在均熱器或蓋板與熱源之間建立熱連接的方法

文檔序號：7056726閱讀：330來源：國知局

在均熱器或蓋板與熱源之間建立熱連接的方法
【專利摘要】在均熱器或蓋板與熱源之間建立熱連接的方法。根據各個方面，公開了熱界面材料、電子設備以及在均熱器或蓋板與熱源之間建立熱連接方法的示例性實施方式。在示例性實施方式中，在均熱器與熱源之間建立用來導熱的熱連接的方法總體上包括在均熱器與熱源之間設置熱界面材料(TIM1)。
【專利說明】在均熱器或蓋板與熱源之間建立熱連接的方法

【技術領域】
[0001] 本公開總體上涉及一種熱界面材料CHM1),并且更具體地，涉及在均熱器（heat spreader)或蓋板與熱源之間建立熱連接的方法。

【背景技術】
[0002] 這個部分提供與本公開相關的但未必是現有技術的背景信息。
[0003] 電氣部件（諸如半導體、集成電路組件、晶體管等）通常具有預先設計的溫度，在這一溫度，電氣部件可以以最優(yōu)狀態(tài)運行。理想條件下，預先設計的溫度接近周圍空氣的溫度。然而，電氣部件的工作產生熱。如果不去除熱，則電氣部件可能以顯著高于其正?；蚱?望的工作溫度的溫度運行。如此過高的溫度會對電氣部件的工作特性和所關聯(lián)的設備的運行帶來不利影響。
[0004] 為避免或至少減少由于生熱帶來的不利的工作特性，應將產生的熱去除，例如通過將熱從工作的電氣部件傳導到散熱片。隨后可以通過傳統(tǒng)的對流和/或輻射技術使散熱片冷卻。在傳導過程中，熱可通過電氣部件與散熱片之間的直接表面接觸和/或電氣部件與散熱片隔著中間介質或熱界面材料的接觸而從工作中的電氣部件傳導到散熱片。熱界面材料可以用來填充傳熱表面之間的空隙，以便同以空氣填充的間隙（相對不良的導熱體）相比提高傳熱效率。特別是在相變和熱油脂的情況下，不需要大的空隙，熱界面材料剛好可以用于填充在接觸面之間的表面不規(guī)則中。在一些設備中，電絕緣體也可以放置在散熱片與電氣部件之間，在很多情況下，電絕緣體本身就是熱界面材料。

【發(fā)明內容】

[0005] 這個部分提供對本公開的總體概述，但并不是對完整范圍或全部特征的全面公開。
[0006] 根據各個方面，公開了在均熱器或蓋板與熱源之間建立熱連接的方法的示例性實施方式。還公開了熱界面材料和包括熱界面材料的電子設備。
[0007] 在示例性實施方式中，一種在電子設備的均熱器與熱源之間建立用于導熱的熱連接的方法總體上包括在所述均熱器與所述熱源之間設置熱界面材料（--Μ1)。在另一示例性實施方式中，一種方法總體上包括在將用于使均熱器附接到電子設備的粘接劑固化之前在所述電子設備的所述均熱器與熱源之間設置熱界面材料（TIM1)。在又一示例性實施方式中，一種電子設備總體上包括蓋板和具有正常工作溫度范圍的半導體裝置。熱界面材料 (TIM1)在所述蓋板與所述半導體裝置之間建立熱連接。
[0008]可應用性的其它方面將從本文所提供的描述中變得明顯。該概述中的描述和具體示例僅僅旨在說明的目的，而并不旨在限制本公開內容的范圍。 z

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]本文所述的附圖僅為了說明所選擇的實施方式而不是所有可能的實施方式，并且并不旨在限制本公開內容的范圍。
[0010] 圖1是根據本發(fā)明實施方式的電子設備的截面圖，其示出了設置在均熱器（例如整體式均熱器（IHS)、蓋板等）與熱源（例如，一個或更多個產熱部件、中央處理單元 (CPU)、芯片、半導體部件等）之間的熱界面材料（--Μ1);
[0011] 圖2是示出根據本發(fā)明實施方式的均熱器（例如，整體式均熱器（IHS)、蓋板等）的表面上的熱界面材料（TIM1)的圖；
[0012] 圖3的曲線圖示出了根據本發(fā)明實施方式的TIM1相對于溫度的硬度計測試結果。
[0013] 相應的標號在所有附圖中始終表示對應的部件。

【具體實施方式】
[0014] 下面將參照附圖詳細描述示例實施方式。
[0015] 均熱器通常被用來分散來自一個或更多個產熱部件的熱，使得在將熱傳遞到散熱片時防止熱集中在小區(qū)域內。整體式均熱器（IHS)是一種可以用來分散由中央處理單元 (CPU)或處理器芯片的工作產生的熱的均熱器。集成均熱器或蓋板（例如，集成電路（1C) 封裝的蓋板等）一般是設置在CPU或處理器芯片上的導熱金屬（例如銅等）。
