用于冷却到低温温度的器件的热化结构
阅读说明：本技术 用于冷却到低温温度的器件的热化结构 (Thermalization structure for devices cooled to cryogenic temperatures ) 是由 E.P.莱万多夫斯基 B.韦伯 J.B.赫茨伯格 M.桑德伯格 O.金卡 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：使用箔和低温器件(LTD)形成热化结构。箔包括第一材料的第一层。LTD包括表面,热量从该表面传递离开LTD。在箔和LTD的表面之间形成耦接,其中,耦接包括在箔和表面之间形成的结合,使得形成结合在箔中形成一组脊,该组脊中的脊用于散热。(A foil and Low Temperature Device (LTD) are used to form the thermalizing structure. The foil comprises a first layer of a first material. The LTD includes a surface from which heat is transferred away from the LTD. A coupling is formed between the foil and a surface of the LTD, wherein the coupling includes a bond formed between the foil and the surface such that forming the bond forms a set of ridges in the foil, the ridges in the set of ridges for dissipating heat.)
技术领域
本发明总体上涉及一种用于半导体或超导芯片的冷却装置。更具体地，本发明涉及用于低温温度器件的热化结构。
背景技术
如在此使用的，“低温”范围是指低温(cryogenic)温度范围，该低温温度范围开始于或约77开氏度(K)或更低，并且低至至少1毫开氏度(0.001K)，并且在一些情况下使用目前可用的技术低至例如0.000001K。“低温”是在低温温度范围内的温度。在低温温度范围内操作的半导体或超导体器件在本文中称为低温器件(LTD)。半导体器件和/或超导器件在工作时产生热量。在低温温度范围内操作的LTD在操作时也产生热量，但是热量去除在低温操作中提出了独特的挑战。
大多数在低温温度下操作的器件依赖于在这些温度下展现超导特性的材料。大多数超导体不是良好的热导体。为了能够从结构移除热量，材料必须是良好的热导体。对于被视为良好的热导体的材料，材料必须至少表现出阈值水平的热导率。例如，根据说明性实施例，在4开氏度下大于1瓦特/(厘米*K)的热导率是良好的热导率的可接受的阈值水平。
结构的热化是将热量传导至结构或从结构传导热量的过程和装置。结构的热化通常需要物理地附接到该结构的良好的热导体，以便向结构导热/从结构导热，视需要而定。例如，当生热LTD必须被热化时，良好的热导体(例如，由铜、银、金或其他已知的良好的热导体形成的散热器)被物理地附接到LTD以从LTD移除热量。
本发明的实施例认识到，当结构以压缩的金属到金属接触附接到热导体时，实现良好的热化。因此，良好的热化也需要相当大的机械力来将压配合散热器附接到器件上。
许多低温器件(LTD，LTDs)沿着每一侧尺寸仅在几微米到几毫米内，并且包括在衬底材料上/中制造的易碎芯片。施加力以将散热器装配到LTD上是必要的，但是在目前可用的解决方案下是有问题的。在许多情况下，施加到器件以配合紧密配合的散热器的力可造成器件的损坏，或更糟糕地破坏器件。
一些低LTD包括多于一个芯片，这些芯片经由易碎的冷焊接、例如使用软焊料材料彼此耦接。例如，量子处理器可以以倒装芯片配置制造，其中一个芯片—包括具有连接点的读出电路的内插器芯片—被翻转到第二芯片—包括量子位和接触焊盘的量子位芯片—上，从而使得连接点和接触焊盘对准并且面向彼此。使用软焊料材料将内插器上的连接点冷焊接到量子位芯片上的接触焊盘。冷焊接将该内插器保持在距该量子位芯片的一个预定的距离处，以便在所得到的量子处理器中产生某些电特性。倒装芯片配置中芯片之间的距离是倒装芯片配置的正确操作中的重要因素。
