CN109219879B - 热界面材料结构 - Google Patents

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Abstract

在一个示例中，公开了一种热界面材料(TIM)结构。该TIM结构包括第一热界面材料层和第二热界面材料层。该第二热界面材料层与该第一热界面材料层重叠。

Description

热界面材料结构
技术领域
本发明涉及热界面材料领域。
背景技术
热界面材料的实例包括热油脂，导热垫和热凝胶，以及许多其他材料。热油脂价格便宜，并且在薄粘合线上提供良好的间隙填充能力和高导热性。然而，在使用中短期到长期的油脂泵送导致界面空隙和高应变区域的热降解。导热垫具有出色的导热性，使用非常方便，无需模板或分配工艺。然而，导热垫在一系列负载条件下具有有限的可压缩性和间隙填充能力。热凝胶在薄粘合线上提供良好的间隙填充能力和高导热性。此外，消除了热油脂固有的泵送现象。然而，与热凝胶相关的缺点包括需要等离子体清洁表面，适当的固化方案，以及适当的材料储存和处理，以最小化高应变区域中潜在的使用中材料粘附损失和热降解。这些工具和过程控制很昂贵。
发明内容
根据一个实施例，公开了一种热界面材料(TIM)结构。TIM结构包括第一热界面材料层和第二热界面材料层。第二热界面材料层与第一热界面材料层重叠。
根据另一实施例，一种装置包括电子元件，传热元件和设置在电子元件和传热元件之间的热界面材料结构。热界面材料结构包括第一热界面材料层和与第一热界面材料层重叠的第二热界面材料层。
根据另一实施例，一种方法包括选择性地将间隙填充材料施加到传热元件的表面以形成第一热界面材料层。该方法还包括将固体导热垫施加到第一热界面材料层以形成热界面材料结构的第二热界面材料层。热界面材料结构包括一个或多个重叠区域，其与第一热界面材料层和第二热界面材料的层重叠相关联。
通过如附图中所示的本发明的示例性实施例的以下更具体的描述，本发明的前述和其他目的，特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记通常表示本发明的示例性实施例的相同部分。
附图说明
现在仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，附图中：
图1A是描绘根据一个实施例的热界面材料结构的示例图，所述热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层。
图1B是描绘本公开的TIM结构和其他TIM结构的TIM热性能比较的示图。
图2是描绘根据一个实施例的模板设计的示例图，该模板设计用于基于特定电子元件的位置识别热界面结构中的不同热界面材料的位置。
图3A是根据一个实施例的热界面材料结构的示例的侧视图，该热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层并被应用到散热器基座。
图3B是根据一个实施例的在将散热器应用于裸芯片模块之后的图3A的示例性热界面材料结构的侧视图。
图4是热界面材料结构的第一示例的顶视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构应用于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。
图5是热界面材料结构的第二示例的顶视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构应用于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。
图6是热界面材料结构的第三示例的顶视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构施加于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。
