[发明专利]用于微电子冷却组件的烧结金属热界面材料

说明书

技术领域

本发明的实施例一般涉及集成电路封装领域，更具体地，涉及使用热界面材料的微电子冷却系统和相关方法。

背景技术

在微电子冷却系统中，通常使用铟作为焊料热界面材料，用于将诸如集成电路(IC)的微电子器件热附着到散热器件。由于近来对铟的需求猛增，所以近年来天然铟的价格猛涨(例如，2006年四月，铟价格～$1,000/kg)，大大提高了在IC封装中所使用的铟的成本。

虽然铟的低熔点(156℃)和热导率(K＝82W/m.K)使得其适用于IC封装中的焊料附着，但是例如当对铟焊接点进行温度循环时，铟的低熔点也带来了可靠性方面的挑战。此外，铟通常与附着表面附近的其它金属形成金属间化合物，导致微裂纹。在流体静应力驱动导致空隙(voiding)期间，金属间化合物可以作为空隙聚集处(voidnucleation site)，削弱了焊接点的结构完整性。IC封装工业需要将更有成本效益的热界面材料和/或无金属间化合物的接合处结合起来同时提供高的热导率的方案，以便减少这种微裂纹和温度循环可靠性问题。

附图说明

在附图中，本发明的实施例是以举例的方式来进行说明的，而不是以限制的方式来进行说明的，其中相似的参考标记表示相似的元件且其中：

图1是仅根据一个实施例的微电子冷却组件的截面图；

图2是仅根据一个实施例的用于制造微电子冷却组件的示例性方法的说明性流程图；

图3是示出仅根据一个实施例的用于制造在微电子冷却组件中使用的纳米膏的多种方法中的一种的示图；

图4是示出其中可以使用本发明的实施例的示例性系统的示图。

具体实施方式

这里将描述使用烧结金属热界面材料的微电子冷却组件、相关方法和系统的实施例。在以下说明中，阐明许多具体细节，以便对本发明的实施例有全面的理解。然而，本领域技术人员将认识到，无需一个或多个具体细节，或者利用其它方法、成分、材料等也可以实施本发明。在其它例子中，没有示出或详细说明公知结构、材料、或操作，以避免使说明书晦涩难懂。

本说明书通篇所提到的“一个实施例”或“实施例”表示结合实施例所描述的特定的特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书通篇中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何方式结合在一个或多个实施例中。

图1是仅根据一个实施例的微电子冷却组件100的截面图。根据一个实施例，微电子冷却组件100包括微电子器件102、器件表面涂层104、热界面材料(TIM)106、散热器表面涂层108、散热器110、基板112、互连114_1...n(其中n表示不同数量的重复结构)、底填料116、密封剂118、以及管脚120_1...n，每一部分如图所示进行耦合。

在一个实施例中，微电子冷却组件100包括微电子器件102、TIM 106、以及散热器110，每一部分如图所示进行热耦合。在一个实施例中，散热器110是集成散热器(IHS)，而微电子器件102是IC管芯。根据实施例，TIM106包括在微电子器件和散热器之间形成烧结金属接合处的烧结金属纳米膏。在这种情况下，烧结包括通过加热而不是熔化由金属颗粒形成结合体(bonded mass)。在该例子中，烧结金属纳米膏通过形成将微电子器件102和散热器110热结合的结合金属体，而将微电子器件102与散热器110热耦合。

最近，出现了纳米膏低温烧结工艺，该工艺用于在显著低于块金属(bulk metal)对应物的熔点的温度下制造块金属结构。低温烧结是诸如IC封装等工业的关键，其中较高的温度会增加对诸如温度敏感器件102的电气和结构部件的可靠性的担忧，所述电气和结构部件可能受到与烧结有关的加热。

在实施例中，用于形成TIM 106的纳米膏包括纳米尺寸的金属颗粒、分散剂、反应控制剂和溶剂。各种分散剂、反应控制剂和溶剂可以在纳米膏形成的实施例中使用，而在以下说明中仅提供了某些代表性材料。纳米膏的形成不必限于这些例子。