DE112006001177T5 - Thermisches Schnittstellenmaterial und Verfahren - Google Patents
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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.
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 - 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 von2A 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 Geräts100 , das wenigstens eine elektronische Anordnung110 aufweist, die ein thermisch leitfähiges Material in Übereinstimmung mit wenigstens einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Das elektronische Gerät100 ist nur ein Beispiel eines elektronischen Systems, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Bei diesem Beispiel weist das elektronische Gerät100 ein Datenprozessorsystem auf, das einen Systembus102 aufweist, um die verschiedenen Komponenten des Systems miteinander zu koppeln. Der Systembus102 schafft Kommunikationslinks zwischen den verschiedenen Komponenten des elektronischen Geräts100 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 Systembus102 gekoppelt. Die elektronische Anordnung110 kann jede Schaltung oder Kombination von Schaltungen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die elektronische Anordnung110 einen Prozessor112 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 Kommunikationsschaltung114 ) 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 Speicher120 aufweisen, der wiederum ein oder mehrere Speicherelemente aufweisen kann, die für die bestimmte Anwendung geeignet sind, die einen Hauptspeicher122 in Form eines Random Access Memory (RAM), eine oder mehreren Harddrives124 und/oder einem oder mehreren Drives, die ein entfernbares Medium126 wie eine Compactdisk (VD), Digital Video Disk (DVD) und dergleichen beihalten. - Das elektronische Gerät
100 kann weiter ein Display116 , einen oder mehrere Lautsprecher118 , eine Tastatur und/oder Controller130 , 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 Gerät100 . - 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 Package200 . 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 Substrats200 , etwa einer Schaltkarte, über Logkugeln oder Erhebungen212 . Das Substrat220 kann eine einschichtige Platte sein oder eine mehrschichtige Platte und kann zusätzliche Kontakte222 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 Rückseite214 abgeführt. Wärme, die in dem Bauelement konzentriert wird, wird auf einer großen Fläche verteilt, die in Kontakt mit dem Bauelement der Form eines integrierten Wärmeverteilers230 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 Bauelement210 . Bei einem Ausführungsbeispiel ist weiter ein Klebstoff230 vorgesehen zum Sichern des integrierten Wärmeverteilers230 an dem Substrat220 . Zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit zwischen dem Bauelement210 und dem integrierten Wärmeverteiler230 ist häufig ein thermisches Schnittstellenmaterial zwischen dem Bauelement210 und dem integrierten Wärmeverteiler230 vorgesehen. - Bei einem Ausführungsbeispiel ist zur weiteren Verteilung von Wärme von dem integrierten Wärmeverteiler
230 eine Wärmesenke250 , die optional mit Lamellen252 versehen ist, mit dem integrierten Wärmeverteiler230 gekoppelt. Die Wärmesenke250 verteilt Wärme in die Umgebung. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das zweite thermische Schnittstellenmaterial250 weiter zum Erzeugen eines thermischen Wegs zwischen dem integrierten Wärmeverteiler230 und der Wärmesenke250 verwendet. - Die thermischen Schnittstellenmaterialien
250 und254 , die in2A 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 Packages230 ohne eine Wärmesenke, wie oben beschrieben. Der integrierte Wärmeverteiler230 ist in einem Ausführungsbeispiel als eine Package Abdeckung ausgebildet und ausgeformt. Die Ränder des integrierten Wärmeverteilers230 bilden ein Gehäuse für das Substrat220 , in das das (nicht gezeigte) Bauelement im Wesentlichen eingeschlossen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Öffnung232 in dem integrierten Wärmeverteiler230 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 Schnittstellenmaterials300 . ein Matrixmaterial302 ist als eine Komponente eines thermischen Schnittstellenmaterials300 dargestellt mit einer Verteilung von Partikeln304 , die in dem Matrixmaterial302 gezeigt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel dient das Matrixmaterial302 zum Halten der Verteilung der Partikel304 an Ort und Stelle in thermischem Kontakt miteinander. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Verteilung von Partikeln304 thermisch leitfähige Partikel auf, die zum Leiten von Wärme von einem Partikel zu dem nächsten dienen und einen thermischen Weg durch das thermische Schnittstellenmaterial300 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 Schnittstellenmaterial300 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 Schnittstellenmaterial300 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 Partikeln310 auf. In der vorliegenden Offenbarung sind die freien Partikel310 als im wesentlichen homogene Partikel ohne zusätzliche Strukturen, die an einer Fläche der Partikel angebracht sind, auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die freien Partikel210 eine Anzahl von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln312 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Anzahl der freien Partikel310 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-Nanoröhrchen314 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 Schnittstellenmaterial300 . Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Verteilung von Partikeln304 eine Anzahl von Kompositpartikeln320 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Kompositpartikel320 ein Basispartikel322 mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen324 , das an einer Fläche des Basispartikels322 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 Schnittstellenmaterials300 . Die Viskosität bestimmt die Kraft, die in der Anordnung erforderlich ist, um eine Menge des thermischen Schnittstellenmaterials300 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 Schnittstellenmaterials300 gewählt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Verteilung von Partikelgrößen verwendet einschließlich der Größen der freien Partikel310 und der Größen der Kompositpartikel320 . - 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 Matrixmaterials202 . Allgemein erhöht das Erhöhen einer Volumenfraktion in einem thermischen Schnittstellenmaterial300 die thermische Leitfähigkeit des thermischen Schnittstellenmaterials300 . 