附著非粘合熱界面材料的方法
2023-05-16 04:57:16
專利名稱：附著非粘合熱界面材料的方法
技術領域：
本發明的實施例解決電子設備中的傳熱，尤其涉及在散熱片與集成電路封裝之間附著非粘合熱界面材料的方法。
背景電子設備在工作過程中產生熱量。熱管理指的是將電子設備中對溫度敏感的元件保持在規定的工作溫度內的能力。
高性能的電子設備的開發當前需要更創新的熱管理。速度和能力上的每一次提高一般帶來增加的熱量產生的成本，使得需要進行額外的創新來提供適當的熱管理。
使用了若干方法用於冷卻包括高性能集成電路的電子設備。如
圖1中所示，冷卻這些類型的集成電路的一種方法是將散熱片10附著到作為集成電路封裝14的一部分的散熱層(heat spreader)12。集成電路封裝14一般焊接或插入到計算機上的主板。散熱片10在包含集成電路封裝14的計算機系統的工作過程中為集成電路封裝14提供冷卻。
熱界面材料16通常用於提升集成的散熱層12與散熱片10之間的有效熱路徑。熱界面材料16通常是糊狀或帶狀形式的。
不斷地開發出具有更高熱導率的新的熱界面材料來滿足對更有效的熱量排除的需求。這些改進對保持下一代處理器工作在可接受的溫度是必需的。某些新的熱界面材料是提供更高熱性能的相變材料。這些新材料被證實在熱方面優於其它類型的熱界面材料。
某些新熱界面材料固有地具有粘性，並在無需特別的處理或準備的情況下良好地粘合到散熱片10和/或散熱層12上的表面。粘性熱界面材料簡化了包括集成電路封裝14的電子設備的製造，因為粘性熱界面材料16可容易地附著到散熱片10。因此，散熱片供應商可容易地將粘性熱界面材料附著到散熱片上作為散熱片製造過程中的最後的步驟之一。帶有預先附著的熱界面材料的散熱片允許散熱片供應商和電子設備製造商將該組合作為一個零件來處理。
許多高度需求的熱界面材料不粘合到表面。如圖2中所示，非粘性熱界面材料的供應商通常將粘合層18噴射或覆蓋到熱界面材料16的整個表面上。粘合層18將熱界面材料16的整個表面之一連接到散熱片10。
粘合層18具有比熱界面材料16低得多的熱導率，使得粘合層18不利地影響了熱界面材料16的熱性能。在過去，粘合層18的不良熱性能是可接受，因為由添加粘合層18引入的熱損失的數量與熱界面材料16的總熱阻相比相對較小。由於開發了高性能的熱界面材料，由加上粘合層18引入的附加阻抗成為集成電路封裝14與散熱片10之間的總熱阻的主要部分。
因此，期望能夠在無需犧牲集成電路封裝與散熱片之間的熱導率的情況下將非粘性熱界面材料粘合到散熱片和/或集成電路封裝。對將非粘性熱界面裝配到散熱片和/或集成電路封裝的任何改進也不會顯著地增加製造電子設備的成本。
附圖簡述圖1是示出了現有技術散熱片組件的示意性側視圖。
圖2是示出了另一現有技術散熱片組件的類似於圖1的示意性側視圖。
圖3是示出包含本發明的電子組件的一個實施例的示意性側視圖。
圖4是示出圖3中所示的電子組件中的熱界面材料的俯視圖。
圖5上示出了另一種形式的熱界面材料的類似於圖4的俯視圖。
圖6是示出了包含本發明的電子組件的另一示例實施例的類似於圖3的示意性側視圖。
圖7是包括根據本發明的示例實施例的至少一個電子組件的電子系統的框圖。
詳細描述在本發明的以下詳細描述中，對示出可在其中實踐本發明的具體實施例的附圖進行了參考。在附圖中，相同的標號描述了全部若干視圖中基本上類似的組件。將足夠詳細地描述這些組件，使得本領域的技術人員能夠實踐本發明。可利用其它實施例，且可進行結構、邏輯和電的改變，而不背離本發明的範圍。
圖3示出了包含本發明的電子組件40的示例實施例。電子組件40包括由熱界面材料46熱連接至散熱片44的集成電路封裝42。散熱片44將熱量從集成電路封裝42中熱傳導出來，以便當集成電路封裝42在工作過程產生熱量時冷卻集成電路封裝42。
在所示的示例實施例中，集成電路封裝42包括基片47和安裝至基片47的管芯48。集成電路封裝42還包括將熱量從管芯48傳導至散熱片44的散熱層49。
現在也參考圖4，僅對熱界面材料46上的表面51的外圍加上粘合層50。粘合層50在表面51上與相對的邊55A、55B對準。粘合層50的厚度以及粘合層50在表面51上延伸的程度取決於粘合劑、熱界面材料46、散熱片44和散熱層49的類型。
將粘合層50定位在熱界面材料46的外圍上允許非粘合熱界面材料連接至散熱片44或散熱層49，同時維持熱界面材料46的高熱性能。如圖3中的箭頭A所示，當熱量在散熱層49與散熱片44之間流動時，幾乎所有的熱量都是通過從熱連接的中央向外延伸的有效熱區域傳遞的。從而，粘合層50可僅加在熱界面材料46的外圍上，而不需顯著改變熱傳遞路徑。由於對熱傳遞路徑很少甚至沒有改變，添加粘合層50對熱界面材料46的熱性能幾乎沒有影響。
熱界面材料46也可預先裝配到散熱片44來形成具有帶有散熱片44的單片構造的散熱片組件。組合熱界面材料46與散熱片44的散熱片組件簡化對了包括散熱片組件的電子組件的裝運與製造。
