DE112006001177T5 - Thermisches Schnittstellenmaterial und Verfahren - Google Patents

Thermisches Schnittstellenmaterial und Verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE112006001177T5
DE112006001177T5 DE112006001177T DE112006001177T DE112006001177T5 DE 112006001177 T5 DE112006001177 T5 DE 112006001177T5 DE 112006001177 T DE112006001177 T DE 112006001177T DE 112006001177 T DE112006001177 T DE 112006001177T DE 112006001177 T5 DE112006001177 T5 DE 112006001177T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thermally conductive
particle
particles
matrix material
distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112006001177T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112006001177B4 (de
Inventor
Fay Fremont Hua
James G. San Jose Maveety
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of DE112006001177T5 publication Critical patent/DE112006001177T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112006001177B4 publication Critical patent/DE112006001177B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298—Fillers
    • H01L2224/29499—Shape or distribution of the fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253—Bump and layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01027—Cobalt [Co]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01049—Indium [In]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01058—Cerium [Ce]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H01L2924/143—Digital devices
    • H01L2924/1433—Application-specific integrated circuit [ASIC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19043—Component type being a resistor

Abstract

Thermisch leitfähiges Material mit:
einem Matarixmaterial;
einer Verteilung von Partikeln in dem Matrixmaterial, wobei wenigstens ein Partikel aufweist:
ein wärmeleitfähiges Partikel und
eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Struktur, die an einer Fläche des wärmeleitenden Partikels angebracht ist.

