专利名称：具有向下引脚附着特征的热扩散器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及微电子技术，特别是用于微电子组件中热耗散的设备以及制造该设备的方法。
背景技术：
近来，微电子技术取得了迅速发展，由此使得微电子元件变得更小，而微电子元件中的电路变得日益密集。由于电路密度的增加，导致热量产生也增加。这样，热耗散对于微电子技术的发展就变得越发关键。
通常，各种技术可用于消除和耗散由微电子元件产生的热量，该微电子元件也可称为微电子芯片(microelectronic die)。这些技术包括被动或主动的解决方案。一种可以被分类为被动解决方案的这种技术涉及使用大量传导材料与微电子芯片进行热接触。这些大量的传导材料也可称为金属块(slug)、热扩散器(heatspreader)或集成热扩散器(IHS)。热扩散器的一个主要目的在于将微电子芯片产生的热量进行扩散或吸收和耗散掉。这至少可以部分消除微电子芯片中的“过热点(hot spot)”。
热扩散器可以通过使用热传导材料来实现与微电子芯片的热接触，例如放置在它们之间的热接触面材料(thermal interface material，TIM)。典型的热接触面材料包括，例如热传导凝胶、油脂或焊料。热扩散器通常由热传导材料，例如铝、电解电镀铜、铜合金或陶瓷等构成。
现在参照附图，相同的部件以相同的标识进行标注，所述
了微电子组件的许多实施例。图4和5是微电子组件200的一个实例的替换视图。众所周知，微电子组件可以包括至少一个微电子芯片206，与所述热扩散器和基片202，例如印刷电路板(PCB)，相耦合。组件200包括微电子芯片206(如图4所示)，与基片202相耦合，所述基片也可称为基片载体。辅助电子部件，例如电容器(未示出)也可附属于所述基片202。通常，微电子芯片206附着于基片202的一侧，所述附着可以借助于多个焊接球或焊料隆起焊盘连接210(如图4所示)，但是还存在其他的替换附着方法。组件200进一步包括大量的热传导材料或热扩散器204。热扩散器204可以由适合的传导材料制成，例如铜、铝或碳纤维复合材料，但是也可使用其他替换材料。在组件200中，通常，热扩散器204通过热接触面材料208而与微电子芯片206热接触(如图4所示)。在热扩散器204上可以形成连续边缘(contiguous lip)212，并围绕微电子芯片206周围延伸。该边缘212可作为热扩散器204附着于基片的附着点，并为热扩散器204主体提供结构支持。另外，热扩散器204也可以为整个组件200提供结构支持，并且，例如，减少或防止基片202的绕曲。然而，这种坚固连续边缘212通常对于热耗散不会有显著的贡献，并且增加了设备组件的重量和成本。另外，用于制造热扩散器204的坚固连续边缘212的处理会导致热扩散器顶面205的平坦度的更大变化，这将至少由于热扩散器顶面205和辅助设备，例如散热器，之间的接触表面区域减少而影响热性能。热扩散器204可以通过使用焊料、密封剂或其他类型的粘合剂材料，通常以附着材料214示出，来附着于基片202，但还有其他替换附着方法存在。热扩散器，例如热扩散器204，通常使用密封剂214附着于基片202，所述密封剂主要填充在热扩散器204和基片202之间的间隙，并形成完全封闭的空腔。在操作中，热量通常借助热传递从微电子芯片206经过热接触面材料208传导到热扩散器204。在热扩散器中形成排气孔218(如图5所示)，并在组件中提供减压。散热器，例如折叠散热片或压钉散热器(未示出)可以附着于热扩散器204的顶面205，并且在操作中，热量从热扩散器204传递到散热器，并且对流热传递主要从散热器传递到周围空气。散热器通常借助于粘合剂材料或机械附着机制来附着于热扩散器204。而用于附着散热器的方法可能影响热性能，并且取决于所使用的附着方法，这样的方法会导致散热器具有下降的热传递性能。
热扩散器，如图4和5中所示，通常在多级制造环境中以一系列冲压处理(stamping process)来形成。这些冲压处理通常导致相对较低的热扩散器制造生产率，这至少部分归咎于用于形成热扩散器的处理。另外，所述处理可能导致热扩散器204的顶面205平坦度的显著变化，如前所述，会增加组件的阻抗，并减少热效率。另外，所述处理会影响粘合层厚度207(如图4所示)。众所周知，粘合层厚度207或BLT是从微电子芯片206顶部到组装的微电子组件200中热扩散器204的底部的间距。除控制或维持BLT之外，通常需要控制次级附件，例如如前所述各种散热器，的高度。平坦度的越大变化会使得所述次级附件设备的尺寸控制变得困难。这种设计还会导致更高成本和/或更低效率的用于热扩散器204到基片202的附着以及一个或更多设备例如散热器到热扩散器204附着的附着技术。因此，存在一种对改进热扩散器设计的需求，来解决至少一部分这些制造和热性能所关注的问题。
