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CN119545641A - 用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置 - Google Patents

用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置 Download PDF

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CN119545641A
CN119545641A CN202411521577.7A CN202411521577A CN119545641A CN 119545641 A CN119545641 A CN 119545641A CN 202411521577 A CN202411521577 A CN 202411521577A CN 119545641 A CN119545641 A CN 119545641A
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CN
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heat distribution
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stiffener
substrate
assembly
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马德胡苏丹·K·延加尔
克里斯托弗·马隆
权云星
伊马德·萨马迪亚尼
梅勒妮·博谢敏
帕丹姆·贾殷
特克久·康
李元
康纳·伯吉斯
诺曼·保罗·约皮
尼古拉斯·斯特文斯-余
王莹瑛
杨智
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Abstract

本公开涉及用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置。根据本公开的一个方面，一种示例微电子装置组件包括：基板、电连接到基板的微电子元件、覆盖在基板上的加强件元件、以及覆盖在微电子元件的后表面上的热分配装置。所述加强件元件可以围绕微电子元件延伸。所述加强件元件可以包括具有第一热膨胀系数（“CTE”）的第一材料。加强件元件的表面可以面向热分配装置。所述热分配装置可以包括具有第二CTE的第二材料。第一材料可以与第二材料不同。所述加强件元件的第一材料的第一CTE可以大于热分配装置的第二材料的第二CTE。

Description

用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置
分案说明
本申请是2021年5月31日提交进入中国专利局的申请号为202110603840.7的，发明名称为“用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置”的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求在2020年5月29日提交的、发明名称为“Methods And HeatDistribution Devices For Thermal Management Of Chip Assemblies”（用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置）的美国临时专利申请No. 63/032, 197的申请日的权益，并且还要求在2020年8月17日提交的发明名称也为“Methods And Heat DistributionDevices For Thermal Management Of Chip Assemblies”（用于芯片组件的热管理的方法和热分配装置）的美国临时专利申请No. 63/066, 550的申请日的权益，所有所述美国临时申请的公开内容特此通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及电子装置的领域，并且特别涉及通过利用诸如冷板的热分配装置对芯片组件进行热管理和冷却。能够在微电子组件内利用此类热分配装置，以帮助减少由具有所述组件的微电子元件产生的热以及由在所述组件外部的部件产生的热。
背景技术
除了工业标准芯片封装之外，对专用硅的探索还预期在服务器中产生高功率热源。这种技术还可以被应用于图形处理单元（“GPU”）和定制的专用集成电路（“ASIC”）。另外，诸如成像和人工智能（“AI”）的服务将很可能需要高密度的大型计算机资源，其中许多服务器彼此极为接近。全球各地的数据中心正被托管以同时地提高能量效率、整合运营并且减少成本。这些趋势表明需要随冷却成本和能量很好地缩放的高性能冷却技术，同时能够为高密度电子装置实现冷却。
在微电子组件中，热分配装置通常用于冷却和调节微电子元件的温度。此类热分配装置能够包括热沉、水箱、冷板、以及这些和其他装置中的一个或多个的组合。
当这些部件中的任何一个由于在芯片组件的制造或使用期间发生的温度变化而以不同于其他部件的速率膨胀时，在热分配装置与芯片组件中的其他部件之间的热膨胀系数（“CTE”）失配可能对所述组件施加应力。在典型的组件中，由单一导热材料构成的一件式热分配装置能够覆盖在芯片的后表面上，而且还朝向基板延伸并且附接到基板。由于在基板、热分配装置和芯片之间的CTE失配，芯片组件通过一个或多个回流过程的循环以及芯片组件的操作还能够引起基板和/或芯片的翘曲以及在所述组件内的其他机械故障。
发明内容
本公开的各方面提供用于有效地冷却芯片组件。例如，一种制造芯片组件的方法包括：提供中间过程单元（in-process unit）；以及然后将中间过程单元接合到印刷电路板。可以将热分配装置结合到多个芯片。中间过程单元能够包括具有顶表面和相反的底表面的基板。插入件能够电连接到基板。多个半导体芯片可以覆盖在基板上并且通过插入件电连接到基板。加强件可以覆盖在基板上。将中间过程单元接合到印刷电路板能够通过使用于将基板的触点与印刷电路板的触点结合的接合材料回流来发生。能够通过使用高导热的热界面材料（“TIM”）来完成热分配装置到多个芯片的结合，该热分配装置包括多个导热鳍片。
在一个示例中，热分配装置可以是具有基部和耦接到该基部的盖的冷板。该方法还能够包括将冷板的基部结合到多个芯片的后表面。还能够将冷板的基部结合到加强件的顶表面。还能够将盖附接到冷板的基部。附加地，在将冷板的盖耦接到冷板的基部之前，可以在冷板的基部内定位O形环。
在另一示例中，加强件可以远离热分配装置间隔开。
在另一示例中，填隙片可以被定位在加强件内以控制接合线厚度。填隙片可以围绕多个半导体芯片周向地延伸，并且可以占据在加强件的凹部内的空间。
在另一示例中，在将热分配装置结合到半导体芯片的后表面之前，可以将TIM设置在半导体装置的后表面或热分配装置的底表面中的一个上。在一个示例中，在将热分配装置结合到半导体芯片的后表面之前，可以将TIM设置在半导体装置的后表面上。在另一示例中，在将热分配装置结合到半导体芯片的后表面之前，可以将TIM设置在热分配装置的底表面上。
在另一示例中，热分配装置还包括多个导热鳍片。导热鳍片中的至少一些的第一鳍片长度大于导热鳍片中的剩余鳍片的第二鳍片长度。多个半导体芯片中的至少一个的第一高度小于所述多个半导体芯片中的另一个的第二高度。导热鳍片中的具有第一鳍片长度的至少一些被定位成覆盖在多个半导体芯片中的具有第一高度的至少一个上。
在另一示例中，结合热分配装置包括使用外部加压装置来在热分配装置上施加压力。加压装置可以是被配置成在芯片组件的制造期间覆盖在热分配装置上的配重，并且可以将该配重施加到热分配装置的顶表面。
在另一示例中，加压装置可以包括刚性板和在该刚性板的相对端处的弹簧。刚性板可以被定位在热分配装置的后表面上方，并且将刚性板固定到印刷电路板。在另一示例中，热分配装置还包括入口和出口，并且可以提供流体连接以将入口和出口连接到流体，以便使得能够将流体引入到热分配装置中并且使流体从热分配装置中喷出。
提供中间过程单元还能够包括提供多个中间过程单元。提供热分配装置还能够包括提供多个热分配装置。该方法还能够包括：通过使接合材料回流来将多个中间过程单元接合到印刷电路板，该接合材料将在多个中间过程单元内的基板中的每一个的触点与印刷电路板的触点结合；通过使高导热的热界面材料（“TIM”）回流来将多个热分配装置结合到在多个中间过程单元中的每一个中的多个芯片中的每一个，所述热分配装置中的每一个包括多个导热鳍片、入口和出口；以及将热分配装置中的每一个的入口和出口彼此结合，使得多个中间过程单元中的一个的入口和出口与多个中间过程单元中的另一个的入口和出口流体连接。
根据本公开的各方面，一种微电子装置组件可以包括印刷电路板、覆盖在该电路板上并且电连接到该电路板的基板、以及电连接到该基板的多个微电子装置。芯片可以具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面。空腔可以被定位在多个微电子装置中的至少一个内，并且其中，所述空腔被填充有高导热材料。
在一个示例中，高导热材料可以与多个芯片中的至少一个齐平或定位为低于在多个芯片中的至少一个的后表面。
在另一示例中，高导热材料延伸超过多个芯片中的至少一个的后表面。
在另一示例中，微电子装置组件还包括热分配装置，该热分配装置包括基部和盖。所述基部还可以包括导热鳍片，其中，形成冷板的第一材料与形成导热鳍片的第二材料不同。
根据本公开的各方面，一种芯片组件包括印刷电路板、基板、多个芯片和热分配装置。基板可以覆盖在电路板上并且电连接到电路板。多个芯片可以电连接到基板。多个半导体芯片中的每一个可以具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面。热分配装置能够包括多个鳍片。所述鳍片中的至少一些的长度可以比剩余鳍片的长度更长。多个半导体芯片中的至少一个的高度与多个半导体芯片中的另一个不同。所述鳍片中的至少一些覆盖在多个半导体芯片中的至少一个上。
根据本公开的一个方面，一种制造芯片组件的方法包括：将中间过程单元结合到印刷电路板；使设置在中间过程单元与印刷电路板之间并且将中间过程单元与印刷电路板电连接的接合材料回流；以及然后通过使用热界面材料（“TIM”）来将热分配装置结合到多个半导体芯片。接合材料可以具有第一回流温度，并且TIM可以具有比第一回流温度低的第二回流温度。中间过程单元可以包括基板、插入件、多个半导体芯片和加强件。基板可以具有有源表面、无源表面和在有源表面处暴露的触点。插入件可以电连接到基板。多个半导体芯片可以覆盖在基板上并且通过插入件电连接到基板。加强件可以覆盖在基板上并且具有延伸穿过基板的孔径。多个半导体芯片可以被定位在所述孔径内。
在一个示例中，热分配装置是具有基部和盖的冷板。该方法还包括将基部和盖结合在一起，并且然后将基部结合到芯片的后表面。
在另一示例中，在将热分配装置结合到多个半导体芯片的后表面之前，将TIM设置在半导体芯片的后表面上。
在另一示例中，在将热分配装置结合到多个半导体芯片的后表面之前，将TIM设置在热分配装置的底表面上。附加地，TIM可以包括焊料。
在另一示例中，在回流期间加压装置对热分配装置施加压力。加压装置可以是被配置成在芯片组件的制造期间覆盖在热分配装置上的配重，并且该方法还能够包括将所述配重施加到热分配装置的顶表面。替换地或附加地，加压装置可以是刚性板并且包括在该刚性板的相对端处的弹簧。该方法还能够包括将刚性板定位在热分配装置的后表面上方并且将刚性板固定到印刷电路板。
在另一示例中，热分配装置可以是包括基部和盖的冷板。该方法还能够包括在将盖附接到基部之前，将冷板的基部结合到多个半导体芯片的后表面。附加地，该方法还能够包括将冷板的基部结合到加强件的顶表面。所述盖还能够包括入口和出口，并且该方法还能够包括提供流体连接以将入口和出口连接到流体源，以便使得能够将流体引入到热分配装置中并且使流体从热分配装置中喷出。
使接合材料回流能够包括使设置在基板与印刷电路板之间的接合材料回流。热分配装置能够包括基部、从基部的至少一部分延伸的导热鳍片、以及盖，其中，所述基部由热导率大于394 W/m2的材料构成，并且所述盖和导热鳍片中的至少一个由热导率为394 W/m2或更小的材料构成。在另一示例中，基部由热导率大于400 W/m2的材料构成，并且盖和导热鳍片中的至少一个由热导率为400 W/m2或更小的材料构成。
在这个方面的另一示例中，结合中间过程单元还能够包括提供多个中间过程单元，并且提供热分配装置还能够包括提供多个热分配装置。该方法还能够包括：通过使接合材料回流来将多个中间过程单元接合到印刷电路板，该接合材料将在多个中间过程单元内的基板中的每一个的触点与印刷电路板的触点结合；通过使高导热的热界面材料（“TIM”）回流来将多个热分配装置结合到在多个中间过程单元中的每一个中的多个芯片中的每一个，热分配装置中的每一个包括多个导热鳍片、入口和出口；以及使热分配装置中的每一个的入口和出口彼此结合，使得多个中间过程单元中的一个的入口和出口与多个中间过程单元中的另一个的入口和出口流体连接。
根据本公开的另一方面，一种微电子组件包括基板、覆盖在基板上的多个半导体芯片、热分配装置、导热材料和印刷电路板。基板包括有源表面、无源表面和在有源表面处暴露的触点。热分配装置包括基部、从基部向上延伸的导热鳍片、以及覆盖在鳍片上并且至少部分地包封在基部内的鳍片的盖。至少基部由具有大于394 W/m2的第一热导率的第一材料形成。盖和导热鳍片中的至少一个由具有小于394 W/m2或更小的第二热导率的第二材料形成。可以将导热材料设置在热分配装置与多个半导体芯片之间。多个半导体芯片中的至少一个和基部的热膨胀系数是基本上类似或相同的。印刷电路板可以电连接到基板。在另一示例中，至少基部由具有大于400W/m2的第一热导率的第一材料形成，并且盖和导热鳍片中的至少一个由具有小于400 W/m2或更小的第二热导率的第二材料形成。
