引言
随着人工智能芯片、5G射频模块及高性能计算单元向板卡级集成，功率密度呈现指数级增长。国际半导体技术路线图(ITRS)指出，先进封装中的热管理已成为制约系统性能提升的关键瓶颈［1］。有效散热已成为保障系统性能稳定与服役寿命的重要因素之一。在芯片与散热器之间填充导热垫，是降低接触热阻的核心手段［1］之一。有研究表明，对于具有微米级间隙控制与高热流密度需求的导热垫，其在芯片与散热器之间的填充质量直接决定了接触热阻的大小，而间隙则是核心工艺参数［2］。
导热垫在实际应用中并非理想的全填充状态。当前工业界面临的主要矛盾在于：一方面，导热垫本身的热导率有限，间隙过大会直接增加传导热阻。现有研究表明，间隙高度每增加10 μm，界面热阻将上升15 %~30 %［3］；另一方面，器件功率提升要求间隙最小化以降低热阻，但间隙过小可能导致填充不足产生空洞，或使导热界面材料(TIM)承受过大应力，影响长期可靠性。
目前间隙的测量方法有：接触式测量法、光学测量法、超声波测量法以及基于压力-厚度关系的间接测量法。采用线激光扫描测量，实现了对GPU模组散热膏厚度二维分布测量，但对于硅脂类材料，激光可部分穿透，需进行算法补偿。白光干涉仪/共聚焦显微镜适用于实验室场景下对间隙高度的精确分析、TIM表面粗糙度及界面接触情况的深入研究。缺点是设备昂贵、测量速度慢、对振动敏感，难以集成于产线。结构光三维扫描技术适用于散热器基板平整度、翘曲度以及组装后整体平面度的评估，间接为间隙高度控制提供依据［4］。Lasance等人［5］的研究表明，对于特定类型的导热垫，超声波法可以实现数微米级的厚度测量。但该方法对被测材料的声阻抗特性敏感，需要针对不同的TIM标定，且对于超薄(<10 μm)或声阻抗差异小的界面信号识别困难。对于具有确定压缩应力-应变曲线的导热垫，间隙高度可通过施加的紧固压力间接控制。通过精确控制螺丝扭矩或扣具压力，并依据压缩特性曲线，可推算理论厚度［6］。该法本质上是一种工艺控制，而非实时测量。
现有激光类测高手段大多局限于表面形貌与平面度检测，仅输出几何参数，并未与导热垫选型、装配压实建立工艺闭环；传统装配普遍采用整板统一规格导热垫、一次性等压锁紧工艺，未考虑板卡翘曲变形、多芯片点位装配间隙离散差异，极易出现局部过压溢胶或欠压空洞，造成量产产品散热性能一致性差。
针对现有测量方案精度受限、产线适配性弱，测量与装配工艺脱节的问题，本文搭建柔性装夹的高精度激光非接触测高系统，结合最小二乘法对点云数据开展空间平面拟合，消除板卡翘曲、装夹偏移引入的系统误差，直接获取 PCB 与散热器凸台之间各芯片位置的真实装配间隙。并基于实测间隙统计结果，针对不同芯片点位开展 “一芯一垫” 的导热垫厚度匹配；进一步采用分级压实耦合真空脱气装配工艺，解决传统整板同步压实造成的压缩率失控缺陷，构建“间隙测量—导热垫匹配—分级压实”的完整一体化工艺链路，将间隙检测数据直接转化为装配工艺输入，实现从间隙测量、垫片选型到界面装配成型的全流程闭环。本文研究可为多芯片异构布局板卡的量产制造提供完整、可落地的工艺优化路径。
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作者信息：
彭文宏，张童婧，杨小健，马欢，胡博，李欣
（北京计算机技术及应用研究所，北京100854）
