JP2007173825A - Device and method for forming thermal interface (low melting-temperature alloy structure for improved thermal interface) - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of providing an improved thermal interface and a device for the method. <P>SOLUTION: The interface 130 is formed by applying a structure or foil embedded in a solid alloy to between the surfaces of two devices 110, 120. When heat is generated through an ordinary operation of a device or the like, the alloy in which the foil or structure is embedded melts to form a desired interface. Meanwhile, the structure and foil prevents the alloy from leaking and oozing to surrounding areas. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般に、改良された熱インタフェースを提供する方法および装置に関し、さらに詳細には、計算機環境の半導体パッケージで使用される改良された熱インタフェースを提供する方法および装置に関する。   The present invention relates generally to a method and apparatus for providing an improved thermal interface, and more particularly to a method and apparatus for providing an improved thermal interface for use in a semiconductor package in a computing environment.

半導体産業の発展は、電子装置の中の電子部品の個数を絶え間なく増加させる業界動向へとつながった。コンパクト性により、消費者にとってさらに魅力的な、より小型かつ軽量のデバイスを選択的に製作することができる。さらにまた、コンパクト性は、これらのデバイス内の電気的距離がより短いことにより、多くの回路において、より高周波かつ高速度で作動することを可能とする。この業界目標と関連する多くの利点にもかかわらず、小さな設置面積内に、このような多数の構成部品を提供することは、デバイス動作性能の難問を引き起こす。このような難問の１つは、デバイスの電気伝導率および完全性を妨げない熱インタフェースの生成と関係がある。   The development of the semiconductor industry has led to industry trends that continually increase the number of electronic components in electronic devices. The compactness allows selective fabrication of smaller and lighter devices that are more attractive to consumers. Furthermore, the compactness allows a higher frequency and higher speed operation in many circuits due to the shorter electrical distance in these devices. Despite the many advantages associated with this industry goal, providing such a large number of components within a small footprint poses device operating performance challenges. One such challenge is related to the creation of a thermal interface that does not interfere with the electrical conductivity and integrity of the device.

良好なインタフェースを提供するためには、関係するすべての表面が、清浄かつ平滑であり、また、製造プロセス時に形成されうるエア・ギャップまたは気泡を含むすべての粒子がない状態でなければならない。また、通常の連続したデバイス動作時に加えられる熱および機械的力は、インタフェースの完全性に影響しうるとみなされなければならない。この点について、インタフェースは、連続使用後であっても容易に劣化しない方法で製作される必要があり、いずれかのこのような劣化または関連する問題が、潜在的に、全体としてデバイスの動作および完全性に影響を与える電気的短絡または他のこのような同様の問題を引き起こしうる可能性に対して、特に注意が払われなければならない。   In order to provide a good interface, all surfaces involved must be clean and smooth and free of all particles including air gaps or bubbles that can form during the manufacturing process. Also, the heat and mechanical forces applied during normal continuous device operation must be considered to be able to affect the integrity of the interface. In this regard, the interface needs to be fabricated in a manner that does not easily degrade even after continuous use, and any such degradation or related issues can potentially contribute to overall device operation and Special attention must be paid to potential electrical shorts or other such similar problems that affect integrity.

製作・保持する上で、より困難を要するインタフェースの１つは、例えば、マイクロプロセッサ・チップとヒート・シンクの間などの計算機環境で使用されるような熱インタフェースである。このような場合には、インタフェース接合部は、回路の速度およびパワー能力にとって重要な、必要とされる熱伝達および熱放散を提供できるとともに、ギャップのない状態を維持する要件、および説明された他の要件を満たすことができる必要がある。   One interface that is more difficult to make and maintain is a thermal interface, such as that used in a computing environment such as between a microprocessor chip and a heat sink. In such cases, the interface junction can provide the required heat transfer and heat dissipation that is critical to the speed and power capability of the circuit, as well as the requirements to maintain a gap-free condition, and others described Need to be able to meet the requirements.

