CN1799107A - 热互连和界面***,其制备方法和应用 - Google Patents

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R·汤森德
P·克诺尔
C·埃迪
M·阮
D·库兰
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Abstract

本文所设想的包括传热材料的元件和材料，包括至少一种散热器元件、至少一种热界面材料和在一些所设想的实施方案中的至少一种粘合剂材料。散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料。热界面材料直接沉积在散热器元件底面的至少一部分上。成形分层热界面材料和传热材料的方法包括：a)提供散热器元件，其中散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料；b)提供至少一种热界面材料，其中热界面材料直接沉积在散热器元件底面上；和c)沉积该至少一种热界面材料到散热器元件的底面。成形散热解决方案/封装和/或IC封装的方法包括：a)提供这里所述的传热材料；b)提供至少一种粘合剂元件；c)提供至少一个表面或衬底；d)耦合该至少一种传热材料和/或有该至少一种粘合剂元件的材料，以成形粘合剂单元；e)耦合该粘合剂单元到该至少一个表面或衬底上，以成形热封装；f)任选地耦合附加层或元件到热封装上。

Description

热互连和界面***，其制备方法和应用
本申请要求2003年4月2日提交的申请号为60/459716的美国临时专利申请的优先权，拥有相同权益并且整体并入本文。
发明领域
本发明的领域是电子元件、半导体元件和其它相关的分层材料应用中的热互连***、热界面***和界面材料。
背景技术
电子元件被越来越多地应用于消费品和商业电子产品中。这些消费品和商业电子产品中的一些例子是电视、个人电脑、互联网服务器、手机、寻呼机、掌中宝(palm-type-organizers)、便携式收音机、汽车用立体声收音机或遥控器。随着对这些消费品和商业电子产品需求的增加，对于用户和商家来说，对这些产品还存在更小巧、功能更多和更便携的要求。
由于这些产品的尺寸减小，构成这些产品的元件也必须变小。需要减小尺寸或按比例减小的元件中的一些例子是印刷电路或接线板、电阻器、线路、键盘、触摸垫和芯片封装。产品和元件也需要预封装，这样产品和/或元件可执行若干相关或不相关的功能和任务。这些“整合服务”元件和产品的一些例子包括分层材料、母板、蜂窝和无线电话和无线电通讯设备，和其它的元件和产品，例如2002年7月15日提交的申请号为60/396294、2001年5月30日提交的申请号为60/294433和2002年5月30日提交的申请号为PCT/US02/17331的美国专利和PCT申请中发现的元件和产品，拥有上述专利的相同权益并将它们整体并入本文作为参考。
因此，目前正在分解和研究元件以确定是否有更好的构造材料和方法，可允许它们按比例缩小和/或结合，以适应对更小电子元件的需求。在分层元件中，一个目标似乎是减小层数，同时却增加余下层的功能性和耐久性。然而，这一任务可能是困难的，因为为了操作该器件，通常应存在若干层和这些层中的元件。
此外，随着电子器件变得更小和以更高的速度操作，以热形式发出的能量急剧增加。工业中普遍做法是采用热脂，或脂状材料，单独或在该器件的载体上，来传递穿越物理界面所散逸的多余热量。热界面材料的最常见类型是热脂、相变材料和弹性体胶带。热脂或相变材料具有比弹性体胶带更低的热阻，因为其具有以非常薄的层铺展的能力，并提供相邻表面之间的紧密接触。典型的热阻抗值范围介于0.05-1.6℃-cm2/W。然而，热脂的致命缺点是，经过热循环后，例如从-65℃到150℃，或者当用于VLSI芯片时经过动力循环后，热性能显著恶化。也发现，当表面平坦度的大偏差导致在电子器件的啮合面之间形成间隙时，或者当由于其它原因而在啮合面之间存在大间隙，例如由于制造公差等因素所致时，这些材料的性能恶化。当这些材料的热可转移性受到破坏时，使用它们的电子器件的性能受到不利影响。
因此，仍然需要：a)设计和生产满足使用规范，同时又最大限度减小器件尺寸和层数的热互连和热界面材料、分层材料、元件和产品；b)生产更高效和在材料、元件或成品的兼容性要求方面设计得更好的材料、产品和/或元件；c)开发用于生产所希望的热互连材料、热界面材料和分层材料，以及包含所设想的热界面和分层材料的元件/产品的可靠方法；d)开发具有高导热率和高机械柔顺性的材料；和e)有效减少封装所需要的生产步骤数，从而降低相对于其它传统分层材料和工艺的拥有成本。
发明概述
本文所设想的包括传热材料的元件和材料，包括至少一种散热器元件、至少一种热界面材料和在一些所设想的实施方案中的至少一种粘合剂材料。散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料。热界面材料直接沉积在散热器元件底面的至少一部分上。
成形分层热界面材料和传热材料的方法包括：a)提供散热器元件，其中散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料；b)提供至少一种热界面材料，其中热界面材料直接沉积在散热器元件底面上；和c)沉积该至少一种热界面材料到散热器元件底面的至少一部分上。
一种成形散热解决方案/封装和/或IC封装的方法包括：a)提供这里所述的传热材料；b)提供至少一个粘合剂元件；c)提供至少一个表面或衬底；d)耦合该至少一种传热材料和/或有该至少一种粘合剂元件的材料，以成形粘合剂单元；e)耦合该粘合剂单元到该至少一个表面或衬底上，以成形热封装；f)任选地耦合附加层或元件到热封装上。
附图说明
图1显示了所设想的传热元件。
图2显示了生产所设想的传热元件的工艺中的中间元件。
图3显示了生产所设想的传热元件的工艺中的中间元件。
图4显示了生产所设想的传热元件的工艺中的中间元件。
图5显示了当使用所设想的粘合剂和所设想的传热元件时的结果。
图6显示了当使用所设想的粘合剂和所设想的传热元件时的结果。
图7显示了所设想的传热元件。
图8显示了当使用所设想的粘合剂和所设想的传热元件时的结果。
图9显示了所设想的传热元件。
图10显示了当使用所设想的粘合剂和所设想的传热元件时的结果。
图11显示了所设想的传热元件。
图12显示了所设想的传热元件。
图13显示了所设想的传热元件。
图14显示了所设想的传热元件。
图15显示了所设想的传热元件。
图16显示了所设想的传热元件。
图17显示了所设想的传热元件。
图18显示了所设想的传热元件。
发明详述
