DE112014002965T5

DE112014002965T5 - Einspritzen eines Füllermaterials mit homogener Verteilung von anisotropen Füllerpartikeln durch Implosion

Info

Publication number: DE112014002965T5
Application number: DE112014002965.3T
Authority: DE
Inventors: Eric P. Lewandowski; Jae-Woong Nah; Robert J. Polastre; Michael A. Gaynes
Original assignee: GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2016-04-28
Also published as: US20140377572A1; US20140377571A1; US9321245B2; WO2014209476A1

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen eines Matrixmaterials zwischen einem gebunden Paar von Substraten, wobei eine homogene Verteilung von anisotropen Füllermaterialien bereitgestellt ist. Funktionalisierte anisotrope Füllerpartikel sind gleichmäßig mit einem Matrixmaterial gemischt, um eine homogene Mischung auszubilden. Ein gebundener Aufbau eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats mit einer Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten ist innerhalb einer Vakuumumgebung platziert. Die homogene Mischung des Matrixmaterials und der anisotropen Füllerpartikel wird um die Anordnung der elektrischen Verbindungsaufbauten abgegeben. Ein Gas wird plötzlich in die Vakuumumgebung gegeben, um eine Implosion der homogenen Mischung zu verursachen. Die Implosion verursacht, dass die homogene Mischung Vertiefungen zwischen dem ersten und zweiten Substrat ohne Agglomerieren der anisotropen Füllerpartikel füllt. Die Mischung, die den Raum zwischen dem ersten und zweiten Substrat füllt, weist eine homogene Verteilung von anisotropen Füllerpartikeln auf.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren zum Verteilen eines Matrixmaterials mit einer homogenen Verteilung von anisotropen Füllerpartikeln durch Implosion und Aufbauten, die durch das gleiche hergestellt werden.
Anisotrope Füllerpartikel können einer nutzbaren Funktion dienen, wenn sie in einer Matrix eines anderen Materials eingebettet sind. Zum Beispiel können leitende anisotrope Füllerpartikel, die in einer Matrix eines Isolationsmaterials eingebettet sind, leitende Pfade durch das Isolationsmaterial durch Perkolation der verteilten, leitenden anisotropen Füller bereitstellen. Thermisch leitende Pfade oder elektrisch leitende Pfade können durch die Matrix des Isolationsmaterials bereitgestellt werden. Ferner können die anisotropen Füllerpartikel der mechanischen Festigkeit der Matrix zuträglich sein.
Der Volumenanteil der anisotropen Füllerpartikel, der benötigt wird, um Perkolationspfade durch die gesamte Matrix bereitzustellen, hängt von der Orientierungsanisotropie ab, welche die anisotropen Füllerpartikel bereitstellt. Die Orientierungsanisotropie hängt größtenteils von dem Verhältnis der längsten Ausdehnung eines anisotropen Füllerpartikels zu der kürzesten Ausdehnung des anisotropen Füllerpartikels wie auch von der genauen Form des anisotropen Füllerpartikels ab.
Im Allgemeinen gilt, dass je größer die Orientierungsanisotropie der anisotropen Füllerpartikel ist, desto kleiner ist der benötigte Volumenanteil, um Perkolationspfade innerhalb der Matrix bereitzustellen. In einem erläuternden Beispiel in dem Fall, in dem anisotrope Füllerpartikel wie zylindrische Stäbe ausgebildet sind und ein Aspektverhältnis (definiert durch das Verhältnis der Länge eines zylindrischen Stabs zu dem Durchmesser des zylindrischen Stabs) ungefähr 500 ist, ist ein Volumenanteil von ungefähr 0,001 (d. h. 0,1 des gesamten Volumens der Matrix) ausreichend, um ein verbundenes Netzwerk von Perkolationspfaden innerhalb der Matrix bereitzustellen. Falls das Aspektverhältnis ungefähr 200 ist, können anisotrope Füllerpartikel, die ein Volumenanteil von ungefähr 0,002 haben, ein verbundenes Netzwerk von Perkolationspfaden innerhalb der Matrix bereitstellen. Falls das Aspektverhältnis ungefähr 100 ist, können anisotrope Füllerpartikel, die einen Volumenanteil von 0,005 haben, ein verbundenes Netzwerk von Perkolationspfaden innerhalb der Matrix bereitstellen. Der Wert für einen benötigten Volumenanteil zum Bereitstellen eines verbundenen Netzwerks von Perkolationspfaden kann sich ändern, wenn sich die Form der anisotropen Füllerpartikel ändert (zum Beispiel in Scheiben).
Während ein anfängliches Verteilen von anisotropen Partikeln in einer Matrix über viele Mittel der Bewegung möglich ist, führen konventionelle Verteilungsverfahren zum Verteilen einer solchen Dispersion in begrenzten Geometrien zu flussinduzierten Anhäufungen. Ein Mechanismus für eine solche Anhäufung ist in 1 dargestellt. Speziell zeigt 1 ein Volumen, das sich entlang der X und Y Richtung (die Y Richtung ist senkrecht zu der Ebene der Seite) ohne Ränder erstreckt und in der z-Richtung zwischen den z-Koordinaten von z₀ und z₁ begrenzt ist. Einspritzen eines Fluides resultiert in einem laminaren Fluss mit einem ungleichmäßigen Geschwindigkeitsfeld (dargestellt mit geraden Pfeilen), weil die Geschwindigkeit des Fluides an den horizontalen Ebenen von z = z₀ und z = z₁ null ist. Solche ungleichmäßigen Geschwindigkeitsfelder generieren eine flussinduzierte Rotation von Partikeln, die in dem Fluid eingebettet sind. Je größer die Orientierungsanisotropie der anisotropen Füllerpartikel innerhalb des Fluides ist, desto größer ist die Rotation der anisotropen Füllerpartikel. Die Rotation der anisotropen Füllerpartikel induziert physikalischen Kontakt unter den anisotropen Füllerpartikeln und resultiert in einer Anhäufung von anisotropen Füllerpartikeln.
Weil die Rate der Anhäufung der anisotropen Füllerpartikel sich mit der Menge der angehäuften Füllerpartikel erhöht, nimmt die Dichte der angehäuften anisotropen Füllerpartikel mit Abstand von dem Einspritzpunkt, der durch die vertikale Ebene x = 0 dargestellt ist, zu. Angehäufte anisotrope Füllerpartikel können einfach mit den Rändern (die an den horizontalen Ebenen von z = z₀ und z = z₁ vorliegen) in Kontakt kommen und effektiv aus dem Fluid ausscheiden, wenn sie in an einem der Ränder hängen geblieben sind. Dieses Phänomen resultiert in einer ungleichmäßigen Dichte der Anhäufung als eine Funktion des Abstands (der Wert von x) von dem Einspritzpunkt. Ferner liegt eine ungleichmäßige Dichte von anisotropen Füllerpartikeln als eine Funktion des Abstands von dem Einspritzpunkt innerhalb des Volumens vor, in welchem das eingespritzt Fluid, wie in 2 dargestellt, vorliegt.