图7是热界面材料结构的第四示例的俯视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构施加子组件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。
图8是示出形成热界面材料结构的过程的特定实施例的流程图，该热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层并将该热界面材料结构应用于电子设备。
具体实施方式
本公开描述了热界面材料(TIM)结构，其利用两种(或更多种)合规材料，在材料之间具有一个或多个重叠区域。在一些情况下，本公开的TIM结构可以用于电子设备表面和散热元件之间存在高度可变和大的物理间隙的封装应用，例如可能存在于直接芯片/散热器/散热器硬件电子封装中。
有若干优点与具有本公开的重叠区域的TIM结构相关联。例如，本公开的TIM结构可以减轻或消除高功率设备下的薄粘合线区域的油脂泵送或凝胶分层潜力。作为另一个例子，本公开的TIM结构可以消除昂贵且复杂的处理(不需要等离子体，不需要固化)。此外，本公开的TIM结构可以使得能够容易地返工，可以实现水冷系统(特别是如果使用间隙填充垫)的现场更换，可以消除严格的模具表面清洁度要求，并且可以通过工艺简化提供显著的成本降低。此外，本公开的TIM结构的间隙填充材料或导热垫还可以提供阻尼以防止器件损坏。在一些情况下，本公开的TIM结构可以与存在于普通散热器或散热器表面上的第三TIM解决方案一起使用。
作为说明性的非限制性示例，本公开的热界面材料结构可用于冷却具有复杂，大型，无盖的高功率(例如，300W)图形处理单元(GPU)卡组件。采用直接散热器连接解决方案的2.5D或3-D硅上硅(SOS)有机层压封装。为了说明，SOS封装可以是球栅阵列(BGA)模块(例如，55mm)，其具有与C4连接的大(例如，40mm×29mm)硅中介层，其也C4互连多个堆叠的存储器硅芯片器件(HBM)和为了应变消除和后续处理而封装在一块砖中的大(例如，25+mm x 25+mm)高功率GPU硅芯片器件。由于模块载体和驻留的SOS结构之间的热膨胀系数(CTE)不匹配，该模块封装在制造之后可能产生相当大的“弯曲”。这样，整个模块封装经过封装的SOS结构的背面研磨，以提供足够平坦的设备，用于随后的卡连接。然而，在将BGA载体焊接到电路板上作为原始设备制造商(OEM)构造的一部分之后，由于硅和有机载体之间类似的CTE不匹配，在没有大量加强元件(如模块盖)的情况下，相当大的弯曲可能会返回到模块/卡组件。
在该封装中可能存在大的、不平坦的条件(例如，大约150-250微米)并且可能对创建可以有效地接触硅设备表面和相应的散热器(其也可能具有一些较小的不平坦表面条件)的稳定，高性能，可靠的热界面构造产生重大挑战。这种大的、不平坦状态可能产生大的气隙，必须用导热界面材料填充，以确保令人满意的热量提取和有效的冷却。然而，界面的区域也可能形成极窄的热界面间隙，其中翘曲凸起装置的突出特征与更合理平坦的散热器(heat spreader)或散热器(heat sink)表面上的高点配合。
如上所述，可得到若干热界面材料选项，每种都具有某些限制。尽管可以在表面涂覆导热油脂以填充大而可变的间隙作为低成本的TIM解决方案，由于材料中产生的高应变以及与功率循环/老化相关的硬件形状变化导致的材料位移，这些材料倾向于从小间隙区域泵出。结果，由于这些泵送效应，在界面处由于TIM材料的损失而在部件的寿命期间可能出现显着的热降解。在上述示例GPU施加的情况下，高功率GPU设备是结构中的高点并且如果使用油脂则形成非常薄的油脂粘合线的区域并且因此最容易被油脂泵送。在较厚的界面粘合线上也观察到这些材料中显着的热性能损失，因为当材料存在于较厚的界面间隙中时，存在于润滑脂配方中的掺入的高导热率颗粒不会紧密接触。
多个软热间隙填充材料也以垫或可分配的形式存在，但是这些材料通常是低热性能构造，其不适合于冷却GPU装置。
高性能TIM垫，例如石墨或石墨/硅树脂复合物或软图案化铟金属垫，也存在，但是具有有限的顺应性并且不能填充大间隙(例如，高达150-250微米)。这些垫中的一些需要非常高的负载才有效，并且不适合2.5D/3D SOS或裸芯片1D硅封装上的负载限制以防止器件损坏。然而，这些材料在其可行的粘合线/间隙填充能力范围内往往具有更一致的热性能。