本发明的实施例认识到，施加例如压缩力以安装散热器的恒力按压到倒装芯片器件上可破坏芯片的功能。因为将两个芯片相对于彼此固持在位的软焊料材料被设计成柔韧的，所以对这些芯片之一施加任何力可能引起软焊料中的蠕变或变形，从而导致芯片之间的间隔距离的无意改变。虽然使用倒装芯片可能非常容易地发生这种类型的损坏，但是倒装芯片配置中的芯片也保持易受来自将散热器装配到芯片上的力的物理损坏的影响。
本发明的实施例进一步认识到，即使当散热器被压配合到芯片而不显著损坏芯片时，散热器的材料、芯片上的导热结构、或两者使得一旦装配散热器，如果散热器以恒定高度安装，焊料材料蠕变将导致散热器附接至芯片的接触力减小。因此，说明性实施例认识到，在热化结构与LTD以恒力安装并且以恒定高度安装安排来耦接的情况下，用目前可用的方法维持设备的良好热化是有问题的。
诸如量子位、量子处理器、以及某些低温倒装芯片组件的LTD器件是在已知的半导体制造技术中使用超导和半导体材料来制造的。LTD通常使用一个或多个不同材料层来实现器件特性和功能。材料层可以是超导的、导电的、半导电的、绝缘的、电阻的、电感的、电容的，或具有任何数量的其他特性。考虑到材料的性质、材料的形状、尺寸或放置、与材料相邻的其他材料、以及许多其他考虑，可能必须使用不同的方法来形成不同的材料层。
用于半导体或超导LTD的制造过程包括计量和其他沉积和/或去除具有不同电气和/或机械特性的材料的方法。超导器件通常是平面的，即，其中超导体结构被制造在一个平面上。非平面器件是三维(3D)器件，其中一些结构形成在给定制造平面上方或下方。
一些LTD使用倒装芯片几何结构制造。在倒装芯片几何形状中，制造了在衬底上具有多个单独的器件的第一芯片(如在倒装芯片量子处理器中的量子位芯片的非限制性示例)，以及，制造在单独的衬底上具有一个或多个连接的第二芯片(诸如内插器芯片的非限制性示例)。焊料凸块被沉积到第一芯片和/或第二芯片的第一表面上的芯片焊盘上，并且第一芯片或第二芯片被翻转以使得其第一侧面朝下。第一芯片和第二芯片对准并凸块结合，使得焊料凸块中的焊料完成第一芯片和第二芯片的电连接。
将一种适合材料、诸如如在低温和其他操作条件下具有所希望的电、热、延展性、变形性、以及冷焊接特性的焊接材料的凸块沉积到该第一芯片和/或该第二芯片的第一表面上的芯片焊盘上。通常，任何对焊料凸块的引用应被解释为包括由满足这些要求的材料制成的凸块。
发明内容
本发明的实施例提供用于低温器件的热化结构，及其制造方法和系统。本发明实施例提供一种热化结构。实施例包括箔(foil)，该箔包括第一材料的第一层。该实施例包括低温器件(LTD)，该低温器件包括表面，热量从该表面传递离开LTD。实施例包括耦接，其中，耦接包括形成在箔和表面之间的结合，使得形成结合在箔中形成一组脊，一组脊中的脊操作以散热。这提供了热化结构，其避免了由于将散热器机械安装到LTD上引起的问题。
箔可以包括一组层，该组层包括第一层和第二层，第二层。这提供了可以定制为具有特定热、机械和其他特性的结构。
第二层可以包括第二材料，并且其中，当在低温温度范围中使用时，第二材料表现出与LTD的表面上的第三材料的至少阈值水平的结合能力。这提供了特定层专用于特定目的的结构。
当在低温温度范围中使用时，第一材料可以表现出与LTD的表面上的第三材料的小于阈值水平的结合能力。这提供了一种结构，其中小于该结构的整体就可以具有所希望的特性。
当在低温温度范围中使用时，第一材料可以表现出至少阈值水平的热导率。这提供了一种结构，其中层可以被定制以具有期望的热特性。
当在低温温度范围中使用时，第一材料可以表现出与器件表面上的第三材料的至少阈值水平的结合能力。这提供了一种结构，其中层可以被定制以具有期望的粘附特性。
本发明的另一实施例还包括箔中的图案，其中，图案包括箔上的三维突出。这提供了可以被配置为匹配LTD或其部件的形状或图案的结构。
本发明的另一实施例还包括箔中的图案，其中，图案包括箔中的三维凹陷。这提供了可以被配置为匹配LTD或其部件的形状或图案的结构。
本发明的另一实施例还包括第二箔，其中箔和第二箔都耦接到LTD。这提供了能够分段形成的结构。
本发明的另一实施例还包括第二LTD，其中箔耦接到LTD和第二LTD。这提供了可以同时热化多个LTD的结构。
