[发明专利]热互连和界面系统，其制备方法和用途

说明书

发明领域

本发明的领域是在电子元件、半导体元件和其它有关的分层材料 应用中的热互连系统、热界面系统和界面材料。

背景

用于消费品和商业电子产品的电子元件数量不断地增长。这些消 费品和商品的实例为电视机、个人计算机、因特网服务器、便携式收 音机、寻呼机、掌上操作系统、便携式无线收发器件、小汽车立体声 系统或遥控器。随着对这些消费品和商业电子产品的需求增加，对于 消费者和商家来说，对那些相同的产品还存在更小巧、功能更多和更 便携的要求。

由于这些产品的尺寸减小，该产品包含的元件也必须变得更小。 需要减小尺寸或按比例缩小的那些元件的一些实例为印刷电路或接 线板、电阻器、电线线路、键盘、触摸板和芯片封装。产品和元件也 需要被预先封装，以使产品和/或元件可执行几个相关的或不相关的功 能和任务。这些″整体解决方案″元件和产品的一些实例包括分层的材 料、母插件板、便携式和无线的电话和电讯器件和其它的元件和产品， 例如在以下文献中所发现的那些元件和产品：2002年7月15日提交的 美国专利和PCT申请序号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，这些文献的权益共同拥有， 并整体结合到本文中。

因此正在分解和研究元件，以确定是否有更好的构建材料和方法 将允许它们按比例缩小和/或组合，以适应更小电子元件的要求。在分 层的元件中，一个目的似乎是减少层数，同时增加剩余层的功能性和 耐久力。然而，该任务可能是困难的，因为为了操作该器件，一般应 存在若干层以及这些层的元件。

当电子器件也变得更小和以更高的速度操作时，以热形式发出的 能量急剧地增加。在工业中的普遍做法是在这样的器件中单独或在载 体上使用热油脂或油脂样材料，以传递穿越物理界面所散逸的多余热 量。最普通类型的热界面材料是热油脂、相变材料和弹性体带。因为 在非常薄的层中传播的能力和在相邻表面之间提供紧密接触的能力， 热油脂或相变材料具有比弹性体带更低的热阻。典型的热阻抗值为 0.05-1.6℃-cm²/W。然而，热油脂的严重缺点是在热循环例如-65℃ -150℃之后，或当用于VLSI芯片时在动力循环之后，热性能显著恶化。 也已发现：当在电子器件中表面平面性的大背离引起在啮合面之间形 成间隙时，或当因为其它原因例如制造公差等而在啮合面之间存在大 间隙时，这些材料的性能恶化。当这些材料的传热性破坏时，不利地 影响其中使用这些材料的电子器件的性能。

因此，持续地需要：a)设计和制备满足消费者要求，同时使器件 尺寸最小化和使层数最少的热互连材料和热界面材料、分层材料、元 件和产品；b)在材料、元件或最终产品的兼容性要求方面，制备更有 效的和更佳设计的材料、产品和/或元件；c)开发制备期望的热互连材 料、热界面材料和分层材料以及包含考虑的热界面材料和分层材料的 元件/产品的可靠方法；d)开发具有高导热率和高机械柔顺性的材料； 和e)有效地减少封装组件所必需的制备步骤数目，这又导致比其它常 规的分层材料和方法更低的拥有成本。

概述

本文考虑的元件和材料包括传热材料包含与金属基涂层、层和/ 或膜连接的至少一种散热器(heat spreader)元件，至少一种热界面材料 和在一些考虑的实施方案中至少一种粘合材料。散热器元件包含顶 面、底面和至少一种散热器材料。将热界面材料直接沉积在散热器元 件的至少一个表面的至少一部分上。

形成分层的热界面材料和传热材料的方法包括：a)提供散热器元 件，其中散热器元件包含顶面、底面和至少一种散热器材料；b)提供 至少一种热界面材料，其中将热界面材料直接沉积在散热器元件的底 面上；c)将金属基涂层、膜或层沉积、施用或涂布在散热器元件的至 少一部分底面上；和d)将至少一种热界面材料沉积、施用或涂布在散 热器元件的至少一个表面的至少一部分上。

形成热解决方案/封装和/或IC封装的方法包括：a)提供本文所述 的传热材料；b)提供至少一种粘合性组分；c)提供至少一个表面或基 体；d)将至少一种传热材料和/或材料与至少一种粘合性组分连接，以 形成粘合部件；e)将粘合部件连接至至少一个表面或基体，以形成热 封装；f)任选将另外的层或元件连接至热封装。

附图简述