高性能可分配的硅氧烷或其它有机弹性体材料凝胶也可填充大范围的间隙，然后进行后分配固化，以避免与导热油脂相关的泵送问题，并用于多种高性能电子模块封装中。然而，这些材料在运输和振动方面易碎并且受到热循环的界面撕裂并且需要大量的处理开销以确保提供适当的粘合性能以避免撕裂和良好的热界面稳定性/可靠性。因此，这些材料的实施可能非常昂贵，因为它们包括需要及时固化循环和固化烘箱以及需要具有彻底清洁的装置和散热器表面以确保凝胶粘附。这通常需要引入等离子体工艺和相关工具，这会增加在单个制造场所内实施的显着成本。凝胶材料还需要特殊的处理和处理使用规格，因为它们必须在使用前保持冷冻，并且如果暴露于冷冻/解冻循环则会降解。使用较厚的粘合线，这些材料的热性能也会降低。
可分配或垫式相变材料也可以是良好的间隙填充选项，其限制在油脂中发现的泵送现象，但是这些材料中的许多倾向于随时间反应，伴随相变成分的损失并且可能由于各种原因而失效。相变成分也可以从具有一些材料组的界面泄漏。
液态金属热界面材料，例如Ga基合金，可以提供用于高性能，高度可变的TIM间隙填充的解决方案，但是成本高并且具有许多风险，包括材料泄漏和具有灾难性部件故障的有害冶金反应。因此，通常避免使用液态金属作为热界面材料选择，并且这些材料不被认为是通常可行的或实用的TIM解决方案。
先前描述的热界面材料选项通常用作独立的热界面解决方案，其提供在某个组件或多个组件到一个散热器或多个散热器的冷却路径。对于几乎所有可用的TIM材料组，有许多这类结构的例子。此外，这些材料也已经在共同的组件上彼此组合使用，但是它们彼此独立地用于冷却特定组件或多个特定组件。例如，焊接到卡组件的BGA封装中的处理器或逻辑控制专用集成电路(ASIC)器件可以使用导热油脂作为元件和散热器表面之间的热界面材料，而其他组件例如组装的存储器模块在同一电路板上可以使用这些元件和散热器表面之间的间隙填充TIM垫。然而，在每种情况下，这些材料不以彼此重叠的组合使用。相反，本公开的热界面材料结构包括分层和/或重叠的TIM材料，其结合了用于技术性能优化和整体可靠性增强的有益特性。
本公开描述了部分堆叠的，部分重叠的热界面材料封装结构，其包括两种(或更多种)不同的热界面材料。该结构包括可分配或模板屏蔽的印刷导热油脂，相变或凝胶材料，优选施加于封装结构中的大间隙区域，并与上覆固定的高性能固体垫材料(例如，可压缩石墨垫，铟垫，或石墨/弹性体复合垫)相结合，该高性能固体垫材料施加于需要形成小粘合线的区域。然后，通过解决上述几个缺点，将该界面结构“夹在”共同的器件表面和散热器表面之间，以提高性能和可靠性。例如，本公开的TIM结构解决了与下述相关的问题：与单一涂抹油脂解决方案相关的薄粘合线油脂泵送问题，与单一涂抹凝胶解决方案相关的薄粘合线凝胶粘附问题以及固体TIM垫的有限间隙填充能力相关的问题。此外，本公开的TIM结构在具有实质弓形(例如，超过150微米)的整个器件区域上提供改善的热性能，其优于使用单独施加的热解决方案，包括固体垫热界面材料阵列或上面提到的单一分配或模板施加的热界面材料。
参见图1A，附图标记100示出了根据一个实施例的TIM结构的示例，该TIM结构包括具有一个或多个重叠区域的至少两个热界面材料层。在图1A中描绘的特定实施例中，示出了至少部分TIM材料重叠的四个区域。然而，应当理解，可以使用替代数量和/或布置的材料，其导致(至少部分导致)重叠的区域的替代数量和/或布置。
图1A示出了裸芯片/散热器TIM配置，其包括散热器基座102，设置在散热器基座102上的散热器底座104(例如，铜基座)，间隙填料106(例如，导热油脂/凝胶)和导热垫108。导热垫108部分地覆盖在间隙填料106上。该间隙填料106在一个或多个位置处施加到散热器底座104，从而产生一个或多个重叠区域110。在图1A的示例性例子中，间隙填料106施加到在散热器底座104上的四个位置处，并且导热垫108在四个位置处与间隙填料106部分地重叠。在其他情况下，间隙填料106可以在替代数量的位置处分配，从而产生替代数量的重叠区域。此外，图1A的示例中所示的部分重叠的程度仅用于说明目的，并且可以变化。另外，一个位置处的重叠程度可以与另一个位置处的重叠程度不同。
