CN113035717A - 一种用于热连接层的方法、装置和组件 - Google Patents

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Abstract

集成电路的管芯和电路组件的上层通过在管芯上施加热界面材料(TIM)而热连接，使得TIM在管芯与上层之间。TIM包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液。该方法还包括压缩电路组件，从而使液态金属液滴变形，并固化热界面材料，从而形成电路组件。

Description

一种用于热连接层的方法、装置和组件
优先权声明
本申请要求于2020年2月28日提交的第62/983,133序列号美国临时专利申请的优先权，其名称和发明人与上文指出的相同，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及用于热连接两层的方法、装置和组件。
背景技术
热界面材料(TIM)可用于将两层或多层热连接在一起。例如，TIM通常用于CPU封装中，以将CPU管芯热连接到CPU封装的集成散热器(IHS)。可使用各种类型的TIM。然而，目前的TIM提出了挑战。
发明内容
在一个总体方面，本发明涉及一种用于热连接管芯和上层的方法。该方法包括在集成电路的管芯上施加热界面材料，使得热界面材料在管芯与电路组件的上层之间。在各种示例中，集成电路可为处理器、ASIC或片上系统(SOC)。在某些示例中，上层可为集成散热器、散热片或封装。施加到管芯的热界面材料包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液。该方法包括压缩电路组件，从而使液态金属液滴变形，并固化热界面材料，从而形成电路组件。
在另一个总体方面，本发明涉及一种集成电路组件，其包括管芯、上层和设置成与管芯层和上层接触的热界面材料。热界面材料包括聚合物和分散在整个聚合物中的液态金属液滴。管芯与上层之间形成的粘合层距离不大于150微米。
在另一个总体方面，本发明涉及一种用于热连接管芯和上层的装置，该装置包括限定空腔的容器和设置在空腔中的乳液。该乳液包括液态金属液滴和未固化聚合物，并且其中该容器被配置为能够将乳液施加到集成电路的管芯上。
在另一个总体方面，本发明涉及一种用于热连接两层或多层的方法。该方法包括在第一层上施加热界面材料，使得热界面材料在组件的第一层与第二层之间。热界面材料包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液。该方法包括压缩组件，从而使液态金属液滴变形，并固化热界面材料，从而形成组件
本发明可在材料界面处提供低接触电阻以及材料中的低热阻两者。低接触电阻可通过施加未固化状态的聚合物来实现，使得聚合物和液态金属液滴可符合该层的表面以获得期望的接触电阻。材料中的低热阻可由液态金属液滴实现，包括液态金属液滴的大小和/或形状。附加地，由于施加未固化状态的聚合物，与其它方法相比，本文所描述的方法可能不需要如此高的安装压力。进一步，固化聚合物可抑制液态金属液滴的泵出。从下面的描述中，从本发明的各种实施例中可实现的这些和其它益处将变得显而易见。
附图说明
本发明的各种示例的特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且通过结合附图参考以下示例的描述将更好地理解这些示例，其中：
图1是包括根据本公开的TIM乳液的容器的示意图；
图2A是包括根据本公开的TIM的电路组件的侧视截面图；
图2B是包括根据本公开的TIM的电路组件的侧视截面图；
图3A是压缩电路组件之前图2中电路组件的区域3A的详细视图；
图3B是压缩电路组件之后的图3A的电路组件；以及
图4是示出根据本公开的粘合层厚度(BLT)与施加到未固化组件的压力的关系的曲线图；
图5是示出根据本公开的固化组件的BLT与接触热阻的关系的曲线图。
在几个视图中，对应的附图标记表示对应的部分。本文阐述的范例以一种形式示出了某些示例，并且此类范例不应被解释为以任何方式限制示例的范围。
具体实施方式
现在将描述本发明的某些示例性方面，以提供对本文公开的组合物和方法的组成、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些方面的一个或多个示例在附图中示出。本领域普通技术人员将理解，本文具体描述并在附图中示出的组合物、制品和方法是非限制性的示例性方面，并且本发明的各种示例的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性方面示出或描述的特征可与其它方面的特征相结合。此类修改和变化旨在包含在本发明的范围内。
将材料施加到集成电路的管芯上以使得该材料在管芯与集成散热器(IHS)之间可能需要平衡通过该材料中的热阻和材料界面处的接触电阻。例如，聚合材料可在材料界面处具有低接触电阻，但是在材料中具有高热阻。固体金属可具有材料中的低热阻，但是在材料界面处具有高接触电阻。附加地，一些固体材料(聚合物或金属)在安装过程中可能需要很大的压力来获得所需的接触电阻。因此，在各种实施例中，本发明提供了热界面材料(TIM)、用于热连接两层的组件，以及可在材料界面处提供低接触电阻且在材料中提供低热阻的电路组件。附加地，与其它固体材料相比，TIM可能不需要那么高的压力来安装。例如，TIM可能需要小于或等于50磅每平方英寸的压力来安装(如压缩)。根据本公开的TIM可包括聚合物，液态金属液滴分散在该聚合物中。
