專利名稱：散熱器、電子元件封裝和制造散熱器的方法
技術領域：
本發明上涉及將電子元件(例如安裝在基片上的半導體)產生的熱量散發出去的散熱器及其安裝結構(例如電子元件封裝)。
背景技術：
作為半導體集成電路(下文稱為“LSI”-大規模集成電路)的安裝結構，現有的結構有使用“QFP”(四線扁平封裝)或“BGA”(球形格柵陣列)的結構，其中置有硅片的此結構被安裝在印刷線路板上，還有倒裝法安裝，其中裸LSI被安裝在印刷線路板上，等等。通常，所有這些結構中，散熱器安裝在產生熱量的LSI上。
一種散熱器的傳統安裝結構的實例在日本專利公開文本JP10-275968(專利文獻1)中被說明。在該散熱器的安裝結構中，散熱器通過導熱片設置在安裝在印刷線路板上的LSI的頂面上，并且此散熱器利用具有彈簧特性的固定件通過被推靠在LSI上而固定。所述散熱器具有大體平坦的底面，并且多個散熱片形成在與所述底面相對的面上。
散熱器的安裝結構的另一個實例記載在日本專利公開文本JP2001-85577(專利文獻2)中。在該散熱器的安裝結構中，任意形狀的狹縫，例如∏形狹縫(比如U形狹縫)、雙矩形狹縫和H形狹縫，形成在板形散熱器上，并且散熱器與LSI相連接的部分(將連接至散熱器的圍繞LSI的區域并被稱為“元件鄰接區”)具有彈性。通過可選擇地使元件鄰接區變形，在低熱阻T-BGA型封裝的安裝中，散熱器的元件鄰接區與LSI的頂面緊密接觸。
近些年，隨著計算機性能的提高，LSI的高度集成設計和高速設計得到進一步發展，并且，作為以高速發射大量LSI的電子信號的裝置，倒裝法安裝經常被采用，其中LSI被直接焊接安裝在印刷線路板上。在幾乎所有的計算機CPU中都采用了倒裝法安裝結構。
并且，與此同時，LSI的能耗也增加了，而且需要高效率的冷卻結構。在LSI被直接焊接安裝在印刷線路板上的倒裝法安裝結構中，由于LSI和印刷線路板之間的熱膨脹系數的差異，在LSI中發生凸起翹曲(convex bow)。這樣將導致許多典型的問題。
例如，當具有平坦底面的散熱器通過導熱油脂被設置在弓形LSI上時，導熱油脂在LSI的中部與外圍部分之間產生厚度差異。因此，例如，在導熱油脂厚的部分熱阻高，導致較差的導熱系數。
雖然可以想到，散熱器的底面被加工為凹形以配合LSI的弓形，但是該加工是在幾十個微米的數量級上進行的，十分困難并且成本增加。
在專利文獻2中描述的散熱器由于其具有狹縫而具有彈性。但是，因為制造狹縫的目的在于補償低熱阻T-BGA型封裝與通過改變芯片的高度和在安裝封裝時芯片的傾斜而產生的散熱器之間的間隙，散熱器的元件鄰接區被設計使得整個區域被彎曲以具有平坦的條件。即，例如，元件鄰接區不容易被彎曲成為兩半。
因此，當這種散熱器被應用在具有凹形頂面的LSI上時，元件鄰接區不變形以配合凹形，因而，例如，無法得到良好的散熱特性。
發明內容
考慮到現有技術的上述以及其他典型問題、缺點和不利方面，本發明的代表性特征是提供一種散熱器、電子元件封裝和制造散熱器的方法。所述散熱器放置在電子元件上(例如LSI)。散熱器變形以配合電子元件的頂面的形狀、以及所述散熱器的安裝結構。
本發明提供了一種用于電子元件的散熱器，其包括可彎曲的結構。
本發明還提供了一種電子元件封裝，包括基片、安裝在基片上的電子元件以及上述散熱器。
本發明還提供了用于電子元件的散熱器，包括用于散熱的結構以及用于使所述結構彎曲的裝置。
本發明還提供了一種制造散熱器的方法，包括將散熱器的底面分為多個局部區域。
根據本發明，可以獲得包括散熱器的良好安裝結構的散熱器。原因在于設置在電子元件(例如LSI)上的散熱器可以變形以配合與散熱器接觸的電子元件的形狀。
本發明的新穎和示例性特征在所附權利要求書中得到闡述。但是，本發明本身以及其他的代表性特征和優點將從結合附圖的詳細說明書中得到理解，其中圖1A和1B是根據本發明第一示例性實施例的散熱器1的示例性平面圖和示例性側視圖。
圖2A和2B是根據本發明第一示例性實施例的散熱器1的安裝結構的示例性平面圖和示例性縱剖視圖。
圖3是根據本發明第一示例性實施例的散熱器1的安裝結構的縱剖面放大視圖。
圖4是根據另一示例性實施例的本發明的散熱器1的結構的示例性縱剖面。
圖5是根據再一示例性實施例的本發明的散熱器1的結構的示例性縱剖面。
