專利名稱：熱互連和界面系統(tǒng)，其制備方法和用途的制作方法
熱互連和界面系統(tǒng)，其制備方法和用途發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明的領(lǐng)域是在電子元件、半導(dǎo)體元件和其它有關(guān)的分層材料 應(yīng)用中的熱互連系統(tǒng)、熱界面系統(tǒng)和界面材料。背景用于消費(fèi)品和商業(yè)電子產(chǎn)品的電子元件數(shù)量不斷地增長(zhǎng)。這些消 費(fèi)品和商品的實(shí)例為電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)服務(wù)器、便攜式收音機(jī)、尋呼機(jī)、掌上操作系統(tǒng)、便攜式無(wú)線收發(fā)器件、小汽車立體聲 系統(tǒng)或遙控器。隨著對(duì)這些消費(fèi)品和商業(yè)電子產(chǎn)品的需求增加，對(duì)于 消費(fèi)者和商家來(lái)說(shuō)，對(duì)那些相同的產(chǎn)品還存在更小巧、功能更多和更 便攜的要求。由于這些產(chǎn)品的尺寸減小，該產(chǎn)品包含的元件也必須變得更小。 需要減小尺寸或按比例縮小的那些元件的一些實(shí)例為印刷電路或接 線板、電阻器、電線線路、鍵盤、觸摸板和芯片封裝。產(chǎn)品和元件也 需要被預(yù)先封裝，以使產(chǎn)品和/或元件可執(zhí)行幾個(gè)相關(guān)的或不相關(guān)的功 能和任務(wù)。這些"整體解決方案"元件和產(chǎn)品的一些實(shí)例包括分層的材 料、母插件板、便攜式和無(wú)線的電話和電訊器件和其它的元件和產(chǎn)品，例如在以下文獻(xiàn)中所發(fā)現(xiàn)的那些元件和產(chǎn)品2002年7月15日提交的 美國(guó)專利和PCT申請(qǐng)序號(hào)60/396294、 2001年5月30日提交的60/294433 和2002年5月30日提交的PCT/US02/17331,這些文獻(xiàn)的權(quán)益共同擁有， 并整體結(jié)合到本文中。因此正在分解和研究元件，以確定是否有更好的構(gòu)建材料和方法 將允許它們按比例縮小和/或組合，以適應(yīng)更小電子元件的要求。在分 層的元件中， 一個(gè)目的似乎是減少層數(shù)，同時(shí)增加剩余層的功能性和耐久力。然而，該任務(wù)可能是困難的，因?yàn)闉榱瞬僮髟撈骷?一般應(yīng)存在若干層以及這些層的元件。當(dāng)電子器件也變得更小和以更高的速度操作時(shí)，以熱形式發(fā)出的能量急劇地增加。在工業(yè)中的普遍做法是在這樣的器件中單獨(dú)或在載體上使用熱油脂或油脂樣材料，以傳遞穿越物理界面所散逸的多余熱量。最普通類型的熱界面材料是熱油脂、相變材料和彈性體帶。因?yàn)?在非常薄的層中傳播的能力和在相鄰表面之間提供緊密接觸的能力，熱油脂或相變材料具有比彈性體帶更低的熱阻。典型的熱阻抗值為0.05-1.6°C-cm2/W。然而，熱油脂的嚴(yán)重缺點(diǎn)是在熱循環(huán)例如-65°C -150。C之后，或當(dāng)用于VLSI芯片時(shí)在動(dòng)力循環(huán)之后，熱性能顯著惡化。 也已發(fā)現(xiàn)當(dāng)在電子器件中表面平面性的大背離引起在嚙合面之間形 成間隙時(shí)，或當(dāng)因?yàn)槠渌蚶缰圃旃畹榷趪Ш厦嬷g存在大 間隙時(shí)，這些材料的性能惡化。當(dāng)這些材料的傳熱性破壞時(shí)，不利地 影響其中使用這些材料的電子器件的性能。因此，持續(xù)地需要a)設(shè)計(jì)和制備滿足消費(fèi)者要求，同時(shí)使器件 尺寸最小化和使層數(shù)最少的熱互連材料和熱界面材料、分層材料、元 件和產(chǎn)品；b)在材料、元件或最終產(chǎn)品的兼容性要求方面，制備更有 效的和更佳設(shè)計(jì)的材料、產(chǎn)品和/或元件；c)開發(fā)制備期望的熱互連材元件/產(chǎn)品的可靠方法；d)開發(fā)具有高導(dǎo)熱率和高機(jī)械柔順性的材料； 和e)有效地減少封裝組件所必需的制備步驟數(shù)目，這又導(dǎo)致比其它常 規(guī)的分層材料和方法更低的擁有成本。概述本文考慮的元件和材料包括傳熱材料包含與金屬基涂層、層和/ 或膜連接的至少一種散熱器(heatspreader)元件，至少一種熱界面材料 和在一些考慮的實(shí)施方案中至少一種粘合材料。散熱器元件包含頂 面、底面和至少一種散熱器材料。將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的至少一個(gè)表面的至少一部分上。形成分層的熱界面材料和傳熱材料的方法包括a)提供散熱器元 件，其中散熱器元件包含頂面、底面和至少一種散熱器材料；b)提供 至少一種熱界面材料，其中將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的底 面上；c)將金屬基涂層、膜或?qū)映练e、施用或涂布在散熱器元件的至 少一部分底面上；和d)將至少一種熱界面材料沉積、施用或涂布在散 熱器元件的至少一個(gè)表面的至少一部分上。形成熱解決方案/封裝和/或IC封裝的方法包括a)提供本文所述 的傳熱材料；b)提供至少一種粘合性組分；c)提供至少一個(gè)表面或基 體；d)將至少一種傳熱材料和/或材料與至少一種粘合性組分連接，以 形成粘合部件；e)將粘合部件連接至至少一個(gè)表面或基體，以形成熱 封裝；f)任選將另外的層或元件連接至熱封裝。附圖簡(jiǎn)述圖l顯示考慮的傳熱材料和考慮的壓力組件。圖2A顯示考慮的傳熱材料和考慮的壓力組件。圖2B顯示考慮的傳熱材料?？紤]方法圖的第l部分。圖4顯示形成傳熱材料和/或組合涂布器元件的考慮方法圖的第2 部分。圖5顯示形成傳熱材料和/或組合涂布器元件的考慮方法圖的第3 部分。圖6顯示考慮的傳熱材料和/或組合涂布器元件的方法流程圖和示 意圖。圖7A顯示具有壓印的模頭和壓印的傳熱材料的考慮的實(shí)施方案。圖7B從另一透視圖顯示壓印的傳熱材料。圖8顯示考慮的傳熱材料。圖9顯示考慮的傳熱材料。 詳述合適的界面材料或元件應(yīng)符合嚙合面("潤(rùn)濕"該表面)，具有低體 熱卩且(bulk thermal resistance)和具有j氐才妻觸4氐抗(contact resistance),可 將體熱阻表達(dá)為材料的或元件的厚度、導(dǎo)熱率和面積的函數(shù)。