TWI815376B - 積體電路總成 - Google Patents

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Abstract

一積體電路之一晶粒與一電路總成之一上部層藉由將一熱界面材料(TIM)塗覆在該晶粒上，使得該TIM處於該晶粒與一上部層之間而得以熱連接。該TIM包含液態金屬液滴與未固化聚合物之一乳液。該方法進一步包含：壓縮該電路總成，藉此使該等液態金屬液滴變形；以及固化該熱界面材料，藉此形成該電路總成。

Description

積體電路總成
本發明係關於用於熱連接兩個層之方法、設備及總成。
熱界面材料(TIM)可用來將兩個或更多個層熱連接在一起。舉例而言，TIM常常用於CPU封裝中以將CPU晶粒熱連接至CPU封裝之整合式熱散播器(IHS)。存在可使用的各種類型的TIM。然而，當前TIM存在挑戰。
在一個通用態樣中，本發明係針對一種用於熱連接一晶粒與一上部層之方法。該方法包含將一熱界面材料塗覆在一積體電路之一晶粒上，使得該熱界面材料處於該晶粒與一電路總成之一上部層之間。在各個實例中，該積體電路可為處理器、ASIC或系統單晶片(SOC)。在某些實例中，該上部層可為一整合式熱散播器、一散熱片或封裝。塗覆至該晶粒之該熱界面材料包含液態金屬液滴與未固化聚合物之一乳液。該方法包含：壓縮該電路總成，藉此使該等液態金屬液滴變形；以及固化該熱界面材料，藉此形成該電路總成。
在另一通用態樣中，本發明係針對一種積體電路總成，其 包含：一晶粒；一上部層；及一熱界面材料，其安置成與該晶粒層及該上部層接觸。該熱界面材料包含一聚合物及分散遍及該聚合物之液態金屬液滴。形成於該晶粒與該上部層之間的一黏合層距離不大於150微米。
在另一通用態樣中，本發明係針對一種用於熱連接一晶粒與一上部層之設備，該設備包含界定一腔體之一容器及安置在該腔體中之一乳液。該乳液包含液態金屬液滴及未固化聚合物，且其中該容器經組態以使得能夠將該乳液塗覆至一積體電路之一晶粒上。
在另一通用態樣中，本發明係針對一種用於熱連接兩個或更多個層之方法。該方法包含將一熱界面材料塗覆在一第一層上，使得該熱界面材料處於一總成之一第一層與一第二層之間。該熱界面材料包含液態金屬液滴與未固化聚合物之一乳液。該方法包含：壓縮該總成，藉此使該等液態金屬液滴變形；以及固化該熱界面材料，藉此形成該總成。
本發明可提供在材料界面處之低接觸抗性及穿過該材料之低熱阻兩者。低接觸抗性可藉由以未固化狀態塗覆聚合物，以使得聚合物及液態金屬液滴可與該層之表面共形以達成所需接觸抗性來實現。穿過該材料之低熱阻可藉由液態金屬液滴實現，包括液態金屬液滴之大小及/或形狀。另外，歸因於以未固化狀態塗覆聚合物，與若干方法相比，本文所描述之方法可能不需要同樣高的安裝壓力。另外，固化該聚合物可抑制液態金屬液滴之泵出。可自本發明之各種實施例實現的此等及其他益處將自以下描述而顯而易見。
100:容器
102:壁
104:熱界面材料
200:電路總成
204:熱界面材料
206:晶粒
208:積體電路
210:上部層
216:熱界面材料
218:不同上部層
312:液態金屬液滴
314:聚合物
參考結合隨附圖式進行的實例之以下描述，本發明之實例的特徵及優點以及其實現方式將變得更顯而易見且將更好地理解實例，其 中：圖1為根據本發明之包含TIM乳液的容器之示意圖；圖2A為根據本發明之包含TIM的電路總成之側視橫截面圖；圖2B為根據本發明之包含TIM的電路總成之側視橫截面圖；圖3A為圖2中之電路總成之區域3A在壓縮該電路總成之前的細節視圖；圖3B為在壓縮電路總成之後的圖3A之電路總成；以及圖4為說明根據本發明之黏合層厚度(BLT)與塗覆至未固化總成的壓力之曲線圖；圖5為說明根據本發明之BLT與經固化總成的接觸熱阻之曲線圖。
貫穿若干視圖，相對應之參考標號指示相對應之零件。本文中所陳述之例證說明呈一種形式的某些實例，且該等例證並不以任何方式理解為限制實例之範疇。
優先權主張
本申請案主張於2020年2月28日申請的美國臨時專利申請案第62/983,133號之優先權，該美國臨時專利申請案具有與上文所指示的相同的標題及發明人，且以全用引用之方式併入本文中。
現將描述本發明之特定例示性態樣以提供對本文揭示之組合物及方法的組成、功能、製造及使用的原理之總體理解。在隨附圖式中 說明此等態樣之一或多個實例。一般熟習此項技術者將理解，本文中特定地描述且在隨附圖式中說明的組合物、製品及方法為非限制性例示性態樣，且本發明之各種實例的範疇僅由申請專利範圍界定。結合一個例示性態樣所說明或描述之特徵可與其他態樣之特徵組合。此類修改及變化意欲包括於本發明之範疇內。