圖6A-6C是根據本發明第二示例性實施例的散熱器1的示例性平面圖和示例性側視圖。
圖7A和7B是根據本發明第三示例性實施例的散熱器1的示例性平面圖和示例性側視圖。
圖8A和8B是傳統普通散熱器101的示例性平面圖和示例性側視圖。
圖9A和9B是散熱器101的傳統普通安裝結構的示例性平面圖和示例性側視10是散熱器101的傳統普通安裝結構的縱剖面的示例性放大視圖。
具體實施例方式
本發明的散熱器具有能夠容易地沿著將底面分為多個局部區域的線彎曲的結構。因此，如果散熱器設置在電子元件上并且散熱器通過固定件進行固定，使得散熱器在散熱器的局部區域與電子元件重疊的中部附近(例如鄰近)的位置被推靠在電子元件上，則散熱器可以變形，以配合散熱器將與之接觸的電子元件的形狀。
結果，電子元件與散熱器之間的平均距離變窄，并且例如散熱特性被優化(例如熱阻被減小)。
結果，冷卻效率得到提高，從而有助于采用高能耗的高性能LSI或者使裝置小型化。
請參看圖1A和1B，在根據本發明第一示例性實施例的散熱器1中，可以形成多個(例如四個)狹縫10(例如按照交叉外形形成)，狹縫10從底面的外周至中部的接合部(connection)11延伸。例如，由狹縫10分開的四個散熱器塊(heat sink piece)1a可以在接合部11處單獨連接。例如狹縫10的寬度可以精細至大約0.1mm。每個散熱器塊1a的底面可以是平坦的。并且，在與底面相對的側面，大量散熱片(fin)12可以按照網格圖形以直立的方式設置。
第一示例性實施例中顯示的狹縫10具有開口。例如，狹縫10可以包括槽，如下述第三示例性實施例所示。
包括接合部11和散熱器塊1a的整個散熱器1可以由導熱系數良好的材料(例如鋁和/或銅等)一體形成，并且例如，底面的接合部11的厚度可以相對于散熱器塊1a底面的厚度加工得較薄。由于此原因，四個散熱器塊1a在接合部11處很容易地彎曲。
可以通過切割下面將說明的如圖8A和8B所示的散熱器101制造散熱器1，從而設置狹縫10并且接合部11的厚度可以被加工得很薄。
請參看圖2A、2B和圖3，例如，根據本發明的散熱器安裝結構(例如電子元件封裝)可以包括圖1所示散熱器1、散熱器固定銷2、導熱油脂3、LSI 4、焊料5、底層填料(underfill)6和印刷線路板7。
如圖2A、2B所示，例如，LSI 4通過使用焊料5焊接安裝在印刷線路板7上，并且底層填料填充在LSI 4與印刷線路板7之間并硬化。此時，由于LSI 4與印刷線路板7之間的熱膨脹系數差異，在LSI 4的背表面側(圖2B中的上側)發生凸起翹曲(convex bow)。導熱油脂3可以被施加在LSI 4的背面，散熱器1設置在導熱油脂3上，并且散熱器1通過散熱器固定銷2固定，散熱器固定銷2具有梁部分(beam section)，梁部分具有彈簧(彈性)特性。
從散熱器固定銷2的梁部分向下延伸的支腳部的兩端具有的形狀能夠使該兩端被印刷線路板7的背面通過印刷線路板7的機械孔所獲取，并且將散熱器1推向LSI 4側的力由于梁部分的彈簧力而工作。散熱器固定銷2被加工成使其推動每個散熱器塊1a與LSI 4重疊部分的中部。結果，散熱器1變形以配合LSI 4弓形的外形。示例性的特征在下面進一步說明。
如圖3所示，例如，在通過利用焊料5將LSI 4直接安裝在印刷線路板7的倒裝法安裝結構(例如電子元件封裝)中，焊接部分非常薄，因此通過填充和硬化底層填料6而加強，從而確保安全性。對于裝配工序，LSI 4被定位并安裝成使印刷線路板7上的LSI安裝墊片(未示出)與LSI 4的焊料5彼此相對，在焊料5熔化的溫度或者更高的溫度(例如，在Sn63/Pb37(wt％)的情況下183℃)下進行加熱，并且進行焊接。
例如，用于底層填料6的樹脂可以側向地提供至印刷線路板7與LSI 4之間地間隙中并填充，并且樹脂被加熱并在樹脂的硬化溫度(例如150℃)上硬化。在底層填料硬化過程中的150℃溫度上，印刷線路板7和LSI 4處于二者與各自的平坦表面相接觸的狀態。
但是，在硬化后當印刷線路板7和LSI 4被冷卻至室溫(例如25℃)時，因為印刷線路板7的熱膨脹系數大于LSI 4的熱膨脹系數，發生雙金屬現象，在LSI 4側產生弓形，該弓形產生凸面。
