局限于)加壓、應用環氧樹脂、焊接或合適的方法，但所要求保護的主題并不局限于這些方面。
另外，機械附著設備，例如一般的機械附著設備122(參見圖2)可以用于將熱擴散器110附著到基片102，這將隨后進行詳細描述。熱擴散器110的頂面138在一個實施例中大致為平面，但所要求保護的主題并不局限于這些方面。
如圖1和/或2所示的熱擴散器，例如，可以通過一種或更多的冷成形處理、一種或更多的沖壓處理來形成，但所要求保護的主題并不局限于這些方面。眾所周知，沖壓處理可以使用金屬塊材料，并隨后從所述金屬塊材料壓印出部件(feature)或尺寸。在一個實施例中，沖壓處理可以用于壓印一個或更多的向下引腳112、114和116，以提供所述的熱擴散器110。當然，應該理解所要求保護的主題并不局限于任何所示或所述的形成熱擴散器110的特定處理，任何合適的形成熱擴散器110的方法都屬于所要求保護的主題范圍。另外，所示或所述的用于形成熱擴散器110的材料可以是許多材料，并且，所要求保護的主題并不局限于任何特定的材料或材料類別。存在許多方法可用于形成所要求保護的和所述的一個或更多熱擴散器110。這些方法包括，例如，沖壓、機械加工、分級制造、激光切割或注入成型法，但所要求保護的主題并不局限于任何特定方法，任何可以制造所要求保護和所述熱擴散器110的制造方法都屬于所要求保護主題的范圍中。一種形成熱擴散器110的這種方法包括以大量材料或金屬塊開始，并將其切割或機械加工成一組尺寸。在制造的后續步驟中包括一個或更多沖壓處理，這將形成多個向下引腳112、114和116。這種沖壓處理將在所形成的向下引腳的周圍產生槽口140。這種處理是單一步驟，或可以是一系列步驟，并且所要求保護的主題并不局限于任何特定的制造處理或系列步驟。
圖3a包括根據所要求保護的主題另一實施例的微電子組件的平面圖。在該實施例中，熱擴散器110具有多個孔或空隙，例如124和126，位于向下引腳112、114和116周圍。孔124和126配置為用于接收一個或更多的銷釘、螺栓或類似設備，例如一般的機械附著設備122。這些一個或更多附著設備122可以耦合到基片102，但所要求保護的主題并不局限于此方面。另外，這些一個或更多的附著設備122可以附著于輔助設備，例如散熱器或溫度測試設備(未示出)，例如，它可以配置用于附著于熱擴散器110。所要求保護的主題的本實施例并不局限于任何特定類型的機械附著設備，并且可以包括，例如，銷釘、螺絲、螺栓或鉚釘，以及任何可以適用于插入在空隙124和/或126中的機械附著設備。另外，本領域中已知的一個或更多類型的粘合劑可以用于將一個或更多輔助部件(未示出)附著于熱擴散器110。另外，應該理解將一個或更多輔助部件附著于熱擴散器110的替換配置或方法是根據所要求保護的主題。另外，多個銷釘或其他機械附著設備(未示出)可以形成在所述熱擴散器110上，并配置用于接收一個或更多輔助部件，例如散熱器(未示出)。這些一個或更多附著設備可以配置為用于通過熱擴散器110或通過熱擴散器110和基片102。
在另一替換實施例中，圖3b示出一種夾箝(clip)配置，包括夾箝130和132，但所要求保護的主題并不局限于任何特定數量或位置的夾箝。夾箝130和132，在本實施例中，可以與基片102耦合，并夾住向下引腳112和114的頂面，但這僅僅是夾箝配置的一種可能實施例，所要求保護的主題并不局限于此。這些一個或更多夾箝130和132可以交替附著于熱擴散器110，并且當微電子裝配件510組裝時，可配置為與基片102耦合。另外，一個或更多向下引腳112、114和116可以配置為接收一個或更多夾箝，例如130和132。這些一個或更多夾箝可以附著于輔助部件，例如散熱器(未示出)，但要求保護的主題并不局限于此。當然，應該理解，根據要求保護的主題的至少一個實施例，存在許多這樣的附著設備或方法。
處于簡潔的目的，所要求保護的主題主要以利用集成電路倒裝晶片配置的應用范圍來進行描述，該配置封裝有基片和熱擴散器，如附圖所示。然而，應該理解所要求保護的主題并非僅局限于這種特定配置，并且所要求保護的主題也可應用于其他類型的微電子組件。例如，根據所要求保護的主題的微電子組件可以包括具有變化的形狀系數的組件，例如，針柵陣列、球柵陣列、具有管腳內插器和絲焊的球柵陣列，但上述這些只是示例。所要求保護的主題并不局限于此。
微電子組件的一個或更多的前述實施例可以應用于計算系統中，例如圖6所示的計算系統600。計算系統600包括至少一個處理器(未示出)、數據存儲系統(未示出)、至少一個輸入設備，例如鍵盤604、和至少一個輸出設備，例如監視器602。例如，系統600包括處理數據信號的處理器，并可以包括例如PENTIUMIII或PENTIUM4微型處理器，上述處理器可以從Intel公司獲得。計算系統600包括鍵盤604，并可以包括其他用戶輸入設備，例如鼠標606。計算系統600可以使用一個或更多的如前所述的實施例中的微電子組件。針對本申請，包括根據所要求保護的主題的計算系統可以包括使用微電子組件的任何系統，例如，可以包括數字信號處理器(DSP)、微控制器、專用集成電路(ASIC)或微處理器。
