CN102066109A - 热传递结构 - Google Patents

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metal
assembly
array
heat transfer
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CN2009801232484A
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罗杰·斯科特·堪珀斯
尚卡尔·克里斯南
艾伦·麦克·里昂
托德·理查德·沙拉孟
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Nokia of America Corp
Original Assignee
Alcatel Lucent USA Inc
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Abstract

装置100包括具有第一表面125的第一基底130、具有面向所述第一表面的第二表面127的第二基底132、以及位于所述第一表面上的金属凸起特征170的阵列170，每一个凸起特征将所述第一表面与所述第二表面相接触，所述凸起特征的一部分经由压缩力305而变形。

Description

热传递结构
技术领域
本公开内容总体上涉及包括热界面材料在内的装置和制造该装置的方法。
背景技术
常规的热界面材料(TIM)通常由散布在热绝缘有机基体(organic matrix)中的热传导微粒(例如，粘合剂或油脂)合成。由于经常需要确保正确的粘性，这种复合物的导热性受限于微粒相对低的浓度，以及受限于微粒与微粒接触的热阻，微粒相对低的浓度。此外，可以将导热性很差的充气空间聚集在有机基体中，从而减少TIM的整体导热性。软金属(例如，铟)或者其它软材料(例如，石墨)有时也被用作热界面材料。虽然这些材料的导热性高于复合材料，然而其贴合非平坦或不规则表面的能力有限。这些软的材料中的一些容易受到腐蚀并可具有低的熔点。所有这些限制可对可靠性、适用性和装配选项造成限制。
发明内容
一个实施例是装置，其包括具有第一表面的第一基底、具有面向所述第一表面的第二表面的第二基底以及位于所述第一表面上的金属凸起特征的阵列，每一个凸起特征将所述第一表面与所述第二表面相接触，所述凸起特征的一部分经由压缩力而变形。
另一实施例是装置，其包括具有前表面和后表面的金属平坦基底，所述后表面与所述前表面相对。所述装置还包括金属凸起特征的阵列，直接位于每一个所述表面上。
另一个实施例是方法。所述方法包括：在电子器件的第一组件的表面上提供热传递结构，其中，所述热传递结构包括金属可变形凸起特征。所述方法还包括：将所述电子器件的第二组件压向所述表面，使得所述热传递结构位于所述第一组件和所述第二组件之间，使得至少一部分所述金属可变形凸起特征变形，以与按压之前的所述凸起特征的高度相比，减少其高度至少约百分之一。
另一个实施例是方法。所述方法包括：形成热传递结构，包括在充分平坦的基底表面上形成压力可变形金属凸起特征的二维阵列。所述阵列具有针对由以下特征构成的组所选择的属性：A)所述凸起特征是中空的；B)所述凸起特征是电镀结构；以及C)所述凸起特征的第一组具有第一高度，所述凸起特征的第二组具有不同的第二高度。
附图说明
当与附图一起阅读时，通过以下详细描述对本公开内容的实施例进行最好的理解。对应的或相似的数字或符号指示了对应或相似的结构。为了讨论的清楚，未按照比例画出各种特征，并且可在大小上任意增加或减少各种特征。现结合附图对后续描述进行引用，在附图中：
图1A-1B示出了本公开内容的示例装置在压缩前的截面视图；
图2示出了本公开内容的示例装置在压缩前的截面视图；
图3示出了图1A中所示的示例装置在压缩后的截面视图；
图4-11示出了本公开内容的装置的示例凸起特征的透视或截面视图；
图12示出了在使用诸如图1A-3中的本公开内容的装置的示例方法中所选择的步骤的流程图；
图13示出了在制造诸如图1A-12中的本公开内容的装置的示例方法中所选择的步骤的流程图；
图14A-14I示出了在制造诸如图13中的本公开内容的装置的示例实施例中所选择的阶段的平面图；以及
图15A-15D示出了在制造诸如图13中的本公开内容的装置的示例实施例中所选择的阶段的截面图。
具体实施方式
图1A和1B示出了示例装置100的截面视图。装置100包括具有设计的金属可变形凸起特征110的热传递结构105。与变形前的形状相比(例如图1A所示的凸起特征110的变形前形状)，金属可变形凸起特征110被配置为在至少一个维度115上被压缩。
总体上，对于更大的压缩量，存在增强的热传递。然而，要求更大量的压缩力来达成更大程度的压缩，这可能无意间损坏装置100的组件。从而，在提高热传递的好处与损坏装置之间，对在至少一个维度115上的压缩量进行谨慎地平衡。在一些优选的实施例中，与变形前的形状相比，金属可变形凸起特征110被配置为在至少一个所选维度(例如，高度)上被压缩至少约百分之一。在其它优选实施例中，金属可变形凸起特征110被配置为在至少一个所选维度上被压缩至少约百分之五，在一些情况下，至少约百分之二十五。