合适的界面材料或元件应与啮合面共形(conform)(“润湿”该表面)，具有低体热阻和具有低接触电阻。体热阻可表示为材料或元件的厚度、导热率和面积的函数。接触电阻是度量材料或元件能与啮合面、层或衬底接触多好的尺度。界面材料或元件的热阻可表示如下：
        Θ界面＝t/kA+2Θ接触   等式1
其中Θ是热阻，
t是材料厚度，
k是材料的导热率
A是界面面积
术语“t/kA”代表体材料热阻，“2Θ接触”代表两表面处的热接触电阻。合适的界面材料或元件应具有低的体电阻和低的接触电阻，即，在啮合面处。
许多电子和半导体的应用要求界面材料或元件应适应由于制造引起的表面平面度的偏差，和/或因热膨胀系数(CTE)不匹配而导致的元件翘曲。
具有低k值的材料，例如热脂，倘若界面很薄，即“t”值低，运行会很好。如果界面厚度增加哪怕少到0.002英寸，热性能就会急剧下降。此外，对于这些应用，啮合元件间的CTE差异将导致间隙随着每一次温度或动力循环而膨胀和收缩。界面厚度的这种变化可导致将流体界面材料(例如脂)从界面抽吸出来。
具有较大面积的界面更易于在制造期间产生表面平面度偏差。为使热性能最佳，该界面材料应能与非平面表面保持共形，并从而降低接触电阻。
最佳界面材料和/或元件具有高导热率和高机械柔顺性，例如，施加力时将发生弹性屈服。高导热率减小方程式1的第一项，而机械柔顺性则减小第二项。这里所述的分层界面材料和该分层界面材料的分立元件达到这些目标。当适当地生产时，这里所述的热界面元件将跨越散热器材料和硅小片元件的啮合面之间的距离，从而允许从一个表面到另一个表面的连续高导电率路径。
如前面提到的，这里所述的分层界面材料和分立元件的几个目标为：a)设计和生产满足使用规范同时又最大限度减小器件尺寸和层数的热互连和热界面材料、分层材料、元件和产品；b)生产更高效和在材料、元件或成品的兼容性要求方面设计得更好的材料、产品和/或元件；c)开发用于生产所希望的热互连材料、热界面材料和分层材料，以及包含所设想的热界面和分层材料的元件/产品的可靠方法；d)开发具有高导热率和高机械柔顺性的材料；和e)有效减少封装所需要的生产步骤数，从而降低相对于其它传统的分层材料和工艺的拥有成本。
这里所提供的预粘附/预组装的热解决方案和/或IC(互连)封装，包括显示出适合广泛种类的界面情况和需求的低热阻的一组热界面材料的一个或多个元件。热界面材料可包括PCM45，这是由霍尼韦尔国际公司(Honeywell International Inc.)制造的高导电率相变材料，或也是由霍尼韦尔国际公司(Honeywell)制造的金属和金属基基础材料，例如连接到Ni、Cu、Al、AlSiC、铜复合材料、CuW、金刚石、石墨、SiC、碳复合材料和金刚石复合材料等分类到散热器材料或其它可以用于散热的材料的焊料。
这里所述的分层界面材料和该分层界面材料的分立元件达到这些目标。当适当地生产时，这里所述的散热器元件将跨越热界面材料和散热器元件的啮合面之间的距离，从而允许从一个表面到另一个表面的连续高导电率路径。
本文所设想的包括传热材料的元件和材料，包括至少一种散热器元件、至少一种热界面材料和在一些所设想的实施方案中的至少一种粘合剂元件。散热器元件包括项面、底面和至少一种散热器材料。热界面材料直接沉积在散热器元件底面的至少一部分上。热界面材料可以定制，因此它通过在热界面材料和衬底间形成键合，或通过引入附加粘合剂元件到热界面材料内或之上，而具有改善了的与衬底表面的粘附力。
在所设想的实施方案中，热界面材料直接沉积在散热器元件底侧上。在一些所设想的实施方案中，焊料材料是通过例如喷射、热喷涂、液态模封或粉末喷涂的方法丝网印刷或直接分布到散热器上。但是在其它一些设想的实施方案中，用其它构造适当的热界面材料厚度的方法，包括直接粘附预制品或丝网印刷热界面材料浆料的方法，沉积和结合热界面材料膜。
成形分层热界面材料和传热材料的方法包括：a)提供散热器元件，其中散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料；b)提供至少一种热界面材料，其中热界面材料直接沉积在散热器元件底面上；和c)沉积该至少一种热界面材料到散热器元件底面的至少一部分上。一旦沉积，热界面材料层包括直接耦合到散热器材料的部分，和暴露到大气中的，或被刚好可在安装散热器元件前去除的保护层或膜覆盖的部分。附加方法包括提供至少一种粘合剂元件，且耦合该至少一种粘合剂元件到该至少一种散热器材料底面的至少一部分上和/或到热界面材料的至少一部分上或其内。
这里所述的其它的分层界面材料包括至少一种可交联的热界面元件和至少一个耦合到热界面元件的散热器元件。成形所设想的分层界面材料的方法包括：a)提供可交联的热界面元件；b)提供散热器元件；和c)物理地耦合热界面元件和散热器元件。至少一层包括衬底层的附加层可被耦合到分层界面材料上。
可使用若干方法和多种热界面材料以成形这些预粘附/预组装的热解决方案元件。一种成形热解决方案/封装和/或IC封装的方法包括a)提供这里所述的传热材料；b)提供至少一个粘合剂元件；c)提供至少一个表面或衬底；d)耦合该至少一种传热材料和/或有该至少一种粘合剂元件的材料，以成形粘合剂单元；e)耦合该粘合剂单元到该至少一个表面或衬底上，以成形热封装；f)任选地耦合附加层或元件到热封装上。
正如这里所述的，最佳界面材料和/或元件具有高导热率和高机械柔顺性，例如，施加力时将发生弹性屈服。高导热率减小方程式1的第一项，而机械柔顺性则减小第二项。这里所述的分层界面材料和该分层界面材料的分立元件达到这些目标。当适当地生产时，这里所述的散热器元件将跨越热界面材料和散热器元件的啮合面之间的距离，从而允许从一个表面到另一个表面的连续高导电率路径。合适的热界面元件包括这些可与啮合面共形(conform)(“润湿”该表面)，具有低体热阻和低接触电阻的材料。
所设想的可交联热界面元件是通过组合至少一种橡胶化合物、至少一种氨基树脂和至少一种导热填料而制备的。该所设想的界面材料呈现液态或“软凝胶”的形式。这里所用的“软凝胶”是指一种胶体，其中分散相已与连续相结合成为粘稠的“胶冻状”产物。热界面元件的凝胶态或软凝胶态是通过在至少一种橡胶化合物组合物和至少一种氨基树脂组合物之间的交联反应而产生的。更具体地说，氨基树脂被引入橡胶组合物中，交联该橡胶化合物上的伯羟基，由此形成软凝胶相。因此，应考虑的是，至少某些橡胶化合物应包括至少一个末端羟基。这里所用的短语“羟基”是指存在于许多无机和有机化合物中的在溶液中可电离产生OH基团的单价基团-OH。该“羟基”也是醇的特征基团。这里所用的短语“伯羟基”是指该羟基位于分子或化合物的末端位置。本文所设想的橡胶化合物还可包括附加的也能与氨基树脂发生交联反应的仲、叔或另外的内部羟基。该附加的交联可能是理想的，视引入凝胶的产物或元件所需的最终凝胶状态而定。