在一些情况下，如图2所示和进一步描述的那样，模板可用于识别散热器底座104上将要施加间隙填料106的区域。模板设计可以根据特定的电子元件配置而变化。为了说明，在具有四个HBM存储器位置的裸芯片SOS模块封装/GPU卡组件的情况下(如图2的示例中所示)，在图1A的示例中间隙填料106被施加的四个位置可以和所述四个HBM存储器位置相关联。应当理解，可以使用用于识别油脂/凝胶分配位置的替代方法，并且可以使用各种方法将油脂/凝胶施加到所识别的位置。
在特定实施例中，间隙填料106可以是导热油脂(例如，Shin Etsu X23-7868-2D)，其在相应的HBM存储器位置处被模版印刷到散热器(heatsink)底座104上(或者在水冷系统的情况下为散热器(heat spreader))。在对油脂进行模板印刷之后，可以将切割成适当尺寸的固体导热垫108(例如，石墨垫，例如Graftech HTC3200石墨)放置在相应GPU设备位置处的散热器上，并且可以通过将导热垫108部分地重叠到印刷的间隙填料106材料上以将导热垫108固定就位来保持就位(图1A中由参考字符110表示的重叠区域)。在该示例中，垫材料被切割成这样的尺寸，使得当以装置位置为中心时，导热垫108与大约50％的模板间隙填料106直接接触。在其他情况下，重叠程度可以调节(例如，基于相应配合表面中的弯曲程度)。
如结合图3A和图3B所示和进一步描述的，在将重叠的TIM材料施加到散热器基座102上之后，然后将散热器组件固定到电子卡组件上并置于组装夹具中的弹簧载荷下以施加压力以形成TIM粘合线。然后将该组件保持在压力下，同时在卡/散热器组件上致动弹簧加载的带肩螺钉(例如，用于图2的示例中所示的组件的4个螺钉)，以在移除装配加载工具后维持在接口上的恒定的施加压力。
因此，图1A示出了利用至少部分重叠的两个热界面材料的TIM结构的示例。通过使用间隙小的固体TIM，可以避免在应变高的情况下泵送油脂或凝胶的附着损失，同时由于存在较厚的粘合线，在z方向应变较少的外部装置位置处使用使用油脂或其他可分配材料的大间隙填充。因此，可以减少油脂泵送或其他性能损失。如果在外部区域实现性能损失，则在较低功率设备上存在更大的可变性余量。通过在外部装置位置使用高度可压缩的可分配材料，还实现了固体垫的完全可压缩性，以提高整体性能和可靠性。
由于两种材料都是低成本且总体上非常易于加工，因此本公开的热界面解决方案也是有成本效益的。围绕装置粘合线周边的油脂或类似的柔顺或弹性材料的存在也可以提供阻尼能力(例如，在运输/振动条件下)。此外，使用模板/分配的油脂/凝胶/PCM材料与垫之间的重叠还提供了定位点以将垫保持在适当的位置而不需要定位销，定位销增加了成本并消耗了关键的硬件空间。石墨垫通常非常轻且易碎，如果脱落，则会受到损坏。因此，这种安全的定位和对准方法是有益的。
另外，由于与使用间隙填充材料相关联的厚粘合线通常具有差的导热性能，所以重叠构造和与具有良好横向热扩散的高性能导热垫的接触还在厚间隙填料粘合线位置提供了用于散热的附加导管。这种重叠材料叠层的整体改进的间隙填充性能与垫材料内增强的横向热流相结合导致热界面性能的改善，并且优于单独使用导热油脂或导热垫的单个TIM解决方案。
该性能改进一般在图1B中示出。如图所示，测量的是GPU装置和散热器组件在大约200W上运行，其具有硬件平坦度条件，需要大约200微米的间隙填充能力用于热界面材料解决方案。如图1B所示，本公开的结构化油脂和垫结构的总热阻(C/W)相对于“仅油脂”构造以及“仅垫”构造均降低。在图1B的特定示例中，“仅润滑脂”结构的总热阻大于0.26C/W，“仅垫”结构的总热阻大于0.265C/W，而“结构化油脂和垫”结构的总热阻小于0.255C/W。关于图1B的数据，该图表是针对总热阻/性能的。因此，测量是针对具有固定散热器的GPU，其随后被集成到具有空气移动设备并且设置为特定速度的系统中。总体而言，该图表将使用三个不同TIM1配置的相同散热器和相同TIM1缝隙填充要求构建和测试的相同的部件进行比较，然后集成到相同的系统位置，并在相同的系统运行条件和系统外部环境条件下运行。