接觸抵 抗是材料或元件能夠與嚙合面、層或基體接觸得如何好的量度?？扇?下顯示界面材料或元件的熱阻€)界面=t/kA + 20接觸 方程l其中0為熱阻，t為材料厚度，k為材料的導(dǎo)熱率， A為界面面積。術(shù)語(yǔ)"t/kA"代表本體材料(bulk material)的熱阻，"26)接觸"代表在兩 個(gè)表面處的接觸熱阻。合適的界面材料或元件應(yīng)具有低體抵抗和低接 觸抵抗，即在嚙合面。許多電子和半導(dǎo)體應(yīng)用要求界面材料或元件適應(yīng)由于熱膨脹系 數(shù)(CTE)不匹配而由制造和/或元件翹曲導(dǎo)致的表面平整背離。假如界面薄即"t"值低，那么具有低k值的材料例如熱油脂執(zhí)行好。 假如界面厚度增加少如0.002英寸，熱性能可急劇地下降。并且，為了 這樣的應(yīng)用，配合元件之間的CTE差異引起縫隙擴(kuò)大，使各溫度或動(dòng) 力循環(huán)縮短。該界面厚度的變化可引起流質(zhì)界面材料(例如油脂)泵離 界面。當(dāng)制造時(shí)，具有較大面積的界面更易于與表面的平面性背離。為 了優(yōu)化熱性能，界面材料應(yīng)能與非平面的表面一致，從而降低接觸抵 抗。當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)"界面"指在物質(zhì)或空間的兩部分之間例如在 兩個(gè)分子、兩條主鏈、主鏈和網(wǎng)狀構(gòu)造、兩個(gè)網(wǎng)狀構(gòu)造等之間，形成 共同邊界的連接或結(jié)合。界面可包含物質(zhì)或元件兩部分的物理附接或物質(zhì)或元件兩部分之間的物理引力，包括鍵力如共價(jià)鍵和離子鍵、和 非鍵力如范德華力、擴(kuò)散結(jié)合、靜電力、庫(kù)侖力、氬鍵和/或磁引力?？紤]的界面包括用鍵力例如共價(jià)鍵形成的那些界面；然而，應(yīng)該理解 優(yōu)選在物質(zhì)或元件的兩部分之間任何合適的粘附或附接。最佳的界面材料和/或元件具有高導(dǎo)熱率和高機(jī)械柔順性，例如當(dāng) 施加力時(shí)，將有彈性地彎曲。高導(dǎo)熱率減少方程l的第一術(shù)語(yǔ)而高機(jī) 械柔順性減少第二術(shù)語(yǔ)。本文所述的分層界面材料和分層界面材料的 各元件實(shí)現(xiàn)這些目的。當(dāng)適當(dāng)?shù)刂苽鋾r(shí)，本文所述的熱界面元件將跨 越散熱器材料與硅模頭元件的嚙合面之間的距離，因此允許從一個(gè)表 面至另 一表面的連續(xù)高傳導(dǎo)性路徑。如較早所述，本文所述的分層界面材料和各元件的幾個(gè)目的為 a)設(shè)計(jì)和制備滿足消費(fèi)者要求同時(shí)使器件尺寸最小化和使層數(shù)最少的 熱互連材料和熱界面材料、分層材料、元件和產(chǎn)品；b)在材料、元件 或最終產(chǎn)品的兼容性要求方面，制備更有效的和更佳設(shè)計(jì)的材料、產(chǎn) 品和/或元件；c)開發(fā)制備期望的熱互連材料、熱界面材料和分層材料 以及包含考慮的熱界面材料和分層材料的元件/產(chǎn)品的可靠方法；d)開 發(fā)具有高導(dǎo)熱率和高機(jī)械柔順性的材料；和e)有效地減少封裝組件所 必需的生產(chǎn)步驟數(shù)目，這又導(dǎo)致比其它常規(guī)的分層材料和方法更低的 擁有成本。本文提供預(yù)先附接的/預(yù)先裝配的熱解決方案和/或IC(互相連接) 封裝，包含在許多種界面條件和要求下呈現(xiàn)低熱阻的熱界面材料組的 一個(gè)或多個(gè)元件。熱界面材料可包含PCM45和/或PCM45F，它為由霍 尼韋爾國(guó)際公司(Honeywell International Inc.)制造的高傳導(dǎo)性相變材 料，或也由霍尼韋爾國(guó)際公司(Honeywell International Inc.)制造的金屬 和金屬基基質(zhì)材料例如焊料，該材料連接至Ni、 Cu、 Al、 AlSiC、銅 復(fù)合材料、CuW、金剛石、石墨、SiC、碳復(fù)合材料和金剛石復(fù)合材 料，將它們分類為散熱器或用于散熱的那些材料。的。當(dāng)適當(dāng)?shù)刂苽鋾r(shí)，本文所述的散熱器元件將跨越熱界面材料與散 熱器元件的嚙合面之間的距離，因此允許從一個(gè)表面至另一表面連續(xù) 的高傳導(dǎo)性路徑。本文考慮的元件和材料(包括傳熱材料)包含與金屬基涂層、層和/ 或膜連接的至少一種散熱器元件、至少一種熱界面材料和在一些考慮 的實(shí)施方案中至少一種粘合材料。散熱器元件包含頂面、底面和至少 一種散熱器材料。將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的至少一個(gè)表 面的至少一部分上。在其他實(shí)施方案中，傳熱材料也可包含保護(hù)層或 保護(hù)涂層。在考慮的實(shí)施方案中，設(shè)計(jì)保護(hù)層，將平滑表面轉(zhuǎn)移成金 屬基涂層。考慮的保護(hù)層包含硬塑料例如PVC或聚乙烯。散熱器元件 包含頂面、底面和至少一種散熱器材料。將熱界面材料直接沉積在散 熱器元件的至少一部分底面上。散熱器元件或散熱元件(本文可替換地使用散熱器和散熱，兩者 具有相同的普通含義)一般包含金屬、金屬基基質(zhì)材料、高傳導(dǎo)性非金屬或其組合，例如鎳、鋁、銅、銅-鵠、CuSiC、金剛石、碳化硅、 石墨，組合材料如銅復(fù)合材料、碳復(fù)合材料和金剛石復(fù)合材料或AlSiC 和/或其它合適的可能不含金屬的高傳導(dǎo)性材料。只要金屬或金屬基基 質(zhì)材料可散逸由電子元件產(chǎn)生的一些或所有熱量，本文可將任何合適 的金屬或金屬基基質(zhì)材料用作散熱器。在實(shí)施例部分中顯示了考慮的 散熱器元件的具體實(shí)例。當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)"金屬"指在元素周期表的d-區(qū)和f-區(qū)中的 那些元素，以及具有金屬樣性質(zhì)的那些元素例如硅和鍺。當(dāng)用于本文 時(shí)，短語(yǔ)"d-區(qū)"指圍繞元素原子核的3d、 4d、 5d和6d軌道上具有填充 電子的那些元素。當(dāng)用于本文時(shí)，短語(yǔ)"f-區(qū)"指圍繞元素原子核的 4f和5傲道上具有填充電子的那些元素，包括鑭系無(wú)素和鄰了系元素。 優(yōu)選的金屬包括銦、銀、銅、鋁、錫、鉍、鉛、鎵及其合金、涂布銀 的銅和涂布銀的鋁。