在一个示例中，TIM的厚度可以是200微米或更小。
在这个方面的一个示例中，导热鳍片由第二材料形成。
在另一示例中，盖可以由第二材料形成。
在再一个示例中，盖和导热鳍片两者均由第二材料形成。
在另一示例中，盖和导热鳍片由第一材料形成。附加地，第一材料可以包括银金刚石。
根据本公开的另一方面，一种微电子装置组件包括基板和连接到该基板的多个微电子元件。微电子元件可以包括面向基板的有源表面和背离基板的无源表面。一个或多个空腔可以延伸穿过多个微电子元件的至少一个表面，并且所述一个或多个空腔可以被填充有导热材料以使从多个微电子元件散热。
在一个示例中，导热材料可以与多个微电子元件中的至少一个齐平或定位为低于多个微电子元件中的至少一个的至少一个表面。
在另一示例中，导热材料可以延伸超过多个微电子元件的至少一个表面。
在再一个示例中，所述组件还包括具有基部和盖的热分配装置。基部还可以包括导热鳍片。形成热分配装置的第一材料可以与形成导热鳍片的第二材料不同。
根据本公开的另一方面，一种芯片组件包括基板、电连接到基板的多个半导体芯片、以及结合到多个半导体芯片的热分配装置。多个半导体芯片中的每一个可以具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面。热分配装置可以包括多个导热鳍片。导热鳍片中的至少一些的第一鳍片长度可以大于剩余鳍片的第二鳍片长度。多个半导体芯片中的至少一个的第一高度可以小于多个半导体芯片中的另一个的第二高度。导热鳍片中的具有第一鳍片长度的至少一些覆盖在多个半导体芯片中的具有第一高度的至少一个上。
在一个示例中，热分配装置可以包括覆盖在多个半导体芯片上的基部，并且多个导热鳍片从基部向外延伸。
在另一示例中，导热鳍片的最外尖端中的至少一些彼此对准。
在另一示例中，热分配装置的基部跨过多个半导体芯片的后表面延伸。
在再一个示例中，所述组件还可以包括电连接到多个半导体芯片的印刷电路板。
在又一个示例中，多个半导体芯片包括多个芯片中的至少一个以及定位在所述多个芯片中的至少一个的相对侧的两个直接相邻的芯片。所述基部的底表面可以包括突起，该突起与所述至少一个芯片的顶表面相邻地延伸以适应多个半导体芯片中的至少一个的不同高度。
根据另一方面，一种将冷却回路组件组装到中间过程单元的方法包括：将多个中间过程单元结合到电路板；将多个热分配装置结合到多个中间过程单元中的对应中间过程单元，其中，多个热分配装置中的每一个包括入口和出口；以及将冷却回路组件接合到多个热分配装置中的每一个的入口和出口。每个中间过程单元可以包括基板和电连接到该基板的至少一个微电子元件，其中所述微电子元件可以具有面向基板的有源前表面和背离基板的相反的后表面。冷却回路组件可以包括连接到每个入口和每个出口的流体线路的网络。
在一个示例中，在将冷却回路组件接合到热分配装置中的每一个之前，可以将多个热分配装置结合到对应的多个中间过程单元。附加地，多个热分配装置中的每一个可以包括基部和盖。热分配装置中的每一个的入口和出口可以从所述盖延伸。在将多个热分配装置中的每一个的盖结合到基部之前并且在冷却回路组件的接合之前，可以将多个热分配装置中的每一个的基部结合到多个中间过程单元中的对应中间过程单元。附加地，可以将多个热分配装置中的每一个的每个基部的底表面附接到多个中间过程单元中的对应中间过程单元的至少一个微电子元件的后表面。附加地，热界面材料能够用于将基部的底表面结合到多个中间过程单元中的每一个的至少一个微电子元件的后表面。
根据另一示例，多个中间过程单元中的每一个还可以包括加强件，该加强件覆盖在基板上并且围绕多个中间过程单元中的每一个的至少一个微电子元件的至少一部分延伸。热分配装置的结合还能够包括将基部的底表面结合到加强件。
在另一示例中，在将盖结合到基部之前，可以将冷却回路组件结合到每个相应的热分配装置的入口和出口。
根据另一示例，可以通过英制圆柱管螺纹配件、倒钩或铜焊中的一种来将冷却回路组件结合到热分配装置中的每一个的入口和出口。
根据另一示例，在将冷却回路组件结合到热分配装置之前，可以将热分配装置附接至中间过程单元。
根据另一示例，中间过程单元还包括电连接到基板的插入件。至少一个半导体芯片可以覆盖在基板上并且可以通过插入件电连接到基板。
根据另一示例，至少一个中间过程单元的至少一个微电子元件包括多个微电子元件，并且多个微电子元件中的至少一个已变薄，以便具有与多个微电子元件中的至少另一个不同的高度。热分配装置的形状可以被配置成适应所述变薄的微电子元件的不同高度。
根据本公开的一个方面，一种示例微电子装置组件包括基板、电连接到基板的微电子元件、覆盖在基板上的加强件元件、以及覆盖在微电子元件的后表面上的热分配装置。微电子元件可以具有面向基板的有源表面和背离基板的后表面。加强件元件可以围绕微电子元件延伸。加强件元件可以包括具有第一热膨胀系数（“CTE”）的第一材料。加强件元件的表面可以面向热分配装置。热分配装置可以包括具有第二CTE的第二材料。第一材料可以与第二材料不同。加强件元件的第一材料的第一CTE可以大于热分配装置的第二材料的第二CTE。
根据这个方面的示例，所述组件还可以包括将加强件元件结合到基板的第一粘合剂，以及将加强件元件结合到热分配装置的第二粘合剂。第一粘合剂可以具有与第二粘合剂的第二弹性模量不同的第一弹性模量。另外，第一粘合剂的第一弹性模量可以大于第二粘合剂的第二弹性模量。此外，第一弹性模量的范围可以是从10 MPa到100 MPa，并且第二弹性模量的范围可以是从0.10 MPa到10 MPa。第一弹性模量和第二弹性模量不同。
根据此方面的另一示例，第一材料的第一CTE可以比热分配装置的第二材料的第二CTE大至少50%。此外，在一些示例中，第一CTE在20℃时可以为至少17 ppm/WK。
根据这个方面的又一个示例，加强件元件的第一材料还包括第一热导率，并且热分配装置的第二材料可以包括第二热导率。第二材料的第二热导率可以小于第一材料的第一热导率。附加地，在一些示例中，第一热导率在20℃时可以大于394 W/mK。
根据这个方面的另一示例，第一材料可以包括铜。替换地，第二材料可以包括银金刚石（AgD）。
根据这个方面的一个示例，第一材料包括铜，并且第二材料包括AgD（银金刚石）。
根据这个方面的另一示例，加强件元件和热分配装置可以是耦接在一起的独立结构。附加地，热分配装置可以包括跨过加强件元件的整个表面和微电子元件的整个后表面延伸的平面表面。
根据这个方面的又一个示例，热分配装置包括顶表面、相反的底表面、以及在顶表面与相反的底表面之间延伸的边缘表面。加强件的表面可以是面向热分配装置的底表面的顶表面。加强件的相反的底表面可以面向基板。加强件的边缘可以在加强件的顶表面和底表面之间延伸。
附加地，热分配装置可以远离加强件元件的边缘横向地间隔开。替换地，热分配装置的边缘可以与加强件元件的边缘垂直地对准。在又一个替代示例中，热分配装置的边缘可以是围绕孔径延伸的内部边缘。
附加地，根据这个方面的另一示例，在热分配装置的边缘可以是围绕孔径延伸的内部边缘的情况下，所述孔径可以是第一孔径。所述加强件的边缘可以是围绕加强件的第二孔径延伸的内部加强件边缘。热分配装置的内部边缘可以延伸超过加强件元件的内部加强件边缘，使得第一孔径和第二孔径对准。
依照本公开的另一方面，一种示例微电子装置组件包括基板、电连接到基板的微电子元件、覆盖在基板上的热分配装置、覆盖在微电子装置的后表面上的热分配装置、以及将热分配装置结合到微电子元件的后表面的导热界面材料。微电子元件可以具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面。加强件元件可以围绕微电子元件延伸。加强件元件可以具有第一CTE，并且热分配装置可以具有第二CTE。热分配装置可以由与构成加强件元件的第二材料不同的第一材料构成。第一CTE可以比第二CTE大至少50%。
根据这个方面的另一示例，组件还可以包括将加强件元件结合到基板的第一粘合剂、以及将加强件元件结合到热分配装置的第二粘合剂。第一粘合剂具有与第二粘合剂不同的弹性模量。附加地，第二粘合剂的弹性模量可以小于第一粘合剂的弹性模量。
在这个方面的一个示例中，加强件元件的第一材料具有第一热导率，并且热分配装置的第二材料具有第二热导率，热分配装置的第二热导率大于加强件元件的第一热导率。
在这个方面的另一示例中，热分配装置由银金刚石构成，并且加强件元件由铜构成。
在这个方面的另一示例中，热分配装置包括跨过加强件元件和微电子装置的整个后表面延伸的平面表面。
在又一个示例中，热分配装置包括顶表面和相反的底表面以及在顶表面与相反的底表面之间延伸的边缘表面。加强件元件包括面向热分配装置的底表面的顶表面、相反的底表面、以及在顶表面与底表面之间延伸的边缘表面。热分配装置的边缘远离加强件元件的边缘横向地间隔开。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。在各个附图中，相似的附图标记和名称指示相似的元件。出于清楚的目的，可能不在每一附图中标记每一部件。
图1是根据本公开的各方面的示例芯片组件的示意横截面视图。
图2是图1的芯片组件的示例部件的透视图。
图3A是图1的芯片组件的示例部件的透视图。
图3B-1是图1的芯片组件的另一示例部件的透视图。
图3B-2是图3B-1的示例部件的放大部分。
图3C是图1的芯片组件的另一示例部件的透视图。
图4是根据本公开的各方面的示例芯片组件的示意横截面视图。
图5是图4的示例芯片组件的示例部件的透视图。
图6是根据本公开的各方面的示例芯片组件的示意横截面视图。
图7是根据本公开的各方面的另一示例芯片组件的透视图。
图8是图7的沿着平面8-8截取的横截面视图；
图9是图7的示例芯片组件的分解透视图。
图10A是来自图7的部件的另一示例集合的组合。
图10B是图10A的放大部分。
图11A是根据本公开的一个方面的示例芯片组件的示意横截面视图。
图11B是图11A的示例芯片组件的部件。
图12A-12H是制造图1的芯片组件的示例方法。
图12I是用于将图12A-12H的芯片组件连接到管道系统的示例方法和结构。
图12H-1是制造图1的芯片组件的替代组装方法。
图13A-13H是制造图4的芯片组件的示例方法。
图14A是根据本公开的各方面的示例中间过程单元的示意横截面视图。
图14B是根据本公开的各方面的附接到示例服务器托盘的多个中间过程单元的透视图。
图14C是根据本公开的各方面的示例芯片组件的分解视图。
图15是根据本公开的各方面的利用不同的示例加压部件的服务器托盘的透视图。
图16A-16B和图17A-17B图示根据本公开的各方面的示例加压部件。
图18图示根据本公开的各方面的另一示例加压部件。
图19是图12I的芯片组件的示意俯视平面图。
图20是示出示例冷却回路连接的示意俯视平面图。
图21是图20所示的示例部件的侧视平面图。
图22是根据本公开的各方面的在示例冷却回路中结合在一起的示例冷板的示意俯视平面图。
图23A是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的分解视图。
图23B是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的分解视图。
图23C是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的分解视图。
图23D是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的分解视图。
图24A是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的分解视图。
图24B是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的分解视图。
图25是根据本公开的各方面的示例冷却组件的示例部件在与示例芯片封装接合之前的视图。
图26是提供模拟的结果的图表。
图27是根据本公开的各方面的示例示意子组件。
图28是根据本公开的各方面的示例示意子组件。
图29是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图30是根据本公开的各方面的示例示意子组件。
图31是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图32是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图33是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图34是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图35是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图36是示出基板翘曲比较和对应装置的示例图表。
图37是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图38是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图39是根据本公开的各方面的示例示意组件。
图40是图39中的示例示意组件的俯视平面图。
具体实施方式
概述
本公开的各方面公开了并入诸如冷板的热分配装置的芯片组件，所述热分配装置通过使用高导热材料和优化的制造方法而被接合到芯片。附加地，本文公开的结构和方法允许实现对接合线厚度的更大控制，这对于控制由高功率器件产生的热是至关重要的。