因為LSI 4的熱膨脹系數大約是3ppm并且印刷線路板(例如FR4)的熱膨脹系數大約是16ppm，如果LSI 4的外形大約是20平方毫米，則LSI 4產生大約100μm的弓形。
下面，例如，導熱油脂3可以被施加在LSI 4的背面，散熱器1被放置在導熱油脂3上，而且通過設置在散熱器固定銷2的梁部分中的彎曲部的前端推動LSI 4而固定散熱器1。
如圖1所示，例如，狹縫10設置在散熱器1的四個位置上并且散熱器1被分為在接合部11處連接的四個部分。接合部11被加工得很薄，從而散熱器1很容易彎曲。因為狹縫10的寬度很小，其尺寸的等級不會對散熱器的散熱效果產生影響。
例如，彎曲部上散熱器固定銷2推動散熱器1的位置被加工成使該位置與LSI部和每個散熱器塊1a重疊的中部附近區域相一致。散熱器固定銷2的兩端被固定，從而兩端通過印刷線路板7中的機械孔并被印刷線路板7背面所獲取。
在此示例性實施例中，兩個散熱器塊1a通過一個在梁部分具有兩個彎曲部的散熱器固定銷2固定。但是，四個彎曲部可以形成在被加工為框架形的一體式散熱器固定銷的梁部分中，并且散熱器1的四個散熱器塊1a可以通過被一個散熱器固定銷推靠在LSI側而被固定。并且，也可以采用其它結構作為通過將散熱器推靠在LSI側而固定散熱器的結構。
如上所述，例如，設有狹縫10的散熱器1設置在其中產生弓形的LSI 4上，并且散熱器1通過散熱器固定銷2固定，從而如圖3所示，散熱器1產生變形以配合LSI 4的弓形。當LSI 4的弓形是100μm，導熱油脂3最薄的部分是A部分，并且最厚的部分是B部分。如果A部分是大約20μm厚，B部分大約是45μm厚。此時導熱油脂的平均厚度大約估計為(20+45)/2，即等于大約33μm。
相反，在圖9A、9B和圖10所示的安裝結構(例如電子元件封裝)中，使用了未像圖8A、8B那樣形成狹縫的傳統散熱器101，導熱油脂3被施加在LSI 4的頂面上，散熱器101設置在導熱油脂3上，并且散熱器101通過將散熱器101的中部推靠在LSI 4側而由散熱器固定銷102固定。
當LSI 4的弓形是100μm時，在LSI中部的導熱油脂的C部分的厚度大約是20μm，而LSI 4外圍部分的導熱油脂的D部分的厚度大約是120μm。因此，導熱油脂3的平均厚度大約估計為(120+20)/2，即等于大約70μm。
從上述可以明顯看出，在此示例性實施例的安裝結構(例如電子元件封裝)中，導熱油脂3的厚度減小至采用傳統散熱器101的安裝結構(例如電子元件封裝)的該厚度的大約一半。
例如，在LSI 4的放熱值(heat release value)大約是100W并且圖9A、9B和圖10所示安裝結構(例如電子元件封裝)中施加導熱油脂的部分的熱阻是0.2℃/W的情況下，在施加導熱油脂的部分中發生大約20℃的溫度升高。
但是，由于在本申請中，導熱油脂的厚度大約是一半，熱阻也變為一半，并且溫度升高改善為10℃。
在此示例性實施例中，本發明可以應用于LSI倒裝法安裝在印刷線路板上的結構中。但是，如圖4所示，本發明的結構還可以應用于倒裝BGA112中，其中BGA基片110通過利用焊料111安裝在印刷線路板7上，LSI 4通過利用焊料5焊接安裝在此BGA基片110上，并且底層填料6填充在LSI 4與BGA基片110之間并硬化。
本發明也還可以應用于具有金屬罩的集成電路，所述集成電路具有圖5所示結構，其中設置了如圖4所示覆蓋LSI 4的金屬蓋。另外，本發明的結構還可以應用于安裝了OFP型LSI的結構，雖然未說明，但無論LSI的外形是凸起還是凹陷的，本發明的結構都能應用，因為散熱器配合LSI的外形。
請參看圖6A和6B，在根據本發明第二示例性實施例的散熱器13中，四個散熱器塊13a通過彈性體(例如橡膠、塑料等)15相連接。微小間隙(例如0.1mm)設置在相鄰散熱器塊13a之間。即，此示例性實施例中的散熱器13對應于這樣的散熱器，其中圖1所示散熱器1的接合部11由彈性體15制成，彈性體15的材料與散熱器塊的材料不同。
在功能上，散熱器13可以與圖1所示散熱器1相同，圖6A和6B的結構在可變形性方面更有效。附帶提及，此散熱器13可以通過用粘合劑將四個散熱器塊13a和彈性體粘合在一起而制成。
