基于纳米管的流体界面材料和方法技术

一种热界面材料（１３０），其促进集成电路器件（１２０）和导热器件（１４０）之间的热传递。根据一个示例性实施方案，热界面材料（１３０）包括增强它的热导率的碳纳米管材料。该界面材料（１３０）在集成电路器件（１２０）和导热器件（１４０）之间流动。碳纳米管材料将热从集成电路器件（１２０）传导至导热器件（１４０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及集成电路器件和方法并且，更具体而言，涉及包括流体界面材料的集成电路应用。
技术介绍
集成电路行业已经经历了使电路密度和复杂性急剧增加，以及电路元件和电路结构的尺寸同样急剧减小的科技进步。这些技术进步宣告了该行业以及对使用高密度、复杂和紧凑的集成电路器件的产品的相应需要的同样急剧的增长。随着增加的电路密度和功能性特征化电路设计，在小的区域中经常需要许多互连(以及许多互连和通孔)。另外，经常需要更大的能耗以驱动电路。增加的密度和/或能耗通常导致增加的热量产生，这将给电路元件造成潜在的问题。另外，随着缩小电路结构(和相应地与电路结构相联系的元件)的尺寸，这些电路结构通常处于增加的热相关的应力下。在一些场合中，不适当地散热可能导致寿命和性能的问题。由于集成电路器件是以更高的密度制造的，就更加剧了这个问题。此外，由于需要集成电路的更高性能，涉及热问题的性能波动可能导致性能问题。处理在集成电路中与热相关的问题的一个方法，包括了散热器或其它导热的元件的使用。通常将导热材料与集成电路一起布置以促进热从电路传递，并且最终从导热材料散失。许多应用包括了气冷材料的使用，例如具有散热片(fin)结构的金属散热器，所述散热片结构可以提供所需的用于热交换的表面区域。将来自集成电路的热传递至散热器，并且相应地传递至周围的空气。虽然相对成功地使用了散热器和其它的导热元件，但是由于热的产生仍是问题，因此对于这些以及其它相关应用的挑战继续存在，并且变得更普遍。在器件和用于从器件散热的导热元件之间的界面特征，制约了从集成电路器件导出热的能力。在表面不接触的地方，热传递通常受到限制。表面特征如粗糙趋向于使元件之间的直接接触具有挑战性，这经常会导致表面之间的缝隙或空隙。这些缝隙或空隙具有绝热效应。这些以及其它的困难对用于多种应用的电路衬底的实施提出了挑战。
技术实现思路
本专利技术的不同方面包括，与集成电路和其它器件一起实施的界面方法。本专利技术是由许多实施方案和应用所例证的，其中的一些在下面概述。根据本专利技术的一个示例性实施方案，基于纳米管的传导材料促进在集成电路器件和另一个元件例如衬底之间的传导性(例如，导热性和/或导电性)。在本专利技术的另一个示例性实施方案中，集成电路芯片结构采用基于碳纳米管的流体界面材料，以促进热的和/或电的传导。该集成电路芯片结构包括集成电路芯片和邻近集成电路芯片的传导(例如，导热和/或导电)器件。界面区域紧邻集成电路芯片和导热器件，并且包含在流体混合物中的碳纳米管材料。将碳纳米管材料与流体混合物一起布置，以热耦合集成电路芯片和导热器件之间的热。根据本专利技术的另一个示例性实施方案，将集成电路芯片结构与导热材料交界(interface with)。将具有相对粗糙上表面(例如，在微观水平上具有峰和井)的集成电路芯片，与填充于粗糙特征中的界面材料一起布置，从而促进与上表面的凹进处和其它粗糙区域的直接热耦合和/或电耦合。该材料包括流体基质和混合其中的碳纳米管材料。该碳纳米管材料混合物适合于流动进入井内。在一个实施方案中，界面材料进一步具有在集成电路粗糙上表面上的顶面，该顶面相对于粗糙的上表面是光滑的，并且适应于与导热器件如散热器交界。上面的本专利技术概述并非意欲描述本专利技术的每个举例说明的实施方案或每个实施。随后的附图和详述更具体地例示了这些实施方案。附图说明考虑到本专利技术各种实施方案的以下详细描述并结合附图，可以更完全地理解本专利技术，在附图中图1A表示根据本专利技术的一个示例性实施方案，具有流体界面材料的集成电路组件结构的剖视图；图1B表示根据本专利技术的另一个示例性实施方案，图1A的集成电路组件结构剖视图的近视图；图1C表示根据本专利技术的另一个示例性实施方案，图1A的集成电路组件结构剖视图的近视图；并且图2表示根据本专利技术的另一个示例性实施方案，与流体界面材料相邻并且表现出表面粗糙性的集成电路组件结构的剖视图。