在说明书的结论部分特别提出了本发明的主题，并清楚要求保护所述主题。所要求保护的主题，有关操作的组织和方法以及其目标、特征和优点，可以通过参照附图的详细说明来更好地理解。
图1是所要求保护的主题的一个实施例的截面图。
图2是所要求保护的主题的一个实施例的平面图。
图3a是所要求保护的主题的一个实施例的平面图。
图3b是所要求保护的主题的一个实施例的平面图。
图4是具有IHS的已有技术处理器组件的截面图。
图5是具有IHS的已有技术处理器组件的平面图。
图6是可以使用所要求保护主题的至少一个实施例的计算系统。
具体实施例方式
图1和2示出微电子组件300的两种不同视图，所述微电子组件可以解决至少一部分前述制造和热性能所关注的问题。该微电子组件300包括热扩散器110，该热扩散器包括在其上形成的具有多个向下引脚(downset leg)112、114和116(如图2所示)的主体101；基片102和微电子芯片106(如图2所示)。本实施例示意性描述了多个向下引脚112、114和116，但所要求保护的主题并不局限于任何特定数量的向下引脚。一个或更多的向下引脚112、114和116可以在距离热扩散器主体底部表面118(参见图1)处向下形成特定的距离142(参见图2)，在所述一个或更多的向下引脚112、114和116与主体底部表面118之间形成空腔120。例如，偏移距离142可以大致与微电子芯片106的厚度相同。槽口140可以在热扩散器主体101的顶面138和一个或多个热扩散器侧面128之间形成，并且可以在此后所述的一个或多个形成处理中形成。另外，虽然，向下引脚112、114和116示出是在热扩散器110的转角上形成，但应该理解所述多个向下引脚112、114和116可以在热扩散器110的其他区域上形成，并不局限于在转角上形成。现在参照图1，在该实施例中，所述多个向下引脚112、114和116将热扩散器110的底部主体表面118提供给了基片102。该位移118在热扩散器110中形成了空腔120。空腔120的深度可以小于或等于微电子芯片106的厚度，但所要求保护的主题并不局限于此，例如可以大于微电子芯片106的厚度。热扩散器110可以附着于基片102，并使用附着材料134(参照图2)进行附着，例如密封剂/聚合物，可以应用于一个或更多向下引脚112、114和116的至少一部分底部表面136，但所要求保护的主题并不局限于这方面。当热扩散器110附着于基片202时，向下引脚112、114和116可能形成一个围绕微电子芯片106的非连续边缘144。在一个实施例中，该非连续边缘可以消除或减少对如图5所示的排气孔218的需求，如前所述，这实现了在组件内部提供减压的主要目标。另外，热扩散器110的非连续边缘144的一个或多个不连续部分可以作为用于辅助设备的附着区域，这将在下面进行详细描述。热扩散器110到基片102的附着可以通过各种方法，包括(但不局限于)加压、应用环氧树脂、焊接或合适的方法，但所要求保护的主题并不局限于这些方面。
另外，机械附着设备，例如一般的机械附着设备122(参见图2)可以用于将热扩散器110附着到基片102，这将随后进行详细描述。热扩散器110的顶面138在一个实施例中大致为平面，但所要求保护的主题并不局限于这些方面。
如图1和/或2所示的热扩散器，例如，可以通过一种或更多的冷成形处理、一种或更多的冲压处理来形成，但所要求保护的主题并不局限于这些方面。众所周知，冲压处理可以使用金属块材料，并随后从所述金属块材料压印出部件(feature)或尺寸。在一个实施例中，冲压处理可以用于压印一个或更多的向下引脚112、114和116，以提供所述的热扩散器110。当然，应该理解所要求保护的主题并不局限于任何所示或所述的形成热扩散器110的特定处理，任何合适的形成热扩散器110的方法都属于所要求保护的主题范围。另外，所示或所述的用于形成热扩散器110的材料可以是许多材料，并且，所要求保护的主题并不局限于任何特定的材料或材料类别。存在许多方法可用于形成所要求保护的和所述的一个或更多热扩散器110。这些方法包括，例如，冲压、机械加工、分级制造、激光切割或注入成型法，但所要求保护的主题并不局限于任何特定方法，任何可以制造所要求保护和所述热扩散器110的制造方法都属于所要求保护主题的范围中。一种形成热扩散器110的这种方法包括以大量材料或金属块开始，并将其切割或机械加工成一组尺寸。在制造的后续步骤中包括一个或更多冲压处理，这将形成多个向下引脚112、114和116。这种冲压处理将在所形成的向下引脚的周围产生槽口140。这种处理是单一步骤，或可以是一系列步骤，并且所要求保护的主题并不局限于任何特定的制造处理或系列步骤。