一种成形本文所公开的可交联热界面元件的方法包括a)提供至少一种饱和橡胶化合物，b)提供至少一种氨基树脂，c)交联该至少一种饱和橡胶化合物和至少一种氨基树脂，以成形交联橡胶-树脂混合物，d)加入至少一种导热填料到该交联橡胶-树脂混合物中，和e)加入润湿剂到交联的橡胶-树脂混合物中。该方法也可进一步包括加入至少一种相变材料到交联的橡胶-树脂混合物中。
应设想到，该橡胶化合物可以是“可自交联的”，也即它们可与其它橡胶化合物进行分子间交联或与它们自身进行分子内交联，这取决于组合物的其它组分。还应设想到，该橡胶化合物可被氨基树脂化合物交联，并且表现出与其自身或其它橡胶化合物的一些自交联活性。
在优选的实施方案中，所使用的橡胶组合物或化合物可以是饱和或不饱和的。饱和橡胶化合物优选用于本申请，因为它们对热氧化降解较不敏感。可使用的饱和橡胶的例子是乙烯-丙烯橡胶(EPR，EPDM)、聚乙烯/丁烯、聚乙烯-丁烯-苯乙烯、聚乙烯-丙稀-苯乙烯、氢化聚二烯烃“单醇”(polyalkyldiene“mono-ols”)(例如氢化聚丁二烯单醇、氢化聚丙二烯单醇、氢化聚戊二烯单醇)、氢化聚二烯烃“二醇”(例如氢化聚丁二烯二醇、氢化聚丙二烯二醇、氢化聚戊二烯二醇)和氢化聚异戊二烯。然而，如果该化合物是不饱和的，则最优选的是，对化合物实施氢化处理以断裂或去掉至少一些双键。这里所用的短语“氢化处理”是指不饱和有机化合物与氢起反应，或者直接在某些或全部双键上加氢得到饱和产物(加氢)，或者使双键整个断裂从而导致片段进一步与氢起反应(氢解)。不饱和橡胶和橡胶化合物的例子是聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯-丁二烯和其它不饱和橡胶、橡胶化合物或橡胶化合物的混合物/组合物。
这里所用的术语“柔顺”涵盖材料或元件的性质，即屈服和可成形，尤其在室温下，而不是在室温下坚固和不屈服。这里所用的术语“可交联的”是指尚未被交联的那些材料或化合物。
这里所用的术语“交联”是指这样的工艺，其中至少两个分子或长链分子的两个部分通过化学相互作用连接在一起。这种相互作用可按许多不同方式发生，包括形成共价键、形成氢键、疏水的、亲水的、离子的或静电相互作用。另外，分子相互作用也可具有在分子和其本身之间，或在两个或更多个分子之间的至少暂时的物理连接的特征。
可以组合各类型一种以上的橡胶化合物，产生可交联的热界面元件；然而，应当设想到在优选的热界面元件中，至少一种橡胶化合物或成分应当是饱和化合物。含烯烃或不饱和的热界面元件，与适宜的热填料一起，表现出小于0.5℃-cm2/W的热容。与热脂不同，热界面元件的热性能在IC器件中的热循环或流动循环以后不会变差，因为液态烯烃和液态烯烃混合物(例如包括氨基树脂的那些)在热激活作用后会交联形成软凝胶。另外，当用作热界面元件时，它不会像热脂那样在使用中被“挤出”，也不会在热循环中表现出界面脱层。
在橡胶组合物或橡胶化合物的混合物中，加入或引入胺或氨基树脂，主要是促进氨基树脂与至少一种橡胶化合物上的伯或末端羟基之间的交联反应。氨基树脂和橡胶化合物之间的交联反应在混合物中生成“软凝胶”相，而不是液态。在氨基树脂和橡胶组合物之间和/或在橡胶化合物自身之间的交联程度将决定该软凝胶的稠度。例如，如果氨基树脂和橡胶化合物发生最小程度的交联(在交联反应中实际使用可用于交联的位置的10％)，则该软凝胶会更“似液态”。然而，如果氨基树脂和橡胶化合物发生显著程度的交联(在交联反应实际使用可用于交联的位置的40-60％，并且可能在橡胶化合物本身之间有可测量程度的分子间或分子内交联)，则该凝胶会变得更稠而更“似固态”。
胺和氨基树脂是那些在树脂骨架任何部分上包括至少一个胺取代基团的树脂。胺和氨基树脂也可以是衍生于脲、硫脲、蜜胺或有关化合物与醛，特别是甲醛的反应的合成树脂。典型和所设想的氨基树脂是伯氨基树脂、仲氨基树脂、叔氨基树脂、缩水甘油基胺环氧树脂、烷氧苄基氨基树脂、环氧氨基树脂、蜜胺树脂、烷基化蜜胺树脂和蜜胺-丙稀酸树脂。蜜胺树脂是本文所述的几种所设想的实施方案中特别适用和优选的，因为a)它们是环基化合物，该环含三个碳和三个氮原子，b)它们可易于通过缩合反应与其它化合物和分子结合，c)它们可与其它分子和化合物反应，以促进链增长和交联，d)它们比脲树脂更耐水和耐热，e)它们可作为水溶性浆液或作为可分散在水中的不溶性粉末使用，和f)它们具有高熔点(大于325℃，并且相对地不易燃)。烷基化蜜胺树脂，例如丁基化蜜胺树脂、丙基化蜜胺树脂、戊基化蜜胺树脂己基化蜜胺树脂和类似的树脂，可通过在树脂形成工艺中引入烷基醇而形成。这些树脂可溶于油漆和瓷漆溶剂以及表面涂料中。
准备分散到热界面元件或混合物中的热填料颗粒应具有有利的高导热率。合适的填料材料包括金属，例如银、铜、铝和它们的合金；以及其它化合物，如氮化硼、氮化铝、涂布银的铜、涂布银的铝、导电聚合物和碳纤维。氮化硼和银或氮化硼和银/铜的组合也提供提高的导热率。用量为至少20wt％的氮化硼和用量为至少约60wt％的银是特别有用的。优选地是，使用具有大于约20和更优选至少约40W/m℃的导热率的填料。最佳地，希望填料具有不少于约80W/m℃的导热率。
这里所用的术语“金属”是指位于元素周期表的d-区和f-区中的那些元素，连同那些具有类金属性质的元素，例如硅和锗。这里所用的短语“d-区”是指在环绕元素的原子核的3d、4d、5d和6d轨道上具有填充电子的那些元素。这里所用的短语“f-区”是指在环绕元素的原子核的4f和5f轨道上具有填充电子的那些元素，包括镧系元素和锕系元素。优选的金属包括铟、银、铜、铝、锡、铋、铅、镓和它们的合金，涂布银的铜和涂布银的铝。术语“金属”也包括合金、金属/金属复合材料、金属陶瓷复合材料、金属聚合物复合材料、以及其它金属复合材料。这里所用的术语“化合物”是指具有恒定组成的可通过化学工艺分解成元素的物质。
包括被称作“蒸汽生长碳纤维”(VGCF)的特殊形式碳纤维的填料是特别有效的，例如应用科学公司(Applied Sciences，Inc.，Cedarville，Ohio)供应的VGCF。VGCF，或“碳微纤维”，是通过热处理获得的高度石墨化类型(导热率＝1900W/m℃)。约0.5wt％碳微纤维的添加提供了显著提高的导热率。此类纤维以不同长度和直径供应；即，0.05毫米(mm)至数十厘米(cm)的长度和从不到0.1至大于100μm的直径。一种VGCF的有用形式具有不大于约1μm的直径和约50至100μm的长度，并且具有比其它直径大于5μm的普通碳纤维大了约两或三倍的导热率。