如本说明书中使用的，术语“聚合物”和“聚合的”是指预聚物、低聚物以及均聚物和共聚物。如本说明书中使用的，“预聚物”是指能够通过一个或多个反应性基团进一步反应或聚合以形成更高分子量或交联状态的聚合物前体。
聚合物可为热固性聚合物、热塑性聚合物或它们的组合。如本文使用的，术语“热固性”是指在固化或交联时不可逆地“固化”的聚合物，其中聚合物组分的聚合物链通过共价键连接在一起，这通常是由例如热或辐射引起的。在各种示例中，固化或交联反应可在环境条件下进行。一旦固化或交联，热固性聚合物在加热时可能不会熔化，并且可能不溶于常规溶剂。如本文使用的，术语“热塑性”是指包括聚合物组分的聚合物，其中组成聚合物链没有通过共价键连接(例如，交联)，因此在加热时可经历液体流动，并且可溶于常规溶剂。在某些实施例中，聚合物可为弹性的(例如，橡胶状的、柔软的、有弹性的)或刚性的(例如，玻璃状的)。例如，聚合物可为弹性的。
热固性聚合物可包含交联剂，该交联剂可包括例如氨基塑料、多异氰酸酯(包含封闭异氰酸酯)、聚环氧化物、β-羟基烷基酰胺、多元酸、酸酐、有机金属酸官能材料、多胺、聚酰胺或它们的组合。聚合物可具有与交联剂反应的官能团。
本文所描述TIM中的聚合物可选自本领域公知的多种聚合物中的任何一种。例如，热固性聚合物可包含丙烯酸聚合物、聚酯聚合物、聚氨酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚醚聚合物、聚硅氧烷聚合物(例如，聚(二甲基硅氧烷))、含氟聚合物、聚异戊二烯聚合物(例如，橡胶)、它们的共聚物(例如，苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯)或它们的组合。热固性聚合物上的官能团可选自多种反应性官能团中的任何一种，包含例如羧酸基团、胺基团、环氧基团、羟基、硫醇基团、氨基甲酸酯基团、酰胺基团、脲基团、异氰酸酯基团(包含封闭的异氰酸酯基团)、硫醇基团和它们的组合。
热塑性聚合物可包括丙烯-乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯或它们的组合。聚合物可包括至少100摄氏度的熔点，诸如例如至少120摄氏度、至少150摄氏度或至少200摄氏度。
用于TIM的液态金属可包括镓、镓合金、铟、铟合金、锡、锡合金、汞、汞合金或它们的组合。液态金属可在至少-20摄氏度的温度下(例如，以其本体形式，可包括低于-20摄氏度的熔点)处于液相，诸如例如，至少-19摄氏度、至少-10摄氏度、至少0摄氏度、至少5摄氏度、至少10摄氏度、至少15摄氏度、至少20摄氏度或至少25摄氏度。液态金属可至少在不高于30摄氏度的温度下处于液相(例如，以其本体形式，可包括低于30摄氏度的熔点)，诸如例如，不高于25摄氏度、不高于20摄氏度、不高于15摄氏度、不高于10摄氏度、不高于5摄氏度、不高于0摄氏度或不高于-10摄氏度。液态金属可至少在-20摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相(例如，以其本体形式，可包括小于-20摄氏度至30摄氏度范围内的温度的熔点)，诸如例如，-19摄氏度至30摄氏度、-19摄氏度至25摄氏度或-19摄氏度至20摄氏度。可在1个绝对大气压的压力下确定在各自的温度下是否达到液相。在某些实施例中，TIM可包括镓铟锡(Galinstan)，熔点为-19摄氏度。
TIM可通过形成聚合物和液态金属的乳液来产生，使得液态金属液滴基本上分散在整个聚合物中。例如，聚合物和液态金属液滴可通过在容器中摇动、研钵和研杵、超声或它们的组合，用高剪切混合器、离心混合器混合在一起。关于形成乳液的示例性方法的更多细节在以下专利中进行了描述：(1)公开的PCT WO2019/136252，名称为“合成导热且可拉伸的聚合物复合材料的方法(Method of Synthesizing a Thermally Conductive andStretchable Polymer Composite)”和(2)公开的美国申请US 2017/0218167，名称为“具有液相金属内含物的聚合物复合材料(Polymer Composite with Liquid Phase MetalInclusions)”，两者均转让给卡内基梅隆大学并且均通过引用整体并入本文中。可选择组合物和/或混合技术，使得未固化状态的TIM乳液的粘度小于250,000cP(厘泊)，诸如例如小于200,000cP、小于150,000cP、小于100,000cP、小于50,000cP、小于15,000cP、小于14,000cP、小于13,000cP、小于12,000cP、小于11,000cP或小于10,000cP。TIM乳液的粘度可在室温下用旋转粘度计或锥板式粘度计测量。粘度测量可在适合产生静态粘度的选定频率下进行(例如，因为材料是非牛顿流体)。
TIM可包括占TIM总体积的至少1％的液态金属液滴，诸如例如至少5％的液态金属液滴、至少10％的液态金属液滴、至少20％的液态金属液滴、至少30％的液态金属液滴、至少40％的液态金属液滴、至少50％的液态金属液滴或至少60％的液态金属液滴，所有这些都基于液态金属液滴的总体积。TIM可包括占TIM总体积不大于90％的液态金属液滴，诸如例如不大于60％的液态金属液滴、不大于50％的液态金属液滴、不大于40％的液态金属液滴、不大于30％的液态金属液滴、不大于20％的液态金属液滴或不大于10％的液态金属液滴，所有这些都基于TIM的总体积。TIM可包括占TIM总体积的1％至90％的液态金属液滴，诸如例如，5％至50％的液态金属液滴、40％至60％的液态金属液滴、5％至90％的液态金属液滴或30％至50％的液态金属液滴，所有这些都基于TIM的总体积。