圖5示出了可用於電子組件40的替換熱界面材料60。粘合層61在熱界面材料60的表面62上與熱界面材料60的每一邊65A、65B、65C、65D對準。應該注意，粘合層61可僅與熱界面材料的一條邊65A、65B、65C、65D對準。
粘合層可與熱界面材料上的各條邊之一或任何組合對準。此外，粘合層不必與熱界面材料的一邊對準，只要粘合劑覆蓋足夠的表面以在預見的環境條件下在熱界面材料的表面上支撐住散熱片。
應該注意，儘管示出的粘合層處於熱界面材料的一個表面上，但粘合層可被加在熱界面材料的兩個表面上。取決於粘合劑被安置在熱界面材料的一個表面上還是兩個表面，熱界面材料可在將散熱片裝配到集成電路封裝之前或同時被固定至集成電路封裝和/或散熱片中。熱界面材料可具有任何形狀，而不限於圖4和5中所示的矩形。
在某些實施例中，熱界面材料的厚度取決於熱界面材料的類型。熱界面材料46可在管芯48的初始工作過程中隨散熱片44和散熱層49的溫度升高到某一水平之上而將相從固態改變成液態。當管芯48不再工作時，熱界面材料46變回固態，以進一步將散熱片44粘合至集成電路封裝42。該粘合減少了電子組件40的使用壽命中散熱片44與集成電路封裝42之間的熱阻抗。
另一示例實施例是針對將散熱片固定至諸如集成電路封裝42等電子設備的方法。該方法包括僅對熱界面材料46的表面51的外圍加上粘合層50。熱界面材料46使用粘合層50加到散熱片44。該方法還包括固定散熱片44以與集成電路封裝42熱接觸，以在集成電路封裝42的工作過程中提取熱量。該方法對高順應性、高性能的非粘合材料，諸如基於金屬的相變材料尤其適用，因為熱界面材料46填補了可能由外圍粘合層50引入的任何縫隙。在圖6中所示的替換實施例中，該方法包括將熱界面材料加到散熱層49而不是散熱片44。
另一示例實施例針對形成用於從諸如集成電路封裝42等電子設備傳導熱能的散熱片組件的成套零件。該套件包括適用於熱耦合至電子設備的一個或多個散熱片44，以及適用於安裝到散熱片44來改進散熱片44與電子設備之間的熱導率的至少一個熱界面材料46。熱界面材料46包括僅位於熱界面材料46的表面51的外圍上的粘合層50。
可對散熱片44和熱界面材料46使用替換材料。材料的選擇將取決於相關的熱傳遞考慮以及與製造該電子設備相關聯的成本。
使用如此處所述的成套零件裝配電子組件允許從單套零件裝配包含各種工業標準的集成電路封裝的電子組件。通過基於可用空間和特定的熱情形選擇適當的部件來製造電子組件。
圖7是包含至少一個電子組件，諸如圖3中所示的電子組件40的電子系統70的框圖。電子系統70可以是包含將電子系統70的各個部件電耦合在一起的系統總線72的計算機系統。系統總線72可以是單個總線或多個總線的任何組合。
電子組件40耦合至系統總線72，且可包括任何電路或電路的組合。在一個實施例中，電子組件40包括可以是任何類型的處理器76。如此處所使用的，處理器指的是任何類型的電路，諸如但不限於，微處理器、微控制器、圖形處理器或數位訊號處理器。
可包含在電子組件40中的其它類型的電路有自定義電路或專用集成電路，諸如供在諸如蜂窩電話、尋呼機、可攜式計算機、雙向無線電和類似電子系統等無線設備中使用的通信電路77。
電子系統70也可包括外部存儲器80，後者又包括適用於特定應用的一個或多個存儲器元件，諸如隨機存取存儲器(RAM)形式的主存儲器82、一個或多個硬碟驅動器84、和/或處理諸如軟盤、光碟(CD)和數字視頻盤(DVD)等可移動介質86的一個或多個驅動器。
電子系統70也可包括顯示設備88、揚聲器89和控制器90，諸如鍵盤、滑鼠、跟蹤球、遊戲控制器、麥克風、語音識別設備或向電子系統70輸入信息的任何其它設備。
如此處所示，本發明能以多個不同的實施例實現，包括電子封裝、電子系統、計算機系統、製造電子封裝的一種或多種方法以及製造包括封裝的電子組件的一種或多種方法。元件、材料、幾何形狀、尺寸和操作順序都可變化來適應特定的封裝要求。
圖1-7僅是代表性的，且不是按比例繪製的。其中的某些部分可能被放大，尤其是粘合層51、62，而其它的可能被最小化。
上述散熱片組件、套件和方法為高熱量產生的電子設備提供了可普遍應用的熱解決方案。該普遍實用性向熱學工程師提供用於冷卻電子組件的零件的節約成本的選擇。仔細閱讀以上描述之後，對本領域的技術人員而言，眾多其它實施例將是顯而易見的。本發明的範圍應參考所附權利要求書以及權利要求書所要求的等效實施方式的全部範圍來確定。
權利要求
1.一種用於將散熱片固定到電子設備的方法，包括僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層；使用所述粘合層將所述熱界面材料的表面加到散熱片；以及固定所述散熱片以與所述電子設備熱接觸，用於在所述電子設備的工作過程中提取熱量。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層包括，使所述粘合層與所述表面的一條邊對準。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層包括，使所述粘合層與所述表面的相對的邊對準。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層包括，使所述粘合層與所述表面的每一條邊對準。
