在均热器或盖板与热源之间建立热连接的方法技术

在均热器或盖板与热源之间建立热连接的方法。根据各个方面，公开了热界面材料、电子设备以及在均热器或盖板与热源之间建立热连接方法的示例性实施方式。在示例性实施方式中，在均热器与热源之间建立用来导热的热连接的方法总体上包括在均热器与热源之间设置热界面材料(TIM1)。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及一种热界面材料CHM1),并且更具体地，涉及在均热器（heat spreader)或盖板与热源之间建立热连接的方法。
技术介绍
这个部分提供与本公开相关的但未必是现有技术的背景信息。 电气部件（诸如半导体、集成电路组件、晶体管等）通常具有预先设计的温度，在 这一温度，电气部件可以以最优状态运行。理想条件下，预先设计的温度接近周围空气的温 度。然而，电气部件的工作产生热。如果不去除热，则电气部件可能以显著高于其正常或期 望的工作温度的温度运行。如此过高的温度会对电气部件的工作特性和所关联的设备的运 行带来不利影响。 为避免或至少减少由于生热带来的不利的工作特性，应将产生的热去除，例如通 过将热从工作的电气部件传导到散热片。随后可以通过传统的对流和/或辐射技术使散热 片冷却。在传导过程中，热可通过电气部件与散热片之间的直接表面接触和/或电气部件 与散热片隔着中间介质或热界面材料的接触而从工作中的电气部件传导到散热片。热界面 材料可以用来填充传热表面之间的空隙，以便同以空气填充的间隙（相对不良的导热体） 相比提高传热效率。特别是在相变和热油脂的情况下，不需要大的空隙，热界面材料刚好可 以用于填充在接触面之间的表面不规则中。在一些设备中，电绝缘体也可以放置在散热片 与电气部件之间，在很多情况下，电绝缘体本身就是热界面材料。
技术实现思路
这个部分提供对本公开的总体概述，但并不是对完整范围或全部特征的全面公 开。 根据各个方面，公开了的示例性实 施方式。还公开了热界面材料和包括热界面材料的电子设备。 在示例性实施方式中，一种在电子设备的均热器与热源之间建立用于导热的热连 接的方法总体上包括在所述均热器与所述热源之间设置热界面材料（--Μ1)。在另一示例 性实施方式中，一种方法总体上包括在将用于使均热器附接到电子设备的粘接剂固化之前 在所述电子设备的所述均热器与热源之间设置热界面材料（TIM1)。在又一示例性实施方 式中，一种电子设备总体上包括盖板和具有正常工作温度范围的半导体装置。热界面材料 (TIM1)在所述盖板与所述半导体装置之间建立热连接。 可应用性的其它方面将从本文所提供的描述中变得明显。该概述中的描述和具体 示例仅仅旨在说明的目的，而并不旨在限制本公开内容的范围。 z 【附图说明】 本文所述的附图仅为了说明所选择的实施方式而不是所有可能的实施方式，并且 并不旨在限制本公开内容的范围。 图1是根据本专利技术实施方式的电子设备的截面图，其示出了设置在均热器（例 如整体式均热器（IHS)、盖板等）与热源（例如，一个或更多个产热部件、中央处理单元 (CPU)、芯片、半导体部件等）之间的热界面材料（--Μ1); 图2是示出根据本专利技术实施方式的均热器（例如，整体式均热器（IHS)、盖板等） 的表面上的热界面材料（TIM1)的图； 图3的曲线图示出了根据本专利技术实施方式的TIM1相对于温度的硬度计测试结果。 相应的标号在所有附图中始终表示对应的部件。 【具体实施方式】 下面将参照附图详细描述示例实施方式。 均热器通常被用来分散来自一个或更多个产热部件的热，使得在将热传递到散热 片时防止热集中在小区域内。整体式均热器（IHS)是一种可以用来分散由中央处理单元 (CPU)或处理器芯片的工作产生的热的均热器。集成均热器或盖板（例如，集成电路（1C) 封装的盖板等）一般是设置在CPU或处理器芯片上的导热金属（例如铜等）。 均热器也通常被用来（例如，作为盖板等）保护经常与密封的组件相连的芯片和 板装类电子部件。所以，均热器在本文中也可以指盖板，或者反之盖板也可以指均热器。 第一热界面材料或层（表示为TIM1)可用在整体式均热器或盖板与热源之间以减 少热点并总体上降低产热部件或设备的温度。第二热界面材料或层（表示为TIM2)可用在 整体式均热器（或盖板）与散热片之间以提高从均热器到散热片的热传递效率。 热源可包含一个或更多个产热部件或装置（例如CPU、底部填充内的芯片、半导体 装置、倒装芯片、图形处理单元（GPU)、数字信号处理器（DSP)、多处理器系统、集成电路、多 核处理器等）。通常，热源可以包括在工作期间具有比均热器或盖板高的温度或不管是自身 产热还是仅通过或经由热源传递热量而向均热器或盖板提供或传递热量的任何部件或装 置。 传统的聚合热界面材料可以用作--Μ1。但是专利技术人发现，目前使用的聚合TM1材 料通常是需要在冷冻状态下运输和储存的现场固化硅凝胶。