[0016] 均熱器也通常被用來（例如，作為蓋板等）保護經常與密封的組件相連的芯片和板裝類電子部件。所以，均熱器在本文中也可以指蓋板，或者反之蓋板也可以指均熱器。
[0017] 第一熱界面材料或層（表示為TIM1)可用在整體式均熱器或蓋板與熱源之間以減少熱點并總體上降低產熱部件或設備的溫度。第二熱界面材料或層（表示為TIM2)可用在整體式均熱器（或蓋板）與散熱片之間以提高從均熱器到散熱片的熱傳遞效率。
[0018] 熱源可包含一個或更多個產熱部件或裝置（例如CPU、底部填充內的芯片、半導體裝置、倒裝芯片、圖形處理單元（GPU)、數字信號處理器（DSP)、多處理器系統(tǒng)、集成電路、多核處理器等）。通常，熱源可以包括在工作期間具有比均熱器或蓋板高的溫度或不管是自身產熱還是僅通過或經由熱源傳遞熱量而向均熱器或蓋板提供或傳遞熱量的任何部件或裝置。
[0019] 傳統(tǒng)的聚合熱界面材料可以用作--Μ1。但是發(fā)明人發(fā)現，目前使用的聚合TM1材料通常是需要在冷凍狀態(tài)下運輸和儲存的現場固化硅凝膠。而且，一旦啟用，它們具有短的適用期和保質期，而且還需要特殊的處置工具才能使用。發(fā)現上述缺陷后，本發(fā)明的發(fā)明人設計并在此公開了消除、避免或至少減少與上述常規(guī)TIM1材料相關聯(lián)的缺陷的示例性實施方式。
[0020]如本文所公開的，示例性實施方式包括一塊熱塑性材料（例如，熱塑性相變材料等）形式的TIM1，TIM1在自然條件下可能或可能不具有粘性。在一些實施方式中，了川丨可具有比諸如CPU的熱源的正常工作溫度（例如，正常工作溫度從大約 6〇。〇到1〇(rc或從大約3〇°C到40°C等）高的軟化溫度（例如，熔化溫度、狀態(tài)轉變或相變溫度等）。在這些示例性實方式中，所述熱塑材料塊將軟化或熔化一次（例如，在粘接劑固化階段中、在 cpu的首次運行中等）并接著凝固二之后，所述熱塑性材料塊可以在低于其軟化或熔化溫度的溫度使用并保持凝固。在其它示例性實施方式中， τηι1可具有低于諸如CPU的熱源的正常工作溫度范圍或者在該正常工作溫度范圍內的軟化溫度。
[0021]在一些示例性實施方式中，ΠΜΙ包括具有落入從大約751：到大約20(TC或者從大約125°C到大約175°C的范圍內的軟化溫度（例如，熔點或相變溫度等）的熱塑相變材料。或者，例如，TIM1可以具有大約40°C、50°C、75°C等的軟化或熔化溫度。--Μ1可具有大約0.3 瓦特每米每開爾文（W/mK)或更高、 3W/mK或更高、或者5w/mK或更高的導熱系數，所述導熱系數可以通過在熱塑材料中加入導熱填料而得到增強。在示例性實施方式中，TIM1可包含具有大約160°C或更低的熔化溫度的低熔點合金。
[0022] 常規(guī)地，整體式均熱器（IHS)或蓋板通常沿IHS的外邊緣或周邊邊沿經由粘接劑附接到CPU并固定。粘接劑可以在一定溫度（例如，從大約75?到大約200?或從大約 125?到大約175°C的范圍內的溫度、大約40°C、5(TC、75O等的溫度）和一定壓力（例如，落入大約5磅每平方英寸（psi)到大約lOOpsi或從大約l〇psi到大約50psi等范圍內的壓力）下被固化。在本文所公開的示例性實施方式中，--Μ1具有從大約75°C到大約200°C 或從大約125°C到大約175°C的范圍內、或者大約4(TC、50°C、75°C的溫度的軟化溫度（例如，熔化溫度等）。這使得TIM1可在粘接劑固化過程中軟化（例如，熔化、相變、變得可流動等）并流動。在這些示例性實施方式中，TIM1 (例如，熱塑塊等）可以在粘接劑固化步驟之前設置在IHS (或蓋板）與CPU之間。當在粘接劑固化步驟中處于壓力之下時，熱塑塊軟化、熔化或變得可流動，使其可以流動到細的接合線（bond line)(例如，粗細為大約lOmil或更小、小于大約5mil、或者在大約1到3mil之間），由此得到IHS與CPU之間的低熱阻（例如，大約0· 2Γ cm2/W、小于大約0. 15°C cm2/W等）連接或界面。在另選實施方式中，粘接劑可不必在壓力下固化。例如，可以使用機械限位（mechanical stop)，并且可以用壓力將粘接劑和TIM1擠壓到期望的程度。隨后，粘接劑可在一定溫度被固化，其中所述固化未在壓力進行。在其它實施方式中，整體式均熱器（或蓋板）和TIM1可以在不使用任何粘接劑的情況下與CPU及其它電子設備附接并使用，例如通過利用墊片或機械緊固件。