难以将大量的VGCF引入到聚合物***和界面元件和***中，例如已讨论过的氢化橡胶和树脂组合。当碳微纤维，例如(约1μm，或更小)被加到聚合物中时，它们不能充分混合，主要因为必须在聚合物中加入大量的纤维，以获得在导热率上的任何明显有益的改进。然而，我们发现，相对大量的碳微纤维可加入到具有相对大量其它传统填料的聚合物***中。当与其它可单独加入到聚合物中的纤维一起加入时，较大量碳微纤维可加入到聚合物中，从而在改善热界面元件的导热率上提供较大的益处。理想的是，碳微纤维与聚合物的重量比率范围为0.05-0.50。
一旦制备了包括至少一种橡胶化合物、至少一种氨基树脂和至少一种导热填料的热界面元件，必须将该组合物与电子元件、供应商或电子产品的需要进行比较，以确定是否需要附加的相变材料来改变组合物的某些物理性能。具体的说，如果元件或产品的需要要求该组合物或界面材料呈“软凝胶”形式或一定程度液态形式，则不需要加入附加的相变材料。然而，如果元件、分层材料或产品要求该组合物或材料更像固态，则应加入至少一种相变材料。
本文所设想的相变材料包括蜡、聚合物蜡或其混合物，例如石蜡。石蜡是具有通式CnH2n+2并具有范围约20℃到100℃的熔点的固态烃类混合物。某些所设想的熔点的例子为约45℃和60℃。熔点在这一范围的热界面元件是PCM45和PCM60HD，都为霍尼韦尔国际公司(HoneywellInternational Inc.)制造。典型聚合物蜡是聚乙烯蜡、聚丙烯蜡，具有熔点范围从约40℃到160℃。
PCM45包括约3.0W/mK的导热率，约0.25℃-cm2/W的热阻，典型地以约0.0015英寸(0.04mm)的厚度施用，并包括在约5到30psi的施用压力下易流动的软材料。PCM45的典型特性是a)超高封装密度-超过80％，b)传导性填料，c)极低的热阻，和如前述的d)约45℃的相变温度。PCM60HD包括约5.0W/mK的导热率，约0.17℃-cm2/W的热阻，典型地以约0.0015英寸(0.04mm)的厚度施用，并包括在约5到30psi的施用压力下易流动的软材料。PCM60HD的典型特性是a)超高封装密度-超过80％，b)传导性填料，c)极低的热阻，和如前述的d)约60℃的相变温度。TM350(不包括相变材料并由霍尼韦尔国际公司(Honeywell International Inc.)制造的热界面元件)包括约3.0W/mK的导热率，约0.25℃-cm2/W的热阻，典型地以约0.0015英寸(0.04mm)的厚度施用，并包括可热固化成软凝胶的浆料。TM350的典型特性是a)超高封装密度-超过80％，b)传导性填料，c)极低的热阻，d)约125℃的固化温度，和e)可分布的非硅酮基热凝胶。
在热界面元件应用中相变材料是有用的，因为它们在室温下是固态，并且易于预涂到热管理元件上。在相变温度之上的操作温度下，材料是液态的并且行为类似热脂。相变温度是热吸收和排斥发生的熔化温度。
但是，石蜡基相变材料具有若干缺点。单靠它们自身，它们可能非常脆和难以操作。它们也具有在热循环中被从使用它们的设备间隙中挤出的倾向，非常像脂。这里所述的橡胶-树脂改性石蜡聚合物蜡***避免了这些问题，并提供在操作容易方面的显著改善，能制成柔性胶带或固体层的形式，且不会在压力下抽吸出或排出。虽然该橡胶-树脂-蜡混合物可具有相同或相近的温度，但它们的熔体粘度高得多，并且不容易移动。此外，该橡胶-蜡-树脂混合物可设计成自交联的，从而保证消除在某些应用中被抽吸出的问题。所设想的相变材料的例子是马来化石蜡、聚乙烯-马来酐蜡和聚丙烯-马来酐蜡。橡胶-树脂-蜡混合物将在约50℃-150℃之间的温度下在功能意义上成形，以形成交联的橡胶-树脂网络。
在热界面元件中引入附加填料、物质或颗粒，例如填料颗粒、润湿剂或抗氧化剂也是有利的。可将基本上球形的填料颗粒加入到热界面元件中以使封装密度最大化。另外，基本上球形的形状或类似形状将提供在压实工艺中对厚度的一些控制。橡胶材料中的填料的有用的典型颗粒尺寸范围可为约1-20μm、约21-40μm、约41-60μm、约61-80μm和约81-100μm，最大约100μm。
添加官能有机金属耦合剂或“润湿”剂，例如有机硅烷、有机钛酸脂、有机锆等，能促进填料颗粒的分散。有机钛酸脂起润湿增强剂的作用，以减小浆料粘度和增加填料的填充量。可使用的有机钛酸脂是钛酸异丙基三异十八烷基酯。有机钛酸脂的一般结构是RO-Ti(OXRY)，其中RO是可水解基团，X和Y是粘合剂官能团。
也可加入抗氧化剂，以抑制固化橡胶凝胶或固态热界面元件的氧化和热降解。有用的典型抗氧化剂包括一种苯酚型的Irganox 1076，或一种胺型的Irganox 565，(0.01％-约1wt％)，由Ciba Giegy公司(Hawthorne，N.Y.)供应。典型的固化加速剂包括叔胺，例如二癸烷乙基胺(50ppm-0.5wt％)。
在热界面元件中还可加入至少一种催化剂，以促进在至少一种橡胶化合物、至少一种氨基树脂、至少一种相变材料或所有这三者之间的交联或链反应。这里所用的术语“催化剂”是指显著影响化学反应的速率而本身不消耗或发生化学变化的物质或条件。催化剂可以是无机、有机或有机基团与金属卤化物的组合。尽管不是物质，但光和热也可起催化剂的作用。在所设想的实施方案中，该催化剂是酸。在优选的实施方案中，该催化剂是有机酸，例如羧酸、乙酸、甲酸、苯甲酸、水杨酸、二羧酸、草酸、邻苯二甲酸、癸二酸、己二酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、苯基硬脂酸、氨基酸和磺酸。
可提供所设想的热界面元件，作为可分布的液态浆料，以通过分布方法涂布(例如丝网印刷或镂空模版印刷)，然后根据需要加以固化。也可提供其作为高柔顺性的、固化的、弹性体膜或薄片，以预涂布到界面表面上，例如受热器。也可进一步提供和生产其作为可通过任何合适的分布方法，例如丝网印刷或喷墨印刷，涂布到表面的软凝胶或液态。更进一步地，可提供热界面元件，作为可直接涂布到界面表面或电子元件的胶带。
为了说明热界面元件的几个实施方案，通过混合下列组分准备了许多例子：5-20重量百分比的氢化聚丁烯单醇、0-5重量百分比的氢化聚丁二烯双醇、0-5重量百分比的石蜡、0-5重量百分比的烷基化蜜胺树脂(丁基化)、1-10重量百分比的有机钛酸脂、0-1重量百分比的磺酸催化剂、0-1重量百分比的酚类抗氧化剂、0-90重量百分比的铝(金属基)粉末和0-80重量百分比的氮化硼。这些组分可以胶带、浆料、可分布的浆料和液态形式成形。美国出版的专利6673434、申请号为PCT/US03/01094的PCT申请、申请号为PCT/US03/19665的PCT申请和2002年9月9日提交的申请号为10/242139的美国申请讲述了上述组分，拥有上述专利的相同权益并将它们整体并入本文作为参考。