箔与LTD的表面之间的耦接可以是可移除的结合，使得在箔已经耦接到LTD之后箔可从LTD拆卸。这提供了可以从LTD移除的结构，例如用于重新配置。
本发明的另一个实施例还包括第二箔，其中第二箔在箔的与耦接到LTD的表面的第二侧不同的一侧上耦接到箔。这提供了可堆叠结构。
形成结合可以进一步形成一组袋(pocket)，袋形成在脊下方，袋使箔操作为施加到LTD的机械力的吸收体。这提供了还用作冲击或力的机械吸收体的结构。
耦接可形成为热超声焊接。这提供了用于在结构中形成结合的具体方法。
耦接可形成为激光焊接。因此，该实施例提供了用于在结构中形成结合的具体方法。
耦接可形成为热压焊接。这提供了用于在结构中形成结合的具体方法。
耦接可形成为一组固定件(tack)，该组固定件中的固定件成形为点状固定件。这提供了用于在结构中形成结合的具体方法。
耦接可形成为一组固定件，该组固定件中的固定件成形为线状固定件。这提供了用于在结构中形成结合的具体方法。
耦接可形成为一组固定件，该组固定件中的固定件成形为图案。这提供了用于在结构中形成结合的具体方法。
本发明的实施例提供制造热化结构的计算机实现的方法。
本发明的一个实施例提供了一种超导倒装芯片器件，该器件可以使用在此披露的热化结构来形成。
本发明的一个实施例提供了一种量子数据处理系统，该量子数据处理系统可以使用在此披露的热化结构来形成。
附图说明
在所附权利要求中阐述了被认为是本发明特征的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考说明性实施例的以下详细说明，将最好地理解本发明本身以及使用的优选模式、其进一步的目的和优点，在附图中：
图1是可以在其中实施本发明的实施例的数据处理系统的网络的框图；
图2是倒装芯片量子计算器件的截面图，展示了使用本发明的实施例可以解决的问题；
图3示出了根据本发明的实施例的形成热化结构的过程中的步骤；
图4示出了形成结构的过程中的另一步骤；
图5描绘了形成结构的过程中的另一步骤；
图6示出了根据本发明的实施例的箔的结构；
图7是根据本发明实施例的带有固定箔的(foil-tacked)LTD器件的示意图；
图8是根据本发明的实施例的带有固定箔的LTD器件的另一示意图；
图9是根据本发明的实施例的带有固定箔的LTD器件的另一示意图；并且
图10是根据本发明的实施例的用于形成低温温度器件的热化结构的过程的流程图。
具体实施方式
用于描述本发明的实施例一般通过提供用于低温温度器件的热化结构来处理和解决上述问题或需要以及其他相关问题或需要。这些实施例还提供了用于制造用于低温温度器件的热化结构的方法和系统，以及使用所描述的用于低温温度器件的热化结构形成的量子处理器。
本发明的一个实施例使用一种或多种在低温温度范围内表现出良好导热性的材料形成箔。在一个实施例中，箔包括单一材料，例如铜。在另一个实施例中，箔包括多于一种的材料，例如铜、铂、金、钛或这些和/或其他合适材料的一些组合。当使用多种材料形成箔时，实施例在另一材料层上方形成一种材料层。在形成所述箔时，对材料的层数、总层数、层相对于彼此的布置、箔中材料的相邻性或层的顺序没有限制。不同的实现方式可以受益于箔中的不同材料和层，并且在本发明的范围内设想了这样的变化。
实施例将箔结合到LTD的表面。一个实施例以非连续的方式将箔结合至LTD的表面，即，仅箔上的一些点结合至表面，而箔上的其他点保持未结合至表面。这种点结合合或“固定件固定”(即，使用点结合或“固件件固定”)的方式产生包括箔的结构，该箔在与面向该表面的侧面相反的侧面上具有脊状或褶皱状表面。箔的褶皱表面有助于增加箔相对于芯片的横向顺应性。在一个实施例中，在将箔固定到LTD的表面上之前，可以在箔中形成褶皱。例如，可以使用预成形的模具或图案将箔成形为蛋格格栅(egg-crate)或具有脊的一些其他形状，然后将成形的箔固定到LTD的表面。与仅由固定过程形成的褶皱相比，这种对箔进行预成形的方式可允许对褶皱的形状、尺寸、位置或者其某种组合进行更大程度的控制。通过单独固定形成褶皱省去了额外的预成形步骤，但可能无法对褶皱几何形状提供同样多的控制。
褶皱表面在脊下方形成袋。当任何物理力施加到箔包层(foil-clad)LTD时，(一种或多种)柔韧箔材料的这些袋变形并充当吸收体，并且消散大部分力而不允许力使冷焊接材料变形。在一个实施例中，当移除所施加的力时，袋的变形是可逆的。