Einspritzen eines Matrixmaterials, das anisotropen Füllerpartikel beinhaltet, in ein Volumen zwischen zwei gebundenen Substraten hat das Problem eines Anhäufens von Füllerpartikeln. Aus diesem Grund resultierten Versuche anisotrope Füllerpartikel bei einer Dichte, die ausreichend groß ist, um ein Netzwerk von Perkolationspfaden bereitzustellen, in einer inhomogenen Verteilung von anisotropen Füllerpartikeln.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Matrixmaterials zwischen einem gebunden Paar von Substraten mit einer homogenen Verteilung von anisotropen Füllerpartikeln ist bereitgestellt. Funktionalisierte anisotrope Füllerpartikel werden gleichmäßig mit einem Matrixmaterial gemischt, um eine homogene Mischung auszubilden. Ein gebundener Aufbau eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats mit einer Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten ist innerhalb einer Vakuumumgebung platziert. Die homogene Mischung des Matrixmaterials und der anisotropen Füllerpartikel wird um die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten verteilt. Ein Gas wird abrupt in die Vakuumumgebung eingebracht, um eine Implosion der homogenen Mischung zu verursachen. Die Implosion verursacht, dass die homogene Mischung den Hohlraum zwischen dem ersten und zweiten Substrat ohne Verursachen eines Anhäufens der anisotropen Füllerpartikel füllt. Die Mischung, die den Raum zwischen dem ersten und zweiten Substrat füllt, weist eine homogene Verteilung von anisotropen Füllerpartikeln auf.
Einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung entsprechend ist ein Verfahren eines Verteilens einer Mischung eines Matrixmaterials und anisotroper Füllerpartikel in einem Volumen bereitgestellt. Ein Aufbau ist bereitgestellt, der ein angrenzendes Volumen beinhaltet, das zwischen zwei Oberflächen liegt und durch zwei Oberflächen begrenzt ist, die vertikal voneinander beabstanded sind. Eine Mischung, die Matrixmaterial und anisotropen Füllerpartikel beinhaltet, die homogen innerhalb des Matrixmaterials gemischt sind, ist bereitgestellt. Der Aufbau ist innerhalb einer Vakuumumgebung Schließung angeordnet. Eine Vakuumumgebung ist innerhalb der vakuumdichten Umschließung bereitgestellt, während der Aufbau in der vakuumdichten Umschließung vorliegt. Die Mischung wird in der Vakuumumgebung um eine Umgebung des angrenzenden Volumens an mindestens einer der zwei Oberflächen aufgebracht. Die aufgebrachte Mischung wird in das kontinuierliche Volumen implodiert, indem Gas in die vakuumdichte Umschließung eingelassen wird. Das eingelassene Gas verursacht, dass die aufgebrachte Mischung das angrenzende Volumen mit einer homogenen Verteilung der anisotropen Füllerpartikel innerhalb des Matrixmaterials füllt.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Aufbau bereitgestellt, der ein erstes Substrat und ein zweites Substrat beinhaltet, die aneinander durch eine Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten gebunden sind. Der Aufbau beinhaltet ferner eine Mischung eines Unterfüllmaterials und anisotroper Füllerpartikel, welche die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten einbetten und zwischen dem ersten und zweiten Substrat liegt. Die Dichte der anisotropen Füllerpartikel ist über die gesamte Mischung gleichmäßig.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Mechanismus für flussinduzierte Rotation von Partikeln in einem Fluid, das in ein begrenztes Volumen eingespritzt wird.
2. ein schematischer Graph einer Dichte D(x) von länglichen Partikeln innerhalb eines Fluid, das in ein begrenztes Volumen eingespritzt wird, als eine Funktion des Abstands x von einem Einspritzpunkt.
3A ist eine Ansicht von oben nach unten eines beispielhaften gebundenen Aufbaus, der innerhalb einer vakuumdichten Umschließung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geladen ist.
3B ist eine vertikale Querschnittsansicht des beispielhaften, gebundenen Aufbaus von 3A.
4A ist eine Ansicht von oben nach unten eines beispielhaften, gebundenen Aufbaus nachdem eine Mischung eines Unterfüllmaterials und anisotroper Füllerpartikel entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgebracht wurden.
4B ist eine vertikale Querschnittsansicht eines beispielhaften, gebundenen Aufbaus von 4A.
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines beispielhaften, gebundenen Aufbaus von 4A, der in eine vakuumdichte Umschließung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geladen ist.
6A ist eine Ansicht von unten nach oben eines beispielhaften, gebundenen Aufbaus nach einer Verteilung der Mischung des Unterfüllmaterials und der anisotropen Füllerpartikel in dem Raum zwischen Substraten entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6B ist eine vertikale Querschnittsansicht eines beispielhaften, gebundenen Aufbaus von 6A.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Wie oben erwähnt, betrifft die vorliegende Offenbarung Verfahren zum Anordnen eines Matrixmaterials mit homogener Verteilung von anisotropen Füllerpartikel durch Implosion und Aufbauten, die dadurch hergestellt sind. Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden jetzt detailliert mit begleitenden Figuren beschrieben. Es sei angemerkt, dass gleiche und korrespondierende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
Die Verfahren der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in einem beliebigen Aufbau angewendet werden, der ein angrenzendes Volumen beinhaltet, das zwischen zwei Oberflächen liegt und durch die zwei Oberflächen begrenzt ist. Die zwei Oberflächen können in einer Weise orientiert sein, sodass eine der zwei Oberflächen über der anderen der zwei Oberflächen liegt. Das angrenzende Volumen weist mindestens eine Öffnung auf, durch welche das angrenzende Volumen mit der Umgebung verbunden ist, in welcher der Aufbau liegt. Zum Beispiel kann das angrenzende Volumen mindestens eine Öffnung zu einer Seite in einer Position aufweisen, in welcher die zwei Oberflächen sich lateralen erstrecken. Jede der zwei Oberflächen kann sich entlang einer zweidimensionalen Ebene erstrecken. In diesem Fall kann oder kann nicht jede der zwei Oberflächen eine horizontale Oberfläche sein. Das angrenzende Volumen ist ein genau definiertes Volumen, das sich nicht über Zeit ändert. In anderen Worten ausgedrückt, sind die zwei Oberflächen keine temporären Oberflächen eines Fluides, das sich mit der Zeit ändert, sondern mechanisch stabile Oberflächen von Festkörpern oder Flüssigkeiten, die nicht auf einer Zeitskala von 24 Stunden fließen (wie in dem Fall von Glas).