將材料塗覆至積體電路之晶粒使得該材料處於晶粒與整合式熱散播器(IHS)之間可能需要平衡穿過該材料之熱阻與材料界面處之接觸抗性。舉例而言，聚合材料在材料界面處可能具有低接觸抗性，但具有穿過該材料之高熱阻。固態金屬可能具有穿過該材料之低熱阻，但具有在材料界面處之高接觸抗性。另外，一些固態材料(聚合或金屬)在安裝期間可能需要大的壓力以達成所需接觸抗性。因此，在各種實施例中，本發明提供可提供在材料界面處的低接觸抗性及穿過材料之低熱阻兩者的熱界面材料(TIM)、用於熱連接兩個層的總成及電路總成。另外，與其他固態材料相比，TIM可能不需要同樣高的安裝壓力。舉例而言，TIM需要的安裝(例如，壓縮)壓力可能小於或等於50磅/平方吋。根據本發明之TIM可包含聚合物，其中液態金屬液滴分散於該聚合物中。
如在本說明書中所用，術語「聚合物」及「聚合」意謂預聚物、寡聚物以及均聚物及共聚物兩者。如在本說明書中所用，「預聚物」意謂能夠藉由一或多個反應性基團進一步反應或聚合以形成較高分子質量或交聯狀態的聚合物前體。
聚合物可為熱固性聚合物、熱塑性聚合物，或其組合。如本文中所使用，術語「熱固性」係指聚合物在固化或交聯時不可逆地「凝固」，其中聚合組分之聚合物鏈藉由共價鍵接合在一起，其常常例如由熱 或輻射誘發。在各種實例中，固化或交聯反應可在周圍條件下進行。一旦經固化或交聯，熱固性聚合物便可能不會在施加熱時熔融，且可能不溶於習知溶劑中。如本文中所使用，術語「熱塑性」係指在聚合物包括的聚合組分中，構成性聚合物鏈並非藉由共價鍵接合(例如，交聯)，且藉此在加熱時可經歷液體流動且可溶於習知溶劑。在某些實施例中，聚合物可為彈性的(例如，橡膠狀的、軟的、可拉伸的)或剛性的(例如，玻璃狀)。舉例而言，聚合物可為彈性的。
熱固性聚合物可包括交聯劑，其可包含例如胺基塑膠、多異氰酸酯(包括嵌段異氰酸酯)、聚環氧化物、β-羥烷基醯胺、多酸、酸酐、有機金屬酸功能材料、多元胺、聚醯胺，或其組合。聚合物可具有可與交聯劑反應的官能基。
本文中描述的TIM中之聚合物可選自本領域中熟知的多種聚合物中的任一者。舉例而言，熱固性聚合物可包含丙烯酸聚合物、聚酯聚合物、聚胺基甲酸酯聚合物、聚醯胺聚合物、聚醚聚合物、聚矽氧烷聚合物(例如，聚(二甲基矽氧烷))、含氟聚合物、聚異戊二烯聚合物(例如，橡膠)、其共聚物(例如，苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯)，或其組合。熱固性聚合物上之官能基可選自多種反應性官能基中之任一者，包括例如羧酸基、胺基、環氧基、羥基、硫醇基、胺基甲酸酯基、醯胺基、脲基、異氰酸酯基(包括嵌段異氰酸酯基)、硫醇基，及其組合。
熱塑性聚合物可包含丙烯-乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯，或其組合。聚合物可包含至少100攝氏度之熔點，諸如(例如)至少120攝氏度、至少150攝氏度，或至少200攝氏度之熔點。
用於TIM之液態金屬可包含鎵、鎵合金、銦、銦合金、錫、錫合金、汞、汞合金，或其組合。液態金屬可至少在至少-20攝氏度(例如，在其塊體形式下，可包含低於-20攝氏度之熔點)的溫度下處於液相，諸如(例如)至少-19攝氏度、至少-10攝氏度、至少0攝氏度、至少5攝氏度、至少10攝氏度、至少15攝氏度、至少20攝氏度，或至少25攝氏度。液態金屬可至少在不大於30攝氏度(例如，在其塊體形式下，可包含低於30攝氏度之熔點)的溫度下處於液相，諸如(例如)不大於25攝氏度、不大於20攝氏度、不大於15攝氏度、不大於10攝氏度、不大於5攝氏度、不大於0攝氏度，或不大於-10攝氏度。液態金屬可至少在處於-20攝氏度至30攝氏度之範圍內(例如，在其塊體形式下，可包含低於-20攝氏度至30攝氏度之範圍內的溫度之熔點)的溫度下處於液相，諸如(例如)-19攝氏度至30攝氏度、-19攝氏度至25攝氏度，或-19攝氏度至20攝氏度。可在1絕對大氣壓之壓力下判定是否在各別溫度下達成液相。在某些實施例中，TIM可包含鎵銦錫(Galinstan)及-19攝氏度之熔點。
可藉由形成聚合物與液態金屬之乳液，使得液態金屬液滴實質上分散遍及該聚合物而形成TIM。舉例而言，聚合物與液態金屬液滴可利用高剪切混合器、離心混合器、在容器中搖動、研缽及研杵、超聲處理或其組合而混合在一起。關於形成乳液之例示性方式的更多細節描述於(1)標題為「Method of Synthesizing a Thermally Conductive and Stretchable Polymer Composite」之已公開PCT WO/2019/136252及(2)標題為「Polymer Composite with Liquid Phase Metal Inclusions」之已公開美國申請案US 2017/0218167中，兩者皆讓渡給卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)，且兩者皆以全文引用之方式併入本文 中。可選擇組合物及/或混合技術，使得處於未固化狀態的TIM乳液之黏性低於250,000cP(厘泊)，諸如(例如)低於200,000cP、低於150,000cP、低於100,000cP、低於50,000cP、低於15,000cP、低於14,000cP、低於13,000cP、低於12,000cP、低於11,000cP，或低於10,000cP。TIM乳液之黏性可在室溫下藉由旋轉黏度計或錐板式黏度計加以量測。可在適合於產生靜態黏性(例如，因為材料為非牛頓流體)的選擇頻率下執行黏性量測。
