專利名稱：熱互連和界面系統(tǒng),其制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域是電子元件、半導體元件和其它相關分層元件應用中的熱互連系統(tǒng)、熱界面系統(tǒng)和界面材料。
背景技術：
電子元件被越來越多地應用于消費和商業(yè)電子產(chǎn)品中。這些消費和商業(yè)產(chǎn)品中的某些例子是電視、個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)服務器、手機、尋呼機、掌中寶(palm-type organizers)、便攜式收音機、汽車立體聲或遙控器。隨著這些消費和商業(yè)電子產(chǎn)品的增加，人們也要求這些產(chǎn)品做得更小巧、功能更多和更便于消費者和商務攜帶。
由于這些產(chǎn)品的尺寸變小，包含產(chǎn)品的元件也勢必變小。一些需要縮小或減少尺寸的元件例子是印刷電路或布線板、電阻器、接線、鍵盤、觸摸墊和封裝芯片。
因此，目前正在將元件拆開和研究以確定是否有更好的制造材料和方法，能縮小它們的尺寸以適應對更小電子元件的要求。在分層元件中，一個目標似乎是減少層數(shù)，同時卻增加保留層的功能和耐久性。然而，這一任務可能是困難的，因為通常應存在幾個層和層中的元件，才能讓器件運轉起來。
還有，隨著電子器件變得越來越小和以更高的速度操作，以熱能形式放出的能量急劇增加。工業(yè)上普遍采取的做法是在此種器件中采用熱脂，或脂狀材料，單獨或在載體上，以便跨物理邊界傳遞多余熱量。熱界面材料的最常見類型是熱脂、相變材料，和彈性體帶。熱脂或相變材料的熱阻比彈性體帶低，因為它們能鋪展成非常薄的層并提供相鄰表面之間緊密的接觸。典型熱阻抗數(shù)值介于0.2～1.6℃cm2/W。然而，熱脂的致命缺點是，經(jīng)過熱循環(huán)后，例如，從-65℃到150℃，或者當用于VLSI芯片中經(jīng)過功率循環(huán)后，其熱性能顯著惡化。還發(fā)現(xiàn)，這些材料的性能，當與表面平面度之間的大偏差導致電子器件內(nèi)互配表面之間出現(xiàn)間隙時，或者當由于其它原因在互配表面之間存在大間隙，例如由于制造允差等因素所致時，這些材料的性能將發(fā)生惡化。當這些材料的傳熱性破壞時，它們所在的電子器件的性能就受到負面影響。
于是，一直以來需要a)設計和生產(chǎn)滿足消費者規(guī)范，同時又最大限度縮小器件尺寸和層數(shù)的熱界面材料和分層元件；b)生產(chǎn)效率更高和在材料、元件或成品的兼容性要求方面設計得更好的材料和/或元件；c)開發(fā)一種生產(chǎn)所要求熱界面材料和包含所設想熱界面和分層材料的分層元件的可靠方法；以及d)有效減少組件封裝所需要的生產(chǎn)步驟數(shù)目，從而降低自身相對于其它傳統(tǒng)分層材料、元件和方法的成本。
發(fā)明概述本文所描述的分層熱元件包含至少一種熱界面元件和與該熱界面元件耦合的至少一種熱擴散器元件。形成本發(fā)明設想的分層熱元件的方法包括a)提供至少一種熱界面元件；b)提供至少一種熱擴散器元件；以及c)物理地耦合至少一種熱界面元件與至少一種熱擴散器元件?？蓪⒅辽僖粋€附加層，包括基材層，耦合到分層的熱元件上。
本文公開的一種形成熱界面元件的方法包括a)提供至少一種飽和橡膠化合物、b)提供至少一種胺基樹脂，c)交聯(lián)該至少一種飽和橡膠化合物和至少一種胺基樹脂從而形成交聯(lián)橡膠-樹脂混合物，d)加入至少一種導熱填料到該交聯(lián)橡膠-樹脂混合物中，以及e)加入潤濕劑到交聯(lián)的橡膠樹脂混合物中。該方法還可進一步包括加入至少一種相變材料到熱界面元件中。
還可生產(chǎn)這樣一種合適的界面材料，它包含至少一種樹脂組分和至少一種焊料材料?？缮a(chǎn)的另一種合適的界面材料包含至少一種焊料材料。
本發(fā)明的各種不同目的、特征、方面和優(yōu)點在研讀了本發(fā)明優(yōu)選實施方案詳述之后自會清楚。
發(fā)明詳述本文描述一系列熱界面材料，它們在各種不同界面條件和要求下表現(xiàn)出低熱阻。該熱互連材料和層也可包含滿足以下設計目標的金屬、金屬合金以及適當?shù)膹秃喜牧蟖)能鋪展成薄或超薄層或圖案；
b)能比傳統(tǒng)熱粘合劑更好地傳導熱能；c)具有較高沉積速率；d)能沉積在表面或其它層上而不在沉積層中產(chǎn)生孔隙；以及e)能控制下層材料的移動。
界面材料可包含PCM45(其中PCM＝“相變材料”)，這是一種高傳導性相變材料，由Honeywe11國際公司制造，或者金屬和金屬基基礎材料，包括由Honeywell國際公司制造的那些。
合適的界面材料或元件應與配合表面共形(conform)(“潤濕”該表面)、具有低本體熱阻和具有低接觸電阻。本體熱阻可表示為材料或元件的厚度、導熱率和面積的函數(shù)。接觸電阻是材料或元件能與配合表面、層或基材接觸得有多好的度量尺度。界面材料或元件的熱阻可表示如下Θ界面＝t/kA+2Θ接觸等式1其中Θ是熱阻，t是材料厚度，k是材料的導熱率A是界面面積項“t/kA”代表本體材料的熱阻，“2Θ接觸”代表兩個表面處的接觸電阻。合適的界面材料或元件應具有低體積電阻和低接觸電阻，即，在配合表面處。
許多電子和半導體用途要求，界面材料或元件應適應制造帶來的表面平面度偏差和/或因熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而導致的元件翹曲。
具有低k值的材料，例如，熱脂，倘若界面很薄，即，“t”值很低，將具有好的性能。如果界面厚度增加哪怕少到0.002英寸，其熱性能就會急劇下降。還有，在此種場合，互配元件之間CTE的差異將導致每出現(xiàn)一次溫度或功率循環(huán)，間隙將膨脹和收縮一次。此種界面厚度的變化可導致將流體界面材料(例如，脂)從界面擠出。
界面的面積越大，就越容易在制造期間出現(xiàn)表面平面度偏離。為優(yōu)化熱性能，界面材料應能與非平面表面保持共形并從而降低接觸電阻。