而且，一旦启用，它们具有短的 适用期和保质期，而且还需要特殊的处置工具才能使用。发现上述缺陷后，本专利技术的专利技术人 设计并在此公开了消除、避免或至少减少与上述常规TIM1材料相关联的缺陷的示例性实 施方式。 如本文所公开的，示例性实施方式包括一块热塑性材料（例如，热塑性相变材料 等）形式的TIM1，TIM1在自然条件下可能或可能不具有粘性。在一些实施方式中，了川丨可 具有比诸如CPU的热源的正常工作温度（例如，正常工作温度从大约 6〇。〇到1〇(rc或从大 约3〇°C到40°C等）高的软化温度（例如，熔化温度、状态转变或相变温度等）。在这些示例 性实方式中，所述热塑材料块将软化或熔化一次（例如，在粘接剂固化阶段中、在 cpu的 首次运行中等）并接着凝固二之后，所述热塑性材料块可以在低于其软化或熔化温度的温 度使用并保持凝固。在其它示例性实施方式中， τηι1可具有低于诸如CPU的热源的正常工 作温度范围或者在该正常工作温度范围内的软化温度。 在一些示例性实施方式中，ΠΜΙ包括具有落入从大约751：到大约20(TC或者从大 约125°C到大约175°C的范围内的软化温度（例如，熔点或相变温度等）的热塑相变材料。 或者，例如，TIM1可以具有大约40°C、50°C、75°C等的软化或熔化温度。--Μ1可具有大约0.3 瓦特每米每开尔文（W/mK)或更高、 3W/mK或更高、或者5w/mK或更高的导热系数，所述导热 系数可以通过在热塑材料中加入导热填料而得到增强。在示例性实施方式中，TIM1可包含 具有大约160°C或更低的熔化温度的低熔点合金。 常规地，整体式均热器（IHS)或盖板通常沿IHS的外边缘或周边边沿经由粘接剂 附接到CPU并固定。粘接剂可以在一定温度（例如，从大约75?到大约200?或从大约 125?到大约175°C的范围内的温度、大约40°C、5(TC、75O等的温度）和一定压力（例如， 落入大约5磅每平方英寸（psi)到大约lOOpsi或从大约l〇psi到大约50psi等范围内的 压力）下被固化。在本文所公开的示例性实施方式中，--Μ1具有从大约75°C到大约200°C 或从大约125°C到大约175°C的范围内、或者大约4(TC、50°C、75°C的温度的软化温度（例 如，熔化温度等）。这使得TIM1可在粘接剂固化过程中软化（例如，熔化、相变、变得可流动 等）并流动。在这些示例性实施方式中，TIM1 (例如，热塑块等）可以在粘接剂固化步骤之 前设置在IHS (或盖板）与CPU之间。当在粘接剂固化步骤中处于压力之下时，热塑块软化、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电子设备的均热器与热源之间建立用于导热的热连接的方法，该方法包括以下步骤：在所述均热器与所述热源之间设置热界面材料(TIM1)，其中，所述热界面材料包括：相变热界面材料，其具有低于所述热源的正常工作温度范围或在所述热源的正常工作温度范围内的软化温度；和/或热塑性热界面材料，其具有高于所述热源的正常工作温度范围的软化温度或熔化温度。

【技术特征摘要】
2013.06.14 US 13/918,824;2013.09.24 US 61/881,823;1. 一种在电子设备的均热器与热源之间建立用于导热的热连接的方法，该方法包括以 下步骤： 在所述均热器与所述热源之间设置热界面材料（TIM1)，其中，所述热界面材料包括： 相变热界面材料，其具有低于所述热源的正常工作温度范围或在所述热源的正常工作 温度范围内的软化温度；和/或 热塑性热界面材料，其具有高于所述热源的正常工作温度范围的软化温度或熔化温 度。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述热界面材料可工作为在所述均热器与所述 热源之间建立可恢复的热连接，使得如果所述热界面材料在热循环过程中出现剥离，则所 述热连接的界面接触电阻和热阻将增大，由此来自所述热源的热将导致所述热界面材料软 化，降低接触电阻，并且重建所述热连接。3. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤： 将所述热界面材料加热到高于所述正常工作温度范围的温度，使得所述热界面材料在 压力下能够流动；以及 使所述热界面材料返回到低于所述正常工作温度范围或在所述正常工作温度范围内 的温度，由此所述热界面材料在所述均热器与所述热源之间建立热连接。4. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤： 在所述热界面材料处于压力下时将所述热界面材料加热到相变温度，使得所述热界面 材料流动以在所述均热器与所述热源之间形成细的接合线；以及 使所述热界面材料返回到固态，由此所述热界面材料在所述均热器与所述热源之间建 立热连接。5. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤： 在将所述热界面材料设置在所述均热器与所述热源之间前，将所述热界面材料施加到 所述均热器或施加到所述热源；和/或 其中，该方法包括以下步骤：将用于使所述均热器附接到所述电子设备的粘接剂固化， 其中所述固化过程还将所述热界面材料加热到至少所述软化温度。6. 根据权利要求1所述的方法，其中： 所述热界面材料的所述软化温度低于所述热源的所述正常工作温度范围或者在所述 热源的所述正常工作温度范围内；和/或 所述热界面材料包括相变材料，所述相变材料具有从大约45°C到大约70°C的软化温 度范围；和/或 所述热界面材料具有低于所述热源的所述正常工作温度范围或在所述热源的所述正 常工作温度范围内的相变温度；和/或 所述热界面材料是剪切变稀和触变性的，使得所述热界面材料除在压力下之外在所述 相变温度不能够流动；和/或 所述热界面材料具有高于所述热源的所述正常工作温度范围的相变温度，使得所述热 界面材料在所述热源的所述正常工作温度范围内软化但不熔化。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中： 所述电子设备包括具有所述热源的半导体装置； 所述均热器包括所述电子设备的盖板； 所述热界面材料包括位于所述半导体装置与所述盖板之间的第一热界面材料；并且 该方法还包括以下步骤：在散热片与所述盖板均热器之间设置第二热界面材料 (--Μ2)，由此所述半导体装置经由所述第一热界面材料、所述盖板和所述第二热界面材料 与所述散热片形成有效的热传递。8. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中： 所述均热器包括所述电子设备的整体式均热器或盖板； 所述热源包括所述电子设备的一个更或多个产热部件；并且 所述热界面材料包括具有高于所述一个或更多个产热部件的正常工作温度的软化温 度或熔化温度的热塑性热界面材料。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，该方法包括以下步骤： 在所述整体式均热器或盖板与所述一个或更多个产热部件之间设置所述热塑性热界 面材料； 在所述热塑性热界面材料处于压力下时将所述热塑性热界面材料加热到至少所述软 化温度或所述熔化温度，使得所述热塑性热界面材料流动以在所述整体式均热器或盖板与 所述一个或更多个产热部件之间形成细的接合线；以及 使所述热塑性热界面材料返回到固态，由此所述热塑性热界面材料在所述整体式均热 器或盖板与所述一个或更多个产热部件之间建立热连接。10. 根据权利要求9所述的方法，其中： 所述电子设备包括具有所述一个或更多个产热部件的中央处理单元；并且 在使所述整体式均热器或盖板粘接到所述中央处理单元的粘接剂的固化过程中，执行 在所述热塑性热界面材料处于压力下时将所述热塑性热界面材料加热到至少所述软化温 度或所述熔化温度的步骤。11. 根据权利要求9所述的方法，其中： 加热所述热塑性热界面材料的步骤包括：在从大约5磅每平方英寸psi到大约 lOOpsi、或从大约lOpsi到50psi的范围内的压力下，将所述热塑性热界面材料加热到从大 约100°C到大约200°C、或从大约125°C到大约175°C的范围内的温度；和/或 所述热塑性热界面材料被夹在所述整体式均热器或盖板与所述一个或更多个产热部 件之间，其中所述热塑性热界面材料被压紧在所述一个或更多个产热部件上；和/或 所述热塑性热界面材料包括导热的热塑料或导热的温度可逆凝胶；和/或 设置所述热塑性热界面材料的步骤包括：设置多层热界面材料，所述多层热界面材料 包括均热器和沿着所述均热器的一面或两面的一层或更多层所述热塑性热界面材料。12. 根据权利要求8所述的方法，其中： 所述一个或更多个产热部件的所述正常工作温度在大约60°C到大约100°C的范围内； 所述热塑性热界面材料的所述软化温度或所述熔化温度在大约l〇〇°C到大约200°C的 范围内；并且 加热所述热塑性热界面材料的步骤包括：将所述热塑性热界面材料加热到至少大约 l〇〇°C或更高的温度。13. 根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以下步骤： 通过在散热片与所述整体式均热器或盖板之间设置第二热界面材料而在所述散热片 与所述整体式均热器或盖板之间建立热连接，由此建立导热的热通路，所述热通路从所述 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾森·L·斯特拉德，理查德·F·希尔，
申请(专利权)人：莱尔德技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US