Description

  • Bezogene Anmeldung
  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität aus der US-Anmeldung Nr. 11/169520 vom 29. Juni 2005, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein das Gebiet der Wärmeübertragung und insbesondere betreffen einige Aspekte der vorliegenden Erfindung das thermische Management von elektronischen Geräten.
  • Hintergrund
  • Auf dem Gebiet der elektronischen Systeme besteht ein erheblicher Wettbewerbsdruck unter den Herstellern, die Eigenschaften ihrer Bauelemente zu verbessern, während die Produktionskosten gesenkt werden. Dies betrifft insbesondere das Herstellen von elektronischen Bauelementen wie Transistoren in IC, wobei jede neue Generation eines IC verbesserte Eigenschaften zeigen muss, insbesondere bezüglich einer zunehmenden Anzahl von Schalteinheiten und höheren Taktfrequenzen, und dies bei geringerer Größe oder kompakterem Aufbau, wenn die Dichte und die Taktfrequenz von IC zunehmen, erzeugen sie entsprechend einen größeren Betrag an Wärme. Die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit von IC verringern sich jedoch, wie bekannt, wenn die Temperatur, der sie ausgesetzt sind, zunimmt, so dass es zunehmend von Bedeutung wird, Wärme aus der Umgebung von IC abzuführen.
  • Mit dem Auftreten von hohen leistungsfähigen IC und ihren zugehörigen Packages benötigen elektronische Bauelemente ein innovativeres Temperaturmanagement, um Wärme zu verteilen. Die zunehmende Geschwindigkeit und Leistungsprozessoren wird beispielsweise im Allgemeinen mit zunehmender Wärme in dem mikroelektronischen Bauteil „bezahlt", die abgeführt werden muss.
  • Kurze Erläuterung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Informationshandhabungsgerät nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2A zeigt ein IC-Package entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2B ist eine isometrische Ansicht des IC-Package von 2A nach dem einen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 zeigt einen Abschnitt eines thermischen Schnittstellenmaterials entsprechend dem einen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 zeigt ein thermisches Schnittstellenpartikel nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 5 zeigt ein weiteres thermisches Schnittstellenpartikel nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 6 zeigt ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Eingehende Beschreibung
  • In der nachfolgenden eingehenden Beschreibung der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die ein Teil der Beschreibung bilden und in der illustrativ bestimmte Ausführungsbeispiele gezeigt sind, durch die die Erfindung verwirklicht werden kann. In den Zeichnungen beschreiben gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen ähnliche Komponenten in den verschiedenen Ansichten. Diese Ausführungsbeispiele sind in ausreichender Einzelheit beschrieben, um es dem Fachmann zu erlauben, die Erfindung zu verwirklichen. Andere Ausführungsbeispiele können verwendet werden und strukturelle, mechanische und logische Änderungen usw. können gemacht werden, ohne sich von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu lösen. Die nachfolgende eingehende Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ergibt sich lediglich aus den beiliegenden Ansprüchen.
  • Der Ausdruck „aktive Seite", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, ist als konventionelle horizontale, große Ebene oder Fläche eines Chips oder Bauelements definiert, wo elektrische Schalteinheiten typischerweise ausgebildet sind, unabhängig von der Ausrichtung des Chips oder Bauteils. Der Ausdruck der „Rückseite", der in dieser Beschreibung verwendet wird, ist als konventionelle horizontale, große Ebene oder Fläche eines Chips oder Bauelements beschrieben, das im Allgemeinen auch auf seiner Fläche keine aktiven Schalteinheiten trägt. Der Ausdruck „vertikal" bezieht sich auf eine Richtung senkrecht zu der Horizontalen, wie sie oben definiert ist. Präpositionen wie „auf", „höher", „tiefer", „oberhalb" und „unterhalb" sind definiert in Bezug auf die konventionelle Ebene oder Fläche, die auf der aktiven Seite des Chips oder des Bauelements sind, unabhängig von der Ausrichtung des Chips oder Bauelements.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung verwendet, um Wärme zu übertragen, die von elektrischen Schaltelementen oder Gruppen von Schaltelementen erzeugt wird, wie Transistoren, wie sie üblicherweise auf integrierten Schaltungen (IC) Chips wie einem Prozessorchip eingeschlossen sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Geräts unter Verwendung von Prozessorchips ist eingeschlossen als ein Beispiel einer Geräteapplikation eines höheren Niveaus als Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Geräts 100, das wenigstens eine elektronische Anordnung 110 aufweist, die ein thermisch leitfähiges Material in Übereinstimmung mit wenigstens einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Das elektronische Gerät 100 ist nur ein Beispiel eines elektronischen Systems, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Bei diesem Beispiel weist das elektronische Gerät 100 ein Datenprozessorsystem auf, das einen Systembus 102 aufweist, um die verschiedenen Komponenten des Systems miteinander zu koppeln. Der Systembus 102 schafft Kommunikationslinks zwischen den verschiedenen Komponenten des elektronischen Geräts 100 und kann als ein einzelner Bus, als eine Kombination von Bussen oder jeder anderen geeigneten Weise implementiert sein.
  • Eine elektronische Anordnung 110 ist mit dem Systembus 102 gekoppelt. Die elektronische Anordnung 110 kann jede Schaltung oder Kombination von Schaltungen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die elektronische Anordnung 110 einen Prozessor 112 auf, der von jedem beliebigen Typ sein kann. Der hier verwendete Begriff „Prozessor" bedeutet jede Art einer Rechenschaltung wie, ohne darauf begrenzt zu sein, einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, einen Complex Instruction Set Computing (CIS) Mikroprozessor, einem Reduced Instruction Set Computing (RISC) Mikroprozessor, einem Very Long Instruction Word (VLIW) Mikroprozessor, einem Grafikprozessor, einem Digital Signal Prozessor (DSP) oder jede andere Art von Prozessor oder Prozessorschaltung.
  • Andere Arten von Schaltungen, die in der elektronischen Anordnung 110 vorgesehen sein können, sind eine übliche Schaltung, ein Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) oder dergleichen, wie, beispielsweise, eine oder mehrere Schaltungen (wie eine Kommunikationsschaltung 114) zur Verwendung in drahtlosen Geräten wie Mobiltelefonen, Pagern, Personaldata Assistants, tragbaren Computer, Zwei-Wege-Radions und ähnlichen elektronischen Systemen. Der IC kann jede andere Art von Funktion ausüben.