先行技術は、改良された熱インタフェースを提供するために、いくつかの方法を使用した。１つの方法は、熱ペーストを使用することである。熱ペーストは、チップの裏面間のギャップを充填して、このようなインタフェースを提供するために使用された。しかしながら、熱ペーストを使用することは、それと関連する複数の問題を有する。一例として、チップを完全に被覆するために十分なペーストを施さなければならないため、熱ペースト構成部品を有するデバイスの組み立ては困難である。さらに、熱ペーストは粘性があり、取り扱いが困難である。また、使用されるモジュール構成部品は、良好な付着力を提供するために、熱ペーストと化学的に適合性がなければならない。最終的に、チップに充填されたペーストは、信頼性の高い構造を形成するように十分な厚みを有する必要がある。   The prior art used several methods to provide an improved thermal interface. One method is to use a thermal paste. Thermal paste was used to fill the gap between the back side of the chip to provide such an interface. However, using a thermal paste has several problems associated with it. As an example, it is difficult to assemble a device with a thermal paste component because sufficient paste must be applied to completely cover the chip. Furthermore, the hot paste is viscous and difficult to handle. Also, the module components used must be chemically compatible with the thermal paste in order to provide good adhesion. Finally, the paste filled in the chip needs to have a sufficient thickness so as to form a reliable structure.

良好な熱インタフェースを提供する他の試みは、接合部間に合金を直接に付着させるものである。金属結合は、ほとんど熱抵抗を有しないため、好ましい熱接合である。金属は、総じて高い熱伝導率を示す。液状の金属は、高い熱伝導率を示すとともに、機械的な接合部内の空隙を埋めることができる付加的な利点を有する。それにもかかわらず、これらの接合を魅力あるものにする同じ特徴が、また一方で、デバイス完全性の問題をも引き起こしうる。   Another attempt to provide a good thermal interface is to deposit the alloy directly between the joints. A metal bond is a preferred thermal bond because it has little thermal resistance. Metals generally exhibit high thermal conductivity. Liquid metals have the added advantage of exhibiting high thermal conductivity and being able to fill voids in mechanical joints. Nonetheless, the same features that make these junctions attractive can, on the other hand, also cause device integrity problems.

問題は、多くの場合、マイクロプロセッサ・チップとヒート・シンクの間の低溶融温度合金インタフェースに固有の含浸不良のために引き起こされる。問題は、可融合金層が、２つの表面の間で圧迫されている状態で溶融されるとき、可融合金とチップの間、および可融合金とヒート・シンクの間の含浸不良に起因する毛細管現象が、溶融合金をインタフェースから押し出すという事実のために生じる。ギャップを埋める溶融合金がない状態では、冷却装置の伝熱能力はダメージを受ける。また、インタフェースから押し出された溶融合金は、浸出して、他の部位、特に、電気部品を収納する隣接領域に漏洩しうるとともに、システム機能低下およびシステム故障を引き起こす可能性がある。   Problems are often caused by poor impregnation inherent in the low melting temperature alloy interface between the microprocessor chip and the heat sink. The problem is due to poor impregnation between the fusible gold and the chip and between the fusible gold and the heat sink when the fusible gold layer is melted while being pressed between the two surfaces Capillary action occurs due to the fact that the molten alloy is pushed out of the interface. In the absence of molten alloy filling the gap, the heat transfer capability of the cooling device is damaged. Also, molten alloy extruded from the interface can leach out and leak to other sites, particularly adjacent areas that house electrical components, and can cause system degradation and system failure.

その結果、このようなインタフェース内に溶融合金を用いることにより提供される利点を利用するとともに、良好な熱インタフェースを提供するために使用されうる方法および装置を設計することが求められている。   As a result, there is a need to design methods and apparatus that can be used to provide a good thermal interface while taking advantage of the benefits provided by using a molten alloy in such an interface.

先行技術の欠点が克服されるとともに、改良された熱インタフェースを提供する方法、および関連する装置を介して、付加的な利点が提供される。形成されるインタフェースは、ヒート・シンクとチップの間にあることが好ましく、チップの動作は、合金を溶融するために必要とされる所要の熱放散を提供する。インタフェースは、固体の合金に埋め込まれた構造またはホイルを、２つの表面間に適用することにより形成される。通常のデバイス動作などを通じて、熱が発生すると、ホイルまたは構造が埋め込まれている合金が溶融して、所望のインタフェースを形成する。一方、構造およびホイルは、合金が周囲に漏洩および浸出することを防止する。他の実施形態では、構造は、一定の剛性および圧縮性を提供するために金網のような開孔を有することができる。   While the disadvantages of the prior art are overcome, additional advantages are provided through methods and associated apparatus that provide an improved thermal interface. The interface formed is preferably between the heat sink and the chip, and the operation of the chip provides the necessary heat dissipation required to melt the alloy. The interface is formed by applying a structure or foil embedded in a solid alloy between the two surfaces. When heat is generated, such as through normal device operation, the foil or structure-embedded alloy melts to form the desired interface. On the other hand, the structure and foil prevent the alloy from leaking and leaching to the surroundings. In other embodiments, the structure can have apertures such as wire mesh to provide a certain stiffness and compressibility.