術(shù)語(yǔ)"金屬"也包括合金、金屬/金屬組合物、金屬 陶資組合物、金屬聚合物組合物以及其它金屬組合物。當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)"化合物"指具有可通過(guò)化學(xué)方法分解成元素的恒定組成的物質(zhì)。 當(dāng)用于本文時(shí)，短語(yǔ)"金屬基"指包含至少一種金屬的任何涂層、膜、纟且合物或4b合物。根據(jù)電子元件、零售商的需要，只要散熱器元件能夠足夠執(zhí)行散 逸從電子元件周圍產(chǎn)生的 一些或所有熱量的任務(wù)，可使散熱器元件處于任何合適的厚度?？紤]的厚度包含約0.25111111-約6mm的厚度。在 一些實(shí)施方案中，散熱器元件的考慮厚度為約0.5111111-約5mm，在其 他實(shí)施方案中，散熱器元件的考慮厚度為約lmm-約4mm。當(dāng)使用金屬熱界面材料如焊料時(shí)，與大多數(shù)聚合物系統(tǒng)相比該材 料具有高彈性模量，為了防止模頭的破裂，可能必須降低熱膨脹系數(shù) 不匹配產(chǎn)生的傳遞至半導(dǎo)體模頭的機(jī)械應(yīng)力?？赏ㄟ^(guò)增加金屬熱界面 材料的粘合線，降低散熱器的熱膨脹系數(shù)，來(lái)將該應(yīng)力傳遞減到最少， 或改變散熱器的幾何形狀，以將應(yīng)力傳遞減到最少。較低熱膨脹系數(shù) (CTE)材料的實(shí)例為AlSiC、 CuSiC、銅-石墨復(fù)合材料、碳-碳復(fù)合 材料、金剛石、CuMoCu層壓材料等。幾何形狀改變的實(shí)例為將部分 狹縫或穿過(guò)狹縫添加至擴(kuò)散器，以降低擴(kuò)散器的厚度，和通過(guò)使擴(kuò)散 器橫截面降低至接近半導(dǎo)體模頭，形成切去頂端的、正方形基的、倒 轉(zhuǎn)的角錐形，以P爭(zhēng)低應(yīng)力和硬度。如所述，可將至少一種散熱器元件與金屬基涂層、層和/或膜連接。 當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)"連接"指將表面和涂層、層和/或膜在物理上彼此 附接，或在物質(zhì)或元件的兩部分之間有物理引力，包括鍵力如共價(jià)鍵 和離子鍵和非鍵力如范德華力、擴(kuò)散結(jié)合、靜電、庫(kù)侖、氫鍵和/或磁 引力。當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)連接也指包含將散熱器元件與金屬基涂層、 層和/或膜彼此直接附接的情況，但術(shù)語(yǔ)也指包含將散熱器元件與金屬 基涂層、層和/或膜彼此間接連接的情況-例如在散熱器元件與金屬 基涂層、層和/或膜之間有增粘劑層的情況，或在散熱器元件與金屬基 涂層、層和/或膜之間還有另一層的情況。在考慮的實(shí)施方案中，金屬基涂層可包含可置于層中散熱器表面上的任何合適的金屬。在一些實(shí)施方案中，金屬基涂層包含銦，例如來(lái)自銦金屬、In33Bi、 In33BiGd和In3Ag的銦。將金屬基涂層、層和/或膜沉積或施用至散熱器元件的至少一個(gè)表 面上。也可將金屬基涂層、層和/或膜涂布在散熱器元件的至少一個(gè)表 面上。使用術(shù)語(yǔ)涂布、施用和沉積以顯示金屬基涂層、膜和/或?qū)涌?以以液體或熔體涂布，可以以條、層或膜施用，或可以通過(guò)蒸汽沉積、 鍍或電鍍和任何其它合適的沉積方法沉積。一般通過(guò)能產(chǎn)生含最少孔隙或空隙的均勻?qū)拥娜魏畏椒?，放置這 些金屬基涂層，還可用相對(duì)高的沉積速率放置所述層?？衫迷S多合 適的方法和裝置放置該類型的層或超薄層。 一種考慮的方法為在實(shí)施 例部分描述的點(diǎn)鍍。另一方法為脈沖電鍍。脈沖電鍍(間歇性電鍍，與 直流電鍍相反)可放置不含或?qū)嶋H上不含孔隙和/或空隙的層。另一種放置薄層或超薄層的方法為脈沖周期反向法或"PPR"。脈 沖周期反向法實(shí)際上通過(guò)"反向"或耗盡陰極表面的膜，而比脈沖電鍍 法更進(jìn)一步。脈沖周期反向的典型周期可為10ms的5安培陰極電流， 接著0.5 ms的IO安培陽(yáng)極電流，接著2 ms的斷開時(shí)間。PPR有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 第l，通過(guò)在各周期內(nèi)"剝離"或退鍍少量的膜，PPR在各連續(xù)周期迫使 形成新的成核位置，引起孔隙率進(jìn)一步減少。第2，可制定周期，以 通過(guò)在"退鍍"或周期的陽(yáng)極部分期間選擇性地剝離厚膜區(qū)域，來(lái)提供 非常均勻的膜。PPR不適用于一些金屬沉積，例如金沉積，因?yàn)殄兘?一般在沒(méi)有游離氰化物的系統(tǒng)中進(jìn)行。因此，將在電鍍周期期間從氰 化物絡(luò)合物(螯合物)鍍金，但不可在退鍍周期期間"剝離"，因?yàn)闆](méi)有 氰化物允許金再溶解。可從任何合適的來(lái)源例如公司如Dynatronix1^, 購(gòu)買脈沖電鍍和脈沖周期反向系統(tǒng)，或在原位建造(完全或部分)脈沖 電鍍和脈沖周期反向系統(tǒng)。用于本文所述受試物質(zhì)的金屬基涂層、層和/或膜應(yīng)能夠置于薄或 超薄連續(xù)層或圖案中?？墒褂醚谀?mask)制備圖案，或可通過(guò)能夠放 置期望的圖案的裝置制備圖案?？紤]的圖案包括分離或組合成線、充滿空間的點(diǎn)或圓點(diǎn)等的任何排列。因此，考慮的圖案包括直線和曲線、 線的交叉、具有加寬或狹窄區(qū)域的線、帶、重疊線?？紤]的薄層和超薄涂層可為小于約lnm低至約l?；蛏踔恋椭敛牧系膯卧訉拥某叽纭?具體地講， 一些考慮的薄層的厚度小于約lpm。在其它的實(shí)施方案中， 考慮的薄層的厚度小于約500nm。在一些實(shí)施方案中，考慮的超薄層 的厚度小于約100nm。在還其它的實(shí)施方案中，考慮的超薄層的厚度 小于約10nm。在考慮的實(shí)施方案中，將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的至 少一個(gè)側(cè)面上，例如底側(cè)、頂側(cè)或兩者。在一些考慮的實(shí)施方案中， 通過(guò)方法例如噴射、熱噴涂、液態(tài)模塑或粉末噴涂，將焊接材料絲網(wǎng) 印刷或直接分布到散熱器上。在還其它考慮的實(shí)施方案中，用構(gòu)造適 當(dāng)?shù)臒峤缑娌牧虾穸鹊钠渌椒?