雖然，在這里描述了所要求保護的主題的某些特征，但許多修改、替換、改變和等價物對于本領域技術人員來說都是顯而易見的。因此，應該理解附加的權利要求旨在覆蓋落入所要求保護的主題的真實范疇中的所有實施例和變化。另外，在前面的詳細描述中，為了提供對所要求保護的主題的徹底理解，作出了許多特定細節描述。然而，本領域技術人員應該理解即使沒有這些特定細節描述，所要求保護的主題也是能夠實現的。在其他情況中，沒有詳細描述已知方法、過程和部件以免混淆所要求保護的主題。
權利要求
1.一種熱擴散器，其特征在于，包括具有頂面、底面、至少一個側面和至少一個轉角的主體；形成在其上的多個向下引腳，其中所述多個向下引腳在距離所述主體底面一定距離的下端形成，所述多個向下引腳與主體底面限定了一個空腔；以及至少一個槽口，在所述頂面和底面之間且貼近于所述至少一個轉角形成。
2.如權利要求1所述的熱擴散器，其特征在于，至少一個向下引腳貼近于所述熱擴散器主體的至少一個轉角形成。
3.如權利要求1所述的熱擴散器，其特征在于，至少一個向下引腳具有形成在其中的空隙，其中所述空隙配置用于接收至少一個機械附著設備。
4.如權利要求1所述的熱擴散器，其特征在于，所述至少一個向下引腳配置為用于接收至少一個夾箝。
5.如權利要求1所述的熱擴散器，其特征在于，所述主體和至少一個向下引腳由熱傳導材料組成。
6.如權利要求1所述的熱擴散器，其特征在于，所述空腔配置為用于接收至少一個微電子芯片。
7.一種形成熱擴散器的方法，其特征在于，包括形成大致為矩形的一塊材料，以及在所述一塊材料上形成至少一個向下引腳。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成步驟包括至少一個冷成形處理。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在所述一塊材料上形成至少一個轉角，其中所述至少一個向下引腳形成在所述轉角附近。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在所述至少一個向下引腳上形成至少一個空隙，其中所述空隙配置為用于接收至少一個機械附著器件。
11.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一個向下引腳形成用于配置接為收至少一個夾箝。
12.一種微電子組件，其特征在于，包括具有表面的基片；至少一個附著于所述表面的微電子芯片；以及附著于所述表面的熱擴散器，其中所述熱擴散器具有頂面、底面、至少一個側面和至少一個轉角；其中在其上形成有多個向下引腳，其中所述多個向下引腳在距離所述主體底面向下形成一定距離；所述多個向下引腳與主體底面限定了一個空腔；以及至少一個槽口，在所述頂面和底面之間且貼近于所述至少一個轉角處形成。
13.如權利要求12所述的微電子組件，其特征在于，所述微電子芯片配置為用于放置在所述空腔中，并且配置為用于附著于所述熱擴散器的底面。
14.如權利要求12所述的微電子組件，其特征在于，所述多個向下引腳中的至少一個形成在所述熱擴散器的轉角附近。
15.如權利要求12所述的微電子組件，其特征在于，所述多個向下引腳中的至少一個具有形成在其上的至少一個空隙，其中所述至少一個空隙配置用于接收一個或更多機械附著設備。
16.如權利要求12所述的微電子組件，其特征在于，所述至少一個向下引腳配置用于接收一個或更多的夾箝。
17.如權利要求12所述的微電子組件，其特征在于，所述熱擴散器由熱傳導材料組成。
18.如權利要求12所述的微電子組件，其特征在于，所述頂面是大致為八角形。
19.一種計算系統，其特征在于，包括微電子組件，包括具有表面的基片；至少一個附著于所述表面的微電子芯片；以及附著于所述表面的熱擴散器，其中所述熱擴散器具有頂面、底面、至少一個側面和至少一個轉角；其中在其上形成有多個向下引腳，其中所述多個向下引腳在距離所述主體底面向下形成一定距離；所述多個向下引腳與主體底面限定了一個空腔；以及至少一個槽口，在所述頂面和底面之間且貼近于所述至少一個轉角形成。
20.如權利要求19所述的計算系統，其特征在于，所述微電子芯片配置為用于放置在所述空腔中，并且配置為用于附著于所述熱擴散器的底面。
21.如權利要求19所述的計算系統，其特征在于，所述多個向下引腳中的至少一個形成在所述熱擴散器的轉角附近。
22.如權利要求19所述的計算系統，其特征在于，所述多個向下引腳中的至少一個具有形成在其上的至少一個空隙，其中所述至少一個空隙配置為用于接收一個或更多機械附著器件。
23.如權利要求19所述的計算系統，其特征在于，所述至少一個向下引腳配置用于接收一個或更多的夾箝。
24.如權利要求19所述的計算系統，其特征在于，所述熱擴散器由熱傳導材料組成。
25.如權利要求19所述的計算系統，其特征在于，所述頂面是大致為八角形。
全文摘要
許多熱擴散器的實施例，包括多個向下引腳，它提供了一種相對于揭示的傳統方法來說簡單和低價的形成熱擴散器的方法，并且揭示了用于將熱擴散器附著于基片、將輔助器件附著于熱擴散器的新穎設備和方法。
文檔編號H01L23/367GK1659699SQ03812769
公開日2005年8月24日 申請日期2003年3月26日 優先權日2002年4月5日
發明者S·霍爾, N·拉班諾克 申請人:英特爾公司