热界面材料垫片及其形成方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]热界面材料(TIM)常用于部件之间的电子器件中以增大部件之间的热传递效率。??Μ也被称为间隙垫片，因为它可以柔性地填充部件上的表面缺陷。否则，这样的表面缺陷将妨碍部件之间的热量传递，因为空气是热量的具有0.024ff/mK的热传导率的不良导体。
[0002]尽管??Μ可以典型地实现大约lW/mK至5W/mK的热传导率，但是该热传导率仍远低于诸如铝等其它较不具柔性但却具有热传导性的材料的热传导率。
【附图说明】
[0003]当结合附图考虑时，根据下文所陈述的【具体实施方式】，本公开内容的实施例的特征和优点将变得更加明显。提供附图和相关联的描述以说明本公开内容的实施例而非限制所要求保护的范围。
[0004]图1A是根据实施例的部件上的热界面材料(??Μ)垫片的顶部透视图。
[0005]图1B是图1A的??Μ垫片和部件的底部透视图。
[0006]图2是根据实施例的被压缩在边框和部件之间的TIM垫片的横截面图。
[0007]图3A图示了根据实施例的??Μ层与插入在??Μ层之间的石墨烯层的堆叠体。
[0008]图3B图示了根据实施例的对图3A的堆叠体的切割。
[0009]图3C图示了根据实施例的对图3B的堆叠体的进一步切割以形成??Μ垫片。
[0010]图4是根据实施例的??Μ垫片的形成和放置的流程图。
【具体实施方式】
[0011]在以下【具体实施方式】中，陈述了许多具体细节以提供对本公开内容的充分理解。然而，对本领域的普通技术人员将显而易见的是，可以无需这些具体细节中的一些具体细节来实现所公开的各种实施例。在其它实例中，并未详细地示出公知的结构和技术以免不必要地使各种实施例难以理解。
[0012]图1A和图1B示出了部件120上的热界面材料(??Μ)垫片110的顶部和底部透视图。本领域的普通技术人员将领会的是，不必按比例绘出图1A和图1B。
[0013]在图1A和图1B的示例中，部件120是在操作期间产生热量的片上系统(S0C)并且??Μ垫片110被设置为耗散来自部件120的热量。如图1A所示，??Μ垫片110包括??Μ材料层112以及插入或条带化在??Μ层112之间的石墨烯层114。在其它实施例中，部件120可以是在操作期间产生热量的另一类型的电子部件。
[0014]??Μ层112可以包括任何柔性??Μ或本领域中已知的用于传导热量并且填充部件上的表面缺陷的材料的组合。在这方面，??Μ层112还可以包括允许它们粘附到表面的粘合属性。这样的柔性??Μ的示例可以包括悬浮在硅酮基介质中的某些金属、碳或陶瓷颗粒。在一个示例中，??Μ层112可以具有lW/mK至5W/mK的热传导率。
[0015]石墨烯层114可以包括在大体垂直于部件120的顶表面的方向上延伸的一片或多片的石墨烯(即，石墨片)。在这样的构造中，石墨烯层114可以在大体垂直于部件120的顶表面的方向上具有大约1500W/mK的热传导率，并且在大体平行于部件120的顶表面的方向上具有大约25W/mK的热传导率。作为结果，??Μ垫片110在大体垂直于部件120的顶表面的方向上的热传导率大于其在大体平行于部件120的顶表面的方向上的热传导率。
[0016]由于石墨烯层114的高的热传导率，通常可以通过增加石墨烯层114来显著增大??Μ垫片110的热传导率，同时仍允许??Μ层112的压缩性和气隙填充能力。
[0017]如本领域的普通技术人员将会理解的是，其它实施例可以包括与图1A和图1B所示的数量不同的数量的??Μ层112和石墨烯层114，而不背离本公开内容的精神和范围。
[0018]在一些实施例中，石墨烯层114可以形成??Μ垫片110的总体积的5%至15%。在一个这样的实施例中，TIM垫片110的体积由90.9 %的??Μ层112和9.1 %的石墨烯层114组成，其中，在大体垂直于部件120的顶表面的方向上，??Μ层112具有5W/mK的热传导率并且石墨稀层114具有1500W/mK的热传导率。在此示例中，通过将石墨稀层114插入到TIM层112之间，??Μ垫片110在大体垂直的方向上的总的热传导率从5W/mK增大到大约141W/mK。这通过关于??Μ垫片110中的??Μ层112和石墨烯层114的比例体积来将??Μ层112和石墨烯层114的热传导率相加而示出。即，上文的示例中的??Μ垫片110的总的热传导率可以被计算为:
