[发明专利]可逆粘合性热界面材料

说明书

技术领域

本发明涉及热可逆粘合剂，并且更具体地，涉及适合用作热界面材料的粘合剂，以及与其有关的方法。

背景技术

高性能电子器件封装方面的快速技术进步集中于减小的尺寸和更高的运行速度上。这导致在器件运行期间过度的热量产生。存在对有效的散热方法的伴随需求以保持组装的电子产品的可靠的功能特性。常用的冷却方法包括：充氦模块、焊料热界面、热脂、弹性体有机硅凝胶、具有导热填料例如AlN、BN、ZnO的热塑性聚合物、以及新近的相变材料(PCM)和导热性粘合剂。这些在硅器件芯片和高导热性金属散热片(heat spreader)或散热器(heat sink)之间提供热界面，以留出用于在运行期间从高功率密度电路器件散热的途径。

将热脂作为薄层铺展在裸芯(die)的背面和散热器之间。热脂具有低的热阻并且可容易地再加工(rework)。然而，其经历抽空和干燥，这在界面处导致空隙。由于界面热阻的增加，这使器件性能随时间恶化。相变材料(PCM)是低熔点蜡。实例包括：石蜡，其具有分散在蜡基体中的石墨颗粒；和基于有机硅的材料例如烷基甲基有机硅，其可作为预成型的带使用或者熔融分配跨越界面。它们以薄的胶层厚度提供低的热阻抗和高的热导率，典型地在范围5W/m°K内。然而，这些材料的预切割膜是脆的并且还具有性能恶化和变化性、分层、渗出和脱气的问题，并且此外，通常需要紧固件例如夹子或螺钉以将PCM保持在适当的位置。

另一类热界面材料是导热性粘合剂，其可在倒装芯片模块组件中的硅裸芯的背面与散热器或散热片之间作为薄的粘合性中间层使用。商业可得的导热性粘合剂典型地为Ag填充的和陶瓷填充的基于环氧树脂的材料，包括柔性环氧树脂。它们是中到高模量的粘合剂(在室温下>100,000psi)。通常知晓的是，这样的材料的固化涂层具有高的内在应力，其可由于分层而导致破坏界面完整性。这导致提高的接触热阻以及在界面处的热散效力的相应降低。商业可得的Ag填充的粘合剂也没有简单且实用的再加工方法可用。因此，它们不能容易地从接触表面除去或再加工。这些粘合剂的不可再加工性呈现出严重的缺点，因为其不容许高成本半导体器件、散热器和基板的缺陷修复、部件回收、再循环或再利用。

对于热界面材料的期望的性质包括：形成具有跨越界面的均匀的厚度的薄胶层的能力、低的热阻抗、对于器件运行期间的界面完整性的低应力和依从体系(compliant system)、在T/H(温度/湿度)和T/C(热循环)中稳定的界面接触热阻、TCR(热阻温度系数)稳定性、以及对于高成本模块部件的缺陷修复和恢复的可再加工性。优选的材料还应该可修整以从接触表面除去以容许再加工而不对模块材料、特别是具有高的导热性的特殊型散热片造成任何损害。

再加工和回收部件以弥补产品良率损失、减少浪费和提供成本降低的能力在高性能电子产品的制造中已经变得更重要。对于固化的导热膜的再加工选择提供可能昂贵的高导热性散热片材料、灵敏部件、或者变压模块的回收/恢复和再利用的主要益处。而且，再加工选择可提供通过将高导热性冷却元件与热界面粘合剂组合使用而获得散热能力显著提高的成本划算的方式。

考虑到在常规界面材料使用方面的限制，需要具有从高功率密度器件有效散热的改善的热界面材料(TIM)。还需要从所述材料粘合于其的各种部件表面/界面将这些材料的固化的沉积物/残留物除去和/或再加工的实用方法。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供热界面材料，其包括热可逆粘合剂和导热且不导电的填料。所述热可逆粘合剂包括：包含多个第一官能团的聚合物；和包含多个第二官能团的交联剂，其中所述第一官能团和所述第二官能团是对于可逆交联反应的互补反应物。所述热界面材料具有有效提供0.2W/m-K或更大的热导率和9×10¹¹Ω-cm或更大的电阻率的量的填料。

根据本发明的另一实施方式，提供电子组件，其包括：配置成在运行期间产生热的第一元件，配置成将由所述第一元件产生的热转移走的第二元件，以及位于所述第一元件和所述第二元件之间的热界面材料层。所述热界面材料包括热可逆粘合剂和导热且不导电的填料。所述热可逆粘合剂包括：包含多个第一官能团的聚合物；和包含多个第二官能团的交联剂，其中所述第一官能团和所述第二官能团是对于可逆交联反应的互补反应物。所述热界面材料具有有效提供0.2W/m-K或更大的热导率和9×10¹¹Ω-cm或更大的电阻率的量的填料。