  • Das elektronische Gerät 100 kann weiter einen externen Speicher 120 aufweisen, der wiederum ein oder mehrere Speicherelemente aufweisen kann, die für die bestimmte Anwendung geeignet sind, die einen Hauptspeicher 122 in Form eines Random Access Memory (RAM), eine oder mehreren Harddrives 124 und/oder einem oder mehreren Drives, die ein entfernbares Medium 126 wie eine Compactdisk (VD), Digital Video Disk (DVD) und dergleichen beihalten.
  • Das elektronische Gerät 100 kann weiter ein Display 116, einen oder mehrere Lautsprecher 118, eine Tastatur und/oder Controller 130, der eine Maus, einen Trackball, einen Spielcontroller, ein Spracherkennungssystem oder jedes andere Gerät aufweisen, das es dem Verwender des Systems erlaubt, Information einzugeben und Information zu empfangen in bzw. von dem elektronischen Gerät 100.
  • Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sich als effektiv in der Übertragung von Wärme von IC Oberflächen erwiesen haben, ist die Erfindung nicht auf die Übertragung von IC Oberflächen beschränkt. Ausführungsbeispiele der Erfindung können überall dort verwendet werden, wo Wärme von einer Fläche auf eine andere zu übertragen ist. Zur Einfachheit der Erläuterung wird das Beispiel des Kühlens eines IC verwendet.
  • 2A zeigt eine Querschnittsdarstellung eines IC Package 200. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das IC Bauteil ein Prozessorbauteil ist, kann das IC Package als Prozessoranordnung bezeichnet werden. Das IC Package weist ein IC Bauelement auf, das in einer „Flip-Chip" Ausrichtung montiert ist mit seiner aktiven Seite nach unten weisend zum Koppeln mit der oberen Oberfläche eines Substrats 200, etwa einer Schaltkarte, über Logkugeln oder Erhebungen 212. Das Substrat 220 kann eine einschichtige Platte sein oder eine mehrschichtige Platte und kann zusätzliche Kontakte 222 auf seiner gegenüberliegenden Fläche zum Zusammenpassen mit einer zusätzlichen Packaging Struktur (nicht gezeigt).
  • Das Bauteil 210 erzeugt seine Wärme aus der inneren Struktur, einschließlich der Verdrahtungen, die nahe seiner aktiven Seite angeordnet sind, ein erheblicher Teil der Wärme wird jedoch über die Rückseite 214 abgeführt. Wärme, die in dem Bauelement konzentriert wird, wird auf einer großen Fläche verteilt, die in Kontakt mit dem Bauelement der Form eines integrierten Wärmeverteilers 230 ist, der typischerweise ein Metall wie Kupfer oder Aluminium aufweist. Bei ausgewählten Ausführungsbeispielen weist der Verteiler eine zusätzliche Beschichtung wie Nickel oder Gold auf.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist der integrierte Wärmeverteiler 230 in einem besonderen Gehäuse ausgebildet und dient als eine Package Abdeckung für das Bauelement 210. Bei einem Ausführungsbeispiel ist weiter ein Klebstoff 230 vorgesehen zum Sichern des integrierten Wärmeverteilers 230 an dem Substrat 220. Zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit zwischen dem Bauelement 210 und dem integrierten Wärmeverteiler 230 ist häufig ein thermisches Schnittstellenmaterial zwischen dem Bauelement 210 und dem integrierten Wärmeverteiler 230 vorgesehen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist zur weiteren Verteilung von Wärme von dem integrierten Wärmeverteiler 230 eine Wärmesenke 250, die optional mit Lamellen 252 versehen ist, mit dem integrierten Wärmeverteiler 230 gekoppelt. Die Wärmesenke 250 verteilt Wärme in die Umgebung. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das zweite thermische Schnittstellenmaterial 250 weiter zum Erzeugen eines thermischen Wegs zwischen dem integrierten Wärmeverteiler 230 und der Wärmesenke 250 verwendet.
  • Die thermischen Schnittstellenmaterialien 250 und 254, die in 2A gezeigt sind, sollen eine allgemeine Darstellung der thermischen Schnittstellenmaterialien sein. In der nachfolgenden eingehenden Beschreibung werden Einzelheiten der thermischen Schnittstelleneinheiten und Anordnungen für gegebene Ausführungsbeispiele der Erfindung illustriert.
  • 2B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines IC Packages 230 ohne eine Wärmesenke, wie oben beschrieben. Der integrierte Wärmeverteiler 230 ist in einem Ausführungsbeispiel als eine Package Abdeckung ausgebildet und ausgeformt. Die Ränder des integrierten Wärmeverteilers 230 bilden ein Gehäuse für das Substrat 220, in das das (nicht gezeigte) Bauelement im Wesentlichen eingeschlossen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Öffnung 232 in dem integrierten Wärmeverteiler 230 vorgesehen. Bei einem Ausführungsbeispiel erlauben die Öffnungen einen Ausgleich für Änderungen des Drucks aufgrund von thermischen Änderungen in dem Bauelement.
  • 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts eines thermischen Schnittstellenmaterials 300. ein Matrixmaterial 302 ist als eine Komponente eines thermischen Schnittstellenmaterials 300 dargestellt mit einer Verteilung von Partikeln 304, die in dem Matrixmaterial 302 gezeigt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel dient das Matrixmaterial 302 zum Halten der Verteilung der Partikel 304 an Ort und Stelle in thermischem Kontakt miteinander. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Verteilung von Partikeln 304 thermisch leitfähige Partikel auf, die zum Leiten von Wärme von einem Partikel zu dem nächsten dienen und einen thermischen Weg durch das thermische Schnittstellenmaterial 300 bildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Matrixmaterial 302 ein Polymermaterial auf. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Polymer ein Epoxymaterial. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das thermische Schnittstellenmaterial 300 zum Fließen während des Herstellungsprozesses unter Bildung einer dünnen Schicht zwischen einem I Chip und einer Wärmeübertragungseinheit eingerichtet. Bei einem Ausführungsbeispiel härtet das Matrixmaterial später aus. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Matrixmaterial Indium auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Matrixmaterial ein Lotmaterial auf. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt das Lot ein Indium beinhaltendes Lot ein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Lotmatrix in dem thermischen Schnittstellenmaterial 300 eingerichtet zum Schließen während des Herstellungsvorgangs und späterem Abkühlen zu einer festen Struktur.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Verteilung von Partikeln 304 eine Anzahl von freien Partikeln 310 auf. In der vorliegenden Offenbarung sind die freien Partikel 310 als im wesentlichen homogene Partikel ohne zusätzliche Strukturen, die an einer Fläche der Partikel angebracht sind, auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die freien Partikel 210 eine Anzahl von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln 312 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Anzahl der freien Partikel 310 eine Anzahl von Partikeln von unregelmäßigen Formen auf.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Anzahl von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln 312 eine Anzahl von metallischen Partikeln auf. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt die Anzahl von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln eine Anzahl von Kupferpartikeln ein. Der Fachmann, der die vorliegende Erfindung nutzt, wird erkennen, dass Kupferlegierungen oder andere Kupfer beinhaltende Partikel auch in dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt die Anzahl von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln eine Anzahl von Silberpartikeln ein. Neben Kupfer werden, wie der Fachmann, der die vorliegende Offenbarung nutzen will, erkennen wird, auch Silberlegierungen und andere Silber beinhaltende Teile von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung erfasst.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel schließt die Anzahl von freien Partikeln 310 eine Anzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 314 auf. Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben thermische Leitfähigkeiten, die etwa fünf mal größer sind als Metalle wie Kupfer oder Silber, sie schaffen daher eine erhöhte thermische Leitfähigkeit für das thermische Schnittstellenmaterial 300. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Verteilung von Partikeln 304 eine Anzahl von Kompositpartikeln 320 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Kompositpartikel 320 ein Basispartikel 322 mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 324, das an einer Fläche des Basispartikels 322 angebracht ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Dimensionen, wie die Länge des Kohlenstoff-Nanoröhrchens ausgewählt zum Einstellen mechanischer Eigenschaften des thermischen Schnittstellenmaterials 300. Bei einem Ausführungsbeispiel betrifft die bestimmte Größe oder die Größenverteilung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Viskosität des thermischen Schnittstellenmaterials 300. Die Viskosität bestimmt die Kraft, die in der Anordnung erforderlich ist, um eine Menge des thermischen Schnittstellenmaterials 300 in einen dünnen Film zu drücken. Entsprechend zu Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind die Dimensionen der Anzahl von bestimmten kugelförmigen Partikeln zum Einstellen der mechanischen Eigenschaften wie der Viskosität des thermischen Schnittstellenmaterials 300 gewählt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Verteilung von Partikelgrößen verwendet einschließlich der Größen der freien Partikel 310 und der Größen der Kompositpartikel 320.
  • Eigenschaften wie die Viskosität sind wichtig bei der Herstellung der hohen Beladungsfaktoren in den thermischen Schnittstellenmaterialien. Ein Beladungsfaktor oder ein Volumenteil kann definiert werden als das Verhältnis des Volumens von Partikeln 304 definiert durch ein Volumen des Matrixmaterials 202. Allgemein erhöht das Erhöhen einer Volumenfraktion in einem thermischen Schnittstellenmaterial 300 die thermische Leitfähigkeit des thermischen Schnittstellenmaterials 300. Da IC Chips wie Prozessorchips mehr und mehr Hitze erzeugen, muss die thermische Leitfähigkeit erhöht werden, um mehr dieser Wärme abzuführen. Wenn die Volumenfraktion erhöht wird in den Schnittstellenmaterialien, kann die Viskosität jedoch ein nicht akzeptables Maß erreichen, bei dem das thermische Schnittstellenmaterial nicht länger adäquat über eine Chipfläche ausgebracht werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine hohe thermische Leitfähigkeit mit weniger Partikeln in der Matrix. Dies erlaubt eine thermische Leitfähigkeit eines thermischen Schnittstellenmaterials die gleich bleibt, wenn die Viskosität verringert wird. Dies erlaubt auch eine Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit unter Beibehaltung einer gegebenen Viskosität. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wird die thermische Leitfähigkeit erhöht und die Viskosität wird weiter gesenkt.
  • 4 zeigt ein einzelnes Kompositpartikel 400 ähnlich dem Kompositpartikel, das in 3 gezeigt ist. Ein Basispartikel 410 ist gezeigt, an dem ein Kohlenstoff-Nonoröhrchen 420 an seiner Oberfläche angebracht ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel 410 ein im Wesentlichen kugelförmiges Partikel auf, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel 410 ein Partikel auf mit einer unregelmäßigen Form mit einem mittleren Durchmesser. Andere Geometrien von Basispartikeln 410 liegen ebenfalls in dem Grundgedanken der Erfindung. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel thermisch leitfähige Partikel wie ein Metallpartikel auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel Kupfer auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel Silber auf.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird, wie in 4 gezeigt, das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 420 an dem Basispartikel 410 an einem ersten Ende 420 des Nanoröhrchens 422 mit einem distalen Ende, das sich von dem Basispartikel 410 erstreckt, angebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 420 an einem anderen Schnittstellenort, nämlich entlang einer Seite des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 420 angebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kompositpartikel durch Wachsen des Kohlenstoff- Nanoröhrchens 420 an einer Fläche des Basispartikels 410 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 420 gesondert ausgebildet und später an der Fläche des Basispartikels 410 angebracht.
  • 5 zeigt ein Kompositpartikel 500 entsprechend anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Ein Basispartikel 510 ist gezeigt mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 520, das an eine Fläche des Basispartikels 510 gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie in 5 gezeigt, das Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit dem Basispartikel 510 über eine Zwischenschicht 512 gekoppelt. Ein Vorteil der Verwendung einer Zwischenschicht 512 schließt die Fähigkeit zum Koppeln eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens 520 an das Basispartikel 510 ein, wobei das Basispartikelmaterial normalerweise nicht gut an einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht 512 Nickel auf. Andere Zwischenschichten 512 weisen, ohne darauf beschränkt zu sein, Kobalt, Eisen und Gold ein. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel 510 Kupfer auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel 510 Silber auf. Obwohl eine Zwischenschicht in 5 gezeigt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei einem Ausführungsbeispiel werden mehrere Zwischenschichten verwendet. Obwohl 5 eine kontinuierliche Schicht 512 zeigt, die das Basispartikel 510 umgibt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei einem Ausführungsbeispiel bedeckt das Zwischenmaterial lediglich einen örtlichen Bereich zwischen einem Abschnitt eines Nanoröhrchens und einem Basispartikel.