，包括預(yù)成形件的直接附接或熱界面 材料糊劑的絲網(wǎng)印刷，沉積和組合熱界面材料的膜。形成分層的熱界面材料和傳熱材料的方法包括a)提供散熱器元 件，其中散熱器元件包含頂面、底面和至少一種散熱器材料；b)提供 至少一種熱界面材料，其中將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的底 面上；c)將金屬基涂層、膜或?qū)映练e、施用或涂布在散熱器元件的至 少一部分底面上；和d)將至少一種熱界面材料沉積、施用或涂布在散 熱器元件的至少 一個(gè)表面的至少 一部分上。一旦沉積、施用或涂布，熱界面材料層包含直接與散熱器材料連 接的部分和暴露于大氣中的部分、或^皮保護(hù)層或膜覆蓋的部分，而該 保護(hù)層或膜可剛好在散熱器元件的安裝之前去除。另外的方法包括提 供至少一種粘合性組分，將至少一種粘合性組分連接到至少一種散熱 器材料的至少一個(gè)表面的至少一部分上，和/或連接到熱界面材料的至 少一部分上或內(nèi)?？蓪⒅辽僖粋€(gè)另外的層，包括基體層連^^妄到分層的 界面材料。如本文描述，最佳的界面材料和/或元件具有高導(dǎo)熱率和高機(jī)械柔 順性，例如當(dāng)施加力時(shí)將有彈性地彎曲。高導(dǎo)熱率減小方程l的第l項(xiàng)，而高機(jī)械柔順性減小第2項(xiàng)。本文描述的分層的界面材料和分層界面材料的各元件實(shí)現(xiàn)這些目的。當(dāng)適當(dāng)?shù)刂苽鋾r(shí)，本文描述的散熱器元 件將跨越熱界面材料與散熱器元件的嚙合面之間的距離，因此允許從 一個(gè)表面到另一表面的連續(xù)的高傳導(dǎo)性路徑。合適的熱界面元件包含 可符合嚙合面("潤(rùn)濕"該表面)的、具有低體熱阻和具有低接觸抵抗的 那些材料。也可制備/準(zhǔn)備含焊接材料的合適的界面材料。焊接材料可包含任 何合適的焊接材料或金屬如銦、銀、銅、鋁、錫、鉍、鉛、鎵及其合 金、涂布銀的銅、涂布銀的鋁，但優(yōu)選焊接材料包含銦或銦基合金。 合適的界面材料可包含傳導(dǎo)性填料、金屬材料、焊料合金及其組合。如本文所述，焊料基界面材料具有與使用和元件工程直接相關(guān)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如a)高體導(dǎo)熱率，b)可在接合表面形成金屬鍵，較低 的接觸抵抗，c)可容易地將界面焊接材料摻入微元件、用于人造衛(wèi)星 的元件和小電子元件中?？蓪⒘硗獾慕M分如低模量的鍍金屬的聚合物球或微球添加至焊 接材料中，以減少焊料的體彈性模量。也可將其它組分添加至焊料， 以促進(jìn)模頭和/或散熱器表面變濕。這些添加劑考慮為自殺形成物 Csm'cWe /ow2^s),或其對(duì)氧或氮的親合力比對(duì)桂的親合力高的元素。 添加劑可為滿足所有要求的一種元素，或各自具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)的多種元 素。另外，可添加合金元素，增加攙雜劑元素在銦或焊料基質(zhì)中的溶 解性?？蓪崽畛鋭┝Ｗ覯在熱界面元件中，或混合物應(yīng)最好具有高 導(dǎo)熱率。合適的填充劑材料包括金屬如銀、銅、鋁及其合金；和其它 化合物如氮化硼、氮化鋁、涂布銀的銅、涂布銀的鋁、傳導(dǎo)性聚合物 和碳纖維。氮化硼與銀的組合或氮化硼與銀/銅的組合也提供增強(qiáng)的導(dǎo) 熱率。至少20%重量的氮化硼和至少約60%重量的銀特別有用。優(yōu)選， 可使用導(dǎo)熱率大于約20 W/m°C，最優(yōu)選至少約40 W/m。C的填料。最 佳期望具有不小于約80W/m'C導(dǎo)熱率的填料?？芍苽?準(zhǔn)備另 一種考慮的和合適的熱界面材料，該熱界面材料包 含樹脂混合物和至少一種焊接材料。樹脂材料可包含任何合適的樹脂 材料，但優(yōu)選樹脂材料為包含例如以下的一種或多種化合物的聚硅氧烷基樹脂材料乙烯基聚硅氧烷、乙烯基Q樹脂、氬化物官能的硅氧 烷和鉑-乙烯基硅氧烷。焊接材料可包含任何合適的焊接材料或金 屬，例如銦、銀、銅、鋁、錫、鉍、鉛、鎵及其合金、涂布銀的銅、 涂布銀的鋁，但優(yōu)選焊接材料包含銦或銦基合金。如本文描述，焊料基界面材料、這樣的聚合物焊接材料、聚合物 焊料混合材料和其它焊料基界面材料，具有與使用和元件工程直接相 關(guān)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如a)可使用界面材料/聚合物焊接材料，以填充約 2毫米或更小的小間隙，b)不同于大多數(shù)的常規(guī)焊接材料，該界面材料 /聚合物焊接材料可有效地散逸在那些很小間隙以及較大間隙中的熱 量，和c)可容易地將界面材料/聚合物焊接材料摻入微元件、用于Ait 衛(wèi)星的元件和小電子元件中。含樹脂的界面材料和焊接材料，尤其是含聚硅氧烷樹脂、也可具 有合適的熱填料的那些材料，可表現(xiàn)出小于0.5。C-cmVW的熱容量。不 同于熱油脂，在IC器件中的熱循環(huán)或流量轉(zhuǎn)換之后，材料的熱性能將 不退化，因?yàn)樵诩訜峒せ顣r(shí)，液體聚硅氧烷樹脂將交聯(lián)，以形成軟凝 膠。包含樹脂如聚硅氧烷樹脂的界面材料和聚合物焊料將不會(huì)如使 用熱油脂那樣被"擠出"，在熱循環(huán)期間將不會(huì)顯示界面分層。可以以 可分配的液體糊劑提供新材料，以通過(guò)分配方法應(yīng)用新材^f牛，然后在 需要時(shí)固化。也可以以高度順應(yīng)的、固化的和可能交聯(lián)的彈性體膜或 片提供新材料，用于在界面例如散熱裝置上預(yù)應(yīng)用。最好將使用導(dǎo)熱 率大于約20W/m。C，優(yōu)選至少約40 W/m。C的填料。最佳期望具有不 小于約IOO W/mi:導(dǎo)熱率的填料。界面材料增強(qiáng)大功率半導(dǎo)體器件的 熱散逸。可將糊劑配制成功能性聚硅氧烷樹脂和熱填料的混合物。乙烯基Q樹脂為具有以下^出聚合物結(jié)構(gòu)的活化固化特異性硅橡膠:<formula>formula see original document page 0</formula>乙烯基Q樹脂也為用于加成固化彈性體的透明增強(qiáng)添加劑。具有 至少20% Q -樹脂的乙烯基Q樹脂^t體的實(shí)例為VQM - 135(DMS -V41基)、VQM-146(DMS-V46基)和VQX-221(50%，基于二曱苯)。