[发明专利]具有纤维接合层的电子器件

说明书

随着体积减小并且高速运转，以热的形式发出的能量急剧增加。工业上的一种普遍采用的技术是用导热油脂，或者油脂样的材料，在这样的器件中单独地或者涂在载体上，跨物理接合层传导过剩的热量。然而，在表面的平滑性出现的大的偏差导致半导体器件中配合面之间出现缝隙，或者在由于其它的原因，例如组件高度的变化、生产公差等，在配合表面存在大的缝隙时，这些材料的性能受到破坏或者说变差。当这些材料的导热能力受破坏时，装置的性能就受到不利的影响。本发明提供带纤维介面的半导体组件，所述纤维介面能够有效地处理在电子装置中发散的过多热量。

在本发明的一个方面提供有一种电子器件，例如一种半导体组件，含有：一个基片，例如一个热扩散器或者帽；和半导体芯件，它有一个纤维接合层，即一个在基片和芯件之间的游离纤维尖端结构。游离尖端结构包含以基本上直立地取向植入的，例如电、机械、气动等植入的导热纤维，一端嵌入在基片，例如胶合剂中，同时纤维部分地伸出胶合剂。在伸出胶合剂的纤维部分之间填塞封闭材料。在纤维之间填塞封闭材料以减少或者避免纤维脱离接合层结构。

本发明的另一个方面是一种电子器件，含有一个半导体组件，例如，一个半导体组件，包括：一个半导体封装，它有一个例如是散热帽的帽部；如散热芯帽，一个放置在此封装中的半导体芯件；和一个在半导体芯件和封装帽之间的含有一种游离纤维尖端结构的接合层。所述组件可以进一步含有一个散热器和一个在封装的帽和散热器之间的接合层。在两个情况下，接合层都含有如上所述嵌入在胶合剂中的植入的导热纤维。

本发明的又一个方面是一种电子器件的制造方法。在此方法中，提供要求长度的导热纤维，并且在需要时，对之进行清洁。在一种基片上涂以胶合剂然后把纤维的一端植入基片中，从而把纤维嵌入到胶合剂纤维的一部分伸出胶合剂。然后固化胶合剂并且在纤维之间的空间中填入可固化的封闭剂。并且在纤维之间的空间中带封闭剂的胶合剂中，纤维被压缩到比标称纤维长度小的一个高度，夹持在被压缩的高度。其后，在受压缩的同时把封闭剂固化，以得到一个游离纤维尖端结构，以纤维尖端的尖端伸出胶合剂和封闭剂(另外也可以同时固化胶合剂和封闭剂，见后文所述)。

图1是一种半导体组件的示意图，一个散热器进行所述的散热，并且示第Ⅰ级和第Ⅱ级接合层。

图2A、2B和2C是示意图，示出胶合剂中植入的纤维，被压入胶合剂，造成从胶合剂伸出的大致纤维长度；大致均匀地从胶合剂伸出的纤维；

和图3是示意图，示出纤维和游离纤维尖端之间的封闭剂。

半导体芯件一般地安装在封装内，并且装有一个外部的散热装置为接合层以吸走热能。在半导体芯件和封装和/或热接合层之间的一个热接合层和/或封装与散热装置之间的热接合层，用于散掉热量，从而保持器件的性能最好。半导体芯件和封装之间的接合层称作“Ⅰ级”封装或接合层。对于外部散热装置，例如散热片的连接称为“Ⅱ级”封装。这种安排见图1，此图示一个具有封装10的半导体器件，封装中封入了一个半导体芯件12，封装还包括一个散热帽13。一个Ⅰ级接合层14在半导体芯件和帽13之间的位置，而一个Ⅱ级接合层16在帽13和散热器20之间的位置。半导体器件可以如图所示用钎焊8附着在封装上，而帽可以含有一个散热的帽或者散热器，视具体涉及的电子器件而异。

对于Ⅰ级接合层和Ⅱ级接合层的需要比其它的系统级的接合层更加严格，因为热通量，即单位面积消散的能或者热要更大。散热性能的下降通常用热阻(℃·英寸²/瓦)增加来表达，可能会伴随着这些接合层的器件温度的上升。

这些应用的接合层材料最好具有低的体积热阻和低的接触热阻。适合的材料是与配合表面相协调的材料，例如有湿润表面的材料。体积热阻可以表达为材料厚度、导热率和面积的函数。接触热阻是材料能够如何良好地与配合表面接触的量度。接合层的热阻可以表达如下：

Θ_接合层=t/kA+2Θ_接触

式中：Θ为热阻；

      t是材料厚度；

      k是材料的导热率；和

      A是接合层面积。

      t/kA项代表体积材料的热阻而2Θ_接触表示两个接合层上的接触热阻。

良好的接合层应当有低的体积热阻和低的接触热阻，即在半导体芯件、散热器、帽或者散热片表面上的热阻低。

有Ⅰ级接合层和Ⅱ级接合层的封装要求，接合层材料适应制造产生的表面平整性的偏差，和/或由于热膨胀系数(CTE)不匹配产生的部件翘曲。