图3a包括根据所要求保护的主题另一实施例的微电子组件的平面图。在该实施例中，热扩散器110具有多个孔或空隙，例如124和126，位于向下引脚112、114和116周围。孔124和126配置为用于接收一个或更多的销钉、螺栓或类似设备，例如一般的机械附着设备122。这些一个或更多附着设备122可以耦合到基片102，但所要求保护的主题并不局限于此方面。另外，这些一个或更多的附着设备122可以附着于辅助设备，例如散热器或温度测试设备(未示出)，例如，它可以配置用于附着于热扩散器110。所要求保护的主题的本实施例并不局限于任何特定类型的机械附着设备，并且可以包括，例如，销钉、螺丝、螺栓或铆钉，以及任何可以适用于插入在空隙124和/或126中的机械附着设备。另外，本领域中已知的一个或更多类型的粘合剂可以用于将一个或更多辅助部件(未示出)附着于热扩散器110。另外，应该理解将一个或更多辅助部件附着于热扩散器110的替换配置或方法是根据所要求保护的主题。另外，多个销钉或其他机械附着设备(未示出)可以形成在所述热扩散器110上，并配置用于接收一个或更多辅助部件，例如散热器(未示出)。这些一个或更多附着设备可以配置为用于通过热扩散器110或通过热扩散器110和基片102。
在另一替换实施例中，图3b示出一种夹箝(clip)配置，包括夹箝130和132，但所要求保护的主题并不局限于任何特定数量或位置的夹箝。夹箝130和132，在本实施例中，可以与基片102耦合，并夹住向下引脚112和114的顶面，但这仅仅是夹箝配置的一种可能实施例，所要求保护的主题并不局限于此。这些一个或更多夹箝130和132可以交替附着于热扩散器110，并且当微电子装配件510组装时，可配置为与基片102耦合。另外，一个或更多向下引脚112、114和116可以配置为接收一个或更多夹箝，例如130和132。这些一个或更多夹箝可以附着于辅助部件，例如散热器(未示出)，但要求保护的主题并不局限于此。当然，应该理解，根据要求保护的主题的至少一个实施例，存在许多这样的附着设备或方法。
处于简洁的目的，所要求保护的主题主要以利用集成电路倒装晶片配置的应用范围来进行描述，该配置封装有基片和热扩散器，如附图所示。然而，应该理解所要求保护的主题并非仅局限于这种特定配置，并且所要求保护的主题也可应用于其他类型的微电子组件。例如，根据所要求保护的主题的微电子组件可以包括具有变化的形状系数的组件，例如，针栅阵列、球栅阵列、具有管脚内插器和丝焊的球栅阵列，但上述这些只是示例。所要求保护的主题并不局限于此。
微电子组件的一个或更多的前述实施例可以应用于计算系统中，例如图6所示的计算系统600。计算系统600包括至少一个处理器(未示出)、数据存储系统(未示出)、至少一个输入设备，例如键盘604、和至少一个输出设备，例如监视器602。例如，系统600包括处理数据信号的处理器，并可以包括例如PENTIUMIII或PENTIUM4微型处理器，上述处理器可以从Intel公司获得。计算系统600包括键盘604，并可以包括其他用户输入设备，例如鼠标606。计算系统600可以使用一个或更多的如前所述的实施例中的微电子组件。针对本申请，包括根据所要求保护的主题的计算系统可以包括使用微电子组件的任何系统，例如，可以包括数字信号处理器(DSP)、微控制器、专用集成电路(ASIC)或微处理器。
虽然，在这里描述了所要求保护的主题的某些特征，但许多修改、替换、改变和等价物对于本领域技术人员来说都是显而易见的。因此，应该理解附加的权利要求旨在覆盖落入所要求保护的主题的真实范畴中的所有实施例和变化。另外，在前面的详细描述中，为了提供对所要求保护的主题的彻底理解，作出了许多特定细节描述。然而，本领域技术人员应该理解即使没有这些特定细节描述，所要求保护的主题也是能够实现的。在其他情况中，没有详细描述已知方法、过程和部件以免混淆所要求保护的主题。
权利要求
1.一种热扩散器，其特征在于，包括具有顶面、底面、至少一个侧面和至少一个转角的主体；形成在其上的多个向下引脚，其中所述多个向下引脚在距离所述主体底面一定距离的下端形成，所述多个向下引脚与主体底面限定了一个空腔；以及至少一个槽口，在所述顶面和底面之间且贴近于所述至少一个转角形成。