最佳界面材料和/或元件具有高導熱率和高機械柔順性，例如，當施加外力時將發(fā)生彈性屈服。高導熱率將減少等式1的第一項，而高機械柔順性則減少第二項。這里所描述的分層界面材料和分層界面材料的各個元件可達到這些目標。當制作恰當時，這里所描述的熱擴散器(spreader)元件將彌合熱界面材料和熱擴散器元件的互配表面(mating surface)之間的距離，從而提供從一個表面到另一表面的連續(xù)高電導率路徑。
這里所描述的分層熱元件包含至少一種熱界面元件，其中該熱界面元件可以是可交聯(lián)的，以及耦合在這至少一種熱界面元件上的至少一種熱擴散器元件。一種成形本發(fā)明分層熱元件的方法包括a)提供一種熱界面元件，其中該熱界面元件可以是可交聯(lián)的；b)提供一種熱擴散器元件；以及c)物理地耦合該熱界面元件與熱擴散器元件。至少一種附加層可耦合到這里所描述的分層熱元件上。該至少一種附加層可包含另一界面材料、一種表面、一種基材、一種粘合劑、一種柔順纖維元件或任何其它適當?shù)膶印?br> 合適的熱界面元件包含可與互配表面共形(“潤濕”該表面)的那些材料，具有低本體熱阻和具有低接觸電阻。本發(fā)明熱界面元件是通過合并至少一種橡膠化合物和至少一種導熱填料制備的。另一種設想的熱界面元件是通過合并至少一種橡膠化合物、至少一種交聯(lián)劑部分、交聯(lián)化合物或交聯(lián)樹脂和至少一種導熱填料制備的。這些設想的界面材料采取液體或“軟凝膠”的形式。這里所使用的，“軟凝膠”是指一種膠體，其中分散相已與連續(xù)相結合成為粘稠“凝膠狀”產(chǎn)物。熱界面元件的凝膠態(tài)或軟凝膠態(tài)是通過在至少一種橡膠化合物組合物與至少一種交聯(lián)劑部分、交聯(lián)化合物或交聯(lián)樹脂之間的交聯(lián)反應而產(chǎn)生的。該至少一種交聯(lián)劑部分、交聯(lián)化合物或交聯(lián)樹脂可包含任何適當交聯(lián)官能度，例如，胺基樹脂或胺-基樹脂。更具體地說，該至少一種交聯(lián)劑部分、交聯(lián)化合物或交聯(lián)樹脂，例如，胺基樹脂，被結合到橡膠組合物中使橡膠化合物上的伯羥基基團交聯(lián)，從而形成軟凝膠相。因此設想，至少某些橡膠化合物將包含至少一個端羥基基團。這里所使用的術語“羥基基團”是指在溶液中離解產(chǎn)生OH基團的存在于許多無機和有機化合物中的一價基團OH。“羥基基團”也是醇的特征基團。這里所使用的術語“伯羥基基團”是指該羥基基團位于分子或化合物的末端位置。這里所設想的橡膠化合物還可包含額外的也能與胺基樹脂發(fā)生交聯(lián)反應的仲、叔或其它內(nèi)部羥基基團。該附加的交聯(lián)可能是理想的，取決于準備將凝膠加入其中的產(chǎn)品或元件所需要的最終凝膠態(tài)。
設想到，橡膠化合物可以是“可自交聯(lián)的”，就是說它們可與其它橡膠化合物進行分子間交聯(lián)或者與它們自身實現(xiàn)分子內(nèi)交聯(lián)，取決于組合物的其它組分。還想到，橡膠化合物可被胺基樹脂化合物交聯(lián)，并且發(fā)揮某種與其本身或其它橡膠化合物的自交聯(lián)活性。
在優(yōu)選的實施方案中，使用的橡膠組合物或化合物可以是飽和或者是不飽和的。飽和橡膠化合物優(yōu)選用于本申請，因為它們對熱氧化降解不那么敏感?？墒褂玫娘柡拖鹉z的例子是乙烯-丙烯橡膠(EPR，EPDM)、聚乙烯/丁烯、聚乙烯-丁烯-苯乙烯、聚乙烯-丙烯-苯乙烯、氫化聚二烯“一元醇”(例如，氫化聚丁二烯一元醇、氫化聚丙二烯一元醇、氫化聚戊二烯一元醇)、氫化聚二烯“二醇”(例如，氫化聚丁二烯二醇、氫化聚丙二烯二醇、氫化聚戊二烯二醇)和氫化聚異戊二烯。然而，如果該化合物是不飽和的，最優(yōu)選的是，對化合物實施氫化處理從而切斷或去掉至少一些雙鍵。這里所使用的術語“氫化處理”是指不飽和有機化合物與氫起反應，或者直接在某些或全部雙鍵上加氫生成飽和產(chǎn)物(加氫)，或者使雙鍵整個斷裂從而導致碎片進一步與氫起反應(氫解)。不飽和橡膠和橡膠化合物的例子是聚丁二烯、聚異戊二烯、聚苯乙烯-丁二烯以及其它不飽和橡膠、橡膠化合物或橡膠化合物的混合物/組合。
這里所使用的術語“柔順”涵蓋材料或元件屈服和可變形的性質，尤其在接近室溫時，而不是在室溫下剛挺和不屈服。這里所使用的術語“可交聯(lián)”是指尚未交聯(lián)的那些材料或化合物。
這里所使用的術語“交聯(lián)”是指這樣的過程，其中至少兩個分子或長分子的兩個部分通過化學相互作用連接在一起。此種相互作用可按照許多不同的方式發(fā)生，包括生成共價鍵、形成氫鍵、疏水、親水、離子或靜電相互作用。另外，分子相互作用也可具有在一個分子本身之間或二或更多個分子之間的至少暫時物理連結的特征。
每種類型多于一種的橡膠化合物可混合起來產(chǎn)生一種熱界面元件；然而，在某些設想的熱界面元件中，至少一種橡膠化合物或成分將是飽和化合物。含烯烴或不飽和的熱界面元件，加上適當熱填料，表現(xiàn)出小于約0.5cm2℃/W的熱容。不同于熱脂，熱界面元件的熱性能在熱循環(huán)或在IC器件中的流循環(huán)以后將不下降，因為液態(tài)烯烴和液態(tài)烯烴混合物(例如，含有胺基樹脂的那些)在一旦熱活化后將交聯(lián)形成軟凝膠。另外，當作為熱界面元件應用時，它不會像熱脂在使用中那樣被“擠出”，因此在熱循環(huán)期間將不會表現(xiàn)出界面脫層。
交聯(lián)劑或交聯(lián)化合物，例如，胺或胺-基樹脂，被加入或結合到橡膠組合物或橡膠化合物的混合物中，主要起促進交聯(lián)劑與至少一種橡膠化合物上的伯或端羥基基團之間交聯(lián)反應的作用。要知道，其它樹脂材料或聚合物材料也可配合胺-基樹脂或替代它加入，以促進交聯(lián)反應。胺基樹脂與橡膠化合物之間的交聯(lián)反應在混合物中生成一種“軟凝膠”相，而不是液態(tài)。胺基樹脂與橡膠組合物之間和/或橡膠化合物本身之間的交聯(lián)程度將決定軟凝膠的稠度。例如，如果胺基樹脂和橡膠化合物發(fā)生極少程度的交聯(lián)(約10％可用于交聯(lián)的部位實際被用于交聯(lián)反應中)，那么軟凝膠將比較“像液體”。然而，如果胺基樹脂和橡膠化合物發(fā)生顯著程度交聯(lián)(約40～60％可用于交聯(lián)的部位實際被用于交聯(lián)反應中并且可能有相當程度分子間和分子內(nèi)交聯(lián)發(fā)生在橡膠化合物本身之間)，那么凝膠將變得比較稠厚和更“像固體”。
