[發(fā)明專利]熱互連和界面材料、它們的制造方法和用途

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980123038.5
• 申請日: 2009-04-18
• 公開（公告）號: CN102066488A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設計）人: K.S.伯恩漢;L.丹克斯;M.W.維塞爾
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K3/10;C08J5/00;B32B27/38;H01L21/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐厚才;林毅斌

相關申請

本申請要求2008年4月21日提交的美國臨時申請?61/046,719的權益，其主題以引用的方式并入本文。

技術領域

本公開涉及電子元件(electronic?components)中的熱互聯(lián)體系、熱界面體系和界面材料或組合物，半導體元件，其它相關的層狀材料應用和制造這類材料和體系的方法。

背景技術

電子元件在消費和商業(yè)電子產品中的使用量不斷增加。一些這些消費和商業(yè)產品的例子是電視、平板顯示器、個人電腦、游戲系統(tǒng)、互聯(lián)網服務器、手機、尋呼機、掌上型電子記事本（palm-type?organizers）、便攜式無線電、汽車音響或遙控器。隨著對這些消費和商業(yè)電子設備需求的增加，對于消費和商業(yè)來說對那些相同產品同樣也存在變得更小、具有更多功能和更加便攜的需求。

作為這些產品尺寸減小的結果，構成所述產品的元件也必須變得更小。隨著電子器件變得越來越小和以更高的速度運行，以熱量形式放出的能量顯著增加，熱通量通常超過100W/cm²。工業(yè)中一種流行實踐是在這類器件中單獨或在載體上使用散熱膏(thermal?grease)或膏狀物質，以將耗散的熱量傳遞通過物理界面并最終傳遞到環(huán)境大氣。大部分普通類型的熱界面材料是散熱膏、相變材料和彈性體帶(elastomer?tapes)。由于以非常薄的層鋪展和在相鄰表面之間提供密切接觸的能力，散熱膏和相變材料通常具有比彈性體帶低的熱阻。典型的熱阻抗值為0.1-1.6cm²K/W，因為這是粘合層厚度的強函數(shù)。但是，散熱膏的一個缺點是例如當在VLSI芯片中使用時，在熱循環(huán)(例如從-65℃到150℃)后或在功率循環(huán)后熱性能顯著變差。一般的散熱膏使用硅油作為載體或基質。還已經發(fā)現(xiàn)，當表面平面性的大偏離造成電子器件中的配合表面之間形成縫隙時，或當由于其它原因(如制造公差等)在配合表面之間存在大縫隙時，這些材料的性能變差。當這些材料的傳熱能力發(fā)生問題時，在其中使用它們的電子器件的性能和可靠性受到不利影響。

因此，提供滿足客戶規(guī)格（customer?specifications）同時使器件的尺寸和層數(shù)最小化、與其它材料更加相容(特別是在材料之間的界面處)并具有高熱導率和高機械順從性(compliance)的材料將是有助益的。

發(fā)明內容

我們提供了可固化的熱界面材料(thermal?interface?material，TIM)組合物，其包括環(huán)氧聚合物基質（epoxy?polymeric?matrix）；導熱填料（conductive?filler）；焊劑材料（solder?material）；和基質材料改性劑（modification?agent）。

我們還提供了傳熱性電子元件，其包括第一基底；第二基底；和位于所述第一基底和第二基底之間的固化的組合物。

我們進一步提供了制造傳熱性電子元件的方法，包括將環(huán)氧聚合物基質、導熱填料、焊劑材料和基質材料改性劑混合并形成可固化的組合物；將所述組合物置于第一基底和第二基底之間；固化所述聚合物基質和向所述基質施加足夠至少部分熔融至少一部分所述焊劑材料的熱量，從而所述焊劑連接在所述填料中的顆粒上，以在所述基底之間并且穿過所述基質形成多個連續(xù)的傳熱通路。

附圖說明

圖1是兩個不同的電子元件固化前和固化階段后的示意性剖視圖。

圖2是示出熱導率對填料填充量的線性依賴性和熱阻抗對填料填充量的非線性依賴性的圖。

圖3是示出熱阻抗(thermal?impedance)對粘合層厚度關系的圖。

圖4是示出實施例2的熱導率和熱阻抗的溫度依賴性的圖。

圖5是示出熱阻抗作為固化過程中施加的壓力的函數(shù)的圖。

圖6a是示出得到的糊的粘度隨著增加tBPGE從140,000線性減小到70,000的圖。

圖6b是示出添加了tBPGE的TIM在零時間的熱導率以及熱阻抗值的圖。

圖7是示出三個添加了tBPGE的試樣的粘度作為時間的函數(shù)以確定它們的適用期以及不添加tBPGE的試樣的曲線的圖。

圖8a是對于添加了tBPGE的TIM示出失效之前的最大循環(huán)計數(shù)作為填料填充量的函數(shù)的曲線的圖。

圖8b是示出熱阻抗對熱循環(huán)次數(shù)關系的圖。

圖9a和圖9b是分別示出在HAST和高溫老化的不同小時的熱阻抗的圖。

圖9c是示出熱阻抗作為重熔循環(huán)(reflow?cycles)次數(shù)的函數(shù)的圖。