[发明专利]高热通量多元件组件的热管理

说明书

电子封装包括用于耗散来自电子元件阵列的热量的热界面，所述电子元件阵列包括固定到基板的多个电子元件。热界面包括用于沿横向于热通量的方向传递从电子元件输入的热量的薄的热扩散层。所述热扩散层是层压结构的一部分，该部分通过在输入平面上扩散热能而被有效利用。

技术领域

本发明总体上涉及电子器件的热管理，更具体地涉及用于将热能从电子元件阵列有效传输到散热器的热界面构造。

背景技术

热界面广泛用于需要将多余的热能从一个位置传递到另一个位置的散热应用。热界面通常以一定的方式位于这些位置之间，以便以有效和机械有用的方式适应所需的热传递。这种热界面的示例应用包括电子工业，其中必须冷却电子元件以保持最小阈值性能特性。通常，通过将电子器件热耦合到散热器例如散热片(heat sink)而将热量从发热电子器件中转移出去，所述散热器通常具有相对高的散热能力。散热特性包括适当的材料、配置和暴露于冷却介质。

热界面材料和结构可以促进发热元件例如电子元件与散热器的热耦合。例如，由于相对的外部几何形状、材料和发热元件附近的特殊限制，发热电子元件和散热片之间的直接物理耦合可能很困难。因此，热界面可以充当发热元件和散热片之间的物理连接机制，而不会显著阻碍热传递。因为在热能必须穿过热导率相对较低的介质的热障处，热传递可能会受到显著阻碍，所以热界面可以通过最小化热障的存在来提高热传递到散热片的效率。热界面可以制成柔软的，以“符合”表面不规则性，从而最小化可能另外阻碍热传递的空隙。

随着微电子器件的小型化和功率增加，散热对于各种电子器件的性能、可靠性和进一步小型化变得至关重要。集成电路(“ICs”)代表可能需要散热以可靠运行的示例发热电子元件。ICs通常通过将它们物理和电耦合到基板例如电路板或更具体地印刷电路板(“PCB”)而组装成封装。固定到基板的ICs和/或其他电子元件的阵列形成电子组件。对体积减小的电子组件的性能提高的需求导致每单位面积的产热增加。因此，需要改进的热管理解决方案来解决增加的热传递需求。

与热界面热耦合的发热元件构成了通过最低热阻抗路径发射热能的热源。例如，在热发生器元件热耦合到均匀热界面的应用中，热能通常沿锥形或柱形图案耗散到散热片。在散热片比热界面导热得多的情况下，从热源的散热遵循对散热片的最低热阻抗路径。在热界面均匀的情况下，这样的路径是热源和散热片之间通过热界面的最短距离的路径。这种现象导致了具有各向异性热导率的热界面的发展，其中通过厚度(“z”)方向即热源和散热片之间的最短路径的热导率是一种调整为促进沿这种“z”方向的热传递的专门设计的构造。这种热界面的示例包括定向石墨垫，其中石墨纤维平行于通过热界面的厚度的“z”轴而取向。通过这样的布置，热界面表现出沿“z”轴的优先热传递。尽管各向异性热界面已被证明可用于沿z轴方向以高热导率值传导热能，但几个缺点阻碍了它们的普遍接受。例如，定向纤维热界面往往很昂贵。另外，某些应用要求在制造期间沿z轴压缩电子封装，这种压缩可损坏定向纤维并降低整体热导率。

某些传统的高热导率界面，包括各向异性热界面的许多变体，表现出不足以被视为非导体的电阻率。许多应用需要对连接的电子元件进行电绝缘，其中这种高热导率界面是不合适的。

因此，一个目的是提供一种在其厚度上是非导体的热界面。

另一个目的是提供一种在厚度压缩之后保持有效的热导率的热界面。

另一个目的是提供一种能够同时耗散来自发热电子元件阵列的热能的成本有效的热界面。

更进一步的目的是提供一种电子封装，其利用热界面来有效地耗散来自多个间隔开的电子元件的阵列的热能。

发明内容

通过本发明，由多个电子元件的阵列产生的多余热能可以有效地耗散到散热器。特别地，本发明提供一种热界面，其通过沿x和y轴扩散来自热源的热能来增强沿平行于厚度轴的方向的整体热导率。所述热界面利用被配置为沿x和y轴有效地传导热量的热扩散层，以便提高热界面沿z轴热传递到热耗散器的体积利用率。