在圖6A和6B中，通過間隙14分開的四個散熱器塊13a在所示散熱器13中部的彈性體15處連接。當然，也可以進行彈性體15的位置和/或數量的另外的改變。例如，在圖6C中，四個散熱器塊13a可以在四個彈性體15處連接。例如，一個散熱器塊13a在每個散熱器塊13a的側面所需位置處(例如，中部)連接至另一個散熱器塊13a。
請參看圖7，在根據本申請第三示例性實施例的散熱器16中，可以設置一個槽17以幾乎橫過底面的中部，并且散熱器16例如在槽17的部分容易彎曲。在此示例性結構的情況下，散熱器塊16a的數量最多是兩個。因此，此示例性結構對于矩形LSI等是有效的，雖然此結構與圖1所示結構不同，在散熱器16與LSI之間的導熱油脂厚度減小方面的效果稍差。
此結構的優點是可以獲得成本降低。附帶提及，槽17不限于圖17所示在中部有一個槽，一個或者多個槽可以設置在中部的槽的一側或者兩側。即，可以設置多個槽。例如，可以通過切割圖8A和8B所示散熱器101的槽17制造散熱器16。對于本領域普通技術人員顯而易見的是，槽17的深度設計成使散熱器16可以彎曲并且散熱器16不破裂。
根據第二和第三示例性實施例的上述散熱器13、16的安裝結構(例如，電子元件封裝)與圖2A、2B和圖3所示第一實施例基本上相同。
盡管已經參照示例性實施例描述了本發明，但上述說明不是限制性的。上述實施例的各種修改以及本發明的其他實施例在總體上理解上述說明的前提下對于本領域普通技術人員是顯而易見的。因此，所附權利要求書將覆蓋本發明范圍內的任何這種修改或實施例。
另外，即使權利要求書在訴訟過程中被修改，發明人的意圖仍然是包括本發明全部元素的全部等同物。
本申請基于2005年2月22日提交的日本專利申請JP2005-045398，其包括說明書、權利要求書、附圖和摘要。上述日本專利申請在此整體并入作為參考。
權利要求
1.一種用于電子元件的散熱器，包括能夠被彎曲的結構。
2.根據權利要求1所述的散熱器，其中所述結構被彎曲成大體上與所述電子元件相一致。
3.根據權利要求1所述的散熱器，其中所述結構沿著將所述散熱器的底面分成多個局部區域的線彎曲。
4.根據權利要求1所述的散熱器，還包括形成在所述結構中的狹縫。
5.根據權利要求4所述的散熱器，其中所述狹縫包括槽。
6.根據權利要求4所述的散熱器，其中所述狹縫包括開口。
7.根據權利要求6所述的散熱器，其中由所述狹縫分開的多個散熱器塊在接合部可彎曲。
8.根據權利要求4所述的散熱器，其中所述狹縫從所述底面的外周延伸至所述底面的中部。
9.根據權利要求7所述的散熱器，其中所述接合部和所述散熱器塊由相同材料一體地形成并且所述接合部具有預定厚度以能夠被彎曲。
10.根據權利要求7所述的散熱器，其中形成四個狹縫并且四個散熱器塊在所述接合部連接。
11.根據權利要求10所述的散熱器，其中所述四個狹縫形成為交叉形。
12.根據權利要求5所述的散熱器，其中所述槽被設置成大體上橫過所述散熱器的底面的中部，并且所述散熱器在所述槽的部分可彎曲。
13.一種電子元件封裝，包括基片；安裝在所述基片上的電子元件；和根據權利要求3所述的散熱器。
14.根據權利要求13所述的電子元件封裝，還包括固定件，將所述散熱器固定至所述電子元件。
15.一種用于電子元件的散熱器，包括散熱的結構；和用于使所述結構彎曲的裝置。
16.一種用于制造散熱器的方法，包括將所述散熱器的底面分為多個局部區域。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括在所述散熱器中形成狹縫，使相鄰局部區域沿所述狹縫可彎曲。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括形成槽作為所述狹縫。
19.根據權利要求17所述的方法，還包括形成開口作為所述狹縫。
全文摘要
一種用于電子元件的散熱器，包括能夠被彎曲的結構。
文檔編號H05K7/20GK1825575SQ20061000944
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月22日 優先權日2005年2月22日
發明者池田博伸 申請人:日本電氣株式會社