TW544886B - Thermal interface material and heat sink configuration - Google Patents
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Description
544886 A7 ___ B7 五、發明説明(ί 發明背景 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱介面材料(Τ I Μ )在防止有效半導體裝置,諸如 微處理器超過操作溫度限度上甚重要。此等能黏合熱產生 裝置(例如矽半導體)至散熱組成件或熱分散件(例如銅 及/或鋁組成件),而不製造過度之熱障壁。Τ I Μ亦可 用於包含整個熱阻徑路之散熱組成件或熱分散堆之其他組 成件之組件。 小熱障壁之形成爲Τ I Μ之一重要性質。熱障壁可以 通過Τ I Μ之有效導熱率來說明,且宜儘可能高。τ ΙΜ 之有效導熱率主要由Τ I Μ之介面熱轉移係數以及(固有 )總體導熱率所引起。多種其他性質對Τ I Μ亦重要,視 特定應用而定,例如:當連接一材料時,放鬆熱膨脹應力 之能力(亦稱爲”順應性”);在熱循環期間中,形成穩 定之機械良好連接之能力;對濕氣及溫度改變不敏感;製 造可行性;及成本。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 目前使用數種材料作爲τ I Μ,例如熱油脂,熱凝膠 ,黏著劑,彈性體,熱墊,及相改變材料。雖以上τ〗Μ 足夠用於許多現行半導體裝置上’但半導體裝置在最近將 來性能之增加使目前所知之τ I Μ不足夠。明確言之,目 前之Τ I Μ之導熱率大體不超過約5W/mK,且普通低 於約1 W / m K。然而,即將需要製造具有有效導熱率約 1 5W/mK之熱介面之Τ IM。 以上Τ I Μ之另一選擇爲銦或其他低熔化溫度合金所 製固體金屬薄片或預定形狀’此等作用如熱介面層。金屬 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(21〇>< 297公釐) 544886 Α7 Β7 五、發明説明(3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} T I Μ確保高導熱率値(例如,在銦薄片約爲8 0 W/ m Κ )。金屬T I Μ於重流時亦可呈現有利之焊接或 沾著行爲,此方便低溫介面抵抗力。在重流之期間中,加 熱焊料及基體,焊料熔化,並由表面張力及/或局部表面 攪和而沾著。介面包含中間金屬或中間擴散金屬’具有熱 性質常較總體Τ I Μ金屬者爲差,但遠較現有之(聚合物 基礎之)Τ I Μ爲佳。在大部份情形,金屬Τ I Μ需接受 重流,以形成可靠之熱介面。然而,由於Τ I Μ[及半導體 及/或散熱組成件之熱膨脹係數(C Τ Ε )間之差相當大 ,且缺乏順應性,金屬Τ I Μ在一些應用上失敗。 發明槪要 本發明係有關材料,處理,及設計,以改善半導體至 散熱組成件介面之性能,從而增加電子(熱產生)裝置之 熱流率。故此,在本發明之目的及特色中,提供一種具有 高導熱率(例如大於約1 5 W/m Κ )之Τ I Μ ; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 提供一種具有高介面熱轉移係數(即大於約5〇 W/ c m 2 )之Τ I Μ ;提供一種具有熱膨脹係數(C Τ Ε )在半導體裝置及散熱組成件中間之Τ I Μ,俾Τ I Μ阻 止半導體基體或散熱組成件之分離,或抵抗半導體基體受 損;提供一種具有對熱循環所引起之應力失敗更高抵抗力 之Τ I Μ ;提供一種具有對濕氣改變更高抵抗力之Τ I Μ ;提供一種對溫度變化具有較高抵抗力之Τ I Μ,提供一 種在較之有效(電子)裝置之失敗溫度爲低之溫度上黏合 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) 544886 A7 B7 五、發明説明(4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 基體’具有一 _表面及一背表面;一電子裝置,在半導體 基體之則表面上;一蓋,具有一前表面及一背表面,及一 凹口用以接受一***件;一***件之大小及形狀配合於蓋 之凹口內,***件具有一前表面,一背表面,一表面與蓋 接觸’及一熱膨係數在約該蓋及約該半導體基體之間;及 一第一熱介面材料,黏合半導體基體之背表面於***件之 前表面之至少一部份。 附圖簡述 圖1爲普通半導體裝置/散熱構造之斷面圖。 圖2爲本發明之半導體裝置/散熱構造之實施例之斷 面圖。 圖3爲本發明之半導體裝置/散熱構造之實施例之斷 面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 :半導體基體 4 :背表面 6 :散熱組成件 1 1 :蓋 1 6 :***件 元件對照表 1 :電子裝置封裝 3 :前表面 5 :熱介面材料 8 :熱交換層 1 5 :凹口 發明之詳細說明 電子裝置性能之改善常隨帶功率消耗之增加及裝®尺 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 544886 A7 B7 五、發明説明(3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 寸之減小,此等可獨立或聯合導致增加功率密度。