在一些优选实施例中，单个的凸起特征110是毫米级别的或更小的结构。即，每一个金属可变形凸起特征110具有至少一个约1毫米或更小的第二维度120(例如，宽度、高度或厚度)。毫米级别的凸起特征可以有利地贴合(例如，进行很近的接触)于一些组件的不规则表面或粗糙表面，并从而增强组件之间的热传递。与更大级别的凸起特征110相比，毫米级别的凸起特征还有利地要求较低量的压缩力来进行变形，从而在压缩凸起特征110时，减少了损坏装置100的组件的风险。
如本文所用的术语“设计”指的是具有根据本文描述的原理并通过本文描述的过程而有意创建的一个或更多固体形状的凸起特征110。凸起特征110被设计为以机械的方式进行变形，并从而贴合于装置100的基底或组件130、132的界面表面125、127的非均匀性，同时维持热流方向140上的连续的热路径。例如，凸起特征110被设计为在物理上与表面125、127都接触，而不管表面125、127是否如图1A中所示的共面，或不管表面125、127中的一个或两个是否是弯曲的或非平坦的。所设计的与表面相对的凸起特征完成，其可自然地出现在一些金属结构上，或者可作为通过沉淀、切割、锻造或其它加工过程形成金属结构的结果而无意间出现。
为了清楚起见，将特定设计方面呈现来作为示例凸起特征中的单一元素。然而，应该理解，凸起特征110的一些优选实施例可以在单一结构中结合多个设计方面。
在一些实施例中，装置还包括电子器件145。例如，当装置100是远程射频头、基站、计算机或电信系统的其它部分时，电子器件145可以是电路板。该器件可具有至少两个组件130、132，这两个组件130、132在界面表面125、127处彼此接触，并且热传递结构105位于界面表面125、127之间。组件130、132的示例实施例包括散热器或热源(例如，集成电路)。
本公开内容的凸起特征110被设计为由足以引起凸起特征的压缩(例如，至少约百分之一)的变形压力以机械的方式被进行压缩。然而，一般对变形压力进行谨慎地调节以避免对同样可能经受变形压力的装置100的组件130、132进行压缩或进行变形或损坏。例如，如果变形压力过大，可能损坏位于热传递结构105之下或之上的组件130、132。
如本文使用的术语“凸起”意味着制造凸起特征110的金属材料与凸起特征110所在的表面125是非共面的。例如，在一些实施例中，金属可变形凸起特征110可位于(并且在一些情况下，直接形成在)装置100的组件130的表面125上。
在例如图2所示的截面视图中所示出的其它实施例中，凸起特征110可位于(并且在一些情况下，直接形成在)基底220的一个或多个表面210、215上，基底220也是热传递结构105的一部分，而不是装置的单独组件。在这种实施例中，装置100可以仅由包括凸起特征110和基底220在内的热传递结构105构成，或者还可以包括与图1A中所示的组件相类似的其它组件(图中未示出)。在一些实施例中，凸起特征110可位于平坦基底220的第一侧225和相反的第二侧230的表面210、215中的一个或两个上。在一些情况下，基底220是由与凸起特征110相同的金属或不同的金属制成的可变形金属基底。例如，示例基底220可以是厚度235在大约10到1000微米的范围内的平坦金属箔。然而，在其它实施例中，为了进一步利于与组件的表面贴合，基底220可以是弯曲的，或者具有其它的非平坦形状。
在一些情况下，第二维度120可以与第一维度115相同。例如，第一和第二维度115、120可以都对应于凸起特征的高度150，凸起特征的高度150可以是大约1毫米或更少。在例如图1A所示的其它情况下，第二维度120可以对应于凸起特征110的宽度152。在一些情况下，当凸起特征110不具有统一的宽度152时(例如，凸起特征的宽度逐渐变细)，宽度的至少一部分(例如，凸起特征110的顶部156处的宽度154)是大约1毫米或更小。在其它情况下，第二维度120可以对应于凸起特征110的厚度。例如，如在下面图9的上下文中所讨论的，当凸起特征是中空的时，第二维度120可以对应于凸起特征110的外壁的厚度。
图3示出了当在至少一个维度115上已对金属可变形凸起特征110进行了压缩之后，图1A所示的示例装置100的截面视图。例如，通过以下方式可以将变形前压力305施加到凸起特征110上：使第二组件132的表面与凸起特征110的顶部156(图1A)相接触，并将装置100的第二组件132压向凸起特征110所处的第一组件130。
通过弯曲(bending)和纵弯曲(buckling)凸起特征110的形状，或者通过其它改变凸起特征110的形状的模式，在至少一个维度115上的压缩可以发生。如下进一步讨论的，凸起特征110可以被特别设计为具有以施加的最小变形压力305来协助有效压缩凸起特征110的形状和维度。具体地，对凸起特征110的形状和维度、凸起特征110之间的间隔以及用于形成凸起特征110的材料类型的选择都是最新发现的结果有效的变量，他们用于控制以给定的所施加的压力305压缩凸起特征110的方式和程度，以利于热传递。