In einer Ausführungsform kann der Aufbau ein gebundener Aufbau sein, in dem zwei Substrate durch mindestens ein mechanisches Mittel gebunden sind. 3A und 3B stellen einen beispielhaften, gebundenen Aufbau dar, der ein erstes Substrat 100, ein zweites Substrat 200 und eine Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 beinhaltet, in dem die Strukturen von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 als ein mechanisches Mittel dient, welches das erste und zweite Substrat (100, 200) in Position hält. Die elektrischen Verbindungsaufbauten 300 können Lötkugeln, Metall auf Metall Bindungsaufbauten, leitende Klebstoffabschnitte und oder andere elektrische Verbindungsaufbauten sein, die im Stand der Technik bekannt sind. Eine Oberfläche des ersten Substrats 100 kann eine der zwei Oberflächen bilden, die eine Grenze des angrenzenden Volumens definiert, und eine untere Oberfläche des zweiten Substrats 200 kann die andere der zwei Oberflächen bilden, welche die andere Grenze des angrenzenden Volumens bildet. Die Anordnung der elektrischen Verbindungsaufbauten 300 kann an die zwei Oberflächen, welche die Grenzen des angrenzenden Volumens bilden, gebunden sein. Ferner kann die Struktur der elektrischen Verbindungsaufbauten 300 innerhalb des angrenzenden Volumens eingebettet sein.
Falls die Seitenwände des zweiten Substrats 100 vollständig innerhalb eines Bereichs sind, der durch die Seitenwände des ersten Substrats 100, wie in der Ansicht von oben nach unten wie in 3A gesehen, gebildet ist, kann das angrenzende Volumen als der vollständige Raum definiert werden, der unter dem zweiten Substrat 200, über dem ersten Substrats 100 liegt und lateral durch einen Satz von vertikalen Oberflächen begrenzt ist, die sämtliche Seitenwände des zweiten Substrats 200 ohne den Satz von Räumen kontaktieren, der durch die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 beansprucht wird.
In einer Ausführungsform kann das erste Substrat 100 ein Halbleiterchip, ein Zwischenaufbau zum Montieren eines Halbleiterchips an einen anderen Aufbau oder ein Packungssubstrat wie ein laminiertes Packungssubstrat oder ein keramisches Packungssubstrat sein. Das zweite Substrat 200 kann ein Halbleiterchip sein. Die Anordnung der elektrischen Verbindungsaufbauten 300 kann zum Beispiel eine Anordnung von C4-Kugeln, wie im Stand der Technik bekannt, sein.
Eine Mischung eines Matrixmaterials und anisotroper Füllerpartikel wird vorbereitet. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Matrixmaterial auf ein Material, das ausreichende Adhäsion unter Molekülen aufweist, um eine angrenzende Struktur auszubilden, die nicht spontan auseinanderbricht, wenn mindestens ein Typ eines anderen Materials eingeführt wird. In einer Ausführungsform kann das Matrixmaterial eine viskose Flüssigkeit sein. In einer Ausführungsform kann das Matrixmaterial eine viskose, dielektrische Flüssigkeit sein. In einer Ausführungsform kann das Matrixmaterial ein Unterfüllmaterial sein. Wie hier verwendet, bezeichnet ein Unterfüllmaterial ein elektrisch isolierendes aktives Material, das eine stärkere mechanisch Verbindung und/oder Wärmebrücke zwischen zwei Substraten herstellen kann. Unterfüllmaterialen zum Zwecke eines Flip-Chip-Bindens sind im Stand der Technik bekannt.
Wie hier verwendet, bezieht sich Füllerpartikel auf Partikel, die in ein Matrixmaterial ohne spontane Agglomeration der Füllerpartikel in der Abwesenheit von äußeren Kräften mit Ausnahme von Schwerkraft eingeführt werden können. Wie hier verwendet, bezieht sich anisotrope Füllerpartikel auf nicht-sphärische Füllerpartikel. In einer Ausführungsform kann eine maximale Ausdehnung eines anisotropen Füllerpartikels mindestens ein zweifaches einer minimalen Ausdehnung des anisotropen Füllerpartikel sein. Wie hier verwendet, bezieht sich maximale Ausdehnung eines Objekts auf einen größten Abstand zwischen zwei Punkten, die an einer Oberfläche des Objekts liegen. Wie hier verwendet, bezieht sich minimaler Abstand eines Objekts auf einen Abstand zwischen einem Paar von Sattelpunkten, die durch einen kleinsten Abstand getrennt sind und auf einer Oberfläche des Objekts liegen. Wie hier verwendet, ist ein Sattelpunkt ein Punkt, an dem ein Abstand von einem anderen Punkt an demselben Objekt ein lokales Maximum entlang einer Richtung der Oberfläche aufweist, die den Punkt beinhaltet und ein lokales Minimum entlang einer anderen Richtung der Oberfläche aufweist. Zum Beispiel ist eine minimale Ausdehnung eines Zylinderstabs, der eine größere Länge als Durchmesser aufweist, ein Durchmesser und eine maximale Ausdehnung eines solchen Zylinderstabs ist die Länge des Zylinderstabs. Für ein Ellipsoid, das drei unterschiedliche Hauptachsen aufweist, ist die maximale Ausdehnung die größte Hauptachse und die minimale Ausdehnung die kleinste Hauptachse.
Die Anisotropie eines Füllerpartikels ist hier definiert als das Verhältnis der maximalen Ausdehnung zu der minimalen Ausdehnung. Ein Füllerpartikel hat eine Anisotropie größer als 1,0. In einer Ausführungsform können anisotrope Füllerpartikel, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, eine Anisotropie größer als 3 aufweisen. In einer anderen Ausführungsform können anisotrope Füllerpartikel, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, eine Anisotropie größer als 10 aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform können Füllerpartikel, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, eine Anisotropie größer als 30 aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform können Füllerpartikel, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, eine Anisotropie größer als 100 aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform können Füllerpartikel, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, eine Anisotropie größer als 300 aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform können Füllerpartikel, die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, eine Anisotropie größer als 1000 aufweisen.
In einer Ausführungsform kann die maximale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 10 nm bis 10 μm sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die maximale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 10 nm bis 100 nm sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die maximale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 100 nm bis 1 um sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die maximale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 1 μm bis 10 μm sein.
In einer Ausführungsform kann die minimale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 1 nm bis 1 μm sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die minimale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 1 nm bis 10 nm sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die minimale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 10 nm bis 100 nm sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die minimale Ausdehnung von jedem anisotropen Füllerpartikel in einem Bereich von 100 nm bis 1 μm sein.
Im Allgemeinen kann für eine Mischung, die an dem begrenzten Volumen aufzubringen ist, das zwischen zwei Oberflächen liegt und von zwei Oberflächen begrenzt ist, das Matrixmaterial ein Isolatormaterial, ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material sein. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Isolatormaterial auf ein Material, das einen Widerstand von mehr als 1,0 × 10³ Ohm-cm aufweist. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Halbleitermaterial auf ein Material, das einen Widerstand in einem Bereich von 1,0 × 10^–3 Ohm-cm bis 1,0 × 10³ Ohm-cm aufweist. Wie hier verwendet, bezieht sich ein leitendes Material auf ein Material, das einen Widerstand von weniger als 1,0 × 10^–3 Ohm-cm aufweist.