可选择组合物和/或混合技术来实现TIM中液态金属液滴的期望平均颗粒大小。液态金属液滴的平均颗粒大小可为至少1微米，诸如例如至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少30微米、至少35微米、至少40微米、至少50微米、至少60微米、至少70微米、至少80微米、至少90微米、至少100微米、至少120微米或至少150微米。液态金属液滴的平均颗粒大小可不大于200微米，诸如例如不大于150微米、不大于120微米、不大于100微米、不大于90微米、不大于80微米、不大于70微米、不大于60微米、不大于50微米、不大于40微米、不大于35微米、不大于30微米、不大于20微米、不大于10微米或不大于5微米。例如，液态金属液滴的平均颗粒大小可在1微米至200微米的范围内，诸如例如5微米至150微米、35微米至150微米、35微米至70微米或5微米至100微米。
如本文使用的，“平均颗粒大小”是指使用显微镜检查(如光学显微镜检查或电子显微镜检查)测量的平均颗粒大小。大小可为球形颗粒的直径，也可为椭圆形或其它不规则形状颗粒沿最大尺寸的长度。
液态金属液滴的多分散性可为单峰或多峰的(例如双峰、三峰)。利用多峰多分散性可增加TIM中液态金属液滴的堆积密度。在多分散性为单峰的某些实施例中，聚合物中液态金属液滴的多分散性可在0.3至0.4的范围内。
在使用之前，可如图1所示将TIM储存在容器100中。例如，容器可包括限定空腔的壁102，并且TIM乳液104可储存在空腔中。TIM 104在容器100中可处于未固化状态。TIM 104在容器100中的储存可抑制TIM 104的固化。容器100可为枕式封装、注射器、烧杯、广口瓶、瓶子、鼓或它们的组合。在各种示例中，容器100可为即用型分配设备，诸如例如枕式封装或注射器。在其它示例中，TIM 104可不被存储，并且可在没有存储的情况下在乳液产生之后使用。
如本说明书中使用的，术语“固化(cure或curing)”是指施加在基板上的乳液或材料中的组分的化学交联，或者施加在基板上的乳液或材料中的组分的粘度增加。因此，术语“固化”不仅仅涵盖通过溶剂或载体蒸发对乳液或材料的物理干燥。在这点上，如本说明书中使用的，在包括热固性聚合物的示例中的术语“固化”是指乳液或材料的状态，其中乳液或材料的组分已经发生化学反应，在乳液或材料中形成新的共价键(例如，在粘合剂树脂与固化剂之间形成新的共价键)。如本说明书中使用的，包括热塑性聚合物的示例中的术语“固化”是指乳液或材料的状态，其中热塑性聚合物的温度降低到热塑性聚合物的熔点以下，使得乳液或材料的粘度增加。在包括热固性聚合物和热塑性聚合物两者的示例中，术语“固化的”是指如本文所描述固化的一种或两种聚合物。
热固性聚合物的固化可通过向TIM 104施加至少-20摄氏度的温度来实现，诸如例如至少10摄氏度、至少50摄氏度、至少100摄氏度或至少150摄氏度。固化可通过向TIM 104施加不大于300摄氏度的温度来实现，诸如例如不大于250摄氏度、不大于200摄氏度、不大于150摄氏度、不大于100摄氏度或不大于50摄氏度。固化可通过向TIM 104施加-20摄氏度至300摄氏度范围内的温度来实现，诸如例如，10摄氏度至200摄氏度或50摄氏度至150摄氏度。例如，固化可包括热烘焙TIM。该温度可施加大于1分钟的时间段，诸如例如大于5分钟、大于30分钟、大于1小时或大于2小时。
TIM 104可从容器100中分配并施加到未固化状态的层上。此后，可固化TIM 104以形成固化的TIM 104。固化TIM 104可包括加热TIM 104(例如，在具有热固性聚合物的示例中)，向TIM 104添加催化剂，将TIM 104暴露于空气，冷却TIM 104(例如，在具有热塑性聚合物的示例中)，向TIM 104施加压力，或它们的组合。固化TIM 104可将TIM乳液的粘度增加到大于15,000cP，诸如例如大于20,000cP、大于30,000cP、大于50,000cP、大于100,000cP、大于150,000cP、大于200,000cP或大于250,000cP。例如，TIM 104中的聚合物可被固化。在各种示例中，TIM 104可为粘合剂。可选择TIM 104中的聚合物来减少固化期间TIM 104的脱气。
根据本公开的TIM可施加到第一层，使得TIM在包括第一层和第二层的组件的两层之间。第一层可为发热电子元件(例如集成电路)，第二层可为可导热的上层。例如，上层可为散热器、散热片或封装。此后，组件可被压缩，从而使TIM中的液态金属液滴变形，并且TIM可被固化以形成组件。在未固化状态下施加TIM 104可获得期望的接触电阻，并且能够在压缩组件时使用较低的压力。TIM可施加到各种层和设备，并且它在下面参考图2A-B参考电路组件进行描述，但是不限于仅电路组件。