由各个芯片产生的热可以进一步导致在芯片的中央部分处创建热点，所述中央部分可能难以进入，尤其是当在阵列中提供多个芯片时。本公开的各方面通过使芯片的一个或多个部分变薄并且/或者修改热分配装置的结构以适应芯片的尺寸变化来解决增加的热。在一个示例中，热分配装置的底表面被适配成适应可能已变薄的一个或多个芯片的不同的厚度。热分配装置可以包括从其底表面延伸的一个或多个突起，其底表面能够覆盖在可能比相邻芯片更薄的芯片上并且与之更极为接近。这能够改进热分配装置的有效性。在另一示例中，能够通过在管芯或芯片的后表面中提供多个空腔来使管芯或芯片变薄。能够用高导热（“K”）材料填充所述空腔以得到增强的热分配。在另一示例中，多个空腔保持打开并且能够被来自冷板的延伸热鳍片占据。
被选择来制造冷板的材料或材料组合还能够增强在芯片组件内的热分配装置的热导率和性能。根据本公开的另一方面，能够选择超高导热材料以形成热分配装置的一个或多个部分。例如，热分配装置的基部或鳍片可以由诸如银金刚石的超高导热材料形成。
跨过微电子元件的后表面延伸的加强件和热分配装置可以用在芯片组件中以增强热导率和翘曲控制。这种配置能够替换一件式和u形热分配装置，该装置既围绕又沿着芯片组件的后表面延伸，并且直接附接到基板，并且由诸如仅铜的单一材料制成。能够类似地使用此配置代替由相同材料形成的两件式结构。另外，（单独或与选择的粘合剂结合地）使用用于热分配装置和加强件的材料的选择组合，还能够优化在芯片组件内的热导率和翘曲控制。例如，用于将加强件与基板结合的粘合剂的弹性模量可以与用于将加强件与热分配装置结合的第二粘合剂的弹性模量不同。在一个示例中，选择银金刚石（例如，AgD）作为用于热分配装置的高导热材料并且选择铜（例如，Cu、Cu-OFE、CuOHF）用于加强件能够实现增强的热导率和翘曲控制。还能够通过使用这种组合来实现对热界面材料的更好的接合线厚度控制。附加地，使用铜来形成加强件节省了用于形成整个地由高成本银金刚石材料或其他超高导热材料形成的单片热分配装置的成本。
应当理解，微电子元件的示例可以包括微电子芯片、半导体芯片、非半导体芯片、MEM、ASIC等等。另外，在本文中将常常参考“芯片”做出对热分配装置的讨论，但是应当理解，本文公开的热分配装置不限于与芯片或任何特定类型的芯片一起使用，并且可以包含能够受益于热分配装置的任何微电子元件或装置。
示例封装
图1图示根据本公开的各方面的微电子元件组件100的示意横截面视图。在此示例中，组件100由印刷电路板110以及覆盖在印刷电路板110上的基板120支撑。相应的芯片140A、140B、140C的有源前表面142A、142B、142C可以面向前并且以球栅阵列结合到基板120。还能够在芯片140A、140B、140C的后表面144A、144B、144C上提供金属化（未示出）。芯片140A、140B、140C可以通过插入件126与基板120电互连，但是如将在本文其他示例中示出的，插入件不是必需的。诸如焊球127B的接合材料可以用于将芯片140A、140B、140C与插入件126电互连，并且诸如焊球127A的接合材料可以用于将插入件126与基板120电互连和结合。冷板150覆盖在相应的芯片140A、140B、140C的后表面144A、144B、144C上，并且加强件130在冷板150的基部160的底表面162与基板120的顶表面124之间延伸。基板120的底表面122可以通过另一组焊球127C结合到另一装置，诸如印刷电路板110。
冷板150可以包括两个部件：结合在一起的冷板基部160和冷板盖170。参考图2和图3，示出了示例基部160和盖170。基部160可以包括底表面162和相反的顶表面164。类似地，盖170可以包括底表面172和相反的顶表面174，入口176A和两个出口176B可以从所述顶表面延伸。在其他示例中，入口和出口的配置能够变化，诸如存在彼此直接相邻的两个出口，或者存在两个入口和一个出口，或者存在入口和出口的任何期望的配置。可以使用模制、机器加工和类似工艺来制造基部160和盖170。
基部160可以包括：多个导热鳍片166，其有助于促进组件100的冷却；以及围绕鳍片166延伸的凹部168A。鳍片可以是从基部的表面向外延伸的纵向结构，诸如本领域中已知的那些。鳍片可以与基部整体地形成或者可以通过焊接、粘合剂等等附接到基部。在此示例中，鳍片166与基部整体地形成。
盖170覆盖在基部160上，使得盖170的底表面172与基部160的顶表面164直接相邻。尽管不是必需的并且如图1所示，但是可以在凹部168A内设置O形环168，以便在基部160与盖170之间形成密封。当被结合在一起时，基部160和盖170使得流体和气体能够通过入口176A进入冷板150、并且通过出口176B流出冷板150。还可以与入口176A和出口176B相邻地设置附加O形环178（图1），以在入口176A及出口176B和可以连接到它们的部件之间提供密封。
基部160和盖170可以由诸如铝、铜、银和金属合金的已知散热材料形成。在此示例中，基部160和盖170由相同的材料形成，但是在其他示例中，并且如将在下面更详细地讨论的，构成基部和盖的材料可以不同。
参考图1和图3A，诸如加强件130的加强件环可以围绕芯片140A、140B和140C周向地延伸。加强件130包括底表面132、相反的顶表面134、以及延伸穿过顶表面132和底表面134的孔径136。加强件130的底表面132能够附接到基板120的顶表面124，并且加强件130的顶表面134能够用诸如粘合剂的接合材料（未示出）附接到冷板基部160的底表面162。孔径136相对于加强件130的外周边可以大致居中，但是在其他示例中，可以调整孔径136的位置。例如，可以基于要通过孔径136暴露的底层基板120的电路或芯片140A、140B、140C和插入件126在孔径136内的布置，来适配孔径136的尺寸和形状以及位置。
加强件130能够由各种材料构成。在一个示例中，加强件由铜形成并且稍后镀有无电镀镍（或类似金属以促进粘合到基板120）。
能够进一步修改加强件以提供沿着加强件130-1的至少一个边缘延伸的脊部137-1。例如，图3B-1和图3B-2图示围绕加强件130-1的所有四个边缘、以及部分地在顶表面134-1与相反的底表面132-1之间延伸的脊部137-1。脊部137-1允许气体在回流过程期间排出。加强件130-1能够替代地包括沿着加强件的至少一个边缘完全地延伸穿过加强件的厚度的孔径。例如，图3C图示围绕加强件130-2的所有四个边缘、并且在顶表面134-2与底表面132-2之间延伸的孔径139-2，虽然任何数目的孔径能够围绕一个或多个边缘延伸。
返回参考图1，具有高热导率（“k”）的热界面材料（“TIM”）可以用于将冷板150直接结合或耦接到芯片140A、140B和140C。在此示例中，通过使用TIM 180将冷板150的基部160的底表面162直接结合到相应的芯片140A、140B、140C的后表面144A、144B、144C。TIM 180可以是高k TIM，其还可以是低熔化温度的金属，包括金属或石墨，诸如纳米银或铟，但是可以实施其他高k TIM材料。因此，直接焊接是用于将冷板150直接结合到芯片140A、140B、140C的一个示例。附加地，在一些实施方式中，可能期望使用超高K材料用于TIM，如将在本文中讨论的。然而，还能够通过具有减小的热导率水平的低k TIM来利用本文公开的方法和结构。
可以以诸如液体、固体、半固体等等的任何期望形式提供TIM。例如，可以以液体形式施加TIM，所述液体形式稍后将固化并且保持为软弹性体。在其他示例中，TIM可以是油脂、薄膜或焊料。
插入件126可以是常规插入件，其被配置为在芯片140A-140C的接合焊盘146与设置在附接有芯片140A-140C的基板120的表面处的触点128之间提供电接口路由。应当理解，在整个公开中，在基板的表面处、设置在基板的表面处、或者在基板的表面处暴露的触点被理解成意指具有被暴露以进行电互连的表面。触点本身可以部分地高于或低于基板的表面，可以完全地设置在基板的顶表面处，或者可以是允许实现电互连的任何触点配置。插入件126可以包括在其顶表面125处的触点128、在其底表面127处的触点129以及在顶表面与底表面之间延伸的导电通孔（未示出）。芯片140A-140C的接合焊盘146可以按球栅阵列图案直接结合和焊接到在插入件处的触点。芯片140A-140C的接合焊盘将通过导电通孔电连接到基板120上的触点。
可以通过使用焊球127C的阵列来将插入件接合到印刷电路板110。首先可以将焊球施加到插入件126或印刷电路板110的触点。印刷电路板可以是被适配用于单独使用或连同另一装置一起使用的任何已知电路板。在一些示例中，印刷电路板可以是服务器托盘。
图4是与图1相同的另一示例组件200，除了它还包括覆盖在加强件230上的弹簧290以外。如图所示，组件200包括基板220以及通过插入件226与基板220电连接的芯片240A、240B和240C，所有这些都附接到印刷电路板210。在所述组件内设置冷板250以分配由芯片240A、240B、240C产生的热。冷板250还包括基部260和盖270。基部260可以包括凹部268和设置在凹部268内的鳍片266。基部260可以直接覆盖在芯片240A、240B、240的后表面244A、244B、244C上，并且通过诸如高K TIM和本文前面讨论的其他TIM的TIM 280附接到芯片240A、240B、240的后表面244A、244B、244C。基部260还可以直接覆盖在加强件230和弹簧290上。
可以将弹簧290定位在基部260的底表面262与加强件230的顶表面234之间。如图5所示，支柱292可以被定位在加强件230的拐角处并且从加强件230的顶表面234向外延伸。弹簧290可以缠绕在支柱292周围。弹簧290能够向基板提供附加压力以使组件的翘曲最小化，以及实现对TIM 280的接合线厚度的更大控制。
图6提供根据本公开的各方面的另一示例组件300。组件300与在先示例的类似之处在于所述组件通常包括基板320、加强件330、插入件326和冷板350，所有这些都能够覆盖在印刷电路板310上并且与之电互连。冷板还包括：具有鳍片366的基部360；以及盖370，其包括至少一个入口。在此示例中，提供了单个入口376A和两个出口376B。附加地，包括本文先前讨论的高K TIM的热TIM 380能够用于将冷板基部360结合到芯片340A、340B、340C。组件200由于冷板350的布置而与在先示例不同。如图所示，冷板350仅覆盖在芯片340A、340B、340C上，而不覆盖在加强件330上。加强件330的顶表面334替代地保持暴露，因为它不再支撑冷板350。在此布置中，加强件330的配重单独变为用于对基板220和组件300的印刷电路板310维持翘曲控制的主要力之一。
图7-9图示另一示例组件400。图7图示组件400的透视图并且图8图示横截面视图。此组件400与先前公开的组件相似，不同之处在于微电子元件在没有插入件的情况下直接附接到基板、并且垫板412位于印刷电路板410之下。如图9中看到的，图示了没有印刷电路板和垫板412的组件400的子组件400-A的分解透视图。子组件400-A（也示出在图8中）能够包括多个芯片、加强件430、TIM 480、冷板450（其在此示例中包括具有鳍片466的基部460和盖470）和O形环468，诸如本文先前公开的示例，尽管可以利用本文提供的示例的许多变型。TIM能够包括至少高K TIM或超高K TIM，如本文先前所描述的。在此示例中，四个芯片设置在面朝下位置中，但是可以实施任何数目的芯片。如图8所示，冷板基部460和冷板盖470通过螺钉494结合在一起。诸如本文公开的，基部460的底表面462用TIM 480结合到相应的芯片440A-440E的后表面444A-E。芯片440A-440E直接结合到基板420。尽管未示出，但是芯片440A-440E上的接合焊盘可以通过诸如球栅阵列的焊料连接而结合到在基板420上的触点。加强件430覆盖在基板420上。芯片440A-440E和基部460的底表面462的一部分被定位在加强件430的孔径436内。在此示例中，基部460覆盖在加强件430上，但是不直接附接到加强件430。在基部460的底表面462与加强件430的顶表面434之间存在间隙G（图8），使得冷板450不将直接压力施加到加强件430上。
图10A-10B图示加强件430、基板420、和在加强件430的孔径436内的芯片440A-440E的另一示例布置，它们能够被实施到前述组件中的任何一个中。如图所示，可以在加强件430的孔径436内设置填隙片438。填隙片438能够围绕芯片440A-440E的最外边缘表面延伸。如图11的放大透视图所示，加强件环430能够附接到基板420。如图所示，芯片440A-440E直接附接到基板420。
图11A图示另一示例组件400’。此组件否则将与组件400相同，不同之处在于冷板基部和加强件被形成为单个单片冷板基部和加强件单元。首先参考图11B，示出了示例单片冷板和加强件单元486。单片冷板和加强件单元486包括具有鳍片466’的主体461’和刚性加强件支脚463’。 凹部465’设置在加强件支脚463’之间。返回参考图11A，芯片440A’、440B’、440C’能够耦接或附接到插入件426’（ 诸如例如硅插入件）和基板420’，所有这些都能够耦接或附接到印刷电路板410’。单片冷板和加强件单元486然后能够附接到基板420’的顶表面424’。例如，TIM 480’能够用于将单片单元486’附接到芯片440A’、440B’、440C’的后表面444A’、444B’和444C’。所述TIM可以是任何TIM，包括高K TIM或超高K TIM。附加地，能够使用粘合剂等等来将加强件支脚463’的底表面432’附接到基板420’的顶表面424’。芯片440A’、440B’、440C’、插入件426’将被定位在凹部465’内。一旦单片冷板和加强件单元486处于适当的位置，冷板盖470’然后可以附接到单片冷板和加强件单元486并且覆盖在它们上。在其他示例中，可以将冷板盖470’预先附接到单片冷板和加强件单元486，并且然后可以将两个部件附接到所述组件的其余部分。类似地，盖470能够与加强件和冷板盖一起整体地形成，以形成由盖、加强件和冷板的组合所构成的单片单元。