胺和氨基樹脂是那些在樹脂骨架的任何部分上包含至少一個胺取代基的樹脂。胺和氨基樹脂也是由脲、硫脲、蜜胺或混雜化合物與醛，特別是甲醛的反應衍生的合成樹脂。典型和本發(fā)明設想的胺基樹脂是伯胺樹脂、仲胺樹脂、叔胺樹脂、縮水甘油基胺環(huán)氧樹脂、烷氧基芐基胺樹脂、環(huán)氧胺樹脂、蜜胺樹脂、烷基化蜜胺樹脂和蜜胺-丙烯酸樹脂。蜜胺樹脂特別有用，并且是這里所描述的若干設想實施方案中優(yōu)選的，因為a)它們是基于環(huán)的化合物，其中該環(huán)包含3個碳和3個氮原子，b)它們可輕易地與其它化合物和分子通過縮合反應結合，c)它們能與其它分子和化合物起反應來促進鏈增長和交聯(lián)，d)它們比脲樹脂更耐水和耐熱，e)它們可作為水溶性糊漿或者作為可分散在水中的不溶性粉末使用，以及f)它們具有高熔點(大于325℃，并且相對地不可燃)。烷基化蜜胺樹脂，例如，丁基化蜜胺樹脂、丙基化蜜胺樹脂、戊基化蜜胺樹脂、己基化蜜胺樹脂等通過在樹脂生成期間結合進烷基醇而生成。這些樹脂可溶于漆和瓷漆溶劑以及表面涂料。
準備分散到熱界面元件或其混合物中的熱填料顆粒有利地應具有高導熱率。合適的填料材料包括金屬，例如，銀、鎵、銅、鋁及其合金；以及其它化合物，例如，氮化硼、氮化鋁、涂布銀的銅、涂布銀的鋁、導電聚合物和碳纖維。熱填料顆粒也可包含焊料材料，例如，銦、錫、鉛、銻、碲、鉍或包含至少一種上面提到的金屬的合金。氮化硼和銀，或氮化硼和銀/銅的組合也提供提高的導熱率。至少20wt％的氮化硼與至少約60wt％的銀特別有用。優(yōu)選的是，使用導熱率大于約20，最優(yōu)選至少約40W/m℃的填料。最佳的是，具有不小于約80W/m℃導熱率的填料。
關于這一點要知道，除非另行指出，所有在本說明和權利要求中用來表示成分、組分的量、反應條件等的數(shù)字在任何情況下都應理解為帶有術語“大約”修飾。因此，除非明確地指出與此相反，在本說明和所附權利要求中給出的數(shù)字參數(shù)是大約的，都可變化，取決于本文呈現(xiàn)的主題想要取得的要求性能。至少說，和不是試圖限制權利要求范圍等價物的原則的用途，每個數(shù)字參數(shù)應至少視為所給出的有效數(shù)字的數(shù)目和通過應用一般的約數(shù)技術得到的數(shù)字。盡管給出本文呈現(xiàn)的主題的寬廣數(shù)字范圍和參數(shù)都是近似的，但在具體實施例中給出的數(shù)值卻力求精確。然而，任何數(shù)值內(nèi)包含某些必然由其各自試驗測定中存在的標準偏差導致的誤差。
這里所使用的術語“金屬”是指在元素周期表的d-塊和f-塊中的那些元素，加上那些具有類似金屬性質的元素，例如，硅和鍺。本文所使用的術語“d-塊”是指其圍繞元素核的填充3d、4d、5d和6d軌道電子的那些元素。本文所使用的術語“f-塊”是指其具有圍繞元素核的填充4f和5f軌道電子的那些元素。優(yōu)選的金屬包括銦、銀、銅、鋁、錫、鉍、鎵及其合金，涂布銀的銅，和涂布銀的鋁。術語“金屬”也包括合金、金屬/金屬復合材料、金屬陶瓷復合材料、金屬聚合物復合材料，乃至其它金屬復合材料。這里所使用的術語“化合物”是指可通過化學方法拆開成為元素的恒定組成的物質。
效力特別高的是包含被稱之為“蒸汽生長碳纖維”(VGCF)的特殊形式碳纖維的填料，例如由應用科學公司(Cedarville，俄亥俄)銷售的VGCF，或“碳微纖維”是通過熱處理得到的高度石墨化(graphized)的類型(導熱率＝約1900W/m℃)。加入約0.5wt％碳微纖維就將顯著增加導熱率。此種纖維以各種不同長度和直徑的形式供應；即，約1mm至數(shù)十厘米(cm)長和從不到約0.1到約100μm直徑。一種有用的VGCF形式的直徑不大于約1μm，且長度介于約50～100μm，并具有相當于其它直徑大于約5μm的普通碳纖維約2或3倍大的導熱率。
要將大量VGCF結合到聚合物系統(tǒng)和界面元件和系統(tǒng)，例如上面已經(jīng)討論過的氫化橡膠和樹脂組合中是困難的。當碳微纖維，例如(約1μm或更小)被加入到聚合物中時，它們不能很好地混合，主要因為必須在聚合物中加入大量纖維才能在導熱率上獲得任何明顯的好處。然而，我們發(fā)現(xiàn)，相對大量碳微纖維可加入到已經(jīng)具有相對大量其它傳統(tǒng)填料的聚合物系統(tǒng)中。當與其它可單獨加入到聚合物中的纖維一起加入時較大量碳微纖維可加入到聚合物中，從而在改善熱界面元件的導熱率上提供較大的好處。理想的是，碳微纖維對聚合物的比例介于約0.05～0.50(重量)。
一旦制備了包含至少一種橡膠化合物、至少一種交聯(lián)劑或交聯(lián)劑化合物，和至少一種導熱填料的熱界面元件后，必須將其組成與電子元件、供應商或電子產(chǎn)品的需要進行比較以確定是否需要額外的相變材料來改變組合物的某些物理性能。具體地說，如果對元件或產(chǎn)品的需要要求該組合物或界面材料呈“軟凝膠”形式或一定程度液體形式，則可能不需要加入額外的相變材料。然而，如果元件、分層材料或產(chǎn)品要求該組合物或材料更像固體，則應加入至少一種相變材料。
這里想到的相變材料包含蠟、聚合物蠟或其混合物，例如，石蠟。石蠟是一種通式為CnH2n+2并具有約20℃-100℃范圍的熔點的固態(tài)烴的混合物。某些設想熔點的例子為約45℃和60℃。熔點在這一范圍的熱界面元件是PCM45和PCM60HD——均為Honeywe11國際公司制造。典型聚合物蠟是聚乙烯蠟、聚丙烯蠟，其熔點范圍從約40℃到160℃。