此外，两个热界面材料的部分重叠构造还提供了通过组合的热界面材料组到装置和散热表面的冗余传热路径。通过固体垫材料，模板化或可分配材料或通过到分别的接触面的两种材料直接接触设备和散热表面之间的冗余热界面材料结可以提供热界面配置的可靠性增强。这些可靠性增强可以通过时间跨越更一致的热性能并且还改善热界面的机械稳健性。例如，使用与固体TIM垫接触的导热油脂或凝胶材料可以通过阻尼在运输或运输硬件组件期间可能发生的机械冲击和振动事件来帮助防止对固体垫的损坏。
如本文进一步描述的，本公开的TIM构造可以与施加于散布器的第三TIM间隙填充解决方案结合使用，用于冷却可以具有独立间隙填充要求的其他装置，例如FET或电感器。例如，在用于水冷系统的散热器(heat spreader)的情况下，垫/油脂组合可以用在位于散热器的相应GPU/HBM设备，而可分配的厚间隙填充物TIM材料(例如，T-Putty 506或Chromerics T636)可用于相应的FET和电感器位置。
此外，本公开的重叠TIM构造的属性可以扩展到多种TIM材料组合。实例包括固体金属或复合垫，与模板化或可分配的油脂或凝胶结合，或部分重叠、堆叠垫材料、具有相互兼容的机械间隙填充材料和热性能属性的组合。此外，间隙填充材料也可用于外侧模块角落，以提供额外的阻尼，以确保在处理或产品运输过程中可能出现的冲击和振动事件期间TIM界面的完整性。此外，间隙填充材料(例如，导热油脂材料)还可以改善与这种冲击/振动事件相关联的垫材料中产生的间隙的接触完整性。
参照图2，附图标记200示出了根据一个实施例的裸芯片SOS模块封装/GPU卡组件的示例。图2示出了在一些情况下，可以基于一个或多个下面的电子部件的位置来确定将间隙填充材料施加到散热器(heatsink)/散热器(heat spreader)的哪个位置。
在图2的示例中，裸芯片SOS模块封装/GPU卡组件包括与GPU相邻的多个HBM存储器设备位置。在特定实施例中，组件对应于板载组件上的多芯片SOS 2.5D或3D SOS有机GPU/存储器模块封装。该模块可以包括高功率(例如，250W至≥270W)GPU设备，其由四个较低功率(例如，每个约8W)HBM堆叠硅存储器设备围绕，所述硅存储器设备固定到附接到有机模块芯片的大硅中介层上，该有机模块芯片是BGA焊接到具有SMY FET和电感器阵列的电路板组件。这种卡可用于空气冷却或水冷系统，其中卡的最终组装包括散热器(heatsink)或散热器(heat spreader)，其利用弹簧螺钉和可选的无影响紧固件(NIF)固定到裸芯片组件。
在图2中，SOS裸芯片装置的GPU位置由参考字符202标识，并且四个HBM存储器装置位于GPU位置202附近。第一HBM存储器装置的位置由参考字符204标识，第二HBM存储器设备的位置由参考字符206标识，第三HBM存储器设备的位置由参考字符208标识，并且第四HBM存储器设备的位置由参考字符210标识。在一个实施例中，组件还包括由参考字符212标识的多个电感器以及由参考字符214标识的多个场效应晶体管(FET)。
图2示出了用于将间隙填充材料施加到散热器/散热器配合表面的模板设计220可以基于下面组件的特定电子元件的相关位置。在图2中，模板设计220被描绘在裸芯片SOS模块封装/GPU卡组件上方，以便示出组件上的下层组件的相关位置。在图2的示例中，模板设计220包括第一间隙填充物施加位置222，第二间隙填充物施加位置224，第三间隙填充物施加位置226和第四间隙填充物施加位置228。第一间隙填充物施加位置222对应于第一HBM存储器设备位置204，第二间隙填充器施加位置224对应于第二HBM存储器设备位置206，第三间隙填充器施加位置226对应于第三HBM存储器设备位置208，第四间隙填充器施加位置228对应于第四HBM存储器设备位置210。