在一些优选实施例中，被压缩的维度平行于热流的方向140。这可以利于对凸起特征110中的一些进行压缩，以形成以热或物理的方式将组件130的一个表面125直接与第二组件132的第二表面127沿着热传递方向140相连的连续相的金属。将压缩的凸起特征110的金属作为热流140的方向上支配性的连续相有利于组件130、132之间的热传递。这与传统的TIM是不同，在传统的TIM中，具有相对差的导热性的有机基体是热流方向上支配性的连续相。
如图1A中所示，在压缩之前，凸起特征110可以是彼此间不直接接触的离散结构。如图3中所示，在一个维度115上的压缩可以导致同时在凸起特征110的另一个维度310上的增加，该同时增加实质垂直于压缩维度115和所施加的变形压力305。对于例如图3所示的一些实施例，在压缩后，可以将凸起特征110在其它维度310上充分放大或增加，以与侧面相邻的凸起特征110以物理的方式相接触。相邻凸起特征110之间的侧面接触还可以有利地促进热传递。例如，凸起特征110中相邻的一个之间的侧面接触可以有助于将热量从组件130、132内高热量生成的局部区域(例如，热点)消散掉。
如图1和3所示，组件130、132的表面125、127可具有非均匀性。组件表面125、127上的非均匀性可以包括局部的不规则性，例如空隙、凹陷、加工标记，或者包括非局部的不规则，例如，凹面或凸面的区域或表面或者其它非平坦的区域或表面。在一些优选的实施例中，使得凸起特征110中被压缩的凸起特征保形地沿着装置100的组件132的非平坦表面127贴合。例如，可以将凸起特征110设计得足够高，以使得在被压缩后，他们提供以物理和热的方式连接组件130、132的表面125、127的连续相的金属。由于可被压缩到不同的程度，凸起特征110的阵列170有利于在不规则表面125、127上的贴合连结。这与传统的软金属或其它软材料(如，铟或石墨)相反，传统的软金属或其它软材料贴合一些组件的不规则非平坦表面的能力很差。
在一些情况下，例如当组件130、132的界面表面125、127都不规则时，或者至少一个表面132是高度不规则时，使用例如图2所示的热传递结构105可以是特别有利的。与单侧凸起特征110(例如，在基底220的侧面225、230中的一个上或者在一个组件130上的凸起特征110)相比，具有双侧凸起特征110(例如，在基底220的两侧225、230上的凸起特征110)的热传递结构105可具有更精确地与不规则表面125、127两者都贴合的能力。然而，在其它情况下，在例如图1A所示的不规则表面130上直接形成的凸起特征110可以向表面130提供所需的贴合。
在其它情况下，可以在组件130、132的界面表面125、127两者上形成凸起特征110。例如，一个表面127可以是散热器132的表面，并且另一表面125可以是所封装的集成电路的盖子。在这样一些实施例中，例如图1B所示的实施例，可以对对应的界面表面125、127上的凸起特征进行交错，以使得当施加变形压力时，一个表面125上的凸起特征110(例如，凸起特征110的阵列170)与另一个表面127上的凸起特征110(例如，凸起特征110的阵列170、171)互相交叉。在两个表面125、127的任意一个或两个上，凸起特征110可具有相同或不同的结构(例如，相同或不同的高度、形状等等)。
如图1A和3所进一步示出的，在一些实施例中，粘合剂或热脂160可以位于金属的可变形凸起特征110中相邻的凸起特征110之间。在一些情况下，粘合剂160可以有助于将组件130、132(例如，热耦合组件130、132)结合在一起。在一些情况下，诸如触变型油脂的热脂160可以通过减少或消除界面表面125、127(例如，彼此面对的表面125、127)之间的气穴来增强热传递性能。在一些优选实施例中，凸起特征110被设计或分隔，使得当压缩凸起特征110时，粘合剂或热脂160可以在凸起特征之间自由移动。例如，在垂直于压缩维度115的方向315上，可以存在连续相的粘合剂或热脂160。在其它情况下，在凸起特征110之间可以存在粘合剂或热脂160的离散区域。
可以谨慎地选择制造凸起特征110和可选基底220的金属，以满足可应用于热传递结构105的应用的准则。有时，为了最小化组件130、132的界面表面125、127上的热阻，需要最大化金属的导热性并最小化该金属的模量。其它相关的考虑因素包括金属对腐蚀、氧化和蠕变的抗性或金属的成本。此外，金属的熔点应该远远超过装置100的工作温度，以确保热传递结构105不熔化或蠕变。低模量(例如，体积模量)、对抗氧化和抗腐蚀的高导热性金属的示例包括银、铜、铝、锡、铅、镍、铟或它们的合金。
在一些优选实施例中，凸起特征110可具有逐渐变细的形状。例如，如图1A中所示，在一些实施例中，凸起特征可以是锥形的。与具有类似大小的非逐渐变细的凸起特征110相比，具有逐渐变细的形状的凸起特征可以有利地要求施加更低量的变形压力来进行压缩。压缩具有逐渐变细的形状的凸起特征所需的减少的压力是由于与非逐渐变细的形状相比，需要压缩更小量的材料(例如，与最大宽度相同的非逐渐变细的凸起特征相比，在塑性变形期间，更少量的材料发生移动)。考虑具有1mm的底部直径152和2mm的高度150的锥形凸起特征110作为示例。锥形凸起特征110的一些实施例可以要求大约0.7MPa的变形压力以达成高度150上百分之五十的减少。相比之下，高度相同、直径等于底部直径152的非逐渐变细的凸起特征110(例如，圆柱形的柱体)可以要求大约6倍或更大的变形压力(例如，为了在高度150上获得大约百分之五十的减少)。然而，仍然可以存在这种情况：具有非逐渐变细的形状的凸起特征110(例如，柱体)是优选的，因为相比于圆柱，通过锥形的热阻可能更高。