PCM45具有約3.0W/mK的導熱率，約0.25℃cm2/W(0.0038℃cm2/W)的熱阻，通常以約0.0015英寸(0.04mm)的厚度應用，并包含約5～30psi(塑性流動狀態(tài)(under))的典型柔軟性。PCM45的典型特性是a)超高斂集密度(packaging density)——高于80％，b)導熱填料，c)極低的熱阻，和如上面提到的，d)約45℃的相變溫度。PCM60HD的導熱率為約5.0W/mK，熱阻為約0.17℃cm2/W(0.0028℃cm2/W)，通常以約0.0015英寸(0.04mm)的厚度應用，并包含約5～30psi的柔軟性(塑性流動下)。PCM60HD的典型特性是a)超高斂集密度——高于80％，b)導熱填料，c)極低的熱阻，和如上面提到的，d)約60℃的相變溫度。TM350(一種不含相變材料并由Honeywe11國際公司制造的熱界面元件)的導熱率為約3.0W/mK，熱阻為約0.25℃cm2/W(0.0038℃cm2/W)，通常以約0.0015英寸(0.04mm)的厚度施加，并包含約5～30psi的柔軟性(塑性流動下)。TM350的典型特性是a)超高斂集密度——高于80％，b)導熱填料，c)極低的熱阻，d)約125℃的固化溫度，和e)可配非-硅酮基熱凝膠。
然而，石蠟基相變材料存在若干缺點。單靠它們自身，它們可能非常脆弱和難以操作。它們也具有在熱循環(huán)期間被從它們所施涂的設備間隙中擠出的傾向，非常像脂。這里所描述的橡膠-樹脂改性石蠟聚合物蠟系統(tǒng)則克服了這些問題，并提供在操作容易方面的顯著改善，能制成柔性帶或固體層的形式，且不會在壓力下壓出或流出。雖然該橡膠-樹脂-蠟混合物可具有相同或相近的溫度，但它們的熔體粘度高得多，并且不容易移動。況且，橡膠-蠟-樹脂混合物可設計成自交聯(lián)的，從而保證在某些用途中杜絕擠出的問題。想到的相變材料的例子是馬來化(malenized)石蠟、聚乙烯-馬來酐蠟和聚丙烯-馬來酐蠟。橡膠-樹脂-蠟混合物將在約50℃～150℃之間的溫度在功能意義上成形，從而形成交聯(lián)的橡膠-樹脂網(wǎng)絡。
也有利的是，將附加填料、物質或顆粒，例如，填料顆粒、潤濕劑或抗氧化劑結合到熱界面元件中?？蓪⒒旧锨蛐翁盍项w粒加入到熱界面元件中以使斂集密度最大化。另外，基本上球形等的形狀之類特性也將提供在壓實期間對厚度的控制。該橡膠材料中使用的填料的典型粒度介于約1～20μm，約21～40μm，約41～60μm，約61～80μm和約81～100μm，最大約100μm。
填料顆粒的分散可通過加入官能有機金屬耦合劑或“潤濕劑”如有機硅烷、有機鈦酸酯、有機鋯等來實現(xiàn)。有機鈦酸酯起潤濕促進劑的作用以降低糊料的粘度和增加填料的填充量?？墒褂玫挠袡C鈦酸酯是鈦酸異丙基三異十八烷基酯。有機鈦酸酯的一般結構是RO-Ti(OXRY)，其中RO是可水解基團，X和Y是粘合劑官能團。
也可加入抗氧化劑，以抑制固化橡膠凝膠或固體熱界面元件的氧化和熱降解。有用的典型抗氧化劑包括Irganox1076，一種酚型，或Irganox565，一種胺型(約0.01％～約1wt％)，由Ciba Giegy公司(Hawthome，N.Y.)供應。典型的固化加速劑包括叔胺，例如，二癸烷乙基胺(didecylanethylamine)(約50ppm～0.5wt％)。
在熱界面元件中還可加入至少一種催化劑，以促進至少一種橡膠化合物、至少一種胺基樹脂、至少一種相變材料，或所有這三者之間的交聯(lián)或鏈反應。在這里使用的術語“催化劑”是指，顯著影響化學反應的速度而本身不消耗或發(fā)生化學變化的物質或條件。催化劑可以是無機、有機或有機基團與金屬鹵化物的組合。盡管不是物質，但光和熱也可起催化劑的作用。在設想的實施方案中，該催化劑是酸。在另一種設想的實施方案中，該催化劑是有機酸，例如，羧酸，乙酸、甲酸、苯甲酸、水楊酸，二羧酸，草酸、鄰苯二甲酸、癸二酸、己二酸，油酸、棕櫚酸、硬脂酸、苯基硬脂酸、氨基酸和磺酸。
一種成形這里公開的熱界面元件的方法包括a)提供至少一種飽和橡膠化合物、b)提供至少一種交聯(lián)劑或交聯(lián)劑化合物，例如，胺基樹脂，c)交聯(lián)該至少一種飽和橡膠化合物和至少一種交聯(lián)劑或交聯(lián)劑化合物從而形成交聯(lián)橡膠-樹脂混合物，d)加入至少一種導熱填料到該交聯(lián)橡膠-樹脂混合物中，以及e)加入潤濕劑到交聯(lián)的橡膠樹脂混合物中。該方法還可進一步包括加入至少一種相變材料到交聯(lián)的橡膠-樹脂混合物中。如同這里所討論的，液體和固體熱界面元件可采用該設想的方法成形，連同帶、電子元件、半導體元件、分層材料和電子和半導體產(chǎn)品皆可。
本發(fā)明熱界面元件可制成可配液體糊料以便采用分配方法(例如，網(wǎng)印或鏤空模版印刷)應用并根據(jù)要求固化。也可制成高度柔順的、固化的、彈性體薄膜或者片材，用于預加在界面，例如，受熱器。它也可提供和制成可通過任何適當分配方法施加到表面上的軟凝膠或液體。再有，該熱界面元件可制成可直接涂布在界面表面或電子元件上的帶。
為說明熱界面元件的幾種實施方案，通過下面實施例A到F中描述的組分的混合制備了若干樣品。如表中所示，組合物的性質，包括粘度、產(chǎn)品形式、熱阻抗、彈性模量和導熱率也一并給出。
所示實施例包括一種或多種任選附加物，例如，抗氧化劑、潤濕促進劑、固化加速劑、減粘劑和交聯(lián)助劑。此類附加物的用量可變化，但一般地，它們可按照以下有用的近似數(shù)量(wt％)存在總量(填料加橡膠)的最高約95％的填料；潤濕促進劑(總量的)約0.1～1％；抗氧化劑<p>

表4

表5

如前面提到的，其它設想的焊料材料包含鍍到熱擴散器上的合金。這些設想的實施方案中使用的合金材料可以是稀合金和/或硅化物生成劑的那些合金，例如，鈀、鉑、銅、鈷、鉻、鐵、鎂、錳、鎳和某些實施方案中，鈣。這些合金的設想的濃度為合金的約100ppm～約5％。
在其它設想的實施方案中，該合金包括能改進合金對熱擴散器的潤濕性的元素、材料、化合物和組合物。應當理解，在本申請中，合金潤濕性的改善包括減少表面氧化物的數(shù)量。適合改善潤濕性的元素是金、鈣、鈷、鉻、銅、鐵、錳、鎂、鎵、鉬、鎳、磷、鈀、鉑、錫、鉭、鈦、釩、鎢、鋅和/或鋯。
焊料材料和基于焊料材料的熱材料可以任何形式之一和任何合適的方式沉積，包括以糊料的形式或純金屬的形式沉積該材料，以及通過電鍍或通過印刷液體形式的焊料材料，或者通過將材料的預制品固定到下層基材上沉積該材料。
