具有良好可靠性的热界面材料制造技术

用于高度可靠热界面材料的组合物，包括：(A)水渗透系数优选小于10-11cm3(STP)cm/cm2S?Pa的抗湿聚合物，(B)氧渗透系数优选小于10-14cm3(STP)cm/cm2S?Pa的气体阻隔聚合物，(C)抗氧化剂，(D)导热填料和(E)其他添加剂或任选的材料。放置在生热器件和散热器件之间的热界面材料可有效阻隔水和氧渗透，防止热填料降解并提高器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有良好可靠性的热界面材料相关申请本申请要求于2010年4月30日提交的美国临时申请号61/330,220的权益，并且在此将其通过引用以其整体并入本文。
本专利技术一般涉及热界面材料，更具体地，一些实施方式涉及用在集成电路应用中的聚合物基热界面材料。相关技术描述对使用集成电路的更小、更快速和更强大的电子产品的要求增加已经促进开发更强大和更小的半导体器件。关键的问题是从这些器件中产生的热应当被迅速并充分地去除，以避免过热和随后对器件的损害。热管理器件，比如集成的散热部件或热管，通常地用于使热扩散远离动力产生器件。在散热部件和半导体器件之间，可使用热界面材料层以促进传热。热界面材料通常比空气更好地导热并被放置以填充半导体器件和散热部件之间的空隙以增加传热效率。常见的热界面材料可包括热油脂(thermalgrease)，比如充填氧化铝、氧化锌或氮化硼的硅油。一些热界面也使用微细化或粉末化的银。也使用相变材料——在室温或室温附近为固体但具有熔点以便它们在操作温度或低于操作温度下液化的材料。这类材料可容易应用，因为它们在应用期间为固态。常规地，由于它们安装后良好的热性能，热油脂已经在市场上广泛可得。但是，一旦长期使用并随着时间的推移，这些油脂可降解，在界面处产生更高的热阻。这损害了热传递远离半导体器件。该问题归因于两个主要原因，它们有时称为“抽去(pump-out)”和“变干(dry-out)”。器件的给电和断电(powerupanddown)造成芯片和散热器之间的相对移动，这是因为它们不同的热膨胀系数。这可能往往从界面空隙“抽”去糊膏。当填料与有机基质分开并且在升高的温度下有机物流出时发生油脂“变干”。这导致界面材料的分层，降低器件的可靠性。有数篇公开的文章和其他出版物解决热界面材料的可靠性问题。在一个例子中，美国专利号6,597,575公开了一种组合物，其包括固化的硅氧烷基凝胶，其中聚合物基质是交联的硅氧烷聚合物。该文件描述优化的凝胶材料应当在125℃下具有小于约100kPa的储能剪切模量(G')，并且应当具有如G'/G"的值指示的大于或等于1的胶凝点，其中G"是热界面材料的损耗剪切模量。该文件声称具有适当机械性能的热材料可用于避免分层并满足可靠性和性能要求。美国专利号6,791,839描述了基于硅氧烷聚合物基质的可固化的热界面材料。在描述的85℃、85%相对湿度的箱测试中，硅氧烷基材料的热阻在35天的处理之后几乎增加一个数量级，其指示材料的氧化稳定性非常低。美国专利号6,813,153描述了聚合物焊料混合物热界面材料，其中具有低熔点的焊料添加至包含聚合物和具有高熔解温度的填料的组合物中，所述聚合物通常指环氧乙烷或硅氧烷基有机物，比如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚(二甲基二苯基硅氧烷)。据声称，当回流时，高熔点填料扩散进入焊料，形成新的填料-焊料合金，其具有提高的熔点和增加的强健性。这些材料在实时应用之前使用回流工艺，其增加了复杂性和加工成本。在另一例子中，美国专利号7,408,787报道了一种相变材料，其包括：聚酯，比如熔点从稍微高于室温(比如40℃)至接近或低于操作温度(比如130℃)的聚己内酯；体积导热率大于约50W/mK的导热填料；和其他任选的添加剂。该文件描述，如从热重分析判断的，该材料具有比聚烯烃更高的热分解温度。总之，常规技术提供了数种改善热界面材料的可靠性的手段。它们中许多仍使用硅氧烷基聚合物作为主要基质。最后一篇参考文献(专利号7,408,787)使用相变材料。但是，硅氧烷基聚合物通常具有对氧和水二者的高渗透性；并且不是适合高可靠性热界面材料的优选材料。由于液相的形成，相变材料容易被抽去，尤其当界面垂直放置时。本专利技术实施方式的简短概述根据本专利技术的各种实施方式，提供热糊膏材料。在一些实施方式中，这些材料可用作热界面材料。本专利技术的实施方式可配置为在高加速应力试验(HAST)处理后提供热稳定性和良好的可靠性。材料的实施方式在高温环境下空气和湿气中是热稳定性的，并能够防止空气或湿气渗透界面降解填料材料。这使得材料通过了广泛的可靠性测试，比如烘焙、85℃和85%湿度箱和动力循环。在一些实施方式中，材料使用具有氧和湿气阻隔性能的热稳定的聚合物。在一种实施方式中，热界面材料包括(A)抗湿聚合物，(B)具有低氧渗透性的气体阻隔聚合物，(C)抗氧化剂，(D)导热填料和(E)其他添加剂或任选的材料。抗氧化剂用于阻止聚合物的热诱导氧化，并因此增强它们的热稳定性。根据本专利技术的实施方式，热界面材料包括水渗透系数小于约10-11cm3(STP)cm/cm2SPa的聚合物；氧渗透系数小于约10-14cm3(STP)cm/cm2SPa的聚合物；抗氧化剂；和导热填料。溶剂或低分子量烃树脂可也添加至材料。