控制热界面间隙距离的装置制造方法及图纸

借助浮动的密封结构调整芯片、基板和硬件尺寸中的公差，以确保设置在芯片和它的盖之间的柔性导热膏尽可能地平衡，以便减小膏的热阻，能够在冷却的温度下运行芯片。还优选使用支座以确保适当的膏间隙厚度。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及控制电子电路芯片和盖、热沉或其它冷却机构之间间隙厚度的结构和方法。具体地，本专利技术涉及控制电路芯片和盖或热沉之间间隙尺寸的系统，更具体地控制使所述间隙尽可能地小，不会有害地影响组装工艺或芯片集成度。本专利技术特别涉及控制设置在单个芯片或多芯片组件与它的盖或盖板之间的热膏材料的厚度。随着器件集成水平的不断提高，更有效地冷却大功率电子电路芯片的解决方案变为获取需要的系统性能越来越重要的因素。由于热膏或凝胶的简便性和高度的热性能，因此使用热膏或凝胶冷却单芯片或多芯片组件非常理想。热膏也不受小颗粒杂质影响；因此，组件的组装可以在非净化室环境中完成，这是有助于减小组件组装成本的一个因素。此外，热膏的柔顺性使它们吸收与芯片高度以及硬件变化相关的机械容差。有效地冷却电子电路芯片的另一方法是在芯片和它的相应组件盖之间使用焊料。此时，芯片背面金属化，焊料润温盖和芯片表面，由此当回流芯片时，在芯片和盖之间获得接合，焊料的热导率约10倍于可得到的最好热膏的热导率；因此和热膏相比它显著地提高了热性能。然而，通过控制芯片和盖之间间隙中的膏厚度可以获得热膏的柔顺性优点，同时提高热传导性。现已公知需要电子器件在低温下工作以增强性能和可靠性。这对CMOS器件特别适用，当温度减小10℃，系统速度增加约2％。对于一级近似，通过以下一维方程得到芯片的温度T芯片＝T空气+P芯片xR内+P组件xR外当为单芯片组件时，组件的功率等于芯片功率，以上的方程简化为T芯片＝T空气+P芯片x(R内+R外)在以上方程中，R内表示组件的内部热阻，即从芯片向上穿过热膏到达组件盖的阻值，而R外表示组件外部的热阻，即盖与热沉界面加上热沉的阻值，包括空气加热效应。内部热阻由三个阻值串联组成R内＝R芯片+R膏+R盖由于盖通常由如铝等的高热导率材料制成，因此热膏的阻值对内部热阻R内影响最大。因此减小热膏电阻值为减小整个器件温度的重要因素。膏的热阻由下面的方程给出R膏＝L间隙/(K膏×A芯片)其中L间隙为芯片和组件盖之间的膏厚度，K膏为膏的热导率，A芯片为芯片的面积。从以上的表达式可以清楚仅通过(i)减小膏间隙尺寸和/或(ii)增加热膏的热导率就可以减小膏的热阻R膏。目前的设计利用热膏的柔顺性调节热膏间隙中的变化。公差主要包括芯片厚度的公差、芯片焊料球的公差以及硬件和衬底的公差。这些公差的统计变化通常在±0.003到0.004英寸之间。由于随着膏被挤入很小的间隙内，即挤入0.003英寸的间隙内，热膏的“挤压力”按指数规律上升，因此任何单芯片或多芯片组件应设计得能在正常条件下获得至少0.007英寸的热膏间隙。因此统计的最大膏间隙变为0.010到0.011英寸。如果在芯片和组件盖之间使用焊料，那么仍需要考虑和仅有热膏时相同类型的设计公差。虽然焊料的膏间隙控制对热性能并不重要，但这里公开的控制热膏间隙的装置和方法也可用于获得最佳的焊缝形状，因为在热循环期间这对焊料的可靠性有影响。因此，通过本专利技术，热膏冷却变得更有效，焊料的热界面变得更可靠。(应该注意与仅使用热膏相比，较高的热导率的焊料能减小设计公差问题。)本专利技术提供一种控制芯片和组件盖之间间隙同时将芯片和它的互连结构保持在密封环境中的结构和方法。需要密封的封装以防止特别是经过长时间之后潮气接触芯片。因此，如本专利技术中使用的热膏冷却变得更有效，以焊料为基础的冷却变得更可靠。