参考图2A，TIM 204可施加到集成电路208的管芯206，使得TIM 204可在管芯206与电路组件200的上层210之间。将TIM 204施加到管芯206可包括喷涂、旋涂、浸涂、辊涂、流涂、薄膜涂覆、刷涂、挤出、分配或它们的组合。TIM 204可在未固化状态下施加，使得TIM与管芯206和上层210的表面一致，从而可实现它们之间的期望水平的表面接触。在各种示例中，TIM 204可直接施加到管芯206，并且此后，上层210可直接施加到TIM 204。在各种其它示例中，TIM 204可直接施加到上层210，并且此后，管芯206可直接施加到TIM204。在各种示例中，在施加TIM 204之后，TIM 204可与管芯206和上层210直接接触。在某些实施例中，TIM204的施加可限于管芯206的表面，使得TIM 204可被有效地使用。
如本说明书中使用的，特别是与层、膜或材料相关的，术语“在……上(on或onto)”、“在……上方”及其变体(例如，“施加在……上”、“形成在……上”、“沉积在……上”、“提供在……上”、“位于……上”等)是指施加、形成、沉积、提供或以其它方式位于基板表面上方，但不一定与基板表面接触。例如，“施加在”基板上的TIM不排除位于施加的TIM与基板之间的另一层或相同或不同成分的其它层的存在。同样，在第一层上“施加”的第二层不排除位于施加的第二层与施加的TIM之间的另一层或相同或不同成分的其它层的存在。
电路组件200可被压缩。例如，参考图3A-3B中的详细视图，管芯206和上层210可被推压在一起，使得第一距离d1可减小到第二粘合层距离dbl。在施加和/或压缩工艺之前，TIM204中的液态金属液滴312的平均颗粒大小可选择为大于在管芯206与上层210之间形成的期望的粘合层距离dbl。例如，在施加和/或压缩过程之前，液态金属液滴312的平均颗粒大小可以大于粘合层距离dbl，诸如例如，比粘合层距离dbl大1％，比粘合层距离dbl大2％，比粘合层距离dbl大5％，比粘合层距离dbl大10％，比粘合层距离dbl大15％，比粘合层距离dbl大20％，比粘合层距离dbl大30％，比粘合层距离dbl大40％，比粘合层距离dbl大50％或比粘合层距离dbl大75％。在施加和/或压缩过程之前，液态金属液滴312的平均颗粒大小可不大于粘合层距离dbl的100％，诸如例如不大于粘合层距离dbl的75％，不大于粘合层距离dbl的50％，不大于粘合层距离dbl的40％，不大于粘合层距离dbl的30％，不大于粘合层距离dbl的20％，不大于粘合层距离dbl的15％，不大于粘合层距离dbl的10％，不大于粘合层距离dbl的5％或不大于粘合层距离dbl的2％。在施加和/或压缩过程之前，液态金属液滴312的平均颗粒大小可在比粘合层距离dbl大1％至100％的范围内，诸如例如，比粘合层距离dbl大1％至50％，比粘合层距离dbl大1％至30％，比粘合层距离dbl大2％至30％或比粘合层距离dbl大5％至20％。
压缩电路组件200可向TIM 204施加力，并且可使分散在TIM 204的聚合物314中的液态金属液滴312变形。由于TIM 204处于未固化状态，所以聚合物仍然是可适应和可移动的，使得压缩力可使液态金属液滴312变形。液态金属液滴312在变形期间可处于液相，使得压缩需要较低的压力，并且实现期望的变形。
液态金属液滴312可为如图3A所示的大致球形，然后可为如图3B所示的大致椭圆形。在各种示例中，压缩前的液态金属液滴312可具有第一平均纵横比，压缩后的液态金属液滴312可具有第二平均纵横比。第二平均纵横比可不同于第一平均纵横比。例如，第二平均纵横比可大于第一平均纵横比。平均纵横比可为液态金属液滴312的宽度与液态金属液滴312的高度的平均比率。在各种示例中，第一纵横比可为1，第二纵横比可大于1。在某些实施例中，第一纵横比可在1至1.5的范围内。在某些实施例中，第二纵横比可比第一纵横比大至少0.5，诸如例如比第一纵横比大至少1，比第一纵横比大至少2，或者比第一纵横比大至少5。液态金属液滴312的宽度可基本上与电路组件200中的TIM204的纵向平面对齐，并且液态金属液滴312的高度可基本上与TIM 204的厚度对齐(例如，距离d1)。液态金属液滴312的宽度可在电路组件200压缩时增加。例如，在某些实施例中，球形液态金属液滴在压缩之前的半径可为100μm(例如，第一纵横比为1)，并且在压缩到20μm的粘合层厚度之后，液态金属液滴可变形为具有316μm宽度(例如，第二纵横比为15.6)的椭圆形。
在某些示例中，液态金属液滴312可在压缩后排列成如图3B所示的基本单层。单层可通过选择液态金属液滴312的平均颗粒大小和粘合层距离dbl来实现。将液态金属液滴312配置成单层可降低TIM 204的热阻。
TIM 204可被固化，从而形成电路组件200。固化TIM 204可增加聚合物316的粘度，并且可硬化聚合物316。例如，聚合物316可变成固体。在各种示例中，固化后的聚合物314是弹性的。固化聚合物314可在电路组件200的热循环过程中抑制液态金属液滴312的泵出，并且可在管芯206与上层210之间提供机械结合。
组件200可包括在固化组件中的管芯206与上层210之间形成的不大于150微米的粘合层距离dbl，诸如例如不大于145微米、不大于140微米、不大于120微米、不大于100微米、不大于80微米、不大于70微米、不大于50微米、不大于40微米、不大于35微米或不大于30微米。组件200可包括在固化组件中的管芯206与上层210之间形成的至少为15微米的粘合层距离dbl，诸如例如至少30微米、至少35微米、至少40微米、至少50微米、至少70微米、至少80微米、至少100微米、至少120微米、至少140微米或至少145微米。组件200可包括在固化组件中的管芯206与上层210之间形成的在15微米至150微米的范围内的粘合层距离dbl，诸如例如15微米至90微米、15微米至70微米、30微米至70微米、35微米至70微米或15微米至100微米。