按TIM之總體積計，TIM可包含至少1%之液態金屬液滴，諸如(例如)至少5%之液態金屬液滴、至少10%之液態金屬液滴、至少20%之液態金屬液滴、至少30%之液態金屬液滴、至少40%之液態金屬液滴、至少50%之液態金屬液滴，或至少60%之液態金屬液滴(全部基於液態金屬液滴之總體積)。按TIM之總體積計，TIM可包含不大於90%之液態金屬液滴，諸如(例如)不大於60%之液態金屬液滴、不大於50%之液態金屬液滴、不大於40%之液態金屬液滴、不大於30%之液態金屬液滴、不大於20%之液態金屬液滴，或不大於10%之液態金屬液滴(全部基於TIM之總體積)。按TIM之總體積計，TIM可包含範圍為1%至90%之液態金屬液滴，諸如(例如)5%至50%之液態金屬液滴、40%至60%之液態金屬液滴、5%至90%之液態金屬液滴，或30%至50%之液態金屬液滴(全部基於TIM之總體積)。
可選擇組合物及/或混合技術以達成TIM中的液態金屬液滴之所需平均粒徑。液態金屬液滴之平均粒徑可為至少1微米，諸如(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。液態金屬液滴之平均粒徑可不大於200微米，諸如(例如)不大於150微米、不大於120微米、不大於100微米、不大於90微米、不大於80微米、不大於70微米、不大於60微米、不大於50微米、不大於40微米、不大於35微米、不大於30微米、不大於20微米、不大於10微米或不大於5微米。舉例而言，液態金屬液滴之平均粒徑可在1微米至200微米之範圍內，諸如(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。
如本文中所使用，「平均粒徑」係指使用顯微術(例如，光學顯微法或電子顯微法)量測之平均大小。大小可為球形顆粒之直徑或沿著最大維度之長度(若為橢球形或以其他方式不規則成形的顆粒)。
液態金屬液滴之多分散性可為單峰或多峰(例如，雙峰、三峰)。利用多峰多分散性可增大TIM中的液態金屬液滴之填集密度。在多分散性為單峰的某些實施例中，聚合物中的液態金屬液滴之多分散性可在0.3至0.4之範圍中。
TIM可在使用之前儲存在如圖1中所說明的容器100中。舉例而言，容器可包含界定腔體的壁102，且TIM乳液104可儲存在腔體中。TIM 104可在容器100中處於未固化狀態。將TIM 104儲存在容器100中可抑制TIM 104之固化。容器100可為枕形封裝、注射筒、燒杯、罐、瓶子、鼓筒，或其組合。在各種實例中，容器100可為即用型施配裝置，諸如(例如)枕形封裝或注射筒。在其他實例中，TIM 104可能不儲存，且可在產生乳液之後使用而不儲存。
如在本說明書中所用，術語「固化(cure、curing)」係指塗覆於基板上的乳液或材料中的組分之化學交聯或塗覆於基板上之乳液或 材料中的組分之黏性之增大。因此，術語「固化」並不僅涵蓋乳液或材料經由溶劑或載劑蒸發之物理乾燥。就此而言，如本說明書中在包含熱固性聚合物之實例中所使用的術語「經固化」係指乳液或材料之以下狀況，其中乳液或材料之組分已進行化學反應以在乳液或材料中形成新共價鍵(例如，形成於黏合劑樹脂與固化劑之間的新共價鍵)。如本說明書在包含熱塑性聚合物之實例中所使用的術語「經固化」係指乳液或材料之以下狀況，其中熱塑性聚合物之溫度減小至低於熱塑性聚合物之熔點，使得乳液或材料之黏性增大。在包含熱固性聚合物及熱塑性聚合物兩者之實例中，術語「經固化」係指如本文所描述的聚合物固化中之一者或兩者。
熱固性聚合物之固化可藉由將至少-20攝氏度(諸如(例如)至少10攝氏度、至少50攝氏度、至少100攝氏度或至少150攝氏度)之溫度施加至TIM 104來達成。固化可藉由將不大於300攝氏度(諸如(例如)不大於250攝氏度、不大於200攝氏度、不大於150攝氏度、不大於100攝氏度，或不大於50攝氏度)之溫度施加至TIM 104來達成。固化可藉由將範圍在-20攝氏度至300攝氏度(諸如(例如)10攝氏度至200攝氏度或50攝氏度至150攝氏度)之溫度施加至TIM 104來達成。舉例而言，固化可包含熱烘烤TIM。溫度施加時間段可大於1分鐘，諸如(例如)大於5分鐘、大於30分鐘、大於1小時，或大於2小時。
TIM 104可自容器100施配，且以未固化狀態塗覆至層。此後，可固化TIM 104以形成經固化TIM 104。固化TIM 104可包含加熱TIM 104(例如，在熱固性聚合物之實例中)、將催化劑添加至TIM 104、將TIM 104曝露於空氣、冷卻TIM 104(例如，在熱塑性聚合物之實例中)、將壓力施加至TIM 104，或其組合。固化TIM 104可將TIM乳液之黏性增 大至大於15,000cP，諸如(例如)大於20,000cP、大於30,000cP、大於50,000cP、大於100,000cP、大於150,000cP、大於200,000cP，或大於250,000cP。舉例而言，可固化TIM 104中之聚合物。在各種實例中，TIM 104可為黏著劑。可選擇TIM 104中之聚合物以減少TIM 104在固化期間之脫氣。