一旦沉積了熱界面層，要知道，它將具有比傳統(tǒng)熱粘合劑和其它熱層高的導熱率。附加層，例如，金屬化硅模板(die)可直接焊接在該熱互連層上，而不需要使用諸如為除掉材料，如鎳，的氧化物以便產(chǎn)生熱擴散器而使用的腐蝕性助熔劑。
還可生產(chǎn)/制備另一種合適的界面材料，它包含樹脂混合物和至少一種焊料材料。此種樹脂材料可包含任何合適的樹脂材料，但優(yōu)選的是，樹脂材料是基于硅酮的，包含一種或多種化合物如乙烯基硅酮、乙烯基Q樹脂、氫化物官能硅氧烷和鉑-乙烯基硅氧烷。焊料材料可包含任何合適的焊料材料，例如，前面描述過的那些，或者包括銦、銀、銅、鋁、錫、鉍、鎵及其合金的金屬，涂布銀的銅和涂布銀的鋁，但優(yōu)選的是，焊料材料包含銦或基于銦的化合物。
基于焊料材料的界面材料，如本文所述，具有直接涉及使用和元件工程學的幾個優(yōu)點a)該界面材料/聚合物焊料材料可用來充填約2mm或更小數(shù)量級的間隙以及約2密耳或更小數(shù)量級的非常小的間隙，b)在這些非常小，乃至較大的間隙中，該界面材料/聚合物焊料材料可高效地傳熱，不像大多數(shù)傳統(tǒng)焊料材料那樣，以及c)該界面材料/聚合物焊料材料可輕易地結合到微元件、用于衛(wèi)星的元件，以及非常小的電子元件中。
含樹脂的界面材料和焊料材料，尤其是也可具有適當熱填料的含硅酮樹脂的那些，能表現(xiàn)出小于約0.5cm2℃/w的熱容。不像熱脂那樣，該材料的熱性能在經(jīng)過IC器件中的熱循環(huán)或流動循環(huán)以后不下降，因為液體硅酮樹脂在熱活化后將交聯(lián)成為軟凝膠。
含樹脂，例如，硅酮樹脂的界面材料和聚合物焊料材料不會像熱脂那樣會在使用中“被擠出”，并且不會在熱循環(huán)期間表現(xiàn)出界面脫層。該新材料可制成采用分配方法(dispensing methods)施涂，隨后根據(jù)要求固化的可配液體糊料形式。它也可作為高度柔順、固化，可能是可交聯(lián)的彈性體薄膜或片材用于預施加在界面表面，例如，受熱器。有利的是，采用具有大于約2，優(yōu)選至少約4w/m℃的導熱率的填料。最佳地，要求具有不小于10w/m℃導熱率的填料。該界面材料強化了高功率半導體器件的散熱。該糊料可以配制成官能硅酮樹脂和熱填料的混合物。
乙烯基Q樹脂是一種活化固化特種硅酮橡膠，具有以下基礎聚合物結構 乙烯基Q樹脂也是一種加成固化彈性體用的透明增強添加劑。具有至少約20％Q-樹脂的乙烯基Q樹脂分散體的例子是VQM-135(DMS-V41 Base)、VQM-146(DMS-V46 Base)和VQX-221(50％按二甲苯基計)作為例子，可制成一種如下組成的設想的硅酮樹脂混合物

該樹脂混合物可在室溫或在高溫固化而生成柔順彈性體。反應是乙烯基官能硅氧烷在催化劑，如鉑的絡合物或鎳的絡合物存在下被氫化物官能硅氧烷氫化硅烷化(加成固化)的過程。優(yōu)選的鉑催化劑是SIP6830.0、SIP6832.0以及鉑-乙烯基硅氧烷。
設想的乙烯基硅酮的例子包括分子量為約10000～50000的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。氫化物官能硅氧烷的例子包括分子量為約500～5000的甲基氫化硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。物理性質可從在非常低交聯(lián)密度下的非常軟的凝膠材料到較高交聯(lián)密度的堅韌彈性體網(wǎng)絡。
設想的如前面所公開的分散在樹脂混合物中的焊料材料是一種任何適合要求用途的焊料材料。幾種想到的焊料材料是銦錫(InSn)絡合物、銦銀(InAg)絡合物和合金，銦-基化合物、錫銀銅絡合物(SnAgCu)、錫鉍絡合物和合金(SnBi)，以及鋁-基化合物和合金。這些當中，尤其想用的焊料材料是包含銦的那些材料。
正如前面所描述的熱界面材料和元件的情況一樣，熱填料顆?？煞稚⒌皆摌渲旌衔镏?。如果熱填料顆粒在該樹脂混合物中存在，則這些填料顆粒應有利地具有高導熱率。合適的填料包括銀、銅、鋁及其合金；氮化硼、鋁球、氮化鋁、涂布銀的銅、涂布銀的鋁、碳纖維和涂布有金屬、金屬合金、導電聚合物的碳纖維，或其它復合材料。氮化硼和銀，或氮化硼和銀/銅的組合也提供強化的導熱率。至少約20wt％的氮化硼、至少約70wt％的鋁球和至少約60wt％的銀，特別有用。
特殊效力的是包含被稱之為“蒸汽生長碳纖維”(VGCF)的特殊形式碳纖維的填料，例如由應用科學公司(Cedarville，俄亥俄)銷售的VGCF，或“碳微纖維”是通過熱處理得到的高度石墨化的類型(導熱率＝約1900W/m℃)。加入約0.5wt％碳微纖維就將顯著增加導熱率。此種纖維以各種不同長度和直徑的形式供應；即，約1mm至數(shù)十厘米長和從不到約0.1到約100μm直徑。一種有用的VGCF形式的直徑不大于約1μm，且長度介于約50-100μm，并具有相當于其它直徑大于約5μm的普通碳纖維約2或3倍大的導熱率。
也可能有利的是引入基本上球形的填料顆粒以最大化斂集密度。另外，基本上球形等的形狀之類也將提供在壓實期間對厚度的控制。填料顆粒的分散可通過加入官能有機金屬耦合劑或潤濕劑，如有機硅烷、有機鈦酸酯、有機鋯等來促進。有機金屬耦合劑，尤其是有機鈦酸酯也可用來在施涂過程期間促進焊料材料的熔融。在樹酯材料中用于填料的典型粒度介于約1～20μm，最大約100μm。
為說明本發(fā)明，通過下面實施例A到J中描述的組分的混合制備了若干樣品。所示實施例包括一種或多種任選附加物，例如，潤濕促進劑。此類附加物的用量可變化，但一般地，它們可按照以下有用的近似數(shù)量(wt％)存在總量(填料加樹脂)的最高約95％的填料；潤濕促進劑(總量的)約0.1～5％；和附著促進劑(總量的)約0.01～1％。應當指出，至少約0.5％碳纖維的加入能顯著增加導熱率。這些實施例還展示所設想的混合物的各種不同物理-化學測定值。

組分有機鈦酸酯、InSn、InAg、In、SnAgCu、SnBi和Al以重量百分率或wt％給出。