固化可发生在第一时间段，压缩可发生在第二时间段。第一时间段可在第二时间段之后或者至少与第二时间段部分重叠。例如，液态金属液滴312可在聚合物314基本固化之前变形，使得较低的压缩压力可用于使液态金属液滴312变形。
液滴312的平均颗粒大小和变形可提高TIM 204的热阻值。例如，固化后的TIM 204可包括不大于30(K*mm2)/W的热阻值，诸如例如不大于20(K*mm2)/W，不大于15(K*mm2)/W，不大于10(K*mm2)/W，不大于9(K*mm2)/W，不大于8(K*mm2)/W，不大于7(K*mm2)/W或不大于5(K*mm2)/W。固化后的TIM 204可以包括至少0.5(K*mm2)/W的热阻值，诸如例如至少1(K*mm2)/W、至少2(K*mm2)/W、至少3(K*mm2)/W、至少5(K*mm2)/W或至少10(K*mm2)/W。固化后的TIM 204可以包括0.5(K*mm2)/W至30(K*mm2)/W范围内的热阻值，诸如例如0.5(K*mm2)/W至20(K*mm2)/W、0.5(K*mm2)/W至15(K*mm2)/W、1(K*mm2)/W至10(K*mm2)/W、2(K*mm2)/W至10(K*mm2)/W或2(K*mm2)/W至8(K*mm2)/W。可使用西门子公司(Siemens)(德国慕尼黑)的DynTIM-S仪器、NanoTest公司(德国)的TIMA仪器和/或瑞领(LongWin)LW 9389(台湾)来测量热阻值。
管芯206可包括例如集成电路(诸如处理器或ASIC)或片上系统(SOC)。上层210可为集成散热器。TIM 204可直接施加在处理器与集成散热器之间。例如，TIM 204可为TIM1、TIM 1.5或它们的组合。TIM1可用于热连接带盖封装中的管芯和集成散热器。TIM1.5可用于热连接裸管芯封装中管芯与散热片。
在各种其它示例中，参考图2B，TIM 216可施加在上层210(例如，集成散热器)与不同的上层218之间。上层218可包括散热片。例如，TIM 216可为TIM 2。
在各种其它示例中，根据本公开的TIM可用在封装上的系统中。例如，单个水平TIM层可在一侧与多个管芯接触(例如，集成电路可包括多个管芯，或者多个集成电路可与TIM的同一侧接触)，而一个或多个上层在不同侧。
示例
使用剪切混合将镓、铟和锡的低共熔合金(镓铟锡)(熔化温度Tm＝19℃)分散到弹性体中，以制备平均颗粒大小为30微米的液态金属液滴的未固化TIM乳液。镓铟锡加载量为未固化TIM乳液的50％(体积)。未固化TIM乳液被施加到发热设备(例如管芯)上，并在未固化状态下被压缩在散热片与管芯之间，直到达到期望的粘合层厚度(BLT)以形成未固化组件。当在散热片与管芯之间压缩未固化TIM时，在各自的粘合层厚度处测量用于压缩的压力，结果如图4所示。如图所示，在适用于各种封装装备的80微米至29微米的BLT压缩期间，压缩压力不大于50磅/平方英寸表压(psig)。
由于在压缩过程中镓铟锡保持在液相，因此远场机械变形可使未固化TIM乳液中的液态金属液滴变形，这可增强TIM的定向散热特性。例如，未固化TIM乳液的热导率可在应变方向上增加50倍。
根据以上描述的方法制备附加的未固化组件，BLT范围为29微米至200微米。使用西门子T3Ster装备测量未固化组件的接触热阻，结果如图5所示。如图5所示，接触热阻在80微米处变化极大，并且在29微米的BLT下有效地接近零接触电阻，这表明当BLT不大于TIM乳液中液态金属液滴的平均颗粒大小时，未固化组件中的热界面增强。据信，在固化TIM乳液后，接触热阻变化最小(如果有的话)。附加地，据信，当BLT不大于在各个发明示例中使用的TIM乳液中的液态金属液滴的平均颗粒大小时，根据本公开的其它发明组件可实现增强的热界面。
在包括29微米BLT的未固化组件中，未固化TIM乳液的总热阻(包括接触热阻)被测量为30K*mm2/W。据信，根据本公开的其它发明组件可实现增强的热阻特性。
本领域技术人员将认识到，本文所描述的组合物、制品、方法以及伴随它们的讨论是为了概念清楚起见而用作示例，并且可设想各种配置修改。因此，如本文使用的，阐述的具体示例和伴随的讨论旨在代表它们更一般的类别。通常，任何特定范例的使用旨在代表其类别，并且不包括特定元件(例如，操作)、设备和对象不应被视为限制。
关于所附权利要求，本领域技术人员将理解，其中所陈述的操作通常可以任何顺序执行。此外，尽管各种操作流程以顺序呈现，但是应理解，各种操作可以除了所示出的顺序之外的其它顺序来执行，或者可同时执行。这种交替排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向或其它变体排序，除非上下文另有规定。此外，像“响应”、“相关”或其它过去式形容词这样的术语通常不旨在排除这些变体，除非上下文另有规定。
尽管本文已经描述了各种示例，但是本领域技术人员可实现并想到这些示例的许多修改、变化、替换、改变和等同物。此外，在公开了用于某些元件的材料的情况下，可使用其它材料。因此，应理解，前面的描述和所附权利要求旨在覆盖落入所公开示例范围内的所有此类修改和变化。以下权利要求旨在覆盖所有此类修改和变化。
根据本公开的本发明的各个方面包括但不限于以下编号条款中列出的方面。