在特定实施例中，图2的模板设计220可以用来识别间隙填充材料要施加到散热器(heatsink)/散热器(heat spreader)表面的位置。为了说明，参照图1A，图2的模板设计220可用于识别散热器底座104的表面上将要施加间隙填料106的位置。具体地，模板设计220的四个间隙填充物施加位置222-228可以对应于图1A中描绘的间隙填料106要施加到散热器底座104的四个区域。在使用模板设计220施加间隙填料106之后，可以施加导热垫108并且可以通过间隙填料106在四个重叠区域处将其保持就位。如图3A和3B所示,在施加间隙填料106和导热垫108之后，散热器组件可以连接到电子部件组件(例如，图2中所示的组件)，导致导热垫108的压缩和间隙填料106填充由下面的部件中的“弓形”引起的间隙。
尽管未在图2的示例中示出，可以理解，模板设计可用于识别电子元件组件的一个或多个热界面材料被定位的各种位置。为了说明，空气冷却的散热器或水冷的散热器可以具有各种表面，这些表面被设计成与下面的电子元件上的特定部件“配合”。例如，在一些情况下，在与电感器212相关联的位置和/或与FET 214相关联的位置处可能需要间隙填充材料。作为另一示例，如本文关于图6和7所示所示和进一步描述的，在模块拐角处可能需要间隙填充材料(例如，软间隙填充垫)(例如，用于运输和振动中的附加阻尼)。
因此，图2示出了模板设计的示例，该模板设计用于基于特定电子元件的位置来识别热界面结构中的不同热界面材料的位置。
图3A和3B示出了根据一个实施例的组装过程300的示例，该组装过程300包括在热分散表面(例如，散热器基座)上形成TIM结构并随后组装到裸芯片模块。图3A是热界面材料结构的示例的侧视图，该热界面材料结构包括至少两个热界面材料层，其中重叠区域被施加到散热器基座。在特定实施例中，图3A中描绘的组件对应于图1A中描绘的TIM结构的侧视图。图3B是图3A的热界面材料结构在将散热器施加于裸芯片模块之后的侧视图。
图3B示出了与示例SOS设备表面相关联的“弓形”的示例(在图3B中被指定为“裸芯片模块”302)。具体地，可以存在具有跨越组件HBM/GPU设备区域的平坦度变化的凸设备轮廓。在一些情况下，平坦度变化可以是250微米或更大，凸起的不平坦状态的顶点位于GPU芯片的中心。尽管未在图3A和3B示出，散热器基座也可以具有不平坦的表面轮廓，以考虑适当的热界面间隙填充。尽管散热器表面通常制成25-50微米的平坦度，但是一些散热器可具有可达100微米的平坦度。因此，高性能，可靠的热界面材料构造可能必须填充可能超过300微米的模块和散热器硬件的形状和相互平坦度轮廓所形成的累积界面间隙。
为了在复杂的裸芯片模结构(例如，图2中所示的组件)中创建高性能，具有成本效益，可靠的热界面，高性能可压缩固体石墨垫(或等效复合材料，相变材料，或金属垫)可用于促进GPU上的热量移除。然而，由于高性能，高导热性垫的间隙填充能力通常限制在约25微米(或更小)至约125-150微米的范围内，可分配的或模板印刷的TIM材料，例如油脂,可被施加到具有较大间隙的较低功率存储区域上填充。垫的一部分(或垫的全部)可以在组装时与分配的TIM接触，以便在两种材料之间提供连接的热界面路径。如本文进一步描述的，图1A和图1B描绘了这种部分重叠/堆叠的TIM材料界面配置的示例。
图4-7示出了热界面材料结构的各种示例。应当理解，图4-7仅用于说明目的，并且许多替代的TIM配置是可能的，并且可以针对特定的热传递施加而变化。此外，图4-7描绘了具有重叠区域的示例性TIM结构的二维顶视图，应当理解，特定区域处的特定材料的三维布置可以变化。
图4是热界面材料结构的第一示例的顶视图400，其包括在将热界面材料结构施加于电子部件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。在图4的示例中，第一TIM配置402(标识为“TIM配置(1)”)包括在存储器位置处的固体垫和油脂/凝胶(类似于图1A和图1B的示例中描绘的TIM结构)。
图5是热界面材料结构的第二示例的俯视图500，其包括在将热界面材料结构施加于电子部件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。在图5的示例中，第二TIM配置502(标识为“TIM配置(2)”)包括在存储器位置处的固体垫和软间隙填充垫。