  • Ähnlich zu 4 ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 520 gezeigt angebracht an dem Basispartikel 510 an einem ersten Ende 522 mit einem distalen Ende 524, das sich von dem Basispartikel 510 erstreckt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 520 an einem anderen Schnittstellenort angebracht etwa entlang einer Seite des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 520. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kompositpartikel 500 durch Wachsen des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 520 auf einer Fläche des Basispartikels 510 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Basispartikel 510 an dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 520 gewachsen.
  • Wir kehren zurück zu 3. Jede der verschiedenen Kombinationen von Partikeln 304 und Matrixmaterialien 320 liegen in dem Grundgedanken der Erfindung. Ein Beispiel schließt ein Polymermatrixmaterial 302 und ein Kompositmaterial 320 auf, das ein kugelförmiges Basispartikel 322 aus Kupfer mit einem daran angebrachten Kohlenstoff-Nanoröhrchen 324 hat. Ein weiteres Ausführungsbeispiel schließt ein Indiumlotmatrixmaterial 302 und ein Kompositpartikel 320 mit einem Silberbasispartikel 322 mit einem daran angebrachten Kohlenstoff-Nanoröhrchen 324 auf. Obwohl bestimmte Beispiele erwähnt sind, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Andere Kombinationen von Partikeln wie Kompositpartikel und Matrixmaterialien ergeben sich als Möglichkeiten für den Fachmann, der die vorliegenden Erfindung nutzt.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Anzahl von Partikeln wird innerhalb eines Matrixmaterials verteilt einschließlich des Anbringen einer Kohlenstoff-Nanoröhrchenstruktur an eine Fläche eines wärmeleitfähigen Partikels zur Bildung eines Kompositpartikels. Wenigstens ein Kompositpartikel ist in dem Matrixmaterial angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel werden weiter eine Anzahl von zusätzlichen Nicht-Kompositpartikeln weiter in dem Matrixmaterial verteilt. Obwohl drei Vorgänge gezeigt sind, können andere Verfahren weniger Schritte oder mehr Schritte aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte in der in 6 gezeigten Reihenfolge ausgeführt, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
  • Ein Vorteil der Verwendung von Kompositpartikeln wie sie oben beschrieben ist, ist eine erhöhte thermische Leitfähigkeit des zugehörigen thermischen Schnittstellenmaterials. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind bekannt als extrem gute thermische Leiter. Beispielsweise leiten Kohlenstoff-Nanoröhrchen Wärme etwa fünf mal besser als Kupfer und Silber. Ein Mechanismus der thermischen Leitfähigkeit in einem thermischen Schnittstellenmaterial weist das Leiten von Wärme durch Kontaktpunkte von verschiedenen verteilten Partikeln auf. Bei dem Leiten von Wärme durch ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen muss die Wärme von einem ersten Ort durch das Nanoröhrchen zu einem zweiten Ort fließen. Das Leiten durch freie Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer Matrix erfordert zwei Kontaktpunkte auf einem gegebenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, was die thermische Leitung durch den ganzen oder einen Bereich des Nanoröhrchens erlaubt. Ein Betrag der thermischen Leitung kann auch geringer sein durch einen Kontaktpunkt als durch einen größeren Kontaktflächenbereich wie dies oben in einem Ausführungsbeispiel mit einem Kompositpartikel beschrieben worden ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen unter Verwendung eines Kompositpartikels wie oben beschrieben, ist wenigstens ein großer Kontaktschnittstellenweg sichergestellt zwischen dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem zugehörigen Basispartikel aufgrund der gegenständlichen Anbringung. Ausführungsbeispiele unter Verwendung von Kompositpartikeln wie oben beschrieben, werden daher wahrscheinlicher zwei thermische Kontaktpunkte entlang eines Nanoröhrchens bilden, wobei wenigstens ein Kontakt einen großen Schnittstellenbereich hat.
  • Andere Vorteile von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Kompositpartikeln wurden beschrieben, weisen eine abnehmende Viskosität in Folge einer abnehmenden Volumenfraktion der Partikel auf. Eine höhere Leitfähigkeit von Kompositpartikeln erlaubt das Reduzieren der Volumenfraktion während die thermische Leitfähigkeit des thermischen Schnittstellenmaterials beibehalten wird oder zunimmt.
  • Ein thermisches Schnittstellenmaterial ist gezeigt worden mit wenigstens einer Fraktion von Kompositpartikeln. Vorteile schließen eine erhöhte thermische Leitfähigkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften wie eine geringere Viskosität ein. Bei ausgewählten Ausführungsbeispielen sind freie Partikel wie metallische Partikel oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen usw. in einem thermischen Schnittstellenmaterial gemeinsam mit Kompositpartikeln vorgesehen. Ein Vorteil des Einbeziehen von freien Partikeln gemeinsam mit Kompositpartikeln schließt eine verbesserte Packungsdichte innerhalb ausgewählten Ausführungsbeispiele der thermischen Schnittstellenmaterialien ein.
  • Obwohl oben ausgewählte Vorteile beschrieben worden sind, soll die Liste nicht erschöpfend sein. Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier illustriert und beschrieben worden sind, versteht der Fachmann, dass jede Anordnung, die denselben Zweck erfüllen soll, ersetzt werden kann bei spezifischen gezeigten Ausführungsbeispielen. Die Anwendung soll andere Anpassungen oder Variationen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele einschließen. Es versteht sich, dass die obige Ausführung lediglich illustrativ sein soll, nicht aber restriktiv.
  • Kombinationen der obigen Ausführungsbeispiele und andere Ausführungsbeispiele ergeben sich für den Fachmann unter Berücksichtigung der obigen Beschreibung. Der Grundgedanke der Erfindung weist andere Anwendungen mit den obigen Strukturen und verwendeten Fabrikationsverfahren ein. Der Schutzbereich der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beiliegenden Ansprüche bestimmt werden gemeinsam mit dem vollständigen Grundgedanken von Äquivalenten, die sich aus den Ansprüchen ergeben.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein thermisches Schnittstellenmaterial unter Verwendung von Kompositpartikeln ist vorgesehen. Vorteile schließen eine erhöhte thermische Leitfähigkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften wie eine geringere Viskosität auf. Bei ausgewählten Ausführungsbeispielen sind freie Partikel wie metallische Partikel oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen usw. in einem thermischen Schnittstellenmaterial gemeinsam mit Kompositpartikeln vorgesehen. Ein Vorteil des Einschließens von freien Partikeln gemeinsam mit Kompositpartikeln schließt eine verbesserte Packungsdichte innerhalb ausgewählter Ausführungsbeispiele des thermischen Schnittstellenmaterials ein.