作為實(shí)例，可形成如下的考慮的聚硅氧烷樹脂混合物:組分%重量備注/功能乙烯基聚硅氧烷 乙烯基Q樹脂 氫化物官能的硅氧烷 柏-乙烯基硅氧烷75 (70-97范圍) 20 (0-25范圍) 5(3-10范圍) 20 - 200ppm乙烯基封端的硅氧烷 增強(qiáng)添加劑 交聯(lián)劑 催化劑可在室溫或高溫下將該樹脂混合物固化，以形成柔順彈性體。該 反應(yīng)通過(guò)在催化劑如柏絡(luò)合物或鎳絡(luò)合物存在時(shí)，乙烯基官能的硅氧 烷被氫化物官能的硅氧烷氫化硅烷化(加成固化)。優(yōu)選鉑催化劑為SIP6830.0、 SIP6832.0和柏-乙烯基硅氧烷?？紤]的乙烯基聚硅氧烷的實(shí)例包括分子量為約10000至50000的 乙烯基封端的聚二曱基硅氧烷?？紤]的氫化物官能的硅氧烷的實(shí)例包 括分子量為約500至5000的曱基氫硅氧烷-二曱基硅氧烷共聚物。物 理性質(zhì)可從非常低交聯(lián)密度的非常軟的凝膠材料變到較高交聯(lián)密度 的堅(jiān)韌彈性體網(wǎng)絡(luò)。分散在樹脂混合物中的焊接材料考慮為用于期望用途的任何合 適的焊接材料。優(yōu)選的焊接材料為銦錫(InSn)合金、銦銀(InAg)合金、 銦鉍(InBi)合金、銦基合金、錫銀銅合金(SnAgCu)、錫鉍和合金(SnBi) 和鋁基化合物及合金。特別優(yōu)選的焊接材料為包含銦的那些材料。焊料可或可不摻雜另外的元素，以促進(jìn)對(duì)散熱器或模頭后側(cè)表面的潤(rùn)、、曰 /業(yè)。如先前描述的熱界面材料和元件，可將熱填料粒子分歉在樹脂混 合物中。如果在樹脂混合物中存在熱填料粒子，那么那些填料粒子應(yīng)最好具有高導(dǎo)熱率。合適的填充劑材料包括銀、銅、鋁及其合金；氮 化硼、鋁球、氮化鋁、涂布銀的銅、涂布銀的鋁、碳纖維和涂布金屬 的碳纖維、金屬合金、傳導(dǎo)性聚合物或其它復(fù)合材料。氮化硼和銀或 氮化硼和4艮/銅的組合也提供提高的導(dǎo)熱率。至少20%重量的氮化硼、 至少70%重量的鋁球和至少約60%重量的銀特別有用。這些材料也可 包含金屬薄片或燒結(jié)的金屬薄片。如先前描述，可摻入氣相生長(zhǎng)碳纖維和其它填料，例如基本上球 形的填料粒子。另外，基本上球形的形狀或類似形狀也提供在壓實(shí)期 間對(duì)厚度的 一 些控制?？赏ㄟ^(guò)添加功能性有機(jī)金屬連接劑(coupling agent)或潤(rùn)濕劑，例如有機(jī)硅烷、有機(jī)鈦酸酯、有機(jī)鋯等，促進(jìn)填料 粒子的*。也可使用有機(jī)金屬連接劑，尤其是有機(jī)鈦酸酯，以在應(yīng) 用過(guò)程期間促進(jìn)焊接材料的熔融?？捎糜跇渲牧现械奶盍系牡湫土?子尺寸可為約l-20jim，最大值為約100(im。這些化合物可包含以下組分中的至少一些1 -20%重量的至少一 種聚硅氧烷化合物、0-10%重量的有機(jī)鈦酸酯、5-95%重量的至少一 種焊接材料。這些化合物可包括一種或多種任選的添加劑，例如增濕 劑。這樣的添加劑的量可變化，但通常它們可以以下的近似量(％重量) 有效地存在填料最高達(dá)總量(填料加樹脂)的95%;增濕劑0.1'-5%(總 量的)和增粘劑0.01-1%(總量的)。應(yīng)注意，添加至少約0.5%>碳纖維顯 著增加導(dǎo)熱率。美國(guó)頒布的專利6706219、 2004年2月9日提交的美國(guó) 申請(qǐng)順序號(hào)10/775989和PCT順序號(hào)PCT/US02/14613中描述了這些組 合物，上述專利全部共同擁有，并通過(guò)引用整體結(jié)合到本文中?？紤]的焊料組成如下InSn = 52% In (以重量計(jì))和48% Sn (以重 量計(jì))，熔點(diǎn)為118。C; InAg-97Q/oIn(以重量計(jì))和3。/。Ag(以重量計(jì))，熔點(diǎn)為143。C; In= 100%銦(以重量計(jì))，熔點(diǎn)為157。C; SnAgCu = 94.5% 錫(以重量計(jì))、3.5%銀(以重量計(jì))和2%銅(以重量計(jì))，熔點(diǎn)為217。C; SnBi-60。/。錫(以重量計(jì))和40。/。鉍、(以重量計(jì))，熔點(diǎn)為170。C。應(yīng)理解本文考慮的相變材料包含蠟、聚合物蠟或其混合物，例如石蠟。石蠟為具有通式CnH2n+2且熔點(diǎn)為約20。C至IO(TC的固態(tài)烴的混合物。一些考慮熔點(diǎn)的實(shí)例為約45。C和6(TC。具有該范圍內(nèi)熔點(diǎn)的熱界面元 件為霍尼韋爾國(guó)際公司(Honeywell International Inc.)制造的PCM45和 PCM60HD。聚合物蠟典型為聚乙烯蠟、聚丙烯蠟，熔點(diǎn)為約40。C至 160 。C。PCM45包含約3.0 W/mK的導(dǎo)熱率，約0.25。C - cmVW的熱阻，典 型地以約0.0015英寸(0.04 mm)的厚度施用，并包含在約5 psi至30 psi 的施加壓力下容易地流動(dòng)的軟材料。PCM45的典型特征為a)超高封裝 密度-超過(guò)80%， b)傳導(dǎo)性填料，c)極低的熱阻，和如前述d)約45。C 的相變溫度。PCM60HD包含約5.0W/mK的導(dǎo)熱率，約0.17。C - cm2/W 的熱阻，典型地以約0.0015英寸(0.04 mm)的厚度施用，并包含在約5 psi 至30psi的施加壓力下容易地流動(dòng)的軟材料。PCM60HD的典型特征為 a)超高封裝密度-超過(guò)80%, b)傳導(dǎo)性填料，c)極低的熱阻，和如前 述的d)約60。C的相變溫度。TM350(霍尼韋爾國(guó)際公司(Honeywell International Inc)制造的不包含相變材料的熱界面元件)包含約3.0 W/mK的導(dǎo)熱率、約0.25。C - cmVW的熱阻，典型地以約0.0015英寸(0.04 mm)的厚度施用，并包含可熱固化為軟凝膠的糊劑。TM350的典型特 征為a)超高封裝密度-超過(guò)80%， b)傳導(dǎo)性填料，c)極低熱阻，d)約 125。C的固化溫度，和e)可分配的非聚硅氧烷基熱凝膠。PCM45F包含 約2.35 W/mK的導(dǎo)熱率，約0.20。C - cm々W的熱阻，典型以約0.002mm 的厚度施用，并包含在約5 psi - 40 psi的施加壓力下容易地流動(dòng)的軟材 料。PCM45F的典型特征為a)超高封裝密度-超過(guò)80。/。,b)傳導(dǎo)性填料， c)極低的熱阻，和如前述d)約45。C的相變溫度。