为了示出附加设计方面，图4-11示出了金属可变形凸起特征110的一些示例实施例的透视或截面视图。为了清楚，使用在图1-3中所使用的相同引用标号来描述图4-11中示出的结构的类似方面。
图4示出了装置100的示例实施例的透视视图，其中，热传递结构包括凸起特征110的二维阵列170。与图2所示的实施例类似，金属可变形凸起特征110可以位于平坦可变形金属基底220的一个侧面225(例如，第一侧面)和相反的侧面230(例如，第二侧面)上。为了有利于沿着一个组件的不规则表面的保形贴合，将相反侧面230上的凸起特征110的位置相对于在一个侧面225上的凸起特征110的位置相互交叉。通过将在两个侧面225、230上的凸起特征110的位置相互交叉，在两个侧面225、230上形成了凸起特征110的二维阵列170。这种相互交叉的凸起特征110位置经由具有最小的施加压力305(图3)弯曲模式可以促进压缩，从而达成所需的压缩。
如图4中进一步示出的，热传递结构105的一些实施例可以包括基底220上的开口410，开口410可以位于基底220上的凸起特征110的位置之间。开口410可以从基底220一个侧面225延展到另一个侧面230。开口410可以有利地允许粘合剂或油脂160(图1A或3)在组件130、132的上表面和下表面125、127之间流动，从而增强粘合剂或油脂在侧向315以及沿着热流140的方向上的流动。
图5示出了具有热传递结构105的装置100的另一个示例实施例的透视视图，热传递结构105具有凸起特征110的二维阵列170。基底220还具有开口510的阵列505，开口510的阵列505散布在位于基底220的一个侧面225上的凸起特征110之间。基底220中的开口510的阵列505可以有利于当压缩凸起特征110时，粘合剂或热脂160(图1A和3)的散布。例如，开口510的阵列505可以允许粘合剂160在组件130、132的界面表面125、127上容易地流动，并有效地填充空隙(图3)。
如图5中进一步示出的，凸起特征110的一些实施例可以被配置为均匀分布的二维阵列170。然而，在其它情况下，可以随机分布凸起特征110的阵列170。图5所示的凸起特征110实质上是金字塔型的。然而，可以类似地布置其它各种形状(例如柱体、锥体或环体)来作为二维阵列170。
可以基于易于制造和当压缩时提供有效热传递之间的平衡来选择凸起特征110的形状。
例如，如图6的透视视图所示，凸起特征110可以是柱体的阵列170，例如使用丝焊机形成的柱形凸块。这种凸起特征110具有以下优势：使用现有的制造过程来容易且廉价地形成。尽管可以使用铜和其它金属，然而通常在丝焊设备中使用铝和金(都是高导热性的金属)。此外，依照需求，可以在各种不同的表面上形成这种凸起特征110，包括在组件130的表面125上直接形成。
如图7的截面视图所示，作为另一个示例，凸起特征110可以是电镀柱体的阵列170。形成这种凸起特征110是廉价的，并且可以进行大规模制造以生产大量的热传递结构105。此外，按照需求，还可以在各种表面上形成这种凸起特征110，包括在组件130的表面125上直接形成。此外，可以将被配置为电镀柱体的凸起特征110加工为具有高的纵横比(例如，高度150与直径152之比为大约5∶1或更大，或者在大约5∶1到10∶1的范围内)。可以使用现有制造过程对例如银和铜的金属进行电镀。此外，可以形成包括多个不同金属的层在内的电镀柱体。例如，图7所示的凸起特征110可被配置为包括铜层710和更薄的锡层720在内的柱体。被配置为多层柱体(例如，具有多个电镀金属层的柱体)的凸起特征可利用不同金属的材料属性，例如铜的高导热性和锡的延展性。
在例如图7所示的一些实施例中，每一个凸起特征110可具有实质上相同的高度150(例如，百分之十以内的相同高度)。然而，在其它实施例中，可以存在具有不同高度的至少两组凸起特征。。在图8的透视视图中示出了这种实施例，其中，组810内的凸起特征110具有相同的高度815，同时第二组820内的凸起特征110具有第二高度825，第二高度825比第一高度815至少高大约百分之十。
具有不同高度815、825的组810、820的凸起特征110的阵列170可以有助于最小化总的施加压力，该总的施加压力是达成对不规则组件表面所需贴合度所要求的总的施加压力。在压缩期间，将首先压缩凸起特征110的最高的组830。当在这种组830中存在数目相对少的凸起特征110的情况下，压缩所需的施加的变形压力可以非常低。从而，针对给定量的所施加的压力，与统一高度的凸起特征110的阵列170相比，可达成的压缩可以更大。一旦获得特定级别的压缩，凸起特征110的次高组820将开始压缩。这可能增加对组件的不规则表面的贴合的增强所需的压力，但是可以有利地增加与表面的热接触点的总数。当需要消散来自于组件中热点的热量时，或者当组件表面展现出高度不规则时，这种途径可以特别起作用。
