[其他]整體式熱導管組件

無效

• 申請號: 87104536
• 申請日: 1987-05-30
• 公開（公告）號: CN87104536A
• 公開（公告）日: 1988-05-11
• 發明（設計）人: 埃爾里克·薩斯基;羅伯特·J·漢納曼;萊斯利·R·?？怂?/a>
• 申請（專利權）人: 數字設備公司
• 主分類號: H01L23/34
• 分類號: H01L23/34;H05K7/20
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖掬昌,吳秉芬

本發明涉及一個冷卻電子元件用的熱導管，更具體地說，本發明涉及一個冷卻半導體芯片用的整體式熱導管組件。

半導體制造工藝的新近進展導致集成電路芯片日趨小型化。新芯片與原有芯片相比，盡管尺寸上往往相同或更小，但能完成更復雜的功能。為了要完成這些復雜的功能，這種新芯片比原有芯片會消耗更多的功率，結果產生更多的熱量。這一點之所以重要，是因為大多數的芯片應在20℃至80℃之間工作。如果芯片變得過熱，半導體結就會有斷裂的趨勢，芯片的功能就可能出錯。因此，需要將芯片冷卻，使芯片保持在熱穩定的環境下運作，以使芯片連續正確地操作。

已經提出過并試圖消除芯片所產生的熱量的一些方法。要正確地消散某一芯片所產生的熱量，散熱片就會大到這樣的程度，以致提供的散熱片使小型化芯片的目的告吹。冷卻扇也因同樣理由是不適用的。此外，許多冷卻扇在大到足以完善地冷卻集成電路芯片時會比芯片本身更重更耗電。

也曾經在提供導冷的組件作過某些努力。這些組件具有一個熱阻較低的機械構件與芯片的表面接觸。這個機械構件提供一個傳導路徑，將芯片所產生的熱量傳送到散熱裝置。因為機械構件的直接接觸，這些組件將機械應力加在芯片上。因為芯片和機械構件的熱膨脹特性一般有很大的不同，使這個應力加劇。再者，也因為每一組件都有很多的零件，故制造起來是相當花錢的。

熱導管也曾被用來消散半導體芯片所產生的熱量。這種熱導管是一個在容器里面有二相工作流體的密封系統。工作流體具有一個在待冷卻芯片的工作溫度范圍里的汽化溫度。該熱導管的一端外露在待冷卻的元件中，而其相對的一端則外露到一個散熱裝置中。芯片所產生的熱量將相鄰的導管部分中的工作流體汽化。汽化物運行到導管的較冷部位。然后汽化潛熱以傳導方式被傳送到散熱裝置，汽化物就被冷凝。冷凝后的液體被輸送回到鄰近元件的導管的一端以重復這種循環。

有兩類熱導管曾經是用過的國際管子標準（ips）。再者，外熱導管是比較大的，其空間因數不宜用來冷卻小量的芯片。

整體式熱導管是另一類型的熱導管，它被將到電子元件的封裝組件里。一或多個芯片露在工作流體中。在許多的這些熱導管中，芯片位于液槽的底部。熱量用汽泡蒸發的方法由芯片轉移到液體。如果來自芯片的熱流變得過大，汽泡可在芯片周圍形成。汽泡形成的絕熱層會有效地阻止進一步的汽化和熱傳導。一些整體式熱導管在組件里需要有一個吸液心。這種吸液心經常是固定在芯片或組件內部的一根玻璃纖維或介電粉末。這些吸液心可能將一機械應力加在芯片上。此外，在組件里插入吸液心會大大增加制造熱導管的成本。

因此，需要有一種新的設備去消除由集成電路半導體芯片所產生的熱量。這種新設備應能有效地將熱量從芯片傳走，使得芯片保持在它們的工作溫度范圍里。此外，這種新設備也應與芯片的熱流無關地將熱量從芯片傳走。這種新的設備還應該體積小，使得其應用不會使元件小型化的優點告吹。另外，它也不應依賴外加的能源，不應使芯片承受到不適當的機械應力，但在生產時應該比較經濟。

本發明包括一個整體式熱導管組件，半導體芯片就裝在組件中的基底上，而且基底起作熱導管組件的基座或輸入端的作用?；咨细接幸粋€冷凝蓋，用于在芯片周圍形成一密封管室。在基底相對面的蓋頂備置有一有溝槽的冷凝表面。一條多層的纖維吸液心可安放在芯片頂部和冷凝表面的底部之間。芯片的頂部可以備置以一個有槽的表面和吸液心接觸。管室是密封的并供有中性的二相工作液體。組件的頂部或輸出端可配置一個合適的散熱裝置。

工作液體分離成汽相和液相兩個部分。液相部分以一層相當薄的薄膜或包含在吸液心里的形式位于芯片之上或與芯心毗鄰。當組件在使用時和芯片產生熱量時，芯片產生的熱量將毗鄰芯片的液體薄膜蒸發，汽化物移動到組件頂部處的有溝槽的冷凝表面，散熱裝置吸收汽化潛熱，使汽化物冷凝。被再冷凝的液體回到熱導管的基座，以便重復冷卻循環。

這種熱導管有幾個優點。在熱導管頂部處的有溝槽的冷凝表面具有足夠的表面面積，以便在單位時間里將大量的潛熱從汽化物導走。這就使得組件非常有效地將熱量從芯片傳走。因為只有一層薄膜液體和芯片接觸，故液體很容易蒸發。此外，在芯片上也幾乎不可能形成能阻止熱傳導的過程的氣泡。附加的吸液心增加了組件的熱傳導特性，然而吸液心加在芯片上的應力卻是很小的。當有槽的芯片配置以一有槽上表面時，在吸液心的液體和芯心之間形成一反轉的彎月面。這個彎月面增強了芯片的汽化效率，也提高了熱導管組件的總的熱傳導特性。