[发明专利]作为热界面材料的无铅焊料膏

说明书

本发明的发明名称为作为热界面材料的无铅焊料膏。本公开的一些实施方案涉及热界面材料。在一些实施方案中，方法包括：在热产生装置的表面和热传递装置的表面之间施加焊料膏以形成组合件；以及回流焊接该组合件以形成焊料复合物，其中焊料复合物在热产生装置和热传递装置之间提供热界面，其中焊料膏包括：焊料粉；具有比焊料膏的焊接温度更高的熔融温度的颗粒，其中焊料膏具有在5:1和1:1.5之间的焊料粉与高熔融温度颗粒的体积比；和助焊剂。

相关申请的交叉引用

本申请是2019年1月18日提交的且标题为“用于热过孔填充的无铅焊料膏(LEAD-FREE SOLDER PASTE FOR THERMAL VIA FILLING)”的美国专利申请号16/251,481的部分延续并要求其优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

印刷电路板(PCB)组合件的热性能是电子封装中重要的质量因素。通常，PCB基底层在PCB组合件中的整个热路径中具有最高的热阻。因此，最小化PCB基底层的热阻可为散热提供最大益处。

降低PCB基底层热阻的一种途径是添加热过孔。在PCB中，垂直互连通道或过孔可以指在PCB的两层或更多层之间提供电连接的孔。孔可以通过电镀、或用管子或铆钉衬里其而导电。过孔可以被实施为暴露在板的两侧上的通孔、暴露在板的一侧上的盲过孔、或者连接内部层而不暴露于板的任一表面的埋过孔。

热过孔可以指这样的过孔——由于其与基底的其余部分相比，在过孔中使用的是高热导率材料，因此为离开PCB基底层的热流提供热路径。在基底层中添加一个或多个热过孔可降低PCB基底层中的热阻，从而防止PCB组合件部件的过热。热过孔可填充有具有导电性和非导电性的过孔填充材料。热过孔的填充可以通过诸如镀铜、纳米材料烧结、热膏固化等技术来实现。

电子组合件性能中的另一个重要因素是经由热界面材料(TIM)的热管理。随着速度更快、功能更强的装置的增长，需要改进的TIM。过去已经使用的TIM包括热润滑脂、热凝胶、相变材料、焊料预制体、和液态焊料。这些TIM由于传导性差和/或性能问题(如泵出(pump-out)或液体焊坝的形成)而受到影响。例如，尽管热润滑脂由于其在安装时、在延长使用时、和随着时间的推移良好的热性能，已经被作为TIM在市场上广泛可得，但这些润滑脂会降解，导致界面处的更高热阻。这损害了热远离半导体装置的传递。这个问题已经部分归因于“泵出”。由于装置的热膨胀系数不同，它们的通电和断电导致管芯(die)和散热器之间的相对运动。这可易于从界面间隙“泵”出膏。

发明内容

本公开的一些实施方案涉及改进的热界面材料。

在一个实施方案中，方法包括：在热产生装置的表面和热传递装置的表面之间施加焊料膏以形成组合件；以及回流焊接组合件以形成焊料复合物，其中焊料复合物在热产生装置和热传递装置之间提供热界面，其中焊料膏包括：焊料粉；具有比焊料膏的焊接温度更高的熔融温度的颗粒，其中焊料膏具有在5:1和1:1.5之间的焊料粉与高熔融温度颗粒的体积比；和助焊剂。

在一些实施方案中，颗粒包括铜或铜合金粉末，其中在回流期间，焊料粉熔融并润湿到铜或铜合金粉末以形成包括铜的金属间化合物。在一些实施方案中，焊料粉包括Sn或Sn合金，并且在回流后，Sn或Sn合金的较低熔融相保留在焊料复合物中，其中金属间化合物是CuSn金属间化合物。

在一些实施方案中，回流焊接组合件包括在250℃或更低的峰值温度下回流焊接组合件。

在一些实施方案中，方法进一步包括：在形成焊料复合物之后，在焊料粉的熔融温度或高于焊料粉的熔融温度下对组合件进行第二次回流焊接，其中金属间化合物被配置以在第二次回流焊接组合件时防止焊料从焊料复合物的泵出。

在一些实施方案中，助焊剂是环氧助焊剂，并且施加焊料膏包括将焊料膏施加在热产生装置的非金属化表面上和热传递装置的非金属化表面上。