在例如图9A-9C的透视视图所示的一些实施例中，一个或更多凸起特征110可以是中空的。尽管在图9A-9C中示出了中空的椎体，本文讨论的凸起特征110的其它任何形状也可被配置为中空的结构。在一些情况下，当凸起特征110是中空的时，第二维度(图1A)可以与凸起特征110的外壁915的厚度910相对应(图9A)。
使用中空凸起特征110的一个优势是：与相同大小的等价实心凸起特征相比，其可以要求显著更小的压力305来进行压缩。由于可以让中空凸起特征110的壁915的厚度910比凸起特征整体厚度152薄，因此需要更小的用于压缩的压力。另外，可以将中空凸起特征110压紧到更小的侧面积中，因为当施加变形压力305时，壁915可以向中空凸起特征110的外部移动，或者向中空凸起特征110的内部移动。然而，在某个情况下，实心凸起特征110可以是优选的，因为与中空凸起特征110相比，其包含更多金属，并从而可以提供更有效的热传递路径。
在一些实施例中，一个或更多凸起特征110具有在至少一个维度115上的曲面925(图9B、9C、9E)，凸起特征110被配置为在该至少一个维度115上被进行压缩。这种弯曲凸起特征110的一个优势是：与实质上等价的非弯曲凸起特征110相比，这种结构可需要显著小的压力来进行压缩。例如，当向弯曲凸起特征110施加变形压力时，其将比等价的非弯曲凸起特征更容易被压弯。
为了进一步示出上述实施例中的一些，考虑如图9A所示的被配置为中空铜锥体的凸起特征110的示例阵列170。每个锥体具有大约1mm的底部直径152和大约2mm的高度150，以及大约50微米的壁915厚度910。与压缩相同大小但是实心的铜锥体的类似阵列所需的压力相比，将高度150压缩百分之七十五所需的变形压力仅是前者的约百分之十七。对被配置为中空凸面铜锥体(例如，如图9B所示)的凸起特征110的类似阵列170进行类似压缩所需的压力305大约是压缩实心锥体所需压力的百分之十五。对被配置为中空凹面铜锥体(例如，如图9C所示)的凸起特征110的类似阵列170进行类似压缩所需的压力305大约是压缩实心锥体所需压力的百分之七。将凸起特征110配置为中空凹面锥体的一个附加好处在于：当施加变形压力时，该形状可以利于过多的粘合剂或热脂160(图1A、图3)从组件之间的最近接触区域流动到可从额外的粘合剂或热脂160受益的区域。
在例如图9B和9C所示的一些情况下，将弯曲的凸起特征110对称弯曲。在其它情况下，可以将弯曲的凸起特征110不对称地弯曲。不对称弯曲可以有助于进一步减少达成对凸起特征110的压缩所需的变形压力。例如，弯曲的凸起特征110可以是直角锥体(图9D)，或者是不对称的凹面锥体(图9E)。作为其他示例，图5示出了被不对称弯曲的实质上金字塔形的凸起特征110。
图10A和10B示出了具有奇点1010的示例凸起特征110的透视视图和截面视图。如本文使用的术语奇点1010指的是在要被压缩的至少一个维度上的凸起特征110的平滑度或形状表面上的任何的锐利不连续性。在一些实施例中，一个或更多凸起特征110具有在该至少一个维度115上的奇点1010。奇点1010的出现可以有助于减少达成对凸起特征110的压缩所需的变形压力305。例如当施加变形压力305时，在靠近奇点110处可发生凸起特征110的第一弯曲。在图10A所示的示例凸起特征110中，奇点1010被配置为火山口形。在图10B所示的示例凸起特征中，奇点1010位于凸起特征110的锥体1020和反转锥形1030部分的连接点处。在其它实施例中，奇点可以是在凸起特征的光滑表面上的锐利向内(例如，褶皱)或向外(例如，凸块)的压痕或者凸块。
在装置100的其它实施例中，可以将凸起特征110配置为鳍形，并可将其布置为鳍形的一维阵列170。在图11的透视视图中示出了这种实施例，其中，每一个凸起特征110是鳍形。类似于上述二维阵列170，鳍的厚度，鳍之间的间隔以及鳍形的曲率都可以被调节以改变热传递结构105的属性。例如，如图11中所示，为了最小化达成压缩所必须施加的压力的量，可以将鳍进行弯曲。与直的鳍相比，弯曲的鳍可以要求更小的压力以进行压缩，因为压缩的压弯模式将被引入到压缩的纵弯曲模式上。可以将被配置为鳍的凸起特征110布置为：当施加压缩压力时，倒塌到相邻的鳍形上，从而创建与以上在图3的上下文中所讨论的类似的用于热传递的附加路径。在一些情况下，可以垂直于鳍的长度来制造作为奇点的交叉纹路，以利于与组件的不规则表面的局部贴合。
再一次参见图1A和3，装置100的另一个实施例包括具有第一表面125的第一基底130，以及具有面向第一表面125的第二表面127的第二基底132。装置100还包括位于第一表面125上的金属凸起特征110的阵列170，每一个凸起特征110将第一表面125与第二表面127相接触，凸起特征110的部分156经由压缩力305而变形。
在一些实施例中，在表面125、127中的每一个上可以存在两个阵列170、171(图1B)。在一些实施例中，金属可变形凸起特征110在第一表面125的区域172的一部分(图1A)与第二表面127之间提供物理连接，其中，第一表面127的区域172是非平坦。在一些实施例中，每一个金属凸起特征110形成将第一和第二表面125、127直接连接的连续相的金属。在一些实施例中，阵列170是锥体、柱体的二维阵列(例如，被配置为柱体或锥体的凸起特征110)。在一些实施例中，金属凸起特征110是鳍形(例如，图11)。在一些实施例中，每个金属凸起特征110包括两个金属层710、720(例如，图7)，每个金属层710、720包括不同的金属。在一些实施例中，每一个金属凸起特征110具有实质上相同的高度115。在一些实施例中，金属可变形凸起特征110是中空的(例如，图9A-9C)。在一些实施例中，存在具有两个不同高度815、825的金属可变形凸起特征110的至少两个组810、820(例如，图8)。在一些实施例中，一个或更多金属凸起特征110具有曲面925(图9)或奇点1010(图10)。在一些实施例中，每个基底130、132是集成电路。