2.如权利要求1所述的热扩散器，其特征在于，至少一个向下引脚贴近于所述热扩散器主体的至少一个转角形成。
3.如权利要求1所述的热扩散器，其特征在于，至少一个向下引脚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个机械附着设备。
4.如权利要求1所述的热扩散器，其特征在于，所述至少一个向下引脚配置为用于接收至少一个夹箝。
5.如权利要求1所述的热扩散器，其特征在于，所述主体和至少一个向下引脚由热传导材料组成。
6.如权利要求1所述的热扩散器，其特征在于，所述空腔配置为用于接收至少一个微电子芯片。
7.一种形成热扩散器的方法，其特征在于，包括形成大致为矩形的一块材料，以及在所述一块材料上形成至少一个向下引脚。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述形成步骤包括至少一个冷成形处理。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述一块材料上形成至少一个转角，其中所述至少一个向下引脚形成在所述转角附近。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述至少一个向下引脚上形成至少一个空隙，其中所述空隙配置为用于接收至少一个机械附着器件。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个向下引脚形成用于配置接为收至少一个夹箝。
12.一种微电子组件，其特征在于，包括具有表面的基片；至少一个附着于所述表面的微电子芯片；以及附着于所述表面的热扩散器，其中所述热扩散器具有顶面、底面、至少一个侧面和至少一个转角；其中在其上形成有多个向下引脚，其中所述多个向下引脚在距离所述主体底面向下形成一定距离；所述多个向下引脚与主体底面限定了一个空腔；以及至少一个槽口，在所述顶面和底面之间且贴近于所述至少一个转角处形成。
13.如权利要求12所述的微电子组件，其特征在于，所述微电子芯片配置为用于放置在所述空腔中，并且配置为用于附着于所述热扩散器的底面。
14.如权利要求12所述的微电子组件，其特征在于，所述多个向下引脚中的至少一个形成在所述热扩散器的转角附近。
15.如权利要求12所述的微电子组件，其特征在于，所述多个向下引脚中的至少一个具有形成在其上的至少一个空隙，其中所述至少一个空隙配置用于接收一个或更多机械附着设备。
16.如权利要求12所述的微电子组件，其特征在于，所述至少一个向下引脚配置用于接收一个或更多的夹箝。
17.如权利要求12所述的微电子组件，其特征在于，所述热扩散器由热传导材料组成。
18.如权利要求12所述的微电子组件，其特征在于，所述顶面是大致为八角形。
19.一种计算系统，其特征在于，包括微电子组件，包括具有表面的基片；至少一个附着于所述表面的微电子芯片；以及附着于所述表面的热扩散器，其中所述热扩散器具有顶面、底面、至少一个侧面和至少一个转角；其中在其上形成有多个向下引脚，其中所述多个向下引脚在距离所述主体底面向下形成一定距离；所述多个向下引脚与主体底面限定了一个空腔；以及至少一个槽口，在所述顶面和底面之间且贴近于所述至少一个转角形成。
20.如权利要求19所述的计算系统，其特征在于，所述微电子芯片配置为用于放置在所述空腔中，并且配置为用于附着于所述热扩散器的底面。
21.如权利要求19所述的计算系统，其特征在于，所述多个向下引脚中的至少一个形成在所述热扩散器的转角附近。
22.如权利要求19所述的计算系统，其特征在于，所述多个向下引脚中的至少一个具有形成在其上的至少一个空隙，其中所述至少一个空隙配置为用于接收一个或更多机械附着器件。
23.如权利要求19所述的计算系统，其特征在于，所述至少一个向下引脚配置用于接收一个或更多的夹箝。
24.如权利要求19所述的计算系统，其特征在于，所述热扩散器由热传导材料组成。
25.如权利要求19所述的计算系统，其特征在于，所述顶面是大致为八角形。
全文摘要
许多热扩散器的实施例，包括多个向下引脚，它提供了一种相对于揭示的传统方法来说简单和低价的形成热扩散器的方法，并且揭示了用于将热扩散器附着于基片、将辅助器件附着于热扩散器的新颖设备和方法。
文档编号H01L23/367GK1659699SQ03812769
公开日2005年8月24日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年4月5日
发明者S·霍尔, N·拉班诺克 申请人:英特尔公司