另一个实施例将一定长度的箔连续结合至LTD的表面，但不是将整个箔结合至LTD的整个表面。换言之，代替点结合，实施例执行线结合，其中代替固定件，形成线，将箔接合到LTD的表面。这种结合方式仍然在箔的与面向表面的一侧相反的一侧上产生脊状或褶皱表面。以此方式生产的箔的褶皱表面还有助于增加可用于散热的箔的表面积。
非连续结合的点和线方式的这些示例不旨在是限制性的。根据本公开，本领域的普通技术人员将能够想到许多其他的非连续结合的方式，并且它们被考虑在这些说明性实施例的范围内。例如，实现方式可以采用锯齿形图案、随机图案或不同形状和尺寸的组合图案来将箔结合至表面而不脱离说明性实施例的范围。当描述本公开中的实施例或特征时，仅为了描述的清楚而不暗示对其的任何限制，点结合或固定将被用作将箔结合至LTD的表面的非限制性示例方法。
多种结合方法可用于说明性实施例。例如，一个实施例使用热超声焊接(thermosonic welding)技术来形成固定件。热超声焊接不需要衬底的任何全局加热，相反，超声波能量利用尖端聚焦到箔上的点上以在该点处引起点结合。在这个过程中，箔或者LTD经受可忽略的机械力(如果有的话)，从而避免之前描述的任何焊料蠕变。通过改变热超声焊接工具中使用的尖端，形状、尺寸、位置和超声力和功率是可控和可配置的。
另一个实施例使用激光焊接技术来形成固定件。激光焊接也不需要衬底的任何全局加热，而是将激光能量聚焦到箔上的点上以局部加热该点，并在该点处引起点结合。在这个过程中，箔或者LTD经受可忽略的机械力(如果有的话)，从而避免之前描述的任何焊料蠕变。通过改变用于焊接的直接书写图案，形状、尺寸、位置和功率是可控和可配置的。
点结合的其他方法包括但不限于焊料回流或热压。一些方法、例如热压需要比例如热超声或激光焊接稍微更大的机械压缩力，但是凸块接合焊料蠕变可以在热压中利用回流进行控制。在这种方法中，点结合的尺寸和位置可以根据LTD中的凸块下金属层几何形状或凸块几何形状来选择。此外，在本发明的范围内，所描述的方法或其他方法中的任何一种可以组合地、并行地一次在多个点处使用、或顺序地使用。
单个箔可以跨越多个LTD。单个LTD可以跨越多个箔。不同的箔可以具有不同的厚度、层组成或两者。例如，箔可包括以合适的顺序和数量排列的粘合层、可润湿层、不可氧化层、阻挡层和超导体层。箔可以点结合到封装，即封装半导体/超导体电路的硬塑料或层压材料。
可使用一个或多个平坦或无图案的层形成箔。箔的一个、一些或所有层可被图案化以包括三维结构，包括突出、凹陷或两者。可以使用可移除的点结合方法和材料将箔临时附接至LTD。不是箔的所有层都需要是可结合材料，只要面向要结合箔的LTD的表面的层包括展现出与LTD表面的材料的粘合特性的材料即可。第一箔可以固定到LTD的表面，第二箔可以固定到第一箔，并且在某些情况下可以形成多个箔的堆积。本文考虑的LTD可以是在衬底上或衬底中的电子结构、衬底、或它们的组合，只要箔待固定到的表面能够接受与箔的点结合即可。
用于制造一个实施例的倒装芯片量子计算器件的制造方法可以被实施为软件应用。实施制造方法的应用可以被配置成用于结合现有的超导制造系统、如光刻系统来运行。
仅为了描述的清楚起见，并且在不暗示对其的任何限制的情况下，使用示例LTD中的芯片上的示例数量的部件来描述说明性实施例。一个实施例可以用任意数量、类型或组合的LTD或LTD部件来实施，这些部件包括但不限于量子位芯片、内插器芯片、倒装芯片安排中的量子处理器、以及其他半导体或超导器件。
此外，在附图和说明性实施例中使用非限制性示例倒装芯片几何结构的简化图。在倒装芯片的实际制造中，在不脱离说明性实施例的范围的情况下，可存在本文中未示出或描述的额外结构或不同于本文中示出和描述的结构。类似地，在说明性实施例的范围内，可以不同地制造示例倒装芯片中所示出的或所描述的结构以产生如在此所描述的类似操作或结果。
示范性结构、层和构造的二维图中的不同阴影部分旨在表示示范性制造中的不同结构、层、材料和构造，如本文所述。不同的结构、层、材料和构造可以使用本领域普通技术人员已知的合适材料制造。