根據本發明之TIM可塗覆至一第一層，使得TIM處於包括該第一層及一第二層之總成的兩個層之間。該第一層可為熱產生電子組件(例如，積體電路)，且該第二層可為可導熱之上部層。舉例而言，該上部層可為熱散播器、散熱片或封裝。此後，可壓縮該總成，藉此使TIM中的液態金屬液滴變形，且可固化TIM以形成該總成。以未固化狀態塗覆TIM 104可達成所需接觸抗性，且使得能夠在壓縮總成時使用較低壓力。TIM可塗覆至各種層及裝置，且其在下文參考圖2A-B參考電路總成加以描述，但不僅限於電路總成。
參考圖2A，TIM 204可塗覆至積體電路208之晶粒206，使得TIM 204可處於晶粒206與電路總成200之上部層210之間。將TIM 204塗覆至晶粒206可包含噴塗、旋塗、浸塗、滾塗、淋塗、膜塗、刷塗、擠壓、施配，或其組合。TIM 204可以未固化狀態塗覆，使得TIM與晶粒206及上部層210之表面共形，使得可達成其間的所要程度之表面接觸。在各種實例中，TIM 204可直接塗覆至晶粒206，且此後，上部層210可直接施加至TIM 204。在各種其他實例中，TIM 204可直接塗覆至上部層210，且此後，晶粒206可直接塗覆至TIM 204。在各種實例中，在塗覆TIM 204之後，TIM 204可與晶粒206及上部層210直接接觸。在某些實施例中，TIM 204之塗覆可限於晶粒206之表面，使得可有效地使用TIM 204。
如在本說明書尤其結合層、膜或材料所使用，術語「在……上」、「至……上」、「在……之上」及其變體(例如，「塗覆在……上」、「形成在……上」、「沈積在……上」、「提供在……上」「位於……上」等)意謂塗覆、形成、沈積、提供或以其他方式位於基板之表面上，但不必與基板之表面接觸。舉例而言，「塗覆在」基板「上」之TIM不排除存在位於所塗覆TIM與基板之間的相同或不同組合物之另一層或其他層。同樣，「施加在」第一層「上」之第二層不排除存在位於所施加第二層與所施加TIM之間的相同或不同組合物之另一層或其他層。
可壓縮電路總成200。舉例而言，參考圖3A-3B中之詳細視圖，可將晶粒206與上部層210推在一起，使得第一距離d1可減小至第二黏合層距離db1。TIM 204中的液態金屬液滴312在塗覆及/或壓縮處理之前的平均粒徑可選擇為大於形成於晶粒206與上部層210之間的所需黏合層距離db1。舉例而言，液態金屬液滴312在塗覆及/或壓縮處理之前的平均粒徑可比黏合層距離db1大，諸如(例如)比黏合層距離db1大1%、比黏合層距離db1大2%、比黏合層距離db1大5%、比黏合層距離db1大10%、比黏合層距離db1大15%、比黏合層距離db1大20%、比黏合層距離db1大30%、比黏合層距離db1大40%、比黏合層距離db1大50%，或比黏合層距離db1大75%。液態金屬液滴312在塗覆及/或壓縮處理之前的平均粒徑可比黏合層距離db1大不超過100%，諸如(例如)比黏合層距離db1大不超過75%、比黏合層距離db1大不超過50%、比黏合層距離db1大不超過40%、比黏合層距離db1大不超過30%、比黏合層距離db1大不超過20%、比黏合層距離db1大不超過15%、比黏合層距離db1大不超過10%、比黏合層距離db1大不超過 5%，或比黏合層距離db1大不超過2%。液態金屬液滴312在塗覆及/或壓縮處理之前的平均粒徑可比黏合層距離db1大1%至100%之範圍，諸如(例如)比黏合層距離db1大1%至50%、比黏合層距離db1大1%至30%、比黏合層距離db1大2%至30%，或比黏合層距離db1大5%至20%。
壓縮電路總成200可將力施加至TIM 204，且可使分散於TIM 204之聚合物314內的液態金屬液滴312變形。因為TIM 204處於未固化狀態，因此聚合物仍具順應性且可移動，使得壓縮力可使液態金屬液滴312變形。液態金屬液滴312在變形期間可處於液相，使得壓縮需要較低壓力且達成所需變形。
液態金屬液滴312可大體為球形(如圖3A中所示)，且此後可大體為橢球形，如圖3B中所示。在各種實例中，壓縮之前的液態金屬液滴312可具有第一平均縱橫比，且在壓縮之後，液態金屬液滴312可具有第二平均縱橫比。第二平均縱橫比可不同於第一平均縱橫比。舉例而言，第二平均縱橫比可大於第一平均縱橫比。平均縱橫比可為液態金屬液滴312的寬度與液態金屬液滴312之高度之平均比率。在各種實例中，第一縱橫比可為1，且第二縱橫比可大於1。在某些實施例中，第一縱橫比可在1至1.5之範圍內。在某些實施例中，第二縱橫比可比第一縱橫比至少大0.5，諸如(例如)比第一縱橫比至少大1、比第一縱橫比至少大2，或比第一縱橫比至少大5。液態金屬液滴312的寬度可與電路總成200中的TIM 204之縱向平面大體上對準，且液態金屬液滴312之高度可與TIM 204之厚度(例如，距離d1)大體上對準。在壓縮電路總成200時，液態金屬液滴312的寬度可增大。舉例而言，在某些實施例中，球形液態金屬液滴在壓縮之前的半徑可為100μm(例如，第一縱橫比為1)，且在壓縮至20μm之 黏合層厚度之後，液態金屬液滴可變形為寬度為316μm的橢球形形狀(例如，第二縱橫比為15.6)。