再一次参见图2。装置100的另一个实施例包括具有前表面225和后表面230的金属平坦基底220，后表面225与前表面230相对。装置100还包括直接位于表面225、230的每一个上的金属凸起特征110的至少一个阵列170(以及，在一些情况下，两个阵列170、250)。在一些实施例中，装置100(图2)还可以包括具有第一表面125的第一基底130(例如，第一集成电路)和具有第二表面127的第二基底132(例如，第二集成电路)，第一和第二表面125、127中的每一个与阵列170、250中一个阵列的凸起特征110直接物理接触。
本公开内容的另一个实施例是使用装置的方法。图12示出了使用装置1200(例如，图1A-3中的装置100)的示例方法1200中所选择的步骤的流程图。继续参考图1A-3，方法1200包括步骤1210：在电子器件145的第一组件130的表面125上提供热传递结构105。热传递结构105包括金属可变形凸起特征110。
可以在步骤1210中提供凸起特征110的任何的实施例。将凸起特征110配置为：与变形前的形状(例如，如图1A、1B或2所示的形状)相比，在至少一个维度115上进行压缩。在一些优选的实施例中，每一个凸起特征110具有大约1毫米或者更小的至少一个第二维度120。
在一些情况下，步骤1210中提供凸起特征110可以包括在组件130、132的界面表面125、127中的一个或两个上形成凸起特征。在其它情况下，步骤1210中提供凸起特征110可以包括在界面表面125、127中的一个上放置例如如图2所示的预先形成的热传递结构。
方法1200还包括步骤1220：将电子器件145的第二组件132压向第一组件130，以使得热传递结构105位于第一组件130和第二组件132之间，以及与在第一组件130和所述组件132彼此接触之前相比，在至少一个维度上压缩凸起特征110至少约百分之一。例如，在一些实施例中，按压步骤1220包括给予至少大约0.7mPa的变形压力。
在例如图1B所示的情况下，当第二组件132也具有位于表面127上的第二热传递结构105时，按压步骤1220可以压缩位于两个表面125、127上的凸起特征110。在例如图2所示的热传递结构105包括在基底220的一个或两个侧面225、230上的凸起特征110的情况下，按压步骤可以压缩位于两个侧面225、230上的凸起特征110。
方法的一些实施例还包括步骤1230：将两个组件130、132绑定在一起，同时热传递结构位于其间。在一些情况下，可使用机械钳将组件130、132保持在一起来达成绑定步骤1230。在其它情况下，可通过在按压步骤1220之前将粘合剂160位于凸起特征110之间来达成绑定步骤1230。
继续参见图1A和12，在方法1200的另一个实施例中，包括(步骤1210)：在电子器件145的第一组件130的表面125上提供热传递结构105，其中，热传递结构105包括金属可变形凸起特征110。如图3所示，方法1200还包括(步骤1220)：将电子器件145的第二组件132压向表面125，使得热传递结构105位于第一组件130和第二组件132之间，使得金属可变形凸起特征110的至少一部分154(图1A)变形，以与按压之前的凸起特征110的高度115(图1A)相比，将其高度115(图3)减少至少约百分之一。
另一个实施例是制造装置的方法。图13示出了制造例如图1A-11所示的装置及其部件的示例方法1300中所选择的步骤的流程图。
继续参见图1A-11，方法1300包括形成热传递结构105(步骤1305)，包括形成金属可变形凸起特征110的步骤1310。
在一些情况下，形成凸起特征110(步骤1310)包括步骤1315：在装置100的组件130、132的一个或更多表面130、132上形成凸起特征110。在一些情况下，形成凸起特征110(步骤1310)包括步骤1320：在作为热传递结构105的一部分的基底220的一个或更多表面210、215上形成。
通过该方法可以制造本文描述的装置的任何实施例。如上讨论的，在一些优选的实施例中，凸起特征110被配置为在至少一个维度115上被压缩至少百分之一，并具有大约1毫米或更少的至少一个第二维度120。
在一些情况下，步骤1315中在表面上形成凸起特征110包括丝焊步骤1322，以在组件表面125上直接形成凸起特征110。例如，通过依照步骤1322的柱形凸块，可以形成被配置为例如图4所示的柱体的凸起特征110。本领域技术人员对丝焊过程以及可通过丝焊生产的其它类型的凸起特征110的形状很熟悉。例如，可以在步骤1322中形成具有环体的凸起特征。