[0023] 此處公開的示例性實施方式可以提供以下優(yōu)點中的一個或更多個（并且不必要包括所有這些優(yōu)點或者可以包括其它優(yōu)點）。例如，--Μ1可被預先施加到整體式均熱器或蓋板，由此減少組裝步驟的數量。--Μ1可自然地具有粘性，使得當預先施加 --Μ1時不需要額外的粘接劑（盡管粘接劑仍然可被使用）就粘接到集成均熱器或蓋板?？梢灶A先加熱均熱器或蓋板，然后將?Μ1預先施加到熱的均熱器或蓋板。--Μ1可以是無硅的，例如不能檢測出含有硅或者完全不含硅等。ΠΜ1可容易重新加工利用。TIM1可以在室溫條件儲存，所以沒有適用期，也不用在使用之前預熱，也不會有水分污染。
[0024] 此處公開的TIM1可以將現有產品的6個月或更短的保質期延長到12個月或更長。示例性實施方式也消除了冷凍運輸和儲藏的需要，消除了適用期限和/或消除了配置提供額外的面積的設備的需要但同時仍然提供了高導熱系數和低熱阻。
[0025] 在熱循環(huán)過程中，固化的TIM1可能會從CPU和IHS的邊緣剝離。如果這樣的剝離發(fā)生,ΤΙΜΙ的界面接觸電阻和熱阻將大大地提高。這有可能導致CPU的過熱。為了避免這種剝離以及CPU過熱問題的發(fā)生，此處公開的示例性實施方式包含了一種TIM1 (例如，熱塑性等）。如果TIM1在熱循環(huán)的過程中剝離,CPU將會由于與剝離的TIM1所關聯(lián)的界面接觸電阻和熱阻的增大而開始升溫。由于來自工作中的CPU的熱，TIM1將會變軟，從而減少接觸電阻并且重新浸潤，從而重新形成或恢復剝離的連接并且維持CPU的低溫。
[0026] 如附圖所示，圖1例示了實現本發(fā)明的一個或更多個方面的具有--Μ1或熱界面材料104的電子設備100的示例性實施方式。如圖1中所示,ΤΙΜΙ或熱界面材料104被設置在均熱器或蓋板108與熱源112之間，熱源112可以包括一個或更多個產熱部件或裝置 (例如CPU、底部填充內的芯片、半導體裝置、倒裝裝置、圖像處理器（GPU)，數字信號處理器 (DSP)、多處理器系統(tǒng)、集成電路、多核處理器等）。TIM2或熱界面材料116被設置在散熱片 120與均熱器或蓋板108之間。
[0027] 例如，熱源112可包括安裝在印刷電路板（PCB) 124上的中央處理單元（CPU)或處理器芯片。PCB 124可由FR4(防火玻璃纖維加強型環(huán)氧樹脂復合層）或其它合適的材料制成。在此示例中，均熱器或蓋板108是整體式均熱器（IHS)，其可包括金屬或其它導熱結構。均熱器或蓋板108包括周邊脊、凸緣或側壁部分128。粘接劑132被施敷在周邊脊128 上，用于將均熱器或蓋板108附接到PCB 124。周邊脊128可以向下方充分突出以延伸至 PCB124上的硅芯片周圍，由此使周邊脊128上的粘接劑132與PCB 124接觸。另外，以粘接的方式將均熱器或蓋板108附接到PCB 124還可以有助于加固封裝，所述封裝被附接到基底 PCB。
[0028] 圖1還顯示了插腳連接器（pin connector) 136。散熱片120通常包括基底，散熱片120從該基底上向外突出一系列翅片。另選實施方式可以包括用于不同于圖1所示的其它電子設備、除了 CPU或處理器芯片之外的其它產熱部件、不同的均熱器和/或不同的散熱片的TIM1。因此，本發(fā)明的方面不應被局限于對單一類型電子設備的應用，因為實施方式中包含的TIM1是可以用于大范圍的電子設備、熱源和均熱器。
[0029] TIM2或熱界面材料116可包括多種熱界面材料中的任一種，這些熱界面材料包括來自萊爾德技術有限公司（Laird Technologies, Inc.)的熱界面材料（例如，來自美國密蘇里州圣路易斯市的萊爾德技術有限公司生產的TfleX?300系列熱間隙填料、Tflex?600 系列熱間隙填料、TpCm?580系列相變材料、Tpli?200系列間隙填料和/或Tgrease?880系列導熱膏等。）
