[发明专利]弹性复合金属热界面材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热界面材料和技术，尤其涉及一种弹性复合金属热界面材料及其制备方法。

背景技术

现代微电子的快速发展，使得集成电路芯片功能密度、集成度和设计功耗不断增加，但是体积却在不断的减小，芯片中的热功率密度在不断增加。热功率密度不断增加容易导致温度不断的升高，使得集成电路芯片的性能及可靠性下降。因此，散热问题已经成为现代微电子高密度封装过程中的一大难题。现有技术通常采用散热器对高功率部件等热源，譬如芯片，进行热管理。因此散热器与热源之间的接触界面成为热源的散热通道。但是，由于热源与散热器件的各自表面具有较大的粗糙度，因此它们的实际微观接触的面积很小，其余的为空气。而空气的散热系数比导热较好的散热器或者芯片材料低得多。因此，由于界面中空气存在，使界面的热阻较大，难以有效将芯片的热量散去。目前用于散热界面的热界面材料有导热硅胶、相变材料、金属等。导热硅胶在使用时，容易从界面中溢出，容易污染器件；相变材料的安装及使用有较大的难度。

纯铟是一种高导热的金属，材料柔软，因此能够制成200微米左右厚度的薄片用于微电子封装。但是，由于铟是一种战略资源，因此，其使用的成本也非常高。因此，如何降低铟作为热界面材料的成本，并能够保持良好的性能，已成为难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、铟使用量较少、导热性好的弹性复合金属热界面材料及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：。

一种弹性复合金属热界面材料，由铟和通孔多孔金属片复合而成，铟完全或部分填充于通孔多孔金属内部，并覆盖通孔多孔金属片的上、下表面。

通孔多孔金属片为片状多孔铜、多孔银、多孔锌、多孔钛、多孔镁、多孔铝、多孔金中的一种。通孔多孔金属片的厚度为60-200微米。通孔多孔金属的孔隙率为30%-95%，孔径为100纳米至30微米。在通孔多孔金属片的表面设有抗氧化层。抗氧化层为钯。

一种所述弹性复合金属热界面材料的制备方法，第一步，制备通孔多孔金属片，第二步，加入适量的铟，加热使得铟熔化完全或者部分填入通孔多孔金属片，并使得通孔多孔金属片的上下表面都覆盖铟，冷却，获得弹性复合金属热界面材料。所述通孔多孔金属片两面为通孔多孔金属，中间核心为金属实体。采用脱合金化方法制备通孔多孔金属片，具体步骤为：首先取特定厚度的金属箔，在金属箔的上下表面制备另外一种牺牲材料，然后通过热处理，使这两种金属合金化，在采用腐蚀的方法去除牺牲材料，得到通孔多孔金属片。通孔多孔金属片材质为铜，牺牲材料为锡，腐蚀剂为稀盐酸，热处理条件为300摄氏度下反应24小时。通孔多孔金属片的表面设有抗氧化层。抗氧化层为钯。

本发明获得如下技术效果：

1． 本发明通过采用通孔多孔金属片与金属铟的复合替代了单独的金属铟，发挥了复合材料的特点，综合了两种材料的优点。多孔铜与铟的复合体具有屈服强度高、模量低、弹性好的特点：由于柔性金属铟填充满多孔铜的孔隙(不仅仅包括表面的孔隙，还包括内部的孔隙)，因此在安装压力下，多孔金属骨架有效地限制了金属铟在横向的膨胀，而使其仅仅在垂直于安装表面方向具有膨胀，从而使得在安装压力下，铟金属能够更好的填充界面的间隙，使界面具有较低的热阻。通孔多孔金属片具有易压缩，柔性好，并具有良好的弹性，将其与柔软的铟复合作为热界面材料，能够使热界面材料保持柔性，从而充分吸收界面(Si与Cu)热失配带来的应力；多孔金属还具有裂纹阻隔功能，即局部产生裂纹后，裂纹扩展时能够释放在多孔金属内部不连续的界面上，而不会沿整个基体延伸，因此，该复合材料能够承受更多的热循环，从而具有更高的可靠性。

2． 热界面材料中的一个重要挑战是界面的不平整度，它容易使得界面材料与芯片或者热沉脱离；尤其是在使用中，一些不可避免的热沉摇动，容易导致热界面材料发生松动，从而可能导致界面分离，如果单纯用铟，这种问题非常突出，使得铟作为热界面材料的可靠性大大降低。通孔多孔金属片与铟的复合材料在垂直于安装面的方向具有较高的弹性和柔性，因此能够快速填充到由于热沉以及硅表面不平整的较大的间隙，从而使得不平整的界面能被金属热界面材料全部填充，保持界面热阻较低。