热界面材料和具有此热界面材料的电子组件制造技术

本发明专利技术描述了一种用于将电子部件热耦合到导热构件的热界面材料。该热界面材料包括粘弹性聚合物基体材料、处于基体材料中的可熔焊料粒子以及处于基体材料中的填料粒子。焊料粒子的熔融温度低于选定的温度（例如对于铟的１５７℃），填料粒子的熔融温度明显高于选定的温度（例如对于银的９６１℃）。在不利的热和应力条件下，填料粒子保持所述热界面材料的完整性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于将电子部件热耦合到导热构件的热界面材料，并涉及具有此热界面材料的电子组件。
技术介绍
集成电路被制造在半导体晶片上，所述半导体晶片随后被切割或“划片”成单个的管芯。这样的管芯在集成电路上具有焊块(solder bump)接触。焊块接触被朝下置于封装衬底的接触盘(contact pad)上。通过焊块接触，可以向集成电路和从集成电路提供电子信号。集成电路的运行使其发热。热被传导至此管芯的上表面，并且必须通过传导或对流将热带走，以便为了维持集成电路的功能完整性的目的而使集成电路的温度保持在预定水平之下。通常将散热器置于管芯上方，并且通过诸如导热油脂之类的流体热界面材料使散热器热耦合到管芯上。但是，导热油脂仅仅具有中等的导热性，因此对从管芯到散热器的热传递设置了明显的热障碍。附图说明参照附图，通过示例来描述本专利技术，其中图1是其中热界面材料位于电子部件和导热构件之间的横截面图；图2是在加热并随后冷却热界面材料导致其焊料粒子熔融以及团聚之后类似于图1的视图；图3是包含热界面材料的电子组件的横截面图；以及图4是图示了热界面材料的固化和回流温度曲线的示例的温度对时间的曲线图。具体实施例方式概述附图中的图1示出了热界面材料，所述热界面材料被插入电子部件12和导热构件14之间，并用于将电子部件12热耦合到导热构件14上。热界面材料10包含粘弹性聚合物基体材料16、基体材料16中的可熔焊料粒子18以及基体材料16中的填料粒子20。焊料粒子18的熔融温度低于选定的温度，并且填料粒子20的熔融温度高于选定的温度。当使温度升高到选定温度以上时，焊料粒子18将因此熔化，但填料粒子20将不会熔化。基体材料16可以占热界面材料10重量的1％至20％，并优选占重量的约8％。基体材料16可以是硅氧烷、氨基环氧、丙烯酸酯或烯烃树脂、低粘度乙烯树脂或相变材料，并且优选硅氧烷。焊料粒子18可以占热界面材料10重量的1％至99％，优选占重量的至少5％，并且更加优选的是占重量的25％至90％。焊料粒子18优选具有60℃至300℃的熔融温度。焊料粒子18可以由诸如熔融温度为157℃的铟(In)之类的纯焊料组分制成，或者可以由焊料合金制成，所述焊料合金诸如为低共熔温度为118℃的铟锡(InSn)、低共熔温度为139℃的铟银(InAg)、低共熔温度为217℃的锡银铜(SnAgCu)或者锡银(SnAg)、低共熔温度为203℃的锡铋(SnBi)、熔融温度为60℃至140℃的铟锡铋(InSnBi)或者熔融温度为145℃至165℃的铟钛(InTi)、铟锆(InZr)、铟钛铈硒(InTiCeSe)、铟银钛铈硒(InAgTiSeCe)等。焊料粒子18可以具有0.2至100微米的直径。焊料粒子18可以是精细粒子和粗粒子的混合物。填料粒子20可以占热界面材料10重量的1％至95％，更优选的是占其重量的至少10％。焊料粒子18和填料粒子20加在一起优选占热界面材料10重量的50％至99％，更优选的是占其重量的约92％。填料粒子20(或者是可熔的、不可熔的，或者是陶瓷粒子)优选具有350℃以上的熔融温度，更加优选的是具有800℃至1200℃的熔融温度。填料粒子20优选具有比焊料粒子18的熔融温度高至少100℃的熔融温度，更优选的是具有比焊料粒子18的熔融温度高至少200℃的熔融温度。填料粒子20可以是熔融温度为1084℃的铜(Cu)、镍(Ni)、熔融温度为961℃的银(Ag)、银铜(Ag/Cu)、锡(Sn)和石墨，并且优选熔融温度为660℃的铝(Al)。不可熔填料的示例是氮化硼、氮化铝、碳化硅、氧化铝、石墨、碳纤维、碳纳米管或金刚石。包括有电子部件12、导热构件14和热界面材料10的整个组件被置入加热炉，所述加热炉将组件从室温加热到焊料粒子18熔融以上的温度。如图2所示，焊料粒子18熔化并团聚在一起。焊料粒子18中的精细粒子引发团聚。但是，组件被加热到达的温度被维持在填料粒子20发生熔融的温度以下。组件随后被冷却至焊料粒子18熔融温度以下的温度，因此使它们凝固。将温度进一步降低至高于室温的选定温度，在所述选定温度下基体材料16发生固化。在基体材料16固化的同时，基体材料16的聚合物链之间发生交联以提高其粘弹性。基体材料16可以是诸如相变材料之类的不可固化树脂，所述相变材料在室温下结晶并由此发生凝固。随后将温度进一步降低至室温。在所得到的结构中，焊料粒子18团聚在一起，并具有与电子部件12和导热构件14两者都接触的大的表面积，以便提供一连续的通路，其中通过该连续的通路，热可以从电子部件12通过目前固结的焊料粒子18传导至导热构件14。基体材料16具有吸收材料上的应力的能力。但是，在没有填料粒子20的情况下，热界面材料10在热循环期间和/或当暴露于高湿度下时，可能往往会从电子部件12和导热构件14之间流出。