由于通过添加基部460’所创建的加强件430’的附加结构刚性，这种配置能够提供附加的翘曲益处。这允许在封装级完成冷板组装，使得在印刷电路板级需要很少或不需要附加热处理步骤。
示例制造方法
当制造前述示例组件中的任何一个及其变型时，能够实施旨在在封装内实现高热导率和热分配的各种方法，包括控制接合线厚度和发生回流的次数。
图12A-12H图示用于制造图1所示的组件100的一种示例方法。如图12A所示，插入件526可以与基板520结合。插入件526能够包括在其底表面527处的触点529，这些触点能够与在基板520的顶表面524处暴露的触点516对准。能够将焊球527A设置在基板520或插入件526上。如图12B所示，可以通过使用焊球527B来将诸如芯片540A、540B、540C的微电子元件结合到插入件526。芯片540A、540B、540C包括能够与在插入件526的顶表面515处的触点528对准的接合焊盘546。能够将焊球527B预先附接到芯片540A、540B、540C的接合焊盘546或插入件526的触点528。然后能够使所述封装回流以在固定芯片540A、540B、540C和插入件526之间以及在插入件526和基板520之间的接合连接。替换地，第一回流过程能够发生，以使焊球527A回流并且结合插入件526和基板520。然后第二回流过程能够发生，以使焊球527B回流以将芯片540A、540B、540C与插入件526接合。
在图12C中，加强件530可以附接到基板520的顶表面524。能够使用粘合剂（未示出）来将加强件530结合到基板520。加强件530能够围绕芯片540A、540B、540C和插入件526周向地延伸。加强件530、基板520和插入件526的组合能够用诸如钛、NiV和金的金属的组合来溅射涂布。在一个示例中，能够施加具有以下厚度的三种材料如下：1000A Ti、3500A NiV和1000A Au。在其他示例中，可以按相同或不同的厚度施加这些相同或不同的材料中的一种或多种。这能够帮助促进在所述封装与TIM材料之间的化学接合。在其他示例中，能够省略加强件530。
图12C所示的所得的子组件是能够由例如外包半导体组装和测试（OSAT）市场公司制造的中间过程单元500-1。第一组装中间过程单元500-1的这种布置能够允许OSAT制造商等制造裸管芯封装，并且将其供应给合同制造商等，后者能够将中间过程单元500-1并入到特定装置或应用中。
现在转向图12D，能够将中间过程单元500-1附接到印刷电路板510等。如图所示，在基板520的底表面522处的触点518能够与在印刷电路板510的顶表面508处暴露的触点506对准。在栅格阵列中的焊球527C能够用于将基板520附接到印刷电路板510。能够在此阶段使所述封装回流以创建接合连接。焊球527C可以由高熔点焊料构成。在一个示例中，焊料可以具有260℃的回流温度，但是在其他示例中，温度可以更高或更低。附加地，可以利用不同类型的焊料或不同的接合材料。
如图12E所示，可以将TIM 580施加到芯片540A-540B、540C的后表面。TIM可以是本文公开的任何高k TIM材料，或者替换地为任何已知TIM。可以使用各种方法来施加TIM。在其中TIM为膏剂的示例中，可以将TIM直接施加到芯片的后表面544A、544B、544C，之后将所述TIM固化和硬化。在另一示例中，能够通过使TIM 580回流（在二次回流到芯片之前），将TIM预先重新附接到冷板，诸如冷板基部560。TIM 580能够替换地通过粘合剂或类似材料附接到冷板550，所述粘合剂或类似材料能够在回流之前将TIM 580固定在适当的位置。
参考图12F，冷板550的基部560可以附接到芯片540A、540B、540C的后表面544A、544B、544C以及加强件530的顶表面534。可以将诸如高K或超高K TIM的TIM 580定位在冷板基部560与后表面544A、544B、544C之间。TIM 580能够帮助使由芯片540A、540B和540C产生的热消散。一旦基部560被定位在后表面和加强件上方，就可以使TIM回流以确保在冷板与芯片540A、540B、540C之间的连接。在一些示例中，可以选择TIM使其回流温度低于用于将中间过程单元结合到印刷电路板的接合材料的回流温度。这还可以是有益的，因为当TIM回流时，在印刷电路板510与基板520之间的接合材料（例如焊球527C）不会回流。
如图12G所示，能够任选地在冷板550的冷板基部560的凹部（未示出）内设置O形环568，以便容纳盖570。图12H图示最终组件500。可以通过使用各种形式的附接件来将包括入口576A和出口576B的盖570附接到基部560。在一个示例中，盖570可以与基部560拧在一起，但是可以利用任何已知附接手段。在另一示例中，盖570和基部560首先能够被结合在一起，然后作为完成的冷板组件附接到中间过程单元500-1。
图12I图示管道582的添加，所述管道能够允许对芯片组件的冷却。在这方面，管道可以仅将冷却流体路由到单个芯片组件500，或者可以结合到一个或多个其他芯片组件（如将在图19-22所示的稍后的示例实施例中讨论的）。如图所示，管道582能够直接连接到入口576A。附加地，管道582连接到出口576B。在操作期间，这允许水或其他液体通过管道582流入入口576A和冷板550，然后从在入口576A的相对侧的出口576B流出。
应当注意，如以上所讨论的那样，首先制备中间过程单元500-1、然后随后将冷板基部与TIM附接能够允许省略一个或多个回流过程，其中所述TIM的回流温度比用于将中间过程单元500-1接合到印刷电路板的接合材料的回流温度低。这个过程防止TIM材料必须经过额外的回流步骤，这能够提供良好的可靠性。
在另一示例中，能够替换地在将中间过程单元安装和接合到印刷电路板之前，将冷板作为中间过程单元的一部分来组装。例如，如图12H-1所示，将冷板基部560-1作为处理单元500-1A的一部分预先组装。此后，能够将中间过程单元500-1A安装到印刷电路板并且可以将盖（未示出）结合到基部560。在这种示例中，用于将冷板基部560-1结合到芯片540A-1、540B01、540C-1的后表面544A、544B、544C和加强件530-1的TIM，可以是不受用于将中间过程单元500-1A结合到板的回流过程所影响的TIM。例如，可以选择TIM使其具有比用于将芯片接合到板的接合材料高的回流温度。
参考图13A-13H，示出了制造诸如芯片组件200（图4）的芯片组件的方法。除了添加弹簧之外，所述制造方法在其他方面与图12A-12I中讨论的方法相同。如在在先示例中一样，图13A-13B图示芯片640A、640B、640C到插入件626的组装、以及芯片640A、640B、640C和插入件626到基板620的组装。如先前提及的，能够在一个步骤（一次芯片、插入件和基板相互对准）或两个步骤（首先是插入件到基板的焊料回流，然后是插入件到芯片的焊料回流）中发生用于允许实现芯片640A、640B、640C、插入件626和基板620的结合的回流。附加地，可以替代地首先将芯片附接到插入件626，然后可以将芯片640A、640B、640C与插入件626一起附接到基板620。
参考图13C，可以在基板620的顶表面上、以及在芯片640A、640B、640C和插入件626周围设置加强件630。支柱692能够与加强件630整体地形成、或者随后添加到加强件630的顶表面。（参见例如图5。）如图13D所示，可以将诸如弹簧690的偏置机构添加到支柱692。这产生中间过程单元600-1。
现在转向图13E，能够将中间过程单元600-1附接到印刷电路板610等。如图所示，在基板620的底表面622处的触点618能够与在印刷电路板610的顶表面608处的触点606对准。以栅格阵列布置的焊球627C能够用于将基板620附接到印刷电路板610。能够使封装和焊料回流以形成接合连接。
如图13F所示，能够将TIM 680施加到相应的芯片640A、640B、640C的后表面644A、644B、644C。TIM 680可以是本文公开的任何TIM材料或任何已知TIM。可以使用各种方法来施加TIM。在其中高K TIM为膏剂的示例中，可以将TIM直接沉积到芯片640A、640B、640C的后表面上，之后将所述TIM固化和硬化。
参考图13G，包括鳍片666的冷板的基部660可以附接到中间过程单元600-1和印刷电路板。特别地，基部660可以附接到芯片640A、640B、640C的后表面644A、644B、644C、以及包括弹簧690的加强件630的顶表面634。在此示例中，可以将TIM 580定位在冷板基部660与后表面644A、644B、644C之间。TIM将帮助使由芯片640A、640B和640C产生的热消散。一旦基部660被定位在一个或多个后表面644A、644B、644C和加强件630上方，就可以使TIM回流，以确保在冷板650与芯片640A、640B、640C之间的连接。弹簧690能够通过基部660和盖670的配重来帮助确保抵抗加强件630和基板620的压力。还能够在基部660的凹部（未示出）内设置O形环668。
图13H图示最终组件600。能够使用各种形式的附接件来将盖670附接到基部660。在一个示例中，盖670可以与基部660拧在一起，但是在其他示例中，能够利用粘合剂或其他接合材料。如本文所公开的，能够向组件600进一步添加环路和管道。
在一种示例组装方法中，如图13D所示，中间过程单元600-1能够由诸如OSAT制造商等等的一个制造商制备。中间过程单元600-1然后能够由第二承包商等等进一步封装，该第二承包商等等然后将执行图13E-13H中的剩余步骤。替换地，图13A-H中的所有步骤能够由一个实体形成。在仍然其他的示例中，首先可以将芯片结合到插入件626，然后可以将插入件和芯片640A-640C的组合结合到基板620。
附接TIM材料的方法
图14A至图18图示附接TIM材料以在服务器托盘级形成本文描述的组件的各种方法及其变型。图14A图示与图12C所示的中间过程单元相同的中间过程单元700-1。如先前讨论的，中间过程单元700-1能够包括基板720、插入件726、以及附接到插入件726的芯片740A、740B、740C。加强件环730能够围绕芯片740A-740C和插入件726周向地延伸。在其他示例中，如先前讨论的，中间过程单元能够包含不同的特征。例如，可以省略插入件726和/或加强件730。插入件726的省略将允许芯片740A、740B、740C直接连接到基板720。
在形成中间过程单元700-1之后，能够执行封装金属化。中间过程单元700-1能够用包括例如钛、NIV和金的金属的组合来溅射涂布。这将帮助促进在中间过程单元700-1与TIM 780之间的化学接合（如将在下面更详细地讨论的）。
能够将多个中间过程单元700-1应用于印刷电路板，诸如服务器托盘710。在一个示例中，如图14B所示，在金属化之后，每个中间过程单元700-1可以被再形成焊料球，然后回流以将每个中间过程单元700-1附接和接合到服务器托盘710。
如先前讨论的，该过程的下一个阶段是为了将冷板附接到相应的中间过程单元700-1中的每一个。图14C图示示例完成的组件700的分解视图以便于讨论。在一个示例中，可以将诸如本文公开的高K TIM的TIM 780直接施加到芯片740A、740B、740C的后表面744A、744B、744C，然后能够将冷板750（其在此示例中能够包括冷板基部760和冷板盖770）附接到中间过程单元700-1。在另一示例中，TIM 780能够替代地通过使TIM 780回流（在二次回流到芯片之前）、或者替换地通过粘合剂或类似材料将TIM 780附接到冷板基部760，而预先重新附接到冷板基部760，所述粘合剂或类似材料能够在回流之前将TIM 780固定在适当的位置。还能够实现其他方法。将在下面更详细地讨论一些示例附接方法。
能够使用不同的方法来在相应的芯片740A、740B、740C的后表面744A、744B，744C上设置TIM。图15图示服务器托盘710，所述服务器托盘示出用于将冷板附接到中间过程单元700-1的两种示例加压方法和示例结构（754、756）。
在一个示例756中，可以在中间过程单元700-1（或经历回流的任何单元）上方施加配重758，这将允许所述配重的重力在回流期间将压力提供到TIM 780上（图14C）。如图16B以及为了图示和讨论目的以透明形式示出配重758的图16A的放大视图所示，配重758可以是实心单片材料块。配重758可以替换地由结合在一起的多个部分形成，并且/或者包括不是实心的部分。配重能够呈各种形状、尺寸和配置。在一个示例中，配重758包括顶表面759A，其在此示例中被示出为连续平面表面，但是在其他示例中，顶表面759A可以变化。配重758的相反的底表面759B还能够包括沿着底表面759B居中定位的延伸部分EP。延伸部分EP可以延伸超过两个下部部分LP。延伸部分EP可以是基本上平面的，以便允许将均匀的力或压力施加到中间过程单元700-1。在其他示例中，可以省略延伸部分EP，使得配重758的所得的底表面可以是连续且基本上平面的表面。在仍然其他的示例中，延伸部分EP可能不延伸跨过中间过程单元700-1的整个后表面，而是可以替代地被配置为使得它仅覆盖在中间过程单元的一些部分上。配重758能够由各种材料构成，但是在一个示例中，配重758由不锈钢形成。配重758可以是任何指定或期望量的配重，但是在一个示例中，配重是5kg。在其他示例中，配重可以大于或小于5kg。配重758可包括凹部750A，所述凹部被配置成容纳可以设置在冷板上并且远离冷板延伸的孔口或立柱750B。孔口或立柱750B能够引导配重758以确保将配重758适当放置在中间过程单元700-1上方。附加地，如在图17A和图17B中更好地看到的，还能够与配重758的基部和中间过程单元700-1直接相邻地设置固定件752。固定件752能够包括被适配成在托盘710上容纳间隔件或螺栓的凹部755。