故此, 操作中之電子裝置之熱流率需增加,以保持裝置在其操作 溫度限度以下。本發明係有關高性能τ I Μ材料及處理, 此等增加電卞裝置之熱流率,並係有關改善半導體散熱介 面之設計。 1.高性能熱介面材料 A ·高效率總體導熱率 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 高性能Τ I Μ包含一焊料,此使Τ I Μ可黏合於基體 上。如此處所用,”基體”一辭指半導體及/或散熱組成 件及/或任何其他物件,裝置等,此等由Τ I Μ連接另一 此”基體”。當熱處理時,Τ I Μ在較之有效(電子)裝 置之失敗溫度爲低(例如約3 5 0 °C以下,宜約2 5 0 °C 以下,且更宜約2 0 0 °C以下)之溫度上黏合至基體。焊 料在有效裝置失敗溫度以下熔化,沾著於基體,並當固化 時,可形成Τ I Μ及基體間之化學及/或機械黏合。焊料 一般在約3 0 0 °C以下,宜約2 2 5 °C以下,更宜約 1 7 0 °C以下,且仍更宜在約1 6 0 t及約1 1 5 t間之 溫度熔化。 焊料可包含普通焊接材料,此需要C Τ E之調整(閱 以下)。例如,焊料可包含鉛,鉍,鍚,金,銀,金-鍚 ,金-矽,金-鍺等。焊料宜包含一黏合組成份,具有低 熔化溫度及較普通Τ I Μ材料(低於約5 W/ m K )爲高 之導熱率。例如,銦(熔點約爲1 5 5 °C,導熱率約爲 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇><297公釐) -8 - 544886 A7 B7 五、發明説明(3 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 〇 W/m K ),鍚(熔點約爲2 3 0 t,導熱率約爲 7 0 W / m K ),及其混合物及合金。在一特別較宜之實 施例,黏合組成份基本上由銦構成,因其熔化溫度低,且 能容易沾著許多氧化物,陶瓷,及金屬陶瓷,而無需使用 有機助熔。 爲進一步增加熱通過T I Μ之流率,T I Μ亦可包含 導熱率提高組成份。導熱率提高組成份宜具有導熱率在約 1 0 0 W / m Κ以上。導熱率提高組成份材料之例包括銀 ,銅,及金,此等分別具有導熱率約4 2 5 W/ m K,約 4 0 0 W /m K,及約3 1 5 W/ m K。此種金屬普通具 有較高熔化溫度(例如,銀之熔點約爲9 6 0 t,銅約爲 1 ,0 8 5 °C,及金約爲1 ,〇6 5 °C。 B·介面熱轉移係數 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除由選擇高導熱材料來增加熱通過T I Μ之流率外( 例如,減小Τ I Μ之固有熱阻),自來源至基體之熱流率 之一重大提高由增加介面處之熱轉移係數達成。事實上, 在此介面處之熱流率之阻力可高至約較Τ I Μ之阻力大二 幅階。低介面熱轉移係數之主要原因常爲介面處之區域形 成,在此,基體及Τ I Μ並不親密接觸。故此,此等區域 作用如絕緣,並降低熱自熱源流出之流率。減小熱轉移通 過介面之第二原因爲各種金屬間相之存在,呈現較高熱阻 。Τ I Μ之介面熱轉移係數宜大於約5 0 W / c m 2 °C,且 更宜大於約5 0 0 W/ c m 2 t。
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) Q 544886 A7 B7 五、發明説明(、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 用以連接半導體(或金屬化半導體)及散熱組成件之 τ I Μ需要機械及/或化學助熔,以移去τ I Μ之表面, 半導體基體,及散熱組成件之表面上之氧,俾活化連接處 理,並使Τ I Μ可沾著於此等表面上。當欲在約3 0 0 t 以下之溫度由普通焊料連接項目時,普通使用化學助熔。 普通化學助熔劑包含化合物,此在受熱時活化,並移去表 面氧化物。然而,一些助熔材料並不逸去,並在介面區處 形成絕緣袋或空虛點,及/或形成殘留,此對裝置之操作 有害。 1 ·活性焊料 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據本發明,Τ I Μ (包含焊料)宜無需帔在助熔( 即無需機械助熔及有機及無機助熔化合物)。而是,本發 明之Τ I Μ中之焊料宜由固有除氧劑活化,此與黏合組成 份混合或合金。固有除氧劑較之黏合組成份對氧之反應性 更大,從而防止或減少黏合組成份-氧化合物之形成至最 低程度。固有除氧劑之例包含鹼金屬(例如L i ,N a , 及K),鹼土金屬(例如Mg及Ca),鋅,耐火金屬( 例如 T i ,Z r ,H f ,T a ,V,及 N b ),稀 土金屬 (例如 L a,C e,P r,N d,S m,E u,G d, T b,D y,及Y b ),及其混合物及合金(例如,micsch 金屬,此例如由美國麻州Ward Hill之Alfa Aesai·以複合物供 應,此包含約50%重量之Ce,約22%之La,約18%之Nd,約6% 之?1',及約0-4%之丫13,3111,〇0』11,1^,及〇\)。