[发明专利]热互连系统及其制造和使用的方法

说明书

本发明是发明名称为“热互连系统及其制造和使用的方法”、申请号为200480015507.9、申请日为2004年6月4日的中国发明专利申请的分案申请。

本申请要求2003年6月6日提交的美国临时申请序号60/476768的优先权，它由Honeywell International Inc.共同所有，并通过引用完整地包含在本文中。

技术领域

本发明的领域是电子组件、半导体组件及其它相关分层材料应用中的热互连系统。

背景技术

电子组件用于不断增多的消费和商业电子产品中。这些消费和商业产品的一部分的实例是电视、个人计算机、因特网服务器、蜂窝电话、寻呼机、掌上型组织器、便携式无线电设备、汽车立体声系统或远程控制。随着对这些消费和商业电子设备的需求的增加，对于消费者和企业还存在使那些相同产品变得更小、更多功能、更节省成本且高热效以及更轻便的需求。

由于这些产品尺寸的减小，因此组成这些产品的组件也必须变得更小、更好制造和更好设计。需要减小尺寸或缩小的那些组件的一部分的实例是印刷电路或线路板、电阻器、线路、键盘、触控板和芯片封装。

因此，组件被分解和研究，以便确定是否有更好的构建材料及方法使它们能够被缩小和/或组合，以便适应更小的电子组件的需求。在分层组件中，一个目标看来是减少层数，同时增加剩余层的功能性和耐用性，减少生产步骤以及更大地节省成本。但是，假若不损失功能性便无法轻易减少层数，则这些任务可能很难完成。

另外，随着电子设备变得更小并且以更高速度工作，以热量形式发出的能量也急剧增加。本行业中一种常见的惯例是在这类装置中单独使用或者在载体上使用热油脂或油脂状材料来转移物理界面上散发的余热。最常见类型的热界面材料是热油脂、相变材料和人造橡胶带。热油脂或相变材料因在极薄的层中扩散并提供相邻表面之间的密切接触的能力而具有比人造橡胶带更低的热阻。典型的热阻抗值的范围在0.1-1.6℃cm²/W。但是，热油脂的一个严重缺点在于，在热循环之后、例如从65℃到150℃，或者在用于VLSI芯片时的动力循环之后，热性能明显衰退。我们还发现，在与表面平面性的大偏离使得在电子设备的配合面之间形成间隙时，或者由于其它原因、如制造容差等而存在配合面之间的大间隙时，这些材料的性能会衰退。当这些材料的热传递性被破坏时，使用它们的电子设备的性能受到不利影响。

有机胶和环氧树脂也用于帮助从组件中散热。这种使用的一个实例是把有机胶和/或环氧树脂涂敷到硅与散热器、如镀镍铜散热器之间的界面。这些胶和环氧树脂填充了金属或其它导热颗粒以改善热传递。随着组件变得更小和更复杂，要排除的热量增加到需要固体金属热界面的程度。在大部分传统应用中，固体金属热界面为熔点140-200℃的焊料。

随着更多的焊料用于组件中散热，已经发现，由于在焊料-镍界面上产生有害的氧化镍，因而不使用诸如助焊剂之类的材料便难以焊接到镍上。近来不使用助焊剂来完成焊接点的一种方式是在要形成焊接点的准确位置上电淀积金点。在授予Deppisch等人的美国专利6504242(2003年1月7日)中描述了这种方法。虽然这种方法在功能上适用，但该点中包含的金的价值无益于节省组件成本。此外，为了完成具有金点或金界面的焊点，至少需要两个过程步骤-金的淀积和焊料的涂敷。这些附加过程步骤不仅费用大而且很缓慢。

因此，不断需要：a)设计和生产满足消费者规范的热互连和热界面材料、分层材料、组件和产品，同时使装置大小和层数最小；b)针对材料、组件或成品的兼容性要求来生产更有效且更好的设计的材料、产品和/或组件；c)开发产生所需热互连材料、热界面材料和分层材料以及包含预期的热界面和分层材料的组件/产品的可靠方法；d)开发具有高导热率和高机械顺从性的材料；以及e)有效地减少封装部件所需的生产步骤的数量，这又产生优于其它传统分层材料和过程的更低的所有权成本。

发明内容

本文描述热传递材料，其中包括：散热器组件，其中，散热器组件包括顶面、底面和至少一个散热器材料；以及至少一个焊料，其中，焊料直接淀积到散热器组件的底面。

形成分层热界面材料和热传递材料的方法包括：a)提供散热器组件，其中，散热器组件包括顶面、底面和至少一个散热器材料；b)提供以及至少一个焊料，其中，焊料直接淀积到散热器组件的底面；以及c)把至少一个焊料淀积到散热器组件的底面。

具体实施方式