[發明專利]具有內置熱電冷卻器的微電子組件及其制造方法

有效

• 申請號: 200580044924.0
• 申請日: 2005-12-27
• 公開（公告）號: CN101091246A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: M·法拉哈尼;G·克萊斯勒;K·弗魯特希
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L23/38
• 分類號: H01L23/38;H01L35/28
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

技術領域

本發明的實施例涉及用于微電子裝置的熱電冷卻器。

背景技術

在本領域中公認需要在操作期間冷卻諸如集成電路管芯的微電子裝置。通常，由于不均勻的管芯功率分布(power?map)需要對這種裝置進行局部冷卻(spot?cooling)，以便確保其可靠地操作，并且防止由于持續升高的溫度而導致的裝置失效。

根據現有技術已經以各種方式對微電子裝置實施冷卻。當前針對冷卻微電子裝置的大規模生產的解決方案的例子包括基于液體循環或制冷的冷卻設計。然而，已證明后一種解決方案是昂貴的。作為替換方案，已經可獲得獨立的熱電冷卻器(以下稱為“TEC”)，以便提供較便宜且有效冷卻的選擇方案。眾所周知，TEC的功能基于帕爾帖效應，電流根據其通過包括兩種不相似材料的結導致冷卻效果。當電流反向時，觀測到加熱效果。

當前的TEC通常根據三種不同的方式進行制造。根據第一種方式，提供TE材料的單晶錠，例如基于Bi或Te的合金(例如，Bi2Te3或BiSb)、或者例如PbTe或SiGe。然后，將該錠切成晶片，隨后將所述晶片切成尺寸精確的塊。然后，根據需要對所述塊中的一些適當的塊進行P摻雜(例如，用銻)和N摻雜(例如，用硒)，以產生熱電元件。此后，用Ni電鍍成對的P摻雜和N摻雜熱電元件，將其與未摻雜的熱電元件適當地焊接，并且將其夾在金屬化基板之間，以形成熱電偶(couple)。該熱電偶包括一對熱電元件，其由以電串聯和熱并聯的方式連接的一個N型熱電元件和一個P型熱電元件構成。基板可以由氧化鋁陶瓷制成，盡管也可以使用氧化鈹陶瓷以及其它材料。許多個熱電偶例如通過焊接結合在一起，以便形成TEC。例如，可以形成單級模塊，其包括單層熱電偶。此后，將TEC安裝到微電子裝置以冷卻該裝置。安裝可以通過與熱界面墊(thermal?interfacepad)的壓緊或者熱油脂、焊料或環氧樹脂來實現。所得到的組件是借助于設置在其間的安裝材料如熱油脂、環氧樹脂或焊料安裝到微電子裝置的TEC。

根據第二種方式，不是如上所述地從錠開始制造，而是通過濺射制造熱電元件。尤其，使用通常由TE材料制成的三個濺射靶來濺射P型、N型和未摻雜的熱電元件。然后，將由此形成的熱電元件以電串聯和熱并聯的方式結合在一起，以便形成TEC。隨后可以如上所述地將TEC安裝到微電子裝置。

根據第三種方式，熱電元件可以具有超晶格結構。超晶格結構通常是一種由兩種不同的半導體材料的交替層構成的結構，每一層都有幾納米厚。例如，P型或N型熱電元件可以由P型或N型半導體材料的交替層制成。每一層的厚度通常都在大約10nm的數量級上。超晶格P型熱電元件包括P型鉍硫屬化物材料的交替層，例如Bi₂Te₃/Sb₂Te₃的交替層與Bi_0.5Sb_1.5Te₃層。超晶格N型熱電元件包括P型鉍硫屬化物材料的交替層，例如Bi₂Te₃的交替層與Bi₂Se₃的交替層。相應的超晶格結構也可以由鈷銻方古礦(cobalt?antimony?skutteridite)材料構成。如上所述的超晶格熱電元件的每一層通過焊接結合到相鄰層，通常會取得大約5微米厚的結構。然后，將由此形成的熱電元件如上所述地結合在一起以形成TEC，然后如上所述地將其安裝到微電子裝置。

不利地，由于很多原因，現有技術的TEC在其的應用上受到限制。當前可獲得的TEC不一定滿足專門對于特定微電子裝置的散熱要求。此外，由于這種TEC的厚度而使其在熱通量能力(heat?fluxcapability)上受到限制，其厚度通常在毫米范圍內。而且，將當前可獲得的TEC安裝到微電子裝置的背面所必須的安裝材料不利地增加了整個封裝的接觸熱阻，由此損害了散熱效果。

附圖說明

本發明的實施例通過實例示出，且不限于附圖中的各個示圖，在附圖中相似的參考標記表示相似的元件，且其中：

圖1示出根據實施例的包括具有內置TEC的微電子裝置的微電子組件；

圖2-10d示出圖1的組件制造中的各個步驟；

圖11是示出由根據本發明實施例的微電子組件中的內置TEC提供的溫度下降、以及由根據現有技術的微電子組件中的TEC提供的溫度下降的曲線圖；

圖12是包括圖1的微電子組件的系統的示意圖。

具體實施方式