本文中所描绘的形状的特定形状、位置、定位或尺寸不旨在限制说明性实施例，除非这种特性被明确地描述为实施例的特征。形状、位置、定位、尺寸、数量或其某种组合仅出于附图和描述的清晰性而被选择，并且可能已经被从实际光刻中可能用于实现根据本发明的目标的实际形状、位置、定位或尺寸放大、最小化或以其他方式改变。
此外，仅作为一个示例，关于一个特定的实际的或假定的半导体或超导器件、例如目前可行的量子位，描述了本发明的实施例。所描述的步骤可适于以类似方式制造多种LTD，且这些涵盖在本发明的范围内。
当在应用中实施时，实施例使得制造过程执行如本文所述的某些步骤。制造过程的步骤在几个图中示出。在具体的制造过程中，并非所有步骤都是必需的。一些制造工艺可以不同顺序实施步骤、组合某些步骤、移除或替换某些步骤、或执行这些步骤的某种组合和其他步骤操作，而不脱离本发明的范围。
仅作为示例，关于某些类型的材料、电特性、热特性、机械特性、结构、构造、形状、层取向、方向、步骤、操作、平面、尺寸、数量、数据处理系统、环境、部件和应用来描述实施例。这些和其他类似产物的任何特定表现不旨在限制本发明。可以在本发明的范围内选择这些和其他类似产物的任何合适的表现。
实施例仅作为示例使用特定设计、架构、布局、示意图和工具来描述，并且不限于说明性实施例。这些实施例可以结合其他可比较的或类似用途的设计、架构、布局、示意图和工具来使用。
本文的实施例仅用于描述的清楚性，而不限制本发明。在此列出的任何优点仅是示例并且不旨在限制本发明。另外的或不同的优点可以通过具体实施例来实现。此外，特定实施例可具有以上列出的优点中的一些、全部或没有以上列出的优点。
图1是可以在其中实现本发明的实施例的数据处理环境的示意图。图1仅是示例并且不旨在断言或暗示关于这样的环境的任何限制。特定实施例可基于以下描述对所描绘的环境做出许多修改。
参见图1，数据处理环境100包括网络102。网络102是用于在数据处理环境100内连接在一起的不同设备和计算机之间提供通信链路的介质。网络102可包括连接，诸如有线、无线通信链路或光纤电缆。
客户端或服务器仅是连接到网络102的某些数据处理系统的示例角色，并且不旨在排除这些数据处理系统的其他配置或角色。服务器104和服务器106与存储单元108一起耦合到网络102。软件应用可在数据处理环境100中的任何计算机上执行。客户端110、112和114也耦合到网络102。诸如服务器104或106或客户端110、112或114的数据处理系统可以包含数据并且可以具有在其上执行的软件应用或软件工具。
设备132是移动计算设备的示例。例如，设备132可以采取智能电话、平板计算机、膝上型计算机、固定或便携式形式的客户端110、可穿戴计算设备或任何其他合适的设备的形式。被描述为在图1中的另一数据处理系统中执行的任何软件应用可被配置成以类似方式在设备132中执行。在图1中的另一数据处理系统中存储或产生的任何数据或信息可被配置成以类似方式在设备132中存储或产生。
应用105实现本文描述的实施例。制造系统107是用于制造LTD的任何合适系统的软件组件，如约瑟夫逊结、量子位、以及在量子计算器件中使用的其他超导结构。总体上，用于制造LTD的制造系统及其相应的软件组件、包括用于量子计算用途的器件是已知的。应用105经由制造应用107向这样的已知制造系统提供指令，以使得以在此描述的方式组装实施例中设想的用于低温温度器件的新颖的热化结构。
参见图2，倒装芯片量子计算器件200包括具有衬底203的量子位芯片202。衬底203被选择为在其上可以形成约瑟夫逊结的一种适合的材料，并且最终该材料适合于使用约瑟夫逊结来形成量子位。衬底203包括形成在衬底203的第一表面上的约瑟夫逊结204。
衬底203包括当在低温温度范围内工作时表现出至少100的残余电阻比(RRR)和在4开尔文下大于1W/(cm*K)的热导率的材料。RRR是材料在室温和0K下的电阻率的比率。因为在实践中不能达到0K，所以使用在4K处的近似。例如，可使用蓝宝石、硅、石英、砷化镓、熔融二氧化硅、非晶硅或金刚石来形成衬底203，以用于在77K至0.01K的温度范围内的操作。
器件200还包括内插器芯片206，内插器芯片206包括内插器衬底207。内插器衬底207包括表现出至少100的RRR和在4开尔文时大于1W/(cm*K)的热导率的材料。在特定实施例中，衬底203和内插器衬底207中的一个或多个由硅或另一合适的衬底材料形成。衬底材料的这些示例不旨在是限制性的。根据本公开内容，本领域的普通技术人员将能够想到适用于形成衬底203和/或衬底207的许多其他材料，并且这些材料被考虑在本发明的范围内。