[0030] TIM1或熱界面材料116可包括多種熱界面材料中的任一種，諸如相變和/或熱塑性熱界面材料。在一些實施方式中，TIM1可包括具有高于熱源112的正常工作溫度（例如 CPU的正常工作溫度在約60°C到10(TC之間）的軟化點（例如，熔化溫度、相變溫度等）的熱塑和/或相變材料塊。例如，TIM1可具有大約120°C的軟化點，而CPU或其它熱源的正常工作溫度可以是大約115°C。TIM1塊將會軟化或熔化一次（例如在粘接劑固化階段、在CPU 的初始運行階段）并接著固化。此后，熱塑和/或相變材料的TIM1塊可在低于其軟化點或熔點的溫度使用并保持固態(tài)。在一些示例性實施方式中，如在下文和美國專利公開文本 US 2011/0204280(全部內容通過引用整體并入本文中）中公開的，TIM1可以包括含有熱可逆凝膠的熱界面材料。
[0031]在其它示例性實施方式中，TIM1可包括具有低于熱源112的正常工作溫度（例如 CPU具有約60?到KKTC的正常工作溫度范圍）的軟化點（例如，熔化溫度、相變溫度等）的熱塑和/或相變材料塊。萊爾德技術有限公司生產的 IceKap?，基于可導熱彈性石油凝膠的熱界面材料是可在示例性實施方式中使用的TIM1的示例。
[0032]圖2示出了均熱器或蓋板208的部分240上的TIM1或熱界面材料204。在這個示例中，均熱器或蓋板208可以是整體式均熱器。均熱器或蓋板208可相對于熱源而布置（例如，布直在熱源上），使得TIM1或熱界面材料 2〇4被夾在均熱器或蓋板208與熱源之間，其中TIM1被壓緊在熱源上。熱源可包括一個或更多個產熱部件或裝置（例如， cpu、底部填充內的芯片、半導體裝置、倒裝裝置、圖像處理器（GPU)、數字信號處理器（DSP)、多處理器系統(tǒng)、集成電路、多核處理器等）。
[0033] 繼續(xù)參照圖2,均熱器或蓋板208包括圍繞大體平坦的平坦部分240的周邊脊或凸緣228。粘接劑可以沿著周邊脊228施敷，用于將均熱器或蓋板208附接到PCB。周邊脊 228因此可以從部分240向外充分突出以延伸到安裝在PCB上的電子部件周圍，并由此允許周邊脊2?上的粘接劑與PCB接觸。
[0034]以粘接的方式將均熱器或蓋板208附接到PCB還可以有助于加固封裝，封裝被附接到基底PCB。封裝自身通常包括帶有芯片的迷你 PCB和均熱器或蓋板208。
[0035]另選實施方式可以包括將均熱器或蓋板附接到PCB的其它途徑和手段。例如，粘接劑可以不設置在均熱器或蓋板的周邊的所有邊上?；蛘撸纾鶡崞骰蛏w板可以是一個平面，沒有任何周邊脊或側壁。在此情況下，粘接劑本身可以連接平坦的蓋板和PCB之間的空隙。因此，本發(fā)明的方面將不局限于均熱器或蓋板與PCB之間的任何特定連接方式。 [00 36] 本文還公開了關于均熱器與熱源（例如，一個或更多個產熱部件）之間的用于導熱的熱連接、熱界面或熱通道或利用相變和/或熱塑性熱界面材料（TIM1)在均熱器與熱源 (例如，一個或更多個產熱部件）之間建立用于導熱的所述熱連接、熱界面或熱通道的方法的實施方式。在示例性實施方式中，一種方法總體上包括在將均熱器附接到電子部件之前 (例如，在粘接劑固化處理之前等）將熱界面材料（TIM1)(例如，獨立的熱塑性相變塊等）設置在均熱器的表面上。在此示例中，--Μ1可具有高于電子部件的正常工作溫度的軟化溫度（例如，熔化溫度、相變溫度、材料硬度下降時的溫度等）。或者，例如，TIM1可具有比電子部件的正常工作溫度低或者在電子部件的正常工作溫度范圍內的軟化溫度。TIM1的軟化溫度可以足夠低，使得在粘接劑固化過程中（例如，粘接劑在l〇(TC到200?或者在125°C到 1 75°C的溫度在一定壓力下固化時等）將軟化、熔化并流動。在粘接劑固化過程中，^[將流到細的接合線，由此--Μ1將建立相對短的熱通路，此通路在均熱器和電子部件之間具有較小的熱阻。
[0037]在固化過程后，TIM1凝固并在電子部件與均熱器之間形成低熱阻的熱連接/通路。在一些示例性實施方式中，TIM1具有高于電子部件的正常工作溫度的軟化或熔化溫度，使得電子部件將不會達到使TIM1變形、軟化或熔化的足夠高的工作溫度。凝固的熱連接防止電子部件在隨后的工作中發(fā)熱到超出正常工作溫度?？梢詫IM1進行選擇以使得TIM1 只會在初始的粘接劑固化階段中才變形，以避免液化的問題。