配重可以是可移除的或者机械地附接到电路板。例如，配重可以用诸如螺钉或螺栓的机械紧固件（未示出）直接附接到电路板。附加地或替换地，配重可以耦接或附接到能够控制配重的移动和定位的辅助固定件。在这样的示例中，辅助固定件能够将配重定位成覆盖在芯片组件上，然后在回流过程期间将压力施加到配重和芯片组件。
在回流过程结束时，可以移除配重。
利用配重758来将高k TIM固定到芯片740A-740C的后表面744A、744B、744C能够在回流期间帮助提供均匀负载分配、大热质量体和一致负载。然后能够在回流结束时移除配重758。
在另一示例754中，参考图15和图18，具有弹簧连接792的加压板761能够用于在回流期间帮助提供压力。如在图18的放大视图中最佳地示出的，加压板761是覆盖在诸如中间过程单元700-1的中间过程单元上并且对其施加力的板。加压板761可以是被机器加工以提供期望的螺纹偏移的刚性板。加压板761可以呈各种形状和尺寸，只要加压板761能够将加压力施加到中间过程单元700-1上即可。能够将四个弹簧组件定位在加压板761的四个拐角的每一个处。弹簧792能够帮助适应在力中的差异。加压板761可以类似地包括孔径750B-1，所述孔径被配置成容纳孔口或立柱750A-1，所述孔口或立柱750A-1将加压板761放置到适当的位置中以覆盖在中间过程芯片组件上，并且还防止加压板761在横向方向上移动。
示例托盘级冷却回路
参考图19（以及返回参考图12A-12I），示出了安装在诸如服务器托盘510-1的印刷电路板上的四个芯片组件500-A、500-B、500-C、500-D的示意顶视图。组件500-A、500-B、500-C、500-D的配置能够与图12H所示的芯片组件500相同，不同之处在于印刷电路板替代地是较大的电路板，诸如服务器托盘510-1，并且被配置成容纳芯片组件500-A、500-B、500-C、500-D的多行和多列。如图所示，每个冷板盖570A、570B、570C、570D包括入口和一对出口。例如，冷板盖570A包括入口576-A-A和在入口576-A-A的相对侧的出口576B-A。在此示例中，示出了仅四个芯片组件，但是可以使用任何数目的芯片组件并且将其布置在服务器托盘510-1上。
当配置芯片组件500-A、500-B、500-C、500-D时，在一个示例中，首先可以将芯片组件500-A、500-B、500-C、500-D中的每一个的冷板基部接合（未示出）到相应的芯片组件或中间过程单元，所述相应的芯片组件或中间过程单元附接到服务器托盘510-1。在一个示例中，冷板盖的最终组装能够顺序地发生。例如，首先能够将冷板盖570A附接到在组件500-A内的冷板基部（未示出）。然后能够将冷板盖570B附接到组件500-B的冷板基部（未示出）；然后能够将冷板盖570C附接到在组件500-C内的相应的冷板基部（未示出）；并且最后，然后能够将冷板盖570D附接到在组件500-D内的其相应的冷板基部（未示出）。组装的次序当然能够变化。替换地，能够同时附接冷板盖570A、570B、570C、570D中的两个或更多个。在仍然其他的示例中，能够以任何次序附接冷板盖570A、570B、570C、570D。
一旦相应的冷板盖被附接，它们就能够在管道和冷却回路中连接在一起。参考图20的示意图，冷板盖570A、570B、570C、570D能够经由连续的管道回路或冷却回路582连接在一起，这允许诸如水的流体流过冷板系统。例如，参考组件500-A，回路582首先连接到入口576A-A，该入口将允许诸如水的流体流入组件570A的冷板，然后通过在入口576A-A的相对侧的出口576B-A离开组件570A。回路582的这种相同模式将继续通过每个剩余组件500-B、500-C和500-D。在图21中图示了覆盖在组件500-C和500-D上的回路582的示例三维侧视图。
在图22所示的另一示例中，在将冷板盖570A、570B、570C、570D附接到它们相应的冷板基部之前，首先能够将冷却回路582附接到冷板盖570A、570B、570C、570D中的每一个。这允许形成包括冷板盖570A、570B、570C、570D和冷却回路582的冷却回路单元582A，所述冷却回路单元然后能够附接到相应的冷板基部560。一旦形成了整个预先连接的回路组件582，预先连接的回路和冷板盖570A、570B、570C、570D就能够直接附接到相应的冷板基部，以完成相应的芯片组件。
在再一个示例中，不是首先将冷板基部附接到TIM和芯片的后表面，而是首先能够将冷板基部和冷板盖570A、570B、570C、570D连同预先组装的冷板回路582一起结合在一起。一旦被组装，冷板基部、冷板盖和冷板回路的组合就能够作为单个单元直接附接到芯片540A-540D的后部。
在图23A-C、图24A-B和图25中示出了冷却回路组件的附加三维（3D）视图和示例。这些图图示系统的在将冷板盖回流和附接到中间过程单元之前的部件。特别地，所述组件图示了冷板和冷却回路组件以及加压装置的在将冷板基部焊接到组件之前的部件。在每个示例中，诸如本文先前讨论的示例中间过程单元已经被示出为被焊接到电路板（参见例如图12D），诸如服务器托盘组件。图23A-25图示示例组装方法，其中冷板基部将被组装和附接到中间过程单元和电路板。在一些示例中，可以在附接冷板盖和冷却回路之前，通过使用高导热材料来将冷板基部接合到中间过程单元和电路板。替换地，冷板基部可以在被接合到中间过程单元和电路板之前附接到冷板盖和/或冷却回路中的任何一者或两者。为了容易讨论，将在图23A-C、图24A-B和图25中的每一个中自始至终使用相同的附图标记来讨论相同的部件。
图23A提供了示出系统的在将冷板回流和附接到中间过程单元之前的部件的示例分解视图。在此示例中，首先使用任何导热材料（包括焊料）将每个冷板基部接合（未示出）到包括芯片和电路板的中间过程单元；此后，可以将冷板盖组装到冷板基部和芯片；并且，然后可以将冷却回路组装到每个相应的冷板盖。
如本文先前讨论的，首先可以将冷板基部接合到中间过程单元。例如，能够使用诸如焊料等的高导热材料来将每个冷板基部860附接到相应的中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D中的每一个，这可能由将冷板基部860直接附接到每个中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D的芯片（未示出）的后表面来得到。接合能够通过使用任何所希望的材料来发生。在一个示例中，可以利用高导热材料或超高导热材料，诸如本文讨论或待在本文中讨论的那些。此后，能够将冷板组件的其余部分安装到基部。例如，可以将每个冷板盖870连同加压板组件867一起附接到基部860，从而覆盖在每个相应的中间过程单元800-A至800-D上，所述加压板组件还包括加压板861、弹簧892和开口863以容纳到冷却回路882的连接。此后，可以附接冷却回路882。如图所示，冷却回路882能够包括柔性软管882A以及互连密封管和配件883，诸如具有O形环面密封件的英制圆柱管（“BSPP”）螺纹配件。还示出了示例配件883的放大视图。能够连同此制造过程一起利用其他配件、配置等等。
除了组装部件的方法和次序之外，图23B与图23A相同。图23B提供另一示例，其中首先将冷板基部860接合（未示出）到相应的中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D中的每一个，然后相应的冷板盖870、冷却回路882和加压板组件867（其包括加压板861和弹簧892）在此后被附接。然而，在此示例中，首先能够将冷却回路882直接预先附接到冷板盖870的入口和出口以形成子组件895，所述子组件包括盖870、冷却回路组件882和加压板组件867。然后能够将子组件895直接附接到每个冷板基部860，其已经被附接到相应的中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D。替换地，在与图23A和图23B的另外相同的配置中，图23C图示利用倒钩配件883B而不是BSPP配件的示例。剩余部件能够与在先示例相同，如由类似的标号所示出的。在仍然其他的示例中，可以利用不同类型的配件来在冷却回路与冷板的入口和出口之间形成连接。
图23D是另一示例，其中每个冷板基部860首先接合到中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D。可以将包括冷板盖870、加压组件867和冷却回路882的子组件作为模块单元或子组件850首先且另外地附接在一起，所述模块单元或子组件850然后作为完成的子组件850附接到冷板基部860。此示例以其他方式类似于图23C：盖870和冷却回路882在附接到冷板基部860之前被预先组装在一起。然而，在此示例中，冷却回路882（连同加压组件867一起）被铜焊到冷板盖870，然后结合到冷板基部860。在其他示例中，可以使用各种替代方法和配置来将冷却回路882附接到冷板盖870。
图24A图示首先将冷板盖870、冷板基部860和加压组件867作为子组件850结合在一起的示例。如在先前示例中一样，这能够任选地包括O形环868的组件。然后能够通过使用导热界面材料来将每个子组件850接合到中间过程单元800-C和托盘810，包括使用焊料来将子组件850焊接到中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D中的每一个。在一个示例中，如先前讨论的，能够如本文先前讨论的那样，通过使用高导热界面材料来将每个子组件850的每个基部860接合到相应的中间过程单元800-A、800-B、800-C、800-D。此后，可以将冷却和管道回路882附接到盖870。在其他示例中，冷板可以是不分开地形成有盖和基部两者的单个整体式冷板。
图24B与图24A的示例相同，不同之处在于在子组件850B中，对于冷板基部860和盖870的结合处，不使用O形环。替代地，冷板基部860、冷板盖870和加压组件867在不使用O形环的情况下被铜焊在一起。一旦结合在一起，然后就能够将每个子组件850结合到每个相应的中间过程单元800-A、800-B、8000-C、800-D，如先前讨论的。然后能够将冷却回路882结合到子组件850。
图25图示示例分解视图，其中整个冷却回路882、冷板组件850（包括冷板盖870和冷板基部860）以及加压板组件867被预先附接在一起，以形成完成的冷却单元899。在此示例中，冷却回路882被铜焊到冷板盖，以便形成完成的冷却单元899，但是在本公开的范围内可以设想其他形式的连接。然后，可以将冷却回路882和冷板基部中的每一个附接和接合到相应的中间过程单元800-A、800-B、800-D、800-C、800-D中的每一个。
应当理解，在这些示例中，可以将不同类型的中间过程单元和部件附接到电路板810。
构成冷板的示例材料
作为在上面描述并且待在下面描述的方法和结构的替代方案，或者除了在上面描述或待在下面讨论的方法和结构之外，由选择材料形成冷板能够改进热分配。例如，选择超高导热（k）材料来构成冷板能够提供最佳结果。在一些示例中，具有与半导体芯片中的硅匹配的热膨胀系数（“CTE”）的超高导热（k）材料能够用于制造冷板或冷板的各部分。在其他示例中，选择热导率比铜（在20℃时为394 W/mk）大的材料能够帮助提供最佳热分配。例如，具有比铜的热导率（394 W/mk）显著更大的热导率的银金刚石（AgD）（900 W/mK）是超高导热（k）材料的一个示例。在其他示例中，能够利用热导率比铜（394 W/mk）大的其他超高导热材料。单独或与诸如本文公开的那些的TIM和/或结构结合地选择用于构成冷板的超高导热材料能够帮助在芯片组件中提供最佳热分配。
为了容易讨论，将参考图1的示例芯片组件，其中冷板150通过TIM 180附接到芯片140A、140B、140C。但是应当理解，对部件用材料的选择不限于图1的结构或本文公开的其他图的任何结构。例如，冷板可以是组合在一起的单片冷板基部和盖；冷板基部可能不包括鳍片，并且能够在芯片封装内利用少于三个芯片或多余三个芯片。
在一个示例中，冷板基部160由具有与半导体芯片140A、140B、140C中的至少一个匹配的CTE的超高k导热材料形成。高k材料能够通过散热来实现更大的热性能。能够使用此相同材料来制造冷板的基部160的鳍片166。为了将冷板150的基部160附接到芯片140A-140C，如先前讨论的，能够用诸如油脂、焊料或其他材料的TIM来将冷板150的基部160附接到芯片140A、140B、140C的后部。
在另一示例中，冷板基部160可以由超高导热材料构成。在一些示例中，超高导热材料可以具有比铜（在20℃时为394 W/mk）大的热导率。此类材料能够包括AgD或任何其他超高K材料或这些材料的组合。鳍片166和盖170可以由热导率比引用形成冷板基部160的超高导热材料低的不同的材料形成。在一些示例中，可以将鳍片166焊接、电镀或3D打印到基部160上。为了将冷板基部160附接到芯片140A-140C，如先前讨论的，能够用诸如油脂、焊料或其他材料的TIM来将冷板150的基部160附接到芯片140A、140B、140C的后部。