在某些實例中，液態金屬液滴312在壓縮之後可與如圖3B中所示的實質上單層對準。該單層可藉由選擇液態金屬液滴312之平均粒徑及黏合層距離db1來達成。將液態金屬液滴312組態為單層可減小TIM 204之熱阻。
可固化TIM 204，藉此形成電路總成200。固化TIM 204可增大聚合物316之黏性，且可使聚合物316硬化。舉例而言，聚合物316可成為固態。在各種實例中，固化之後的聚合物314為彈性的。固化聚合物314可抑制液態金屬液滴312在電路總成200之熱循環期間泵出，且可提供晶粒206與上部層210之間的機械接合。
總成200可包含形成於晶粒206與經固化總成中的上部層210之間的黏合層距離db1，其不大於150微米，諸如(例如)不大於145微米、不大於140微米、不大於120微米、不大於100微米、不大於80微米、不大於70微米、不大於50微米、不大於40微米、不大於35微米，或不大於30微米。總成200可包含形成於晶粒206與經固化總成中的上部層210之間的黏合層距離db1，其至少為15微米，諸如(例如)至少為30微米、至少為35微米、至少為40微米、至少為50微米、至少為70微米、至少為80微米、至少為100微米、至少為120微米、至少為140微米，或至少為145微米。總成200可包含形成於晶粒206與經固化總成中的上部層210之間的黏合層距離db1，其範圍為15微米至150微米，諸如(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。
固化可發生於第一時間週期內，且壓縮可發生於第二時間週期。第一時間週期可在第二時間週期之後或與其至少部分地重疊。舉例而言，液態金屬液滴312可在聚合物314實質性固化之前變形，使得可使用較低壓縮壓力來使液態金屬液滴312變形。
液滴312之平均粒徑及變形可改良TIM 204之熱阻值。舉例而言，固化之後的TIM 204包含的熱阻值可不大於30(°K*mm2)/W，諸如(例如)不大於20(°K*mm2)/W、不大於15(°K*mm2)/W、不大於10(°K*mm2)/W、不大於9(°K*mm2)/W、不大於8(°K*mm2)/W、不大於7(°K*mm2)/W，或不大於5(°K*mm2)/W。固化之後的TIM 204包含的熱阻值可至少為0.5(°K*mm2)/W，諸如(例如)至少為1(°K*mm2)/W、至少為2(°K*mm2)/W、至少為3(°K*mm2)/W、至少為5(°K*mm2)/W，或至少為10(°K*mm2)/W。固化之後的TIM 204包含的熱阻值範圍可為0.5(°K*mm2)/W至30(°K*mm2)/W，諸如(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。可使用可購自西門子公司(德國慕尼黑)的DynTIM-S儀器、來自NanoTest(德國)的TIMA儀器及/或LongWin LW 9389(臺灣)來量測熱阻值。
晶粒206可包含例如積體電路，諸如處理器或ASIC或系統單晶片(SOC)。上部層210可為整合式熱散播器。TIM 204可直接塗覆於處理器與整合式熱散播器之間。舉例而言，TIM 204可為TIM1、TIM 1.5或其組合。TIM1可用來熱連接帶蓋封裝中之晶粒與整合式熱散播器。TIM1.5可用來將裸晶粒封裝中的晶粒熱連接至散熱片。
在各種其他實例中，參考圖2B，TIM 216可塗覆於上部層210(例如，整合式熱散播器)與不同上部層218之間。上部層218可包含散熱片。舉例而言，TIM 216可為TIM2。
在各種其他實例中，根據本發明之TIM可用於封裝級系統中。舉例而言，單一水平TIM層可與一側上之多個裸片(例如，積體電路可包含多個裸片，或多個積體電路可與TIM之相同側接觸)及不同側上之一或多個上部層接觸。
實例
使用剪切混合使鎵、銦及錫之共熔合金(Galinstan)(熔融溫度Tm=19℃)分散至彈性體中，以製備包含30微米之平均粒徑的液態金屬液滴之未固化TIM乳液。Galinstan加載量為未固化TIM乳液之體積的50%。將未固化TIM乳液塗覆在熱產生裝置(例如，晶粒)上，且在未固化狀態下在散熱片與晶粒之間壓縮，直至達成所需黏合層厚度(BLT)以形成未固化總成。在於散熱片與晶粒之間壓縮未固化TIM的同時，在各別黏合層厚度下量測用於壓縮之壓力，且結果展示於圖4中。如所說明，用於壓縮之壓力在自80微米之BLT至29微米(其適用於各種封裝設備)之壓縮期間不大於50磅/平方吋(psig)。