1.一种方法，包括：在集成电路的管芯上施加热界面材料，使得所述热界面材料在所述管芯与电路组件的上层之间，其中施加到所述管芯的所述热界面材料包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液；压缩所述电路组件，从而使所述液态金属液滴变形；以及固化所述热界面材料，从而形成固化组件。
2.根据条款1所述的方法，其中所述管芯包括处理器。
3.根据条款1至2中任一项所述的方法，其中所述上层包括所述处理器的所述集成散热器。
4.根据条款1至2中任一项所述的方法，其中所述上层包括散热片、集成散热器或封装。
5.根据条款1至4中任一项所述的方法，其中在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于150微米。
6.根据条款1至5中任一项所述的方法，其中在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于100微米。
7.根据条款1至6中任一项所述的方法，其中在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于70微米。
8.根据条款1至7中任一项所述的方法，其中在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离在15微米至90微米的范围内。
9.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中在施加之前，热界面材料中的所述液态金属液滴的平均颗粒大小大于在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离。
10.根据条款1至9中任一项所述的方法，其中在沉积之前，所述热界面材料中的所述液态金属液滴的平均大小在比所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离大1％至100％的范围内。
11.根据条款1至10中任一项所述的方法，其中所述液态金属液滴包括镓、镓合金、铟、铟合金、锡、锡合金、汞、汞合金或它们的组合。
12.根据条款1至11中任一项所述的方法，其中所述液态金属液滴至少在-19摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相。
13.根据条款1至12中任一项所述的方法，其中所述热界面材料在固化后包括不大于30(K*mm2)/W的热阻值。
14.根据条款1至13中任一项所述的方法，其中所述热界面材料在固化后包括不大于10(K*mm2)/W的热阻值。
15.根据条款1至14中任一项所述的方法，其中所述液态金属液滴包括单峰多分散性。
16.根据条款1至14中任一项所述的方法，其中所述液态金属液滴包括多峰多分散性。
17.根据条款1至16中任一项所述的方法，其中所述聚合物包括热固性聚合物。
18.根据条款1至17中任一项所述的方法，其中所述聚合物包括热塑性聚合物。
19.根据条款1至18中任一项所述的方法，其中所述乳液在固化前的粘度小于250,000cP。
20.根据条款1至19中任一项所述的方法，其中所述液态金属液滴在沉积之前通常是球形的，并且所述液态金属液滴在压缩所述组件之后通常是椭圆形的。
21.根据条款1至20中任一项所述的方法，其中所述固化发生在第一时间段，所述压缩发生在第二时间段，其中所述第一时间段在所述第二时间段之后或至少部分与所述第二时间段重叠。
22.一种根据条款1至21中任一项所述的方法生产的集成电路组件。
23.一种集成电路组件，包括：管芯；上层；以及与所述管芯层和所述上层接触设置的热界面材料，其中所述上层材料包括聚合物和分散在整个所述聚合物中的液态金属液滴，其中在所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于150微米。
24.根据条款23所述的组件，其中所述管芯包括处理器。
25.根据条款23至24中任一项所述的组件，其中所述上层包括散热片、集成散热器或封装。
26.根据条款23至25中任一项所述的组件，其中在所述组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于100微米。
27.根据条款23至26中任一项所述的组件，其中在所述组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于70微米。
28.根据条款23至27中任一项所述的组件，其中在所述组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离在15微米至90微米的范围内。
29.根据条款23至28中任一项所述的方法，其中所述液态金属液滴包括镓、镓合金、铟、铟合金、锡、锡合金、汞、汞合金或它们的组合。
30.根据条款23至29中任一项所述的组件，其中所述液态金属液滴至少在-19摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相。
31.根据条款23至30中任一项所述的组件，其中所述热界面材料包括不大于30(K*mm2)/W的热阻值。
32.根据条款23至31中任一项所述的组件，其中所述热界面材料包括不大于10(K*mm2)/W的热阻值。
33.根据条款23至32中任一项所述的组件，其中所述液态金属液滴包括单峰多分散性。
34.根据条款23至32中任一项所述的组件，其中所述液态金属液滴包括多峰多分散性。
35.根据条款23至34中任一项所述的组件，其中所述聚合物包括热固性聚合物。