在另一示例中，冷板基部160和鳍片166由相同的超高k导热材料形成。在一些示例中，超高导热材料可以具有比铜（在20℃时为394 W/mk）大的热导率。此类材料能够包括AgD或任何其他超高K材料或这些材料的组合。例如，基部160和鳍片166可以是整体单元。盖170可以替代地由不同的材料形成。为了将冷板基部160附接到芯片140A-140C，如先前讨论的，能够用诸如油脂、焊料或其他材料的TIM来将冷板基部160附接到芯片140A、140B、140C的后部。
进行了在其中改变用于将冷板附接到芯片140A-140C的TIM厚度以及用于形成冷板基部和冷板鳍片的材料的模拟。最佳结果通过使用由用厚度为200微米的TIM 180接合到芯片140A、140B、140C的银金刚石形成的超高k或导热冷板基部来实现。这种配置能够在95摄氏度结温下支持7.2 W/mm2的芯片热通量。在图26的图表中示出了使用银金刚石作为形成冷板的至少一部分的材料的其他示例和组合。
图26示出与不同的TIM材料和厚度及热导率结合的、与银金刚石（超高K）比较的、使用铜（高K）作为基板之间的比较，所述银金刚石具有显著地大于铜的热导率。如图所示，具有由银金刚石形成的冷板基部和冷板鳍片的热分配装置能够实现7.2 w/mm2的最大热通量。在本公开的范围内可以设想附加的示例和变型。此外，应当理解，在某些应用中，改变形成冷板基部、鳍片和盖的材料，而无需使用超高导热材料，并且简单地依靠例如诸如铜的高k材料形成基部，可能就足够了。
修改冷板结构和/或芯片厚度以控制热分配
管芯变薄以及对冷板和冷板鳍片的修改能够提供对热分配的更大控制。图27图示封装1000的一部分的示意图。封装1000能够包括印刷电路板1010、基板1020、硅插入件1026、三个芯片1040A、1040B、1040C、以及通过TIM 1080结合到芯片1040A、1040B、1040C的相应的后表面1044A、1044B、1044C的冷板基部1060。如进一步讨论的，封装还能够包括加强件。在此示例中，示出了彼此相邻的三个芯片。中央芯片1040B被定位在至少两个直接相邻的芯片1040A、1040C之间，所述芯片1040A、1040C定位在中央芯片1040B的相对侧。可以使中央芯片1040B变薄，使得芯片1040B的厚度T1小于一个或多个直接相邻的芯片的厚度。在此示例中，中央芯片1040B的厚度T1小于两个直接相邻的芯片1040A、1040C的厚度T2。这在芯片1040A、1040C和芯片1040B之间产生高度差异以及产生位于芯片1040B正上方的凹进区域A。能够通过研磨、蚀刻、碾磨、或任何已知的管芯变薄方法来完成管芯变薄。管芯变薄减小了在芯片1040B的硅内的热阻。在一些示例中，中央芯片1040B可以是ASIC芯片，并且直接相邻的芯片1040A、1040B可以具有相同或不同的功能。在其他示例中，中央芯片1040B是另一类型的芯片。
为了适应由于管芯变薄而导致的芯片1040B的厚度变化，能够修改冷板基部560的结构。如图所示，基部1060的底表面1062不是平面的，而是包括台阶或突起P，所述台阶或突起延伸到芯片1040B上方的凹进区域A中，以便填充由管芯1040B的变薄所产生的开放空间。冷板基部1060因此包括至少一个突起P。附加地，鳍片1066的长度L1大于在冷板基部1060中覆盖在芯片1040A和1040C上的鳍片1066的长度L2。在这种示例中，细长鳍片可以具有介于0.5 mm与5 mm之间的长度L1，能够基于芯片的冷却要求优化该长度，但是在其他示例中，长度L1能够变化。在所示的示例中，细长鳍片从基部1060的顶表面1060A的凹进部分R向上延伸。如本文先前讨论的，基部1060能够通过包括低熔点金属的导热界面材料1080结合到芯片1040A、1040B、1040C的后表面。
图28是类似于图27的另一示例芯片组件1001-1，不同之处在于冷板基部1060-1的示例鳍片1066-1的结构不同。如图所示，芯片1040B被定位在芯片1040A、1040C之间。已使芯片1040B变薄，使得芯片1040B的总厚度小于直接相邻的芯片1040A、1040C的厚度。冷板基部1060-1的所有鳍片1066-1都具有基本上相等的长度L3，因为所有鳍片1066-1都从冷板基部1060-1的连续平面的内部表面1057延伸。冷板基部1060-1的底表面1062-1将具有与图27的冷板基部1060-1的底表面1062类似的阶梯状轮廓。
图29图示与图28类似的另一示例芯片组件1001-2，不同之处在于冷板基部1060-2的底表面1062-2包括凹进部分R，其创建两个突起P-1A和P- 1B。在此示例中，不是中间芯片1040B-2的厚度小于两个相邻的芯片的厚度，而是中间芯片1040B-2的厚度替代地大于两个相邻和最外的芯片1040A-2、1040C-2的厚度。冷板1060-2通过在底表面1062-2的中央部分包括凹进部分R，来适应芯片的厚度变化。这允许芯片1040B-2延伸到凹进部分R中，并且允许突起P-1A和P-1B覆盖在变薄的芯片1040A-12和1040C-2上。可以通过使用TIM 1080来将冷板基部1060-2附接到芯片1040A-2、1040B-2、1040C-2。
图30图示芯片封装的示例子组件1100，所述芯片封装包括基板1120、插入件1126以及安装在印刷电路板1110上的芯片1140A、1140B、1140C。不是使芯片1140B的总高度变薄，而是芯片1140B将空腔1114直接包括在芯片1140B内。能够使用包括碾磨、蚀刻等的任何已知方法来形成空腔1114。
在一个示例中，为了更好地分配来自芯片的热，空腔1114能够被填充有用于热分配的导热材料，诸如图31所示的组件1100A。在一些示例中，高导热或超高导热材料1115可以填充空腔1114。这种材料的示例能够包括铜，但是还可以利用其他材料。高导热或超高导热材料1115可以具有与芯片1140B的后表面1144B对准或齐平的顶表面1117。在其他示例中，材料1115的顶表面1117可以凹进低于芯片1140B的后表面1144B，或者延伸超过芯片1140B的后表面1144B，如在下面讨论的。
在图32所示的另一示例芯片组件1100B中，材料1115-1的顶表面1117-1延伸超过芯片1140B-1的后表面1144B，以形成突起或芯片鳍片1169。芯片鳍片1169能够帮助从芯片1140B-1和整个芯片组件1100B向外分配热。能够将高或超高导热材料1115-1沉积到空腔1114-1中。能够以各种方式形成芯片鳍片1169。在一个示例中，能够通过诸如蚀刻/激光的减法工艺、随后是像电镀、物理汽相沉积和印刷等的加法工艺来形成鳍片。还可以利用其他制造方法。
图33提供另一示例芯片子组件1200，其结构与图30的在先示例子组件类似，不同之处在于代替多个空腔，在芯片1240B的中央部分处提供单个中央空腔1214。这旨在解决在芯片1240B的中央处产生的热量，该热量通常在芯片的中央处最高。附加地，芯片1240B在两个直接相邻的芯片1240A、1240C之间的位置，使得甚至更难以使在芯片1240B的中央处的热消散。使芯片1240B变薄能够帮助减少产生的热量。
在此示例中，不是用导热材料填充空腔1214，而是能够用TIM 1280将冷板基部1260附接和接合到芯片1240A、1240B、1240C的后表面1244A、1244B、1244C。如图34所示，基部1260能够包括阶梯状且非平面的底表面1262。基部1260的阶梯状或突起P能够直接突出到空腔1214中。应当理解，尽管基部1260不包括鳍片，但是在其他示例中能够设置鳍片。类似地，本文描述的冷板中的任何一个能够省略鳍片。另外，中央空腔1214能够替代地被填充有导热材料，诸如例如高或超高导热材料。
用于最佳热分配和翘曲控制的结构布置和选择材料
可以通过对用于形成热分配装置的材料或材料组合的选择以及用于形成加强件的材料或材料组合的选择进行协调，来进一步实现在芯片组件内的增强的热分配、以及增强的翘曲控制。在包括覆盖在加强件的至少一部分上的热分配装置的示例芯片组件中，用于形成热分配装置的材料的热导率可以高于用于形成加强件的材料的热导率，但是用于形成热分配装置的材料的热膨胀系数可以低于用于形成加强件的材料的热膨胀系数。即使所述材料可以具有比较低的热膨胀系数（“CTE”），此组合也能够允许使用高热导率材料作为散热器。为了补偿高导热材料的低CTE，能够使用由具有更高CTE的材料形成的加强件。例如，可以选择诸如本文先前讨论的银金刚石（例如，AgD）或任何形式的银金刚石的超高导热材料作为用于形成热分配装置的材料，然而可以选择铜（例如，Cu-OFE）或任何形式的铜作为形成加强件的材料。在其他示例中，可以如在下面讨论的那样选择不同的材料组合。部件在所述组件内的布置与对材料的选择相结合能够优化基板和微电子器件的热分配和翘曲控制。
转向图35，图示了示例微电子装置组件2000。组件可以包括至少支撑组件2000的基板2020、加强件元件2030、至少一个微电子元件或芯片2040和热分配装置2050。芯片2040可以是半导体芯片，并且可以被布置为使得有源前表面2042面向前，并且能够以球栅阵列接合或结合到基板2020。尽管在该图中示出了仅单个芯片，但是在组件2000内可以存在多个芯片。基板2020可以是由诸如玻璃环氧树脂、硅、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、玻璃纤维环氧树脂层压材料的非导电介质材料形成的传统单层或多层基板。诸如焊球2027的接合材料可以用于将芯片2040与基板2020电互连。
加强件元件可以围绕芯片2040延伸并且覆盖在基板2020上。粘合剂2038A可以将加强件元件2030的底表面2032结合到基板220的顶表面2024。如先前讨论的，示例加强件元件2030可以是围绕芯片2040周向地延伸的加强件环。加强件元件2030可以是圆形、矩形或任何其他期望的形状。如图所示，加强件元件2030能够包括底表面2032、相反的顶表面2034、在底表面2032与顶表面2034之间延伸的外边缘表面2036、在底表面2032与顶表面2034之间延伸的相反的内部边缘表面2037、以及延伸穿过顶表面2034和底表面2032的孔径2039。孔径2039相对于加强件2030的外周边可以大致居中，但是在其他示例中，可以调整孔径2039的位置。例如，可以基于要通过孔径2039暴露的底层基板2020的电路或芯片在孔径2039内的布置，来适配孔径2039的尺寸、形状及位置。
热分配装置2050可以在加强件2030和芯片2040的至少一部分上方延伸。在此示例中，热分配装置2050是具有平面底表面2062和平面顶表面2064的单个单片元件。示例热分配装置2050能够包括冷板或散热器，并且还可以包括导热鳍片或其他特征（未示出）。粘合剂2038B能够用于将热分配装置2050附接到加强件元件2030。如图所示，第二粘合剂2038B将热分配装置2050的底表面2062结合到加强件2030的顶表面2034。热分配装置2050可以包括底表面2062、顶表面2064、以及在底表面2062与顶表面2064之间延伸的最外边缘表面2066。在此示例中，热分配装置2050的两个最外边缘2066与加强件元件2030的最外边缘2036对准。在包括待在下面描述的那些的示例中，一个或两个边缘2066未与最外边缘2036对准。
具有至少高热导率（“k”）的热界面材料（“TIM”）可以用于将热分配装置2050直接结合到芯片2040。在此示例中，冷板2050的底表面2062通过使用TIM 2080直接结合到芯片2040的后表面2044。TIM 2080可以是高k TIM，其还可以是低熔化温度的金属，包括金属或石墨，诸如纳米银或铟，但是可以实施其他高k TIM材料。还能够与具有减小的热导率水平的低k TIM一起利用本文公开的方法和结构。
可以以诸如液体、固体、半固体等的任何期望形式提供TIM 2080。例如，能够以液体形式施加TIM，所述TIM之后将固化并且保持为软弹性体。在其他示例中，TIM可以是油脂、薄膜或焊料。
在一些示例中，将加强件2030的底表面结合到基板2020的第一粘合剂2038A可以与将加强件2030结合到热分配装置2050的第二粘合剂2038B不同。例如，第一粘合剂2038A能够可选地拥有与第二粘合剂2038B不同的特性。如将在下面讨论的，单独或与选择形成用于加强件元件2030的材料相结合地，选择粘合剂还能够帮助补偿整体系统中的CTE失配，包括在热分配装置2050与基板2020和/或加强件元件2030之间的任何CTE失配。
与第二粘合剂2038B的弹性模量比，第一粘合剂2038A可以具有更高的抗弹性变形性和更高的弹性模量。在一些示例中，第一粘合剂2038A可以具有范围从10 MPa到100 MPa的弹性模量。在其他示例中，第一粘合剂2038A的弹性模量可以小于10 MPa或大于100 MPa。第一粘合剂2038A可以形式为膏剂，但是还能够呈其他形式。第二粘合剂2030B可以不同，并且具有范围从0.1 MPa到10 MPa的第二弹性模量。在其他示例中，第二粘合剂2038B的弹性模量可以小于0.1 MPa或大于10 MPa。第二粘合剂可以形式为液体或薄膜，但是在其他示例中，第二粘合剂可以呈其他形式。因此，虽然在第一粘合剂2038A和第二粘合剂2038B的弹性模量的示例性范围中存在轻微重叠，但是在其中第一粘合剂和第二粘合剂的弹性模量旨在不同的示例中，示例性实施例将是其中第一粘合剂2038A的弹性模量被选择为大于第二粘合剂2038B的弹性模量的示例性实施例。在其他示例中，可以为第一粘合剂2038A和第二粘合剂2038B选择相同或类似的弹性模量，以便单独地或与封装的其他部件相结合地依赖于为加强件2030和热分配装置2050所选择的性质，以使芯片封装的翘曲最小化。
不同的粘合剂还能够帮助实现增强的翘曲控制、并且补偿在加强件与散热器和/或组件内的基板或其他部件之间的CTE失配。在一些示例中，只要第一弹性模量大于第二弹性模量，所选择的弹性模量就能够在以上指出的示例范围内或外。在此示例中，具有形式为膏剂的第一粘合剂，与形式为液体的第二粘合剂比较，这种组合还能够取决于为加强件和散热器所选择的材料而帮助组件中的CTE失配。在其他示例中，第二粘合剂2038B可以具有比第一粘合剂2038A更大的弹性模量。在仍然其他的示例中，取决于为散热器2050和加强件元件2030所选择的材料，第一粘合剂2038A和第二粘合剂2038B可以是相同的或基本上相同的，或者具有相应的不显著不同的弹性模量。