5.一種用於將散熱片固定到電子設備的方法，包括僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層；使用所述粘合層將所述熱界面材料加到所述電子設備的封裝；以及固定所述散熱片以與所述電子設備的封裝熱接觸，用於在所述封裝與所述散熱片之間定位所述熱界面材料。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層包括，使所述粘合層與所述表面的一條邊對準。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述僅對熱界面材料上的表面的外圍加上粘合層包括，使所述粘合層與所述表面的每一條邊對準。
8.一種用於從電子設備提取熱能的散熱片組件，所述散熱片組件包括散熱片；熱界面材料；以及僅加到所述熱界面材料上的表面的外圍的粘合層，用於將所述熱界面材料的表面固定到所述散熱片。
9.如權利要求8所述的散熱片組件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的一條邊對準。
10.如權利要求8所述的散熱片組件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面相對的邊對準。
11.如權利要求8所述的散熱片組件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的每一條邊對準。
12.一種電子組件，包括集成電路封裝；包含散熱片以及所述散熱片與所述集成電路封裝之間的熱界面材料的散熱片組件，所述熱界面材料包括僅在所述熱界面材料的表面的外圍上的粘合層，用於將所述熱界面材料的表面固定到所述散熱片與所述集成電路封裝中的至少一個。
13.如權利要求12所述的電子組件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的一條邊對準。
14.如權利要求12所述的電子組件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面相對的邊對準。
15.如權利要求12所述的電子組件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的每一條邊對準。
16.如權利要求12所述的電子組件，其特徵在於，所述粘合層將所述熱界面材料固定到所述散熱片。
17.如權利要求12所述的電子組件，其特徵在於，所述集成電路封裝包括散熱層，且所述粘合層將所述熱界面材料固定到所述散熱層。
18.一種計算機系統，包括總線；耦合至所述總線的存儲器；固定到電連接至所述總線的封裝的處理器；以及包含散熱片以及所述散熱片與所述處理器的封裝之間的熱界面材料的散熱片組件，所述熱界面材料包括僅在所述熱界面材料上的表面的外圍上的粘合層，用於將所述熱界面材料的表面固定到所述散熱片與所述集成電路封裝中的至少一個。
19.如權利要求18所述的計算機系統，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的每一條邊對準。
20.如權利要求18所述的計算機系統，其特徵在於，所述粘合層將所述熱界面材料固定到所述散熱片。
21.如權利要求18所述的計算機系統，其特徵在於，所述處理器的封裝包括散熱層，且所述粘合層將所述熱界面材料固定到所述散熱層。
22.一種用於形成用於冷卻電子設備的散熱片組件的成套零件，所述成套零件包括熱耦合至所述電子設備來將熱能從所述電子設備導出的散熱片；安裝在所述散熱片上來提升所述散熱片與所述電子設備之間的熱導率的熱界面材料，所述熱界面材料包括僅加到所述熱界面材料上的表面的外圍的粘合層。
23.如權利要求22所述的成套零件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的一條邊對準。
24.如權利要求22所述的成套零件，其特徵在於，所述粘合層與所述表面的每一條邊對準。
全文摘要
將散熱片固定到諸如集成電路封裝等電子設備包括，僅在熱界面材料上的表面上加上粘合層。該熱界面材料使用粘合層加到散熱片和/或集成電路封裝上。散熱片與集成電路封裝熱接觸用於在工作過程中提取熱量。
文檔編號H05K7/20GK1891020SQ200480036048
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月24日 優先權日2003年12月17日
發明者S·李, S·尤, J·常 申請人:英特爾公司