在本专利技术的优选实施例中，提供一种电子芯片组件以控制热膏厚度。特别是，具有电导体的基板与面朝下贴到基板的电子电路芯片一起提供，以进行电路芯片和基板上导电体之间的电接触。基本平坦的导热盖设置在芯片上并与膏热接触。在一个实施例中，盖的水平范围比芯片大，因此部分盖悬在芯片上。此外所述伸出的盖部分从盖周边的凸起盖密封环上伸出。此外，在基板上提供对应的凹槽。所述槽有侧壁，密封剂设置在槽内，由此形成槽的侧壁和向下伸出的凸起盖密封环之间的密封。在本专利技术的另一实施例中，代替在基板上使用凹槽，将凹槽设置在导热盖中，对应的凸起顶环设置在基板上。所述凸起密封环具有T形剖面，“T”形的垂直部分延伸到密封剂内，所述密封剂设置在密封环和盖部分中接收凹槽侧壁之间的。在本专利技术另一实施例中，在盖中也使用了凹形槽，并且使用了T形凸起密封环。然而，在该实施例中，具有T形剖面的凸起密封环沿基板的外周边设置，“T”通常形的垂直部分设置在密封到基板的水平位置中。“T”形通常的水平剖面部分向上延伸到设置在凸起密封环和盖之间密封剂内。当盖延伸超出基板时，所述实施例特别有利。在所述实施例中，盖不仅伸出在芯片之外，也伸出在基板之外。当需要较大的热沉和散热能力时，本实施例特别有利。在另一实施例中，凹槽提供在盖中，中间凸起环首先密封地贴到基板上，随后设置在盖的凹槽部分内。和以上相应的实施例中一样，固化形密封剂材料提供在凸起部分和设置在盖内的凹槽之间。这里密封剂可以为可固化的聚合物或合适的焊料。在本专利技术的另一实施例中，不使用凹槽部分和凸起密封构件。取而代之，盖的侧壁制得很短，以便在盖和基板之间使用密封剂材料。如这里和附带的权利要求书中使用的，以水平或垂直介绍提到的部分。然而，应该注意这些术语是相对的。这些结构实际上不是必须设置在图中示出的位置中，具体地它们可以颠倒或设置在与显示的旋转90°的方向中，或实际上可以旋转距图中显示的任何量。还应该注意这里电路芯片有两个边。一面是芯片平坦的背面，另一面为距制成的电连接面朝上。因此，本专利技术的一个目的是提供一种控制设置在芯片和单个芯片或多芯片组件的盖之间可塑的导热材料厚度的方法和装置。本专利技术的另一目的是提高集成电路芯片器件的热流动。本专利技术的又一目的是增加电子电路芯片器件的工作速度。本专利技术的再一目的是提供焊料和热膏系统的热优点。本专利技术的还一目的是减小组装的电子电路芯片组件中公差变化的统计效应。本专利技术的另一目的是将导热盖和由盖密封的电子电路芯片之间的间隙减小到小于约2到3密耳的距离。最后，但不限于此，本专利技术的再一目的是不仅减小而且控制设置在电子电路芯片和它们含有的封装之间热膏材料的厚度。本专利技术的主题特别指出并清楚地陈述在说明书的结束部分中。然而，通过参考下面结合附图的说明将更好地理解本专利技术的组织和实施方法以及其它的目的和优点。附图说明图1为根据本专利技术的一个实施例使用分别提供的U形接收槽的侧视图；图2示出了本专利技术的另一实施例的剖面侧视图，其中U形接收槽提供在盖结构中；图3为本专利技术一个实施例的剖面侧视图，其中既没有使用槽也没有使用凸起密封环，而是依靠可塑性密封剂材料。图4为本专利技术一个实施例的剖面侧视图，其中接收槽提供在盖中；图5为类似于图4的本专利技术一个实施例的剖面侧视图，除了凸起密封环结构设置在基板的周边附近，由此为盖延伸伸出芯片和基板提供可能。本专利技术增强了设计用于器件集成度、速度和密度的增加所需的越来越高的功率水平的电子组件封装的热性能。具体地本专利技术提供一种减小密封的电子组件或封装中热膏间隙的方法和装置。本专利技术的优点在于使用直接的热间隙方式，通过芯片器件和组件盖之间较短的热传输路径，提高组件的热性能。密封的组件满足了所有产品的性能和可靠性的要求。