内插器芯片206包括形成在内插器衬底207的第一表面上的连接点(焊盘)208。在特定实施例中，焊盘208由超导材料、多种超导材料、金属材料或其组合形成。
量子位芯片202包括形成在衬底203的第一表面上的接触焊盘212A和212B。在特定实施例中，接触焊盘212A-B由超导材料、多种超导材料、金属材料或其组合形成。
内插器芯片206的焊盘208通过第一凸块接合210A和第二凸块接合210B接合到量子位芯片202。在一些实施例中，还可以使用单个凸块接合或多于一个凸块接合来将内插器206的焊盘208与量子位芯片202的焊盘接合。接合通过第一凸块接合210A和接触焊盘212A以及通过第二凸块接合210B和接触焊盘212B在内插器芯片206与量子位芯片202之间形成电连接。在实施例中，使用铝、铌、钛、氮化钛、钯、金、银、铜或铂中的至少一种来形成焊盘208和焊盘212A-B，用于在77K至0.01K的温度范围内操作。在实施例中，使用铟、锡和铋合金来形成凸块接合210A、210B，用于在77K至0.01K的温度范围内操作。衬底材料、凸块接合材料和焊盘材料的这些示例不旨在是限制性的。根据本公开内容，本领域的普通技术人员将能够想到适于形成这些结构的许多其他材料，并且这些材料被认为在本发明的范围内。
在量子位谐振频率是内插器芯片与量子位芯片之间的间隔间隙距离的函数的情况下，设计/制造系统还基于期望的频率调整、频率调谐范围和灵敏度来确定内插器芯片与量子位芯片之间的适当的间隔间隙距离。设计/制造系统在间隔间隙距离处结合内插器芯片和量子位芯片，以实现倒装芯片布置中的期望量子位频率。设计/制造系统使用凸块结合工艺或结合倒装芯片组件的其他合适的方法结合内插器芯片和量子位芯片。
参见图3，LTD的非限制性示例、倒装芯片302包括量子位芯片304和内插器芯片306。量子位芯片304和内插器芯片306如所示使用焊接材料308冷焊接在一起。量子位芯片304包括多个量子位310，并且内插器芯片306包括相对于量子位310布置的读出电路(未示出)。
一个实施例使用如本文所述的一种或多种材料的一个或多个层来构建箔312。在该示例中，箔312包括相对于彼此设置以满足某些热化要求的层314、316和318。例如，一个热化要求可以是箔312的层318应当能够与芯片304的表面上的层320点结合(当箔312试图附接至倒装芯片组件302中的芯片304时)。箔312可以以类似的方式附接至倒装芯片组件302中的芯片306。
图3和4共同的参考数字表示与关于图3所描述的相同或相似的产物。
描绘了热超声焊接的示例方法以将箔312固定到LTD302的表面320。尖端402将超声能量404聚焦在类似于点406的点处，在点406处形成点结合。如本文所述，在点406之间形成了袋408。如本文所述，脊410也由于固定操作而在点406之间形成。
图3、4和5共同的参考数字表示与关于图3和4所描述的相同或相似的产物。
使用本文描述的任何固定件固定方法，实施例使用箔312和LTD302的表面320形成一组多于一个固定件406、一组一个或多个袋408和一组一个或多个脊410。实施例将固定件固定的箔312热耦接至一个或多个外部结构，例如结构502和/或结构504。在一个实施例中，结构502(和/或结构504)物理地且导热地耦接到箔312，以引起从(或至，如果需要的话)箔312到(或从)结构502(和/或504)的热能传递。在另一个实施例中，结构502(和/或结构504)物理地且导热地耦合到箔312，以进一步为箔312和LTD302的组合的放置赋予机械稳定性或刚度。在另一个实施例中，结构502(和/或504)以可拆卸的方式耦接到箔312。在另一实施例中，结构502(和/或504)与箔312之间的可拆卸耦接仅利用箔312的与LTD 302具有间隙距离的部分上的压缩力来执行。在另一个实施例中，结构502(和/或504)和箔312之间的可拆卸耦接使用在箔312的与LTD302具有间隙距离的部分上的可拆卸的粘合剂材料来执行。在一个实施例中，结构502(和/或504)是不直接安装在LTD 302上的散热器的一部分，或者被耦合到不直接安装在LTD302上的散热器，或者充当不直接安装在LTD 302上的散热器。