耐火金屬在焊料 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) 544886 A7 ___ B7 五、發明説明(g (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 中之總濃度宜低於約1 〇 %重量,稀土金屬之總濃度低於 5 %重量’及鹼,鹼土,及鋅之總濃度低於約2 0 %之重 量。 材料之選擇及其在焊料及導熱率提高組成份中之相對 含量取決於特定應用之所連接之材料之性質,所需之有效 導熱率,及最大黏合溫度。而且,材料之選擇可取決於其 他因素,包括材料成本,回收之容易,以及對重要焊料性 質,諸如硬度,彈性模數,延性,中間金屬相形成,抗銹 蝕,熱膨脹係數,漏電電阻之影響,及氧化物之形成之整 個影響。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 在一較宜之實施例中,活性焊料包含銦,鈦,及 misch金屬,以提供順應性,但高C T E合金,此大致在 1 5 7 °C以上熔化。此宜包含約0 · 5至約2 %重量之 T i ,及約〇 · 1至約2 _ 0重量之m i s c h金屬,其餘爲 I η。此更宜包含約1 %重量之T i ,及約〇 . 2 %重量 之misch金屬,其餘爲I η。具有非常低度之介面缺陷之焊 接之此一順應性Τ I Μ較不可能由於熱循環引起在介面處 失敗(閱以下) 在又另一較宜實施例中,活性焊料爲一剛性金基礎之 焊料,具有較低之C Τ Ε (約1 3 - 1 4 // m / m °C ), 此普通用以連接副基座或固定光纖(例如金-鍚,金-矽 ,及金-鍺焊料)。在金-鍚合金’金及鍚之濃度範圍普 通分別自約7 5至約8 5 %重量及自約1 5至約2 5 %重 量。在金-砂合金’金之濃度至少約爲9 0% ’及砂之濃 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) _糾_ 544886 A7 B7 五、發明説明(d (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j 度範圍自約1至約5%重量。在金-鍺合金,金之濃度至 少約爲8 0 %,及鍺之濃度範圍自約5至約1 5 %重量。 爲提供較低之熔化或重流溫度,焊料成份宜接近低共熔成 份(例如,構成份在低共熔成份之約± 3 %重量以內)。 低共熔成份爲約8 0 A u — 2 0 S η,約9 7 A u — 3Si ,及約88Au - 12Ge。近低共熔金—鍚合金 尤宜用於許多應用,因爲此在約2 8 0 t以上熔化。由於 此等金-基礎之焊料包含遠較爲少之可氧化材料,故需要 較少之固有除氧材料。明確言之,固有除氧材料之濃度宜 約爲銦基礎之焊料之一半。焊料中之耐火金屬之總濃度宜 少於約5 %重量,稀土金屬之總濃度少於約3 %重量,及 鹼土及鋅之總濃度宜少於1 〇 %重量。耐火金屬之總濃度 更宜少於約0 · 5至1 · 5 %重量,稀土金屬之總濃度少 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於約0 · 0 1至約〇 . 5 %重量,鹼土金屬之總濃度約 〇.1至約0 . 5 %重量,及鋅之總濃度約0 · 1至約 0 . 5 %重量。此等較低之C T E合金亦較之非順應性高 C T E合金不可能在半導體/焊料介面處由於熱循環引起 失敗(閱以下)。 除省除去需要外在助熔外,活性焊料及含有活性焊料 之熱介面材料能沾著非金屬表面,諸如,但不限於S i , s i〇2,S iN,及Π— IV及m — V半導體。結果,在焊 接/黏合操作前,無需沉積可沾著之金屬化物,諸如,但 不限於A u,A u / N i ,N i ,C u,及其組合於非金 屬表面上。黏合於非金屬表面上之此能力提供重要材料及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇X;297公釐) -12- 544886 Α7 Β7 五、發明説明(ίο 處理優點。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Τ I Μ及本發明之活性焊料特別適用於在約3 0 0 °C 以下,且宜在約2 0 〇 °C以下之溫度上之熱處理。然而, 該Τ I Μ及本發明之活性焊料可在較高之溫度(例如,高 於約5 0 0 °C )上之熱處理,以提供更有效之沾著(例如 較短之沾著時間)。 除在介面上之熱流率具有重要性之場所中改善焊料處 理外,以上活性焊料特別可用於製造光電封裝。明確言之 ,活性光電封裝包含雷射裝置。如光束攔截化學助熔劑中 之任何有機殘留物,雷射容易使殘留物碳化,此會導致裝 置不能作用。無助熔劑焊接方法之使用消除此可能之故障 機程。 活性焊料可由任何現有之惰性熔化方法製造,諸如由 惰性坩中電感熔化或由電弧熔化。系統抽氣成真空,並以 非反應性惰性氣體,諸如氬回塡。金屬宜加熱至約 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 0 0 0 °c以上,以確保充分熔解合金構成份。熔化之合 金f#製或成形’及在冷卻期間中’次微中間金屬普通沉源 成形。