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 Kompositpartikel400 ähnlich dem Kompositpartikel, das in3 gezeigt ist. Ein Basispartikel410 ist gezeigt, an dem ein Kohlenstoff-Nonoröhrchen420 an seiner Oberfläche angebracht ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel410 ein im Wesentlichen kugelförmiges Partikel auf, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel410 ein Partikel auf mit einer unregelmäßigen Form mit einem mittleren Durchmesser. Andere Geometrien von Basispartikeln410 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-Nanoröhrchen420 an dem Basispartikel410 an einem ersten Ende420 des Nanoröhrchens422 mit einem distalen Ende, das sich von dem Basispartikel410 erstreckt, angebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen420 an einem anderen Schnittstellenort, nämlich entlang einer Seite des Kohlenstoff-Nanoröhrchens420 angebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kompositpartikel durch Wachsen des Kohlenstoff- Nanoröhrchens420 an einer Fläche des Basispartikels410 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen420 gesondert ausgebildet und später an der Fläche des Basispartikels410 angebracht. -
5 zeigt ein Kompositpartikel500 entsprechend anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Ein Basispartikel510 ist gezeigt mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen520 , das an eine Fläche des Basispartikels510 gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist, wie in5 gezeigt, das Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit dem Basispartikel510 über eine Zwischenschicht512 gekoppelt. Ein Vorteil der Verwendung einer Zwischenschicht512 schließt die Fähigkeit zum Koppeln eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens520 an das Basispartikel510 ein, wobei das Basispartikelmaterial normalerweise nicht gut an einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen anhaftet. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht512 Nickel auf. Andere Zwischenschichten512 weisen, ohne darauf beschränkt zu sein, Kobalt, Eisen und Gold ein. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel510 Kupfer auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Basispartikel510 Silber auf. Obwohl eine Zwischenschicht in5 gezeigt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei einem Ausführungsbeispiel werden mehrere Zwischenschichten verwendet. Obwohl5 eine kontinuierliche Schicht512 zeigt, die das Basispartikel510 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-Nanoröhrchen520 gezeigt angebracht an dem Basispartikel510 an einem ersten Ende522 mit einem distalen Ende524 , das sich von dem Basispartikel510 erstreckt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kohlenstoff-Nanoröhrchen520 an einem anderen Schnittstellenort angebracht etwa entlang einer Seite des Kohlenstoff-Nanoröhrchens520 . Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Kompositpartikel500 durch Wachsen des Kohlenstoff-Nanoröhrchens520 auf einer Fläche des Basispartikels510 gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Basispartikel510 an dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen520 gewachsen. - Wir kehren zurück zu
3 . Jede der verschiedenen Kombinationen von Partikeln304 und Matrixmaterialien320 liegen in dem Grundgedanken der Erfindung. Ein Beispiel schließt ein Polymermatrixmaterial302 und ein Kompositmaterial320 auf, das ein kugelförmiges Basispartikel322 aus Kupfer mit einem daran angebrachten Kohlenstoff-Nanoröhrchen324 hat. Ein weiteres Ausführungsbeispiel schließt ein Indiumlotmatrixmaterial302 und ein Kompositpartikel320 mit einem Silberbasispartikel322 mit einem daran angebrachten Kohlenstoff-Nanoröhrchen324 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 in6 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)
- 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.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 1, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Metallpartikel einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Kupferpartikel einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Silberpartikel einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Polymermatrixmaterial einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Lotmatrixmaterial einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel ein Indium einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 2, wobei das wärmeleitfähige Partikel weiter eine Verteilung von freien Partikel einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, wobei die Verteilung von freien Partikeln Kupferkügelchen einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, wobei die Verteilung von freien Partikeln Silberpartikel einschließt.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 8, wobei die Verteilung von freien Partikeln eine Verteilung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen einschließt.
- 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.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Zwischenbeschichtungsmaterial Nickel aufweist.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Zwischenbeschichtungsmaterial Gold aufweist.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Matrixmaterial ein Polymermatrixmaterial aufweist.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 12, wobei das Matrixmaterial ein Lotmatrixmaterial aufweist.
- Thermisch leitfähiges Material nach Anspruch 16, wobei das Lotmatrixmaterial Indium einschließt.
- 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.
- Das System von Anspruch 18, wobei das Matrixmaterial ein Polymermatrixmaterial einschließt und das wärmeleitfähige Partikel ein Kupferpartikel einschließt.
- Das System von Anspruch 18, wobei das Matrixmaterial ein Indium beinhaltendes Lotmatrixmaterial einschließt und das wärmeleitfähige Partikel ein Silberpartikel einschließt.
- Das System von Anspruch 18, wobei die Dynamic Random Access Memory Einheit eine duale Datenrate Dynamic Random Access Memory Gerät einschließt.
- 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.
- Das Verfahren nach Anspruch 22, weiter mit Verteilen einer Anzahl von zusätzlichen nicht-kompositen Partikeln innerhalb des Matrixmaterials.
- 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.
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