實施例A不含焊料材料，作為對照例給出。有機鈦酸酯不僅起潤濕促進劑的作用而且作為助熔劑以促進應用期間焊料材料的熔融。
這些實施例的焊料材料組成如下InSn＝約52％In(重量)和約48％Sn(重量)，熔點為約118℃；InAg＝約97％In(重量)和約3％Ag(重量)，熔點為約143℃；In＝約100％銦(重量)，熔點157℃；SnAgCu＝約94.5％錫(重量)、約3.5％銀(重量)和約2％銅(重量)，熔點為約217℃；SnBi＝約60％錫(重量)和約40％鉍(重量)，熔點為約170℃?？梢钥闯?，其它包含不同組分百分數(shù)的組成也可從本發(fā)明的主題中派生出來。
加工溫度如下實施例A～E＝約150℃，持續(xù)約30min；實施例F、J和I＝約200℃，持續(xù)約30s和約150℃持續(xù)約30min；實施例G和H＝約240℃持續(xù)約30秒鐘和約150℃持續(xù)約30min。
熱擴散器元件或熱擴散元件(熱擴散器和熱擴散在這里互換使用并具有相同普通含義)一般地包含至少一種金屬或金屬基基礎材料，如鎳、鋁、銅或AlSiC。任何合適的金屬或金屬基基礎材料都可在這里用作熱擴散器，只要該金屬或金屬基基礎材料可傳遞電子元件產(chǎn)生的部分或全部熱量。設想的熱擴散器元件的具體例子示于下面的實施例一節(jié)。
熱擴散器元件可制成，例如，卷材或沖壓的，具有任何合適的厚度，取決于電子元件、供應商的需要，只要熱擴散器元件能充分地完成散去周圍電子元件產(chǎn)生的部分或全部熱量。設想的厚度包含約0.25mm～約6mm的厚度。尤其優(yōu)選的熱擴散器元件的厚度介于約1mm～約5mm。
一種成形所設想的分層熱元件的方法包括a)提供至少一種熱界面元件；b)提供至少一種熱擴散器元件；和c)物理地耦合該熱界面元件和熱擴散器元件。
熱界面元件和熱擴散器元件可單個地制備并通過采用本文前面所描述的方法提供。隨后，將這兩種元件物理地耦合產(chǎn)生一種分層的界面材料。這里所使用的術語“界面”是指在兩個物質或空間部分之間形成邊界的耦合或鍵合。界面可包含兩個物質部分或元件的物理附著或物理耦合，或兩個物質部分或元件之間的物理引力，包括鍵合力如共價鍵和離子鍵，以及非鍵合力如范德華、靜電、庫侖、氫鍵和/或磁引力。如這里所描述的這兩個元件還可以由施加一個元件到其它元件表面上來達到物理地耦合。
隨后可將分層的熱元件施加到基材、另一個表面或另一個分層元件上。設想的電子元件包含分層熱元件、基材層和至少一個附加層。該分層熱元件包含熱擴散器元件和熱界面元件。本文設想的基材可包含任何理想的基本為固體的材料。特別理想的基材層將包含薄膜、玻璃、陶瓷、塑料、金屬或涂布金屬，或者復合材料。在優(yōu)選的實施方案中，基材包含硅或砷化鍺模板或晶片表面、封裝表面，例如，在銅、銀、鎳或金鍍層的引線框中發(fā)現(xiàn)的那種，銅表面，例如，在電路板或封裝互聯(lián)接線板(trace)、通孔壁(via-wall)或硬化劑界面(“銅”包括裸銅及其氧化物的考慮)、基于聚合物的封裝或板界面，例如，在聚酰亞胺基柔性封裝中發(fā)現(xiàn)的那種、引線或其它金屬合金焊料材料球表面、玻璃和聚合物如聚酰亞胺。當考慮內(nèi)聚性界面時“基材”甚至可定義為另一種聚合物材料。在更優(yōu)選的實施方案中，基材包含封裝和電路板工業(yè)中普遍采用的材料，例如，硅、銅、玻璃和其它聚合物。
附加材料層可耦合到該分層界面材料上以便繼續(xù)建造分層元件和印刷電路板。已想到，附加層將包含類似于這里已描述過的那些，包括金屬、金屬合金、復合材料、聚合物、單體、有機化合物、無機化合物、有機金屬化合物、樹脂、粘合劑和光學波導材料。
層壓材料或包層材料的一層可根據(jù)該元件要求的規(guī)范耦合到該分層界面材料上。層壓材料一般考慮的是纖維增強的樹脂介電材料。包層材料是層壓材料的一個子類，當制造中將金屬或其它材料如銅結合到層壓材料中時就制成了包層材料。(Harper，Charles A.，《電子封裝和互連手冊》第二版，McGraw-Hill(紐約)1997。)旋涂(spin-on)層和材料也可加入到分層界面材料和隨后的層中。旋涂疊層薄膜描述在Michael E.Thomas的“低keff電介質用旋涂疊層薄膜”，《固態(tài)技術》(2001-07)，在此全文收入本文作為參考。
本文描述的所設想的熱界面元件、分層界面材料和熱擴散器元件的應用包括將該材料和/或元件結合到另一分層材料、電子元件或成品電子產(chǎn)品中。這里所想到的電子元件通常認為包含任何可用于電子有關的產(chǎn)品中的分層元件。所設想的電子元件包含電路板、封裝芯片、隔板、電路板的電介質元件、印刷接線板和其它電路板的元件，例如，電容器、電感器和電阻器。
電子基產(chǎn)品可以是，就它們立即可用于工業(yè)中或供其它消費者使用的意義上的“成品”。消費制成品的例子是電視機、電腦、手機、呼機、掌中寶、便攜收音機、汽車立體聲和遙控器。還想到“中間產(chǎn)品”，例如，電路板、封裝芯片和鍵盤這樣一些可用在制成品中的器件。
電子產(chǎn)品還包含處于從概念模型到最終放大/模擬的研發(fā)任何階段的原型(prototype)元件。原型可包含也可不含預定在制成品中的實際元件，而原型則可具有某些元件是由復合材料之外制成，以便在正處于初始試驗期間消除它們對其它元件的初始效應。
實施例下面的實施例顯示預組裝這里所公開的幾種分層材料的基本程序和試驗機理。試驗參數(shù)和討論用鎳作為熱擴散器元件。然而，要知道，任何合適的熱擴散器元件都可用于本申請和分層材料。還有，PCM45在這里的實施例中被用作代表性相變材料，然而，要知道，任何合適的相變材料元件都可用于本文所公開的主題。
實施例1組裝的基本程序設備熱隧道，冰箱。
適當夾具，用于定位元件和壓制PCM材料。
用品膠乳、不沾灰手套。不要使用(藍色)丁腈膠手套，因為它們將玷污鍍鎳表面。
抹布異丙醇材料熱擴散器元件預切PCM材料或合適的相變材料，按照供應商和/或制造商的說明夾具(特殊夾具，優(yōu)選尼龍，用于元件和PCM材料)安全和環(huán)境安全眼鏡當操作任何類型傳送帶時，永遠切記手要離開任何夾手的地方說明在施加PCM材料之前，抽出32塊元件的隨機樣品，用于送到外面檢查。