在一种实施方式中，水渗透系数小于约10-11cm3(STP)cm/cm2SPa的聚合物和氧渗透系数小于约10-14cm3(STP)cm/cm2SPa的聚合物是相同的聚合物。在另一种实施方式中，组件可使用本文公开的热糊膏制造。例如，可提供生热器件，比如半导体或其他电子电路元件。也可提供散热器件，比如散热部件、热管或其他类似器件，作为从电子元件去除热的机械装置。本文公开的热糊膏放置在生热器件和散热器件之间，以促进之间的传热。从下面详细的说明，结合附图，本专利技术的其他特征和方面将显而易见，所述附图通过例子图解说明按照本专利技术实施方式的特征。概述不意欲限制本专利技术的范围，范围仅通过所附权利要求限定。附图简述参考下述附图详细描述依据一种或多种不同实施方式的本专利技术。提供附图，仅仅为了图解说明的目的且仅仅描绘了本专利技术典型的或示例性的实施方式。提供这些附图以有助于读者理解本专利技术，并且不应认为限制本专利技术的宽度、范围或适用性。应当注意，为了清楚和图解方便，这些附图未必按照比例绘制。图1是图解说明不同聚合物的水和氧渗透系数的图，从左向右水渗透系数增加。接近左轴的聚合物具有低的水渗透性。y轴显示O2和H2O的渗透系数(P×1013)(cm3(STP)cm/cm2SPa)。图2.不同聚合物的水和氧渗透系数，氧渗透系数从左向右增加。接近左轴的聚合物具有低的氧渗透性。y轴显示O2和H2O渗透系数(P×1013)(cm3(STP)cm/cm2SPa)。本专利技术实施方式的详述本专利技术提供新的热糊膏材料，在一些实施方式中用作热界面材料。本专利技术的实施方式可配置为在高加速应力试验(HAST)处理后提供热稳定性和良好的可靠性。材料的实施方式在高温环境下空气和湿气中是热稳定的，并能够防止空气或湿气渗透界面降解填料材料。这使得材料通过了广泛的可靠性测试，比如烘焙、85℃和85%湿度箱和动力循环。在一些实施方式中，材料使用具有氧和湿气阻隔性能的热稳定的聚合物。在一种实施方式中，热界面材料包括(A)抗湿聚合物，(B)具有低氧渗透性的气体阻隔聚合物，(C)抗氧化剂，(D)导热填料和(E)其他添加剂或任选的材料。抗氧化剂用于阻止聚合物的热诱导氧化，并因此增强它们的热稳定性。具有低氧和水渗透性的聚合物用于保护热填料避免与环境氧和湿气接触，并因此保护填料避免氧化或分解。在一些实施方式中，热界面材料不是相变材料，并在器件操作期间保持相同的相。在一些实施方式中，低水渗透性，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.30 US 61/330,220;2011.04.29 US 13/097,4431.热界面材料，包括：水渗透系数小于标准温度和压力下10-11cm3cm/cm2SPa的第一聚合物；氧渗透系数小于标准温度和压力下10-14cm3cm/cm2SPa的第二聚合物；抗氧化剂；和导热填料；其中所述第一聚合物选自聚烯烃、聚链烷、聚酰胺、聚1,1-二氯乙烯、三氟氯乙烯-1,1-二氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、全氟烷基-四氟乙烯共聚物、聚1,1-二氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯-1,1-二氟乙烯三聚物、六氟丙烯-1,1-二氟乙烯共聚物和四氟乙烯-全氟甲基醚共聚物；并且所述第二聚合物选自聚甲基丙烯酸酯、聚腈、聚二烯、聚酯、纤维素和玻璃纸。2.权利要求1所述的热界面材料，其中所述聚烯烃是聚链烯。3.权利要求2所述的热界面材料，其中所述聚链烯是聚四氟乙烯。4.权利要求1所述的热界面材料，其中所述聚酯是聚碳酸酯。5.权利要求1所述的热界面材料，其中所述纤维素是水合纤维素。6.权利要求1所述的热界面材料，进一步包括溶剂或分子量小于2000amu的烃树脂。7.组件，包括：生热器件；散热器件；放置在所述生热器件和所述散热器件之间的热界面材料，所述热界面材料包括：水渗透系数小于标准温度和压力下10-11cm3cm/cm2SPa的第一聚合物；氧渗透系数小于标准温度和压力下10-14cm3cm/cm2SPa的第二聚合物；抗氧化剂；和导热填料；其中所述第一聚合物选自聚烯烃、聚链烷、聚酰胺、聚1,1-二氯乙烯、三氟氯乙烯-1,1-二氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯-丙烯共聚物、全氟烷基-四氟乙烯共聚物、聚1,1-二氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯-1,1-二氟乙烯三聚物、六氟丙烯-1,1-二氟乙烯共聚物和四氟乙烯-全氟甲基醚共聚物；并且所述第二聚合物选自聚甲基丙烯酸酯、聚腈、聚二烯、聚酯、纤维素和玻璃纸。8.权利要求7所述的组件，其中所述聚烯烃是聚链烯。9.权利要求8所述的组件，其中所述聚链烯是聚四氟乙烯。10.权利要求7所述的组件，其中所述聚酯是聚碳酸酯。11.权利要求7所述的组件，其中所述纤维素是水合纤维素。12.权利要求7所述的组件，其中所述热界面材料进一步包括溶剂或分子量小于2000amu的烃树脂。13.制造热界面材料的方法，包括将下述结合：水渗透系数小于标准温度和压力下10-11cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·陈，NC·李，
申请(专利权)人：铟泰公司，
类型：
国别省市：