因為Galinstan在壓縮期間保持為液相，因此遠場機械變形可使未固化TIM乳液中的液態金屬液滴變形，其可增強TIM之定向散熱特性。舉例而言，未固化TIM乳液之熱導率在應變方向上可增大50倍。
根據上文所描述的方法製備額外未固化總成，其中BLT範圍介於29微米至200微米。使用西門子T3 Ster設備來量測未固化總成之接觸熱阻，且結果展示於圖5中。如圖5中所說明，接觸熱阻在80微米處出 人意料地改變，且在29微米之BLT處有效地接近零接觸抗性，其指示在BLT不大於TIM乳液中的液態金屬液滴之平均粒徑時，未固化總成中的熱界面增強。咸信在固化TIM乳液之後，接觸熱阻將改變極小(即使有)。另外，咸信在BLT不大於各別發明性實例中使用的TIM乳液中的液態金屬液滴之平均粒徑時，根據本發明之其他發明性總成可達成增強的熱界面。
穿過包含29微米之BLT的未固化總成中的未固化TIM乳液的總熱阻(包括接觸熱阻)量測為30K*mm2/W。咸信根據本發明之其他發明性總成可達成增強的熱阻特性。
熟習此項技術者將認識到，本文中所描述之組合物、製品、方法及其隨附之論述出於概念清晰起見用作實例，且涵蓋各種組態修改。因此，如本文中所使用，所闡述之具體範例及隨附論述意欲表示其更一般類別。一般而言，任何具體範例之使用意欲表示其類別，且具體組件(例如，操作)、裝置及目標之未包括不應視為限制性的。
相對於隨附申請專利範圍，熟習此項技術者將瞭解，其中所列舉的操作通常可以任何次序執行。此外，儘管各種可操作流動以一定順序呈現，但應理解各種操作可以不同於所說明之次序進行，或可同時進行。除非上下文以其他方式規定，否則此類替代定序之實例可包括重疊、交錯、中斷、重新排序、遞增、預備、補充、同時、逆轉或其他變型定序。此外，除非上下文以其他方式規定，否則如「回應於」、「與……相關」之術語或其他過去時態形容詞通常並不意欲排除該等變型。
儘管本文已描述各種實例，但熟習此項技術者可實施且會想到彼等實例之多種修改、變化、取代、改變及等效物。此外，當針對某些組件揭示材料時，可使用其他材料。因此，應理解，前述描述及所附申 請專利範圍意欲涵蓋如落入實施之範圍內的所有該等修改及變化。以下申請專利範圍意欲涵蓋所有該等修改及變化。
根據本發明之本發明之各種態樣包括但不限於以下編號條項中列舉的態樣。
1.一種方法，其包含：將一熱界面材料塗覆在一積體電路之一晶粒上，使得該熱界面材料處於該晶粒與一電路總成之一上部層之間，其中塗覆至該晶粒之該熱界面材料包含液態金屬液滴與未固化聚合物之一乳液；壓縮該電路總成，藉此使該等液態金屬液滴變形；以及固化該熱界面材料，藉此形成一經固化總成。
2.如條項1之方法，其中該晶粒包含一處理器。
3.如條項1至2中任一項之方法，其中該上部層包含該處理器之整合式熱散播器。
4.如條項1至2中任一項之方法，其中該上部層包含一散熱片、一整合式熱散播器，或封裝。
5.如條項1到4中任一項之方法，其中形成於該晶粒與該經固化總成中的該上部層之間的一黏合層距離不大於150微米。
6.如條項1至5中任一項之方法，其中形成於該晶粒與該經固化總成中的該上部層之間的一黏合層距離不大於100微米。
7.如條項1至6中任一項之方法，其中形成於該晶粒與該經固化總成中的該上部層之間的一黏合層距離不大於70微米。
8.如條項1至7中任一項之方法，其中形成於該晶粒與該經固化總成中的該上部層之間的一黏合層距離在15微米至90微米之一範圍內。
9.如條項1至8中任一項之方法，其中塗覆之前的熱界面材料中的該等液態金屬液滴之一平均粒徑大於形成於該晶粒與該經固化總成中的該上部層之間的一黏合層距離。
10.如條項1至9中任一項之方法，其中沈積之前的熱界面材料中的該等液態金屬液滴之一平均大小比形成於該晶粒與該經固化總成中的該上部層之間的一黏合層距離大1%至100%之一範圍。
11.如條項1至10中任一項之方法，其中該等液態金屬液滴包含鎵、一鎵合金、銦、一銦合金、錫、一錫合金、汞、一汞合金，或其一組合。
12.如條項1至11中任一項之方法，其中該等液態金屬液滴至少在-19攝氏度至30攝氏度之一範圍內的一溫度下處於一液相。
13.如條項1至12中任一項之方法，其中固化之後的該熱界面材料包含不大於30(°K*mm2)/W之一熱阻值。
14.如條項1至13中任一項之方法，其中固化之後的該熱界面材料包含不大於10(°K*mm2)/W之一熱阻值。
15.如條項1至14中任一項之方法，其中該等液態金屬液滴包含一單峰多分散性。
16.如條項1至14中任一項之方法，其中該等液態金屬液滴包含一多峰多分散性。
17.如條項1至16中任一項之方法，其中該聚合物包含一熱固性聚合物。
18.如條項1至17中任一項之方法，其中該聚合物包含一熱塑性聚合物。
19.如條項1至18中任一項之方法，其中該乳液在固化之前具有低於250,000cP之一黏性。
20.如條項1至19中任一項之方法，其中該等液態金屬液滴在沈積之前為大體球形，且該等液態金屬液滴在壓縮該總成之後為大體橢球形。
21.如條項1至20中任一項之方法，其中該固化發生於一第一時間週期內，且該壓縮發生於一第二時間週期內，其中該第一時間週期在該第二時間週期之後或與其至少部分地重疊。