Im Allgemeinen können für eine Mischung, die an dem begrenzten Volumen aufzubringen ist, das zwischen zwei Oberflächen liegt und von zwei Oberflächen begrenzt ist, die anisotropen Füllerpartikel ein Isolatormaterial, ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material sein. Falls das Matrixmaterial ein Unterfüllmaterial ist, können die anisotropen Füllerpartikel ein Isolatormaterial oder ein Halbleitermaterial sein. In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel ein Material beinhalten, das eine thermische Leitfähigkeit von mehr als 0,2 W/(m·K) aufweist. In diesem Fall können die anisotropen Füllerpartikel ein Übertragen von Wärme zwischen dem ersten Substrats 100 und dem zweiten Substrat 200 verbessern, nachdem die Mischung nachfolgend in dem Volumen zwischen dem erstes Substrat 100 und dem zweiten Substrat 200 aufgebracht ist.
In einer Ausführungsform kann eine Beschallungstechnik verwendet werden, um anisotrope Partikel in einem Matrixmaterial anfänglich anzuordnen. In einer anderen Ausführungsform kann eine 3-Walzenmühle verwendet werden, um anfänglich anisotrope Partikel in einem Matrixmaterial zu verteilen. Eine 3-Walzenmühle ist eine Maschine, die Scherkräfte nutzt, die durch drei horizontal positionierte Rollen, die in gegensätzliche Richtungen und unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zueinander rotieren, erzeugt werden, um viskose Materialien, die eingeführt werden, zu mixen, anzuordnen oder Homogenisierung. In einer weiteren Ausführungsform kann das Mischen der anisotropen Füllerpartikel mit dem Matrixmaterial durch mechanisches Mischen durchgeführt werden, indem zum Beispiel eine Schaufel oder ein Spaten verwendet werden. In der Mischung sind die anisotropen Füllerpartikel homogen mit dem Matrixmaterial gemischt. Wie hier verwendet, bezieht sich ein homogenes Mischen von Partikeln auf ein Mischen von Partikeln in einer Weise, sodass die makroskopische Dichte der Partikel im Wesentlichen dieselbe innerhalb der gesamten Mischung ist, welche die Partikel beinhaltet. Wie hier verwendet, ist eine makroskopische Dichte im Wesentlichen die gleiche, wenn die Dichte um nicht mehr als plus/minus 3% über das gesamte Volumen, indem die makroskopische Dichte gemessen ist, fluktuiert. Wie hier verwendet, bezieht sich eine Dichte von Partikeln auf eine makroskopisch gemittelte Dichte, die in Längenskalen gemessen wird, die mindestens zehnmal größer als die maximale Ausdehnung der Partikel ist. Wenn zum Beispiel die maximalen Ausdehnungen der Partikel in der Größenordnung von 1 μm sind, wird die Dichte in Längenskalen in der Größenordnung von 10 μm berechnet.
In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel vor dem Ausbilden der Mischung, d. h. vor dem Einführen in das Matrixmaterial funktionalisiert werden. Durch Funktionalisieren an mindestens einem Abschnitt der Oberfläche von jedem anisotropen Füllerpartikel ist eine Funktionalität modifiziert, um ein Anhäufen zu verzögern. In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel funktionalisiert werden, indem intermolekulare Kräfte, die von kovalenten Bindungen abgeleitet werden, verwendet werden. In diesem Fall funktionale Gruppen oder radikale wie -OH, -COOH, --F und eine funktionelle Polyethylenguppe. In einer anderen Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel funktionalisiert werden, indem intermolekulare Kräfte, die nicht von kovalenten Bindungen abgeleitet werden, verwendet werden. In diesem Fall können die anisotropen Füllerpartikel funktionalisiert werden, indem zum Beispiel van der Waals-Kräfte verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die anisotropen Füllerpartikel funktionalisiert werden, in dem Tenside und/oder Polymerwickeln verwendet werden.
Der Volumenanteil der anisotropen Füllerpartikel innerhalb des Matrixmaterials ist gewählt, sodass das Matrixmaterial eine einzige, angrenzende Struktur ausbildet, die sich durch die gesamte Mischung erstreckt. In einer Ausführungsform kann der Volumenanteil der anisotropen Füller weniger als 0,1 in der Mischung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Volumenanteil der anisotropen Füller weniger als 0,03 in der Mischung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Volumenanteil der anisotropen Füller weniger als 0,01 in der Mischung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Volumenanteil der anisotropen Füller weniger als 0,003 in der Mischung sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Volumenanteil der anisotropen Füller weniger als 0,001 in der Mischung sein.
In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel innerhalb des Matrixmaterials in solch einer Menge bereitgestellt sein, die ein Netzwerk von Perkolationspfaden ausbildet. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Perkolationspfad auf einen Satz von sich physikalisch kontaktieren Partikeln, der sich kontinuierlich von einem Ende einer Matrix zu einem gegen überlegenen Ende einer Matrix erstreckt. Zum Beispiel existiert ein Perkolationspfad von anisotropen Füllerpartikeln innerhalb eines Matrixmaterials, falls sich ein Satz von physikalisch kontaktierenden, anisotropen Füllerpartikeln angrenzend von einem Ende eines Behälters, der das Matrixmaterial beinhaltet, zu einem gegenüberliegenden Ende des Behälters erstreckt.
In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel eine längliche Struktur sein, die sich hauptsächlich entlang einer Richtung erstreckt und sich weniger als ein Faktor 3 entlang zwei anderer orthogonaler Richtungen erstreckt. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Länge der anisotropen Füllerpartikel größer als jede andere Dimension senkrecht zu der Längenrichtung um mindestens einen Faktor 3 sein. Zum Beispiel können die anisotropen Füllerpartikel ein Nanodraht oder eine Nanofaser sein. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Nanodraht auf ein Kabel, das einen Durchmesser oder einen äquivalenten Durchmesser (wie eine Nebenachse einer Ellipse in einer Querschnittsform) aufweist, der nicht kleiner als 1 nm und kleiner als 1 μm ist. Wie hier verwendet, bezieht sich Nanofaser auf eine Faser, die einen Durchmesser oder eine äquivalente Ausdehnung (wie eine Nebenachse einer Ellipse in einer Querschnittsform), die nicht kleiner als 1 nm und kleiner als 1 μm ist, aufweist. In einer Ausführungsform sind die anisotropen Füllerpartikel aus Siliziumcarbid-Nanodrähten, Halloysit-Nanodrähten, Nanodrähten aus mindestens einem metallischen Material, Kohlenstoff-Nanoröhren, Polymer-Nanofasern und Kombinationen daraus gewählt.