图6是热界面材料结构的第三示例的顶视图600，其包括在将热界面材料结构施加于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。在图6的示例中，第三TIM配置602(标识为“TIM配置(3)”)包括在存储器位置处的固体垫和油脂/凝胶以及在模块拐角处的间隙填充分配或软间隙填充垫，用于在运输和振动中的额外阻尼。
图7是热界面材料结构的第四示例的俯视图700，其包括在将热界面材料结构施加到电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。在图7的示例中，第四TIM配置702(标识为“TIM配置(4)”)包括在存储器位置处的实心垫和软间隙垫以及在模块拐角处的间隙填充分配或软间隙填充垫，用于在运输和振动中的额外阻尼。
参照图8，流程图示出了根据一个实施例的形成热界面材料结构的过程800的示例，该热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层并将热界面材料结构施加于电子设备。在图8描绘的特定实施例中，过程800包括施加两个热界面材料层。在其他实施例中，可以使用多于两个的热界面材料层。
过程800包括在802处选择性地将间隙填充材料施加到传热元件的表面以形成第一热界面层。例如，参见图1A，间隙填料106材料可以施加于散热器底座104。如图1A和图1B的示例性例子，间隙填料106材料施加在四个位置。如图2所示和进一步描述的，可以基于相应配合表面的位置确定要施加间隙填料106材料的位置。在图2中描绘的特定实施例中，模板设计220识别对应于下面的HBM存储器设备位置204-210的四个间隙填充物的施加位置222-228。如进一步描述的，其中施加间隙填充材料的传热部件可以是散热器(例如，用于空气冷却系统)或散热器(例如，用于水冷系统)。
过程800包括在804，将导热垫施加到第一热界面层以形成TIM结构的第二热界面层，该TIM结构具有与第二TIM层和第一TIM层的至少部分重叠相关联的重叠区域。例如，参见图1A，导热垫108可以施加于间隙填料106材料，从而产生具有四个重叠区域110的TIM结构。在图1A的示例性例子中，导热垫108部分地与间隙填料106材料重叠(例如，间隙填料106表面积的约50％)。应当理解，这仅用于说明目的，并且重叠程度可以变化，并且在一些情况下，可以基于待连接的相关的不平坦配合表面来确定。如关于图2的进一步描述的那样，导热垫108将被施加的位置可以与电子元件的另一个下层组件的位置(例如，GPU的位置)相关联。
过程800包括在806处将具有TIM结构的传热元件施加于电子元件组件。例如，参见图3A和3B所示，在施加TIM结构之后(例如，在空气冷却的散热器的示例中，施加到散热器基座102)，TIM结构可以施加于裸芯片模块302。施加压力可以导致导热垫108和间隙填料106材料的压缩扩展以填充裸芯片模块302的与裸芯片模块302的“弯曲”相关联的侧面处的更大间隙。
因此，图8示出了形成热界面材料结构的过程的示例，该热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层并将热界面材料结构施加于电子元件。重叠区域可以不表示“设定”区域，并且间隙填充材料(例如，导热油脂材料)可以流入可能由导热垫材料留下的间隙中。间隙填充材料可以根据模块翘曲和冲击事件流入/流出。
从前面的描述将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在本发明的各种实施例中进行修改和改变。本说明书中的描述仅用于说明的目的，而不应被解释为限制意义。本发明的保护范围仅受以下权利要求的语言限制。

Claims (20)

1.一种热界面材料(TIM)结构，包括：
第一热界面材料层,其包括位于传热元件的表面上的选择性位置的间隙填充材料；和
第二热界面材料层，所述第二热界面材料层设置在第一热界面材料层和电子元件之间，其中，所述间隙填充材料的选择性位置是基于所述电子元件的位置来确定的，所述热界面材料结构具有与所述间隙填充材料的表面和所述第二热界面材料层的部分重叠相关联的一个或多个重叠区域，使得所述间隙填充材料的表面的一部分暴露至所述电子元件的与第二热界面材料层接触的表面。
