DE102005048921A1 - Method for connecting two bodies in electrical heat-conductive bond involves providing gallium eutecticum as fluid alloy and inserting thin foil to shift its melting point to produce solid releasable connection at room temperature - Google Patents
Method for connecting two bodies in electrical heat-conductive bond involves providing gallium eutecticum as fluid alloy and inserting thin foil to shift its melting point to produce solid releasable connection at room temperature Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Körper zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen und wärmeleitenden Verbindung mittels einer flüssigen Legierung, wobei diese Verbindung insbesondere in elektronischen Systemen, in der Halbleitertechnik und für die Mikrolithographie einsetzbar ist, sowie eine mittels dieses Verfahrens hergestellte Baugruppe.The The invention relates to a method for connecting two bodies to one another Production of an electrically conductive and heat-conducting connection by means of a liquid Alloy, said compound in particular in electronic Systems used in semiconductor technology and for microlithography and an assembly made by this method.
Es
ist bekannt, dass insbesondere bei modernen elektronischen Systemen
mit einer sehr hohen Leistungsfähigkeit
eine Kühlung
bei einer hohen Leistungsdichte mit vielen Chips und Schaltungen von
einem elektronischen Bauteil bzw. einem Einheitenübergang
zu einem Kühlsystem
notwendig ist. Damit die Kühlung
ausgeführt
werden kann, muss die wärmeleitende
Verbindung in der Praxis nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sondern
sie dient vielfach auch zum Ausgleich von in einer elektronischen
Baueinheit vorhandenen Herstellungstoleranzen. Es sind verschiedene
Wärmeleitpasten
unter Verwendung von Quecksilber bekannt, wobei derartige Wärmeleitpasten
schädlich
für die
Umwelt sind. Weiterhin sind Wärmeleitpasten
bekannt, die aus Gallium mit Indium und Zinn bestehen und einen niedrigen
Schmelzpunkt und einen geringen Ausdehnungskoeffizienten beim Erstarren
sowie eine hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweisen. Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden zweier Körper zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen und wärmeleitenden Verbindung mittels einer flüssigen Legierung zu schaffen, wobei mit möglichst geringem Aufwand eine gute wärmeleitende und langzeitstabile sowie auch wieder einfach trennbare Verbindung zwischen den beiden Körper hergestellt werden soll, die vor allem eine große Wärmeleistung über eine größere Fläche gewährleistet.task The present invention is a method for connecting two body for producing an electrically conductive and heat-conducting connection by means of a liquid Alloy to create, with the least possible effort good heat-conducting and long-term stable as well as again easily separable connection between the two bodies is to be produced, which above all a large heat output over a guaranteed larger area.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Aufbau einer flächigen Kontaktverbindung zwischen zwei zu verbindenden Körpern, die aus einer flüssigen Legierung in Form eines Gallium-Eutektikums ohne feste Zusätze besteht und aus einem dünnen Materialelement in Form einer Folie, die durch einen Fügeprozess zwischen die beiden zu verbindenden Körper so eingebracht wird, dass sich Elemente aus den beiden Körpern und der Folie in das Gallium-Eutektikum einlegieren und dessen Schmelzpunkt so verschieben, dass bei Zimmertemperatur eine feste Verbindung hergestellt wird, die auch bei Zimmertemperatur wieder trennbar ist.Is solved this task by the establishment of a surface contact connection between two bodies to be joined, from a liquid Alloy in the form of a gallium eutectic without solid additives exists and made of a thin one Material element in the form of a film, through a joining process between the two bodies to be joined so that elements from the two bodies and alloy the film into the gallium eutectic and its melting point move so that at room temperature made a firm connection which is separable even at room temperature again.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Verbinden zweier Körper
zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen und wärmeleitenden Verbindung durch den
Aufbau einer flächigen
Kontaktverbindung weist folgende Verfahrensschritte auf:
dass
in einem ersten Verfahrensschritt die zu verbindenden Körper auf
ihren einander zugewandten Flächen
mit dem flüssigen
Gallium-Eutektikum jeweils einseitig dünn benetzt werden,
dass
anschließend
durch einen Fügeprozess
die vorzugsweise aus Indium bestehende Folie zwischen die beiden
zu verbindenden Körper
eingebracht und mit den beiden Körpern
zusammengefügt
wird, indem die Folie auf den ersten Körper angedrückt und mit dem zweiten Körper so
zusammengefügt
wird, dass überschüssiges Gallium-Eutektikum
austritt, das gleichzeitig Unebenheiten der Flächen der beiden zu verbindenden
Körper
und der Folie ausgleicht. Die Folie kann auch vor dem Fügeprozess beidseitig
mit dem Gallium-Eutektikum
benetzt werden. Wenn die Folie entsprechend sauber ist, reicht auch
ein Auflegen und leichtes Andrücken
der Folie auf den ersten Körper
und eine anschließende Montage
des zweiten Körpers,
wobei zu beachten ist, dass keine Lufteinschlüsse vorhanden sind,
und
dass in einem abschließenden
Verfahrensschritt Elemente, aus denen die beiden zu verbindenden Körper und
die Folie bestehen, geringfügig
in das Gallium-Eutektikum eindiffundieren, unter Ausbildung einer
durch Diffusion bei der Verarbeitungstemperatur entstehenden Diffusionslegierung
und dadurch der Schmelzpunkt des Gallium-Eutektikums so verschoben wird, dass
sich die entstehende Verbindung bei Zimmertemperatur verfestigt.The method according to the invention for connecting two bodies to produce an electrically conductive and heat-conducting connection by constructing a planar contact connection comprises the following method steps:
that in a first method step, the bodies to be joined are wetted on one side on their mutually facing surfaces with the liquid gallium eutectic,
Subsequently, by a joining process, the film, preferably made of indium, is introduced between the two bodies to be connected and joined together with the two bodies by pressing the film onto the first body and joining it together with the second body in such a way that excess gallium eutectic emerges. which simultaneously compensates for unevenness of the surfaces of the two bodies and the film to be joined. The film can also be wetted on both sides with the gallium eutectic before the joining process. If the film is correspondingly clean, laying on and gently pressing the film on the first body and then mounting the second body, it is to be noted that there are no air pockets,
and that, in a final process step, elements which make up the two body to be bonded and the film diffuse slightly into the gallium eutectic, thereby forming a diffusion alloy resulting from diffusion at the processing temperature, thereby shifting the melting point of the gallium eutectic, that the resulting verbin solidified at room temperature.
Bei dem erfindungsgemäß abschließenden Verfahrensschritt, dem Verfestigungsprozess, diffundieren die Elemente der beiden zu verbindenden Körper sowie der Folie, die aus verschiedenen Materialien, insbesondere aus Elementen der Gruppen IB, IVB, VIIIB, IIIA, IVA und VA des Periodensystems der Elemente bestehen, die beiden Körper beispielsweise aus Kupfer oder Messing und die Folie vorzugsweise aus Indium, geringfügig in das Gallium-Eutektikum ein, unter Ausbildung einer durch die Diffusion bei der Verarbeitungstemperatur entstehenden Diffusionslegierung. Die so gebildete Legierung weist einen höheren Schmelzpunkt als das flüssige Gallium-Eutektikum bei der Verarbeitungstemperatur auf.at the process step according to the invention, the solidification process, the elements of the two diffuse connecting body as well as the film, made of different materials, in particular from elements of Groups IB, IVB, VIIIB, IIIA, IVA and VA of the Periodic Table consist of the elements, the two bodies, for example, made of copper or brass and the film preferably of indium, slightly into the Gallium eutectic forming one by diffusion at the processing temperature resulting diffusion alloy. The alloy thus formed has a higher one Melting point than the liquid Gallium eutectic at the processing temperature.