In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel ein im wesentlichen planarer Aufbau sein, der sich hauptsächlich entlang zweier zueinander orthogonalen Richtungen erstreckt sich um mindestens einen Faktor von 3 weniger entlang einer dritten Richtung, die sich orthogonal zu den zueinander orthogonalen Richtungen erstreckt. Zum Beispiel können die anisotropen Füllerpartikel ein Plättchen sein, das heißt ein Aufbau, der einer Platte ähnlich ist. In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel Plättchen aus einem Material sein, das aus Graphen, Graphenoxid, Bornitrid, einem mineralischen Silikat (das auch als Nanoclay bekannt ist) oder eine Kombination davon gewählt ist.
Eine Einrichtung, die eine vakuumdichte Umschließung, eine Vakuumpumpe und ein Einrichtung zum abrupten zerstören des Vakuums innerhalb der vakuumdichten Umschließung durch Einführen eines Gas beinhaltet, wird angewendet. Der Aufbau, der ein angrenzendes Volumen beinhaltet, das zwischen zwei Oberflächen liegt und durch zwei Oberflächen begrenzt ist, wird in die vakuumdichte Umschließung geladen. Wie hier verwendet, bezieht sich eine vakuumdichte Umschließung auf eine Umschließung, die eine Vakuumumgebung beinhaltet und welche die Vakuumumgebung beibehält, bis ein Implosionsschritt darauf folgend durchgeführt wird. Wie hier verwendet, bezieht sich eine Vakuumumgebung auf eine Umgebung, die einen absoluten Druck von weniger als 1 Torr aufweist, was ungefähr 1/760 von dem atmosphärischen Druck ist. Typischerweise ist eine vakuumdichte Umschließung dazu geeignet, eine Vakuumumgebung für eine Dauer von mindestens 1 Stunde zu halten, während ein Schritt des Aufbringens der Mischung und ein Schritt der Implosion durchgeführt werden kann. In einer Ausführungsform kann die vakuumdichte Umschließung eine dichtbare Öffnung (wie eine Tür) aufweisen, durch welche der Aufbau, der das angrenzende Volumen zwischen zwei Oberflächen beinhaltet, in das Innere der vakuumdichten Umschließung geladen werden kann, während das Innere der vakuumdichten Umschließung bei atmosphärischen Druck ist.
Darauf folgend wird der Innenraum der vakuumdichten Umschließung zu einer Vakuumumgebung zum Beispiel durch Anwenden einer Vakuumpumpe abgepumpt. Der geringste Druck, auf den der Innenraum der vakuumdichten Umschließung abgepumpt werden kann, wird hier als ein Basisdruck bezeichnet. In einer Ausführungsform kann die vakuumdichte Umschließung einen Basisdruck in einem Bereich von 1.0 × 10^–6 Torr bis 1 Torr aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Vakuumumgebung einen Druck von weniger als 1 Torr nach dem Pumpen aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann die Vakuumumgebung einen Druck von weniger als 1.0 × 10^–1 Torr nach dem Pumpen aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Vakuumumgebung einen Druck von weniger als 1.0 × 10^–2 Torr nach dem Pumpen aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Vakuumumgebung einen Druck von weniger als 1.0 × 10^–3 Torr nach dem Pumpen aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Vakuumumgebung einen Druck von weniger als 1.0 × 10^–4 Torr nach dem Pumpen aufweisen.
Bezugnehmend zu 4A, 4B und 5 wird ein beispielhafter, gebundener Aufbau (100, 200, 300), wie in eine Vorrichtung geladen, die eine vakuumdichte Umschließung 600 beinhaltet, schematisch dargestellt. Die vakuumdichte Umschließung 600 beinhaltet umschließende Wände 610 und eine umschließende Tür 620, die zusammen den Rand der Vakuumumgebung definieren, die innerhalb der vakuumdichten Umschließung 600 auszubilden ist. Ein Sockel 630 kann innerhalb der vakuumdichten Umschließung 600 bereitgestellt sein, um ein Platzieren des beispielhaften, gebundenen Aufbaus (100, 200, 300) zu vereinfachen.
Die vakuumdichte Umschließung ist mit einer Anordnungseinrichtung 500 ausgestattet. Die Anordnungseinrichtung 500 kann einen Anordnungsmaterialtank 510 und einen beweglichen Spender 520 beinhalten. Der Beispielhafte, gebundener Aufbau (100, 200, 300) kann auf den Sockel 630 geladen werden, sodass der bewegliche Spender 520 über dem beispielhaften, gebundenen Aufbau (100, 200, 300) liegt.
Vor dem Abpumpen des Innenraums der vakuumdichten Umschließung 600 wird der Anordnungsmaterialtank 510 mit der Mischung des Matrixmaterials und des anisotropen Füllermaterials gefüllt. Der bewegliche Spender 520 ist dazu ausgestaltet, sich lateralen umher zu bewegen und den Ort, an dem die Mischung angeordnet wird, zu ändern. In einer Ausführungsform kann das Anfangen und Beenden des Anordnens der Mischung und bilaterale Bewegung des beweglichen Spenders 520 durch ein automatisches Programm gesteuert werden, das auf einem Anordnungssteuerungscomputer läuft (nicht dargestellt). Aufbauten (wie Schienen oder Kabel), die dazu ausgestaltet sind, die laterale Bewegung des beweglichen Spenders 520 zu führen, können unterhalb des Anordnungsmaterialtanks bereitgestellt sein.
Die Vorrichtung kann eine Vakuumpumpe 700, einen Vakuumverteiler 800, eine Konfigurationsschaltungseinrichtung 900 und einen Gaseinlass 910 beinhalten. Der Vakuumverteiler 800 verbindet den Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 mit der Vakuumpumpe 700 durch die Konfigurationsschaltungseinrichtung 900. Die Konfigurationsschaltungseinrichtung 900 ändert die Konfiguration des Vakuumverteilers 800 zwischen einer ersten Konfigurationen und einer zweiten Konfiguration. In der ersten Konfiguration verbindet der Vakuumverteiler den Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 mit der Vakuumpumpe 700, während der Gaseinlass 910 von dem Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 isoliert ist. In der zweiten Konfiguration verbindet der Vakuumverteiler den Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 mit dem Einlass 910, während die Vakuumpumpe 700 von dem Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 isoliert ist. Der Gaseinlass 910 kann mit einer Umgebungsluft verbunden sein oder kann mit einer Quelle eines Inertgases wie Stickstoff oder Argon verbunden sein.