冷卻之合金通常機器加工製成線,帶,或預定形狀 ,用以生產τ I Μ。 2 . C Τ Ε失配 用以維持通過Τ I Μ之較尚熱流率之另一*方丨去爲在電 子裝置之壽命期中’防止降低介面區處之親密接觸。明確 言之,電子封裝中之各種組成件之熱膨脹係數間之不同在 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ 297公釐) -13- 544886 A7 B7 五、發明説明(fj (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱循環之期間中產生應力,此導致在介面區域處部份或完 全分離。在含有較之普通半導體材料,諸如矽,鍺,神化 鎵,硫化鎘,及銻化銦爲高之熱膨脹係數之材料之,及含 有光子之固態射極之發光二極體材料,及光纖雷射應用( 例如 I n/As/GaAs 及 I nAs/A Ι/Sb)之 T I Μ,此問題尤其尖銳。黏合組成份材料及導熱率提高 組成份材料具有 〇丁£大於約16/^111//111〇’及基體材料具有 c t e 低於約 1 〇 # m / m °C。 本發明之T I M宜由包含一 C T E修改組成份,減少 C T E失配之負面影響至最低程度。C T E修改組成份具 有一 C T E,此可與基體更相容,從而減小熱循環時之熱 應力。C T E修改組成份具有一 C T E,此宜低於約1〇 V m / m ,且更宜低於約8 // m / m 。C T E修改組 成份材料之例包含氧化鈹(約8 · 8 // m / m °C ),氧化 隹呂C約6 . 5至7 · Ο // m / m °C ),氮化$呂(約4 · 2 β m / m °C ),銘化 ϊ夕(約 4 · 0 // m / m t:),二氧化 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 矽C約Ο · 5 β m / m °C ),銅—鎢合金(約5 · 6 # m / m °C ),普通稱爲K〇V A R或I N V A R之低膨脹鐵 —錬合金(約 5 · 2 // m / m C 至約 6 · Ο " m / m °C ) ’低膨脹陶瓷或玻璃粉(約一 1 · 〇 /z m / m °C至約 9 . Ο // m / m °C ),及其混合物。在本發明之較宜實施 例中,C T E修改組成份包含低膨脹鐵-鎳合金,因爲此 等具有低或負C T E。容易沾著並加於焊料合金中,具有 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -14- 544886 A7 ^^____ 五、發明説明(如 較高之導熱率,並具有較高之延性,使其可彌補後合金處 理(例如軋製及擠出)。τ I Μ及基體間之C T E失配宜 在約5 " m / ηΊ。〇及約3 0 // m / m °C之間。丁 I Μ及基 體間之C Τ Ε失配更宜在約5 // m / m °C及約2 Ο # m / m °C之間。Τ I M及基體間之C T E失配仍更宜低於約 1 0 ^ m / m °c。最宜對特定應用之所需C Τ E失配修改 TIM。 雖焊料量及C Τ E修改組成份取決於特定應用,但 丁 I Μ宜包含約3 0 %至約9 0 %體積之焊料,及約1 0 %至約7 0 %體積之C Τ Ε修改組成份。Τ I Μ更宜包含 約5 0 %至約9 0體積之焊料,及約5 0 %體積之C Τ Ε 修改組成份。
C.TIM製造方法—最佳化CTE 本發明之高性能Τ I Μ可由任何適用之方法製造,並 施加於基體上。例如,C Τ Ε修改組成份之微粒可加於焊 料及/或導熱率提高組成份中,以形成複合Τ I Μ。複合 Τ I Μ普通然後軋製成薄片預定形狀(例如0 . 2 5 m m 厚度以下)。爲製造熱介面,加熱TIM預定形狀,並在 熔化期間中,與基體接觸,並使其冷卻,固化,及黏合。 另一方法爲使用所需厚度之箔片或網片,包含一黏合組成 份及/或一導熱率提高組成份,其中構製孔(例如由鑿孔 或蝕刻),及以C Τ E修改組成份塡於孔中。例如,具有 六角形相分開之孔之銦基礎之箔片可塡以氧化鋇。在銅箔 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -15- 544886 A7 B7 五、發明説明( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 或網之情形,以黏合組份,諸如銦塗覆銅(例如,使用浸 漬或塗鍍)。可能需要適當之擴散障壁組成份(例如鎳, 欽,或其他過渡金屬),以防止銅在熔化/黏合過程中迅 速溶解於銦中。另一方法爲使用含有黏合組成份及/或導 熱率提高組成份(例如9 0 %理論密度)之海綿,塡以 C T E修改組成份。如需要,海綿可切成薄片,以達成所 需之厚度。 C 丁 E修改組成份微粒普通”預沾”以焊料,以確保 在重流期間中與黏合組成份黏合。明確言之,C T E修改 組成份微粒由任何適當之方法,諸如塗鍍,熱噴灑,真空 沉積,或還原處理,塗以薄層之焊料。 Η·CTE失配抵抗半導體基體/散熱組成件介面 本發明並係有關一種改良之介面,用以連接半導體基 體及散熱組成件。該改良之介面減小或消除Τ I Μ及基體 間C Τ Ε失配之負面影響。故此,改良之介面增加C Τ Ε 失配之臨限範圍。