Durch den Einsatz von einem bei Zimmertemperatur flüssigem Gallium-Eutektikum ohne feste Zusätze von Metallpulvern und einer Folie wird eine feste wärmeleitende und elektrisch leitfähige Verbindung von zwei Körpern bei Zimmertemperatur durch eine stabile Diffusionslegierung erreicht, die den Vorteil aufweist, dass sie auch bei Zimmertemperatur wieder leicht trennbar ist.By the use of a liquid gallium eutectic at room temperature without solid additives of metal powders and a film becomes a solid heat-conducting and electrically conductive Connection of two bodies achieved at room temperature by a stable diffusion alloy, which has the advantage that it is also at room temperature again easily separable.
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, dass durch die Eigenschaften der Folie die Eigenschaften der Koppelstelle zwischen den beiden zu verbindenden Körpern maßgeblich bestimmt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einer im Vergleich zu den Körpern weichen Folie ein guter Ausgleich von Unebenheiten, sowie eine leichte Trennbarkeit und damit gleichzeitig eine gute Austauschbarkeit erreicht wird, so dass man eine Verbindung erhält, welche mechanisch definiert belastbar, elektrisch leitfähig und gut wärmeleitend ist, einen sehr guten Wärmeübergangswiderstand aufweist und bei Raumtemperatur herstellbar und wieder trennbar ist.advantages consist of the method according to the invention in that by the properties of the film the properties the coupling point between the two bodies to be joined significantly is determined. Another advantage is that at one in comparison to the bodies soft film a good balance of bumps, as well as a slight Separability and at the same time achieved a good interchangeability becomes, so that one receives a connection, which defines mechanically resilient, electrically conductive and good heat-conducting is, a very good heat transfer resistance and can be prepared at room temperature and separated again is.
Die Erfindung betrifft im weiteren eine nach dem angegebenen Verfahren hergestellte Baugruppe aus mindestens zwei Bauteilen, wobei zwischen den Bauteilen eine Folie angeordnet ist, welche in das Gallium-Eutektikum eingebettet ist.The The invention further relates to a method according to the specified manufactured assembly of at least two components, wherein between the Components arranged a film, which in the gallium eutectic is embedded.
Die Erfindung wird folgend anhand eines schematisch in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The The invention is described below with reference to a schematic in a drawing illustrated embodiment explained in more detail.
Es zeigt:It shows:
Anschließend wird
durch einen Fügeprozess eine
Folie
In
einem abschließenden
Verfahrensschritt, dem Verfestigungsprozess, diffundieren die Elemente
der zu verbindenden Körper
- 11
- zu verbindender Körperto connecting body
- 22
- Gallium-EutektikumGallium eutectic
- 33
- Foliefoil
- 44
- Gallium-EutektikumGallium eutectic
- 55
- zu verbindender Körperto connecting body
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510048921 DE102005048921A1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Method for connecting two bodies in electrical heat-conductive bond involves providing gallium eutecticum as fluid alloy and inserting thin foil to shift its melting point to produce solid releasable connection at room temperature |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005048921A1 true DE102005048921A1 (en) | 2007-04-12 |
Family
ID=37887107
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200510048921 Withdrawn DE102005048921A1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Method for connecting two bodies in electrical heat-conductive bond involves providing gallium eutecticum as fluid alloy and inserting thin foil to shift its melting point to produce solid releasable connection at room temperature |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102005048921A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0411286B1 (en) * | 1989-08-03 | 1994-12-28 | International Business Machines Corporation | Liquid metal matrix thermal paste |
US5653856A (en) * | 1994-11-15 | 1997-08-05 | Tosoh Smd, Inc. | Methods of bonding targets to backing plate members using gallium based solder pastes and target/backing plate assemblies bonded thereby |
-
2005
- 2005-10-11 DE DE200510048921 patent/DE102005048921A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Effective date: 20121012 |