2.根据权利要求1所述的热界面材料结构，其中所述间隙填充材料包括导热油脂材料。
3.根据权利要求1所述的热界面材料结构，其中所述间隙填充材料包括导热凝胶材料。
4.根据权利要求1所述的热界面材料结构，其中所述第二热界面材料层包括固体导热垫。
5.根据权利要求4所述的热界面材料结构，其中所述固体导热垫包括石墨垫。
6.一种电子装置，包括：
电子元件；
传热元件；和
设置在所述电子元件和所述传热元件之间的热界面材料结构，所述热界面材料结构包括第一热界面材料层，第一热界面材料层包括位于所述传热元件的表面上的选择性位置的间隙填充材料；和第二热界面材料层，所述第二热界面材料层设置在第一热界面材料层和电子元件之间，其中，所述间隙填充材料的选择性位置是基于所述电子元件的位置来确定的，所述热界面材料结构具有与所述间隙填充材料的表面和所述第二热界面材料层的部分重叠相关联的一个或多个重叠区域，使得所述间隙填充材料的表面的一部分暴露至所述电子元件的与第二热界面材料层接触的表面。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述电子元件包括裸芯片模块。
8.如权利要求6所述的装置，其中：
所述电子元件具有可变的平坦度轮廓；和
所述第二热界面材料层在基于可变平坦度轮廓识别的一个或多个重叠区域处与所述第一热界面材料层重叠。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述间隙填充材料包括导热油脂材料，所述导热油脂材料的厚度足以填充所述电子元件和所述传热元件之间的间隙，所述间隙与所述可变平坦度轮廓相关联。
10.根据权利要求6所述的装置，其中所述电子元件与空气冷却计算系统相关联，并且其中所述传热元件包括散热器。
11.根据权利要求6所述的装置，其中，所述电子元件与液冷计算系统相关联，并且其中，所述传热元件包括散热器。
12.一种形成热界面材料结构的方法，包括：
选择性地将间隙填充材料施加到传热元件的表面上以形成第一热界面材料层；和
将固体导热垫施加到所述第一热界面材料层以形成热界面材料结构的第二热界面材料层，其中，基于待与所述传热元件配合的电子元件的位置来确定选择性地将所述间隙填充材料施加到所述传热元件的位置，所述热界面材料结构具有与第一热界面材料层和第二热界面材料层的重叠相关联的一个或多个重叠区域,使得所述间隙填充材料的表面的一部分暴露至所述电子元件的与第二热界面材料层接触的表面。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括将所述传热元件与所述热界面材料结构一起施加到电子元件。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述间隙填充材料包括导热油脂材料。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括利用模板设计选择性地将所述导热油脂材料施加到所述传热元件的表面上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，基于与待与所述传热元件配合的电子元件相关联的可变平坦度轮廓来确定所述模板设计。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一热界面材料层的厚度足以填充所述电子元件和所述传热元件之间的间隙，所述间隙与所述可变平坦度轮廓相关联。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述间隙与所述固体导热垫中的不规则或变形相关联。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述固体导热垫包括石墨垫。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述传热元件包括散热器。
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