在一些情况下，步骤1315中在表面形成凸起特征110包括电镀步骤1324，以在组件表面125上直接形成凸起特征110。本领域技术人员对可用于形成凸起特征的电镀过程很熟悉。例如，通过位于组件表面125上的光阻蚀剂层中的开口，可以对一个或更多金属进行电镀，以形成被配置为例如图7所示的单层或多层柱体的凸起特征110。
在一些情况下，步骤1320中在基底表面上形成凸起特征可包括丝焊步骤1322或电镀步骤1324。例如，可经由丝焊或电镀步骤1322、1324在金属基底220的表面210上形成被配置为柱体的凸起特征110。
在一些情况下，形成凸起特征(步骤1310)包括空腔铸造过程(步骤1330)。空腔铸造可具有包括低成本处理和与所有类型的金属一起使用的能力在内的优势。空腔铸造过程(步骤1330)包括形成铸模的步骤1332。铸模具有对凸起特征的形状进行复制的空腔。形成铸模可包括形成凸起特征的模型。在一些情况下，铸模还复制了对凸起特征进行相互连接的基底。空腔铸造过程(步骤1330)还包括步骤1334：将金属放入空腔中，从而形成凸起特征。在一些情况下，在步骤1334中将液体金属放在铸模中，并然后允许进行冷却。在其它情况下，可以将金属微粒放在铸模中，并对其加热以使金属在空腔中液化，并然后允许进行冷却。空腔铸造过程(步骤1330)还包括步骤1336：将凸起特征与铸模分离。在一些情况下，分离步骤1336导致铸模的毁坏，而在其它情况下，铸模是可重复使用的。例如，分离步骤1336可包括在炉里加热，以使得蜡或聚合物(如，热塑性或热固性的聚合物)铸模被融化或烧毁。分离步骤1336可包括例如化学或等离子清除的清除步骤，以移除所有的铸模材料。
继续参见图13，图14A-14I示出了了依照步骤1330的示例空腔铸造过程的所选阶段的平面视图。图14A-14E示出了形成铸模的步骤1332中的不同阶段。图14A示出了被加工以匹配凸起特征的目标形状的模型1405。例如，可以使用各种技术来加工模型1405，例如聚合物或蜡材料的三维印刷和加工。这种技术在制作包括具有超高纵横比的形状(例如，具有高度比为大约10或更大的凸起特征)在内的各种形状和大小上特别有效。图14B示出了第一铸模1410的形成，其包括形成对凸起特征的形状进行复制的空腔1415。例如，模型1405可用于使用硅橡胶的室温硫化来制造第一铸模1410。图14C示出了从第一铸模中移除模型1405之后的铸模1410。
图14D示出了用于制造第二模型1420(例如，牺牲的第二模型，如第一模型1405的蜡质副本)的第一铸模1410，然后，从铸模1410中移除第二模型1420(图14E)。第二模型1420用于形成具有对凸起特征的形状进行复制的空腔1430的第二熔模铸模1425(图14F)。然后，通过摧毁第二模型1420，将第二模型1420从第二铸模1425中移除。例如，可以将第二模型1420从空腔1430中融掉或烧掉，以提供空的空腔1430(图14G)。然后，可以使用如图14H-14I所示的熔模铸造过程，将第二铸模1425用于制造凸起特征1435。例如，可以依照步骤1334将金属1440放在空腔1430中(图14H)。然后，可以依照步骤1336(图14I)将凸起特征1445从第二铸模1420中移除。
对于一些具有复杂形状的凸起特征或凸起特征的一些二维阵列来说，在没有摧毁模型1405或铸模1410中的一个或两个的情况下，从铸模1410中移除模型1405可能是困难的。在这种情况下，可以直接使用第一模型1405来形成第二熔模铸模1425(图14F)，而不使用第二模型1420。
如图13所进一步示出的，在一些情况下，形成凸起特征(步骤1310)包括电镀铸造过程(步骤1340)。电镀铸造过程(步骤1340)包括步骤1342：对基本结构进行铸模，以具有对凸起特征的形状进行建模的铸模侧。电镀铸造过程(步骤1340)还包括步骤1344：将一个或更多金属电镀在铸模侧上，从而形成凸起特征。在一些情况下，为了利于电镀步骤1344，可以在电镀之前存在将种子层(seed layer)沉积在铸模侧的步骤1346。在步骤1346中沉积种子层可以包括经由刷、喷或其它众所周知的应用技术来涂敷传导性的涂料，或者经由物理蒸汽沉积过程来沉积传导性层。例如，可以将导电涂料涂敷在铸模侧。与步骤1336所描述的类似，电镀铸造过程(步骤1340)还包括将凸起特征与基本结构分离的步骤1348。
图15A-15D示出了依照步骤1340的示例电镀铸造过程的所选阶段的截面视图。对于制造被配置为中空锥体或其它形状的二维阵列的凸起特征来说，电镀铸造过程1340是特别有用的，虽然也可以通过该过程1340来制造实心的凸起特征。继续参见图13，图15A示出了依照步骤1342，在形成铸模侧1510以具有对凸起特征的形状进行建模的铸模侧之后，的基本结构1505。例如，此处可以使用与用于形成模型1405(图14)的塑料或蜡材料的相同三维印刷，来形成铸模侧1510。图15B示出了依照步骤1346在铸模侧1520上沉积种子层1515后的基本结构1505。图15C示出了在铸模侧1510上(在本示例中，在种子层1515上)电镀一个或更多金属(例如，铜或银)以形成金属凸起特征1540后的基本结构1505。图15D示出了依照步骤1348与基本结构1505分离后的凸起特征1520。例如，可以将蜡的基本结构1505融掉，以达成步骤1348中的分离。如图15D所示，在一些情况下，种子层1515可被保留作为凸起特征1520的一部分。在其它情况下，使用常规的化学或热过程将种子层1515从凸起特征1520上移除。
