一种液态金属作为热界面材料应用的方法与流程

本发明属于芯片制造的，尤其涉及一种液态金属作为热界面材料应用的方法。

背景技术：

1、高温会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响，譬如过高的温度会危及半导体的结构，损伤电路的连接界面，增加导体的热阻值和造成机械应力损伤。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时排出，己经成为微电子产品系统组装的一个重要方面，而对于集成度和组装密度都较高的便携式电子产品(如笔记本电脑等)，散热甚至成为了整个产品的技术瓶颈问题。在微电子领域，逐步发展出一门新兴学科－热管理(thermal management)，专门研究各种电子设备的安全散热方式、散热设备及所使用的材料。

2、凡是表面都会有粗糙度，所以当两个表面接触在一起的时候，不可能完全接触在一起，总会有一些空隙夹杂在其中，而空气的导热系数非常之小，因此就造成了比较大的接触热阻。而使用热界面材料就可以填充这个空隙，这样就可以降低接触热阻，提高散热性能。随着电子器件的微型化、小型化、集成化发展，对热界面材料要求越来越高，传统热界面材料(如导热硅脂、硅胶垫等)由于导热系数低，导热性能差，对电子器件的发展受到限制。镓基液态金属热界面材料是目前唯一解决高热流密度场合最有效的方案，但是，由于其流动、导电、腐蚀等问题，使其在应用过程中一度受限。现有技术通过将液态金属分布在其他热界面材料中(如聚合物)实现液态金属的固化，然而该方法大大降低的液态金属导热性能。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、为了解决现有技术由于液态金属的特有性能限制其在热界面材料中的应用，提供一种液态金属作为热界面材料应用的新方法。

2、目前用于芯片的热界面材料主要是传统的钎焊和导热硅脂材料，导热性能难以满足当前芯片功耗不断攀升的实际，本发明将镓基液态金属用作芯片散热的热界面材料，可以有效解决芯片在散热领域遇到的技术瓶颈问题，提高芯片的散热效率，延长电子元器件的使用寿命，增强电子元器件的稳定性，同时提出了系统的镓基液态金属用作芯片散热热界面材料时不同场景下的施工工艺和方法，便于批量化应用。

3、本发明第一方面提供一种液态金属作为热界面材料应用的方法，所述热界面材料包括液态金属。

4、在一些实施方式中，所述热界面材料由液态金属组成，不含有液态金属以外的其他热界面材料成分。

5、在一些实施方式中，所述液态金属设置于第一组件和第二组件之间，通过封装方案对所述液态金属进行封装，避免泄露。

6、在一些实施方式中，所述封装方案包括：在所述第一组件上设置泡棉框或橡胶框，在所述泡棉框或橡胶框围挡的所述第一组件区域内涂覆所述液态金属，安装第二组件进行密封。

7、在一些实施方式中，所述第一组件为芯片，所述第二组件为封装盖；

8、和/或，所述第一组件为封装盖，所述第二组件为散热器；

9、和/或，所述第一组件为芯片，所述第二组件为散热器。

10、在一些实施方式中，所述液态金属作为热界面材料应用包括tim1、tim2、tim1.5。进一步的采用液态金属作为热界面材料使用须保证界面间有一定间隙，其间隙为0.01mm～0.2mm，优选0.05mm～0.15mm。确保液态金属涂覆后能以一定厚度填充在间隙间，即，涂覆液态金属的厚度为0.01mm～0.2mm，优选0.05mm～0.15mm，充分发挥导热性能。

11、如图1所示，tim1是指位于die芯片和芯片封装盖之间的界面材料；tim2是指芯片封装盖和散热器之间的界面材料；tim1.5是指裸die芯片和散热器之间的界面材料。