填料粒子20提供了必要的强度，以防止热界面材料10在这样的条件下从电子部件12和导热构件14之间流出。填料粒子20因此在不利的应力和热条件中保持了热界面材料10的完整性。图3图示了包括有电子部件12、导热构件14和热界面材料10的组件30。电子部件12为半导体管芯(此后称为“管芯12”)，所述管芯12具有形成在其下表面中和之上的集成电路。焊块接触32被形成在集成电路上。组件30还包括封装衬底34，所述封装衬底34在其上表面上具有接触盘(没有示出)。将每个接触32置于相应的接触盘上。随后封装衬底34和管芯12的结合件被放入加热炉中以使接触32熔融，然后进行冷却以使接触32将管芯12固定到封装衬底34上。导热构件14由金属或陶瓷制成，并形成金属封盖(cap)的一部分，所述金属封盖具有若干侧边36，所述侧边36从导热构件14的边缘，经过管芯12向下延伸到衬底34。当封盖被置于管芯12上方时，热界面材料10具有如图1所示的形式。只有这时，组件被置于加热炉中以将热界面材料10转变成图2中所示出的形式。示例现在提供热界面材料10的一个示例。基体材料16是占热界面材料10重量8％的硅氧烷。焊料材料18是占热界面材料10重量77％的铟。铟的熔融温度为157℃，并且当在157℃以上的温度下熔融时，不会与硅氧烷发生反应。填料粒子20由铝制成，占热界面材料10重量的15％。焊料粒子18和填料粒子20因此约占热界面材料10重量的92％。铝的熔融温度约为1200℃。填料粒子20因此在比焊料粒子18的熔融温度高1043℃的温度下熔融。管芯12产生热，并且热通过焊料粒子18被传递至导热构件14。管芯12和导热构件14之间的热膨胀差异导致所述材料上的应力，所述应力基本上被粘弹性基体材料16吸收。图4图示了硅氧烷/铟/铝组合物的热循环。将组合物从约30℃的室温加热至约170℃，170℃高于铟的熔融温度，因此铟焊料粒子18熔融。将组合物在170℃下保持约2分钟，也就是说，直到发生充分的团聚为止。然后将组合物冷却至约为125℃的温度，所述125℃的温度低于焊料材料的熔点，而焊料粒子发生凝固。硅氧烷聚合物在125℃下固化约1小时。可以改变固化时间和温度，并且固化时间和温度彼此是相关的。虽然已经描述并在附图中示出了特定的示例性实施例，但是应该理解，这样的实施例仅仅是说明而不是限制本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将电子部件热耦合到导热构件的热界面材料，包含：　　　　粘弹性聚合物基体材料；和　　　　处于所述基体材料中的可熔焊料粒子，所述可熔焊料粒子的熔融温度低于选定的温度。

【技术特征摘要】
US 2001-10-18 10/038,3341.一种用于将电子部件热耦合到导热构件的热界面材料，包含粘弹性聚合物基体材料；和处于所述基体材料中的可熔焊料粒子，所述可熔焊料粒子的熔融温度低于选定的温度。2.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述基体材料占重量的1％至20％。3.如权利要求2所述的热界面材料，其中所述基体材料约占重量的8％。4.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述基体材料选自由硅氧烷，氨基环氧，以及丙烯酸酯，烯烃树脂，低粘度乙烯树脂或相变材料组成的组。5.如权利要求4所述的热界面材料，其中所述基体材料是硅氧烷。6.如权利要求5所述的热界面材料，其中所述焊料粒子占重量的1％至99％。7.如权利要求6所述的热界面材料，其中所述焊料粒子占重量的至少5％。8.如权利要求7所述的热界面材料，其中所述焊料粒子占重量的25％至90％。9.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述焊料粒子选自由In、InSn、InAg、SnAg、SnAgCu、SnBi、InSnBi、InTi、InZr、InTiCeSe和InAgTiSeCe组成的组。10.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述基体材料是硅氧烷，并且当所述焊料粒子熔融时，基本上不与硅氧烷发生反应。11.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述焊料粒子的熔融温度为60℃至300℃。12.如权利要求11所述的热界面材料，其中所述焊料粒子具有约157℃的熔融温度。13.如权利要求1所述的热界面材料，其中所述焊料粒子的宽度为0.2微米至100微米。14.如权利要求1所述的热界面材料，还包括处于所述基体材料中的填料粒子，所述填料粒子的熔融温度高于所述选定的温度。15.如权利要求14所述的热界面材料，其中所述填料粒子占所述热界面材料重量的1％至95％。16.如权利要求15所述的热界面材料，其中所述填料粒子占重量的至少10％。17.如权利要求16所述的热界面材料，其中所述填料粒子占...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗鲁默，保罗柯宁，赛库马尔贾扬拉曼，阿沙耶达尼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]