36.根据条款23至35中任一项所述的组件，其中所述聚合物包括热塑性聚合物。
37.根据条款23至36中任一项所述的组件，其中所述液态金属液滴通常是椭圆形的。
38.一种用于热连接管芯和上层的装置，所述装置包括：限定空腔的容器；以及设置在所述空腔中的乳液，其中所述乳液包括液态金属液滴和未固化聚合物，并且其中所述容器被配置为能够将所述乳液施加到集成电路的管芯上。
39.根据条款38所述的组件，其中所述容器是注射器。
40.根据条款38所述的装置，其中所述容器是枕式封装。
41.根据条款38至40中任一项所述的装置，其中所述管芯包括处理器。
42.根据条款38至41中任一项所述的装置，其中所述上层包括散热片、集成散热器或封装。
43.根据条款38至42中任一项所述的装置，其中所述乳液中的所述液态金属液滴的平均颗粒大小大于在所述管芯与所述集成电路上层之间形成的粘合层距离。
44.根据条款38至43中任一项所述的装置，其中所述液态金属液滴包括镓、镓合金、铟、铟合金、锡、锡合金、汞、汞合金或它们的组合。
45.根据条款38至44中任一项所述的装置，其中所述液态金属液滴至少在-19摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相。
46.根据条款38至45中任一项所述的装置，其中所述液态金属液滴包括单峰多分散性。
47.根据条款38至45中任一项所述的装置，其中所述液态金属液滴包括多峰多分散性。
48.根据条款38至47中任一项所述的装置，其中所述聚合物包括热固性聚合物。
49.根据条款38至48中任一项所述的装置，其中所述乳液在固化前的粘度小于250,000cP。
50.根据条款38至49中任一项所述的装置，其中所述液态金属液滴通常是球形的。
51.一种方法，包括：在第一层上施加热界面材料，使得所述热界面材料在组件的第一层与第二层之间，其中所述热界面材料包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液；压缩所述组件，从而使所述液态金属液滴变形；以及固化所述热界面材料，从而形成固化组件。
在本说明书中描述了各种特征和特性，以提供对本发明的组成、结构、生产、功能和/或操作的理解，本发明包括公开的组合物、涂层和方法。应理解，本说明书中描述的本发明的各种特征和特性可以任何合适的方式组合，而不管这些特征和特性是否在本说明书中明确地组合描述。本发明人和本申请人明确地打算将此类特征和特性的组合包括在本说明书描述的本发明的范围内。这样，权利要求可被修改为以任何组合的方式陈述在本说明书中明确或固有地描述的、或者以其它方式明确或固有地支持的任何特征和特性。此外，本申请人保留修改权利要求的权利，以明确否认现有技术中可能存在的特征和特性，即使这些特征和特性在本说明书中没有明确描述。因此，任何此类修改都不会给说明书或权利要求增加新的内容，并且将符合书面描述、描述的充分性和增加的主题要求。
本说明书中所陈述的任何数值范围描述了包含在所陈述的范围内的相同数值精度(即，具有相同数量的指定数字)的所有子范围。例如，所陈述的范围“1.0至10.0”描述了所陈述最小值1.0与所陈述的最大值10.0之间(包括)的所有子范围，诸如例如“2.4至7.6”，即使“2.4至7.6”的范围在说明书的正文中没有明确陈述。因此，本申请人保留修改本说明书(包括权利要求书)的权利，以明确陈述包含在本说明书明确陈述的范围内的相同数值精度的任何子范围。所有这样的范围在本说明书中都有固有的描述，使得修改以明确陈述任何此类子范围将符合书面描述、描述的充分性和增加的主题要求。
此外，除非明确指定或上下文另有要求，否则本说明书中描述的所有数字参数(例如表示值、范围、量、百分比等的参数)可被理解为好像以词语“约”开头，即使词语“约”没有明确出现在数字之前。附加地，本说明书中描述的数值参数应根据所报告的有效数字的数量、数值精度并通过施加普通的舍入技术来解释。还应理解，本说明书中描述的数值参数必然具有用于确定参数数值的基础测量技术的固有可变性特征。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体示例中阐述的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地含有一定的误差，这些误差必然是由在各自的测试测量中发现的标准偏差引起的。
在整个说明书中对“各种示例”、“一些示例”、“一个示例”、“一示例”等的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性被包括在示例中。因此，短语“在各种示例中”、“在一些示例中”、“在一个示例中”、“在一示例中”等在说明书各处的出现不一定都指同一示例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合在一个或多个示例中。因此，结合一个示例示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与另一个示例或其它示例的特征、结构或特性组合，而没有限制。此类修改和变化旨在包括在本示例的范围内。