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考圖1 ,電子裝置封裝1之普通半導體/散熱組成 件構造包含一半導體基體2,具有一前表面3及一後表面 4 ’ 一電子裝置(未顯示)置於前表面上,一第一熱介面 材料5黏合半導體基體4之背表面於一散熱組成件6,此 具有一前表面7,散熱組成件包含一熱交換層8 ,此具有 一背表面9及一前表面1 〇,且在可選擇上,一蓋1 1具 有一背表面1 2及一前表面1 3。如包含可選擇盡1 1 ’ -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(21〇Χ 297公釐) 544886 A7 五、發明説明(如 則〜第一熱介面材料1 4黏合蓋丨丨之背表面至熱交換層 1 〇之刖表面。依據本發明,上述高性能熱介面材料可用 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以補償此一普通電子裝置封裝中之基體及蓋間,及蓋及熱 交換層間之c T E失配。 現參考圖2 ’本發明並係有關一種電子裝置封裝1 , 包S —半導體基體2具有一前表面及一後表面,及電子裝 置(未顯示)置於半導體基體之前表面上。該封裝亦包含 一蓋1 1 ,此包含一凹口 15用以接受一***件,其 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 大小及形狀配合於凹口內。在此實施例中,凹口自蓋之前 表面向內延伸至蓋之前表面及背表面間之一點。***件包 含一前表面1 7,一背表面1 8,及一介面與蓋1 9接觸 。電子裝置封裝另包含一第一熱介面材料5,此黏合基體 2之背表面於***件1 7之前表面。該封裝宜亦包含一第 二熱介面材料1 4 ’此黏合蓋1 2之背表面至熱交換層8 。***件包含一熱應力解除材料,此具有一 c T E,此較 之蓋之CTE更接近匹配基體之CTE (閱以上)。換言 之,***件之CTE在蓋之CTE及基體之CTE之間。 故此’第一熱介面材料僅需承受***件及基體間較小之 C T E失配,而非基體及蓋間之較大失配。結果,最大之 C T E失配普通在***件/蓋介面之間,且由於***件之 C T E普通小於蓋者,故***件可壓縮安裝於蓋內。 現參考圖3 ,凹口15可延伸穿過蓋11(即凹口自 蓋之前表面延伸至背表面),且同樣,***件1 6可延伸 完全穿過蓋1 1 。結果,第二熱茨面材料1 4亦黏合*** -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 544886 A7 B7 五、發明説明(fe 件1 6於熱交換層8。 鑒於上述,可見達成本發明之若干目的。由於以上組 改 更 種 各 作項 可事 中之 法含 方所 及中 成述 脫 不 而 限 hp 且 解 例 爲 釋 解 應 圍 之 ο 發義 本意 αε .11π 離伟 上 故 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -18-
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544886 r 丨^ 六、申請專利範圍 附件4: 第91110912號專利申請案修正後無劃線之 中文申請專利範圍替換本 民國92年2月13日修正 1 . 一種用以黏合基體之熱介面材料,該熱介面材料 之特徵爲重流溫度低於約3 5 0 °C,導熱率至少約爲1 5 界/1111<[,及基本上包含: a · —焊料,具有熔化溫度低於約3 0 0 °C,及基本 上包含: i . 一黏合組成份,選自銦,銦一鍚合金,金-鍚合 金,及其混合物所組之群中; i 1•可選擇上,一導熱率提高組成份,具有導熱率 至少約爲1 0 0 W/m K ;及 1 i i •一固有除氧劑,選自稀土金屬,鹼金屬,鹼 土金屬,耐火金屬,鋅,及其混合物及合金所組之群中; 及 b · — C T E修改組成份,具有一熱膨脹係數低於約 1 0 # m / m 〇C 〇 2 ·如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,具有 一重流溫度低於約2 5 0 °C,並具有一導熱率至少約爲 2 〇 W / m K。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,具有 一重流溫度低於約2 0 0 °C,並具有一導熱率至少約爲 本紙浪尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) _ 1 · IJ I 1 111111 I n 111 會—ίί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 544886 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 〇 W / m K。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 .如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其中 ,黏合組成份爲銦。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其中 ,C 丁 E修改組成份選自氧化鋇,氧化鋁,氮化鋁,鈣化 矽,二氧化矽,銅-鎢合金,低膨脹鐵-鎳合金,低膨脹 陶瓷粉,低膨脹玻璃粉,及其混合物所組之群中。 6 .如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其中 ,焊料爲熱介面材料之約3 0 %至約9 0 %之體積,及 C 丁 E修改組成份爲熱介面材料之約1 0 %至約7 0 %之 體積。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其中 ,焊料爲熱介面材料之約5 0 %至約9 0 %之體積,及 C T E修改組成份爲熱介面材料之約1 0 %至約5 0之體 積。 8 .如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其中 ,導熱率提高組成份選自銀,銅’金’及其混合物及合金 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 所組之群中。 9 .如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其中 ,鹼金屬選自鋰,鈉,及鉀,及其混合物及合金所組之群 中,驗土金屬選自鎂及惩及其混合物及合金所組之群中, 耐火金屬選自鈦,鍩,給,鉅,釩,及鈮,及其混合物及 合金所組之群中,稀土金屬選自鑭’鈽’鐯’衫’鈸,銪 ,礼,鏑,及釔,及其混合物及合金所組之群中。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) 544886 A8 B8 C8 ___ D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 〇 ·如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其 中,黏合組成份爲銦或銦-鍚合金,及焊料中之耐火金屬 之總濃度低於約1 0 %之重量,焊料中之稀土金屬之總濃 度低於約5 %之重量,及鹼金屬,鹼土金屬,及鋅之總濃 度低於約2 0 %之重量。 1 1 ·如申請專利範圍第1項所述之熱介面材料,其 中,黏合組成份爲金-鍚合金,及焊料中之耐火金屬之總 濃度低於約5 %之重量,稀土金屬之總濃度低於約3 %重 量,及鹼金屬,鹼土金屬,及鋅之總濃度低於約1 0· %之 重量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 · —種用以黏合基體之熱介面材料,熱介面材料 包含一焊料,此包含金,一第二金屬選自鍚,矽,鍺,及 其混合物及合金所組之群中,及一固有除氧劑選自稀土金 屬,鹼金屬,鹼土金屬,耐火金屬,鋅,及其混合物及合· 金所組之群中,其中,該焊料包含約7 5至約8 5 %重量 之金,及約1 5至約2 0 %重量之鍚,或該焊料包含至少 約9 0 %重量之金及約1至5 %重量之矽,或該焊料包含 至少約8 0重量之金及約5至約1 5 %重量之鍺。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之熱介面材料, 其中,焊料中之耐火金屬之總濃度低於約5 %之重量,耐 火金屬之總濃度低於約3 %重量,及鹼金屬,鹼土金屬, 及鋅之總濃度低於約1 0 %之重量。 1 4 · 一種用以黏合基體之熱介面材料,該熱介面材 料之特徵爲具有重流溫度低於約3 5 0 °C,並具有導熱率 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)~7ΤΊ ' 544886 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 至少爲約1 5 W/m K,熱介面材料基本包含: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一焊料,基本上包含銦,約0 · 5至約2 %重量之鈦 ,及約0 · 1至約2 %重量之misch金屬,其中,焊料之濃 度範圍自熱介面材料之約3 0 %至約9 0 %之體積;及 一 C T E修改組成份,選自氧化鋇,氧化鋁,氮化鋁 ,鈣化矽,二氧化矽,銅-鎢合金,低膨脹鐵-鎳合金, 低膨脹陶瓷粉,低膨脹玻璃粉,及其混合物所組之群中, 其中,C T E修改組成份之濃度範圍自熱介面材料之約 1 0 %至約7 0 %之體積。 1 5 · —種用以黏合基體之熱介面材料,該熱介面材 料之特徵爲具有重流溫度低於約3 5 0 t,並具有導熱率 至少爲約1 5 W/m K,熱介面材料基本上包含: 一焊料,基本上包含銦,約1 %重量之鈦,及約 〇· 2 %重量之misch金屬,其中,焊料之濃度範圍自熱介 面材料之約3 0 %至約9 0 %之體積;及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一 C T E修改組成份,選自氧化鋇,氧化銘,氮化銘 ,鈣化矽,二氧化矽,銅-鎢合金,低膨脹鐵-鎳合金, 低膨脹陶瓷粉,低膨脹玻璃粉,及其混合物所組之群中, 其中,C T E修改組成份之濃度範圍自熱介面材料之約 10 %至約7 0%之體積。 1 6 · —種活性焊料,此在約3 0 0 °C以下之溫度沾 著金屬及非金屬表面,而無需外在之助熔,活性焊料包含 黏合組成份選自銦,銦-鍚合金,金-鍚合金,及其混合 物所組之群中,及一固有除氧劑選自鹼金屬,鹼土金屬, 本‘張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4祕(210X297公董)~ 544886 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 耐火金屬,稀土金屬,及鋅,及其混合物及合金所組之群 中 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 7 .如申請專利範圍第1 6項所述之活性焊料,其 中,黏合組成份爲銦或銦-鍚合金,及耐火金屬之總濃度 低於約1 0 %之重量,稀土金屬之總濃度低於約5 %之重 量,及鹼金屬,鹼土金屬,及鋅之總濃度低於約2 0 %之 重量。 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項所述之活性焊料,其 中,黏合組成份爲銦或銦-鍚合金,及固有除氧劑爲約 0.5至約2%重量之鈦及約0.1至約2%重量之111丨^11 金屬。 1 9 ·如申請專利範圍第1 6項所述之活性焊料,# 中,黏合組成份爲銦或銦-鍚合金,及固有除氧劑爲約1 %重量之鈦及約0 . 2重量之misch金屬。 2 0 ·如申請專利範圍第1 6項所述之活性焊料,# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中,黏合組成份爲金-錫合金’及金-錫合金包含約了了 至約8 3%重量之金,及約1 7至約2 3%重量之鍚,& 焊料中之耐火金屬之總濃度爲約〇 · 5至約 1 · 5 %之重量,鹼金屬之總濃度爲約0 · 1至約〇 . 5 %重量,鹼土金屬之總濃度爲約0 · 1至約0 . 5 % g量 ,及鋅之總濃度爲約0 · 1至約0 · 5 %之重量。 2 1 · —種電子裝置封裝,包含: a .—半導體基體,具有一前表面及一背表面; b·—電子裝置,在半導體基體之前表面上; 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 了5 : ' -- 544886 A8 B8 C8 _ D8 々、申請專利範圍 C · 一散熱組成件,具有一前表面及一背表面;及 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) d · —熱介面材料,黏合半導體基體之背表面於散熱 組成件之前表面,熱介面材料之特徵爲一重流溫度低於約 3 5 0 °C,導熱率至少約爲1 5W/mK,及基本上由具 有熔化溫度低於約3 0 0 t之一焊料及具有熱膨脹係數至 少約爲1 0 // m / m °C之一 C T E修改組成份組成,其中 ,焊料基本上包含: i · 一黏合組成份,選自自麵,銅—鏡合金’金一錫 合金,及其混合物所組之群中; · i i ·可選擇上,一導熱率提高組成份,具有導熱率 至少約爲1 0 0 W/m K ;及 1 i i .一固有除氧劑,選自稀土金屬,鹼金屬,鹼 土金屬,而火金屬,鋅,及其混合物及合金所組之群中。 2 2 .如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,C T E修改組成份具有熱膨脹係數低於約8 // m / m t: 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 3 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,熱介面材料包含約3 0 %至約9 0 %體積之焊料 ,及約1 0 %至約7 0 %體積之C T E修改組成份。 2 4 _如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,熱介面材料包含約5 0 %至約9 0 %體積之焊料 ,及約1 0 %至約5 0 %體積之C T E修改組成份。 2 5 .如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ’其中,熱介面材料之特徵爲具有重流溫度低於約2 5 0 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 544886 A8 B8 C8 D8 七、申請專利範圍 °c。 2 6 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,熱介面材料之特徵爲具有重流溫度低於約2 0〇 。。。 2 7 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,熱介面材料之特徵爲具有總體導熱率至少約爲 2 〇 W / m K。 2 8 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,熱介面材料之特徵爲具有總體導熱率至少約爲· 3 0 W / m K 〇 2 9 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,電子裝置封裝之特徵爲在半導體基體之背表面及 熱介面材料間之介面熱轉移係數大於約5 0 W / c m 2 。 