Während die Konfigurationsschaltungseinrichtungen 900 in der ersten Konfiguration ist, wird der Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 auf eine Vakuumumgebung abgepumpt. Nachdem der Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 auf eine Vakuumumgebung abgepumpt ist, d. h. nachdem der Innenraum der vakuumdichten Umschließung den Basisdruck erreicht hat, wird die Mischung in dem Anordnungsmaterialtank 510 auf einer Umgebung des angrenzenden Volumens, das zwischen zwei Oberflächen liegt und durch die zwei Oberflächen begrenzt wird, angeordnet. Zum Beispiel wird die Mischung in dem Anordnungsmaterialtank 510 auf einer Umgebung des beispielhaften, gebundenen Aufbaus (100, 200, 300) angeordnet.
Die Mischung wird im Vakuum d. h. innerhalb der Vakuumumgebung um eine Umgebung des angrenzenden Volumens und an mindestens einer der zwei Oberflächen aufgebracht. Folglich ist ein angeordneter Mischungsabschnitt um die Umgebung des angrenzenden Volumens und an mindestens einer der zwei Oberflächen ausgebildet. In einer Ausführungsform kann die aufgebrachte Mischung ein Unterfüllmaterial sein. In diesem Fall kann ein Mischungsabschnitt 400 eines Unterfüllmaterials um die Umgebung des angrenzenden Volumens, das durch das erste und zweite Substrat (100, 200) gebildet wird, ausgebildet werden. Der Mischungsabschnitt 400 des Unterfüllmaterials ist ein Abschnitt einer Mischung eines Unterfüllmaterials und anisotroper Füllerpartikel. Das angrenzende Volumen ist das Volumen, das die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 einbettet, über dem ersten Substrat 100 liegt, unter dem zweiten Substrat 200 liegt und lateral innerhalb von vertikalen Ebenen begrenzt ist, die durch die Seitenwände des zweiten Substrats 200 gebildet werden.
Der angeordnete Mischungsabschnitt kann an mindestens einer der zwei Oberflächen ausgebildet sein, durch die das angrenzende Volumen begrenzt ist. In einer Ausführungsform kann der Mischungsabschnitt 400 des Unterfüllmaterials direkt auf der Oberfläche des ersten Substrats 100 und den Seitenwänden des zweiten Substrats 200 ausgebildet sein. Der Ort des beweglichen Spenders 520 und die Anordnungsrate können gesteuert werden, sodass der Mischungsabschnitt 400 des Unterfüllmaterials das angrenzende Volumen versiegeln. In diesem Fall kann die aufgebrachte Mischung das angrenzende Volumen versiegeln und das angrenzende Volumen kann ein umschlossenes Volumen werden, das von einem umgebenden Vakuum durch die aufgebrachte Mischung getrennt ist. Wie hier verwendet, bezieht sich ein umschlossenes Volumen auf ein Volumen, das physisch vollständig durch Nicht-Gas-Materialien begrenzt ist und nicht mit einem anderen Volumen unter Vakuum oder einem anderen Volumen, das mit mindestens einem Gas gefüllt ist, angrenzend verbunden ist. In einer Ausführungsform kann die aufgebrachte Mischung der Mischungsabschnitt 400 eines Unterfüllmaterials sein, der ein umschlossenes Volumen bildet, in dem die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 eingebettet ist.
Mit Bezug zu 6A und 6b wird die Konfigurationsschaltungseinrichtung 900 darauf folgend aktiviert, um die Einstellung von der ersten Konfiguration zu der zweiten Konfiguration zu ändern. Ein Umgebungsgas fließt abrupt in die vakuumdichte Umschließung 600 um eine Implosion des umschlossenen Volumens zu verursachen und die aufgebrachte Mischung, das heißt den Mischungsabschnitt 400 des Unterfüllmaterials, zu einem geometrischen Zentrum des eingeschlossenen Volumens, das vorher durch den Mischungsabschnitt 400 des Unterfüllmaterials gebildet wurde (vor der Implosion), zu drücken. Durch die Implosion wird die Mischung des Unterfüllmaterials und der anisotropen Füllerpartikel in dem Raum zwischen dem ersten und zweiten Substrat (100, 200) verteilt. Ein hoher Schubspannungsfluss, der während der Vakuumimplosion aufgeprägt wird, bricht Verklumpungen auf, während dieser auch Verklumpung verhindert, weil die aufgebrachte Kraft größer als die Anziehungskraft zwischen Partikeln ist. Folglich sind beliebige Verklumpungen von anisotropen Füllerpartikeln aufgebrochen, während ein Ausbilden von Verklumpungen der anisotropen Füllerpartikel während der Vakuumimplosion verhindert wird.
Die aufgebrachte Mischung wird in das angrenzende Volumen durch Einführen eines Gases in das angeschlossene Volumen innerhalb der vakuumdichten Umschließung 600 implodiert. Das eingeführte Gas kann Luft, getrocknete Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder ein anderes Inertgases sein. In einer Ausführungsform kann das Einführen des Gases auf einer Zeitskala von weniger als 1 Sekunde auftreten. In einer Ausführungsform kann das Einführen des Gases auf einer Zeitskala von weniger als 1 ms bis 100 ms auftreten. Der Druckunterschied zwischen dem Umgebungsdruck an dem Gaseinlass 910 und dem Innenraum der vakuumdichten Umschließung 600 ist mindestens 759 Torr und kann größer als 759,9 Torr sein
In einer Ausführungsform verursacht die Implosion eine Bewegung der aufgebrachten Mischung mit einer Spitzenbeschleunigung größer als 9,8 m/s² das heißt eine Spitzenbeschleunigung größer als eine durchschnittliche Gravitationsbeschleunigung der Erde. In einer anderen Ausführungsform verursacht die Implosion eine Bewegung der aufgebrachten Mischung mit einer Spitzenbeschleunigung größer als das dreifache der durchschnittlichen Gravitationsbeschleunigung der Erde. In einer anderen Ausführungsform verursacht die Implosion eine Bewegung der aufgebrachten Mischung mit einer Spitzenbeschleunigung größer als das zehnfache der durchschnittlichen Gravitationsbeschleunigung der Erde. In einer anderen Ausführungsform verursacht die Implosion eine Bewegung der aufgebrachten Mischung mit einer Spitzenbeschleunigung größer als das dreißigfache der durchschnittlichen Gravitationsbeschleunigung der Erde
Es sei angemerkt, dass in einem typischen Unterfüllprozess einer Kapillare, der im Stand der Technik bekannt ist, der Druckabfall zwischen 100 Pa 1000 Pa ist. In dem Fall der Vakuumimplosion ist der Druckabfall in der Größenordnung von 10⁵ Pa, was ungefähr zwei Größenordnungen größer als der Druck ist, der in dem Unterfüllprozess einer Kapillare verwendet wird.