除非另有说明，否则本说明书中确定的任何专利、出版物或其它文件都通过引用整体并入本说明书中，但仅限于所并入的材料不与本说明书中明确阐述的现有描述、定义、陈述、说明或其它公开材料相冲突的程度。因此，在必要的程度上，本说明书中阐述的明确公开内容取代了通过引用并入的任何冲突材料。通过引用并入本说明书中但与现有定义、陈述或本文阐述的其它公开材料相冲突的任何材料或其部分，仅在所并入的材料与现有公开材料之间不产生冲突的程度上被并入。申请人保留修改本说明书的权利，以明确陈述通过引用并入的任何主题或其部分。对本说明书修改以增加此类并入的主题将符合书面描述、描述的充分性和增加的主题要求。
尽管为了说明的目的，上面已经描述了本发明的特定示例，但是对于本领域的技术人员来说，很明显，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的情况下，可对本发明的细节进行多种变化。
尽管本公开提供了对各种特定方面的描述，以便说明本公开的各种方面和/或其潜在施加，但是应理解，本领域技术人员将会想到变化和修改。因此，本文描述的一个或多个发明应被理解为至少与它们所要求的一样宽，而不是由本文提供的特定说明性方面更窄地定义。
应理解，本说明书中描述的发明不限于发明内容或具体实施方式中总结的示例。本文描述并举例说明了各种其它方面。

Claims (22)

1.一种方法，包括：
在集成电路的管芯上施加热界面材料，使得所述热界面材料在所述管芯与电路组件的上层之间，其中施加到所述管芯的所述热界面材料包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液；
压缩所述电路组件，从而使所述液态金属液滴变形；以及
固化所述热界面材料，从而形成固化组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述管芯包括处理器，并且其中所述上层包括散热片、集成散热器或封装。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于150微米。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在施加之前，所述热界面材料中的所述液态金属液滴的平均颗粒大小大于在所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在沉积之前，热界面材料中的所述液态金属液滴的平均大小在比所述固化组件中的所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离大1％至100％的范围内。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述液态金属液滴包括镓、镓合金、铟、铟合金、锡、锡合金、汞、汞合金或它们的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述液态金属液滴至少在-19摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述热界面材料在固化后包括不大于30(K*mm2)/W的热阻值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物包括热固性聚合物。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物包括热塑性聚合物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳液在固化前的粘度小于250,000cP。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述液态金属液滴在沉积之前通常是球形的，并且所述液态金属液滴在压缩所述组件之后通常是椭圆形的。
13.一种根据权利要求1所述的方法生产的集成电路组件。
14.一种集成电路组件，包括：
管芯；
上层；以及
与所述管芯层和所述上层接触设置的热界面材料，其中所述上层材料包括聚合物和分散在整个所述聚合物中的液态金属液滴，其中在所述管芯与所述上层之间形成的粘合层距离不大于150微米。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述液态金属液滴包括镓、镓合金、铟、铟合金、锡、锡合金、汞、汞合金或它们的组合。
16.根据权利要求14所述的组件，其中所述液态金属液滴至少在-19摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相。
17.根据权利要求14所述的组件，其中所述热界面材料包括不大于30(K*mm2)/W的热阻值。
18.根据权利要求14所述的组件，其中所述聚合物包括热固性聚合物。
19.根据权利要求14所述的组件，其中所述聚合物包括热塑性聚合物。
20.根据权利要求14所述的组件，其中所述液态金属液滴通常是椭圆形的。
21.一种方法，包括：
在第一层上施加热界面材料，使得所述热界面材料在组件的第一层与第二层之间，其中所述热界面材料包括液态金属液滴和未固化聚合物的乳液；
压缩所述组件，从而使所述液态金属液滴变形；以及
固化所述热界面材料，从而形成固化组件，其中在施加之前，所述热界面材料中的所述液态金属液滴的平均颗粒大小大于在所述组件中的所述第一层与所述第二层之间形成的粘合层距离。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述液态金属液滴至少在-19摄氏度至30摄氏度范围内的温度下处于液相。
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