只使用已經(jīng)通過類似于這里所討論的那些的檢查標準的相變材料；從室溫開始，相變材料如PCM45。如果頂和底剝離襯里都過早脫落，以30℃加熱PCM材料約0.5h以上。
確?；臏囟却笥诩s21℃。
按照以下說明施加相變材料到元件上 揭去剝離襯里(優(yōu)選短的)以露出相變材料以便將該材料施加到元件上。
找出元件上的對齊標記，施加相變材料并以手指輕壓。
將組合零件送過熱隧道以便將其出口溫度升高到約48～約60℃之間。停留時間可介于約30～60s。
對PCM45施加輕手指壓力以確保完全固定。
冷凍至低于約-10℃，持續(xù)約10min以上。
揭去頂部襯里。
肉眼檢查組合零件的瑕疵 放到托盤上質量要求取樣計劃施加后檢查每個元件的定位和外觀要求。
檢查說明在離眼睛1倍，12英寸～14英寸的距離，肉眼觀察PCM材料以確保位置和外觀標準。
接受/剔除標準肉眼檢查圍繞材料邊緣的任何變形。又，再次檢查基材的沾污和或劃痕，對照元件的相關加工精細程度標準，注如果出現(xiàn)此類不通過，則需要將零件留在冰箱中更長時間相變材料元件施加的修整可對未通過目測檢查的相變材料元件立即修整。
用塑料刮刀從元件上除掉剔除的相變材料。
用異丙醇和抹布除掉任何粘合劑。
返回到說明的第二步，提供一個相變材料元件。
實施例2組裝的基本程序設備熱隧道，冰箱。
適當夾具，用于定位元件和壓制PCM材料。
用品膠乳、不沾灰手套。不要使用(藍色)丁腈膠手套，因為它們將玷污鍍鎳表面。
抹布異丙醇材料熱擴散器元件預切聚合物焊料材料，按照供應商和/或制造商說明夾具(特殊夾具，優(yōu)選尼龍，用于元件和聚合物焊料材料)安全和環(huán)境安全眼鏡當操作任何類型傳送帶時，永遠切記手要離開任何夾手的地方。
說明在施加聚合物焊料材料之前，抽出32塊元件的隨機樣品，用于送到外面檢查。
只使用已經(jīng)通過類似于這里所討論的那些檢查標準的聚合物焊料材料；從室溫開始，聚合物焊料材料。如果頂和底剝離襯里都過早脫落，以30℃加熱聚合物焊料材料約0.5h以上。
確?；臏囟却笥诩s21℃。
按照以下說明施加聚合物焊料材料到元件上 揭去剝離襯里(優(yōu)選短的)以露出聚合物焊料材料以便將該材料施加到元件上。
找出元件上的對齊標記，施加聚合物焊料材料并以手指輕壓。
將組合零件送過熱隧道以便將其出口溫度升高到約48～約60℃之間。停留時間可介于約30～60s。
對聚合物焊料材料施加輕手指壓力以確保完全固定。
冷凍至低于約-10℃，持續(xù)10min以上。
揭去頂部襯里。
肉眼檢查組合零件的瑕疵 放到托盤上質量要求取樣計劃施加后檢查每個元件的定位和外觀要求。
檢查說明在離眼睛1倍，12英寸～14英寸的距離，肉眼現(xiàn)察聚合物焊料材料以確保位置和外觀標準。
接受/剔除標準肉眼檢查圍繞材料邊緣的任何變形。又，再次檢查基材的沾污和或劃痕，對照元件的相關加工精細程度標準，
注如果出現(xiàn)此類不通過，則需要將零件留在冰箱中更長時間聚合物焊料材料元件施加的修整可對未通過目測檢查的聚合物焊料材料元件立即修整。
用塑料刮刀從元件上除掉剔除的聚合物焊料材料。
用異丙醇和抹布除掉任何粘合劑。
返回到說明的第二步，提供一個聚合物焊料元件。
實施例3組裝的基本程序設備熱隧道，冰箱。
適當夾具，用于定位元件和壓制焊料材料/焊劑糊料。
用品膠乳、不沾灰手套。不要使用(藍色)丁腈膠手套，因為它們將玷污鍍鎳表面。
抹布異丙醇材料熱擴散器元件預成型焊料材料或焊劑糊料，按照供應商和/或制造商說明夾具(特殊夾具，優(yōu)選尼龍，用于元件和焊料材料/焊劑糊料)安全和環(huán)境安全眼鏡當操作任何類型傳送帶時，永遠切記手要離開任何夾手的地方。
說明在施加任何焊料材料/焊劑糊料之前，抽出32塊元件的隨機樣品，用于送到外面檢查。確?；臏囟却笥诩s21℃。
按照以下說明施加焊料材料/焊劑糊料到元件上 找出元件上的對齊標記，施加相變材料并以手指輕壓。
在焊料材料/焊劑糊料頂面放上重物或夾子。
將組合零件送過熱隧道(在氮氣氣氛中)以便將其出口溫度升高到約170～約200℃之間。停留時間可介于約2～5min。
肉眼檢查組合零件的瑕疵 放到托盤上在焊料材料/焊劑糊料施加中可以也可以不采用助熔劑。如果采用助燃劑，則應在以后增加清潔步驟，以便從元件上清理掉助溶劑。
質量要求取樣計劃施加后檢查每個元件的定位和外觀要求。
檢查說明在離眼睛1倍，12英寸～14英寸的距離，肉眼觀察焊料材料/焊劑糊料以確保位置和外觀標準。
接受/剔除標準肉眼檢查圍繞材料邊緣的任何變形。又，再次檢查基材的沾污和或劃痕，對照元件的相關加工精細程度標準。
如本文所討論的，該熱互連系統(tǒng)、熱界面和界面材料在多方面具有優(yōu)勢。一方面是，熱擴散器元件和界面材料具有在熱擴散器元件和界面材料之間界面的優(yōu)異潤濕，且該界面潤濕能耐受最極端的條件。第二方面是，這里所公開和討論的熱擴散器元件/熱界面材料組合能減少封裝所需要的步驟數(shù)目——因為在接收它之前已對其進行了預組裝和質量檢查。元件的預組裝還可減少與之相聯(lián)系的消費者支付的花費。第三方面是，熱擴散器元件和熱界面材料可設計成“一起工作”，以便最小化熱擴散器元件和熱界面材料特定組合的界面熱阻。
至此，已公開了熱互連和界面材料的特定實施方案和應用。然而，要知道，對于本領域技術人員來說，除了已經(jīng)描述的以外，在不偏離本發(fā)明概念的條件下尚可能有更多的修改方案。因此，本發(fā)明的創(chuàng)新主題，除了所附權利要求之外不受任何限制。在解釋本說明和權利要求中，所有術語都應按照與上下文一致的盡可能寬的方式加以解釋。具體地說，術語“包含”應解釋為以不排他的方式指要素、組分和步驟，指出，優(yōu)選的要素、組分或步驟可能存在，或采用，或者與其它并未明確表述的要素、組分或步驟相組合。
權利要求
1.一種分層熱元件，包含至少一種熱界面元件；和與該熱界面元件耦合的至少一種熱擴散器元件。
2.權利要求1的分層熱元件，其中至少一種熱界面元件包含可交聯(lián)材料。
3.權利要求1的分層熱元件，其中至少一種熱界面元件包含至少一種橡膠化合物和至少一種導熱填料。