Claims (24)

  1. Thermisch leitfähiges Material mit: einem Matarixmaterial; einer Verteilung von Partikeln in dem Matrixmaterial, wobei wenigstens ein Partikel aufweist: ein wärmeleitfähiges Partikel und eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Struktur, die an einer Fläche des wärmeleitenden Partikels angebracht ist.
  2. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 1, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Metallpartikel einschließt.
  3. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Kupferpartikel einschließt.
  4. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Silberpartikel einschließt.
  5. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Polymermatrixmaterial einschließt.
  6. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Lotmatrixmaterial einschließt.
  7. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Indium einschließt.
  8. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel weiter eine Verteilung von freien Partikel einschließt.
  9. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, wobei die Verteilung von freien Partikeln Kupferkügelchen einschließt.
  10. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, wobei die Verteilung von freien Partikeln Silberpartikel einschließt.
  11. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, wobei die Verteilung von freien Partikeln eine Verteilung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen einschließt.
  12. Thermisch leitfähiges Material mit: einem Matrixmaterial; einer Verteilung von Partikeln innerhalb des Matrixmaterials, wobei wenigstens ein Partikel aufweist: ein wärmeleitfähiges Partikel; einem Zwischenbeschichtungsmaterial auf einer Fläche eines wärmeleitfähigen Partikels; und eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Struktur, die an einer Fläche des Zwischenbeschichtungsmaterials angebracht ist.
  13. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Zwischenbeschichtungsmaterial Nickel aufweist.
  14. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Zwischenbeschichtungsmaterial Gold aufweist.
  15. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Matrixmaterial ein Polymermatrixmaterial aufweist.
  16. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Matrixmaterial ein Lotmatrixmaterial aufweist.
  17. Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 16, wobei das Lotmatrixmaterial Indium einschließt.
  18. Ein System mit: einem Prozessorchip; einer thermischen Schnittstellenschicht, die mit dem Prozessorchip gekoppelt ist mit; einem Matrixmaterial; einer Verteilung von Partikeln innerhalb des Matrixmaterials, wobei wenigstens ein Partikel aufweist: ein wärmeleitfähiges Partikel; eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Struktur, die an einer Fläche des wärmeleitfähigen Partikels angebracht ist; eine Wärmeübertragungseinrichtung, die mit der thermischen Schnittstellenschicht gekoppelt ist; eine Dynamic Random Access Memory Einheit und einen Systembus, der mit dem Speicher und dem Prozessorchip gekoppelt ist.
  19. Das System von Anspruch 18, wobei das Matrixmaterial ein Polymermatrixmaterial einschließt und das wärmeleitfähige Partikel ein Kupferpartikel einschließt.
  20. Das System von Anspruch 18, wobei das Matrixmaterial ein Indium beinhaltendes Lotmatrixmaterial einschließt und das wärmeleitfähige Partikel ein Silberpartikel einschließt.
  21. Das System von Anspruch 18, wobei die Dynamic Random Access Memory Einheit eine duale Datenrate Dynamic Random Access Memory Gerät einschließt.
  22. Ein Verfahren mit: Verteilen einer Anzahl von Partikeln innerhalb eines Matrixmaterials mit: Anbringen einer Kohlensntoff-Nanoröhrchen-Struktur an einer Fläche eines wärmeleitenden Partikels zur Bildung eines Kompositpartikels; und Anordnen wenigstens eines Kompositpartikels innerhalb des Matrixmatmerials.
  23. Das Verfahren nach Anspruch 22, weiter mit Verteilen einer Anzahl von zusätzlichen nicht-kompositen Partikeln innerhalb des Matrixmaterials.
  24. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Plazieren wenigstens eines Kompositpartikels innerhalb des Matrixmaterials das Anordnen wenigstens eines Kompositpartikels innerhalb eines Lot beinhaltenden Matrixmaterials einschließt.
DE112006001177T 2005-06-29 2006-06-28 Thermisches Schnittstellenmaterial, Verfahren und System Expired - Fee Related DE112006001177B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/169,520 US7886813B2 (en) 2005-06-29 2005-06-29 Thermal interface material with carbon nanotubes and particles
US11/169,520 2005-06-29
PCT/US2006/025625 WO2007002902A2 (en) 2005-06-29 2006-06-28 Thermal interface material and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112006001177T5 true DE112006001177T5 (de) 2008-03-06
DE112006001177B4 DE112006001177B4 (de) 2013-12-24