相變材料可用于熱界面元件應(yīng)用中，因?yàn)樗鼈冊(cè)谑覝叵聻楣虘B(tài)， 可容易地預(yù)施用到熱管理元件上。在高于相變溫度的工作溫度下，該 材料為液態(tài)，行為像熱油脂。相變溫度為發(fā)生熱吸收和熱排斥時(shí)的熔 融溫度。然而，石蠟基相變材料具有幾個(gè)缺點(diǎn)。單靠它們自身，它們可非 常脆和難操作。在熱循環(huán)期間，它們也趨向于從其應(yīng)用的器件間隙中 擠出，非常像油脂。本文描述的橡膠-樹脂改性石蠟聚合物蠟系統(tǒng)避 免了這些問(wèn)題，提供在操作容易方面的顯著改善，能制成柔性帶或固 體層形式，不會(huì)在壓力下抽吸出或擠出。雖然該橡膠-樹脂-蠟混 合物可具有相同或幾乎相同的溫度，但它們的熔體粘度高很多，不容 易遷移。此外，可將橡膠-蠟-樹脂混合物設(shè)計(jì)成自交聯(lián)的，從而 保證消除在某些應(yīng)用中被抽吸出的問(wèn)題?？紤]的相變材料的實(shí)例為馬來(lái)化(malenized)石蠟、聚乙烯-馬來(lái)酐蠟和聚丙烯-馬來(lái)酐蠟。橡膠 -樹脂-蠟混合物將在約50。C - 150。C的溫度下在功能意義上成形， 以形成交聯(lián)的橡膠-樹脂網(wǎng)絡(luò)?？梢钥煞峙涞囊簯B(tài)糊劑提供考慮的熱界面元件，以通過(guò)分配方法 (例如絲網(wǎng)印刷或鏤花模版印刷)施用，然后在需要時(shí)固化。它也可作 為高柔順性的、固化的、彈性體膜或片提供，以預(yù)施用到界面表面上， 例如散熱裝置。它還可作為軟凝膠或液體提供和制備，該軟凝膠或液 體可通過(guò)任何合適的分配方法，例如絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷施用到表 面。熱界面元件甚至還可作為帶提供，該帶可直接施用到界面表面或 電子元件。預(yù)附接/預(yù)組裝的熱解決方案和/或IC(互連)封裝包含本文描述的 熱界面材料的一種或多種元件和至少一種粘合性組分。這些熱界面材 料顯示出用于多種界面情況和需求的低熱阻。當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)" 粘合性組分"指能通過(guò)表面附接與其它物質(zhì)結(jié)合到 一起的任何無(wú)機(jī)或 有機(jī)、天然或合成的物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，可將粘合性組分添加 到熱界面材料中或與熱界面材料混合，可實(shí)際上為熱界面材料或可與熱界面材料連接而不是與其混合。 一些考慮的粘合性組分的實(shí)例包含SONY雙面帶，例如SONY T4411 、 3M F9460PC或SONY T4100D203。 在其它實(shí)施方案中，粘合劑可提供將散熱元件粘附到封裝基體的另外 的功能，該封裝基體獨(dú)立于熱界面材料。可使用本文前述的方法單獨(dú)地制備和提供熱界面元件、可交聯(lián)熱 界面元件和散熱器元件。然后，將兩種元件物理地連接以制備分層的 界面材料。當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)"界面"指在物質(zhì)或空間的兩部分之間 形成共有邊界的連接或結(jié)合。界面可包含物質(zhì)或元件的兩部分之間的 物理附接或物理連接，或物質(zhì)或元件兩部分之間的物理引力，該物理 引力包含鍵力如共價(jià)鍵和離子鍵，和非鍵力如范德華力、靜電、庫(kù)侖、 氫鍵和/或磁引力。也可通過(guò)將一種元件施用到其他元件的表面上，來(lái) 將本文中所述的兩種元件物理連接。然后可將分層的界面材料施用到基體、另 一表面或另 一分層的材 料上。電子元件包含分層的界面材料、基體層和另外的層。分層的界 面材料包合敎熱器元件和熱界面元件。本文考慮的基體可包含任何期 望的基本上固態(tài)的材料。特別期望的基體層將包含膜、玻璃、陶瓷、 塑料、金屬或涂布金屬、或復(fù)合材料。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，基體包 含硅或砷化鍺模頭或晶片表面、例如在鍍銅、銀、鎳或金的引線框中 發(fā)現(xiàn)的封裝表面、例如在電路板或封裝互連軌跡中發(fā)現(xiàn)的銅表面、通 孔壁(via - wall)或剛性元件界面("銅"包括將棵銅及其氧化物考慮在 內(nèi))、聚合物基封裝或板界面，例如在聚酰亞胺基柔性封裝發(fā)現(xiàn)的、鉛 或其它金屬合金焊料球表面、玻璃和聚合物例如聚酰亞胺 (polymimide)。當(dāng)考慮粘結(jié)性界面時(shí)，"基體"甚至可定義為另 一種聚合 物材料。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，基體包含封裝和電路板工業(yè)中的普 通材料，例如硅、銅、玻璃和另一種聚合物。可將另外的材料層與分層的界面材料連接，以繼續(xù)構(gòu)建分層的元 件或印刷電路板。考慮另外的層包含類似于本文已描述的那些材料， 該材料包括金屬、金屬合金、復(fù)合材料、聚合物、單體、有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)金屬化合物、樹脂、粘合劑和光學(xué)波導(dǎo)材料?？墒褂脦追N方法和許多熱界面材料以形成這些預(yù)附接/預(yù)組裝的熱解決方案元件。用于形成熱解決方案/封裝和/或IC封裝的方法包括 a)提供本文描述的傳熱材料；b)提供至少一種粘合性組分；c)提供至少 一個(gè)表面或基體；d)將至少一種傳熱材料和/或材料與至少一種粘合性 組分連接，以形成粘合部件；e)將粘合部件與至少一個(gè)表面或基體連 接，以形成熱封裝；f)任選將另外的層或元件與熱封裝連接。本文考慮的熱解決方案、IC封裝、熱界面元件、分層的界面材料 和散熱器元件的應(yīng)用包含將材料和/或元件摻入到另 一種分層的材料、 電子元件或最終的電子產(chǎn)品中。本文考慮的電子元件通常i/v為包含可 在電子基產(chǎn)品中使用的任何分層元件?？紤]的電子元件包含電路板、 芯片封裝、隔板、電路板的電介質(zhì)元件、印刷接線板和電路板的其它 元件，例如電容器、電感器和電阻器。實(shí)施例如本文所考慮的，施用至少一種金屬基涂層的 一種方法是通過(guò)點(diǎn) 鍍，該點(diǎn)鍍?cè)阢~散熱器上將金屬基涂層施用至阻擋層(Ni)的表面。為 了焊料或焊料聚合物混合物TIMs (熱界面材料)的附接，通常在期望的 區(qū)域內(nèi)與電鍍一起進(jìn)行點(diǎn)鍍。點(diǎn)鍍的區(qū)域可按消費(fèi)者說(shuō)明書調(diào)整大 小，涂層的厚度可等于或小于約15微米。在該實(shí)施例中，金屬基涂層 包含銦。TIM l.金屬基組合涂布器的制造包括階段-壓(step-press)的過(guò)程 (見