具体实施例方式尽管可以对本专利技术进行各种更改和替换，但还是在附图中通过实例的方式表示了它的细节，并且将会详细地描述。然而，应当理解的是，这样做的意图并非将本专利技术限制于所述的具体实施方案。相反，意图是覆盖所有落入由后附权利要求所限定的本专利技术范围内的更改、等价物和替换物。据认为本专利技术可以适用于各种涉及和/或受益于界面材料，并且特别是涉及和/或受益于流体界面材料如热润滑脂(thermal grease)的电路和方法。尽管本专利技术不必局限于这样的应用，但是通过在这样的环境中的实例的探讨来获得本专利技术的各个方面的最佳了解。根据本专利技术的一个示例性实施方案，纳米管增强的流体界面型材料促进从电路元件的热传递。将该界面型材料配置在电路器件的表面和导热元件如散热器之间流动。在该界面型材料中的纳米管材料促进了界面型材料的热传导，并且相应地促进电路和导热元件之间的热耦合。在本专利技术的另一个示例性实施方案中，碳纳米管增强的热界面材料具有粘性，这种特性有利于流入集成电路芯片和与芯片配置的散热器的表面之间的空隙、开口。该热界面材料具有基质成分和碳纳米管材料，例如纳米管和/或纳米管粉体，该基质成分提供了混合碳纳米管的介质。当实现将集成电路芯片和散热器接触时，热界面材料热耦合(即，在两者之间提供导热介质)集成电路芯片和散热器。相对于例如穿过在空隙中的材料例如空气的热传递速率，或相对于常规材料，该热耦合通常提高集成电路芯片和散热器之间的热传递速率。根据应用以及可用的材料，将多种不同的基质成分与碳纳米管材料一起使用。例如，混合到具有适当粘度特性的环氧树脂中的碳纳米管材料，能在集成电路芯片和散热器之间流动。同样地，可以使用低粘度粘合材料以使碳纳米管材料混合物适用于这样的应用。依照某些实施方案，使用其它材料例如油脂、油、醇等作为具有碳纳米管材料的基质成分。此外，这些或其它材料的混合物能够进一步用于这些和其它的应用中。多种类型的碳纳米管材料可以用于此处讨论的不同的应用，并且在具体应用中与其它材料混合，以适合选定的需求。例如，碳纳米管粉体，多壁和单壁碳纳米管和其它基于碳纳米管的材料可以用于不同的用途。这些碳纳米管材料通常很小，即，小于硅石或其它填充材料。在一些实施方案中，将碳纳米管材料按尺寸和排列来调整，以获得所需要的流动特性。例如，在涉及非常小区域(界面材料在其中流动)的应用中，采用相对小尺寸的碳纳米管材料，例如碳纳米管粉体或单壁碳纳米管。在高流动特性不是必需的应用中，采用了相对较大尺寸的碳纳米管材料，例如碳纳米管链或矩阵。此外，一些应用涉及不同尺寸的碳纳米管材料的组合使用。在一个实施方案中，将与基质材料相结合的碳纳米管材料与集成电路器件的表面，以碳纳米管材料接触表面的形式来布置。通过作为碳纳米管材料与表面直接接触的结果而形成的热连接，将表面和界面(基质)材料之间的热阻充分地减小。采用各种方法中的一种或多种布置碳纳米管材料以接触集成电路器件的表面。在一个实施方案中，基质材料装填有足够量的碳纳米管填料，以便于在填料和集成电路器件的一个或多个表面之间的直接接触。当采用碳纳米管粉体(例如，粉末)时，充分装填了粉体的基质材料使大量的碳纳米管颗粒与表面接触。在另一个实施方案中，相对于基质材料来选择碳纳米管填料材料如粉剂的浓度，以在最大化填料材料浓度的同时，获得需要的流动特性。这种最大化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路芯片结构（１００），包括：集成电路芯片（１２０）；邻近集成电路芯片的导热器件（１４０）；和紧邻集成电路芯片的界面区域（１３０），所述界面区域包含在流体混合物中的碳纳米管材料，该碳纳米管材料与流体混合物配置和布置以热耦合集成电路芯片和导热器件之间的热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯怀兰，亨德里克斯约翰内斯乔卡布斯托嫩，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]