付加的な特徴および利点は、本発明の技術を介して実現される。本発明の他の実施形態および態様は、本明細書で詳細に説明されるとともに、特許請求される発明の一部とみなされる。利点および特徴を有する本発明を、より良く理解するために、説明および図面を参照すること。   Additional features and advantages are realized through the techniques of the present invention. Other embodiments and aspects of the invention are described in detail herein and are considered a part of the claimed invention. For a better understanding of the invention with advantages and features, refer to the description and to the drawings.

本発明とみなされる内容は、特許請求の範囲の中で詳しく示され、かつ明瞭に特許請求されている。本発明の上述の、ならびに他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明を添付図面と照らしあわせて読めば、明らかである。   The subject matter regarded as the invention is particularly pointed out and distinctly claimed in the appended claims. The above as well as other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

図１は、改良された熱インタフェースの横断面説明図を提供する。図１に示されるように、間に熱インタフェースが形成される第１の表面および第２の表面が、それぞれ１１０および１２０で示されている。本発明の好ましい実施形態では、表面１１０および１２０は、コンピュータ内で使用されるチップおよびヒート・シンク部品であるが、しかし、これは必要条件ではない。   FIG. 1 provides a cross-sectional illustration of an improved thermal interface. As shown in FIG. 1, a first surface and a second surface between which a thermal interface is formed are indicated at 110 and 120, respectively. In the preferred embodiment of the present invention, surfaces 110 and 120 are chips and heat sink components used in a computer, but this is not a requirement.

その後、図１において表面１１０および１２０の間に１３０で示されているように熱インタフェースが形成される。熱インタフェース１３０は、合金を含むことが好ましい。図示されるように、エア・ギャップまたは他の表面の凸凹が存在せず、熱インタフェース１３０は、インタフェース１３０のいかなる部分も、その側部のいずれからも、周囲のおよび隣接した領域に対して、もしくは、周囲のまたは隣接した領域に対して浸出または漏洩がない状態で、第１および第２の表面１１０および１２０に制限された領域に閉じ込められている。   Thereafter, a thermal interface is formed as indicated at 130 between the surfaces 110 and 120 in FIG. The thermal interface 130 preferably comprises an alloy. As shown, there are no air gaps or other surface irregularities, and the thermal interface 130 is relative to the surrounding and adjacent regions from any part of the interface 130, either from its sides. Alternatively, it is confined to a region confined to the first and second surfaces 110 and 120 without leaching or leakage to surrounding or adjacent regions.

インタフェース１３０は、後述するように、最初に、固体状態で合金を付着させることにより形成される。インタフェース合金に適切な材料が選択されると、計算機環境（または、その代わりに、第１および第２の構成部品１１０および１２０）から放散される熱が、合金を溶融させ、図１で示されるように、結果として平滑な熱インタフェース１３０を生じさせる。   The interface 130 is formed by first depositing an alloy in a solid state, as described below. When a suitable material is selected for the interface alloy, the heat dissipated from the computing environment (or alternatively, the first and second components 110 and 120) melts the alloy and is shown in FIG. As a result, a smooth thermal interface 130 is produced.

熱放散は、計算機環境の設計者にとって、特に、大規模で複雑な環境（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）にかかわる設計者にとって、重大な課題である。しかしながら、熱放散は、どのような規模の環境であっても、未解決の場合には、全体的なシステム性能に影響する電子的故障および機械的故障を生じうる。容易に理解できるように、実装密度が増加するにつれて、熱放散が増加する。より大規模のコンピューティング・システム環境では、熱を発生する電子部品の個数が、小規模の環境に比べて非常に多くなるだけでなく、熱放散が、外観上無関係に見える他の様々な問題を引き起こしうるため、システム環境の他の必要性を考慮に入れた熱管理方法を提供しなければならない。そのことが、熱インタフェースが、特に、これらの環境において、このような関心事である理由である。   Heat dissipation is a significant challenge for designers of computer environments, particularly for designers involved in large and complex environments. However, heat dissipation can cause electronic and mechanical failures that affect the overall system performance if unresolved in any size environment. As can be readily appreciated, heat dissipation increases as packaging density increases. In larger computing system environments, the number of electronic components that generate heat is not only much higher than in smaller environments, but also various other issues where heat dissipation appears to be irrelevant in appearance. A thermal management method that takes into account other needs of the system environment must be provided. That is why thermal interfaces are such a concern, especially in these environments.