Family

ID=37101952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112006001177T Expired - Fee Related DE112006001177B4 (de) 2005-06-29 2006-06-28 Thermisches Schnittstellenmaterial, Verfahren und System

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7886813B2 (de)
KR (1) KR100968637B1 (de)
CN (1) CN101248154B (de)
DE (1) DE112006001177B4 (de)
TW (1) TWI357642B (de)
WO (1) WO2007002902A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009054427A1 (de) * 2009-11-25 2011-09-22 Kme Germany Ag & Co. Kg Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoff/Zinn-Gemengen auf Metall- oder Legierungsschichten

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101275209A (zh) 2007-03-30 2008-10-01 清华大学 热界面材料及其制备方法
DE102007039903A1 (de) * 2007-08-23 2008-10-16 Siemens Ag Wärmeleitmaterial mit zwei Materialbestandteilen und Verwendung des Wärmeleitmaterials
US7911052B2 (en) * 2007-09-30 2011-03-22 Intel Corporation Nanotube based vapor chamber for die level cooling
CN101906288B (zh) * 2009-06-02 2013-08-21 清华大学 热界面材料,具该热界面材料的电子装置及制备方法
JP5334818B2 (ja) * 2009-11-30 2013-11-06 日立電線株式会社 接続構造
JP5809349B2 (ja) 2011-04-14 2015-11-10 エイディエイ テクノロジーズ インコーポレイテッドＡｄａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ． サーマルインターフェースマテリアルならびにそれを含む組成物、システムおよび装置
CN103367275B (zh) * 2013-07-10 2016-10-05 华为技术有限公司 一种界面导热片及其制备方法、散热系统
US9318450B1 (en) * 2014-11-24 2016-04-19 Raytheon Company Patterned conductive epoxy heat-sink attachment in a monolithic microwave integrated circuit (MMIC)
US10269682B2 (en) * 2015-10-09 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Cooling devices, packaged semiconductor devices, and methods of packaging semiconductor devices
US10568544B2 (en) 2015-10-09 2020-02-25 Xg Sciences, Inc. 2-dimensional thermal conductive materials and their use
US9896389B2 (en) 2015-11-11 2018-02-20 International Business Machines Corporation Heat-generating multi-compartment microcapsules
US10309692B2 (en) 2015-11-11 2019-06-04 International Business Machines Corporation Self-heating thermal interface material
US9856404B2 (en) 2015-11-11 2018-01-02 International Business Machines Corporation Self-heating sealant or adhesive employing multi-compartment microcapsules
US10190211B2 (en) * 2015-11-20 2019-01-29 Fourté International, Sdn. Bhd High conductivity graphane-metal and graphene-metal composite and methods of manufacture
US10278284B2 (en) 2016-08-25 2019-04-30 International Business Machines Corporation Laminate materials with embedded heat-generating multi-compartment microcapsules
US9878039B1 (en) 2016-09-01 2018-01-30 International Business Machines Corporation Microcapsule having a microcapsule shell material that is rupturable via a retro-dimerization reaction
US10328535B2 (en) 2016-11-07 2019-06-25 International Business Machines Corporation Self-heating solder flux material
CN108251063B (zh) * 2016-12-28 2021-05-11 有研工程技术研究院有限公司 一种高性能复合相变材料及其制备方法
US10696899B2 (en) 2017-05-09 2020-06-30 International Business Machines Corporation Light emitting shell in multi-compartment microcapsules
US10357921B2 (en) 2017-05-24 2019-07-23 International Business Machines Corporation Light generating microcapsules for photo-curing
US10900908B2 (en) 2017-05-24 2021-01-26 International Business Machines Corporation Chemiluminescence for tamper event detection
US10392452B2 (en) 2017-06-23 2019-08-27 International Business Machines Corporation Light generating microcapsules for self-healing polymer applications
US10607857B2 (en) * 2017-12-06 2020-03-31 Indium Corporation Semiconductor device assembly including a thermal interface bond between a semiconductor die and a passive heat exchanger
US10903184B2 (en) * 2018-08-22 2021-01-26 International Business Machines Corporation Filler particle position and density manipulation with applications in thermal interface materials
CN111417282B (zh) * 2019-01-04 2021-07-30 清华大学 散热片以及利用该散热片的电子装置
CN112542427A (zh) * 2020-11-19 2021-03-23 苏州通富超威半导体有限公司 一种芯片封装结构

