專利名稱：半導體芯片的熱傳導裝置的制作方法
技術領域：
本發明旨在解決半導體芯片的熱量耗散問題。本發明涉及用于計算機和電信設備的半導體芯片的熱傳導和冷卻的領域。
背景技術：
公知半導體芯片的功率和功率密度正在迅速增大。
由于該高功率和功率密度，大部分的熱流阻抗來自芯片至熱沉裝置，該熱沉裝置通常具有比芯片大得多的尺寸。因此希望較好的熱傳導裝置，其可減輕這種熱阻并提供從微小芯片至熱沉裝置的較好熱傳導。
美國4,519,447-“襯底冷卻”公開了兩種冷卻襯底的方法，一種是用于散熱的平面蒸汽腔，而另一種是磁流體動力驅動的液體冷卻板。
美國5,316,077-“用于電路元件的熱沉”公開了一種通過兩塊板形成冷卻劑通道的方法。采用泵驅動通過通道移動的液體冷卻劑，并將熱量從元件傳導至在一個板上的散熱片。膨脹室用于容納液體冷卻劑的膨脹。
美國6,019,165-“熱交換裝置”公開了一種利用通過外部磁場驅動的向心泵葉輪，以移動散熱器板內的液體冷卻劑并將熱量從熱源傳導至與散熱板直接良好熱接觸的熱吸收器的方法。
美國6,029,742-“用于電子設備的熱量交換器”公開了一種利用在導管中的磁耦合離心轉子組件驅動在導管中的冷卻劑，以消除來自電子設備的熱量。

發明內容
將要公開的熱傳導裝置具有液體腔，所述液體腔置于與半導體芯片良好熱接觸，并且具有多個嵌入所述腔內的熱導管。所述熱導管的另一端在所述腔的外側突出，并固定在熱沉上。通過由電動機驅動的旋轉葉片，推動在所述腔內的所述液體在所述腔內循環。所述循環的液體將熱量從具有嵌入的微溝道的所述腔的發熱側運送至所述熱導管。該構思的優點在于，所述液體腔本身包括在良好限定的區域中，以致可容易地確保其質量，從而可更好地防止產物泄漏。也公開了允許所述液體膨脹和壓縮的機構，以及探測所述液體泄漏的方法。


圖1是具有熱導管和風扇熱沉組件的熱傳導裝置的三維視圖；圖2是在頂部安裝有電動機的熱傳導裝置；圖3是在側面安裝有電動機的熱傳導裝置；以及圖4是電動機葉片和液體溝道組件的頂視圖。
具體實施例方式
圖1示出了在半導體芯片封裝上的具有與其相關的熱沉組件的熱傳導裝置。在半導體芯片封裝15上安裝熱傳導裝置31。
外部電動機41置于熱傳導裝置31的頂部。兩根熱導管65的一端插入熱傳導裝置31中。熱導管65的另一端固定到熱沉63上，該熱沉63又靠近風扇61放置。從風扇61出來的空氣流將通過熱沉63，從而將熱量從熱沉63帶走。
在圖2中示出了熱傳導裝置31的代表性結構。熱傳導裝置31包括密封腔311，其中液體溝道組件339置于一側，熱導管65的一端插入其中。旋轉葉片415置于液體溝道組件339的中心上方的空間中。在葉片415與液體溝道組件339之間固定中心具有開口的分離器318。葉片415安裝在電動機軸412上。電動機41置于熱傳導裝置31的頂部，該電動機41是常規的電動機。在腔壁與旋轉軸之間的密封機構在本領域是公知的，在此沒有給出說明。當葉片415旋轉時，將攪拌并推動腔311中的液體從用箭頭328所示的熱導管65附近的區域流進液體溝道組件339中。液體溝道組件339包括通過溝道壁劃分的微溝道組。在熱導管65的外部表面上安裝有翅片(fin)653，以更好地將熱量從液體傳導至熱導管。具有液體填充口317和用作安全控制以保護熱傳導裝置31的壓力釋放閥門316。還通過可膨脹的波紋管315以及探測器313保護該裝置。當加熱在腔311中的液體時，其體積很可能相應地膨脹。其結果是，其將迫使可膨脹的波紋管膨脹。在波紋管315后面的自由空氣空間319設計為具有足夠的空間，以容納在正常工作期間的這種膨脹。然而，如果液體的溫度比正常工作的溫度高得多，波紋管315的膨脹可以更大，從而可觸發探測器313。當探測器313被觸發時，通過引線312將信號發送至外部的監控電路，并且將隨后進行適當的校正。此外，探測器313可探測熱傳導裝置31的工作條件。通過檢查在空氣空間316中的空氣溫度和壓力，它們可探測液體的體積以及溫度，并且通過檢查在空氣空間319中是否有由于泄漏導致的液體，可探測腔311的完整性。在此所述的探測機構提供了對熱傳導裝置的更好檢測。如果該探測機構失效，常規的壓力釋放閥門將開始起作用，釋放高壓蒸汽，以保護裝置。如圖所示，熱傳導裝置置于半導體芯片17的頂部，該半導體芯片17焊接在襯底15上。然后將半導體芯片封裝插入管座13中，然后將該管座13焊接到印刷線路板11上。