実際、任意の計算機環境で使用される集積回路パッケージから熱を効率的に取り去ることは、これらの回路の設計可能性に非常に重大な制限をもたらした。伝導により１つの物体から他の物体に熱を伝達または放散することが要求されるときに、常に重要となる要素は、表面間の接合の維持保全である。   In fact, the efficient removal of heat from integrated circuit packages used in any computing environment has put very significant limitations on the design possibilities of these circuits. Whenever it is required to transfer or dissipate heat from one object to another by conduction, an important factor is the maintenance of the bond between the surfaces.

マイクロプロセッサ・シリコン・チップのような熱発生デバイスからの熱の効率的な除去は、ヒート・シンクのような熱放散デバイスとの緊密な接点で行われることを要求する。しかしながら、このようなインタフェースでは、表面の平滑さと、さらにときどき接合部に連続的に加えられることが必要な、ある程度の大きさの圧力の両方が、良好な接合の保持において重要となりうる。   Efficient removal of heat from a heat generating device such as a microprocessor silicon chip requires that it be done in close contact with a heat dissipating device such as a heat sink. However, in such an interface, both surface smoothness and a certain amount of pressure that sometimes needs to be continuously applied to the joint can be important in maintaining good joints.

この点について、合わせ面をぴったりと保持して、それらが離れないように圧力を加えることが可能である。残念ながら、表面の凸凹がいかに微小であっても、このような凸凹は、製造プロセス・ステップと組み合わさって、チップとヒート・シンクの間にエア・ギャップを生じて、熱伝達性能を著しく低下させる。このような接合を改良できる公知の材料はペーストおよびグリースであるが、これらは、前に説明したように、適用することが困難であるか、または接触面の熱抵抗を減少させうる。   In this regard, it is possible to hold the mating surfaces tight and apply pressure so that they do not leave. Unfortunately, no matter how small the surface irregularities are, such irregularities, combined with manufacturing process steps, create an air gap between the chip and the heat sink, significantly reducing heat transfer performance. Let Known materials that can improve such bonding are pastes and greases, which, as explained previously, can be difficult to apply or reduce the thermal resistance of the contact surfaces.

エア・ギャップおよび他の凸凹のない平滑な接合面を得るための他の公知の解決法は、通常の作動温度下で液体または固体でさえありうる可融合金または低融点合金で、このようなギャップを充填することである。問題は、この可融合金がギャップに合わせて溶融するとき、可融合金とギャップ表面の間に含浸不良があれば、表面張力は、液体合金をギャップから押し出すであろうという点である。   Other known solutions for obtaining smooth joint surfaces without air gaps and other irregularities are such as fusible gold or low melting point alloys that can be liquid or even solid at normal operating temperatures, such as Filling the gap. The problem is that when the fusible metal melts into the gap, the surface tension will push the liquid alloy out of the gap if there is a poor impregnation between the fusible gold and the gap surface.

インタフェース表面を、非常に清浄にしてかつ可融合金で容易にぬれるようにすることは容易ではない。また、インタフェースに配設されうる可融合金のホイル（薄膜）は、保管中にその上に表面酸化物が蓄積される。完全に清浄ではないインタフェース表面および可融合金ホイル上の酸化物は、可融合金の含浸不良を引き起こす。したがって、可融合金をその所定の場所に保持して、前述したように、インタフェース・ギャップを充填して、チップとヒート・シンクの間に熱ブリッジを提供する手段が求められている。   It is not easy to make the interface surface very clean and easily wet with a fusible gold. Also, the fusible foil (thin film) that can be disposed at the interface has surface oxides accumulated on it during storage. Interface surfaces that are not completely clean and oxides on the fusible foil cause poor impregnation of the fusible gold. Accordingly, there is a need for means to hold the fusible gold in place and fill the interface gap as described above to provide a thermal bridge between the chip and the heat sink.

