TW200816910A - Synergistically-modified surfaces and surface profiles for use with thermal interconnect and interface materials, methods of production and uses thereof - Google Patents

Synergistically-modified surfaces and surface profiles for use with thermal interconnect and interface materials, methods of production and uses thereof Download PDF

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materials
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TW096126968A
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Ravi Rastogi
Martin W Weiser
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Honeywell Int Inc
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Description

200816910 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本舍明之領域為電子組件、半導體組件及其他相關層狀 材料應用中之熱互連系統、熱介面系統及介面材料，其包 括表面外形之增效改質。 【先前技術】 電子組件正用於越來越多的消費型及商業型電子產品。 此等消費型及商業型產品中的一些之實例為電視、個人電 腦、網際網路伺服器、手機、尋呼機、掌上型行事曆、攜 帶型收音機、汽車音響或遙控器。隨著對此等消費型及商 業型電子裝置之需求的增加，亦存在使彼等相同產品變得 更小、更具功能性、且對於消費者及商務而言更為便搞之 需求。 由於此等產品之尺寸減小，包含該等產品之組件亦必須 變小。需要縮減尺寸或按比例縮小之彼等組件中的一些之 實例為印刷電路板或線路板、電阻器、線路、鍵盤、觸控 板及晶片封裝。產品及組件亦需要經預封裝，以使得產品 及/或組件可執行若干相關或非相關的功能及任務。此等，，全 面解決方案’’組件及產品中的一些之實例包含層狀材料、 母板（mother board)、蜂巢式電話及無線電話以及電信裝置 以及其他組件及產品，諸如在以下美國專利及pCT申請案 中可找到的組件及產品：2002年7月15曰申請之第 60/396294 號、2001 年 5月 30 日申請之第 60/294433 號、2004 年12月22曰申清之弟10/519337號、2005年9月28曰申請之 123049.doc 200816910 第10/55 1305號、2003年6月26日申請之第10/465968號及 2002年5月30日申請之PCT/Us〇2/1733 1，該等案為共同擁 有的且其全文併入本文中。 因此’將分解並研究組件以散是否存在將允許其按比 例縮小及/或組纟以適應對較小電子組件之需求的更㈣ 建材料及方法。在層狀組件中，—個目的表現為減少層數 而同時增加剩餘層及表面/支樓材料之功能性及耐久性。 然而，考慮到-般應存在若干層及該等層之若干組件以便 操作装置，此任務可能較為困難。 又’ 著電子裝置變小且以較高速度操作，以熱之形式 放射之能量顯著增加。業内的風行技術為在此等裝置中單 獨使用或於制上使用散熱膏或膏狀材料來傳遞分散於實 體介面上之過多熱量。最常見類型之熱介面材料為散敎 膏、相變材料及彈性體膠帶。散熱膏或相變材料由於能夠 在非常薄之層中展開並在相鄰表面之間提供精細的轨接觸 而比彈性體膠帶具有更低的熱阻。典型熱阻抗值之範圍在 點在於，熱效能在熱循環（諸如自.价至⑽^之後或在 動力循環之後（在用於VLSI晶片中時）顯著劣化。亦已發 現，在表面平坦度之大偏差致使間隙形成於電子裝置中之 配合面之間時或在由於其他原因(諸如製造容許度等)而存 在配合面之間的大間隙時，此等材料之效能劣、匕。當此等 =熱傳：性破壞時’使用該等材料之電子裝置之效能 文到負面影響。 123049.doc 200816910
因此’繼續需要：a)設計並製造滿足客戶規 展置尺寸及層數的熱互連及熱介面材料、層狀材料、租 件及產品；b)製造對於材料、組件或成品之相容、 言更為有效且經更佳設計之材料、產品及/或組件；c)f、A 之介面處與其他層、表面及支撐材料更為二 ，d)開發製造所要的熱互連材料、熱介面材料 及：狀材料及包含預期熱介面及層狀材料之組件/產品的 二：：法’e)開發具有高熱導率及高機械柔度(mechanical :::目_)之材料；f)有效減少封裝組裝所需之製造步驟 11广產生比其他習知層狀材料及製程低的持有成 ，及g)有效降低表面與熱介^ ^ 【發明内容】 代間的接觸熱阻。 /本文中描述一種增效改質的表面，其中一具有一表面外 形之表面經增效& I w 4 Α . 卜 ^文改負以使得該表面與至埶 間的接觸熱阻與未經增 面材枓之 料（麗)之間的接觸熱阻相比得以降低。 •，“面材 本文中亦描述一種製造一增效改 含提供一具有一表面外形之表面、U法’其包 材料、0增效改質該表面卜 m少-熱介面 5 d、一為八 亥表面外形以使得該表面與該 至夕熱；丨面材料之間的接觸 面相比得以降低。 -阻與-未經增效改質之表 亦揭示一種層狀組件，苴 八AuΜ /、一增效改質的表面；一熱 Μ面材料，及至少一額外材料層。 ” 【實施方式J " 123049.doc 200816910 適。之介面材料或組件應順 輪廓且，，潤濕”表面），具—m 自以填充表面 將體熱阻表示為材料h…、、阻且具有低接觸熱阻。可 數。接觸…::二件之厚度、熱導率及面積之函 度的量測:其在=:τ跨越介面傳遞熱之良好程 類型決定。本文中=二材料之間的接觸之量及 化掊Μ勃 "才料及方法之一個目的為，最小 化接觸熱阻而材料合 4 件之埶阻了 s 曰'、、者的效能損失。介面材料或組 仟之熟阻可展示為如下： 0interface=t/k+20contact 等式！ 其中Θ為熱阻， t為材料厚度， k為材料之熱導率。 術語”t/k”表示塊材之熱阻， ^ ^ zu_tact表不兩個表面處 之熱阻。適合之介面材料或組件應（亦即，在配合面 處）具有低體電阻及低接觸熱阻。 σ 熱阻抗m)為量測道之接觸熱阻之實用方式。饥轉 準D5470·崎決熱阻抗的量測問題。熱阻抗包括樣本之面 積且因此具有。〇之單位，而接觸熱阻之單位為。C/W。 熱阻抗量測包括等式艸之三項。在使用同一表面外形的 同時量測料接合層厚度（b〇nd Hne如—⑽，虹丁)之函 數之τι會產生恆定的接觸熱阻且允許計算之熱導率。 若™之BLT與熱導率均保持怪定，則測得τι^何差显 將歸因於接觸熱阻之差異，接觸熱阻之差異歸因於表面^ 形之差異。 123049.doc 200816910 許多電子及半導體應用要求介面材料或組件適應由製造 5起之表面平度之偏差及/或由於熱膨脹係數（C T E)失配而 產生之組件翹曲。 具有低k值之材料(諸如散熱膏)在介面較薄(亦即 低）時表現良好。在介而戶疮秘4 Λ Α 丨面厗度增加僅〇·002吋時，熱效能可 月“肩者降低。又，對於此等應用，配合組件之間的CTE差 異導致間隙在每一 0W ώ: ^ , ^ 社母/皿度或動力循環時歸因於趣曲而膨膜及 Γ 收縮。此介面厚度變化莫 喷離介面。 -化了…流體介面材料(諸如油膏) c 具有較大面積之介面更易於在製造時發生表面平坦度之 偏差為了最佳化熱效能’介面材料應能夠適應非平坦 面且藉此達成較低熱阻。如本文中所用，術語,,介面 在物質或空間之兩個部分之間(諸如在兩個分子之間'二 個主鏈之間、-主鏈與-網路之間、兩個網路之間，等 等）形成共同邊界之搞合或鍵結。介面可包含物質或 之兩個部分的物理附著或者物f或組件之兩 物理吸引，句括唑上UU 丨刀之間的 匕括啫如共彳貝鍵結及離子鍵結、凡 (Van der Waal^ 坡 i ,丄人 & m 力 )、擴政結合、氫鍵結之鍵結力及諸如靜 吸引力、庫侖吸引力及/或磁吸引力之非鍵結力。預期八 面包括由諸如共價鍵及金屬鍵之鍵結力形成之介面 而’應瞭解’物質或組件之兩個部分之間的任之= 合吸引或附著均為較佳。 D之黏 最佳介面材料及/或組份具有高熱導率及高 便有效移除埶景，^ U /、…、 因此在鈿加外力時，該等材料及/或組 123049.doc -10- 200816910 〜局P層、，及處將會彈性地或塑性地屈服。高熱導率減小 寻式1之弟一項，而高機械柔度減小第二項。本文中所述 θ狀"面材料及層狀介面材料之個別組份實現此等目 八 巾所述之熱介面組份在得以適當製造時將跨越配 • 門的距離(例如’熱散布板材料與矽晶粒組件之間 • :距離)，藉此允許自-表面至另-表面之高傳導性路 位適口之熱面組份包含可順應配合面（變形以填充表 面輪廓且潤濕表面）、且 、 (^ /、有低體熱阻且具有低接觸熱阻之 材料。 如先前所提及，開發本中 文中所述之熱介面材料、層狀介 面材料及個別組件之有对备 =滿足客戶規格同時最小化裝置尺寸及層數的熱互連及 .ν、、’件及產σ口，b)製造對於材料、 、、且件或成品之相容性要求而古承炎女 _ 。更為有效且經更佳設計之材 枓、產°口及/或組件’· C)製造在彼等材 - ㉟、表面及支撐材料更為相容之材料及層；d)開發 要的熱互連材料、熱介面材料及層狀材 介面及層狀材料之組件/產品 3預/讀 遙至芬古她方法，e)開發具有高埶 2及4械柔度之材料；f)有效減 势、 造步驟之數目，此又導致比 4斤而之製 白知層狀材料及制鞋如：> 持有成本，·及g)有效降低表 、·之 阻。 …；ί面材料之間的接觸熱 本文中提供用於預附著/預組裝之 連）封裝之材料及改質的表面/支 卜、/ (互 τ 此外，預期到包 123049.doc 200816910 ^本文中所述之此等材料及改質的表面/支樓材料 夕者的熱解決方案及/或1c封裝。理想的是’―㈣介面 材料之預期組份在多種介面條件 、…面 士七士 俅1千及而求下展現出低熱阻。 預』之熱”面材料可用以將產熱電子裝置(例如電 二片）附著於散熱結構（例如熱散布板、散。 材料之效能是確保此等裝置中 …、彡丨面 重要…… 夠且有效的熱傳遞之最 μ入 中所述之改質的表面/支禮材料及其 ^矣、"面材科相互作用的方式之新穎之處在於，該等改質 的表面/支擇材料以其他相 、、 及方式對組份進行組合。 σ予員期或揭示之量 如所長；及5本文中卢片；+、 ^ . Α „τκ …、"面材料及改質表面（亦描 2 於名為 Thermal Interc〇nnect and Imerfa Methods ofProducti〇n and ^ There〇fI. enalS5 案中，該案為共同擁有的且其 ^利申请 中)可用於全面解決方案封裝中，諸：：方式併入本文 層狀組件中。本文所述之增效中改質t;面ΓΓ散布板或 此等目標。 >的表面及表面外形實現 :文中描述—種增效改質的表面，其中一具有一表面外 ^ 增效改質以使得該表面與至少-敎介面材料之 間的接觸熱阻與-未經增效 ^丨面材科之 之#面”，円扭 貝 <表面（一未經增效改質 之表面~樣用於本文中)相比得 中’增效改質之表面與至少 料 二貫施例 至少-熱介面材料•合之未經增熱阻同與 少5%。在其他〜… 效改為之表面相比降低至 ^例中，增效改質之表面與至少-熱介 123049.doc 200816910 面材料之接觸熱阻同與至少— 改質之# rBdt , ；丨面材料耦合之未經增效
改貝之表面相比降低至少W f . s , 在另外貫施例中，增效改 = 熱介面材料之接觸熱阻同與至少-介 面材料耦合之未經增效改 ‘、、、；丨 額外者f S⑽貝之表面相比降低至少2〇%。在 ㈣外“β例中’增效改質之表面 觸熱阻同與至少一埶丨面材枓之接 •卿… 料•合之未經增效改質之表面 牛-^ 40/。。在其他額外實施例中，增效改質之表 Ο 熱介面材料之接觸熱阻同與至少-熱介面材料 °之未經增效改f之表面相比降低至少7 5 %。 二文中所預期之基板及/或表面可包含任何理想之大體 上為固體的材料。转别 十特別理想之基板層將包含膜、玻璃、陶 瓷、塑膠、金屬或塗佈金屬， ^ ^ 口材科。在較佳實施例 ，土板U :⑦切化錯晶粒或晶圓表面 銅、銀、鎳或今夕dk 社锻有 敎…目' 引線框、鍍有銅、錄或金之熱散布板或 熱盖中發現之封裝表面；諸如在電路板或封裳互連 ; ㈣壁或加強件介面中發現之銅表面（"銅"包括對裸銅及立 乳化物的考慮）；諸如在基於聚酿亞胺之挽曲封裝、 其他金屬合金焊球表面、玻璃及諸如聚醯亞胺之聚合物中 發現之基於聚合物的封裝或板介面。在考慮黏著介面時甚 至可將基板，，定義為另一聚合物材料。在更佳實施例中， 基板包含通常在封裝與電路板業内發現之材料，諸如石夕、 銅、玻璃及另一聚合物。 利用遠如以上所提及之熱介面材料之預期層狀材料及介 面可包含具有表面外形之至少一表面或支撐材料。如本文 123049.doc -13 - 200816910 材料之化學面物外們皮理解為意謂表面材料及/或支擇 茅面夕^ 物理外形之組合。應瞭解，可藉由改變 來產生改質的表面^外形之物理外形或兩者之組合 少Π: Γΐ中’藉由至少-加成法(additive)製程、至 減成法（Subtractive)製程或其组 外形。如本文中所田+乂負衣面之表面 紐语”加成法製程”描述藉以將材 料、組合物或其他化八物夭Λ B 4猎以將材 之#面外❹制 4加至表面以便改變或改質表面 之表面外形的製程。如本 ^ r ^ . ，紐語’，減成法製程，，描 述精以私除或移動表面的至少部 或改質表面之表面外形的製程 ：s:以更改變 、 不自剩餘表面以物理方 式或化學方式移除表面的至少 囬扪至八P分，則出於此揭示内容之 目的而將該製程視為加成法萝 、、 m %。在一些實施例中，以隨 機方式或以非隨機方式增效改質 言，若以圖案形式增效改質表面表=或表面外形。舉例而 隨機方式。 …’則將此圖案形式視為非 可藉由改變表面材料的材料或將另—材料施用於表面來 改質表面:化=夕卜形’兩種製程之任—者均可被視為加成 法製私。：/主思，右將另-材料施用於表面以改變或改所 表面之化：外形，則亦可經由表面之平坦化或化學粗糙化〜 不均勻化（化學處理）或其組合來同 人貝衣面之物理外 形。引人諸如2()Gqu18日巾請之“巾請案第 1 1/334637说中所达之基於金屬的層、塗層及，或膜被視為 表面外形之化學外形改質與物理外形改質兩者。預期= 123049.doc •14· 200816910 之加成法製程包括 鑛、電㈣塗'溶融嘴塗、蒸 在預期實^/ ng)、超音波焊接或其組合。 外形。舉例而 ^來改貝表面之表面 ° 原始表面可能包含諸如々4 化層，該氧化屉料@ ^ 戈原生虱化鎳之氧 乳化層#層狀材料或組件之最》 此種狀況下，#y …效肊不利。在 义 卜形包含氧化層與下伏姑 兩者均有助於她，、下伙材科兩者，因為
(； 料之前使用、二質。可恰在施用熱介面材 表 ，法製程（諸如電漿蝕刻清潔）以便增效改質 去\ 形。移除氧化層之減成法製程之後可為加成 法製程，藉由加士 1洗丨 1叉」馬加成 成法I程在施用熱介面材料 壁或塗層施用於表㈤代月】將保蠖p早 法事程心ΙΓ 貫施例中，移除氧化層之減成 用塗層或保護障壁之加成法製程同時起作用以 增效改皙#品4 T ~ U用以 之表面外形，使其更好地適合於埶介面材料 或組合物哎盥面材科 A物之更為相容’且因此提高系統之總體熱效 " t預期貫施例中，預期的減成法製程包括電钱 刻、電漿蝕刻、硏伞n ·、 ⑽ d 研先（lapping)、砂磨（sand 糙化或其組合。 粗 在另-實施例中’如所提及’藉由減成法製程來改質表 面外形以便移除表面的至少部分以，，粗趟化"該表面。已發 現：在熱散布板或電子裝置之表面非常平滑時(諸如在表 面被飛切時）諸如本文所述之熱介面材料之熱阻抗較高且 其移除熱之能力較低。諸如藉由表面研磨所產生之較粗趟 表面會導致較低耵且因此導致較佳熱移除。用精細粒度 (諸如10« )SiC砂紙來研光或研録面甚至進—步降低熱 123049.doc -15- 200816910 ρ抗然而，咸信用非常精細之研磨劑進行的研磨為右宝 的，因為甘会女 '' 口 〜、θ產生基於掃描電子顯微鏡（SEM)觀察類似於 二刀：表面的表面。對表面粗糙度之效應之一可能的閣 及敎接：：Γ表面導致用於與熱散布板進行實體接觸 ‘、、、矣觸的較大有效面積。此有效降低了介面熱阻，介面 法用於传Γ 接面之總熱阻抗。有若干額外方 Ο ，包括研磨、珠粒噴擊、研光及去毛 e Umng)°當前資料指示，精密尺度（0.5至 :: = ί的諸如研光或研磨之方法可比增加由典型表: -此，::二較粗粗糙度之方法更有效地降低熱阻抗。在 上=…此等方法產生約〇.5微米至約轉米尺度 上之表面粗輪度。 又 括Π景及如先前所提及’表面外形(其包括機械特徵)包 :之千坦度及粗糖度。通常用表面 ;質：業内使用多種表面輪廊儀，包括吾等所使用： 、面輪廓儀及雷射表面輪廓儀。對於此等技 、4 限制（特別在空間解拼11 n子在俊點與 ^ 間解析率方面），該等優點與限制將㈣算 “能夠描述對熱效能頗為重要之表面特性的好 關。此外，諸如掃描電子顯微鏡（SEM_定性） 又， 鏡（AFM-定量）之技術可用 ’、力顯微 較小部分之特徵。現已發現，在由雷射表面輪== 具有本質上相同之粗糙度的# "" 里冽日寸 丨二k及的表面可具有非赍3 效能且在SEM及(可能)AF ”:者不同之熱 異。 T展現出其表面外形之顯著差 123049.doc -16- 200816910 在另一實施例中，可藉由用金屬塗層或基於金屬的塗層 塗佈表面來增效改質表面外形。此製程將被視為加成法^ 程。如先前所提及，表面之化學性質亦將影響熱阻抗 (τι)。已發現，暴露之鍍有銅或金之表面導致與錢犯表面 上所獲取之TI相比較低之TI。在熱散布板上之實際應用 中，可藉由使用多種不同方法（諸如在2005年7月13日申靖 之美國申請案第10/542040號或2003年2月19曰申請之美國 申請案第60/448722號中找到之方法，該等案為共同擁有 的且併入本文中）電鍍金或銅點來達成改質的表面化學性 貝。在預期貫施例中，基於金屬的塗層可包含可敷設於熱 介面材料表面上或敷設於層中之表面/支撐材料上的任何 適合之金屬。在一些實施例中，基於金屬的塗層包含銦 (諸如來自銦金屬in33Bi、In33BiGd&In3Ag)或金、銅或 銀。一般藉由能夠產生具有最少孔隙或空隙之均質層且可 進一步以相對較高之沈積速率敷設該層之任何方法來敷設 此等基於金屬的塗層。許多適合之方法及設備可用以敷設 此類型之層或超薄層，諸如濺鍍、蒸鍍、點鍍或脈衝電 鑛。脈衝電鍍（其為與直流電鍍相對之間歇電鍍）可敷設無 或幾乎無孔隙及/或空隙之層。 在類似於先前提及之實施例且被視為減成法製程之另一 實施例中’可自施用區域自銅熱散布板去除鎳電鍍以便部 分或完全暴露銅表面。對表面化學性質效應之可能的闡釋 為’一些表面（例如Au、Cu)在固化期間比其他表面（例如 Ni)更好地由熔融焊料潤濕。 123049.doc -17- 200816910 本文中亦描述-種製造-增效改質之表面的方法，豆包 含他供一具有一表面外形之表面、b)提供至少一介面 材料、c)增效改質該表面 之6亥表面外形以使得該表面與該 至少一熱介面材料之間的技 门的接觸熱阻與該TIM與一 改質之表面之間的接觸埶禾、、二曰效 牧啁熱阻相比得以降低。 如本文中所用，術語，，金丨音）田— ^ ^ . 屬心明在兀素週期表之d區及f &中之兀素，以及具有類金 r 蜀注負的兀素，諸如矽及鍺。 如本文中所用，短語”d區”咅 n ^ 心咕，、有填充兀素之原子核周 圍之3d、4d、5d及6d執道的 招1 ”立） 于之兀素。如本文中所用， 紐5口 f區思謂具有填夯开吝 + 、，、原子核周圍之4f及5f執道的 电千之7L素，包括鑭系元辛 素及锕糸兀素。較佳金屬包括 銦、銀、銅、鋁、錫、鉍 叙及其合金、塗有銀之 銅，及塗有銀之鋁。術語”全^ 八物入显 盃屬亦包括合金、金屬/金屬複 a物、金屬陶瓷複合物、金屬平 玉屬t合物複合物以及其他金屬 稷曰物。如本文中所用，術注 π \ 、 化合物意謂可藉由化學過 程釦解為元素的具有恆定 ^ n , 口物之物質。如本文中所用， 基於金屬的"係指包含至少—金屬之任何塗層、膜、 組合物或化合物。 、 了視電子組件及供應商之需 讲泠路 n之而要而定以任何適合之厚度敷 口又主層、添加劑層、金屬層、埶 …、；丨面材料及相關層，只要 熱，丨面組份能夠充分執行耗散由H 7 z 7狀田周圍電子組所產生之一些 或所有熱的任務即可。在一此實 於 — 一貝知例中，預期層之厚度小 ' mm。在其他貫施例中，予i &厗# e a 員功厗度包含在約0.05至 ϋ·50 μπι範圍内之厚度。在一此每 二只軛例中，添加劑層之預 123049.doc -18- 200816910 期厚度在約〇·50至5 μπι的範圍内。在其他實施例中，添加 劑層之預期厚度在約1至50 μ_範圍内。 在些灵施例中，表面氧化為加成法或減成法處理之後 的不良效應。在處理之後（有時緊接在處理之後）可將熱介 ®材料施用於表面以便限制氧化。在其他實施例中，在處 1里之後（同樣有時緊接在處理之後）且在施用熱介面材料或 其他層之前，施用保護層以便限制氧化。在另外實施例 中’如同在2006年7月25日申請之名為，，Thermal Interconnect and Interface Materials, Methods of Production and Uses Thereof之美國專利申請案（該案之全文以引用的方式併入 本文中且5亥案由Honeywell International Inc.共同擁有）中 所揭不的熱介面材料一樣，可以隨機或非隨機方式添加額 外層之任一組合以便保護增效改質之表面及/或以便增加 熱阻抗或接觸熱阻。 當使用與大多數聚合物系統相比具有較高彈性模數之金 ϋ 屬熱介面材料（如焊料）時，可能需要降低由於熱膨脹係數 失配而傳遞至半導體晶粒之機械應力以便防止晶粒之破 裂。可藉由以下措施來最小化此應力傳遞：a)增加金屬熱 介面材料之接合層厚度，b)減小熱散布板之熱膨脹係數， 或C)改變熱散布板之幾何形狀以最小化應力傳遞。較低熱 膨脹係數（CTE)材料之實例為AISiC、CuSiC、銅-石墨複合 物、碳-碳複合物、金剛石、CuMoCu積層等。幾何形狀改 變之實例為’將部分或完全狭槽添加至散布板以減小散布 板厚度，或藉由使散布板橫截面在半導體晶粒附近變低來 123049.doc -19- 200816910 形成截頂、方底、倒棱錐的形狀以降低應力及硬度。 在一些預期實施例中，可將熱介面材料直接沈積於諸如 熱散布板組件之表面的諸面之至少—者（包括底面、頂面 或兩者）上。在一些預期實施例中，藉由諸如喷注、埶喷 塗、液體成形或粉末噴塗之方法將熱介面材料模板印刷或 絲網印刷或直接施配於熱散布板上。在另外預期實施例 中’熱介面材料膜被沈積且與建構足夠的熱介面材料厚度 之〆、他方法（包括直接附著預成型柱或模板印刷熱介面材 料糊狀物）組合。
U 形成層狀熱介面材料及熱傳遞材料之方法包括：^提供 一熱散布板組件’其中該散布板組件包含—頂部表面、一 底部表面及至少-熱散布板材料；b)提供諸如本文中所述 之材料的至少-熱介面材料，其中將該熱介面材料直接沈 ^於該熱散布板組件之該底部表面上；c)將一基於金屬的 =、膜或層沈積、施用或塗佈於該熱散布板组件之該底 ^表面之至少部分上，·及d)將該至少-熱介面材料沈積: 知用或塗佈於該熱散布板組件之該等表面之至少一 乂邛分上，在此處表面已被改質處。 、 一旦被沈積、施用或塗佈，熱介面材料層即包含一直接 =合至熱散布板材料之部分及一暴露於大氣或由可恰在安 衣熱散布板組件之前被移除 J饭杪除之保濩層或膜所覆蓋之 料方法包括提供至少一黏合組份及將該至少 ^合至至少-熱散布板材料之該等表面之至少—者至 部分及/或耦合至埶介面材 々至夕 面材科之至少部分。可將包括基板 123049.doc -20- 200816910 摩之至少 層耦合至層狀介面材料。 預附著/預組裝之埶解決 文令所述之熱介面拼、= (互連）封裝包含本 份。此等熱介面材料對於多種 ^叙 阻。如本文中所^… 干及而求展現出低熱 著將兩件或兩件以上：;？合組份，，意謂能夠藉由表面附 任何物或不同物質接合到-起之 7物貝（無枝或有機，天然或合成） 黏合組份可被添加至熱介面材料或與其混合:；= 熱介面材料，啖可血τ 可為 …人戈τ與熱介面材料麵合但不與其混合。—此 預』黏合組份之實例包含來自s〇ny之雙面勝二 SONY T441 认 s〇NY T41〇〇K 居如 -3Μ F9460PC) 0 ^ ^ ^ ^ ；!j T " ^ ^
义入 J Y 黏者劑可提供不佑I 熱:面材料而將熱散布組件附著於封裝基板之額外功能 可將頟外材料層耦合至熱介面材料或層狀介 i) =建:層狀組件或印刷電路板。預期額外層將包含』 本文中已描述之材料的材料，包括金屬、金屬入金、、 :t材料、聚合物、單體、有機化合物、無機化合物、有 機孟屬化合物、樹脂、黏著劑及光學波導材料。 ^干方法及許多熱介面材料可用以形成此等預附著/預 :、之熱解决方案組件。形成熱解決方案/封裝及，或W封 =方法包括：a)提供本文中所述之熱介面材料或層狀介 面材料；_供至少一黏合組份；c)提供至少一表面或基 反，d)將至少一熱介面材料及/或層狀介面材料盥至少一為 合組份搞合以形成黏合單元；e)將黏合單元輕合至至二 123049.doc -21 - 200816910 表面或基板以形成熱封 至熱封妒。 、，）視而要將額外層或組件耦合 層述之預期熱解決方案、ic封裝、熱介面組份、 f、併二才枓及熱散布板組件之應用包含將材料及/或組 層狀材料、電子組件或製成電子產品中。如本 之電子組件一般被認為含有可用於基於電子之 2中的任何層狀組件。預期電子組件包含電路板、晶片 Γ:
#、分隔薄片、電路板之介電組件、印刷線路板，及電 路板之其他組件’諸如電容器、電感器及電阻器。 實例 般热習此項技術者應利用本文在實例部分中給出之資 Λ來理解本文中所揭示之標的物之範圍及應用。在Martin W. Weiser^ Devesh MathurARavi Rastogi ^ -Impact of Application Surface on The Development of Thermal
Interface Materials"(The Proceedings of the IMAPS 39th
International Symposium on Microelectronics, San Diego, CA Oct· 8-12，2006)中亦給出此資訊的一些，其全文以引 用的方式併入本文中。 TI及BLT量測 使用基於ASTM D5470-06之定製熱阻抗（TI)測試系統來 量測TIM之熱效能。試驗塊（test block)由直徑為2.54 cm且 高為1.78 cm之無氧高傳導性（OFHC)銅棒製成。該等試驗 塊各具有沿其長度自一面鑽至中心線之三個直徑為1. i 8 mm的熱電偶孔以允許量測溫度梯度。此允許計算測試堆 123049.doc -22- 200816910 中之熱通量且允許預測試驗塊與待測試之tim接觸處的介 面溫度。 在下邛4驗塊之頂部圓形表面上將ΤΙΜ展開成大致〇·25 mm((KG10 )之厚度且將由克鉻美線製成之兩個π叩隔片 置放成隔開大致6 mm。接著將上部試驗塊定位於τιμ上方 且將其Hk擠壓至適當位置中。接著將該等試驗塊載入丁工 測試系統中且在276 kPa(40 psi)之壓力下用！4〇觀加熱器 輸入來量測未固化之熱阻抗。 …在未固化條件下進行測試之後，用產生2〇7 kpa(3〇 ρ^) 壓力之靜重載荷在15(TC下固化TIM/試驗塊組裝件達4〇分 釦接著在140貿及276 kPa(4〇 psi)壓力下重新測試TIM/ 試驗塊組裝件。 基於ASTM D5470之裸銅、鍍鎳銅，及鍍鎳加金之銅的 熱阻抗試驗塊用以測試如下表中所述聚合物焊料混合物在 各種條件下之的效能。為以下圖收集之資料中所使用的熱 介面材料包含46.2%之Sn35In5Bi粉、23.8%之較大銀粉 (TECHNIC)、23.8%之較小銀粉（METAL〇R^6 2%之樹脂 調配物。在此等實例中，同一 TIM用於每一測試且bl丁保 持恆定，因此測得TI之變化係歸因於由於試驗塊之表面之 增效改質而產生的接觸熱阻變化。 123049.doc -23- 200816910 在10 μπι之Sit上研表~，亚緞加 車削，鍍Ni，且在10 μπι之SiC上研光 播七77光雜 代碼—製備方法 ^ ^^鍍怵(基線 車削，在10 μπι之SiC上研光，並鑛Ni
C D_ϋ^鍍 Ni E F 表面研磨並鍍Ni___ 表面研磨，鍍Ni，且在10 μπι之SiC上研光
-…、阻抗。該圖中之代碼描述於上表 表面』 車削Cu表面 結果繪於圖1中，且-- 仗啟 •、 、、、°果扣示經增效處理之部分與慕線 鍍Ni試驗塊相比的较 中〇 在圖2中展示用以制 x莆"、、阻抗試驗塊之表面之加工方法 的效應。在1〇以加夕,
Sc砂紙上研光基線車削表面會降低熱 阻抗，特別是在如代踩Δ ^ ^ ， 牡戈代碼Α至c之順序所示在電鍍之後進行 研光時。如代碼〇所 ^ 所不，使用翼形刀來加工表面會增加熱 阻抗。用表面研磨機办 c.„ 1+ 兌栻末加工表面會導致與在電鍍之後用
SiC研光來車床車削表 子面痛似之熱阻抗。然而，用此處理 (代瑪肢/)降低熱阻抗並非十分有效。 corp〇ration5 Sunnyvale )j表面之粗輪度。進行此量測以狀用大致1〇μιη 123049.doc -24- 200816910 直徑探針所評估（如根據雷射光斑尺寸所估計）之表面外形 之可視差異是否可能與對於各別試驗塊所量測之熱阻抗相 關士圖3中所見，熱阻抗與表面粗糙度在此長度尺度下 不相關。因此，熱阻抗之差異可能是由於可在掃描電子中 觀測到且可能在原子力顯微鏡中觀測到之更精密的尺度變 化。 Γ 在圖4中展示化學表面外形之效應。代碼g&h為裸銅試 驗塊且均具有比基線鍍鎳試驗塊（代碼A)低的熱阻抗。代 碼G經飛切而產生在顯微鏡下平滑的表面’而代碼η具有 與標準鍍鎳試驗塊相同之經車削表面。代碼丨及）包括在鎳 鑛層上的金㈣且具有比基線試驗塊低的熱阻抗。代碼r 使用一個鍍金飛切試驗塊及一個基線鍍鎳試驗塊，而代碼 J使用兩個鍍金試驗塊。由此實例顯而易I，化學表面外 形之改變可改良熱介面材料之熱效能。 在圖5中證明在研光之後鐘链巧私 傻锻鏢，式驗塊暴露於空氣的效 應。除由於比較之代碼J(兩個鍍金試驗塊)外，用一個鍍金 試驗塊及一個鍍鎳試驗塊來進行此等測試。將組裝（亦即 施用TIM)及測試之前的空氣暴露限於三小時（代碼κ)會導 致與未經研光的试驗塊組相比略低之劫 " 他之熱阻抗。在組裝及測 試之前將研光的試驗塊儲存於1〇·2 P — 士 、 U之真空中達五小時 (代碼L)會導致顯著較低之熱阻抗。在空氣中的較短暴露 時間(對於代碼Μ及N分別為五分鐘及二分鐘)更進一步將熱 阻抗降低至接近於代碼J之熱阻抗值的 / 值代碼J為兩個錄 金試驗塊。此組實例展示，限制轳鸽生r 刷鍍鎳表面之氧化將顯著降 123049.doc -25- 200816910 低熱介面材料/表面組合之熱阻抗。 因此，已揭示增效改質之表面及表面外形、其製造方 法、應用及用途之具體實施例及應用。然而對於熟習^項 技術者應顯而易見，在不脫離本文中之發明概念之情況 下，除已描述内容外，可能存在更多修改。因此，本發明 標的物除限於本揭示内容之精神中外不應受到任何限制。 此外，在理解本揭示内容時，所有術語應以與上下文可能 最廣泛-致之方式加以理解。詳言之，術語”包含"應被^ 解為以非獨占方式指代元件、組件或步驟，其指示所參考 之兀件、組件或步驟可能存在，或被利用，或與未明確參 考之其他元件、組件或步驟相組合。 【圖式簡單說明】 圖1展示預期增安文改質的表面材料與習知材料及表面相 比之圖表。 圖2展示表面加工方法料誠 子鍵鎳表面之熱阻抗的效應之圖 表。 圖3展不如掃描雷射表面輪廓儀所量測之熱阻抗對表面 粗糙度之圖表。 圖4展示作為表面之化學外形之函數的熱阻抗的圖表。 圖5展示作為在減成法式表面改質之後表面暴露於空氣 之時間之函數的圖表。 123049.doc -26 -

Claims (1)

  1. 200816910 十、申請專利範圍·· h 一種增效改質的表面，1 與至少-執介… 外形，其中該表面 改質之#而偽右A 間的接觸熱阻低於一非增效 、表面與熱介面材料έ且人夕AA ^ 2·如請求们…，：的接觸熱阻。 、 又 八中§亥表面經由一加成、$ u 減成法製程。H έΒ . ^ 加成法製程、一 3 ", 其—組合中的至少-者予以改質。 求項2之表面，其中 组人舲+， 力乂 /ί：裏私包括施用一塗声 、、且口物或材料、一金屬層 土層 或其-組合。 孟屬的層、-化學處理 4.如請求項3夕主 鍍、雷將… 中該加成法製程包括電鍍、點 、又、水对、炫㈣塗、蒸鍍 超音波焊接或其一組合。 卜接、硬禪、 5·二巧求項2之表面’其中該減成法 除或移動該表面材料之至少部分。 自°亥表面移 月长項5之表面，其中該減成法 漿鈕刿 m , I你匕秸冤蝕刻、電 研光、砂磨、研磨、粗糙化或其一組人。 7.如請求項5之表 " 上之生—纽5_20微米尺度 工心衣面粗糙度。 8 ·如請求項5之矣；ε； ^ ^ ^ ㈣八而 猎在該減成法製程之後施用 μ…、；丨面材料來限制該表面之氧化。 9. 如請求jg s 4 + 、纟面’其中藉由在該減成法製程之後且在 ώ DX'、、、介面材料之前施用一保護層來限制該表面之氧 4匕0 千 1 〇.如請求項5 $ I 、5之表面，其中自該表面移除該表面材料之至 I23049.doc 200816910 少部分包括以一非隨她 些。 Μ方式移除該表面材料之至少一 丨·-種製造-增效改質之表面的方法，包含· f供一具有一表面外形之表面， 提供至少一熱介面材料，及 增效改質該表面之該 少一埶介μ ^ y，以使得該表面與該至 熱"面材料之間的接觸熱阻與_ 面與該至少一熱介、曰效改貝之表 低。 自材枓之間的接觸熱阻相比得以降 12. 13. 14. 15. 16. 17. 如請求項U之方法’其中經由一加、' 製=或其-組合中的至少—者來改f該表二/成法 :::;!:12之方法’其中該加成法製程包括施用-塗層 或其-組合。 相層 '-化學處理 梦°、月iru之方法’其中該加成法製程包括電鑛、點 、又、電聚喷塗、㈣喷塗、蒸鍍H焊 超音波焊接或其—組合。 ㉟M、硬焊、 如請求項12之方法’其中該減成 除該表面材料之至少部分。 l括“表面移 =求項15之方法，其中該減成法製程包括電钱刻、電 水蝕刻、研光、砂磨、研磨、粗糙化或其一組合。 :::求項15之方法，其中自該表面移除該表面材料之至 少部分包括以一非隨機方式移除該表面材料 /丨、一 些。 王夕一 123049.doc 200816910 18. —種層狀組件，包含： 一增效改質之表面； 一熱介面材料；及 至少一額外材料層。 額外材料層包含 屬的層。 額外材料層包含 19·如請求項18之層狀組件，其中該至少_ 該表面與該熱介面材料之間的一基於金 20.如請求項18之層狀組件，其中該至少一 一耦合至該熱介面材料之保護層。 21·如請求項20之層狀組件， 一耦合至該增效改質之表 22·如請求項2丨之層狀組件， 前被移除該保護層。 其中該至少一額外材料層包含 面的保護層。 其中可在施用該熱介面材料之 23·如請求項19之層狀組件，其中該至少一額外材料層另外 匕S —輕合至邊熱介面材料之保護層。 123049.doc
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