第一粘合剂和第二粘合剂可以是介质或绝缘粘合剂。例如，第一粘合剂和第二粘合剂可以是环氧树脂或其他类型的材料。选择性粘合剂可以是导热的或不导热的，并且对热循环以及机械冲击和振动两者都具有高可靠性。
为了允许实现组件内增强的热分配以及增强的翘曲控制，以防止芯片和/或基板的翘曲以及其他机械故障，能够附加地或替换地协调用于形成热分配装置2050和加强件元件2030的材料以相互补偿。热分配装置2050（和TIM 2080）能够控制组件2000内的热分配，从而使由高导热材料形成的热分配装置成为所希望的。加强件元件2030能够控制基板2020和组件内的部件的翘曲，从而使由具有高CTE的材料形成的加强件元件2030成为所希望的。附加地，加强件元件2030与具有比第二粘合剂2038B的弹性模量更高的弹性模量的第一粘合剂2038A相结合，还能够提供对基板2020和组件内的部件的更大的翘曲控制。在一个示例中，用于形成热分配装置2050的材料或材料组合能够与用于形成加强件2030的材料或材料组合不同。例如，用于形成热分配装置2050的材料的热导率可以高于用于形成加强件元件2030的材料的热导率，但是用于形成热分配装置2050的材料的CTE可以低于用于形成加强件2030的材料的CTE。在一些示例中，用于形成热分配装置2050的材料的热导率可以比形用于成加强件元件2030的材料的热导率大至少50%。附加地，用于形成加强件2030的材料的CTE可以比用于形成热分配装置2050的材料的CTE大至少50%。在仍然其他的示例中，加强件元件的CTE可以是热分配装置2050的CTE的至少两倍。
下表1列举若干常见材料的CTE和热导率。
在此图表上标识的材料表明，将帮助控制翘曲的、由铜形成的加强件元件2030能够与由银金刚石（例如，AgD）形成的热分配装置2050配对，其组合将帮助实现最高导热的组件2000。另外，与将加强件元件结合到基板的第一粘合剂2038A以及将加强件元件结合到热分配装置2050的第二粘合剂2038B相结合，加强件2030还能够帮助补偿热分配装置和加强件元件及基板2020的CTE失配。如从上表1所指出的，银金刚石是具有在900Wm/K处的最高热导率的一个，但是具有6.5 ppm/K的最低CTE。虽然银金刚石在分配或传递热时高度有效，但是其控制翘曲的能力低。因此，虽然由于银金刚石的高导热性质可能期望选择银金刚石，但是取决于组件的应用和结构，单独使用银金刚石导致基板的可能翘曲和组件内的其他机械故障。在至少本文公开的结构中选择与银金刚石比具有更大的CTE的材料能够更好地帮助控制翘曲。在一个示例中，能够选择CTE为17.7 ppm/K并且热导率为394 w/mK的铜材料（例如，Cu、CuOFE）。铜的高CTE能够抵消银金刚石的低CTE。另外，铜是拥有所述图表上的剩余部件的最高热导率的一个，并且具有在芯片组件2000内分配热的附加优点。因此，铜加强件元件2030和银金刚石热分配装置2050的组合能够帮助在芯片封装中实现最佳热导率和翘曲控制。在本公开的范围内可以设想其他材料组合，在下面更详细地讨论其示例。
参考图36，在图表中示出了来自测试芯片组件的结果。所述图表图示与单片热分配装置比较，使用银金刚石热分配装置和铜加强件如何能够实现最佳结果。单片热分配装置可以由单一材料形成、并且将热分配装置和加强件的结构组合成组件内的一个整体热分配装置。所述图表突出显示所得的由于在基板与热分配装置/加强件之间的CTE失配而导致的基板的翘曲。特别地，所述图表示出在芯片组件中附接到完全由铜或银金刚石形成的热分配装置A2的基板A1的翘曲结果。类似地，示出了在组件B内的基板B1的翘曲结果，在所述组件B中热分配装置B2由银金刚石形成、并且分开的加强件B3由铜形成。
在20℃的室温下，组件A中的基板A1的由“u形”全铜热分配装置A2的使用所产生的翘曲是大约120微米。组件A中的基板A1的由“u形”全银金刚石热分配装置A2的使用所产生的翘曲是大约201微米。组件B中的基板B1的与铜加强件B3以及第一粘合剂B1A和第二粘合剂B1B相结合地使用组合的平面的银金刚石热分配装置B2所产生的翘曲是大约133微米。在此模拟中，第一粘合剂2038A的弹性模量大于第二粘合剂2038B的弹性模量。与利用全铜和“u形”热分配装置的组件A中的基板A1的翘曲比较，在260℃的高温下的类似结果在利用银金刚石热分配装置B2和铜加强件B3的组件B中的基板B2的翘曲方面示出类似性。
这些测试结果揭示了由这样的组合的银金刚石热分配装置和铜加强件的使用产生的若干改进。组合银金刚石热分配装置2050与铜加强件2030展示了与全铜热分配装置类似的翘曲性质。这是有利的，因为增强的翘曲控制在银金刚石/铜组合情况下是可能的，同时仍然允许实现银金刚石热分配装置的大大地增强的导热性质。另外，作为纯金属，铜已经拥有最高导热性质的一个，从而使铜成为进一步帮助组件中的热导性的所希望的材料。
能够通过使用组合的银金刚石热分配装置和铜加强件来降低成本。银金刚石是一种昂贵的材料。使用铜作为形成加强件元件2030的材料代替传统“u形”全银金刚石热分配装置（诸如热分配装置A1；图36），允许减小形成部件所必需的银金刚石的材料体积。这进而使总成本最小化。
还通过银金刚石和铜的组合实现制造的容易性。通过使用平面的热分配装置2050，而不是“u形”热分配装置，更容易将热分配装置2050附接到芯片2040。能够实现TIM2080在芯片2040与热分配装置2050之间的更好接合线厚度控制。例如，能够获得75微米和100微米的一致的接合线厚度。
能够考虑附加的材料组合以实现增强的翘曲控制和热导性两者。能够考虑通过材料的热导率至少与铜相同或更大的材料组合来获得最佳结果。例如，虽然银金刚石由于其作为最高热导率材料之一的内在性质而可以为优选的，但是可以能够通过为加强件选择铜材料、并且为热分配装置选择铜金刚石或铝金刚石材料，来获得最佳翘曲和热导性。在仍然其他的示例中，能够为加强件选择不同的材料以补偿封装的热膨胀差异。例如，当期望抵消用于形成散热器的材料的低CTE、并且帮助维持对基板和整体封装的翘曲控制时，能够选择具有高CTE的加强件，所述高CTE能够与形成散热器的材料的CTE匹配或者超过形成散热器的材料的CTE。这能够帮助补偿形成散热器的材料的低CTE。附加地，加强件与第一粘合剂和第二粘合剂相结合，能够帮助弥补CTE失配。还能够基于本公开的各方面获得实现类似结果的其他材料组合，包括金属合金或在这里未列举的其他材料组合。
根据本公开的各方面，另一示例结构被配置成实现最佳热分配和翘曲控制。如图37所示，微电子装置组件2100包括支撑组件2100的基板2120、加强件元件2130、至少一个微电子元件或芯片2140、和热分配装置2150。第一粘合剂2138A将加强件2130的底表面2132结合到基板2120的顶表面2124。第二粘合剂2138B将加强件2130的顶表面2134结合到热分配装置2150的底表面2162。
组件2100中的部件相对于该组件中的其他部件拥有与图35中的组件2000相同的特性，仅在热分配装置2150的配置方面不同。如图所示，热分配装置2150的最外边缘2166与加强件元件2130的边缘2136横向地间隔开距离2168A和2168B。在此示例中，距离2168A和2168B是相同的，但是在其他示例中，距离2168A和2168B可以不同。在再一个示例中，热分配装置2150的仅一个边缘2166可以与加强件2130的外边缘2136横向地间隔开，并且热分配装置的另一个边缘2166可以与加强件元件2130的边缘2136对准。
转向根据本公开的各方面的图38，示例微电子装置组件2200包括支撑组件2200的基板2220、加强件元件2230、至少一个微电子元件或芯片2240、TIM 2280、和热分配装置2250。第一粘合剂2238A能够将加强件2230的底表面2232结合到基板2220的顶表面2224。第二粘合剂2238B能够将加强件2230的顶表面2234结合和接合到热分配装置2250的底表面2262。如在先前实施例中一样，组件2200中的部件相对于该组件中的其他部件拥有与如图35中的组件2000相同的特性，仅在芯片2240的高度和热分配装置2250的配置方面不同。如图所示，可以通过研磨、蚀刻、碾磨或任何已知的管芯变薄方法来使芯片2240变薄。结果，芯片2240的高度H10小于加强件2230的高度H12。为了补偿此高度差异，热分配装置2250可以包括远离该热分配装置的主底表面2262延伸的中央部分2282。中央部分2282被调整大小以完全地覆盖芯片2240的后表面2244并且跨过其延伸，但是在其他示例中，可以覆盖底表面2262的仅一部分。热分配装置2250的边缘2266可以与加强件2230的边缘2236对准。在其他示例中，一个或多个热分配装置22250可以从加强件元件2230的边缘2236横向地偏移。
图39-40提供根据本公开的各方面的另一示例微电子装置组件2300。该装置组件包括支撑组件2300的基板2320、加强件元件2330、至少一个微电子元件或芯片2340、和热分配装置2350。芯片2340可以具有后表面2344。第一粘合剂2338A能够将加强件2130的底表面2332结合到基板2120的顶表面2324。第二粘合剂2338B能够将加强件2330的顶表面2334结合到热分配装置2350的底表面2362。
组件2300中的部件相对于该组件中的其他部件拥有与图35中的组件2000相同的特性，仅在热分配装置2350的配置方面不同。
热分配装置2350包括顶表面2364、底表面2362、以及在顶表面2364与底表面2362之间延伸的内部周边边缘2372。内部周边边缘围绕孔径2339A延伸。另一孔径2339B延伸穿过顶表面2364和底表面2362，并且由内部周边边缘2372限定。热分配装置2350的内部周边边缘2372延伸超过加强件元件2330的内部边缘2337，使得在诸如图39所示的俯视平面图中，仅微电子元件2340和基板2320通过孔径2339可见。加强件元件2330从俯视平面图中不可见。另外，孔径2339A和孔径2339B彼此对准。
可以在图37-40中公开的附加芯片组件中的任一个以及本文先前公开的组件中的任一个中，通过将对用于形成加强件的材料或材料组合的选择与对用于形成热分配装置的材料或材料组合的选择进行协调，来进一步实现增强的热分配以及增强的翘曲控制。如所讨论的，在这些示例中用于形成热分配装置中的任何一个的材料的热导率可以高于用于形成加强件的材料的热导率，但是用于形成热分配装置的材料的热膨胀系数可以低于用于形成加强件的材料的热膨胀系数。这能够允许在封装中实现最佳热分配和翘曲控制。在一个示例中，能够通过使用银金刚石材料来形成热分配装置、并且使用铜材料来形成加强件，而实现最佳结果，但是根据本公开的各方面，其他组合是可用的。
综上所述，根据本公开的第一方面，一种制造芯片组件的方法包括将中间过程单元结合到印刷电路板，该中间过程单元包括：基板，该基板具有有源表面、无源表面和在有源表面处暴露的触点；插入件，该插入件电连接到基板；多个半导体芯片，该多个半导体芯片覆盖在基板上并且通过插入件电连接到基板；以及加强件，该加强件覆盖在基板上并且具有延伸穿过基板的孔径，该多个半导体芯片被定位在孔径内；使设置在中间过程单元与印刷电路板之间并且将中间过程单元与印刷电路板电连接的接合材料回流，该接合材料具有第一回流温度；以及，然后通过使用热界面材料（“TIM”）来将热分配装置结合到多个半导体芯片，该TIM具有比第一回流温度低的第二回流温度；和/或
其中，热分配装置包括具有基部和耦接到该基部的盖的冷板，该方法还包括在将盖耦接到基部之前将冷板的基部结合到多个半导体芯片的后表面；和/或
将冷板的基部结合到加强件的顶表面；和/或
热分配装置包括具有基部和耦接到该基部的盖的冷板，该方法还包括将基部和盖结合在一起，并且然后将基部结合到多个半导体芯片的后表面；和/或
使接合材料回流包括使设置在基板与印刷电路板之间的接合材料回流，其中，热分配装置包括基部、从基部的至少一部分延伸的多个导热鳍片、以及盖，其中，基部由热导率大于394 W/m2的材料构成，并且其中，盖和多个导热鳍片中的至少一个由热导率为394W/m2或更小的材料构成；和/或
在将热分配装置结合到多个半导体芯片的后表面之前，将TIM设置在半导体芯片的后表面或热分配装置的底表面中的一个上；和/或
热分配装置还包括多个导热鳍片，其中，多个导热鳍片中的至少一些的第一鳍片长度大于多个导热鳍片的剩余鳍片的第二鳍片长度，其中，多个半导体芯片中的至少一个的第一高度小于多个半导体芯片中的另一个的第二高度，并且其中，该方法还包括将多个导热鳍片中的具有第一鳍片长度的至少一些定位成覆盖在多个半导体芯片中的具有第一高度的至少一个上；和/或
在回流期间加压装置对热分配装置施加压力；和/或
加压装置是被配置成在芯片组件的制造期间覆盖在热分配装置上的配重，该方法还包括将所述配重施加到热分配装置的顶表面；和/或
加压装置包括刚性板和在该刚性板的相对端处的弹簧，该方法还包括将刚性板定位在热分配装置的后表面上方并且将刚性板固定到印刷电路板；和/或
热分配装置还包括入口和出口，并且其中，该方法还包括提供流体连接以将入口和出口连接到流体源，以便使得能够将流体引入到热分配装置中并且使流体从热分配装置中喷出；和/或
提供中间过程单元还包括提供多个中间过程单元，并且其中，提供热分配装置还包括提供多个热分配装置，该方法还包括：通过使接合材料回流来将多个中间过程单元结合到印刷电路板，该接合材料将多个中间过程单元内的基板中的每一个的触点与印刷电路板的触点结合；通过使高导热的热界面材料（“TIM”）回流来将多个热分配装置中的每一个结合到多个中间过程单元的多个半导体芯片中的对应一个，多个热分配装置中的每一个均包括多个导热鳍片、入口和出口；以及