4.權利要求3的分層熱元件，其中至少一種熱界面元件還包含至少一種交聯(lián)劑部分、至少一種交聯(lián)化合物或至少一種交聯(lián)樹脂。
5.權利要求4的分層熱元件，其中至少一種交聯(lián)劑部分、至少一種交聯(lián)劑化合物或至少一種交聯(lián)樹脂包含胺基樹脂或胺-基化合物。
6.權利要求3的分層熱元件，其中至少一種橡膠化合物包含至少一個端羥基基團。
7.權利要求3或6之一的分層熱元件，其中至少一種橡膠化合物包含至少一個仲、叔或其它內(nèi)部羥基基團。
8.權利要求1的分層熱元件，其中至少一種熱界面元件包含至少一種焊料材料。
9.權利要求8的分層熱元件，其中至少一種焊料材料包含糊料。
10.權利要求8的分層熱元件，其中至少一種焊料材料包含下列材料至少之一銦、銅、銀、鋁、鎵、錫或鉍。
11.權利要求8的分層熱元件，其中至少一種熱界面元件還包含至少一種樹脂元件。
12.權利要求11的分層熱元件，其中至少一種樹脂元件包含硅酮化合物。
13.權利要求12的分層熱元件，其中硅酮化合物包含乙烯基Q樹脂或乙烯基硅酮。
14.權利要求11的分層熱元件，其中至少一種焊料材料包含下列材料至少之一銦、錫、銀、鉍或鋁。
15.權利要求11的分層熱元件，還包含交聯(lián)添加劑。
16.權利要求15的分層熱元件，其中交聯(lián)添加劑包含硅氧烷化合物。
17.權利要求16的分層熱元件，其中硅氧烷化合物包含氫化物官能硅氧烷化合物。
18.權利要求1的分層熱元件，其中至少一種熱擴散器元件包含至少一種金屬或金屬基基礎材料。
19.權利要求18的分層熱元件，其中至少一種金屬或金屬基基礎材料包含鎳、鋁或銅。
20.權利要求19的分層熱元件，其中至少一種金屬或金屬基基礎材料包含AlSiC。
21.權利要求1的分層熱元件，其中至少一種熱擴散器元件的厚度介于約0.25mm～約6mm。
22.權利要求21的分層熱元件，其中至少一種熱擴散器元件的厚度介于約1mm～約5mm。
23.一種成形分層熱元件的方法，包括提供至少一種熱界面元件；提供至少一種熱擴散器元件；以及將至少一種熱界面元件耦合到至少一種熱擴散器元件上。
24.權利要求23的方法，其中至少一種熱界面元件包含可交聯(lián)材料。
25.權利要求23的方法，其中至少一種熱界面元件包含至少一種橡膠化合物和至少一種導熱填料。
26.權利要求25的方法，其中至少一種熱界面元件還包含至少一種交聯(lián)劑部分、至少一種交聯(lián)化合物或至少一種交聯(lián)樹脂。
27.權利要求26的方法，其中至少一種交聯(lián)劑部分、至少一種交聯(lián)化合物或至少一種交聯(lián)樹脂包含胺基樹脂或胺-基化合物。
28.權利要求25的方法，其中至少一種橡膠化合物包含至少一個端羥基基團。
29.權利要求25或28之一的方法，其中至少一種橡膠化合物包含至少一種仲、叔或其它內(nèi)部羥基基團。
30.權利要求23的方法，其中至少一種熱界面元件包含至少一種焊料材料。
31.權利要求30的方法，其中至少一種焊料材料包含糊料。
32.權利要求30的方法，其中至少一種焊料材料包含下列至少之一銦、銅、銀、鋁、鎵、錫或鉍。
33.權利要求30的方法，其中至少一種熱界面元件還包含至少一種樹脂元件。
34.權利要求33的方法，其中至少一種樹脂元件包含硅酮化合物。
35.權利要求34的方法，其中硅酮化合物包含乙烯基Q樹脂或乙烯基硅酮。
36.權利要求33的方法，其中至少一種焊料材料包含下列至少之一銦、錫、銀、鉍或鋁。
37.權利要求33的方法，還包含交聯(lián)添加劑。
38.權利要求37的方法，其中交聯(lián)添加劑包含硅氧烷化合物。
39.權利要求38的方法，其中硅氧烷化合物包含氫化物官能硅氧烷化合物。
40.權利要求23的方法，其中至少一種熱擴散器元件包含至少一種金屬或金屬-基基礎材料。
41.權利要求40的方法，其中至少一種金屬或金屬-基基礎材料包含鎳、鋁或銅。
42.權利要求41的方法，其中至少一種金屬或金屬-基基礎材料包含AlSiC。
43.權利要求23的方法，其中至少一種熱擴散器元件的厚度介于約0.25mm～約6mm。
44.權利要求43的方法，其中至少一種熱擴散器元件的厚度介于約1mm～約5mm。
45.一種電子元件，包含權利要求1的分層熱元件。
46.一種半導體元件，包含權利要求1的分層熱元件。
47.一種電子元件，包含權利要求23的分層熱元件。
48.一種半導體元件，包含權利要求23的分層熱元件。
49.一種成形權利要求1或23的熱界面元件的方法，包括提供至少一種飽和橡膠化合物；提供至少一種胺基樹脂；交聯(lián)該至少一種飽和橡膠化合物和至少一種胺基樹脂，生成交聯(lián)橡膠-樹脂混合物；加入至少一種導熱填料到該交聯(lián)橡膠-樹脂混合物中；以及加入潤濕劑到該交聯(lián)橡膠-樹脂混合物中。
50.權利要求49的方法，還包括加入至少一種相變材料到熱界面材料中。
全文摘要
本文所描述的分層熱元件包括至少一種熱界面元件和與該熱界面元件耦合的至少一種熱擴散器元件。一種成形分層熱元件的方法包括a)提供至少一種熱界面元件；b)提供至少一種熱擴散器元件；以及c)將至少一種熱界面元件物理地耦合到至少一種熱擴散器元件上?？蓪⒅辽僖环N附加層，包括基材層，耦合到分層熱元件上。本文所公開的一種成形熱界面元件的方法，包括a)提供至少一種飽和橡膠化合物；b)提供至少一種胺基樹脂；c)交聯(lián)該至少一種飽和橡膠化合物和至少一種胺基樹脂，生成交聯(lián)橡膠－樹脂混合物；d)加入至少一種導熱填料到該交聯(lián)橡膠－樹脂混合物中；以及e)加入潤濕劑到該交聯(lián)橡膠－樹脂混合物中。該方法還可包括加入至少一種相變材料到熱界面元件中。還可生產(chǎn)一種包含焊料材料的合適的界面材料。另外，可生產(chǎn)一種包含至少一種焊料材料和至少一種樹脂元件的合適的界面材料。
文檔編號H01L23/373GK1681648SQ03821884
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權日2002年7月15日
發(fā)明者N·迪安, P·克諾爾, R·湯森德, M·阮, C·埃迪, D·庫蘭 申請人:霍尼韋爾國際公司