[0038]在另一示例性實施方式中，一種方法總體上包括通過使粘接劑固化而將具有--Μ1 的均熱器附接到在電子部件（例如(PU等）。在固化過程中，--Μ1在處于壓力時熔化/軟化并流動到細的接合線，使得在電子部件與均熱器之間形成了低熱阻的熱連接/通路。TIM1 可以具有低于電子部件的正常工作溫度范圍、在該正常工作溫度范圍內或高于該正常工作溫度范圍的軟化點。
[0039]在一些示例性實施方式中，所述方法還可以包括通過在散熱片與均熱器之間設置熱界面材料（TIM2)而在均熱器與散熱片之間建立熱連接。接著可以從熱源開始，經由 TIM1、均熱器和--Μ2到散熱片建立起導熱的熱通路，使得來自熱源的熱（例如，由一個或更多個產熱部件產生的熱等）可以通過TIM1、均熱器和TIM2傳導到散熱片。如果熱源是例如半導體裝置，則半導體裝置可以經由TIM1、均熱器和TIM2與散熱片形成有效的熱連接。
[0040]在另選的示例性實施方式中，Ι?Μ1可以包括被涂敷或其它方式（例如利用絲網印刷、鏤花涂裝等）施敷在均熱器或蓋板上的涂層或材料。隨后可以相對于熱源（例如一個或更多個產熱部件等）來放置均熱器，使得ΤΙΜ1位于均熱器與熱源之間。ΤΙΜ1初始地處于固態(tài)并且不能填充均熱器與熱源的接合面上產生的全部空隙。因此，在初始操作過程中，熱通路可能并不有效。這種無效率可以導致熱源達到比正常工作溫度高和/或比ΤΙΜ1材料的軟化溫度（例如熔化溫度等）高的溫度。例如，一個或更多個產熱部件在工作時可以將 τ?Μ?加熱到或超過其軟化溫度，使得τηα變得可流動到細的接合線，并且填充均熱器與熱源的接合表面之間的空隙。這創(chuàng)建了具有低熱阻的有效熱連接。然后，更多的熱從熱源傳遞到均熱器，使得溫度降低到正常工作溫度。在這個冷卻過程中，ΤΙΜ1的溫度降低到其軟化溫度之下，使得ΤΙΜ1返回到固態(tài)（例如塊），而先前建立的熱通路被保持。在后續(xù)的操作中，由于先前建立起的熱通路將熱從熱源傳導到均熱器，因此將不會超過正常工作溫度。由于正常工作溫度低于ΤΙΜ1熔化或變得可流動的溫度，因此ΤΙΜ1將不熔化或流動。由于 ΤΙΜ1不熔化和流動，ΤΙΜ1因此可保持其固態(tài)的導熱系數，該導熱系數高于其液態(tài)的導熱系數。另外，因為ΤΙΜ1不會從熱連接流走，熱連接的整體性將得到保持。
[0041] 在一些示例性實施方式中，ΤΙΜ1可以包括含有熱可逆凝膠的熱界面材料，如在美國專利申請公開文本US 2011/0204280中公開的那樣（其全部內容通過引用的方式整體并入本文中）。在示例性實施方式中，--Μ1在熱可逆凝膠（例如油質凝膠等）中包括至少一種熱填充料（例如，氮化硼、氧化鋁和氧化鋅等）。熱可逆凝膠包含膠凝劑以及一種油和/ 或溶劑。油和/或溶劑可以包括石蠟油和/或溶劑。膠凝劑可以包括熱塑性材料。熱塑性材料可以包括苯乙烯嵌段共聚物。熱界面材料可以是包括石蠟油和兩嵌段和/或三嵌段苯乙烯共聚物的油質凝膠。ΤΙΜ1可以包括環(huán)烷油和溶劑和/或石蠟油和溶劑（例如，合成異構烷油-溶劑（isopars)，高溫穩(wěn)定的油和/或溶劑等）。熱塑性材料（例如，熱塑性彈性體等）可以用于油質凝膠的膠凝劑。合適的熱塑性材料包括嵌段共聚物，諸如兩嵌段和三嵌段共聚物（例如，兩嵌段苯乙烯共聚物和三嵌段苯乙烯共聚物等）。含有兩嵌段的塊在室溫下相對較軟，這一性質很重要，因為大多數組裝和安裝都在室溫情況下完成，較軟的兩嵌段板將有利地降低產生的組裝壓力。在一些實施方式中，TIM1可以包含油質凝膠樹脂系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中油質凝膠被配制成在150攝氏度上下變軟，例如在約5°C到約200°C的溫度范圍中。
[0042] 可以添加一種或更多種導熱填充料以制造熱界面材料，其中，一種或更多種導熱填充料可以以懸浮、添加或混合等方式進入熱可逆溶膠中。例如，至少一種導熱填料可以在可凝膠流體和膠凝劑膠化或形成熱可逆溶膠之前被添加到含有這二者的混合物中。又例如，至少一種導熱填料可以被添加到可凝膠流體中，然后膠凝劑可以被添加到含有可凝膠流體和導熱填充材料的混合物中。又例如，至少一種導熱填充料可以被添加到膠凝劑中，隨后可凝膠流體可以被添加到含有膠凝劑和導熱材料的混合物中。還例如，至少一種導熱填充料可以在可凝膠流體和膠凝劑凝膠后被添加。例如，在凝膠可被冷卻并且可以被形成為松散的網狀以使得可以添加填充料時，至少一種導熱填充材料可以被添加進凝膠中。熱可逆凝膠中的導熱填充料的量在不同實施方式中可以不同。例如，熱界面材料的一些示例性實施方式可以包括不低于5%但不超過98%重量份的至少一種導熱填充材料。