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4450188A (en) * 1980-04-18 1984-05-22 Shinroku Kawasumi Process for the preparation of precious metal-coated particles
US6114413A (en) * 1997-07-10 2000-09-05 International Business Machines Corporation Thermally conducting materials and applications for microelectronic packaging
US6157538A (en) * 1998-12-07 2000-12-05 Intel Corporation Heat dissipation apparatus and method
US6797758B2 (en) * 2000-04-05 2004-09-28 The Bergquist Company Morphing fillers and thermal interface materials
US6433055B1 (en) * 2000-09-13 2002-08-13 Dow Corning Corporation Electrically conductive hot-melt silicone adhesive composition
US6407922B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-18 Intel Corporation Heat spreader, electronic package including the heat spreader, and methods of manufacturing the heat spreader
US20030151030A1 (en) 2000-11-22 2003-08-14 Gurin Michael H. Enhanced conductivity nanocomposites and method of use thereof
MXPA06005908A (es) * 2001-05-24 2007-01-26 Fry Metals Inc Material termico de interfaz y preformas para soldar.
US6651736B2 (en) * 2001-06-28 2003-11-25 Intel Corporation Short carbon fiber enhanced thermal grease
US7311967B2 (en) * 2001-10-18 2007-12-25 Intel Corporation Thermal interface material and electronic assembly having such a thermal interface material
US7036573B2 (en) * 2002-02-08 2006-05-02 Intel Corporation Polymer with solder pre-coated fillers for thermal interface materials
US6996686B2 (en) * 2002-12-23 2006-02-07 Sun Microsystems, Inc. Memory subsystem including memory modules having multiple banks
JP2004220911A (ja) 2003-01-15 2004-08-05 Mitsubishi Materials Corp リチウムポリマー電池用負極材料及びこれを用いた負極、並びにこの負極を用いたリチウムイオン電池及びリチウムポリマー電池
US7252877B2 (en) * 2003-02-04 2007-08-07 Intel Corporation Polymer matrices for polymer solder hybrid materials
US20040180209A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-16 Chih-Min Cheng Thermal interface material
DE10320838B4 (de) 2003-05-08 2014-11-06 Rogers Germany Gmbh Faserverstärktes Metall-Keramik/Glas-Verbundmaterial als Substrat für elektrische Anwendungen, Verfahren zum Herstellen eines derartigen Verbundmaterials sowie Verwendung dieses Verbundmaterials
US7118941B2 (en) 2003-06-25 2006-10-10 Intel Corporation Method of fabricating a composite carbon nanotube thermal interface device
US7109581B2 (en) 2003-08-25 2006-09-19 Nanoconduction, Inc. System and method using self-assembled nano structures in the design and fabrication of an integrated circuit micro-cooler
US20050116336A1 (en) 2003-09-16 2005-06-02 Koila, Inc. Nano-composite materials for thermal management applications
US20050061496A1 (en) 2003-09-24 2005-03-24 Matabayas James Christopher Thermal interface material with aligned carbon nanotubes
TWI253467B (en) * 2003-12-23 2006-04-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Thermal interface material and method for making same
US7180174B2 (en) 2003-12-30 2007-02-20 Intel Corporation Nanotube modified solder thermal intermediate structure, systems, and methods
US7504453B2 (en) * 2004-02-02 2009-03-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Composite thermal interface material including particles and nanofibers

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009054427A1 (de) * 2009-11-25 2011-09-22 Kme Germany Ag & Co. Kg Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoff/Zinn-Gemengen auf Metall- oder Legierungsschichten
DE102009054427B4 (de) * 2009-11-25 2014-02-13 Kme Germany Ag & Co. Kg Verfahren zum Aufbringen von Gemengen aus Kohlenstoff und Metallpartikeln auf ein Substrat, nach dem Verfahren erhältliches Substrat und dessen Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007002902A3 (en) 2007-05-10
CN101248154A (zh) 2008-08-20
US7886813B2 (en) 2011-02-15
US20070001310A1 (en) 2007-01-04
DE112006001177B4 (de) 2013-12-24
WO2007002902A2 (en) 2007-01-04
TWI357642B (en) 2012-02-01
CN101248154B (zh) 2014-06-25
KR20080019646A (ko) 2008-03-04
TW200715507A (en) 2007-04-16
KR100968637B1 (ko) 2010-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006001177B4 (de) Thermisches Schnittstellenmaterial, Verfahren und System
DE102006001792B4 (de) Halbleitermodul mit Halbleiterchipstapel und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102008040900B4 (de) Gestapelte IC-Struktur und Verfahren zum Bilden einer gestapelten IC-Struktur
DE4410467C2 (de) Wärmesenkenanordnung mit einer thermisch leitenden Platte für eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen auf einem Substrat
DE19928075B4 (de) Speichermodul mit Wärmeableiter
DE69433736T2 (de) Mehrchipmodul
DE112009002197T5 (de) Eingabe/Ausgabe-Architektur für montierte Prozessoren und Verfahren zur Verwendung derselben
DE112016006332B4 (de) Leistungsmodul
DE112012006033T5 (de) Befestigung einer mikroelektronischen Vorrichtung auf einem umgekehrten mikroelektronischen Paket
DE102004021075B4 (de) Halbleiterbauelement mit anisotrop thermisch leitender Radiatorbasis und Verfahren zu seiner Herstellung
DE4410029A1 (de) Mittels einer Feder vorgespannte Wärmesenkenanordnung für eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen auf einem Substrat
DE112006004099B4 (de) Elektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE202008017728U1 (de) Vorrichtung zur Abschirmung und Hitzeableitung
DE112011105967T5 (de) Mikroelektronisches Gehäuse und gestapelte mikroelektronische Baugruppe und Rechensystem mit denselben
DE102007021986B4 (de) Halbleitereinrichtung mit integriertem metallischen Kühlkörper und Verfahren zu deren Herstellung
DE10393769B4 (de) Halbleiterbauelement mit Klemmen zum Verbinden mit externen Elementen
DE102012104067A1 (de) Integrierte-Schaltung-Gehäuse und Einhäusungsverfahren
DE202009010525U1 (de) Wärmeleitendes Modul
DE112014006142B4 (de) Leistungshalbleiteranordnung
DE102007008912A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102017207727A1 (de) Halbleiteranordnung
DE102018129869A1 (de) Gestapelte Halbleiter-Architekturen umfassend Halbleiter-Dies und thermische Verteiler auf einem Basis-Die
DE202013002411U1 (de) Wärmeverteiler mit Flachrohrkühlelement
EP2439775A2 (de) Wärmeverteiler mit mechanisch gesichertem Wärmekopplungselement
DE102012112327A1 (de) Ein-Integrierter-Schaltkreis-Gehäuse und ein Verfahren zum Herstellen eines Integrierter-Schaltkreis-Gehäuses

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20140325

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee