JP4578789B2 - Thermal interface structure for placement between a microelectronic package and a heat sink - Google Patents

Thermal interface structure for placement between a microelectronic package and a heat sink Download PDF

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本発明は、高い熱伝導率を有する少なくとも1つの固体金属或いは金属合金の層と、相変化特性を有する第2の層と、前記固体金属層から前記第2の層を分離するニッケル或いはニッケル合金から成る第3の層とを有する独立した(free standing)多層固体構造体の形態をとるサーマルインターフェイス材料に関する。   The present invention relates to a layer of at least one solid metal or metal alloy having a high thermal conductivity, a second layer having phase change characteristics, and nickel or a nickel alloy separating the second layer from the solid metal layer. And a thermal interface material in the form of a free standing multilayer solid structure having a third layer comprising:

[発明の背景]
半導体などの超小型電子部品は、多量の熱を発生するが、この熱は、部品の接合部温度を安全に操作できる限界値内に維持するためには除去しなければならない。これらの限界値を越えると、部品の性能特性の変化及び/又は部品の損傷が起こる。熱を除去するプロセスでは、インターフェイス材料を介して熱を超小型電子部品からヒートシンクへ伝導させることが必要である。熱発生部品(例えばシリコンチップなど)とヒートシンクとの間の界面のインターフェイス材料及び熱抵抗を選択することにより、熱伝達の程度を制御する。より強力なマイクロエレクトロニクスに対する需要が増加すると、熱除去を改善する必要性も高まる。
[Background of the invention]
Microelectronic components, such as semiconductors, generate a large amount of heat that must be removed to maintain the component's junction temperature within limits that can be safely operated. Exceeding these limits causes changes in the performance characteristics of the part and / or damage to the part. In the process of removing heat, it is necessary to conduct heat from the microelectronic component to the heat sink through the interface material. The degree of heat transfer is controlled by selecting the interface material and thermal resistance at the interface between the heat generating component (eg, silicon chip) and the heat sink. As the demand for more powerful microelectronics increases, so does the need for improved heat removal.

超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間の熱抵抗は、インターフェイス材料の固有の熱抵抗のみに依存するだけでなく、接合部の両面側の各側にあるインターフェイス材料と超小型電子部品とヒートシンクとのそれぞれの間の接合部に形成される接触界面熱抵抗にも依存する。各界面接合部における接触熱抵抗を最小化する1つの公知の方法は、超小型電子パッケージとヒートシンクにインターフェイス材料を接合するために高圧を印加することにある。しかしながら、過剰の圧力は、有害で望ましくない応力を生じさせることがある。従って、圧力印加は、一般に、100psiを越えないように、好ましくは、約20psi未満に留まるように限定される。   The thermal resistance between the microelectronic component package and the heat sink not only depends on the inherent thermal resistance of the interface material, but also the interface material, microelectronic component and heat sink on each side of the joint. It also depends on the contact interface thermal resistance formed at the junction between the two. One known method for minimizing contact thermal resistance at each interface junction is to apply high pressure to bond the interface material to the microelectronic package and heat sink. However, excessive pressure can cause harmful and undesirable stresses. Thus, the pressure application is generally limited to not exceed 100 psi, and preferably remains below about 20 psi.

サーマルインターフェイス材料としてサーマルグリース或いはサーマルペーストを使用するか、又は相変化特性を有する重合体、金属合金或いはその他の材料が充填されて成る薄いシートを使用することも知られている。相変化特性を有する材料は、温度に応答する粘性を有し、室温で固体であり、温度が室温を越えて上昇するとクリーム状或いは液状の粘稠度に軟化することを特徴とする。従って、超小型電子部品が熱くなると、材料は軟化し、これにより材料が流動して、小形電子部品及び/又はヒートシンクの接触面の空隙或いは微視的な不規則形状に充填される。これにより、超小型電子部品とヒートシンクとの間の互いに対向する表面は、相変化材料が溶融するにつれて物理的に互いに近づいて合わさり、これにより、超小型電子部品とヒートシンクとの間の熱抵抗は低くなる。   It is also known to use thermal grease or thermal paste as the thermal interface material, or to use thin sheets filled with polymers, metal alloys or other materials having phase change characteristics. A material having phase change characteristics has a viscosity in response to temperature, is solid at room temperature, and softens to a creamy or liquid consistency when the temperature rises above room temperature. Thus, when the microelectronic component becomes hot, the material softens, thereby causing the material to flow and fill the voids or microscopic irregular shapes in the contact surface of the small electronic component and / or heat sink. This allows the opposing surfaces between the microelectronic component and the heat sink to physically approach each other as the phase change material melts, thereby reducing the thermal resistance between the microelectronic component and the heat sink. Lower.

超小型電子パッケージ及びヒートシンクは、一般に、滑らかで平面状の表面を有していないので、比較的に広くかつ不規則的な間隙(gap)が、超小型電子部品の表面とヒートシンクの表面と間に形成されることがある。この間隙は、2ミル未満から20ミル以上までとサイズが様々であることもある。従って、インターフェイス材料は、間隙を充填するように適切な厚さでなければならない。サーマルグリース、ペースト或いは相変化材料を使用しても、現在のところ、間隙のサイズのかなりの多様性に対応できない。一般に、インターフェイス材料の厚さが増加するにつれて、その熱抵抗も増加する。サーマルインターフェイス材料の界面接触熱抵抗を含む全熱抵抗が、約0.03℃−in2/Wを越えない範囲内に収まるようにすることが、好ましい或いは目標とする条件である。今まで、この目標の基準を満たすサーマルインターフェイス材料は存在しなかった。 Microelectronic packages and heat sinks generally do not have a smooth, planar surface, so a relatively wide and irregular gap is present between the surface of the microelectronic component and the surface of the heat sink. May be formed. The gap may vary in size from less than 2 mils to more than 20 mils. Therefore, the interface material must be of an appropriate thickness to fill the gap. The use of thermal greases, pastes or phase change materials currently cannot accommodate a considerable variety of gap sizes. In general, as the interface material thickness increases, its thermal resistance also increases. It is a preferred or targeted condition that the total thermal resistance, including the interfacial contact thermal resistance of the thermal interface material, be within a range not exceeding about 0.03 ° C.-in 2 / W. To date, no thermal interface material has met this goal criterion.

[発明の概要]
本発明により、高いクランプ圧力を印加する必要なしに、低い接触界面熱抵抗を有するヒートシンクと超小型電子パッケージとの間にサーマルインターフェイスを形成するための多層固体構造体及び方法が発見された。さらに、本発明の多層構造体は、間隙サイズが2〜20ミルの範囲にわたり大きくばらつかない熱抵抗特性を有する。
[Summary of Invention]
In accordance with the present invention, a multi-layer solid structure and method have been discovered for forming a thermal interface between a heat sink having a low contact interface thermal resistance and a microelectronic package without having to apply a high clamping pressure. Furthermore, the multilayer structure of the present invention has thermal resistance characteristics that do not vary greatly over a gap size range of 2-20 mils.

本発明の多層構造体は、室温で固体であり、かつ少なくとも2つの重ね合わされた金属層を有する構造を含んでなり、各金属層は高い熱伝導率を有し、2つの金属層のうちの1つは超小型電子部品とヒートシンクとの間の界面接合部で低熱抵抗を得るために相変化特性を有し、相変化特性を有する層の厚さは約2ミル未満である。本発明の目的のための高い熱伝導率は、少なくとも10W/m−Kより大きい熱伝導率を意味するものとする。高い熱伝導率の金属担体層の好ましいクラスは、周期表の第3周期のマグネシウム及びアルミニウム並びにこれらの合金に加えて、周期表の第4周期の遷移元素から選択されなければならない。   The multilayer structure of the present invention comprises a structure that is solid at room temperature and has at least two superimposed metal layers, each metal layer having a high thermal conductivity, and of the two metal layers. One has a phase change characteristic to obtain low thermal resistance at the interface junction between the microelectronic component and the heat sink, and the thickness of the layer having the phase change characteristic is less than about 2 mils. High thermal conductivity for the purposes of the present invention shall mean a thermal conductivity of at least greater than 10 W / m-K. A preferred class of high thermal conductivity metal support layers must be selected from transition elements in the fourth period of the periodic table in addition to magnesium and aluminum in the third period of the periodic table and their alloys.

本発明の好ましい多層構造体は、高い熱伝導率の金属で構成された中間固体コアと、この中間固体コアの両面側の各側にある相変化特性を有する金属材料で構成された層とを有する少なくとも3つの層を含んでなる。相変化特性を有する金属材料は、本発明の目的のために、40〜160℃の融点を有する低融点金属或いは金属合金の組成を意味するものとする。本発明の好ましい低融点金属合金は、インジウム、ビスマス、錫、鉛、カドミウム、ガリウム、亜鉛、銀及びこれらの組合せからなる群から選択されなければならない。本発明の最適な低融点合金組成は、インジウム19〜70重量%及びビスマス30〜50重量%を含んでなり、残りが存在する場合、残りは前述の元素の群から選択される。   A preferred multilayer structure of the present invention comprises an intermediate solid core made of a metal having a high thermal conductivity, and a layer made of a metal material having phase change characteristics on each side of the intermediate solid core. Comprising at least three layers. For the purposes of the present invention, a metal material having phase change characteristics shall mean a composition of a low melting point metal or metal alloy having a melting point of 40-160 ° C. Preferred low melting point metal alloys of the present invention must be selected from the group consisting of indium, bismuth, tin, lead, cadmium, gallium, zinc, silver and combinations thereof. The optimum low melting point alloy composition of the present invention comprises 19-70% by weight indium and 30-50% by weight bismuth, and if any are present, the remainder is selected from the group of the aforementioned elements.

本発明の多層構造体の他の実施形態は、高い熱伝導率の少なくとも1つの固体金属層と、超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間の界面接合部で低熱抵抗を得るために相変化特性を有する第2の層とを含んでなり、この第2の層は、前記固体金属層の表面上に重ね合わされており、これにより、前記固体金属層の境界が前記第2の層をほぼ包囲している状態で露出されている。1つの好ましい3層構造体は、中間固体金属コアと、この中間固体金属コアの両面側にある2つの互いに対向する低融点合金層とを含有し、各低融点合金層は、前記固体金属コアの両面側の各側にある所与の表面領域上に重ね合わされており、これにより、前記低融点合金の周りをほぼ包囲して延びている、前記固体コアの露出された境界を形成している。   Another embodiment of the multilayer structure of the present invention is a phase change characteristic for obtaining low thermal resistance at an interface junction between at least one solid metal layer with high thermal conductivity and a microelectronic component package and a heat sink. A second layer comprising: a second layer overlying the surface of the solid metal layer, whereby a boundary of the solid metal layer substantially surrounds the second layer. Is exposed. One preferred three-layer structure comprises an intermediate solid metal core and two opposing low melting point alloy layers on both sides of the intermediate solid metal core, each low melting point alloy layer comprising said solid metal core Overlaid on a given surface area on each side of the two sides, thereby forming an exposed boundary of the solid core extending substantially surrounding the low melting point alloy. Yes.

サーマルインターフェイス材料を形成するための本発明の好ましい方法は、所定の幾何学的形状及び厚さを有する高い熱伝導率の材料のシートを形成するステップと、低融点合金に接着させることが可能なように処理された表面を形成するために前記表面のうちの少なくとも1つを処理するステップと、前記処理された表面上に低融点合金の層を積層するステップとを含んでなり、この低融点合金は約2ミル以下の厚さを有する。低融点合金層への接着を促進するように高い熱伝導率の材料の表面を処理する好ましい方法は、積層する間に低融点合金への接着を促進するために高熱伝導率材料上に樹枝状結晶を形成するステップを含む。サーマルインターフェイス材料を形成するための本発明の別の好ましい方法は、所定の幾何学的形状及び厚さを有する高い熱伝導率の材料のシートであって、2つの互いに対向する表面を有するシートを形成するステップと、低融点合金をコーティングするときに低融点合金が接着する処理された表面を形成することができる有機酸系溶剤により前記互いに対向する表面のうちの少なくとも1つを処理するステップと、前記処理された表面上に前記低融点合金の薄いコーティングを形成するために低融点合金の溶融組成の中に前記シートを浸漬するステップとを含んでなり、前記薄いコーティングは0.1〜3ミルの厚さを有する。   A preferred method of the present invention for forming a thermal interface material is capable of forming a sheet of high thermal conductivity material having a predetermined geometric shape and thickness and bonding to a low melting point alloy. Treating at least one of the surfaces to form a treated surface, and laminating a layer of a low melting point alloy on the treated surface, the low melting point comprising The alloy has a thickness of about 2 mils or less. A preferred method of treating the surface of a high thermal conductivity material to promote adhesion to the low melting point alloy layer is dendritic on the high thermal conductivity material to promote adhesion to the low melting point alloy during lamination. Forming a crystal. Another preferred method of the present invention for forming a thermal interface material is a sheet of high thermal conductivity material having a predetermined geometry and thickness, the sheet having two opposing surfaces. Forming and treating at least one of the opposing surfaces with an organic acid solvent capable of forming a treated surface to which the low melting point alloy adheres when coating the low melting point alloy; Immersing the sheet in a molten composition of a low melting point alloy to form a thin coating of the low melting point alloy on the treated surface, the thin coating comprising 0.1-3 Has a mill thickness.

本発明の別の利点は、添付図面とともに、以下の発明の詳細な説明を読むことで明らかになる。   Other advantages of the present invention will become apparent upon reading the following detailed description of the invention in conjunction with the accompanying drawings.

[図面の詳細な説明]
本発明のサーマルインターフェイス多層構造体10は、室温で固体であり、かつ少なくとも2つの金属層を備えている。この本発明の2層金属構造体の好ましい配置は、図1に横断面図で示されており、担体層と呼ばれる高い熱伝導率を有する固体金属或いは金属合金シート12と、重ね合わされた相変化特性を有する低融点合金シート13とからなる。本発明の好ましい3層配置は、図2に横断面図で示されており、図1の担体層12と組成が等価の中間担体層14と、低融点合金層13と組成が等価の低融点合金の2つの互いに対向する層15とからなる。図1及び図2の実施形態では、各低融点合金層13或いは15は、それぞれ高熱伝導率積層シート12及び14の平面状表面全体に積層されている。図3〜図5に示されている本発明の1つの代替実施形態では、図1及び図2の低融点合金層13及び15と組成が等価であってもなくても良い低融点合金層16が、図1及び図2の高熱伝導率層12及び14と組成が等価の高熱伝導率材料からなるシート18上に積層されて、この高熱伝導率材料からなるシート18の平面状表面の一部分のみをカバーしており、これにより、高熱伝導率材料層18の所定の表面領域を露出する境界19を形成する。これは、低融点層を高熱伝導率材料層18にコーティングする前に高熱伝導率材料層18の当該領域をマスキングすることにより達成される。代替的に、所望の幾何学的形状の低融点合金金属フォイルを、高熱伝導率材料から成るより大きいサイズのフォイルシートに積層して、境界19を形成することも可能である。好ましくは、境界19は、低融点合金材料16のコーティングにより形成されるパターン或いは被覆範囲を完全に包囲するが、境界19の幾何学的形状及び低融点合金16のコーティングの幾何学的形状は、本発明にとって重要でない。従って、境界19は、長方形の幾何学的形状で示されているが、円形であることも不規則的な幾何学的形状を有することも可能である。
[Detailed description of the drawings]
The thermal interface multilayer structure 10 of the present invention is solid at room temperature and includes at least two metal layers. This preferred arrangement of the two-layer metal structure of the present invention is shown in cross-section in FIG. 1 and is a phase change superimposed on a solid metal or metal alloy sheet 12 having a high thermal conductivity called a carrier layer. And a low melting point alloy sheet 13 having characteristics. A preferred three-layer arrangement of the present invention is shown in cross-sectional view in FIG. 2, with an intermediate carrier layer 14 equivalent in composition to the carrier layer 12 in FIG. 1, and a low melting point equivalent in composition to the low melting point alloy layer 13. It consists of two opposing layers 15 of alloy. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, each low melting point alloy layer 13 or 15 is laminated on the entire planar surface of the high thermal conductivity laminated sheets 12 and 14, respectively. In one alternative embodiment of the present invention shown in FIGS. 3-5, the low melting point alloy layer 16 may or may not be equivalent in composition to the low melting point alloy layers 13 and 15 of FIGS. Is laminated on a sheet 18 made of a high thermal conductivity material whose composition is equivalent to that of the high thermal conductivity layers 12 and 14 of FIGS. 1 and 2, and only a part of the planar surface of the sheet 18 made of this high thermal conductivity material. This forms a boundary 19 that exposes a predetermined surface area of the high thermal conductivity material layer 18. This is accomplished by masking that region of the high thermal conductivity material layer 18 before coating the low melting point layer onto the high thermal conductivity material layer 18. Alternatively, a low melting point alloy metal foil of the desired geometry can be laminated to a larger size foil sheet of high thermal conductivity material to form the boundary 19. Preferably, the boundary 19 completely surrounds the pattern or coverage formed by the coating of the low melting point alloy material 16, but the geometry of the boundary 19 and the coating shape of the low melting point alloy 16 are It is not important to the present invention. Thus, although the boundary 19 is shown with a rectangular geometric shape, it can be circular or have an irregular geometric shape.

実際的用途では、多層構造体10は、例えば1つ又は複数の集積回路チップを有する超小型電子パッケージのようなヒートソース(熱源)(図示せず)とヒートシンク(図示せず)との間に配置され、500psiまでの任意の圧力で、好ましくは100ps未満の圧力で圧縮されて、サーマルインターフェイスを形成することが可能である。超小型電子ヒートソースにより発生される熱及び温度の下で、低融点金属合金は溶融し、流動して、ヒートソースとヒートシンクのそれぞれの界面表面上に存在するいかなる空隙或いは表面不規則形状を充填する。図3〜図5の代替実施形態では、低融点合金16が、境界19の露出表面領域上に広がり、これにより、過剰の溶融金属合金が界面接合部から逃れるのを阻止することが可能である。実際、形成するべき境界19の表面領域は、所定の量の低融点合金16から前もって計算することが可能であり、従って本質的に、界面接合部から押し出されたり又は滴るべき過剰の金属は存在しない。図1及び図2の配置では、低融点合金層は非常に薄くなければならず、好ましくは2ミル未満の厚さを有し、界面接合部から押し出されたり又は滴る過剰の金属の量を最小化することが可能である。   In practical applications, the multilayer structure 10 is between a heat source (not shown) and a heat sink (not shown), such as a microelectronic package having one or more integrated circuit chips. Placed and compressed at any pressure up to 500 psi, preferably less than 100 ps, to form a thermal interface. Under the heat and temperature generated by the microelectronic heat source, the low melting metal alloy melts and flows to fill any voids or surface irregularities that exist on the respective interface surfaces of the heat source and heat sink. To do. In the alternative embodiment of FIGS. 3-5, the low melting point alloy 16 spreads over the exposed surface area of the boundary 19, thereby preventing excess molten metal alloy from escaping from the interface joint. . In fact, the surface area of the boundary 19 to be formed can be calculated in advance from a given amount of low melting point alloy 16, so that essentially there is an excess of metal to be extruded or dropped from the interface joint. do not do. In the arrangement of FIGS. 1 and 2, the low melting point alloy layer must be very thin and preferably has a thickness of less than 2 mils to minimize the amount of excess metal that is extruded or dripped from the interface joint. It is possible to

サーマルインターフェイス材料の効果は、その全体的な熱抵抗又は全熱抵抗で測定される。熱抵抗の単位は℃in2/Wである。本発明では、低融点合金層は最小の厚さを有することが可能であり、その際、多層構造体の中心又はコアの材料の厚さを変化させて、異なるサイズの間隙に対処し、また、多層構造体の熱抵抗を間隙サイズと無関係に約100psi未満のクランプ圧力で約0.03℃−in2/W未満に維持する。現在のマイクロエレクトロニクスに対するニーズを満たすために、前述のように、その界面接触熱抵抗を含むサーマルインターフェイス材料のための全熱抵抗は、約100psi未満の圧縮或いはクランプ圧力で約0.03℃−in2/Wを越えてはならない。熱抵抗がより高くなると、性能が低下し、これは容認できない。 The effect of a thermal interface material is measured by its overall thermal resistance or total thermal resistance. The unit of thermal resistance is ° C. in 2 / W. In the present invention, the low melting point alloy layer can have a minimum thickness, in which case the thickness of the material of the center or core of the multilayer structure is varied to accommodate gaps of different sizes, and The thermal resistance of the multilayer structure is maintained below about 0.03 ° C.-in 2 / W at a clamping pressure of less than about 100 psi regardless of the gap size. To meet current microelectronic needs, as described above, the total thermal resistance for the thermal interface material, including its interface contact thermal resistance, is about 0.03 ° C.-in at compression or clamping pressures of less than about 100 psi. 2 / W must not be exceeded. The higher the thermal resistance, the lower the performance and this is unacceptable.

次の表Aに、改変ASTM D5470規格の下で45ワット及び20psiで測定された、2ミルの厚さでの市販のアルミニウム及銅フォイルの熱抵抗を示す。   Table A below shows the thermal resistance of commercial aluminum and copper foils at a thickness of 2 mils measured at 45 watts and 20 psi under the modified ASTM D5470 standard.

Figure 0004578789
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下記の表Bに、表Aのものと同一のASTM規格の下で45ワット及び20psiでいくつかの異なる低融点合金フォイル組成の熱抵抗を示す。低融点合金162の組成は、In66.3重量%及びBi33.7重量%である。低融点合金19の組成は、In51重量%、Bi32.5重量%及びSn16.5重量%である。低融点合金117の組成は、Bi44.7重量%、PB22.8重量%、In19.1重量%、Sn8.3重量%及びCd5.3重量%である。   Table B below shows the thermal resistance of several different low melting alloy foil compositions at 45 watts and 20 psi under the same ASTM standards as those in Table A. The composition of the low melting point alloy 162 is 66.3% by weight of In and 33.7% by weight of Bi. The composition of the low melting point alloy 19 is 51% by weight of In, 32.5% by weight of Bi, and 16.5% by weight of Sn. The composition of the low melting point alloy 117 is Bi 44.7% by weight, PB 22.8% by weight, In 19.1% by weight, Sn 8.3% by weight and Cd 5.3% by weight.

Figure 0004578789
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相変化特性を有する低融点金属合金の薄膜を、高熱伝導率材料から成る固体担体に積層して、本発明の多層構造体を形成することも可能である。周期表の第3周期のマグネシウム、アルミニウム及びこれらの合金に加えて、周期表の第4周期の遷移元素のうちの任意のものを含んだ少なくとも10W/m−Kより高い熱伝導率を有する高熱伝導率金属材料を使用することが可能である。しかしながら、担体層としてはアルミニウム或いは銅のフォイルシートが好ましい。   It is also possible to form a multilayer structure of the present invention by laminating a thin film of a low melting point metal alloy having phase change characteristics on a solid support made of a high thermal conductivity material. High heat having a thermal conductivity higher than at least 10 W / m-K including any of the transition elements of the fourth period of the periodic table in addition to magnesium, aluminum and their alloys of the third period of the periodic table Conductive metal materials can be used. However, the carrier layer is preferably an aluminum or copper foil sheet.

本発明では、銅或いはアルミニウムから成るフォイルシートに厚さ約2ミル未満の低融点金属合金から成る薄層を積層或いはコーティングする場合、コーティングするべき銅或いはアルミニウムシートの1つまたは複数の表面に、低融点金属合金の接着を促進する処理を行う必要がある。さもなければ、低融点合金の薄い表面層は容易に剥離し、即ち物理的に互いに分離する。実際、低融点金属合金の薄層は、非常に高い圧力においてさえも、積層が剥離することなしに未処理銅或いはアルミニウムのシートにスエージ加工することができない。しかしながら、積層するべき銅或いはフォイルの表面が、本発明により処理されると、厚さ2ミル未満の低融点金属合金から成る薄層を、銅或いはアルミニウムフォイル上に積層或いはコーティングでき、これにより、本発明の固体多層集積構造体が形成される。この処理としては、積層するべき金属フォイルの表面に樹枝状結晶(dendrite)を形成することや、コーティングするべき金属フォイルの表面に有機酸系溶剤を適用することが含まれる。樹枝状結晶が形成する突起部は、積層の間に低融点合金によるインタロック構造体を形成する。表面上に樹枝状結晶を形成するように金属表面を処理するか、又は金属表面を有機酸系溶剤により処理することは、公知の技術であるが、本発明に示された多層サーマルインターフェイス構造体を組立てる目的では行われてない。   In the present invention, when a thin layer of a low melting point metal alloy having a thickness of less than about 2 mils is laminated or coated on a foil sheet of copper or aluminum, one or more surfaces of the copper or aluminum sheet to be coated are It is necessary to perform a treatment that promotes adhesion of the low melting point metal alloy. Otherwise, the thin surface layers of the low melting point alloy will easily peel, i.e. physically separate from each other. Indeed, thin layers of low melting point metal alloys cannot be swaged into untreated copper or aluminum sheets without delamination even at very high pressures. However, when the surface of the copper or foil to be laminated is treated according to the present invention, a thin layer of a low melting metal alloy less than 2 mils thick can be laminated or coated on the copper or aluminum foil, thereby A solid multilayer integrated structure of the present invention is formed. This treatment includes forming dendrite on the surface of the metal foil to be laminated and applying an organic acid solvent to the surface of the metal foil to be coated. The protrusions formed by the dendrites form an interlock structure made of a low melting point alloy during lamination. Although it is a well-known technique to treat a metal surface to form dendrites on the surface or to treat the metal surface with an organic acid solvent, the multilayer thermal interface structure shown in the present invention It is not done for the purpose of assembling.

例えば、銅表面を処理して、樹枝状結晶部位を形成するために酸化物或いは亜鉛或いは真鍮により電気化学的エッチングを行うことにより樹枝状結晶の制御された表面地形(topography)を形成することは公知である。表面をはんだ付けし易くするために、有機酸系溶剤を適用することにより金属表面を溶かすことも、公知である。有機酸系溶剤は、有機酸、好ましくはグルタミン酸塩酸塩及びポリエチレングリコール或いはポリグリコール界面活性剤を含むことは知られており、塩及びアミンを含むハロゲン化合物並びにグリセリンを含むこともある。   For example, forming a controlled surface topography of dendrites by treating the copper surface and electrochemically etching with oxide or zinc or brass to form dendritic sites. It is known. It is also known to melt the metal surface by applying an organic acid solvent in order to facilitate the soldering of the surface. Organic acid solvents are known to contain organic acids, preferably glutamic acid hydrochloride and polyethylene glycol or polyglycol surfactants, and may contain halogen compounds including salts and amines and glycerin.

次に、本発明の多層サーマルインターフェイス構造体の例を説明する。   Next, an example of the multilayer thermal interface structure of the present invention will be described.

樹枝状結晶を形成するために両面を処理された1オンス及び2オンスの銅フォイルが、合金162−銅−合金162から成る3層サンドイッチ構造体を形成するのに使用された。3層は、スエージ加工により合体される。サンプルは打抜きされたものであり、この場合、積層は剥離せず、測定された熱抵抗は、下記に示すように非常に低く、1オンスのフォイル担体と2オンスのフォイル担体と間には本質的な差異はなかった。   One ounce and two ounce copper foils treated on both sides to form dendrites were used to form a three-layer sandwich structure consisting of alloy 162-copper-alloy 162. The three layers are combined by swaging. The sample was stamped, in which case the laminate did not delaminate and the measured thermal resistance was very low as shown below, essentially between a 1 ounce foil carrier and a 2 ounce foil carrier. There was no significant difference.

Figure 0004578789
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銅からなる担体層と低融点インジウム合金からなる層とをそれぞれ反対側に備えた多層複合体を、下記の表Dに示す様々な値の担体層の厚さの条件で試験した。   Multi-layer composites having a carrier layer made of copper and a layer made of a low melting point indium alloy on opposite sides were tested under various values of carrier layer thickness conditions shown in Table D below.

Figure 0004578789
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上記の表Dの試験は、コア材料の厚さの差が、サンドイッチ状多層構造体の熱抵抗を実質的に変化させないことを示すために行われた。熱抵抗は、コア材料の厚さの変化に起因する固有の熱抵抗に起因するよりも、部品と複合体との間の界面抵抗により起因する。その理由は、銅は約300W/mKの熱伝導率を有し、従って熱抵抗に大幅には寄与しないことにある。   The tests in Table D above were performed to show that the difference in core material thickness does not substantially change the thermal resistance of the sandwich multilayer structure. The thermal resistance is due to the interfacial resistance between the component and the composite rather than due to the inherent thermal resistance due to changes in the core material thickness. The reason is that copper has a thermal conductivity of about 300 W / mK and therefore does not contribute significantly to thermal resistance.

コア材料としてアルミニウムを使用した類似の試験を行った。その結果を表Eに示す。   Similar tests were performed using aluminum as the core material. The results are shown in Table E.

Figure 0004578789
Figure 0004578789

上記の表Eの試験は、アルミニウムの厚さの違いは、アルミニウムの厚さが急激に変化しても、サンドイッチ状多層構造体の熱抵抗を大幅には変化させないことを明確に示している。   The tests in Table E above clearly show that the difference in aluminum thickness does not significantly change the thermal resistance of the sandwich multilayer structure when the aluminum thickness changes abruptly.

これら3つの複合体のサンプルの熱抵抗を、図6に示すように厚さ(x軸)に対してプロットと、熱抵抗を計算することができる。熱伝導率は、このグラフの勾配の逆数であり、次の式により計算できる。
熱伝導率=1/勾配
熱伝導率=1/0.2128℃in2/W・39.4in/m=185W/mK
The thermal resistance of these three composite samples can be plotted against the thickness (x-axis) and the thermal resistance calculated as shown in FIG. The thermal conductivity is the reciprocal of the slope of this graph and can be calculated by the following formula.
Thermal conductivity = 1 / gradient Thermal conductivity = 1 / 0.2128 ° C. in 2 /W·39.4 in / m = 185 W / mK

アルミニウムの測定された熱伝導率は妥当である。   The measured thermal conductivity of aluminum is reasonable.

実験が、プラテン(platen)の表面仕上げがサンドイッチ状構造体の熱的な性能に殆ど影響しないことを示すために、下記の表Fに記載の多層構造体に対して行われた。粗面にされたプラテンの正確な表面仕上げは知られていないが、「ドライ間隙」と呼ばれ、間隙にインターフェイス材料を有しないものが、0.4マイクロメートルの表面仕上げに研磨された通常のプラテンと比較するために、粗面にされた表面として測定された。   Experiments were performed on the multilayer structures described in Table F below to show that the platen surface finish has little effect on the thermal performance of the sandwich-like structure. Although the exact surface finish of the roughened platen is not known, it is called a “dry gap” and the one with no interface material in the gap is polished to a 0.4 micrometer surface finish. For comparison with the platen, it was measured as a roughened surface.

Figure 0004578789
Figure 0004578789

上記の表Fは、サンドイッチ状熱抵抗は、表面仕上げと許容範囲の問題における差異によってはさほど影響されないことを示す。   Table F above shows that sandwich thermal resistance is not significantly affected by differences in surface finish and tolerance issues.

前述のように、コーティングするべき表面の接着促進のための処理をした後、任意の従来のコーティング技術によりコーティングするべき表面を低融点金属合金組成でコーティングすることによって、高熱伝導率金属からなるシート上に1ミル未満の厚さの低融点金属合金材料からなる薄いコーティングを形成するための、本発明に係る代替方法が発見された。この代替方法の一例では、低融点金属合金の溶融浴に高熱伝導率シートを浸漬する。   As described above, after the treatment for promoting adhesion of the surface to be coated, the surface to be coated by any conventional coating technique is coated with a low melting metal alloy composition, thereby forming a sheet made of a high thermal conductivity metal. An alternative method according to the present invention has been discovered for forming a thin coating of low melting point metal alloy material having a thickness of less than 1 mil thereon. In an example of this alternative method, the high thermal conductivity sheet is immersed in a molten bath of a low melting point metal alloy.

インジウム、ビスマス及び錫を含む低融点合金3.5ポンドを、8平方インチのパイレックス(登録商標)皿に入れて、強制空気循環炉内で95℃の温度にした。サンプルは、圧延され焼きなましされ2重処理された(即ち、樹枝状結晶を形成するために両面が処理された)銅フォイルから形成され、サンプルの両面も、好ましくはグルタミン酸塩酸塩及びポリエチレングリコールを含む有機酸系溶剤により処理される。前述の好ましい有機酸系溶剤は、Superior Flux Manufacturing Companyから市販されている。炉のドアを開き、フォイルを30秒にわたり低融点溶融合金の溶融浴に浸漬した。フォイルを溶融合金から引き出し、過剰の合金を浴に流し戻した。溶融合金が再凝固した後、合金を再流動化して、過剰物を吹き飛ばすためにホットエアガンを使用し、最終的に、0.0005インチの均一なコーティングを両面上に形成した。熱抵抗は、0.01℃in2/Wと測定された。 3.5 pounds of a low melting point alloy containing indium, bismuth and tin was placed in an 8 square inch Pyrex dish and brought to a temperature of 95 ° C. in a forced air oven. The sample is formed from a copper foil that has been rolled, annealed and double-treated (ie, treated on both sides to form dendrites), and both sides of the sample preferably also include glutamate hydrochloride and polyethylene glycol Treated with organic acid solvent. The preferred organic acid solvents mentioned above are commercially available from the Superior Flux Manufacturing Company. The furnace door was opened and the foil was immersed in a low melting point molten alloy bath for 30 seconds. The foil was withdrawn from the molten alloy and excess alloy was poured back into the bath. After the molten alloy re-solidified, the alloy was reflowed and a hot air gun was used to blow away excess, and finally a 0.0005 inch uniform coating was formed on both sides. The thermal resistance was measured as 0.01 ° C. in 2 / W.

前述の手順は、低融点溶融金属組成にシートを浸漬する前に、金属シートの処理表面上に境界をマスキングするために例えばKapton Tapeを使用して高熱伝導率フォイルのシートをマスキングして、図3〜図5に示す構造形態を形成する場合にも行うことができる。このフォイルは、同様に取り出され、テープはコーティングされていない境界を残して除去される。代替的に、有機酸系溶剤が、浸漬処理の前にフォイル表面上の特定の場所に適用され、これにより、低融点合金が、有機酸系溶剤により処理された表面領域のみに接着するようにすることも可能である。   The foregoing procedure masks the sheet of high thermal conductivity foil using, for example, Kapton Tape to mask the boundaries on the treated surface of the metal sheet before dipping the sheet in the low melting point molten metal composition. It can also be performed when forming the structure shown in FIGS. The foil is similarly removed and the tape is removed leaving an uncoated boundary. Alternatively, an organic acid solvent is applied to a specific location on the foil surface prior to the dipping process, so that the low melting point alloy adheres only to the surface area treated with the organic acid solvent. It is also possible to do.

図7a及び図7bに示す本発明の別の1つの実施形態では、本発明の独立したサーマルインターフェイス多層構造体10は、その表面領域が、マイクロエレクトロニクスパッケージ及び/又はヒートシンクの表面領域1より広いようなサイズで形成されている。これは図7aに示され、この場合、独立したサーマルインターフェイス多層構造体10は、その表面領域がマイクロエレクトロニクスパッケージ及び/又はヒートシンク1から延びて、露出境界領域2を形成するようなサイズである。   In another embodiment of the present invention shown in FIGS. 7a and 7b, the independent thermal interface multilayer structure 10 of the present invention is such that its surface area is wider than the surface area 1 of the microelectronic package and / or heat sink. It is formed in various sizes. This is shown in FIG. 7 a, where the independent thermal interface multilayer structure 10 is sized such that its surface area extends from the microelectronic package and / or heat sink 1 to form an exposed boundary area 2.

図7aに示す露出境界領域2は、分かりやすくするためにわざと誇張されており、1〜10mm、好ましくは2〜5mmの範囲内にあるだけでよい。露出境界領域2の目的は、サーマルインターフェイスにおける温度の上昇に応答して相変化材料は軟化或いは溶融するので、多層構造体10から押し出される相変化特性を有する低融点合金を捕捉するための湿潤表面として機能する、マイクロエレクトロニクスパッケージ及び/又はヒートシンク1を包囲する領域を提供することにある。溶融或いは軟化した相変化合金材料は、マイクロエレクトロニクスパッケージとヒートシンクとの間から出て、露出境界領域2と接触し、これにより、相変化合金材料は、境界領域2上の玉(bead)5の形状で凝固する。低融点相変化合金材料の凝固から形成された玉5は、マイクロエレクトロニクスパッケージ及び/又はヒートシンクを包囲する玉の塊として図7bに示されている。境界領域が存在しない場合、マイクロエレクトロニクスパッケージとヒートシンクとの間から押し出された低融点相変化合金材料は、マイクロエレクトロニクスパッケージから別の電子部品へ自由に移動し、これにより、電気的短絡が生じることもあり、これは、マイクロエレクトロニクスパッケージの実現性にとって破滅的となることもある。   The exposed boundary region 2 shown in FIG. 7a is exaggerated intentionally for the sake of clarity and need only be in the range of 1-10 mm, preferably 2-5 mm. The purpose of the exposed boundary region 2 is to wet surfaces to capture low melting point alloys having phase change characteristics extruded from the multilayer structure 10 because the phase change material softens or melts in response to an increase in temperature at the thermal interface. It is to provide a region surrounding the microelectronic package and / or the heat sink 1 that functions as: The molten or softened phase change alloy material exits between the microelectronic package and the heat sink and comes into contact with the exposed boundary region 2 so that the phase change alloy material is in the bead 5 on the boundary region 2. Solidifies in shape. The ball 5 formed from solidification of the low melting phase change alloy material is shown in FIG. 7b as a ball mass surrounding the microelectronic package and / or heat sink. In the absence of a boundary region, the low melting phase change alloy material extruded from between the microelectronic package and the heat sink is free to move from the microelectronic package to another electronic component, thereby creating an electrical short circuit. This can be catastrophic to the feasibility of microelectronic packages.

本発明の別の一実施形態が、図8a及び図8bにそれぞれ示されている。図8a及び図8bには、好ましくはニッケル或いはニッケル合金から成る材料21によりコーティングされている固体金属担体層或いはコア20が示されている。代替として、ニッケルの代りに白金をコーティング21に使用することも可能である。図8a及び図8bの固体金属コア20は、図1及び図2にそれぞれ示されている高熱伝導率金属層12又は14及び/又は図3及び図5の高熱伝導率材料層18のうちのいずれか1つと等価である。各場合、高熱伝導率材料層は、前述のように任意の高熱伝導率金属或いは金属合金から成ることもあり、好ましくは、表Aに記載の銅又はアルミニウムから成る。ニッケルの層21により固体金属コア20をコーティングすることが好ましいが、コアの組成自身がニッケルであることもあり、この場合、ニッケルコーティングは不要である。   Another embodiment of the present invention is shown in FIGS. 8a and 8b, respectively. FIGS. 8a and 8b show a solid metal carrier layer or core 20 which is coated with a material 21 which preferably consists of nickel or a nickel alloy. Alternatively, platinum can be used for coating 21 instead of nickel. The solid metal core 20 of FIGS. 8a and 8b may be any of the high thermal conductivity metal layers 12 or 14 and / or the high thermal conductivity material layer 18 of FIGS. 3 and 5 shown in FIGS. 1 and 2, respectively. Is equivalent to one. In each case, the high thermal conductivity material layer may consist of any high thermal conductivity metal or metal alloy as described above, and preferably consists of copper or aluminum as listed in Table A. Although it is preferred to coat the solid metal core 20 with a nickel layer 21, the core composition itself may be nickel, in which case no nickel coating is required.

低融点合金層22は、ニッケルコーティング21されたベースコア20に積層されている。図1〜図7の実施形態に関連して本明細書に教示されている相変化特性を有するいずれ低融点合金層組成、好ましくはインジウム或いはインジウムの合金を使用することが可能である。ニッケルコーティング21は、コア20の厚さより薄くなければならず、好ましくは1〜2マイクロメートルの厚さでなければならない。コア20は、ニッケル21によりすべての面をコーティングされ、これにより、コア20を完全に包囲し、これにより、ニッケル或いはニッケル合金から成る保護ジャケット24を形成する。これは図8bに示されている。同様に、ニッケルコーティング24は、図8aの低融点合金層22と組成が等価の低融点合金から成るコーティング25により包囲されている。本発明は、単に、それぞれ配置で教示されている金属フォイル層の代わりにニッケルコーティングされた金属フォイル20を使用することにより、図3〜図5及び図7にそれぞれ示されている代替配置にも適用可能である。   The low melting point alloy layer 22 is laminated on the base core 20 coated with nickel. Any low melting alloy layer composition, preferably indium or an alloy of indium, having the phase change characteristics taught herein in connection with the embodiment of FIGS. 1-7 can be used. The nickel coating 21 must be less than the thickness of the core 20, and preferably should be 1-2 micrometers thick. The core 20 is coated on all sides with nickel 21, thereby completely surrounding the core 20, thereby forming a protective jacket 24 made of nickel or a nickel alloy. This is shown in FIG. 8b. Similarly, the nickel coating 24 is surrounded by a coating 25 made of a low melting point alloy that is equivalent in composition to the low melting point alloy layer 22 of FIG. 8a. The present invention also extends to the alternative arrangements shown in FIGS. 3-5 and 7 respectively by simply using a nickel-coated metal foil 20 instead of the metal foil layer taught in each arrangement. Applicable.

ニッケルコーティング21或いは24は、低融点合金22或いは25の成分のうちの任意のものが、固体金属或いは金属合金コア20の中に拡散するのを阻止するように機能する。コア20が銅から成り、低融点合金22或いは25がインジウムを含んで成る場合、インジウムが銅の中に拡散するのは、特に問題である。何故ならばインジウムは、低融点合金の中に侵入して、有害な金属間化合物を形成する確率が高いからである。この場合、ニッケルコーティング21又は24は、低融点合金22又は25のための拡散バリヤとして作用する。   The nickel coating 21 or 24 functions to prevent any of the components of the low melting point alloy 22 or 25 from diffusing into the solid metal or metal alloy core 20. It is a particular problem that indium diffuses into the copper when the core 20 is made of copper and the low melting point alloy 22 or 25 comprises indium. This is because indium has a high probability of entering a low melting point alloy and forming harmful intermetallic compounds. In this case, the nickel coating 21 or 24 acts as a diffusion barrier for the low melting point alloy 22 or 25.

本発明による多層固体構造体を形成するための好ましい方法は、まず初めにニッケル層22によりコア層20をコーティングし、次いで、低融点合金組成の浴中にニッケルコーティングされたフォイルを浸漬して、ニッケルコーティングされたフォイルの両面に好ましくは0.001〜0.002インチの厚さの低融点合金層22又は25を形成する。コア層20がニッケルから成る場合、コア層20を浴に直接に浸漬することも可能である。   A preferred method for forming a multilayer solid structure according to the present invention is to first coat the core layer 20 with the nickel layer 22 and then immerse the nickel-coated foil in a bath of low melting alloy composition, A low melting point alloy layer 22 or 25, preferably 0.001 to 0.002 inches thick, is formed on both sides of the nickel coated foil. When the core layer 20 is made of nickel, it is also possible to immerse the core layer 20 directly in the bath.