圖1和2A)。該過(guò)程以預(yù)成型件和已各自去除全部氧化物然后放置在 一起(110)的銦點(diǎn)鍍涂布器(在圖1中銦點(diǎn)顯示為105，在圖l中銦層顯示 為108)開始。在該初始放置之后，然后將組件置于壓力下。處于壓力 中的組件具有一層光滑保護(hù)層(120)，然后用柔順性材料(130)通過(guò)壓力 4/L壓頭(140)壓保護(hù)層，在預(yù)成型件(150)的中心開始?jí)嚎s。 一旦《呆護(hù)層 (120)包圍整個(gè)預(yù)成型件(110),那么應(yīng)該去除可能從初始的預(yù)成型件施用誘捕的任何氣穴(airpockets)(170)。在圖1中，進(jìn)行壓力的第l次施力口， 以消除可能在銦預(yù)成型件和點(diǎn)鍍表面的界面存在的許多空隙。柔順性 材料將施加垂直力以及銦的跨點(diǎn)鍍表面移動(dòng)，產(chǎn)生將在該接合處幫助 粘附的偏向力(sheer force)。在加入保護(hù)層之后，然后施加第二次壓，將保護(hù)層壓在銦預(yù)成型 件上，然后是第2層柔順性材料，最后是與壓力機(jī)壓頭接觸的第3層硬 材料。圖2A顯示用于第2和第3次壓的組件(200)。壓力機(jī)壓頭(240)引 起材料層的壓縮，在該實(shí)施方案中包括銦點(diǎn)(205)。硬材料(285)有助于 維持甚至與柔順性材料接觸，以均勻地分布負(fù)荷。保護(hù)性塑料層(220) 將賦予銦(208)平滑的和拋光的表面光潔度，如右邊所見。柔順性材料 (280)允許銦預(yù)成型件(210)的一些偏向移動(dòng)，該銦預(yù)成型件包舍歉熱器 (290),僅在當(dāng)溢流進(jìn)入散熱器的非期望區(qū)域(225)時(shí)包含它。然后使該 第2組件暴露于第2次壓力施加，接著是第3次壓力施加，以得到期望 的結(jié)果。該壓力施加還將使銦點(diǎn)滴板和銦預(yù)成型件的焊接變冷。圖2B 顯示包含銦預(yù)成型件的成品散熱器(295)。圖3 - 5顯示制備銦組合涂布器的考慮方法圖(有3個(gè)部分)。顯示了 所有3個(gè)圖的鍵(key)，其中"C"是控制，"S"是標(biāo)準(zhǔn)操作程序，"N"是噪 音和"X"是臨界(critical)。在圖3中顯示了考慮的輸入(310)，在開始處 理步驟之前將該考慮的輸入提供給處理。步驟l (320)顯示考慮的涂布 器準(zhǔn)備電鍍，并分派到過(guò)程中。步驟2 (330)包含涂布器的鍍鎳。在步 驟3 (340)中，施用金屬基涂層、層或膜-在該實(shí)施方案中是銦點(diǎn)。在 步驟4(350)中，將銦層預(yù)成型件輥平(rolledout)。在圖1和圖2中，該銦 層預(yù)成型件可分別作為編號(hào)108和208看到。在步驟5 (360)中，形成預(yù) 成型件。圖4顯示考慮的方法圖的第2部分。步驟6 (410)包括機(jī)械清潔銦預(yù) 成型件和銦點(diǎn)。在機(jī)械清潔涂布銦的鍍鎳散熱器和機(jī)械清潔銦預(yù)成型 件之后是壓力步驟。步驟7 (420)包括將銦預(yù)成型件放置在鍍鎳的涂布 器上。在期望的區(qū)域中將清潔的預(yù)成型件放置于清潔的涂布銦的鍍鎳散熱器上。然后將裝飾性和保護(hù)性塑料層放置在銦預(yù)成型件的頂面上。如本文所討論的，步驟8 (430)包括第1壓力步驟。然后用順從性方 法，在〉40psi下進(jìn)行壓力施加，以從銦和涂布銦的鍍鎳散熱器的接合 處去除空氣。當(dāng)柔順性材料已經(jīng)覆蓋預(yù)成型件的整個(gè)表面時(shí)，將從接 合處充分地去除空氣。也如本文所討論的，步驟9(440)包括第2壓力步 驟。在順從性壓力之后，組件準(zhǔn)備第2次壓，以將銦預(yù)成型件牢固地 附接到涂布銦的鍍鎳散熱器上。將裝飾性傳遞材料層放置在銦預(yù)成型 件上，接著放置保持期望的形狀的柔順性聚四氟乙烯層。然后將硬材 料放置在柔順性聚四氟乙烯上，以在加壓期間保持預(yù)成型件的平整 度。圖5顯示考慮的方法圖的第3部分。步驟IO (510)包括另外的壓力 步驟，以形成組合涂布器。然后在較高壓力> 500psi下，給該組件加 壓，以牢固地附接到銦預(yù)成型件。然后進(jìn)行第3次壓力施加，以促進(jìn) 銦預(yù)成型件與在鍍鎳散熱器上的銦涂層之間的熔合。如進(jìn)行第2次壓 那樣，向同樣的組件施加第3次壓。然后將該組件按〉1000psi負(fù)荷加壓， 以達(dá)到在接合處熔合。由于該第3次壓，零件的平面度和粗糙度可由 組成壓力組件的替代材料控制?？商砑痈嗟膲毫Σ襟E，以達(dá)到期望 的空間結(jié)果。步驟ll (520)是^r查步驟。也如圖2B所示，輸出530顯示 成品組合涂布器的特征和預(yù)期特征。實(shí)施例2也可用壓印或壓印的圖案來(lái)形成考慮的組合涂布器。圖6顯示這 些考慮的實(shí)施方案之一的方法流程圖和示意圖(600)。根據(jù)該實(shí)施方 案，銅涂布器在附接區(qū)域(610)上壓印有圖案。然后如前述涂布表面 (620)。附接含聚合物、硅、銦或其它焊料的TIM1預(yù)成型件(630)。然 后完成加壓或回熔(reflow)過(guò)程(640),因此形成組合涂布器(650)。該 類壓印組合涂布器的優(yōu)點(diǎn)是a)改善表面可濕性，b)由于減少附接厚 度而改善導(dǎo)熱率，c)在粘合期間破壞表面氧化物和d)減少清潔成本。圖7 A顯示壓印的模頭(710)和考慮的涂布器(720)。圖7B顯示在已完 成壓印過(guò)程之后考慮的涂布器(720)。標(biāo)記涂布器的壓印部分(725)。圖 8和圖9顯示可利用的組合涂布器的另外的考慮構(gòu)型。圖8顯示散熱 器(810),其具有附接于底部凹面(830)的一個(gè)熱界面材料層(820)。圖 9顯示另一個(gè)考慮的散熱器(910)，其具有附接于底面(930)的一個(gè)熱界 面材料層(920)和附接于頂面(950)的另外的熱界面材料(940)。因此，已經(jīng)公開了熱解決方案、IC封裝、熱互連和界面材料的具 體實(shí)施方案和應(yīng)用。然而應(yīng)理解，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)講，除了已 描述的那些之外，在沒(méi)有偏離本發(fā)明概念的前提下更多修改是可能 的。因此，除了在本公開的精神之外，本發(fā)明的主題不受限制。此外， 在解釋本公開內(nèi)容中，應(yīng)該用與上下文一致的盡可能寬的方式，來(lái)解 釋所有的術(shù)語(yǔ)。特別是，術(shù)語(yǔ)"包含"和"包括"應(yīng)解釋為以非窮盡性方 式引用元件、組分或步驟，指出所引用的元件、組分或步驟可能存在 或采用，或與其它并未明確提及的元件、組分或步驟組合。