本発明は、可融合金がチップとヒート・シンクをぬらさない場合でも、可融合金でチップとヒート・シンクの間のギャップを埋める手段を提供する。良好なぬれが得られていないとき、毛細管力は、溶融合金をギャップの外へ押し出すであろう。本発明は、ぬれがほとんど得られていない場合でも、可融合金がギャップ内にとどまる手段を提供する。合金１３０の正確な構造は、下記の図２および図３とともに提供される例により、さらに検討することができる。   The present invention provides a means to fill the gap between the chip and the heat sink with the fusible gold, even if the fusible gold does not wet the chip and the heat sink. When good wetting is not achieved, the capillary force will push the molten alloy out of the gap. The present invention provides a means for the fusible gold to remain in the gap even when little wetting has been achieved. The exact structure of alloy 130 can be further discussed by the examples provided in conjunction with FIGS. 2 and 3 below.

なお、当業者が理解しうるように様々な異なる実施形態を実現できるが、２つのこのような実施形態が、以下の図２および図３で提供されている。これらは、あくまで検討のために提供されるに過ぎず、したがって、本発明の内容を制限するものではない。以下、このような２つの手段について、さらに詳細に検討する。   It should be noted that a variety of different embodiments can be realized as those skilled in the art will appreciate, but two such embodiments are provided in FIGS. 2 and 3 below. These are provided only for consideration and thus do not limit the content of the present invention. Hereinafter, these two means will be discussed in more detail.

図２は、本発明の第１の実施形態の横断面説明図である。図２では、第１の埋め込み構造２００が図示されている。構造は、金属を含むことが好ましく、構造が所定のレベルの構造的完全性および剛性を保持できるとともに、後で説明されるように合金２１０に埋め込まれることができるように、開孔があるような形態を有する。   FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, a first embedded structure 200 is illustrated. The structure preferably includes a metal and is open to allow the structure to retain a predetermined level of structural integrity and rigidity and be embedded in the alloy 210 as will be described later. It has a form.

ある所望の構造的剛性にもかかわらず、ある場合には、特定レベルの柔軟性および圧縮性を保持することが、関連するインタフェースおよび構造２００に対して要求されうる。この点について、剛性レベルは（または、圧縮性レベルさえも）、表面開孔レベルを増減させることにより、選択的に達成され、保持され、または高められうることに注目すべきである。本発明の一実施形態では、構造２００は、同時に剛性と圧縮性の両方を提供するために、網目状構造を有する。好ましい実施形態では、構造２００は金網であり、図示されるように容易に合金２１０を含むことができる。   Despite some desired structural rigidity, in some cases it may be required for the associated interface and structure 200 to retain a certain level of flexibility and compressibility. In this regard, it should be noted that the stiffness level (or even the compressibility level) can be selectively achieved, retained, or increased by increasing or decreasing the surface aperture level. In one embodiment of the invention, the structure 200 has a network structure to provide both rigidity and compressibility at the same time. In a preferred embodiment, the structure 200 is a wire mesh and can easily include an alloy 210 as shown.

使用される合金２１０は、可融合金であることが好ましい。可融合金は、室温で固体であり、チップの動作温度では溶融することが好ましい。そのような合金には、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔａの合金が含まれる。より一般的には、Ｂｉを主成分とし、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂからなる群から選択される金属を１つ以上含む合金で、例えば、ニュートン合金、ローゼ合金、ウッド合金、リポウィツ合金などが含まれるがこれらに限られない。さらに、可融合金および開孔を有する構造２００に使用される材料は、互いに容易に反応しないようなものでなければならない。   The alloy 210 used is preferably fusible gold. The fusible gold is preferably solid at room temperature and melts at the operating temperature of the chip. Such alloys include alloys of Zn, Pb, Sn, Bi, Hg, Ga, In, and Ta. More generally, an alloy containing Bi as a main component and containing at least one metal selected from the group consisting of Pb, Sn, Cd, In, and Sb, such as Newton alloy, Rose alloy, wood alloy, and Lipowitz alloy. But is not limited to these. Furthermore, the materials used in the structure 200 having a fusible gold and an aperture must be such that they do not readily react with each other.

金網（２００）が利用されている図２の好ましい実施形態に図示されるように、金網は、可融合金２１０に埋め込まれている。上述したように、金網、ならびに溶融形態の合金を保持できて、かつその溶融形態の合金内に埋め込まれうる任意の材料を使用することができる。   The wire mesh is embedded in the fusible wire 210, as illustrated in the preferred embodiment of FIG. As noted above, any material that can hold the wire mesh and the molten form of the alloy and that can be embedded within the molten form of the alloy can be used.

好ましい実施形態では、金網または他のこのような材料が合金に埋め込まれる前に、当業者に公知の手段を用いて、よく洗浄される。一実施形態では、金網は、可融合金を付着させる前に、スパッタ・エッチングを用いて洗浄される。   In a preferred embodiment, the wire mesh or other such material is well cleaned using means known to those skilled in the art before it is embedded in the alloy. In one embodiment, the wire mesh is cleaned using sputter etching before depositing the fusible gold.