圖3示出了熱傳導裝置31的另一個實施例，其中外部電動機41置于裝置腔32的側面。液體溝道組件33在靠近腔32中的旋轉葉片45的一側。在液體溝道組件33的一端具有垂直部分34，以使液體轉向至熱導管65。熱導管65可具有可選翅片，以更好地將熱量從液體傳導至熱導管65，該翅片在圖中未示出。分離器35用于分離液體流。在圖4中更詳細地示出了代表性液體溝道組件33。這是在分離器35下的液體溝道組件的頂視圖。液體被推進到通過溝道壁332劃分的溝道331中。箭頭333表示液體的流向。液體從靠近葉片軸的中心區域進入，通過由旋轉葉片45產生的離心力被推出到溝道331。液體溝道可以是腔壁的部分，或者是焊接或銅焊到腔壁內表面上的獨立整體。
為了清楚，在這些圖中僅畫出了主要部件，并且沒有按比例畫出。
權利要求
1.一種芯片熱傳導裝置，包括液體腔；在所述腔內的液體溝道組件；旋轉葉片；外部電動機；分離器；以及在所述腔內的多個熱導管。
2.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔填充有熱傳導流體，并具有由外部電動機驅動的旋轉葉片，以在所述腔內循環所述流體。
3.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔具有在所述腔內的液體溝道組件，所述液體溝道組件具有通過溝道壁劃分的多個微溝道。
4.根據權利要求3的芯片熱傳導裝置，其中所述液體溝道組件可以是所述腔壁的部分，或者是連接到所述腔的內表面上的獨立整體。
5.根據權利要求3的芯片熱傳導裝置，其中所述液體溝道組件位于所述腔的內壁，熱量從所述腔壁的外部施加到所述腔的內壁。
6.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述熱導管部分插入所述腔中，而所述熱導管的另一端固定到熱沉裝置上。
7.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述熱導管在所述腔內的部分中在所述熱導管的周邊上具有熱傳導翅片。
8.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔使液體在所述腔內循環，以將從所述液體溝道組件釋放的熱量運送到所述熱導管。
9.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔具有波紋管結構，在由所述腔內的所述液體產生的壓力下，所述波紋管結構可膨脹。
10.根據權利要求9的芯片熱傳導裝置，其中所述可膨脹的波紋管在所述腔內形成密封的且較小的子腔。
11.根據權利要求10的芯片熱傳導裝置，其中所述子腔和所述腔形成空氣空間。
12.根據權利要求11的芯片熱傳導裝置，其中所述空氣空間具有電子探測器，用于檢查在所述空氣空間中的空氣的溫度和壓力。
13.根據權利要求12的芯片熱傳導裝置，其中所述探測器具有當所述波紋管接觸所述探測器時檢查和探測所述可膨脹的波紋管的功能。
14.根據權利要求12的芯片熱傳導裝置，其中所述探測器具有檢查和探測從所述子腔泄漏出來的特定液體量的功能。
15.根據權利要求12的芯片熱傳導裝置，其中所述探測器具有連接至外部監控電路的引線。
16.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔具有壓力釋放閥門。
17.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔具有用于填充的液體填充口。
18.根據權利要求1的芯片熱傳導裝置，其中所述腔由例如鋁和銅的熱傳導材料制成。
全文摘要
本發明旨在改善從半導體芯片至其熱沉裝置的熱傳導的方法。所述熱傳導裝置包括液體腔，其中液體在所述腔內循環，以將熱量從所述腔的一個位置擴散至在所述腔中部分安裝的熱導管。然后通過熱導管將熱量帶走至遠處的熱沉裝置。所述腔具有內置的機構，以允許在正常工作期間所述液體膨脹，并且可監控其膨脹狀態。
文檔編號H05K7/20GK1783463SQ200510117379
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月3日 優先權日2004年11月12日
發明者L·S·莫克 申請人:國際商業機器公司