權(quán)利要求
1.一種傳熱材料，所述材料包含散熱器元件，其中所述散熱器元件包含頂面、底面和至少一種散熱器材料，其中將至少一個(gè)表面與金屬基涂層、層或膜連接，和至少一種熱界面材料，其中將所述熱界面材料沉積在所述散熱器元件的至少一個(gè)表面上。
2. 權(quán)利要求1的傳熱材料，其中還將所述熱材料連接至基體。
3. 權(quán)利要求2的傳熱材料，其中所述基體包含硅。
4. 權(quán)利要求1的傳熱材料，所述傳熱材料還包含至少一種粘合性 組分。
5. 權(quán)利要求4的傳熱材料，其中將所述至少一種粘合性組分連接 至所述散熱器元件。
6. 權(quán)利要求4的傳熱材料，其中將所述至少一種粘合性組分連接 至所述熱界面材料。
7. 權(quán)利要求4的傳熱材料，其中將所述至少一種粘合性組分混合 至至少一些所述熱界面材料中。
8. 權(quán)利要求1的傳熱材料，其中所述散熱器元件包括金屬、金屬 基材料、高傳導(dǎo)性非金屬或其組合。
9. 權(quán)利要求8的傳熱材料，其中所述散熱器元件包括鎳、鋁、銅 或其組合。
10. 權(quán)利要求8的傳熱材料，其中所述金屬基材料或高傳導(dǎo)性非 金屬包括硅、碳、銅、石墨、金剛石或其組合。
11. 權(quán)利要求10的傳熱材料，其中所述散熱器元件的厚度為約 0.25 mm -約6 mm。
12. 權(quán)利要求11的傳熱材料，其中所述厚度為約0.5 mm -約5mm。
13. 權(quán)利要求1的傳熱材料，其中所述金屬基涂層、層或膜包含銦。
14. 權(quán)利要求1的傳熱材料，其中將所述金屬基涂層、層或膜連 接至所述散熱器元件的至少 一個(gè)表面的至少 一部分。
15. 權(quán)利要求14的傳熱材料，其中在所述散熱器元件的至少一個(gè) 表面上所述金屬基涂層、層或膜包含圖案。
16. 權(quán)利要求1的傳熱材料，其中所述熱界面材料包含相變材料。
17. —種形成傳熱材料的方法，所述方法包括 提供散熱器元件，其中所述散熱器元件包含頂面、底面和至少一種散熱器材料，其中將至少一個(gè)表面與金屬基涂層、層或膜連接； 提供至少一種熱界面材料，其中將所述熱界面材料沉積在所述散熱器元件的至少一個(gè)表面上；和將所述至少一種熱界面材料沉積在所述散熱器元件的所述至少一個(gè)表面上。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中所述傳熱材料還包含至少一種粘合 性組分。
19. 權(quán)利要求18的方法，其中將所述至少一種粘合性組分連接至 所述散熱器元件。
20. 權(quán)利要求18的方法，其中將所述至少一種粘合性組分連接至 所述熱界面材料。
21. 權(quán)利要求18的方法，其中將所述至少一種粘合性組分至少混 合至所述熱界面材料。
22. 權(quán)利要求17的方法，其中所述散熱器元件包括金屬、金屬基 材料、高傳導(dǎo)性非金屬或其組合。
23. 權(quán)利要求22的方法，其中所述散熱器元件包括鎳、鋁、銅或 其組合。
24. 權(quán)利要求22的方法，其中所述金屬基材料或高傳導(dǎo)性非金屬 包括硅、碳、銅、石墨、金剛石或其組合。
25. 權(quán)利要求17的方法，其中所述散熱器元件的厚度為約0.25mm -約6 mm。
26. 權(quán)利要求25的方法，其中所述厚度為約0.5111111-約5mm。
27. 權(quán)利要求17的方法，其中所述金屬基涂層、層或膜包含銦。
28. 權(quán)利要求17的方法，其中將所述金屬基涂層、層或膜連接至 所述散熱器元件的至少一個(gè)表面的至少一部分。
29. 權(quán)利要求28的方法，其中在所述散熱器元件的所述至少一個(gè) 表面上所述金屬基涂層、層或膜包含圖案。
30. 權(quán)利要求17的方法，其中所述熱界面材料包含相變材料。
31. —種形成IC封裝的方法，所述方法包括 提供傳熱材料，所述傳熱材料包含至少一種散熱器元件，至少一種金屬基涂層、層或膜和至少一種熱界面材料； 提供至少 一種粘合性組分； 提供至少一個(gè)表面或基體；將所述至少一種傳熱材料與所述至少一種粘合性組分連接，形成 粘合部件；和將所述粘合部件連接至所述至少一個(gè)表面或基體，形成熱封裝。
32. 權(quán)利要求31的方法，所述方法還包括將另外的層或元件連接 至所述熱封裝。
33. 權(quán)利要求31的方法，其中所述傳熱材料包括權(quán)利要求1的傳 熱材料。
全文摘要
本文所述的元件和材料(包括傳熱材料)包含與金屬基涂層、層和/或膜連接的至少一種散熱器元件，至少一種熱界面材料和在一些考慮的實(shí)施方案中至少一種粘合材料。散熱器元件包含頂面、底面和至少一種散熱器材料。將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的至少一個(gè)表面的至少一部分上。形成分層的熱界面材料和傳熱材料的方法包括a)提供散熱器元件，其中散熱器元件包含頂面、底面和至少一種散熱器材料；b)提供至少一種熱界面材料，其中將熱界面材料直接沉積在散熱器元件的底面上；c)將金屬基涂層、膜或?qū)映练e、施用或涂布在散熱器元件的至少一部分底面上；和d)將至少一種熱界面材料沉積、施用或涂布在散熱器元件的至少一個(gè)表面的至少一部分上。形成熱解決方案/封裝和/或IC封裝的方法包括a)提供本文所述的傳熱材料；b)提供至少一種粘合性組分；c)提供至少一個(gè)表面或基體；d)將至少一種傳熱材料和/或材料與至少一種粘合性組分連接，以形成粘合部件；e)將粘合部件連接至至少一個(gè)表面或基體，以形成熱封裝；f)任選將另外的層或元件連接至熱封裝。
文檔編號(hào)H01L23/24GK101405859SQ200780009706
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者B·魯歇爾特, P·昂德伍德, X·童 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司