这些化合物也可包括一种或多种任选的附加物，例如，抗氧化剂、润湿增强剂、固化加速剂、减小粘度剂和交联助剂。这些附加物的量可变化，但通常，当它们以下列近似量(wt％)存在时可能是有用的：填料最多为总量(填料加橡胶)的95％；润湿增强剂0.1-1％(总量的)；抗氧化剂0.01-1％(总量的)；固化加速剂0.5％(总量的)；粘度减小剂0.2-15％；和交联助剂0.1-2％。应当指出，加入至少约0.5％碳纤维显著增加导热率。
也可生产/制备的另一种合适的热界面材料包括树脂混合物和至少一种焊料材料。树脂材料可包括任何合适的树脂材料，但优选的是，树脂材料是硅酮基的，包括一种或多种化合物，例如乙烯基硅酮、乙烯基Q树脂、氢化物官能硅氧烷和铂-乙烯基硅氧烷。焊料材料可包括任何合适的焊料材料或金属，例如铟、银、铜、铝、锡、铋、铅、镓和它们的合金，涂布银的铜和涂布银的铝，但优选的是，焊料材料包括铟或铟基合金。
焊料基界面材料，如这里所述的聚合物焊料材料、聚合物焊料混和材料和其它的焊料基界面材料，具有直接涉及使用和元件工程学的几个优点，例如：a)界面材料/聚合物焊料材料可用来填充2毫米或更小数量级的小间隙，b)界面材料/聚合物焊料材料可在那些非常小以及较大的间隙中有效地散热，与大多数传统的焊料材料不同，和c)界面材料/聚合物焊料材料可易于被引入到微元件、用于人造卫星的元件和小电子元件中。
含树脂的界面材料和焊料材料，尤其是那些包括硅酮树脂的，也可具有适当的热填料，可表现出小于0.5℃-cm2/W的热容。与热脂不同，该材料的热性能在IC器件中的热循环或流动循环以后不会降低，因为液态硅酮树脂在热激活作用后会交联形成软凝胶。
包括树脂例如硅酮树脂的界面材料和聚合物焊料不会像热脂那样在使用中被“挤出”，也不会在热循环中表现出界面脱层。可提供该新材料，作为可分布的液态浆料，以通过分布方法涂布，然后根据需要加以固化。也可提供其作为高柔顺性的、固化的、可能是可交联的弹性体膜或薄片，以预涂布到界面表面上，例如受热器。有利的是，将使用具有大于约20，优选至少约40W/m℃的导热率的填料。最佳地，希望填料具有不少于约100W/m℃的导热率。界面材料增强了高功率半导体器件的散热。浆料可以配制成官能硅酮树脂和热涂料的混合物。
乙烯基Q树脂是活化固化特种硅酮橡胶，具有下面的基础聚合物结构：
乙烯基Q树脂也是用于加成固化弹性体的透明增强添加剂。具有至少20％Q树脂的乙烯基Q树脂分散体的例子是VQM-135(DMS-V41基)、VQM-146(DMS-V46基)和VQX-221(50％按二甲苯基计)。
作为例子，可成形如下的所设想的硅酮树脂混合物：
  组分   wt％   备注/功能
  乙烯基硅酮乙烯基Q树脂氢化物官能硅氧烷铂-乙烯基硅氧烷   75(70-97范围)20(0-25范围)5(3-10范围)20-200ppm   乙烯基末端的硅氧烷增强添加剂交联剂催化剂
该树脂混合物可在室温或高温下固化，以成形柔顺弹性体。该反应是在催化剂，例如铂的络合物或镍的络合物存在的情况下，乙烯基官能硅氧烷被氢化物官能硅氧烷氢化硅烷化(加成固化)的工艺。优选的铂催化剂是SIP6830.0、SIP6832.0和铂-乙烯基硅氧烷。
所设想的乙烯基硅酮的例子包括具有约10000-50000的分子量的乙烯基末端的聚二甲基硅氧烷。所设想的氢化物官能硅氧烷的例子包括具有约500-5000的分子量的甲基氢化硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物。物理性质可从非常低交联密度的非常软凝胶材料变到较高交联密度的坚韧弹性体网络。
分散在树脂混合物中的焊料材料设想为用于期望用途的任何合适的焊料材料。优选的焊料材料是铟锡(InSn)合金、铟银(InAg)合金、铟铋(InBi)合金、铟基合金、锡银铜合金(SnAgCu)、锡铋和合金(SnBi)，和铝基化合物及合金。特别优选的焊料材料是包含铟的那些材料。焊料材料可或可不掺杂附加元素，以促进对散热器或小片后表面的润湿。
与前述的热界面材料和元件一样，热填料颗粒可分散到树脂混合物中。如果热填料颗粒存在于树脂混合物中，那么这些填料颗粒应当具有有利的高导热率。合适的填料材料包括银、铜、铝和它们的合金；氮化硼、铝球、氮化铝、涂布银的铜、涂布银的铝、碳纤维和涂布金属的碳纤维、金属合金、导电聚合物或其它复合材料。氮化硼和银，或氮化硼和银/铜的组合也提供提高的导热率。用量为至少20wt％的氮化硼、用量为至少70wt％的铝球和用量为至少约60wt％的银是特别有用的。这些材料也可包括金属薄片或烧结的金属薄片。
也可引入前述的蒸汽生长碳纤维和其它的填料，例如基本上球形的填料颗粒。另外，基本上球形的形状或类似形状将提供在压实工艺中对厚度的一些控制。添加官能有机金属耦合剂或润湿剂，例如有机硅烷、有机钛酸脂、有机锆等，能促进填料颗粒的分散。有机金属耦合剂，尤其是有机钛酸脂，也可在涂布工艺中用于促进焊料材料的熔融。树脂材料中的填料的有用的典型颗粒尺寸范围可在约1-20μm间，最大约100μm。
这些化合物可包括下列组分中的至少一些：1-20重量百分比的至少一种硅酮化合物、0-10重量百分比的有机钛酸脂、5-95重量百分比的至少一种焊料材料。这些化合物可包括一种或多种任选的附加物，例如润湿增强剂。这些附加物的量可变化，但通常，当它们以下列近似量(wt％)存在时可能是有用的：填料最多为总量(填料加树脂)的95％；润湿增强剂0.1-5％(总量的)；和粘附促进剂0.01-1％(总量的)。应当指出，加入至少约0.5％碳纤维显著增加导热率。美国出版的专利6706219、2004年2月9日提交的申请号为10/775989的美国申请和申请号为PCT/US02/14613的PCT申请讲述了上述组分，拥有上述专利的相同权益并将它们整体并入本文作为参考。
所设想的焊料组成如下：InSn＝52％In(按重量计)和48％Sn(按重量计)，熔点为118℃；InAg＝97％In(按重量计)和3％Ag(按重量计)，熔点为143℃；In＝100％铟(按重量计)，熔点为157℃；SnAgCu＝94.5％锡(按重量计)、3.5％银(按重量计)和2％铜(按重量计)，熔点为217℃；SnBi＝60％锡(按重量计)和40％铋(按重量计)，熔点为170℃。应当理解，包含不同组分百分数的其它组成也可从本发明包含的主题中推出。
也可生产/制备另一种合适的包括焊料材料的界面材料。焊料材料可包括任何合适的焊料材料或金属，例如铟、银、铜、铝、锡、铋、铅、镓和它们的合金、涂布银的铜和涂布银的铝，但优选的是，焊料材料包括铟或铟基合金。合适的界面材料可包括传导性填料、金属性材料、焊料合金和它们的组合物。
这里所述的焊料基界面材料，具有直接涉及使用和元件工程学的几个优点，例如：a)高体导热率，b)在连接面可形成金属性键合，低接触电阻c)界面焊料材料可易于被引入到微元件、用于人造卫星的元件和小电子元件中。
附加元件，例如涂布低模量金属的聚合物球或微球，可添加到焊料材料中，以减小焊料的体弹性模量。
附加元件也可添加到焊料中，以促进对小片和/或散热器表面的润湿。这些添加剂设想为硅化物形成剂，或具有比硅高的对氧或氮的亲和力的元素。该添加剂可是一种满足所有需要的元素，或者是若干元素，其中每一种有一个优势。另外，可添加合金元素，增加掺杂元素在铟或焊料基体中的可溶性。
散热器元件或散热元件(散热器和散热在这里互换使用，且具有相同的普遍含义)通常包括金属、金属基基础材料、高导电率非金属或它们的组合物，例如镍、铝、铜、铜-钨、CuSiC、金刚石、碳化硅、石墨、复合材料例如铜复合材料、碳复合材料和金刚石复合材料或AlSiC和/或其它可不包括金属的合适的高导电率材料。任何合适的金属或金属基基础材料都可在这里用作散热器，只要该金属或金属基基础材料可驱散电子元件产生的部分或全部热量。所设想的散热器元件的特定例子示于下面的实施例部分。
散热器元件可制成具有任何合适的厚度，这取决于电子元件和供应商的需要，并且只要该散热器元件能充分地完成散去周围电子元件产生的部分或全部热量的任务。所设想的厚度包括约0.25mm-约6mm的厚度范围。在一些实施方案中，所设想的散热器元件的厚度在约0.5mm-约5mm的范围。在其它的实施方案中，所设想的散热器元件的厚度在约1mm-约4mm的范围。
当使用金属性热界面材料，如和大多数聚合物***相比具有高弹性模量的焊料时，可能需要减小产生传递到半导体小片的机械应力的热膨胀失配系数，以避免小片的破裂。通过增加金属性热界面材料粘合剂层、减小散热器的热膨胀系数或改变散热器的几何外形，以最小化应力传递，可将应力传递减至最小。较低热膨胀系数(CTE)材料的例子是AlSiC、CuSiC、铜-石墨复合材料、碳-碳复合材料、金刚石、CuMoCu层压材料等。改变几何外形的例子是在散热器上添加局部或连通的槽以减小散热器厚度，和成形尖端被截成与底面平行的平面、基底为方形、倒金字塔的形状，通过在邻近半导体小片处具有低的散热器横截面来降低应力和刚度。
这里所述的所设想的热解决方案、IC封装、分层界面材料、热界面元件和散热器元件的应用包括引入材料到分层材料、分层元件、电子元件、半导体元件、电子成品或半导体成品中。
预粘附/预组装的热解决方案和/或IC(互连)封装，包括这里所述的热界面材料的一种或多种元件和至少一种粘合剂元件。几个所设想的预粘附/预组装的热解决方案/IC封装如图1、5、7、9和11-18所示，并在实施例部分详细论述。应当理解的是，考虑到本发明，可以有所设想的可组装的许多其它的实施方案。这些热界面材料显示出适合广泛种类的界面情况和需求的低热阻。这里所用的术语“粘合剂元件”是指能够通过表面粘附与其它物质联接到一起的任何物质，无机或有机，天然的或人造的。在一些实施方案中，粘合剂元件可添加到热界面材料中或与热界面材料混和，可以实际上即为热界面材料或可与热界面材料耦合而不是与其混和。一些所设想的粘合剂元件的例子包括SONY双面胶，例如SONY T4411、3M F9460PC或SONYT4100D203。在其它的实施方案中，粘合剂可提供将散热器元件粘附到封装衬底的附加功能，而不依赖于热界面材料，如图11所示。
热界面元件、可交联热界面元件和散热器元件可采用前述的方法单独地制备和提供。然后，物理耦合这两种元件以生产分层界面材料。这里所用的术语“界面”是指在物质或空间的两部分间形成共有边界的耦合或键合。界面可包括物质或元件的两部分间的物理粘附或物理耦合，或物质或元件两部分间的物理引力，包括键合力例如共价键和离子键，和非键合力例如范德华、静电、库仑、氢键和/或磁引力。这里所述的两种元件也可通过将一种元件施加到另一种元件的表面的动作来达到物理耦合。
然后，分层界面材料可涂布到衬底、另一个表面或另一种分层材料上。电子元件包括分层界面材料、衬底层和附加层。分层界面材料包括散热器元件和热界面元件。本文所设想的衬底可包括任何理想的基本上固态的材料。特别理想的衬底层将包括膜、玻璃、陶瓷、塑料、金属或涂布金属、或复合材料。在优选的实施方案中，衬底包括硅或砷化锗小片或晶片表面、例如在镀铜、银、镍或金的引线框中发现的封装表面、例如在电路板或封装互连轨迹中发现的铜表面、通孔壁(via-wall)或刚性元件界面(“铜”包括把裸铜和它的氧化物考虑进去)、聚合物基封装或板界面，例如在聚酰亚胺基柔性封装发现的、铅或其它金属合金焊料球表面、玻璃和聚合物，例如聚酰亚胺。当考虑粘结性界面时，“衬底”甚至可定义为另一种聚合物材料。在更优选的实施方案中，衬底包括封装和电路板工业中的普通材料，例如硅、铜、玻璃和另一种聚合物。
附加材料层可耦合到分层界面材料上，以便继续构建分层元件或印刷电路板。已设想，附加层应包括类似于这里已描述过的那些材料，包括金属、金属合金、复合材料、聚合物、单体、有机化合物、无机化合物、有机金属化合物、树脂、粘合剂和光学波导材料。
层压材料层或覆层材料层可根据元件要求的规范耦合到分层界面材料上。层压材料是通常考虑的纤维增强树脂电介质材料。覆层材料是层压材料的子集，当金属和其它材料，例如铜被引入到层压材料中时生成覆层材料。(Harper，Charles A.，Electronic Packaging andInterconnection Handbook，Second Edition，McGraw-Hill(NewYork)，1997)
旋涂层和材料也可添加到分层界面材料或后续层中。Michael E.Thomas，“Spin-On Stacked Films for Low keff Dielectrics”，Solid State Technology(2001-07)讲述了旋涂堆叠膜，在此全文并入本文作为参考。
这里所述的所设想的热解决方案、IC封装、热界面元件、分层界面材料和散热器元件的应用包括将材料和/或元件引入另一分层材料、电子元件或电子成品中。这里所设想的电子元件通常认为包括任何可在电子基产品中使用的分层元件。所设想的电子元件包括电路板、芯片封装、隔板、电路板的电介质元件、印刷接线板和电路板的其它元件，例如电容器、电感器和电阻器。
电子基产品是“成品”是在准备用于工业和供其它的消费者使用的意义上。消费成品的例子是电视机、电脑、手机、寻呼机、掌中宝(palm-type-organizers)、便携式收音机、汽车用立体声收音机和遥控器。也设想到的是“中间”产品，例如可能用于成品中的电路板、芯片封装和键盘。
电子产品还包括处于从概念模型到最终的按比例放大/实体模拟的任何研发阶段的原型元件。原型可包括或可不包括成品中预期的所有实际元件，并且原型可具有由复合材料构建的一些元件，以便在初始实验阶段消除它们对其它元件的初始影响。
实施例
