[发明专利]热互连和界面材料、它们的制造方法和用途

说明书

相关申请

本申请要求2008年4月21日提交的美国临时申请 61/046,719的权益，其主题以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及电子元件(electronic components)中的热互联体系、热界面体系和界面材料或组合物，半导体元件，其它相关的层状材料应用和制造这类材料和体系的方法。

背景技术

电子元件在消费和商业电子产品中的使用量不断增加。一些这些消费和商业产品的例子是电视、平板显示器、个人电脑、游戏系统、互联网服务器、手机、寻呼机、掌上型电子记事本（palm-type organizers）、便携式无线电、汽车音响或遥控器。随着对这些消费和商业电子设备需求的增加，对于消费和商业来说对那些相同产品同样也存在变得更小、具有更多功能和更加便携的需求。

作为这些产品尺寸减小的结果，构成所述产品的元件也必须变得更小。随着电子器件变得越来越小和以更高的速度运行，以热量形式放出的能量显著增加，热通量通常超过100W/cm²。工业中一种流行实践是在这类器件中单独或在载体上使用散热膏(thermal grease)或膏状物质，以将耗散的热量传递通过物理界面并最终传递到环境大气。大部分普通类型的热界面材料是散热膏、相变材料和弹性体带(elastomer tapes)。由于以非常薄的层铺展和在相邻表面之间提供密切接触的能力，散热膏和相变材料通常具有比弹性体带低的热阻。典型的热阻抗值为0.1-1.6cm²K/W，因为这是粘合层厚度的强函数。但是，散热膏的一个缺点是例如当在VLSI芯片中使用时，在热循环(例如从-65℃到150℃)后或在功率循环后热性能显著变差。一般的散热膏使用硅油作为载体或基质。还已经发现，当表面平面性的大偏离造成电子器件中的配合表面之间形成缝隙时，或当由于其它原因(如制造公差等)在配合表面之间存在大缝隙时，这些材料的性能变差。当这些材料的传热能力发生问题时，在其中使用它们的电子器件的性能和可靠性受到不利影响。

因此，提供满足客户规格（customer specifications）同时使器件的尺寸和层数最小化、与其它材料更加相容(特别是在材料之间的界面处)并具有高热导率和高机械顺从性(compliance)的材料将是有助益的。

发明内容

我们提供了可固化的热界面材料(thermal interface material，TIM)组合物，其包括环氧聚合物基质（epoxy polymeric matrix）；导热填料（conductive filler）；焊剂材料（solder material）；和基质材料改性剂（modification agent）。

我们还提供了传热性电子元件，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间的固化的组合物。

我们进一步提供了制造传热性电子元件的方法，包括将环氧聚合物基质、导热填料、焊剂材料和基质材料改性剂混合并形成可固化的组合物；将所述组合物置于第一基底和第二基底之间；固化所述聚合物基质和向所述基质施加足够至少部分熔融至少一部分所述焊剂材料的热量，从而所述焊剂连接在所述填料中的颗粒上，以在所述基底之间并且穿过所述基质形成多个连续的传热通路。

附图说明

图1是两个不同的电子元件固化前和固化阶段后的示意性剖视图。

图2是示出热导率对填料填充量的线性依赖性和热阻抗对填料填充量的非线性依赖性的图。

图3是示出热阻抗(thermal impedance)对粘合层厚度关系的图。

图4是示出实施例2的热导率和热阻抗的温度依赖性的图。

图5是示出热阻抗作为固化过程中施加的压力的函数的图。

图6a是示出得到的糊的粘度随着增加tBPGE从140,000线性减小到70,000的图。

图6b是示出添加了tBPGE的TIM在零时间的热导率以及热阻抗值的图。

图7是示出三个添加了tBPGE的试样的粘度作为时间的函数以确定它们的适用期以及不添加tBPGE的试样的曲线的图。

图8a是对于添加了tBPGE的TIM示出失效之前的最大循环计数作为填料填充量的函数的曲线的图。

图8b是示出热阻抗对热循环次数关系的图。

图9a和图9b是分别示出在HAST和高温老化的不同小时的热阻抗的图。

图9c是示出热阻抗作为重熔循环(reflow cycles)次数的函数的图。