合金埋め込み構造（２００）の厚さは、どれだけの量の合金をその構造に付着させるかに依存しており、異なる目的に適合するように、選択的に変更されうることに注目すべきである。また、当業者に公知の様々な方法で可融合金を付着させることができる。合金は、例えば、金網または他のこのような構造上にスパッタされ、あるいはまた、化学的または物理的気相成長技術を用いて金網上に付着させることができる。合金は、少なくとも構造２００の２つの面２０１および２０２に付着させるべきであるが、しかし、構造２００が、その設計において、開孔を提供するとき、合金は、好ましくは、このような開孔の間を含む構造２００のすべての面上に付着させるべきである。   It should be noted that the thickness of the alloy embedded structure (200) depends on how much alloy is deposited on the structure and can be selectively varied to suit different purposes. is there. Also, the fusible gold can be attached by various methods known to those skilled in the art. The alloy can be sputtered, for example, on a wire mesh or other such structure, or alternatively deposited on the wire mesh using chemical or physical vapor deposition techniques. The alloy should be attached to at least the two faces 201 and 202 of the structure 200, but when the structure 200 provides apertures in its design, the alloy is preferably of such apertures. It should be deposited on all surfaces of the structure 200 including the gap.

図１を参照すると、その後、図２の埋め込み構造２００は、好ましくは固体で、または実質的に固形で２つの表面１１０と１２０の間に適用される。上述したように、通常デバイス動作時に計算機環境から、または他の状況では表面から放散される熱は、熱放散を生じ、この熱放散は、合金を溶融させ、図１のギャップ、気泡のないインタフェース１３０を形成する。   Referring to FIG. 1, the embedded structure 200 of FIG. 2 is then applied between the two surfaces 110 and 120, preferably solid or substantially solid. As noted above, heat dissipated from the computing environment during normal device operation or otherwise from the surface results in heat dissipation that melts the alloy and causes the gap, bubble-free interface of FIG. 130 is formed.

構造２００の構造的剛性は、溶融合金を所定の位置に保持するとともに、溶融合金に、上述した含浸不良による毛細管現象の効果が起こらないようにする。また、この点について、構造２００の構造的剛性は、適用の容易さをもたらすことに注目すべきである。構造２００を製作するプロセスは、高額な費用を必要とせず、かつ柔軟性がある。この製作プロセスは、環境で使用されるであろう他の半導体構成部品の製作プロセスに容易に統合されうる。したがって、既存の製造プロセスおよび構成部品をその製作プロセスの形成に使用することができる。   The structural rigidity of the structure 200 keeps the molten alloy in place and prevents the effect of capillarity due to poor impregnation described above on the molten alloy. It should also be noted in this regard that the structural rigidity of the structure 200 provides ease of application. The process of making the structure 200 is not expensive and is flexible. This fabrication process can be easily integrated into the fabrication process of other semiconductor components that will be used in the environment. Thus, existing manufacturing processes and components can be used to form the fabrication process.

図３は、本発明の他の実施形態を提供する。図３では、ホイルまたは薄膜３００を用いて図１のインタフェース１３０を形成する第２の実施形態の横断面説明図が提供されている。ホイル３００は、図示されるように可融合金３１０に埋め込まれている。上述のように、ホイル３００および可融合金３１０の材料は、互いに容易に反応しないようなものでなければならない。   FIG. 3 provides another embodiment of the present invention. In FIG. 3, a cross-sectional illustration of a second embodiment is provided in which the foil or film 300 is used to form the interface 130 of FIG. The foil 300 is embedded in the fusible metal 310 as shown. As mentioned above, the materials of the foil 300 and the fusible metal 310 must be such that they do not easily react with each other.

好ましい実施形態では、ホイル３００が合金３１０に埋め込まれる前に、当業者に公知の手段を用いて、よく洗浄される。埋め込み前に洗浄するために、好ましい実施形態では、ホイル３００は、上述のようにスパッタ・エッチングを用いて洗浄される。   In a preferred embodiment, before the foil 300 is embedded in the alloy 310, it is thoroughly cleaned using means known to those skilled in the art. To clean prior to filling, in a preferred embodiment, the foil 300 is cleaned using sputter etching as described above.