3 0 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ’其中’電子裝置封裝之特徵爲在半導體基體之背表面及 熱介面材料間之介面熱轉移係數大於約5 0 0 W / c m 2。(: ο 3 1 .如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ’其中,C T E修改組成份選自氧化鋇,氧化鋁,氮化銘 ,鈣化矽’二氧化矽’銅-鎢合金,低膨脹鐵鎳合金,低 膨脹陶瓷粉,低膨脹玻璃粉,及其混合物所組之群中。 3 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,導熱率提高組成份選自銀,銅,金,及其混合物 及合金所組之群中。 本ϋ尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) "ΤΤΙ --—--- ^ϋ— - ϋι» -i^n ^ -I - -‘ i^n· - / (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 4 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 544886 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 3 .如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,鹼金屬選自鋰,鈉,及鉀,及其混合物及合金所 組之群中,鹼土金屬選自鎂及鈣及其混合物及合金所組之 群中,耐火金屬選自鈦,銷,鈴,鉬,釩,及鈮,及其混 合物及合金所組之群中,稀土金屬選自鑭,鈽,錯,杉, 銨,銪,IL,鏑,及釔,及其混合物及合金所組之群中。 3 4 .如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,焊料基本上包含銦,約0 . 5至約2 %重量之鈦 ,及約0 · 1至約2 %重量之misch金屬。 3 5 ·如申請專利範圍第2 1項所述之電子裝置封裝 ,其中,焊料基本上包含銦,約1 %重量之鈦,及約 0 . 2 %重量之misch金屬。 36 .—種電子裝置封裝,包含: 一半導體基體,具有一前表面及一背表面; 一電子裝置,在半導體基體之前表面上; 一蓋,具有一前表面及一背表面,及一凹口用以接受 一***件; 一***件,其大小及形狀配合於蓋之凹口內,***件 具有一前表面,一背表面,一表面與蓋接觸,及一熱膨係 數在約該蓋及約半導體基體之間; 一第一熱介面材料,黏合半導體基體之背表面於*** 件之前表面之至少一部份; 一熱交換層,具有一前表面及背表面; 一第二熱介面材料,用以黏合熱交換層之前表面之至 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ----•t.-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544886 A8 B8 C8 D8 穴、申請專利托圍 少一部份於蓋之背表面;其中第二介面材料黏合***件之 背表面至交換層之前表面; 其中該半導體基體包含砂,蓋包含銅,熱交換層包含 鋁,***件選自氧化鋇,氧化鋁,氮化鋁,鈣化矽,二氧 化矽,銅-鎢合金,低膨脹鐵鎳合金,低膨脹陶瓷粉,低 膨脹玻璃粉,及其混合物所組之群中,及第一及第二熱介 面材料包含選自銦,鍚,金,鉍,鉛,矽,鍺,銅,銀, 鋰,鈉,鉀,鎂,鈣’鈦,銷,給,鉬,釩,鈮,鑭,鈽 ,鐯,釤,鈸,乱,铽,鏑,鋅,及其混合物及合金所組 之群中之一焊料;及 其中該第一及第二熱介面材料包含C T E修改組成份 ,選自氧化鋇,氧化鋁,氮化鋁,鈣化矽,二氧化矽,銅 -鎢合金,低膨脹鐵-鎳合金,低膨脹陶瓷粉,低膨脹坡 璃粉,及其混合物所組之群中。 3 7 ·如申請專利範圍第3 6項所述之電子裝置封裝 ,其中,該蓋中之凹口自蓋之前表面向內延伸至蓋之前表 面及背表面間之一點。 3 8 .如申請專利範圍第3 6項所述之電子裝置封裝 ,其中,該蓋中之凹口自蓋之前表面向內延伸至蓋之背表 面。 3 9 ·如申請專利範圍第3 6項所述之電子裝置封裝 ,其中,***件壓縮安裝於蓋中。 4 0 ·如申請專利範圍第3 6項所述之電子裝置封裝 ’其中’半導體基體之整個背表面由第一熱介面材料黏合 [紙張尺度適用中關家標準(CNS ) A4規格(21GX297公釐)7〇1 ------------•裝------訂--------1-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 544886 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 於***件之前表面 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4現格(210X297公嫠) -10-
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