22.一種積體電路總成，其係藉由如條項1至21中任一項之方法製造。
23.一種積體電路總成，其包含：一晶粒；一上部層；以及一熱界面材料，其安置成與該晶粒層及該上部層接觸，其中該上部材料包含一聚合物及分散遍及該聚合物之液態金屬液滴，其中形成於該晶粒與該上部層之間的一黏合層距離不大於150微米。
24.如條項23之總成，其中該晶粒包含一處理器。
25.如條項23至24中任一項之總成，其中該上部層包含一散熱片、一整合式熱散播器，或封裝。
26.如條項23至25中任一項之總成，其中形成於該晶粒與該總成中的該上部層之間的一黏合層距離不大於100微米。
27.如條項23至26中任一項之總成，其中形成於該晶粒與該總成中的該上部層之間的一黏合層距離不大於70微米。
28.如條項23至27中任一項之總成，其中形成於該晶粒與該總成中的該上部層之間的一黏合層距離在15微米至90微米之一範圍 內。
29.如條項23至28中任一項之方法，其中該等液態金屬液滴包含鎵、一鎵合金、銦、一銦合金、錫、一錫合金、汞、一汞合金，或其一組合。
30.如條項23至29中任一項之總成，其中該等液態金屬液滴至少在-19攝氏度至30攝氏度之一範圍內的一溫度下處於一液相。
31.如條項23至30中任一項之總成，其中該熱界面材料包含不大於30(°K*mm2)/W之一熱阻值。
32.如條項23至31中任一項之總成，其中該熱界面材料包含不大於10(°K*mm2)/W之一熱阻值。
33.如條項23至32中任一項之總成，其中該等液態金屬液滴包含一單峰多分散性。
34.如條項23至32中任一項之總成，其中該等液態金屬液滴包含一多峰多分散性。
35.如條項23至34中任一項之總成，其中該聚合物包含一熱固性聚合物。
36.如條項23至35中任一項之總成，其中該聚合物包含一熱塑性聚合物。
37.如條項23至36中任一項之總成，其中該等液態金屬液滴為大體橢球形。
38.一種用於熱連接一晶粒與一上部層之設備，該設備包含：一容器，其界定一腔體；以及一乳液，其安置於該腔體中，其中該乳液包含液態金屬液滴及未固化聚合物，且其中該容器經組態以使得能夠將 該乳液塗覆至一積體電路之一晶粒上。
39.如條項38之設備，其中該容器為一注射筒。
40.如條項38之設備，其中該容器為一枕形封裝。
41.如條項38至40中任一項之設備，其中該晶粒包含一處理器。
42.如條項38至41中任一項之設備，其中該上部層包含一散熱片、一整合式熱散播器，或封裝。
43.如條項38至42中任一項之設備，其中該乳液中的該等液態金屬液滴之一平均粒徑大於待形成於該晶粒與該積體電路之一上部層之間的一黏合層距離。
44.如條項38至43中任一項之設備，其中該等液態金屬液滴包含鎵、一鎵合金、銦、一銦合金、錫、一錫合金、汞、一汞合金，或其一組合。
45.如條項38至44中任一項之設備，其中該等液態金屬液滴至少在-19攝氏度至30攝氏度之一範圍內的一溫度下處於一液相。
46.如條項38至45中任一項之設備，其中該等液態金屬液滴包含一單峰多分散性。
47.如條項38至45中任一項之設備，其中該等液態金屬液滴包含一多峰多分散性。
48.如條項38至47中任一項之設備，其中該聚合物包含一熱固性聚合物。
49.如條項38至48中任一項之設備，其中該乳液在固化之前具有低於250,000cP之一黏性。
50.如條項38至49中任一項之設備，其中該等液態金屬液滴為大體橢球形。
51.一種方法，其包含：將一熱界面材料塗覆在一第一層，使得該熱界面材料處於一總成之一第一層與一第二層之間，其中該熱界面材料包含液態金屬液滴與未固化聚合物之一乳液；壓縮該總成，藉此使該等液態金屬液滴變形；以及固化該熱界面材料，藉此形成一經固化總成。
本說明書中描述各種特徵及特性以提供對本發明的組合物、結構、生產、功能及/或操作之理解，其包括所揭示組合物、塗層及方法。應理解，本說明書中所描述之本發明的各種特徵及特性可以任何適合方式組合，而無關於此類特徵及特性是否明確地在本說明書中組合地描述。發明人及申請人明確地希望特徵及特性之此類組合包括於本說明書中所描述之本發明的範疇內。由此，可修正申請專利範圍以便以任何組合敍述本說明書中明確地或固有地描述或以其他方式明確地或固有地由本說明書支援之任何特徵或特性。此外，申請人保留修正申請專利範圍以肯定地放棄先前技術中可能存在的特徵及特性的權利，即使彼等特徵及特性並未在本說明書中明確地描述。因此，任何此類修正不會為說明書或申請專利範圍添加新主題，且將符合書面描述、描述之充分性及添加主題要求。
本說明書所敍述之任何數值範圍描述所敍述範圍內所包含之相同數值精度(即，具有相同數目個指定數字)的所有子範圍。舉例而言，所敍述範圍「1.0至10.0」描述所敍述最小值1.0與所敍述最大值10.0之間(且包括1.0及10.0)的所有子範圍，諸如(例如)「2.4至7.6」，即使範圍「2.4至7.6」並未在本說明書之文字中明確地敍述。因此，本申請人 保留修正本說明書(包括申請專利範圍)，以明確地敍述在本說明書中明確敍述之範圍內所包含的相同數值精度的任何子範圍之權利。所有此類範圍固有地描述於本說明書中，使得明確敍述任何此類子範圍之修正將符合書面描述、描述之充分性及添加主題要求。
又，除非上下文明確地指定或以其他方式要求，否則本說明書中所描述之所有數值參數(諸如表達值、範圍、量、百分比等的彼等數值參數)可理解為前面加有詞「約」，即使詞「約」並未明確地出現在數字之前。另外，應根據所報導之有效數位之數字、數值精度且藉由應用一般捨入技術解釋本說明書中所描述之數值參數。亦應理解，本說明書中所描述之數值參數將必然擁有用以測定參數之數值的基礎量測技術的固有變化特性。
儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但特定實施例中所闡述之數值儘可能精確地報導。然而，任何數值均固有地含有必然由其各別測試量測值中所存在之標準差造成的特定誤差。
在整個說明書中提及「各種實例」、「一些實例」、「一個實例」、「實例」等意謂結合該實例描述之特定特徵、結構或特性包括於一實例中。由此，片語「在各個實例中」、「在一些實例中」、「在一個實例中」、「在一實例中」等在整個說明書中之各處的出現未必皆指同一實例。此外，可在一或多個實例中以任何適合的方式組合特定特徵、結構或特性。因此，結合一個實例所說明或描述之特定特徵、結構或特性可整體或部分地與另一實例或其他實例之特徵、結構或特性加以組合而無限制。此類修改及變化意欲包括於本發明實例之範疇內。
除非另有指示，否則在本說明書中識別的任何專利、公開 案或其他文件以全文引用之方式併入本說明書中，但併入程度為所併入材料不與現有描述、定義、陳述、說明或本說明書中明確闡述的其他揭示材料衝突。由此且在所需程度上，如本說明書中所闡述之表達揭示內容取代以引用之方式併入本文中之任何衝突材料。以引用之方式併入本說明書中但與現有定義、陳述或本文中所闡述之其他揭示材料相衝突的任何材料或其部分所併入之程度僅為在所併入之材料與現有揭示材料之間不出現衝突。申請人保留修正本說明書，以明確地敍述以引用之方式併入本文中之任何標的物或其部分的權利。本說明書添加此類所併入標的物之修正將符合書面描述、描述之充分性及添加主題要求。
儘管上文已出於說明之目的描述本發明之特定實例，但對熟習此項技術者將顯而易見，在不脫離所附申請專利範圍中所定義之本發明的情況下，可進行本發明細節之大量變化。
雖然本發明出於說明本發明之各種態樣及/或其潛在應用之目的提供對各種具體態樣描述，但應理解，熟習此項技術者將想到變化及修改。因此，本發明或本文中所描述的發明應理解為至少與其經主張一樣寬而非如由本文中所提供的特定說明性態樣更狹窄地定義。
應理解，本說明書中所描述之本發明不限於在發明內容或實施方式中概述之實例。在本文中描述及例示各種其他態樣。
200:電路總成
204:熱界面材料
206:晶粒
208:積體電路
210:上部層
216:熱界面材料
218:不同上部層

Claims (16)

  1. 一種積體電路總成，其包含： 一晶粒； 一上部層；及 一熱界面材料，其安置成與該晶粒及該上部層接觸，其中該熱界面材料包含一聚合物及分散遍及該聚合物之液態金屬液滴，其中形成於該晶粒與該上部層之間的一黏合層距離不大於150微米，其中該等液態金屬液滴至少在-19攝氏度至30攝氏度之一範圍內的一溫度下處於一液相。
  2. 如請求項1之總成，其中該等液態金屬液滴包含鎵、一鎵合金、銦、一銦合金、錫、一錫合金、汞、一汞合金或其一組合。
  3. 如請求項1之總成，其中該熱界面材料包含不大於30 (°K*mm 2)/W之一熱阻值。
  4. 如請求項1之總成，其中該聚合物包含一熱固性聚合物。
  5. 如請求項1之總成，其中該聚合物包含一熱塑性聚合物。
  6. 如請求項1之總成，其中該等液態金屬液滴為大體橢球形。
  7. 如請求項1之總成，其中該晶粒包含一處理器。
  8. 如請求項1之總成，其中該上部層包含一散熱片、一整合式熱散播器或封裝。
  9. 如請求項1之總成，其中形成於該晶粒與該總成中的該上部層之間的該黏合層距離不大於100微米。
  10. 如請求項1之總成，其中形成於該晶粒與該總成中的該上部層之間的該黏合層距離不大於70微米。
  11. 如請求項1之總成，其中形成於該晶粒與該總成中的該上部層之間的該黏合層距離在15微米至90微米之一範圍內。
  12. 如請求項1之總成，其中該熱界面材料包含不大於10 (°K*mm 2)/W之一熱阻值。
  13. 如請求項1之總成，其中該等液態金屬液滴包含一單峰多分散性。
  14. 如請求項1之總成，其中該等液態金屬液滴包含一多峰多分散性。
  15. 如請求項1之總成，其中該等液態金屬液滴具有大於1之一縱橫比。
  16. 如請求項1之總成，其中該等液態金屬液滴具有大於2之一縱橫比，且該等液態金屬液滴的寬度係與該熱界面材料之一縱向平面大體上對準。
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