在本专利技术中最好借助使组件用可变高度的密封接缝加以包封的机械支座(standoff)来控制盖和芯片器件表面之间的区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子芯片组件，可以控制热膏的厚度，所述组件包括： 其中具有导电体的基板； 电子电路芯片，面朝下粘贴到所述基板，以与所述导体电连接； 设置在所述芯片的非朝下面上的热膏； 基本平坦的导热盖，设置在所述芯片上，与所述膏热接触，所述盖的水平范围比所述芯片大，因此具有伸出部分从所述盖周围的凸起的盖密封环上伸出； 具有侧壁的凹槽，所述槽设置在所述基板上或基板内，用于接收所述凸起密封环；以及 密封剂材料，设置在所述凹槽的所述侧壁和所述凸起的盖密封构件之间的所述凹槽内。

【技术特征摘要】
US 1999-1-6 09/226,4581.一种电子芯片组件，可以控制热膏的厚度，所述组件包括其中具有导电体的基板；电子电路芯片，面朝下粘贴到所述基板，以与所述导体电连接；设置在所述芯片的非朝下面上的热膏；基本平坦的导热盖，设置在所述芯片上，与所述膏热接触，所述盖的水平范围比所述芯片大，因此具有伸出部分从所述盖周围的凸起的盖密封环上伸出；具有侧壁的凹槽，所述槽设置在所述基板上或基板内，用于接收所述凸起密封环；以及密封剂材料，设置在所述凹槽的所述侧壁和所述凸起的盖密封构件之间的所述凹槽内。2.根据权利要求1的芯片组件，还包括设置在所述盖和所述芯片的非面朝下面之间的至少一个间隔结构。3.根据权利要求2的芯片组件，其中所述间隔结构为所述盖的一体部分。4.根据权利要求2的芯片组件，其中用做所述间隔结构的材料选自塑料、金属和陶瓷构成的组。5.根据权利要求2的芯片组件，其中所述间隔结构包括多个分立的间隔元件。6.根据权利要求2的芯片组件，其中所述间隔结构为所述芯片定制。7.根据权利要求1的芯片组件，其中所述槽在所述芯片周围的路径中延伸。8.根据权利要求7的芯片组件，其中所述路径封闭。9.根据权利要求1的芯片组件，其中所述槽为可密封地粘贴到所述基板的分离结构。10.一种电子芯片组件，可以控制热膏的厚度，所述组件包括其上具有导电体的基板；电子电路芯片，面朝下粘贴到所述基板，以与所述导体电连接；设置在所述芯片的非朝下面上的热膏；基本平坦的导热盖，设置在所述芯片上，与所述膏热接触，所述盖的水平范围比所述芯片大，因此所述盖具有伸出部分，所述盖还具有设置在所述伸出部分中的凹槽，所述凹槽具有侧壁；凸起密封环，设置在所述基板上，由此位于所述槽上与之面对，至少部分设置在所述槽内；以及密封剂材料，设置在所述侧壁和所述凸起的密封环之间的所述凹槽内。11.根据权利要求10的芯片组件，还包括设置在所述盖和所述芯片的非面朝下面之间的至少一个间隔结构。12.根据权利要求11的芯片组件，其中所述间隔结构为所述盖的一体部分。13.根据权利要求11的芯片组件，其中用做所述间隔结构的材料选自塑料、金属和陶瓷构成的组。14.根据权利要求11的芯片组件，其中所述间隔结构包括多个分立的间隔元件。15.根据权利要求11的芯片组件，其中所述间隔结构为所述芯片定制。16.根据权利要求11的芯片组件，其中所述槽在所述芯片周围的路径中延伸。17.根据权利要求11的芯片组件，其中所述路径是封闭的。18.根据权利要求10的芯片组件，其中凸起密封环设置在所述基板周边附近。19.根据权利要求18的芯片组件，其中所述凸起密封环具有T形剖面。20.根据权利要求10的芯片组件，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：希尔顿T特罗伊，里德A谢里夫，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]