[0019]总的热传导率=(90.9% X 5W/mK) + (9.1 % X 1500W/mK)，其约等于 141W/mK。
[0020]图1B示出了部件120和??Μ垫片110的底部透视图。如图1Β所示，许多焊球122附接到部件120的底表面。球122可以是用于将部件120安装到印刷电路板(PCB)上的球栅阵列(BGA)的一部分。本领域的普通技术人员将理解的是，图1Β中的球的数量用于说明性的目的并且球122的实际数量可能不同。
[0021]图2提供了设备200的横截面图，例如，设备200可以是数据存储设备。如图2所示，设备200包括边框230和PCB 224。边框230可以由热传导材料组成以耗散来自设备200的热量。例如，这样的边框材料可以包括诸如具有167W/mK的热传导率的6061-T6等铝
1=1Ο
[0022]通过焊球222将部件220安装到PCB 224上，焊球222可以允许部件220和PCB224中的过孔(未示出)之间的热传导和/或电传导。部件220可以包括诸如S0C、闪存存储器或双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)等热量产生部件。
[0023]在图2中，部件220包括基板218和作为部件220的外部层的接地的热量分流板216。热量分流板216接地并且覆盖基板218以降低石墨烯层214和基板218之间的接触的可能性，因为石墨烯具有电传导性。
[0024]如图2所示，??Μ垫片210被压缩在边框230和部件220之间。在图2的示例中，在??Μ垫片210的左侧和右侧上所示出的??Μ垫片210的外层包括??Μ层212以允许??Μ垫片210向外变形。在这方面，??Μ垫片210的底表面在未被压缩的状态下可以具有与用于接触??Μ垫片210的部件220的顶表面大约相同的面积。当被压缩紧贴部件220时，??Μ垫片210可以延伸到部件220的接触表面的边缘之外。这样的超覆在图2被示出并且可以允许在平行于??Μ垫片210的方向上的附加的热量分流。
[0025]在图2中，??Μ垫片210包括插入或条带化在??Μ层212之间的石墨烯层214。TIM层212为可压缩的以填充部件220和边框230上的表面缺陷，否则，该表面缺陷将与较不可压缩的材料形成气隙。尽管石墨烯通常不是非常柔性，但是石墨烯层214足够薄以至于仍允许??Μ垫片210的压缩。在一个实施例中，石墨烯层214可以是大约0.1mm厚(即，在0.08mm 和 0.1 2mm 厚之间)。
[0026]石墨烯层214包括在大体垂直于部件220的方向上设置的至少一片石墨烯。石墨烯层214在此方向上的高的热传导率通常提高部件220和边框230之间的热传递，以允许经由边框230从设备200耗散更多的热量。
[0027]图3A至图3C图示了根据实施例的??Μ垫片310的形成。在图3A中，将??Μ层332与插入或条带化在??Μ层332之间的石墨烯层334堆叠以形成堆叠的层330。在这方面，??Μ层332可以包括允许??Μ层332粘附到石墨烯层334的粘合属性。将石墨烯层334堆叠，以使得石墨烯层334在平行于TIM层332的方向(即，图3A中的水平方向)上具有较高的热传导率。
[0028]在一个示例中，??Μ层332可以为大约1mm厚(S卩，在0.08mm和1.20mm厚之间)，并且石墨稀层334可以为大约0.1mm厚(即，在0.08mm和1.20mm厚之间)。堆叠的层330的整体高度可以与如图3C所示的??Μ垫片310的长度对应。在一个实施例中，石墨烯层334形成堆叠的层330的总体积的大约9%。
[0029]在图3B中，对应于??Μ垫片310的厚度，用切割工具336来切割堆叠的层330。切割工具336可以包括任何双分工具，其用于实现??Μ垫片310的规定厚度的特定容差。例如，切割工具336可以包括激光切割工具，其用于实现规定厚度的相对小的容差，或者切割工具336可以包括锯或剃刀，其用于较大容差。
[0030]??Μ垫片310的厚度可以稍厚于要由??Μ垫片310填充的空间。这允许??Μ垫片310的压缩，其典型地通过填充沿部件和/或边框表面的气隙来提高TIM垫片310的热效率。在一个示例中，将??Μ垫片310切割为大约1mm的厚度。
[0031]在图3C中，随着穿过堆叠的层330的切割的完成，形成了 ??Μ垫片310。如图3C所示，产生的??Μ垫片310包括??Μ