合金埋め込み構造（３００）の厚さは、選択的に変更されうる。この場合、厚さは、ホイル３００または付着させた合金３１０の厚さの組み合わせでありうる。また、上述したように、当業者に公知の様々な方法で可融合金を付着させることができる。例えば、金属は、ホイル上にスパッタされ、あるいはまた、化学的または物理的気相成長技術を用いてホイル上に付着させることができる。合金３１０は、少なくとも、インタフェースが形成されるホイル３００の２つの面３０１および３０２に付着させるべきであるが、しかし、合金は、図示するようにホイル３００のすべての面上に付着させうる。   The thickness of the alloy embedded structure (300) can be selectively changed. In this case, the thickness can be a combination of the thickness of the foil 300 or the deposited alloy 310. Also, as described above, the fusible gold can be attached by various methods known to those skilled in the art. For example, the metal can be sputtered on the foil, or alternatively deposited on the foil using chemical or physical vapor deposition techniques. The alloy 310 should be deposited on at least the two surfaces 301 and 302 of the foil 300 where the interface is formed, but the alloy may be deposited on all surfaces of the foil 300 as shown.

図１を参照すると、上述のように、その後、図３の埋め込み構造３００は、固体または実質的に固形で２つの表面１１０と１２０の間に適用される。上述したように、通常デバイス動作時に計算機環境から、または表面１１０および１２０から放散される熱は、図１に関連して説明したように、合金を溶融させ、ギャップ、気泡のないインタフェースを形成する。   Referring to FIG. 1, as described above, the embedded structure 300 of FIG. 3 is then applied between two surfaces 110 and 120 that are solid or substantially solid. As noted above, heat dissipated from the computing environment during normal device operation, or from surfaces 110 and 120, melts the alloy and forms an interface free of gaps and bubbles, as described in connection with FIG. .

必要に応じて、冷却すべきチップの寸法および形状の図２および図３のホイル３００および構造２００が、容易に提供されることに注目すべきである。チップとヒート・シンクの間の所定の位置に配設されて、例えば、チップに電力が供給されると、発熱したチップだけが、可融合金の所望の溶融を引き起こすことができ、その後、この可融合金がチップとヒート・シンクの間のギャップを埋める。   It should be noted that the foil 300 and structure 200 of FIGS. 2 and 3 of the size and shape of the chip to be cooled are readily provided as needed. When placed in place between the chip and the heat sink, for example, when power is supplied to the chip, only the heated chip can cause the desired melting of the fusible gold, after which Fusible gold fills the gap between the chip and the heat sink.

異なった構造的必要性が存在して、それが、他方よりも、構造またはホイルのうちの一方の形態の使用へと導くかもしれない。換言すれば、図２の金網構造および図３のホイル構造は、選択的に、かつ異なる理由で使用されうる。例えば、図２の金網支持インタフェース構造２００は、ヒート・シンクとチップの間に高い圧縮力があるときに有利である。インタフェースのギャップは、針金の太さの２倍になるように制御される。このようにして、溶融状態のインタフェース合金が圧縮力により押し出されることが、より少なくなる。選択的に要望どおりの大きさの圧縮力を提供するために、このような方法で構造２００を製作できる。図３のホイル３００は、明らかに図２の構造２００に比較して剛性を低く製作できるため、ホイルのより大きい柔軟性が要求される例で使用することができる。   There are different structural needs that may lead to the use of one form of structure or foil than the other. In other words, the wire mesh structure of FIG. 2 and the foil structure of FIG. 3 can be used selectively and for different reasons. For example, the wire mesh support interface structure 200 of FIG. 2 is advantageous when there is a high compressive force between the heat sink and the chip. The interface gap is controlled to be twice the thickness of the wire. In this way, the molten interface alloy is less extruded by the compressive force. The structure 200 can be fabricated in this manner to selectively provide the desired amount of compressive force. The foil 300 of FIG. 3 can obviously be made less rigid than the structure 200 of FIG. 2 and can be used in examples where greater flexibility of the foil is required.

このように、本発明は、マイクロプロセッサ・チップとヒート・シンクの間の低溶融温度合金インタフェースに固有の含浸不良の問題を回避するもので、その手段として、可融合金がチップおよびヒート・シンクをぬらさない場合でも、可融合金でチップとヒート・シンクの間のギャップを埋める構造および方法を開示する。   Thus, the present invention avoids the problem of poor impregnation inherent in the low melting temperature alloy interface between the microprocessor chip and the heat sink. A structure and method for filling a gap between a chip and a heat sink with a fusible gold even when it is not wet is disclosed.