[0043] 在示例性實施方式中，TIM1可以包括導熱彈性體界面材料。例如，示例性實施方式可以包括具有如下表中的特性的--Μ1。附加地或另選地，示例性實施方式可以包括具有低接觸電阻、容易流到細的接合線、可以浸潤多個表面等的特性的--Μ1。
[0044]_
[004^~對于低功率低工作溫度的系統(tǒng)（例如，

【權利要求】
1. 一種在電子設備的均熱器與熱源之間建立用于導熱的熱連接的方法，該方法包括以下步驟：在所述均熱器與所述熱源之間設置熱界面材料（TIM1)，其中，所述熱界面材料包括：相變熱界面材料，其具有低于所述熱源的正常工作溫度范圍或在所述熱源的正常工作溫度范圍內的軟化溫度；和/或熱塑性熱界面材料，其具有高于所述熱源的正常工作溫度范圍的軟化溫度或熔化溫度。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述熱界面材料可工作為在所述均熱器與所述熱源之間建立可恢復的熱連接，使得如果所述熱界面材料在熱循環(huán)過程中出現剝離，則所述熱連接的界面接觸電阻和熱阻將增大，由此來自所述熱源的熱將導致所述熱界面材料軟化，降低接觸電阻，并且重建所述熱連接。
3. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟：將所述熱界面材料加熱到高于所述正常工作溫度范圍的溫度，使得所述熱界面材料在壓力下能夠流動；以及使所述熱界面材料返回到低于所述正常工作溫度范圍或在所述正常工作溫度范圍內的溫度，由此所述熱界面材料在所述均熱器與所述熱源之間建立熱連接。
4. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟：在所述熱界面材料處于壓力下時將所述熱界面材料加熱到相變溫度，使得所述熱界面材料流動以在所述均熱器與所述熱源之間形成細的接合線；以及使所述熱界面材料返回到固態(tài)，由此所述熱界面材料在所述均熱器與所述熱源之間建立熱連接。
5. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟：在將所述熱界面材料設置在所述均熱器與所述熱源之間前，將所述熱界面材料施加到所述均熱器或施加到所述熱源；和/或其中，該方法包括以下步驟：將用于使所述均熱器附接到所述電子設備的粘接劑固化，其中所述固化過程還將所述熱界面材料加熱到至少所述軟化溫度。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中：所述熱界面材料的所述軟化溫度低于所述熱源的所述正常工作溫度范圍或者在所述熱源的所述正常工作溫度范圍內；和/或所述熱界面材料包括相變材料，所述相變材料具有從大約45°C到大約70°C的軟化溫度范圍；和/或所述熱界面材料具有低于所述熱源的所述正常工作溫度范圍或在所述熱源的所述正常工作溫度范圍內的相變溫度；和/或所述熱界面材料是剪切變稀和觸變性的，使得所述熱界面材料除在壓力下之外在所述相變溫度不能夠流動；和/或所述熱界面材料具有高于所述熱源的所述正常工作溫度范圍的相變溫度，使得所述熱界面材料在所述熱源的所述正常工作溫度范圍內軟化但不熔化。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其中：所述電子設備包括具有所述熱源的半導體裝置；所述均熱器包括所述電子設備的蓋板；所述熱界面材料包括位于所述半導體裝置與所述蓋板之間的第一熱界面材料；并且該方法還包括以下步驟：在散熱片與所述蓋板均熱器之間設置第二熱界面材料 (--Μ2)，由此所述半導體裝置經由所述第一熱界面材料、所述蓋板和所述第二熱界面材料與所述散熱片形成有效的熱傳遞。
8. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其中：所述均熱器包括所述電子設備的整體式均熱器或蓋板；所述熱源包括所述電子設備的一個更或多個產熱部件；并且所述熱界面材料包括具有高于所述一個或更多個產熱部件的正常工作溫度的軟化溫度或熔化溫度的熱塑性熱界面材料。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，該方法包括以下步驟：在所述整體式均熱器或蓋板與所述一個或更多個產熱部件之間設置所述熱塑性熱界面材料；在所述熱塑性熱界面材料處于壓力下時將所述熱塑性熱界面材料加熱到至少所述軟化溫度或所述熔化溫度，使得所述熱塑性熱界面材料流動以在所述整體式均熱器或蓋板與所述一個或更多個產熱部件之間形成細的接合線；以及使所述熱塑性熱界面材料返回到固態(tài)，由此所述熱塑性熱界面材料在所述整體式均熱器或蓋板與所述一個或更多個產熱部件之間建立熱連接。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中：所述電子設備包括具有所述一個或更多個產熱部件的中央處理單元；并且在使所述整體式均熱器或蓋板粘接到所述中央處理單元的粘接劑的固化過程中，執(zhí)行在所述熱塑性熱界面材料處于壓力下時將所述熱塑性熱界面材料加熱到至少所述軟化溫度或所述熔化溫度的步驟。
11. 根據權利要求9所述的方法，其中：加熱所述熱塑性熱界面材料的步驟包括：在從大約5磅每平方英寸psi到大約 lOOpsi、或從大約lOpsi到50psi的范圍內的壓力下，將所述熱塑性熱界面材料加熱到從大約100°C到大約200°C、或從大約125°C到大約175°C的范圍內的溫度；和/或所述熱塑性熱界面材料被夾在所述整體式均熱器或蓋板與所述一個或更多個產熱部件之間，其中所述熱塑性熱界面材料被壓緊在所述一個或更多個產熱部件上；和/或所述熱塑性熱界面材料包括導熱的熱塑料或導熱的溫度可逆凝膠；和/或設置所述熱塑性熱界面材料的步驟包括：設置多層熱界面材料，所述多層熱界面材料包括均熱器和沿著所述均熱器的一面或兩面的一層或更多層所述熱塑性熱界面材料。
12. 根據權利要求8所述的方法，其中：所述一個或更多個產熱部件的所述正常工作溫度在大約60°C到大約100°C的范圍內；所述熱塑性熱界面材料的所述軟化溫度或所述熔化溫度在大約l〇〇°C到大約200°C的范圍內；并且加熱所述熱塑性熱界面材料的步驟包括：將所述熱塑性熱界面材料加熱到至少大約 l〇〇°C或更高的溫度。
13. 根據權利要求8所述的方法，該方法還包括以下步驟：通過在散熱片與所述整體式均熱器或蓋板之間設置第二熱界面材料而在所述散熱片與所述整體式均熱器或蓋板之間建立熱連接，由此建立導熱的熱通路，所述熱通路從所述一個或更多個產熱部件經由所述熱塑性熱界面材料、所述整體式均熱器或蓋板、以及所述第二熱界面材料到達所述散熱片，使得由所述一個或更多個產熱部件產生的熱能夠通過所述熱塑性熱界面材料、所述整體式均熱器或蓋板、所述第二熱界面材料傳遞到所述散熱片。
14. 根據權利要求8所述的方法，其中，由于所述熱連接的存在，所述一個或更多個產熱部件的工作將所述熱塑性熱界面材料加熱到不超過所述正常工作溫度的溫度，使得所述熱塑性熱界面材料以固態(tài)保持在所述軟化溫度或所述熔化溫度之下，由此保持所述熱連接。
15. -種在電子設備的均熱器與熱源之間建立用于導熱的熱連接的方法，該方法包括以下步驟：在所述均熱器與所述熱源之間設置熱界面材料（TIM1)，其中，所述熱界面材料在所述均熱器與所述熱源之間建立可恢復的熱連接；和/或該方法包括以下步驟：在將用于使所述均熱器附接到所述電子設備的粘接劑固化之前設置所述熱界面材料。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述熱界面材料在所述均熱器與所述熱源之間建立可恢復的熱連接，使得如果所述熱界面材料在熱循環(huán)過程中出現剝離，則所述熱連接的界面接觸電阻和熱阻增大，使得來自所述熱源的熱導致所述熱界面材料軟化，降低接觸電阻，并重建所述熱連接。
17. 根據權利要求15所述的方法，該方法包括以下步驟：在將用于使所述均熱器附接到所述電子設備的粘接劑固化之前，在所述均熱器與所述熱源之間設置所述熱界面材料。
18. 根據權利要求17所述的方法，該方法還包括以下步驟：通過使所述粘接劑固化，將所述均熱器附接到所述電子設備。
19. 根據權利要求17所述的方法，該方法還包括以下步驟：通過使所述粘接劑固化，將所述均熱器附接到所述電子設備，并且其中，在所述固化過程中，所述熱界面材料在壓力下被加熱，使得所述熱界面材料流動以在所述均熱器與所述熱源之間形成細的接合線；以及使所述熱界面材料返回到固態(tài)，由此所述熱界面材料在所述均熱器與所述熱源之間建立具有低熱阻的熱連接。
20. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述熱界面材料具有高于所述熱源的正常工作溫度的軟化溫度或熔化溫度，使得所述熱界面材料在處于壓力下時被加熱到至少所述軟化溫度或所述熔化溫度時流動以形成細的接合線。
21. 根據權利要求20所述的方法，其中：所述電子設備包括具有一個更或多個產熱部件的中央處理單元；所述均熱器包括所述電子設備的整體式均熱器或蓋板；并且該方法還包括使粘接劑固化以將所述中央處理單元附接到所述整體式均熱器或蓋板，使得在所述固化過程中，所述熱界面材料流動以在所述中央處理單元與所述整體式均熱器或蓋板之間形成細的接合線。
22. 根據權利要求20所述的方法，其中：所述熱界面材料包括導熱的熱塑性塑料、導熱的溫度可逆凝膠、和/或低熔點合金中的一種或更多種；和/或設置所述熱界面材料的步驟包括：設置多層熱界面材料，所述多層熱界面材料包括均熱器和所述均熱器的一面或兩面上的一層或更多層所述熱界面材料；和/或所述熱界面材料的所述軟化溫度或所述熔化溫度在從大約100°c到大約200°C或從大約125°C到大約175°C的范圍內。
23. 根據權利要求15所述的方法，該方法還包括以下步驟：在散熱片與所述均熱器之間設置第二熱界面材料，由此形成導熱的熱通路，所述熱通路從所述熱源經由所述熱界面材料、所述均熱器和所述第二導熱界面材料到達所述散熱片，使得熱能夠從所述熱源通過所述熱界面材料、所述均熱器和所述第二導熱界面材料傳遞到所述散熱片。
24. 根據權利要求15至23中任一項所述的方法，其中，所述熱界面材料可工作為在失去所述熱界面材料與所述均熱器和/或所述熱源之間的接觸時重建或恢復所述熱連接。
25. -種電子設備，該電子設備包括：均熱器；具有正常工作溫度范圍的熱源；設置在所述均熱器與所述熱源之間的第一導熱界面材料（TIM1)，其中，所述熱界面材料包括：相變熱界面材料，其具有低于所述熱源的正常工作溫度范圍或在所述熱源的正常工作溫度范圍內的軟化溫度；和/或熱塑性熱界面材料，其具有高于所述熱源的正常工作溫度范圍的軟化溫度或熔化溫度；和/或熱界面材料，其在所述均熱器與所述熱源之間建立可恢復的熱連接。
26. 根據權利要求25所述的電子設備，其中：所述電子設備包括具有所述熱源的半導體裝置，所述均熱器包括所述電子設備的蓋板，并且所述熱界面材料位于所述半導體裝置與所述蓋板之間；和/或所述熱源包括所述電子設備的一個或更多個產熱部件，所述均熱器包括所述電子設備的整體式均熱器或蓋板，所述熱界面材料位于所述整體式均熱器或蓋板與所述一個或更多個產熱部件之間，所述熱界面材料具有高于所述一個或更多個產熱部件的所述正常工作溫度的軟化溫度或熔化溫度，所述熱界面材料在壓力下被加熱到至少所述軟化溫度或所述熔化溫度時能夠流動到細的接合線。
27. 根據權利要求25所述電子設備，該電子設備還包括：散熱片；以及位于所述熱源與所述散熱片之間的第二熱界面材料；其中，建立了導熱的熱通道，所述熱通道從所述熱源經由所述熱界面材料、所述均熱器、所述第二導熱界面材料到達所述散熱片。
28. 根據權利要求25至27中任一項所述的電子設備，其中，所述熱界面材料在所述均熱器與所述熱源之間建立可恢復的熱連接，使得如果所述熱界面材料在熱循環(huán)過程中出現剝離，則所述熱連接的界面接觸電阻和熱阻將增大，使得來自所述熱源的熱導致所述熱界面材料軟化，降低接觸電阻，并且重建所述熱連接。
29. -種導熱界面材料，其用于在電子設備的均熱器與熱源之間建立用于導熱的可恢復的熱連接，所述熱界面材料包括熱塑性材料和/或相變材料，所述熱界面材料被配置成使得如果所述熱界面材料在熱循環(huán)過程中出現剝離，則所述熱連接的界面接觸電阻和熱阻將增大，使得來自所述熱源的熱導致所述熱界面材料軟化，降低接觸電阻，并且重建所述熱連接。
【文檔編號】H01L23/36GK104241223SQ201410427808
【公開日】2014年12月24日申請日期:2014年6月13日優(yōu)先權日:2013年6月14日
【發(fā)明者】賈森·L·斯特拉德, 理查德·F·希爾申請人:萊爾德技術股份有限公司

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