In einer Ausführungsform kann ein Druck angewendet werden, der größer als der atmosphärische Druck ist, falls der Umgebungsdruck größer als 760 Torr ist. In diesem Fall kann die Umgebung innerhalb eines Druckbehälters bereitgestellt sein, der die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung enthält. Ferner kann ein Druck angewendet werden, der kleiner als der atmosphärische Druck ist, wenn der Umgebungsdruck weniger als 760 Torr ist. In diesem Fall kann die Umgebung in einem Gefäß mit reduziertem Druck sein, das die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung enthält. In einer Ausführungsform kann der Umgebungsdruck in einem Bereich von 0,1 atm bis 10 atm, d. h. von 0,1 mal 760 Torr bis 10 mal 760 Torr sein.
In einer Ausführungsform kann die Menge der aufgebrachten Mischung so gesteuert sein, dass die implodierte Mischung eine angrenzende Oberfläche aufweist, die das erste Substrat an einer ersten Umgebung kontaktiert und das zweite Substrat einer zweiten Umgebung kontaktiert. Jede der ersten und zweiten Umgebung kann eine geschlossene Form aufweisen. In einer Ausführungsform, falls die aufgebrachte Mischung ein Mischungsabschnitt eines Unterfüllmaterials ist, das um eine Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 aufgebracht ist, die ein erstes Substrat 100 an das zweite Substrat 200 bindet, kann die erste Umgebung an einer planaren oberen Oberfläche des ersten Substrats 100 und die zweite Umgebung an Seitenwänden des zweiten Substrats 200, wie in 6B dargestellt, ausgebildet sein.
Die Implosion der aufgebrachten Mischung verteilt die aufgebrachte Mischung in dem angrenzenden Volumen unter Verwendung eines vollständig anderen Mechanismus als ein Einspritzen des Fluid, wie oben diskutiert. Vor allem bricht die hohe Schubspannung Verklumpungen auf, während sie auch Verknüpfung verhindert, weil die aufgebrachte Kraft größer als die Anziehungskraft zwischen Partikeln ist. Folglich verursacht das eingeführte Gas, das die aufgebrachte Mischung das angrenzende Volumen mit einer homogenen Verteilung der anisotropen Füllerpartikel in dem Matrixmaterial füllt.
In einer Ausführungsform bilden die anisotropen Füllerpartikel ein Netzwerk von Perkolationspfaden, nachdem diese das angrenzende Volumen gefüllt haben. In einer Ausführungsform kann die implodierte Mischung ein Mischungsabschnitt 400 eines Unterfüllmaterials sein, der den gesamten Raum füllt, der vorher durch das eingeschlossene Volumen zwischen dem erstes Substrat 100 und dem zweiten Substrat 200 belegt wurde. In diesem Fall können die anisotropen Füllerpartikel, die ein Netzwerk von Perkolationspfaden ausbilden, thermische Leiter sein, die thermische Leitungspfade bereitstellen. Das Vorhandensein des Netzwerks von Perkolationspfaden verbessert die gesamte thermische Leitfähigkeit der implodierten Mischung.
In einer Ausführungsform kann ein Netzwerk von Perkolationspfaden ausgebildet sein, sogar wenn der Volumenanteil der anisotropen Füllerpartikel nach der Implosion kleiner als 0,1 innerhalb der Mischung ist. Ein Einsatz in 6B stellt ein Vorhandensein eines Netzwerks von Perkolationspfaden in einem Mittelabschnitt des implodierten Mischungsabschnitts 400 eines Unterfüllmaterials dar.
In einer Ausführungsform kann der beispielhafte, gebundene Aufbau nach der Implosion der Mischung ein erstes Substrat 100 und ein zweites Substrat 200, die aneinander durch eine Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 gebunden sind, und einen Mischungsabschnitt 400 eines Unterfüllmaterials beinhalten. Der Mischungsabschnitt 400 eines Unterfüllmaterials ist eine Mischung eines Unterfüllmaterials und anisotroper Füllerpartikel, welche die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten 300 einbettet und zwischen dem ersten Substrat und zweiten Substrat (100, 200) liegt. Die Dichte der anisotropen Füllerpartikel ist gleichmäßig über die gesamte Mischung, d. h. den Mischungsabschnitt 400 des Unterfüllmaterials.
In einer Ausführungsform hat die implodierte Mischung eine angrenzende Oberfläche, die das erste Substrat 100 an einer ersten Umgebung, die eine geschlossene Form aufweist, kontaktiert, und das zweite Substrat 200 an einer zweiten Umgebung, die eine andere geschlossene Form aufweist, kontaktiert. Die erste Umgebung kann eine Form eines abgerundeten Rechtecks, das heißt eine Form die von einem Rechteck durch abrunden der Viehecken abgeleitet ist, aufweisen. Die erste Umgebung kann an einer planaren oberen Oberfläche des ersten Substrats 100 ausgebildet sein und die zweite Umgebung kann an Seitenwänden des zweiten Substrats 200 ausgebildet sein. Die zweite Umgebung kann eine Form von vier Linien aufweisen, die untereinander verbunden sind und innerhalb eines Satzes von vier vertikalen Ebenen liegen, welche die Seitenwände des zweiten Substrats 200 bilden.
In einer Ausführungsform können das Unterfüllmaterial und die anisotropen Füllerpartikel Isolatormaterialien beinhalten. In einer Ausführungsform können die anisotropen Füllerpartikel aus Siliziumcarbid-Nanodrähten, Halloysit-Nanodrähten, Nanodrähten aus mindestens einem metallischen Material, Kohlenstoff-Nanoröhren, Polymer-Nanofasern gewählt sein, und Plättchen aus einem Material sein, das aus Graphen, Graphenoxid, Bornitrid, einem thermoplastischen Material gewählt ist.
Die Verfahren entsprechend der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können angewendet werden, um ein angrenzendes Volumen zu füllen, in dem eine Mischung eines Matrixmaterials und anisotroper Füllerpartikel nicht ausgebildet ist, sondern in dem solch eine Mischung aufgebracht werden soll. Im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren zum Verursachen eines Flusses einer Mischung, der nötiger Weise ein anhäufen der anisotropen Füllerpartikel verursacht, kann das Vakuumimplosionsverfahren ein anhäufen der anisotropen Füllerpartikel verhindern, wodurch eine homogene Verteilung der anisotropen Füllerpartikel über die gesamte implodierte Mischung möglich ist. Ferner erlaubt der homogene Charakter der Dichte der anisotropen Füllerpartikel die Verwendung eines geringeren Volumenanteils der anisotropen Füllerpartikel im Vergleich zu vorherigen Versuchen, während eine größere strukturelle Integrität und/oder thermische Leitfähigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit bereitgestellt wird, weil ein Netzwerk von Perkolationspfaden durch die gesamte implodierte Mischung ausgebildet werden kann. Die Dichte der anisotropen Füllerpartikel ist die gleiche über das gesamte Netzwerk der Perkolationspfade. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Dichte der physikalischen Kontakte unter den anisotropen Füllerpartikeln die gleiche über die gesamte implodierte Mischung.