12、与液态金属接触到的金属面(包括芯片金属封装盖和散热器表面)需要进行防腐蚀涂层处理(采用专利cn114959398a或cn218042204u记载的技术)。

13、在一些实施方式中，所述tim1与所述tim2均使用液态金属；

14、和/或，所述tim1使用液态金属，tim2使用非液态金属的热界面材料，如高分子复合导热材料、传统导热硅脂、导热垫片、导热凝胶或其他传统热界面材料；

15、和/或，所述tim1使用非液态金属的热界面材料，如高分子复合导热材料、传统导热硅脂、导热垫片、导热凝胶或其他传统热界面材料，tim2使用液态金属。

16、使用镓基液态金属作为tim1时，具体施工工艺是：

17、①对芯片周围的电容/元器件进行绝缘处理，常用的绝缘处理是在电容表面喷涂一层绝缘漆，或贴上一层绝缘膜，绝缘漆和绝缘膜可单独使用也可搭配使用；

18、②对芯片进行清洗，清除芯片表面的杂质，增加芯片表面的浸润性(清洗方法及装置采用专利cn115522205a接在的清洗技术)；

19、③在绝缘层上放置一个或多个泡棉框或橡胶框，对芯片上的镓基液态金属进行围堵(围堵方式采用专利cn216054668u、cn216749869u、cn216749870u或cn217903107u记载的围堵技术)；

20、④基于芯片面积，通过控制液态金属用量，手工或使用专用涂覆设备，在芯片上均匀涂覆一定量的液态金属；

21、⑤用密封胶把芯片顶盖安装在芯片上。

22、使用镓基液态金属作为tim2时，具体施工工艺是：

23、①对芯片顶盖进行清洗，增加芯片顶盖表面的浸润性；

24、②在芯片顶盖四周放置一个或多个泡棉框或橡胶框，或涂一层密封胶对芯片顶盖表面的镓基液态金属进行围挡，泡棉框和密封胶可单独使用或搭配使用；

25、③在芯片顶盖或与芯片顶盖接触的散热器面(也可同时涂覆)均匀涂覆一定量镓基液态金属；

26、④安装散热器；

27、使用镓基液态金属作为tim1.5时，具体施工工艺是：

28、①清除芯片表面的杂质，增加芯片表面的浸润性；

29、②再对芯片周围的电容进行绝缘处理，常用的绝缘处理是在电容表面喷涂一层绝缘漆，或贴上一层绝缘膜，绝缘漆和绝缘膜可单独使用也可搭配使用，然后再在绝缘层上放置一个或多个泡棉框或橡胶框，用于对芯片上的镓基液态金属进行围挡；

30、③在芯片或/和散热器面均匀涂覆一定量的镓基液态金属；

31、④散热模组与芯片组装。

32、封装液态金属用到的密封框可以是泡棉框、橡胶框、密封胶等具有一定压缩性的材质，密封框材质可为三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶，硅酮密封胶，聚氨酯密封胶，聚硫密封胶等。

33、在一些实施方式中，所述液态金属起始熔化温度小于30℃、终止熔化温度小于100℃。

34、在一些实施方式中，所述液态金属为镓基液态金属，包括镓、镓铟、镓锡、镓银、镓铜、镓锌、镓铟锡、镓铟锡锌银铋中的一种或多种，优选熔点为10℃左右的镓铟锡合金。

35、本发明第二方面提供一种集成电路组件，包括芯片、封装盖、和/或散热器，所述芯片与所述封装盖、所述封装盖与所述散热器、所述芯片与所述散热，通过上述方法进行组装。

36、相比于现有技术，本发明达到的技术效果如下：

37、(1)液态金属作为热界面材料，由于液态金属自身超高的导热系数(是传统热界面材料的3-10倍)和极低的热阻表现(热阻仅为传统热界面材料热阻值的三分之一)，可高效快速地把芯片产生的热量导出，可以降低了芯片及芯片周围电子元器件的温度。

38、(2)本发明中液态金属直接作为热界面材料使用，不添加其他辅助材料或除液态金属以外的其他热界面材料，方法简单，使得液态金属的良好的导热性被充分利用，大大提高导热效率，提高了芯片的性能、延长了产品的使用寿命，增加了产品的可靠性。

39、(3)本发明系统提出镓基液态金属作为芯片热界面材料应用解决方案及使用施工工艺，方案环保无毒，解决了高热流密度场合的散热技术瓶颈问题，有利于高性能芯片的开发，对电子行业微型化、小型化、集成化发展具有重要意义，特别是当今数据经济时代，对节能减排、双碳目标更具现实意义。