返回图13，示出了完成凸起特征(步骤1310)和热传递结构的形成的很多选项步骤。例如，可以存在微调步骤1350，以将额外的金属结构(例如，基底或把手结构)从凸起特征上移除，或者存在加工步骤1352，以进一步对凸起结构定形。在步骤1355中可以为凸起特征涂上保护性的涂层(例如，苯并咪唑)，以防止组成凸起特征的金属的氧化。优选地，该涂层足够薄(例如，大约一到十个分子层)，以使得不增加凸起特征的热阻。可以执行退火步骤1360以有利地减少凸起特征的模量。例如，可以通过在400℃或更高处的退火来减少电镀铜柱体的模量。形成热传递结构(步骤1305)还可以包括步骤1370：将粘合剂或热脂160放在凸起特征110之间。
取决于装置的具体配置(例如，远端射频头、基站、计算机或电信网络的其它部分)，本领域技术人员将对装置制造中的其它步骤熟悉。例如，方法1300可以包括步骤1375：形成装置的电子器件(例如，电路板)。形成器件(步骤1375)可以包括在步骤1380中形成器件的组件。本领域普通技术人员可对制造电子器件组件(例如，散热器或集成电路)的步骤1380熟悉。在将热传递结构直接形成在一个或多个组件上的情况下，形成凸起特征(步骤1310)可以是形成组件(步骤1380)的一部分。
方法1300的一些实施例还可以包括在步骤1385中将器件组件与位于其间的热传递结构耦合在一起。耦合步骤1385可以包括使用方法1200的任何实施例，例如，在上面图12的上下文和所附的文本中描述的。
继续参见图13，在方法的另一个实施例中，形成热传递结构105(步骤1305)包括(步骤1310)包括在充分平坦的基底表面125上形成压力可变形金属凸起特征110的二维阵列170。阵列170可以包括针对由以下特征构成的组所选择的属性：(A)凸起特征是中空的(例如，图9)；(B)对凸起特征进行电镀(例如，图7)；以及(C)凸起特征110的第一组810具有第一高度815，凸起特征110的第二组820具有不同的第二高度825(例如，图8)。
在一些方法的实施例中，将凸起特征110镀上金属。在一些实施例中，方法1200还包括将粘合剂或热脂160放在金属可变形凸起特征110之间。在一些实施例中，方法1200还包括对金属可变形凸起特征110进行热退火，以减少金属可变形凸起特征110的模量。
虽然已经详细描述了实施例，本领域一般技术人员应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，他们可以进行各种修改、替换和变更。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
第一基底，具有第一表面；
第二基底，具有面向所述第一表面的第二表面；以及
位于所述第一表面上的金属凸起特征的阵列，每一个凸起特征将所述第一表面与所述第二表面相接触，所述凸起特征的一部分经由压缩力而变形。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属可变形凸起特征在所述第一表面和所述第二表面的部分区域之间提供物理连接，其中，所述第一表面的区域是非平坦的。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，每一个所述金属凸起特征形成与所述第一和第二表面直接连结的连续相的金属。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阵列是锥体或柱体的二维阵列。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属凸起特征是鳍状体。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，每一个所述金属凸起特征包括两个金属层，每个金属层包括不同的金属。
7.一种装置，包括：
金属平坦基底，具有前表面和后表面，所述后表面与所述前表面相对；
金属凸起特征的阵列，直接位于每一个所述表面上。
8.根据权利要求12所述的装置，还包括：
第一集成电路，具有第一表面；以及
第二集成电路，具有第二表面，所述第一和第二表面中的每一个与所述阵列之一的凸起特征直接物理接触。
9.一种方法，包括：
在电子器件的第一组件的表面上提供热传递结构，其中，所述热传递结构包括金属可变形凸起特征；以及
将所述电子器件的第二组件压向所述表面，使得所述热传递结构位于所述第一组件和所述第二组件之间，使得至少一部分所述金属可变形凸起特征变形，以与按压之前的所述凸起特征的高度相比，减少其高度至少约百分之一。
10.一种制造方法，包括：
形成热传递结构，包括在充分平坦的基底表面上形成压力可变形金属凸起特征的二维阵列；以及
其中，所述阵列具有针对由以下特征构成的组所选择的属性：
A)所述凸起特征是中空的；
B)所述凸起特征是电镀结构；以及
C)所述凸起特征的第一组具有第一高度，所述凸起特征的第二组具有不同的第二高度。
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