使多个热分配装置的入口和出口彼此结合，使得多个热分配装置中的一个热分配装置的入口和出口与多个热分配装置中的另一个热分配装置的入口和出口流体连接；和/或
TIM是焊料。
根据本公开的第二方面，一种微电子组件包括：基板，该基板具有有源表面、无源表面和在有源表面处暴露的触点；多个半导体芯片，该多个半导体芯片覆盖在基板上；热分配装置，该热分配装置包括基部、从基部向上延伸的导热鳍片、以及覆盖在多个导热鳍片上并且将多个导热鳍片至少部分地包封在基部内的盖，其中，至少基部由具有大于394 W/m2的第一热导率的第一材料形成，并且其中，盖和多个导热鳍片中的至少一个由具有小于394W/m2或更小的第二热导率的第二材料形成；热界面材料（TIM），该TIM被设置在热分配装置与多个半导体芯片之间，其中，多个半导体芯片中的至少一个和基部的热膨胀系数是基本上类似或相同的；以及印刷电路板，该印刷电路板电连接到基板；和/或
多个导热鳍片由第二材料形成；和/或
盖由第二材料形成；和/或
盖和多个导热鳍片两者均由第二材料形成；和/或
基部和多个导热鳍片由第一材料形成；和/或
第一材料是银金刚石；和/或
TIM的厚度是200微米或更小。
根据本公开的第三方面，一种微电子装置组件包括：基板；以及连接到基板的多个微电子元件，微电子元件具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面，其中，一个或多个空腔延伸穿过多个微电子元件的至少一个表面，并且其中，所述一个或多个空腔被填充有导热材料以使来自多个微电子元件的热消散；和/或
导热材料与多个微电子元件中的至少一个的至少一个表面齐平或定位为低于在多个微电子元件中的至少一个的至少一个表面；和/或
导热材料延伸超过多个微电子元件的至少一个表面；和/或
所述组件还包括具有基部和盖的热分配装置，其中基部还包括多个导热鳍片，并且其中，形成热分配装置的第一材料与形成多个导热鳍片的第二材料不同。
根据本公开的第四方面，一种芯片组件包括：基板；电连接到基板的多个半导体芯片，该多个半导体芯片中的每一个具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面；以及结合到多个半导体芯片的热分配装置，该热分配装置包括多个导热鳍片，其中，多个导热鳍片中的至少一些的第一鳍片长度大于多个导热鳍片中的剩余鳍片的第二鳍片长度，其中，多个半导体芯片中的至少一个的第一高度小于多个半导体芯片中的另一个的第二高度，并且其中，多个导热鳍片中的具有第一鳍片长度的至少一些覆盖在具有第一高度的多个半导体芯片上；和/或
其中，热分配装置包括覆盖在多个半导体芯片上的基部，并且多个导热鳍片远离基部延伸；和/或
多个导热鳍片的最外尖端中的至少一些彼此对准；和/或
热分配装置的基部跨过多个半导体芯片的后表面延伸；和/或
印刷电路板电连接到多个半导体芯片；和/或
多个半导体芯片包括多个半导体芯片中的至少一个以及定位在所述多个半导体芯片中的至少一个的相对侧的两个直接相邻的芯片，并且其中，基部的底表面包括突起，该突起与所述至少一个芯片的顶表面相邻地延伸以适应所述多个半导体芯片中的至少一个的不同高度。
根据本公开的第五方面，一种将冷却回路组件组装到中间过程单元的方法包括：将多个中间过程单元结合到电路板，每个中间过程单元包括：基板；电连接到基板的至少一个微电子元件，该微电子元件具有面向基板的有源前表面和背离基板的相反的后表面；将对应多个热分配装置结合到多个中间过程单元，对应多个热分配装置中的每一个包括入口和出口；以及将冷却回路组件接合到对应多个热分配装置中的每一个的入口和出口，冷却回路组件包括连接到每个入口和每个出口的流体线路的网络；和/或
在将冷却回路组件接合到对应多个热分配装置中的每一个之前，将对应多个热分配装置结合到多个中间过程单元；和/或
对应多个热分配装置中的每一个均包括基部和盖，对应多个热分配装置中的每一个的入口和出口从所述盖延伸；和/或
在将对应多个热分配装置中的每一个的盖结合到基部之前、并且在冷却回路组件的接合之前，将对应多个热分配装置中的每一个的基部结合到多个中间过程单元中的对应中间过程单元；和/或
将对应多个热分配装置中的每一个的基部的底表面附接到多个中间过程单元中的每一个的至少一个微电子元件的后表面；和/或
使用热界面材料来将基部的底表面结合到多个中间过程单元中的每一个的至少一个微电子元件的后表面；和/或
多个中间过程单元中的每一个还包括加强件，该加强件覆盖在基板上并且围绕多个中间过程单元中的每一个的至少一个微电子元件的至少一部分延伸，并且其中，对应多个热分配装置中的每一个的结合包括将对应多个热分配装置中的每一个的基部的底表面结合到加强件；和/或
在将盖结合到基部之前，冷却回路组件被结合到对应多个热分配装置中的每一个的的入口和出口；和/或
通过英制圆柱管螺纹配件、倒钩或铜焊中的一种来将冷却回路组件结合到入口和出口；和/或
在将冷却回路组件接合到对应多个热分配装置中的每一个之前，该热分配装置被附接到中间过程单元；和/或
中间过程单元还包括电连接到基板的插入件，并且该方法还包括通过插入件将至少一个微电子元件电连接到基板；和/或
至少一个中间过程单元的至少一个微电子元件包括多个微电子元件，并且其中，多个微电子元件中的至少一个已变薄，以便具有与多个微电子元件中的至少另一个不同的高度，并且其中，热分配装置的形状被配置成适应变薄的微电子元件的不同高度。
根据本公开的第六方面，一种微电子装置组件包括：基板；电连接到基板的微电子元件，该微电子元件具有面向基板的有源表面和背离基板的后表面；加强件元件，该加强件元件覆盖在基板上并且围绕微电子元件延伸，该加强件元件由具有第一热膨胀系数（“CTE”）的第一材料构成；以及热分配装置，该热分配装置覆盖在微电子元件的后表面和加强件元件的面向热分配装置的表面上，该热分配装置由具有第二CTE的第二材料构成；并且其中，第一材料与第二材料不同，其中，加强件元件的第一材料的第一CTE大于热分配装置的第二材料的第二CTE；和/或
加强件元件用第一粘合剂被结合到基部，加强件元件用第二粘合剂被结合到热分配装置，其中，第一粘合剂具有与第二粘合剂的第二弹性模量不同的第一弹性模量；和/或
第一粘合剂的第一弹性模量大于第二粘合剂的第二弹性模量；和/或
第一弹性模量范围为从10 MPa到100 MPa，并且第二弹性模量范围为从0.10 MPa到10 MPa；和/或
第一材料的第一CTE比所述热分配装置的第二材料的第二CTE大至少50%；和/或
第一CTE在20℃时至少为17 ppm/WK；和/或
加强件元件的第一材料还包括第一热导率，并且其中，热分配装置的第二材料还包括第二热导率，并且其中，第二材料的第二热导率小于第一材料的第一热导率；和/或
第一热导率在20℃时大于394 W/mK；和/或
第一材料包括铜；和/或
第二材料包括银金刚石；和/或
第一材料包括铜并且第二材料包括银金刚石；和/或
加强件元件和热分配装置是耦接在一起的独立结构；和/或
热分配装置包括跨过加强件元件的整个表面和微电子元件的整个后表面延伸的平面表面；和/或
热分配装置包括顶表面、相反的底表面、以及在顶表面与相反的底表面之间延伸的边缘表面，其中，加强件元件的表面是面向热分配装置的底表面的顶表面，其中，加强件元件还包括面向基板的相反的底表面，并且其中，加强件元件的边缘在加强件元件的顶表面和底表面之间延伸；和/或
热分配装置的边缘远离加强件元件的边缘横向地间隔开；和/或
热分配装置的边缘与加强件元件的边缘垂直地对齐；和/或
热分配装置的边缘是围绕孔径延伸的内部边缘；和/或
所述孔径是第一孔径，加强件元件的边缘是围绕加强件元件的第二孔径延伸的内部加强件边缘，并且热分配装置的内部边缘延伸超过加强件元件的内部加强件边缘，使得第一孔径和第二孔径对准。
根据本公开的第七方面，一种微电子装置组件包括：基板；电连接到基板的微电子元件，该微电子元件具有面向基板的有源表面和背离基板的无源表面；覆盖在基板上并且围绕微电子元件延伸的加强件元件，该加强件元件具有第一CTE；覆盖在微电子元件和加强件元件的后表面上的热分配装置，该热分配装置具有第二CTE；以及导热界面材料，该导热界面材料将热分配装置结合到微电子元件的后表面，其中，热分配装置由与构成加强件元件的第二材料不同的第一材料构成，并且其中，第一CTE比第二CTE大至少50%；和/或
所述组件还包括用第一粘合剂将加强件元件结合到基板，以及用第二粘合剂将加强件元件结合到热分配装置，其中，第一粘合剂具有与第二粘合剂不同的弹性模量；和/或
第一粘合剂的弹性模量大于第二粘合剂的弹性模量；和/或
加强件元件的第一材料具有第一热导率，并且热分配装置的第二材料具有第二热导率，热分配装置的第二热导率大于加强件元件的第一热导率；和/或
热分配装置由银金刚石构成，并且加强件元件由铜构成；和/或
热分配装置包括跨过加强件元件和微电子元件的整个后表面延伸的平面表面；和/或
热分配装置包括顶表面和相反的底表面、以及在顶表面与相反的底表面之间延伸的边缘表面，其中，加强件元件包括面向热分配装置的底表面的顶表面、相反的底表面、以及在加强件元件的顶表面与底表面之间延伸的边缘表面，其中，热分配装置的边缘远离加强件元件的边缘表面横向地间隔开。
除非另外陈述，否则前面的替代示例不是互相排斥的，而是可以被以各种组合实施以实现独特的优点。由于能够在不脱离由权利要求限定的主题的情况下利用以上讨论的特征的这些及其他变型和组合，所以前面的描述应该通过图示的方式而不是通过限制由权利要求限定的主题的方式进行。此外，本文描述的示例以及措词为“诸如”、“包括”等的字句的提供不应该被解释为将权利要求的主题限于特定示例；相反，示例旨在图示许多可能的实现方式中的仅一个。另外，不同附图中相同的附图标记能够标识相同或类似的元件。

Claims (18)

1.一种微电子装置组件，包括：
基板；
电连接到所述基板的微电子元件，所述微电子元件具有面向所述基板的有源表面和背离所述基板的后表面；
覆盖在所述基板上并且围绕所述微电子元件延伸的加强件元件，所述加强件元件由具有第一热膨胀系数“CTE”的第一材料构成；以及
热分配装置，所述热分配装置覆盖在所述微电子元件的所述后表面和所述加强件元件的面向所述热分配装置的表面上，所述热分配装置由具有第二CTE的第二材料构成；并且
其中，所述第一材料与所述第二材料不同，其中，所述加强件元件的所述第一材料的所述第一CTE大于所述热分配装置的所述第二材料的所述第二CTE。
2.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述加强件元件用第一粘合剂被结合到所述基板，并且所述加强件元件用第二粘合剂被结合到所述热分配装置，其中，所述第一粘合剂具有与所述第二粘合剂的第二弹性模量不同的第一弹性模量。
3.根据权利要求2所述的微电子装置组件，其中，所述第一粘合剂的第一弹性模量大于所述第二粘合剂的第二弹性模量。
4.根据权利要求3所述的微电子装置组件，其中，所述第一弹性模量的范围从10 MPa到100 MPa，并且所述第二弹性模量的范围从0.10 MPa到10 MPa。
5.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述第一材料的第一CTE比所述热分配装置的第二材料的第二CTE大至少50%。
6.根据权利要求5所述的微电子装置组件，其中，所述第一CTE在20℃时为至少17 ppm/WK。
7.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述加强件元件的第一材料还包括第一热导率，并且其中，所述热分配装置的第二材料还包括第二热导率，并且其中，所述第二材料的第二热导率小于所述第一材料的第一热导率。
8.根据权利要求7所述的微电子装置组件，其中，所述第一热导率在20℃时大于394 W/mK。
9.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述第一材料包括铜。
10.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述第二材料包括银金刚石。
11.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述第一材料包括铜，并且所述第二材料包括银金刚石。
12.根据权利要求1所述的微电子装置组件，其中，所述加强件元件和所述热分配装置是耦接在一起的独立结构。
13.根据权利要求12所述的微电子装置组件，其中，所述热分配装置包括跨过所述加强件元件的整个表面和所述微电子元件的整个后表面延伸的平面表面。
14.根据权利要求12所述的微电子装置组件，其中，所述热分配装置包括顶表面、相反的底表面、以及在所述顶表面与所述相反的底表面之间延伸的边缘表面，其中，所述加强件元件的表面是面向所述热分配装置的底表面的顶表面，其中，所述加强件元件还包括面向所述基板的相反的底表面，并且其中，所述加强件元件的边缘表面在所述加强件元件的顶表面和底表面之间延伸。
15.根据权利要求14所述的微电子装置组件，其中，所述热分配装置的边缘表面远离所述加强件元件的边缘表面横向地间隔开。
16.根据权利要求14所述的微电子装置组件，其中，所述热分配装置的边缘表面与所述加强件元件的边缘表面垂直地对准。
17.根据权利要求14所述的微电子装置组件，其中，所述热分配装置的边缘表面是围绕孔径延伸的内部边缘。
18.根据权利要求17所述的微电子装置组件，其中，所述孔径是第一孔径，所述加强件元件的边缘表面是围绕所述加强件元件的第二孔径延伸的内部加强件边缘，并且所述热分配装置的内部边缘延伸超过所述加强件元件的内部加强件边缘，使得所述第一孔径和第二孔径对准。
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