下面的实施例显示的是预组装根据本发明所公开的主题的热界面材料和分层材料的基本步骤和试验机理，试验参数和使用镀镍的铜作为散热器元件的讨论。当然，应当理解任何合适的散热器元件都可用于本申请和分层材料。还有，在实施例中使用PCM45作为代表性的热界面材料元件，当然，应当理解的是，根据本发明公开的主题，可使用任何合适的相变材料元件。
实施例1
组装的基本步骤
材料
散热器元件
按照供应商和/或制造商规范的合适的相变材料
夹具(特殊夹具，优选尼龙，用于元件和PCM材料)
说明
在涂布PCM材料之前，抽出32块元件的随机样品，用于送到外面检查。
从室温开始。相变材料，例如PCM45。如果顶部和底部的剥离衬垫都过早脱落，则在30℃下加热PCM材料超过约0.5小时。
确保衬底温度大于21℃。
按照以下说明涂布相变材料到元件上：
去除剥离衬垫210以露出相变材料220，涂布材料220到元件200上，按照图2所示。
定位元件上的对齐标记，涂布相变材料220到元件200上，以手指轻压，按照图3和4所示。
贯穿热隧道以使组合零件出口温度在48℃和60℃之间。停留时间可从30到60秒。
对PCM45施加手指轻压以确保完全粘附。
冷却至低于-10℃，持续10分钟以上
去除顶部衬垫
肉眼检查组合零件的瑕疵
装载到托盘上
尺寸和散热器元件(镍)厚度标准
样品尺寸：每1500块中选1(尺寸和X射线荧光(XRF)测量)CMM＝坐标测量机
0.10 AQL，C＝0(视觉)
                     表1：尺寸和镍厚度要求
参数                    度量衡              标准/部署                 Cpk
  外表长度/宽度   坐标测量机(接触或光学)   37.5±0.05mm   1.33
  法兰宽度   坐标测量机(接触或光学)   2.5±0.15mm   1.33
  气蚀区深度   坐标测量机(接触或光学)   0.60±0.025mm   1.33
  全部厚度   Micrometer(μm)   3.0±0.1mm   1.33
  平面度(最上面)   ·坐标测量机(接触或光学)·最大0.035mm，离边缘2mm   9点陈 1.33
  平面度(气蚀区)   ·坐标测量机(接触或光学)·最大0.25mm，中心面积22mm2   9点陈   1.33
  镍厚度@最上层中心   X射线荧光   3-10μm   1.33
  法兰表面粗糙度   表面光度仪2.5cm stroke   ＜1μm   NA
  PCM45粘附厚度   线性测量工具   0.25mm±0.06mm   NA
  PCM45粘附长度/宽度   线性测量工具   20mm±2.0mm   1.33
  PCM45位置   掩膜   位于23mm气蚀区域中心   NA
  PCM45热阻抗(测量了体样品)   ASTM D5470标准   ≤0.35Ccm2/W在30psi和0.001”≤BLT≤0.002”   1.33
  PCM45相变(峰值温度，测量了体材料)   DSC(@N2，5℃/min)   45℃+/-8℃   1.33
贮藏条件和保存期
最后的零件应当在约室温(25℃±5℃)下保存在密封袋中。避免过热(大于40℃)和直接暴露在阳光下，或极冷(小于5℃)。不要施加大于约5psi的压力，以免露出相变材料(PCM)表面。保存期从产品制成日起算约为1年。
本文所讨论的热互连***、热界面和界面材料因为许多原因是有益的。一个原因是，散热器元件和界面材料在散热器元件和界面材料之间的界面处具有卓越的润湿性，并且该界面润湿性能承受最极端的条件。第二个原因是本文所公开和讨论的散热器元件/热界面材料组合减小了用户封装所需要的步骤数-在用户接收它之前已对其进行了预组装和质量检查。元件的预组装也减小了用户方面的相关花费。第三个原因是散热器元件和热界面材料可设计成“一起工作”，以便最小化散热器元件和热界面材料特定组合的界面热阻。
实施例2
如前面提到的，预粘附/预组装热解决方案和/或IC(互连)封装包括这里所述的热界面材料的一种或多种元件，和任选的至少一种粘合剂元件。所设想的预粘附/预组装热解决方案如图1所示。图1显示了传热材料100，包括散热器元件110、热界面元件120和衬底130。热界面元件120可包括热界面材料和/或热界面材料与粘合剂材料耦合或组合。如提到的，热界面元件120可为胶带、浆料、可分布的浆料和液态的形式。这些图中所述的粘合剂元件切成10mm×10mm，并放置在衬底/表面和散热器之间。在预处理前后测量了胶带的粘附强度。
引入一些所设想的粘合剂元件的数据如图5和6所示，所述的粘合剂元件的其中一种如图1所述。在这些图中，显示了在使用胶带形式的热界面元件的若干情况下的拉伸强度。在所有的图中，“Cure”代表固化，“TH”代表温度和湿度，包括在特定的温度和特定的相对湿度下将材料保持一段指定时间(例如，85℃，在85％的相对湿度下，保持168小时)，“HTS”代表高温贮藏，包括在特定温度下或指定时段内贮藏材料(例如，125℃下保持500小时)，“HAST”代表高温和湿度，包括在特定的高温和特定的相对湿度下将材料保持一段指定时间(例如，130℃，在85％的相对湿度下，保持96小时)，“TC500”代表温度循环500周期，“TC1000”代表温度循环1000周期。在其它图中也使用这些缩写，并且应当明白与上面所述的那些相同。
图7显示了另一种所设想的预粘附/预组装热解决方案和/或材料。图7显示了传热材料300，包括散热器310、热界面元件320、粘合剂元件325和衬底330。热界面元件320可包括热界面材料和/或热界面材料与粘合剂材料耦合或组合。如提到的，热界面元件320可为胶带、浆料、可分布的浆料和液态的形式。在该所设想的实施方案中，传热材料300也包括小片340和底层填料材料350。预处理后评估了粘合剂元件的粘附强度。本实施方案中的粘合剂元件被切成胶带形式，以覆盖散热器元件310的外环。图8显示了从该所设想的实施方案中收集的数据。
图9显示了预粘附/预组装热解决方案的另一种所设想的实施方案。图9显示了传热材料400，包括散热器410、热界面元件420、粘合剂元件425和衬底430。热界面元件420可包括热界面材料和/或热界面材料与粘合剂材料耦合或组合。如提到的，热界面元件420可为胶带、浆料、可分布的浆料和液态的形式。切开每种粘合剂元件，以覆盖散热器的外环。在预处理前后测量了每种粘合剂和/或热元件的粘附强度。图10显示了从这些所设想的实施方案中收集的数据。