本発明に係る固体2層サーマルインターフェイス材料の横断面図であり、1つの層は相変化特性を有する。FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid bilayer thermal interface material according to the present invention, one layer having phase change characteristics. 本発明に係る固体3層サーマルインターフェイス材料の横断面図であり、金属コアの両面側の2つの層が相変化特性を有する。It is a cross-sectional view of the solid three-layer thermal interface material according to the present invention, and two layers on both sides of the metal core have phase change characteristics. 本発明の固体2層構造体の他の代替実施形態の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another alternative embodiment of a solid bilayer structure of the present invention. 図3の実施形態の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the embodiment of FIG. 3. 本発明の3層構造体の他の代替実施形態の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another alternative embodiment of the three-layer structure of the present invention. 本発明のサーマルインターフェイス多層固体構造体の抵抗と厚さとの間の相関関係を示すグラフである。4 is a graph showing a correlation between resistance and thickness of the thermal interface multilayer solid structure of the present invention. マイクロエレクトロニクスパッケージ及び/又はヒートシンクを示し、ここから延びるサーマルインターフェイス多層固体構造体を有する他の実施形態を概略的に示す平面図である。FIG. 6 is a plan view schematically illustrating another embodiment of a microelectronic package and / or heat sink having a thermal interface multilayer solid structure extending therefrom. 図7aの7−7切断線における横断面図である。FIG. 7b is a cross-sectional view taken along line 7-7 in FIG. 7a. 図1に対応する配置での本発明のさらに別の一実施形態の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of yet another embodiment of the present invention in an arrangement corresponding to FIG. 図2に対応する配置での図8aの実施形態の横断面図である。FIG. 8b is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 8a in an arrangement corresponding to FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロエレクトロニクスパッケージ及び/又はヒートシンクの表面領域
2 露出境界領域
5 玉(ビード)
10 サーマルインターフェイス多層構造体
12 担体層
13 低融点合金層
14 中間担体層
15、16 低融点合金層
18 高熱伝導率材料層
19 境界
20 コア
21、24 ニッケルコーティング
22、25 低融点合金層
1 Surface area of microelectronic package and / or heat sink 2 Exposed boundary area 5 Bead
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thermal interface multilayer structure 12 Carrier layer 13 Low melting point alloy layer 14 Intermediate carrier layer 15, 16 Low melting point alloy layer 18 High thermal conductivity material layer 19 Boundary 20 Core 21, 24 Nickel coating 22, 25 Low melting point alloy layer

Claims (8)

集積回路チップを有する超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するためのこれらとは独立した多層サーマルインターフェイス構造体であって、
この多層サーマルインターフェイス構造体が、高い熱伝導率の固体金属で構成され、前記構造体のコアを形成する第1の層とニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択される材料で構成され、前記コア層の上に位置して保護コーティングを形成する第2の層と前記超小型電子部品パッケージから発生するによって溶融するという相変化特性を有する組成である低融点の合金材料からなり、前記第2の層の少なくとも1つの表面上にコーティングを形成する第3の層とを含有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、前記第3層が2ミル以下の厚さを有するものであり、
これにより、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクと間の界面接合部において約0.03℃−in 2 /W以下という低い全熱抵抗が得られる独立した多層サーマルインターフェイス構造体。
These are independent multi-layer thermal interface structures for placement between a microelectronic package having integrated circuit chips and a heat sink,
The multi-layer thermal interface structure is formed of a solid metal of high thermal conductivity, constituting a first layer forming the core of the structure, nickel, a material selected from platinum or the group consisting of alloys is, a second layer forming a position to protect the coating on the core layer, wherein the low melting alloy material which is a composition having a phase change property of melted by heat generated from the microelectronic package And comprising a plurality of metal layers superimposed on each other containing a third layer forming a coating on at least one surface of the second layer , wherein the third layer is less than 2 mils thick Having
Thus, an independent multilayer thermal interface structure in which a low total thermal resistance of about 0.03 ° C.-in 2 / W or less is obtained at an interface junction between the microelectronic component package and the heat sink.
前記第2の層が、ニッケルで構成されかつ前記第1の層を完全に取り囲んでいる請求項1に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。   The multilayer thermal interface structure of claim 1, wherein the second layer is made of nickel and completely surrounds the first layer. 相変化特性を有する前記第3の層が前記ニッケル層を囲んでいる請求項2に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。   The multilayer thermal interface structure of claim 2, wherein the third layer having phase change characteristics surrounds the nickel layer. 前記第3の層が1〜2ミルの厚さを有する請求項に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。 The multilayer thermal interface structure of claim 1 , wherein the third layer has a thickness of 1-2 mils. 前記第2の層が1〜2ミルの厚さを有する請求項に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。 The multilayer thermal interface structure of claim 1 , wherein the second layer has a thickness of 1-2 mils. 前記第1の層の組成が、周期表の第3周期のマグネシウム、アルミニウム及びこれらの合金に加え、周期表の第4周期の遷移元素から選択される請求項に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。 2. The multilayer thermal interface structure according to claim 1 , wherein the composition of the first layer is selected from transition elements in the fourth period of the periodic table in addition to magnesium, aluminum, and alloys thereof in the third period of the periodic table. . 集積回路チップを有する超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置された多層サーマルインターフェイス構造体であって、
この多層サーマルインターフェイス構造体が、高い熱伝導率の固体金属で構成された構造体のコアを形成し、対向する2つの面を有する第1の層と、前記第1の層の両面上にそれぞれ位置し、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択された第2の層と、前記第2の層の外側面上にそれぞれ位置し、前記超小型電子部品パッケージから発生するによって軟化または溶融するという相変化特性を有する合金組成のコーティングとを含有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、
これにより、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクとの間の界面接合部において約0.03℃−in 2 /W以下という低い全熱抵抗が得られる多層サーマルインターフェイス構造体。
A multilayer thermal interface structure disposed between a microelectronic package having an integrated circuit chip and a heat sink,
The multilayer thermal interface structure forms a core of a structure composed of a solid metal having a high thermal conductivity, and has a first layer having two opposing surfaces and both surfaces of the first layer. A second layer selected from the group consisting of nickel, platinum, or an alloy thereof; and a second layer selected from the outer surface of the second layer, and softened by heat generated from the microelectronic component package; Comprising a plurality of metal layers superimposed on each other containing a coating of an alloy composition having a phase change characteristic of melting;
As a result, a multilayer thermal interface structure in which a low total thermal resistance of about 0.03 ° C.-in 2 / W or less is obtained at the interface junction between the microelectronic component package and the heat sink.
超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間の全熱抵抗を約0.03℃−in2/W以下へと低くする方法であって、対向する2つの面を有する高い熱伝導率の固体金属コアと、前記コアの両面にそれぞれ位置し、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択される材料で構成される保護コーティングと、前記コアの両面に位置する保護コーティングの外側面上にそれぞれ位置し、前記超小型電子部品パッケージから発生するによって軟化または溶融するという相変化特性を有する合金組成の外側コーティングとを備えた多層サーマルインターフェイス構造体を、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクとの間に設けるステップを含む方法。 A method for reducing the total thermal resistance between a microelectronic component package and a heat sink to about 0.03 ° C.-in 2 / W or less, and having a high thermal conductivity solid metal core having two opposing surfaces And a protective coating that is located on both sides of the core and made of a material selected from the group consisting of nickel, platinum, or alloys thereof, and is located on the outer surface of the protective coating that is located on both sides of the core. A multilayer thermal interface structure comprising an outer coating of an alloy composition having a phase change characteristic of being softened or melted by heat generated from the microelectronic component package, and the microelectronic component package and the heat sink. A method comprising the steps of interposing.
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