参见图6，箔612类似于关于图3所描述的箔312，并且可以以关于图4和5所描述的方式使用。
箔612包括一个或多个层614，其与图3-5中的层314相似。在所描绘的示例中，层614使用铜形成，因为铜在低温温度下具有期望的热导率。箔612还包括一个或多个层618，其类似于图3-5中的层318。层618使用金形成，因为金在组装之前具有期望的抗氧化性。
衬底604类似于图3-5中的LTD 302的衬底304。在所描绘的示例中，使用硅形成衬底604。层614类似于图3-5中的箔312的层314。层618类似于图3-5中的箔312的层318。层620类似于图3-5中的LTD 302的层320。在所描绘的示例中，层620使用金形成，因为金具有与层618的金的期望质量的点结合的能力。根据说明性实施例，金是已知的良好的低温热导体并且帮助横向散布热量。
在一个实施例中，如图所示在接合金层与衬底之间形成阻挡/润湿层(例如，钼或钯)。作为其功能之一，该阻挡层防止金破坏硅，并且还确保金在超声结合期间不会去湿。
另一个实施例还在润湿/阻挡层下方添加粘合层。钛是已知的用于该层的良好粘合材料。该层不仅充当硅与润湿层之间的粘附层，而且它也是薄的超导体。该薄的超级导体阻碍了该热传递直至一个可接受的公差，但是作为该可接受的热传递损失的交换，该粘附层提供了将该活性侧与有损的热化金属隔离的益处。当钛层的厚度高于其超导的第一阈值厚度但低于第二薄度阈值时，形成为具有最佳厚度的粘合层的钛可以传递这种权衡，使得它仅影响热传递直至可接受的公差。
参见图7，示例箔712是如在此所描述的箔。LTD 702可以是在此描述的任何LTD，包括但不限于图3中的LTD 302。部件710可以是在LTD 302中形成的任何部件，包括但不限于图3中的量子位310。结构704和706类似于图5中的结构502和504。
在这个示例描述中，通过以点状固定件722的方式形成点结合来将箔712固定到LTD 702。如本文所述，一个或多个脊和袋在点状固定件722的不同实例之间存在和操作。
参见图8，示例箔812是如本文中所描述的箔。LTD 802可以是本文描述的任何LTD，包括但不限于图3中的LTD 302。部件810可以是在LTD 302中形成的任何部件，包括但不限于图3中的量子位310。结构804和806类似于图5中的结构502和504。
在这个示例描述中，通过以线状固定件822的方式形成线结合而将箔812固定到LTD 802。在一个实施例中，线状固定件可在箔812上在不同方向上延伸。例如，线状固定件824与线状固定件822相交。如本文所述，一个或多个脊和袋在单独的线状固定件822的不同实例之间或在线状固定件822和824之间存在和操作。
参见图9，示例箔912是如本文中所描述的箔。LTD 902可以是本文描述的任何LTD，包括但不限于图3中的LTD 302。部件910可以是在LTD 302中形成的任何部件，包括但不限于图3中的量子位310。结构904和906类似于图5中的结构502和504。
在这个示例描述中，通过组合地形成各种形状的结合并且在各种位置和方向上将箔912固定到LTD 902。作为非限制性示例，在一个实施例中，使用点状固定件926、线状固定件924和随机或几何图案化固定件922的组合将箔912固定到LTD 902，其中组合中的任何固定件可以独立于箔912上的其他固定件而定位在一个位置和方向上。此外，可以使用在此描述的不同固定方法来形成不同的固定件。如本文所述，一个或多个脊和袋在固定件922、924和926的不同实例之间存在和操作
参见图10，可以在图1的应用105中实施过程1000，以便以在此描述的方式形成带有固定箔的LTD。
所述应用形成或使得形成材料或材料的组合的箔，所述箔在低温温度范围内运行时表现出期望水平的热导率(框1002)。该应用将箔浮动、悬挂或以其他方式操纵到相对于LTD的表面的一个位置，从该LTD的表面提取热能(框1004)。箔的浮动或悬挂以这样的方式进行，即，当箔固定至表面时，可以形成如本文所述的袋。在一些情况下，箔的浮动或悬浮发生在相对于LTD的表面的一个距离处。在另一种情况下，可以通过将箔松散地放置在LTD的表面上来浮动箔，使得在不存在本文描述的任何固定件的情况下，箔不附着或结合到该表面上。
