[發明專利]具有良好可靠性的熱界面材料

有效

• 申請號: 201180021872.0
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102893391B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: S·陳;N-C·李
• 申請（專利權）人: 銦泰公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;C09K5/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民,張全信

相關申請

本申請要求于2010年4月30日提交的美國臨時申請號61/330,220的權益，并且在此將其通過引用以其整體并入本文。

技術領域

本發明一般涉及熱界面材料，更具體地，一些實施方式涉及用在集成電路應用中的聚合物基熱界面材料。

相關技術描述

對使用集成電路的更小、更快速和更強大的電子產品的要求增加已經促進開發更強大和更小的半導體器件。關鍵的問題是從這些器件中產生的熱應當被迅速并充分地去除，以避免過熱和隨后對器件的損害。熱管理器件，比如集成的散熱部件或熱管，通常地用于使熱擴散遠離動力產生器件。在散熱部件和半導體器件之間，可使用熱界面材料層以促進傳熱。熱界面材料通常比空氣更好地導熱并被放置以填充半導體器件和散熱部件之間的空隙以增加傳熱效率。常見的熱界面材料可包括熱油脂(thermal grease)，比如充填氧化鋁、氧化鋅或氮化硼的硅油。一些熱界面也使用微細化或粉末化的銀。也使用相變材料——在室溫或室溫附近為固體但具有熔點以便它們在操作溫度或低于操作溫度下液化的材料。這類材料可容易應用，因為它們在應用期間為固態。

常規地，由于它們安裝后良好的熱性能，熱油脂已經在市場上廣泛可得。但是，一旦長期使用并隨著時間的推移，這些油脂可降解，在界面處產生更高的熱阻。這損害了熱傳遞遠離半導體器件。該問題歸因于兩個主要原因，它們有時稱為“抽去(pump-out)”和“變干(dry-out)”。器件的給電和斷電(power up and down)造成芯片和散熱器之間的相對移動，這是因為它們不同的熱膨脹系數。這可能往往從界面空隙“抽”去糊膏。當填料與有機基質分開并且在升高的溫度下有機物流出時發生油脂“變干”。這導致界面材料的分層，降低器件的可靠性。

有數篇公開的文章和其他出版物解決熱界面材料的可靠性問題。在一個例子中，美國專利號6,597,575公開了一種組合物，其包括固化的硅氧烷基凝膠，其中聚合物基質是交聯的硅氧烷聚合物。該文件描述優化的凝膠材料應當在125℃下具有小于約100kPa的儲能剪切模量(G')，并且應當具有如G'/G"的值指示的大于或等于1的膠凝點，其中G"是熱界面材料的損耗剪切模量。該文件聲稱具有適當機械性能的熱材料可用于避免分層并滿足可靠性和性能要求。

美國專利號6,791,839描述了基于硅氧烷聚合物基質的可固化的熱界面材料。在描述的85℃、85%相對濕度的箱測試中，硅氧烷基材料的熱阻在35天的處理之后幾乎增加一個數量級，其指示材料的氧化穩定性非常低。

美國專利號6,813,153描述了聚合物焊料混合物熱界面材料，其中具有低熔點的焊料添加至包含聚合物和具有高熔解溫度的填料的組合物中，所述聚合物通常指環氧乙烷或硅氧烷基有機物，比如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚(二甲基二苯基硅氧烷)。據聲稱，當回流時，高熔點填料擴散進入焊料，形成新的填料-焊料合金，其具有提高的熔點和增加的強健性。這些材料在實時應用之前使用回流工藝，其增加了復雜性和加工成本。

在另一例子中，美國專利號7,408,787報道了一種相變材料，其包括：聚酯，比如熔點從稍微高于室溫(比如40℃)至接近或低于操作溫度(比如130℃)的聚己內酯；體積導熱率大于約50W/mK的導熱填料；和其他任選的添加劑。該文件描述，如從熱重分析判斷的，該材料具有比聚烯烴更高的熱分解溫度。

總之，常規技術提供了數種改善熱界面材料的可靠性的手段。它們中許多仍使用硅氧烷基聚合物作為主要基質。最后一篇參考文獻(專利號7,408,787)使用相變材料。但是，硅氧烷基聚合物通常具有對氧和水二者的高滲透性；并且不是適合高可靠性熱界面材料的優選材料。由于液相的形成，相變材料容易被抽去，尤其當界面垂直放置時。

本發明實施方式的簡短概述

根據本發明的各種實施方式，提供熱糊膏材料。在一些實施方式中，這些材料可用作熱界面材料。本發明的實施方式可配置為在高加速應力試驗(HAST)處理后提供熱穩定性和良好的可靠性。材料的實施方式在高溫環境下空氣和濕氣中是熱穩定性的，并能夠防止空氣或濕氣滲透界面降解填料材料。這使得材料通過了廣泛的可靠性測試，比如烘焙、85℃和85%濕度箱和動力循環。在一些實施方式中，材料使用具有氧和濕氣阻隔性能的熱穩定的聚合物。

在一種實施方式中，熱界面材料包括(A)抗濕聚合物，(B)具有低氧滲透性的氣體阻隔聚合物，(C)抗氧化劑，(D)導熱填料和(E)其他添加劑或任選的材料?？寡趸瘎┯糜谧柚咕酆衔锏臒嵴T導氧化，并因此增強它們的熱穩定性。