発明の好ましい実施形態について説明したが、当業者は、現在および将来において、特許請求項の範囲に含まれる様々な改良および機能向上をなしうることを理解するであろう。これらの請求項は、最初に説明された本発明に対する適正な保護を保持するように解釈されるべきである。   Having described preferred embodiments of the invention, those skilled in the art will recognize that various improvements and enhancements may be made within the scope of the claims now and in the future. These claims should be construed to retain the proper protection for the invention first described.

改良された熱接合の横断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory drawing of the improved thermal joining. 図１の実施形態の熱インタフェースを形成する際に金網構造を用いる、本発明の一実施形態の横断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory diagram of an embodiment of the present invention that uses a wire mesh structure when forming the thermal interface of the embodiment of FIG. 1. 図１の実施形態の熱インタフェースを形成する際に合金埋め込みホイルを用いる、本発明の他の実施形態である。3 is another embodiment of the present invention that uses an alloy embedded foil in forming the thermal interface of the embodiment of FIG.

Claims (10)

装置内の構成部品間の熱インタフェースを形成する構造体において、
可融合金と、
前記可融合金に埋め込まれた前記可融合金とは反応しない材料で形成される埋め込み構造体と
を含み、前記可融合金は前記装置内に放散される熱により溶融して前記熱インタフェースを形成する構造体。 In a structure that forms a thermal interface between components in the device,
With fusible money,
An embedded structure formed of a material that does not react with the fusible gold embedded in the fusible gold, and the fusible gold is melted by heat dissipated in the device to form the thermal interface Structure. 前記埋め込み構造体は金属ホイルである、請求項１に記載の構造体。   The structure of claim 1, wherein the embedded structure is a metal foil. 前記埋め込み構造体は開孔を有する、請求項１に記載の構造体。   The structure of claim 1, wherein the embedded structure has an aperture. 前記埋め込み構造体は金網である、請求項１に記載の構造体。   The structure according to claim 1, wherein the embedded structure is a wire mesh. 複数の構成部品を含んでなる装置において、
熱発生デバイスと、
前記構成部品のうちの２つの構成部品間の熱インタフェースを形成する構造体であって、可融合金と、前記可融合金に埋め込まれた前記合金とは反応しない材料で形成される埋め込み構造体とを含む構造体と
を含み、前記熱発生デバイスから放散される熱によって前記可融合金が溶融して、前記２つの構成部品間の熱インタフェースを形成する、装置。 In an apparatus comprising a plurality of components,
A heat generating device;
A structure that forms a thermal interface between two of the components, the embedded structure being formed of a material that does not react with the fusible gold and the alloy embedded in the fusible gold. And the fuser is melted by heat dissipated from the heat generating device to form a thermal interface between the two components. 前記２つの構成備品のうちの１つが前記熱発生デバイスである、請求項５に記載の装置。   The apparatus of claim 5, wherein one of the two component fixtures is the heat generating device. 熱インタフェース構造体を作成する方法であって、
金属構造体を用意するステップと、
前記金属構造体の表面に可融合金を付着させるステップと
を含む、方法。 A method of creating a thermal interface structure comprising:
Providing a metal structure;
Depositing fusible gold on the surface of the metal structure. 前記可融合金を付着させるステップの前に、前記金属構造体を洗浄するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。   The method of claim 7, further comprising cleaning the metal structure prior to depositing the fusible gold. 前記可融合金を付着させるステップは、物理的または化学的気相成長技術を用いて付着させる、請求項７に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the step of depositing the fusible gold is performed using physical or chemical vapor deposition techniques. チップとヒート・シンクとを含む半導体デバイスの製造方法であって、
金属構造体を、前記金属構造体と容易に反応しない可融合金に埋め込んで熱インタフェース構造体を形成するステップと、
前記熱インタフェース構造体を固形状態でヒート・シンクとチップとの間に配設するステップと
を含み、前記デバイス動作時に前記チップから放散される熱が前記可融合金を溶融して前記チップと前記ヒート・シンクとの間の熱インタフェースが形成される、方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a chip and a heat sink,
Embedding a metal structure in a fusible gold that does not readily react with the metal structure to form a thermal interface structure;
Disposing the thermal interface structure in a solid state between a heat sink and a chip, wherein heat dissipated from the chip during operation of the device melts the fusible metal and the chip and the chip A method wherein a thermal interface to a heat sink is formed.

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