Die anisotropen Füllerpartikel der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können zusammen mit isotropen (sphärische) Füllerpartikeln eingesetzt werden. In diesem Fall beinhaltet die Matrix anisotrope Füllerpartikel und isotrope Füllerpartikel. In diesem Fall können die Vorteile eines isotropen Systems (das einen sehr hohen Volumenanteil von isotropen Füllerpartikeln ohne Beachtung des Flusses aufweisen kann) und die Vorteile eines anisotropen Systems auf optimalem Niveau erreicht werden. Der Hauptvorteil eines hohen Volumenanteils von Füllern ist, dass Eigenschaften, die stark mit dem Volumenanteil skalieren, wie ein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE), eine dielektrische Konstante und ein Modul sich dramatisch ändern können.
Während die Offenbarung mit speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es erklärend in Anbetracht der vorangehenden Beschreibung, dass zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Variationen für den Fachmann ersichtlich sind. Jede der zahlreichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann einzeln oder in Kombination mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung implementiert werden, außer es ist ausdrücklich anders offenbart oder anders unmöglich, was dem einfachen Fachmann bekannt ist. Entsprechend beabsichtigt die Offenbarung alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen zu umfassen, die in den Bereich und der Idee der Offenbarung und der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Anordnen einer Mischung aus Matrixmaterial und anisotropen Füllerpartikeln in ein Volumen, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Aufbaus (100, 200, 300), der ein angrenzendes Volumen beinhaltet, das zwischen zwei Oberflächen liegt und durch die zwei Oberflächen begrenzt ist, die vertikal voneinander beabstanded sind; Bereitstellen einer Mischung eines Matrixmaterials und anisotroper Füllerpartikel, die homogen mit dem Matrixmaterial vermischt sind; Anordnen des Aufbaus (100, 200, 300) innerhalb einer vakuumdichten Umschließung (600); Bereitstellen einer Vakuumumgebung in der vakuumdichten Umschließung (600), während der Aufbau (100, 200, 300) sich in der vakuumdichten Umschließung (600) befindet; Aufbringen der Mischung innerhalb der Vakuumumgebung um eine Umgebung des angrenzenden Volumens und an mindestens einer der zwei Oberflächen; und Implodieren der aufgebrachten Mischung in das angrenzende Volumen, indem ein Gas in die vakuumdichte Umschließung (600) eingeführt wird, wobei das eingeführte Gas die aufgebrachte Mischung verursacht, dass das angrenzende Volumen mit einer homogenen Verteilung der anisotropen Füllerpartikel in dem Matrixmaterial gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aufbau (100, 200, 300) umfasst: ein erstes Substrat (100), das eine der zwei Oberflächen beinhaltet; ein zweites Substrat (200), das eine andere der zwei Oberflächen beinhaltet; und eine Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten (300), die an den zwei Oberflächen gebunden ist, wobei das angrenzende Volumen die Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten (300) einbettet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Matrixmaterial ein Unterfüllmaterial (400) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die implodierte Mischung eine angrenzende Oberfläche aufweist, die das erste Substrat (100) an einer ersten Umgebung kontaktiert, die eine geschlossenen Form aufweist, und das zweite Substrat (200) an ein einer zweiten Umgebung kontaktiert, die eine andere geschlossene Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Umgebung an einer planen oberen Oberfläche des ersten Substrats (100) ausgebildet ist und die zweite Umgebung an Seitenwänden des zweiten Substrats (200) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Matrixmaterial und die anisotropen Füllerpartikel ein Isolationsmaterial oder ein Halbleitermaterial umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anisotropen Füllerpartikel ein Netzwerk aus Perkolationspfaden ausbilden, nachdem das angrenzende Volumen gefüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anisotropen Füllerpartikel ein Material umfassen, das eine thermische Leitfähigkeit von mehr als 0,2 W/(m·K) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Implosion eine Bewegung der aufgebrachten Mischung mit einer Spitzenbeschleunigung von mehr als 9,8 m/s² verursacht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufgebrachte Mischung das angrenzende Volumen abdichtet, sodass das angrenzende Volumen ein eingekapseltes Volumen wird, das von einem Umgebungsvakuum durch die aufgebrachte Mischung getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anisotropen Füllerpartikel aus Siliziumcarbid-Nanodrähten, Halloysit-Nanodrähten, Nanodrähten aus mindestens einem metallischen Material, Kohlenstoff-Nanoröhren, Polymer-Nanofasern und Kombinationen daraus gewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anisotropen Füllerpartikel Plättchen aus einem Material sind, das aus Graphen, Graphenoxid, Bornitrid, einem thermoplastischen Material und einer Kombination daraus gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Funktionalisieren der anisotropen Füllerpartikel, um ein Agglomerieren vor dem Ausbilden der Mischung des Matrixmaterials und des anisotropen Füllermaterials zu verzögern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anisotropen Füllerpartikel ein Verhältnis einer maximalen Ausdehnung zu einer minimalen Ausdehnung aufweisen, die größer als 3,0 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anisotropen Füllerpartikel einen Volumenanteil von weniger als 0,1 in der Mischung nach der Implosion aufweisen.
Aufbau (100, 200, 300) umfassend: ein erstes Substrat (100) und ein zweites Substrat (200) die durch eine Anordnung von elektrischen Verbindungsaufbauten (300) aneinander gebunden sind; und eine Mischung eines Unterfüllmaterials (400) und anisotropen Füllerpartikeln, welche die Anordnung von Verbindungsaufbauten (300) einbetten und zwischen dem ersten (100) und zweiten (200) Substrat liegen, wobei eine Dichte der anisotropen Füllerpartikel gleichmäßig über die gesamte Mischung ist.
Aufbau nach Anspruch 16, wobei die Mischung eine angrenzende Oberfläche aufweist, die das erste Substrat (100) an einer ersten Umgebung kontaktiert, die eine geschlossene Form aufweist, und das zweite Substrat (200) an einer zweiten Umgebung kontaktiert, die eine andere geschlossene Form aufweist.
Aufbau nach Anspruch 17, wobei die erste Umgebung aus einer planen oberen Oberfläche des ersten Substrats (100) ausgebildet ist und die zweite Umgebung an Seitenwänden des zweiten Substrats (200) ausgebildet ist.
Aufbau nach Anspruch 16, wobei das Unterfüllmaterial und die anisotropen Füllerpartikel Isolationsmaterialien umfassen.
Aufbau nach Anspruch 16, wobei die anisotropen Füllerpartikel aus Siliziumcarbid-Nanodrähten, Halloysit-Nanodrähten, Nanodrähten aus mindestens einem metallischen Material, Kohlenstoff-Nanoröhren, Polymer-Nanofasern gewählt sind, und Plättchen aus einem Material sind, das aus Graphen, Graphenoxid, Bornitrid, einem thermoplastischen Material und einer Kombination daraus gewählt ist.