应用例如使用一组固定件将箔结合或使得箔结合到表面，使得箔在表面上形成一组脊(框1006)。在一些情况下，例如当脊状和固定箔足以消散由LTD产生的热而不需要任何到散热器或稳定器的进一步耦接时，应用此后结束过程1000。可选地，当外部未安装的散热器必须与带固定箔的LTD一起使用时，当箔-LTD组件必须物理地稳定在一个位置时，或两者兼有，该应用将箔的一部分热和机械地耦接到外部结构(块1008)。应用此后结束过程1000。
在此参照相关附图描述本发明的不同实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计替代实施例。尽管在以下描述和附图中在元件之间阐述了不同连接和位置关系(例如，顶部、底部、上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，当即使取向改变也保持所述功能时，本文描述的位置关系中的许多与取向无关。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明在这方面并非意图进行限制。因而，实体的耦接可以指直接或间接耦接，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。作为间接位置关系的示例，本说明书中对在层“B”上形成层“A”的引用包括其中一个或多个中间层(例如，层“C”)在层“A”与层“B”之间的情况，只要层“A”和层“B”的相关特征和功能基本上不被这个或这些中间层改变。
以下定义和缩写用于解释权利要求书和说明书。如在此使用的，术语“包含”、“将包含”、“包括”、“将包括”、“具有”、“将具有”、“含有”或“将含有”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性的包含。例如，包含一系列元素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备不一定仅限于那些元素，而是可包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备固有的其他元素。
另外，术语“说明性”在此用于指“充当示例、实例或说明。”在此描述为“说明性的”任何实施例或设计不一定被解释为比其他实施例或设计优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数，即一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括大于或等于2的任何整数，即两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“举例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以或可以不包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指代相同的实施例。进一步，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，认为结合其他实施例来影响这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内。
术语“约”、“基本上”、“大约”及其变体旨在包括与基于在提交本申请时可用的设备的具体量的测量相关联的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％、或2％的范围。
已经出于说明的目的呈现了本发明的不同实施例的描述，但并不旨在是穷尽性的或局限于所披露的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围的情况下，许多修改和变化对本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。选择本文中所使用的术语以最佳地解释实施例的原理、实际应用或对市场中所发现的技术的技术改进，或使得所属领域的其他普通技术人员能够理解本文中所描述的实施例。