图11-18显示了这些所设想的包括至少一种散热器、至少一种热界面材料、衬底和在某些情况下至少一种粘合剂元件的分层材料的若干类型。在图11中，所示的传热材料500包括散热器元件510、为胶带形式的热界面元件520、小片540和包括焊料球555的底层填料材料550。传热材料进一步包括衬底530。图12显示了传热材料的另一个所设想的实施方案，该传热材料用于IC封装600，包括散热器元件610和为胶带形式的热界面元件620。该传热材料600也可被引入到图11所示的传热材料500中。
图13和14显示了传热材料700的另一个所设想的实施方案和如何在IC封装800中使用它。图13显示了传热材料700，包括散热器元件710和热界面元件720，所述的热界面元件可包括相变材料、胶带、凝胶或其它任何合适的热界面材料。该实施方案也包括粘合剂元件725，在这种情况下该粘合剂元件可为高温粘合剂胶带。在图14中，传热材料700耦合到核心840、底层填料材料850和衬底830中，所述的底层填料材料包括焊料材料855。
图15和16显示了传热材料900的另一个所设想的实施方案和如何在I C封装1000中使用它。图15显示了传热材料900，包括散热器元件910和热界面元件920，所述的热界面元件可包括相变材料、胶带、凝胶或其它任何合适的热界面材料。该实施方案也包括粘合剂元件925，在这种情况下该粘合剂元件可为高温粘合剂胶带或结构胶带，但是粘合剂元件不是散热器元件/热界面元件耦合900的部分。在图16中，传热材料900耦合到小片940、底层填料材料950和衬底930上，所述的底层填料材料包括焊料材料955。该实施方案中的粘合剂元件925位于衬底930上。
图17-18显示了传热材料1100的另一个所设想的实施方案和如何在IC封装1200中使用它。图17显示了传热材料1100，包括散热器元件1110和热界面元件1120，所述的热界面元件可包括相变材料、胶带、凝胶或其它任何合适的热界面材料。该实施方案也包括粘合剂元件1125，在这种情况下该粘合剂元件可为高温粘合剂胶带或结构胶带，但是粘合剂元件不是散热器元件/热界面元件耦合1100的部分。在图18中，传热材料1100耦合到小片1140、底层填料材料1150和衬底1130中，所述的底层填料材料包括焊料材料1155。该设施方案中的粘合剂元件1125位于衬底1130上。
因此，已公开了热解决方案、IC封装、热互连和界面材料的特定实施方案和应用。但是应当明白，对本领域技术人员来说，除了已经描述的以外，在不偏离本发明的创造性概念的前提下的更多修改都是可能的。因此，本发明的创新主题，在公开的精神外不受限制。另外，在解释本公开中，所有术语都应按照与上下文一致的尽可能宽的方式加以解释。特别地，术语“包括”和“包含”应解释为以非排他的方式指要素、组分或步骤，指出所提及的要素、组分和步骤可能存在或采用，或与其它并未明确提及的要素、组分或步骤相结合。

Claims (33)

1.一种传热材料，包括
散热器元件，所述的散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料，和
至少一种热界面材料，其中所述的热界面材料直接沉积在散热器元件底面的至少一部分上。
2.根据权利要求1所述的传热材料，其中热材料进一步耦合到衬底上。
3.根据权利要求2所述的传热材料，其中衬底包括硅。
4.根据权利要求1所述的传热材料，其中传热材料进一步包括至少一种粘合剂元件。
5.根据权利要求4所述的传热材料，其中至少一种粘合剂元件耦合到散热器元件上。
6.根据权利要求4所述的传热材料，其中至少一种粘合剂元件耦合到热界面材料上。
7.根据权利要求4所述的传热材料，其中至少一种粘合剂元件混和到至少某些热界面材料中。
8.根据权利要求1所述的传热材料，其中散热器元件包括金属、金属基材料、高导电率非金属或它们的组合物。
9.根据权利要求8所述的传热材料，其中散热器元件包括镍、铝、铜或它们的组合物。
10.根据权利要求9所述的传热材料，其中金属基材料或高导电率非金属包括硅、碳、铜、石墨、金刚石或它们的组合物。
11.根据权利要求10所述的传热材料，其中散热器元件包括约0.25mm-约6mm的厚度。
12.根据权利要求11所述的传热材料，其中厚度从约0.5mm到约5mm。
13.根据权利要求1所述的传热材料，其中热界面材料包括可交联热界面材料。
14.根据权利要求1所述的传热材料，其中热界面材料包括相变材料。
15.根据权利要求1所述的传热材料，其中热界面材料包括聚合物焊料材料、聚合物焊料混和材料或它们的组合物。
16.根据权利要求1所述的传热材料，其中热界面材料包括传导性填料、金属性材料、焊料合金和它们的组合物。
17.一种成形传热材料的方法，包括：
提供散热器元件，其中的散热器元件包括顶面、底面和至少一种散热器材料；
提供至少一种热界面材料，其中热界面材料直接沉积在散热器元件底面上；和
沉积至少一种热界面材料到散热器元件底面上。
18.根据权利要求17所述的方法，其中传热材料进一步包括至少一种粘合剂元件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中的至少一种粘合剂元件耦合到散热器元件上。
20.根据权利要求18所述的方法，其中至少一种粘合剂元件耦合到热界面材料上。
21.根据权利要求18所述的方法，其中至少一种粘合剂元件混和到至少热界面材料中。
22.根据权利要求17所述的方法，其中散热器元件包括金属、金属基材料、高导电率非金属或它们的组合物。
23.根据权利要求22所述的方法，其中散热器元件包括镍、铝、铜或它们的组合物。
24.根据权利要求22所述的方法，其中金属基材料或高导电率非金属包括硅、碳、铜、石墨、金刚石或它们的组合物。
25.根据权利要求17所述的方法，其中散热器元件包括约0.25mm-约6mm的厚度。
26.根据权利要求25所述的方法，其中厚度从约0.5mm到约5mm。
27.根据权利要求17所述的方法，其中热界面材料包括可交联热界面材料。
28.根据权利要求17所述的方法，其中热界面材料包括相变材料。
29.根据权利要求17所述的方法，其中热界面材料包括聚合物焊料材料。
30.根据权利要求17所述的方法，包括传导性填料、金属性材料、焊料合金和它们的组合物。
31.一种成形IC封装的方法，包括：
提供传热材料；
提供至少一种粘合剂元件；
提供至少一个表面或衬底；
耦合该至少一种传热材料与至少一种粘合剂元件，以成形粘合剂单元；和
耦合该粘合剂单元到该至少一个表面或衬底，以成形热封装。
32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括耦合附加层或元件到热封装上。
33.根据权利要求31所述的方法，其中传热材料包括权利要求1所述的传热材料。
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