專利名稱：具有非粘性表面的熱接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于與包括產(chǎn)熱電子設(shè)備的散熱布局有關(guān)的方面的熱接口，并且更具 體地涉及包括基本上透明的、整合的(conformable)以及非粘性的表面層的熱接口部件， 該非粘性的表面層在焊接回流溫度之上保持以上特性。
背景技術(shù)：
熱接口被廣泛用于散熱應(yīng)用，在散熱應(yīng)用中希望將過量的熱能從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到 另一個(gè)位置。通常將熱接口以提供用有效率和機(jī)械有用的方式來進(jìn)行所希望的熱量轉(zhuǎn)移的 方式放置在這些位置之間。這種熱接口的示例應(yīng)用是在電子行業(yè)，在電子行業(yè)中，電子設(shè)備 必須以某種方式被冷卻以維持最低閾值性能特性。冷卻這種電子設(shè)備的一種普通方法是通 過從產(chǎn)熱電子設(shè)備散熱。例如通過將電子器件熱耦接至熱沉可以實(shí)現(xiàn)這種散熱，熱沉典型 地具有相對(duì)較高的散熱能力。普通熱沉通過例如材料、表面面積、以及暴露于冷卻介質(zhì)等顯 示高散熱特性?？梢酝ㄟ^熱接口材料和結(jié)構(gòu)來便利產(chǎn)熱元件(例如電子設(shè)備)至熱沉的熱耦接。 例如，產(chǎn)熱元件和熱沉之間的直接物理耦接由于相對(duì)的外部幾何形狀、材料以及在產(chǎn)熱元 件附近的空間限制而可能是困難的。在這種情況下，熱接口可以充當(dāng)產(chǎn)熱元件和熱沉之間 的物理連接機(jī)制而無顯著的傳熱阻抗。此外，由于在熱障(thermal barrier)處熱轉(zhuǎn)移可 能被明顯地阻擋，熱接口可以通過最小化熱障的存在而增加熱轉(zhuǎn)移至熱沉的效率，在熱障 處熱能必須通過熱導(dǎo)率相對(duì)較低的介質(zhì)。例如，具有相對(duì)較低的模量值的熱接口可以“整合 (conform) ”產(chǎn)熱元件和熱沉的表面不平整(irregularity)，從而最小化和/或消除表面之 間的空隙，該空隙可能被相對(duì)較低熱導(dǎo)率介質(zhì)(如空氣)填充。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱接口顯著 提高從各種產(chǎn)熱設(shè)備的熱轉(zhuǎn)移。在某些應(yīng)用中，熱接口已經(jīng)利用諸如微晶蠟以及硅脂(silicone grease)、硅凝膠 (silicone gel)和硅蠟(silicone wax)等相對(duì)較低模量的材料，以便向?qū)峤涌谔峁罢?合性(conformability)”特性。接口的整合性可以通過在室溫下具有低模量值的材料來實(shí) 現(xiàn)，或代替地可以作為“相變”材料的結(jié)果來實(shí)現(xiàn)，該“相變”材料在接口所耦接到的產(chǎn)熱設(shè) 備運(yùn)行溫度下或低于該運(yùn)行溫度下顯著軟化。接口材料的相對(duì)軟化可能導(dǎo)致表面粘著，這 將阻礙這種接口的這種處理(例如在熱接口裝配至各組件時(shí))。為了克服這個(gè)問題，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)提供在熱接口的至少一個(gè)外表面形成的“抗粘連 (anti-blocking) ”或釋放層有助于熱接口的生產(chǎn)、裝配和處理。此外，這種外部非粘性釋放 層用于提供重大保護(hù)以防止污染熱接口的其余部分。在某些情況下，抗粘連或釋放層可能 包括襯板膜(liner film)，其在熱接口被放置為與產(chǎn)熱設(shè)備接觸時(shí)的時(shí)間點(diǎn)之前必須被移 除。這種移除操作經(jīng)常被證明是麻煩的，而且耗費(fèi)時(shí)間和勞動(dòng)力。在其他情況下，抗粘連或 釋放層可完整地形成，或永久地緊固至熱接口的其余部分。然而，在這種情況下，抗粘連層 顯著地抑制了接口的總體整合性。除上述情況外，熱接口 一般被以特定的順序安裝在散熱布局中，其中熱接口首先被緊固至熱沉，得到的組合接著被緊固至先前構(gòu)建的封裝體(例如集成電路板)。這個(gè)協(xié)議 被遵循主要是因?yàn)闊峤涌谥岭娮臃庋b體的組件的安裝在其構(gòu)建過程中是困難的并且處理 起來麻煩。即使對(duì)于具有抗粘連層的熱接口，在將電子組件緊固至封裝體的回流焊接處理 中所達(dá)到的溫度也損害了抗粘連層的有效性。鑒于上述情況，因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種包括一個(gè)或更多個(gè)高導(dǎo)熱的 表面的熱接口，該表面在焊接回流溫度下或高于焊接回流溫度下保持非粘性，同時(shí)該表面 也能夠與相鄰表面有良好的總體整合性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有非粘性表面層的熱接口部件，該表面層是高 導(dǎo)熱的、整合的，并且在焊接回流溫度下或高于焊接回流溫度下保持非粘性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種構(gòu)建熱接口的方法，其中這種接口的表面層被沉 積在釋放基板(release substrate)上并且隨后被放置為與接口的塊體層(bulk layer) 配準(zhǔn)(registration)。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種通過在回流焊接之前將熱接口緊固至封裝體組 件并且隨后將該組合緊固至熱沉來構(gòu)建封裝體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明，由電子組件產(chǎn)生的過量熱能可以被有效率地散到熱沉或其他散熱 器。具體地，本發(fā)明提供了一種高度整合的但在焊接回流溫度下或高于焊接回流溫度下仍 然保持非粘性的熱接口。因此，本發(fā)明的熱接口便利處理和熱封裝體裝配操作，同時(shí)提供了 從產(chǎn)熱電子設(shè)備到熱沉的高導(dǎo)熱路徑。在一個(gè)特定實(shí)施例中，本發(fā)明的熱接口部件包括具有熱導(dǎo)率至少約0. 5ff/m · K的 塊體層，以及被布置在該塊體層的至少一表面上的至少一部分上的表面層。該表面層包括 小于約10微米的最大截面厚度，沿至少厚度維度的至少約50W/m ·Κ的熱導(dǎo)率，以及超過焊 接回流溫度的熔點(diǎn)。在某些情況下，表面層的熔點(diǎn)至少約300°C。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的熱接口部件包括導(dǎo)熱聚合物基塊體層和被布置在該 塊體層的第一表面和第二表面中的至少一個(gè)的至少一部分上的金屬表面層。該金屬表面層 的最大截面厚度尺寸小于約10微米。一種在散熱布局中使用的裝置包括產(chǎn)熱組件和熱耦接到該產(chǎn)熱組件并且具有至 少約0. 5ff/m ·Κ的熱導(dǎo)率的熱接口部件。該熱接口部件包括塊體層和被布置在該塊體層的 表面的至少一部分上的表面層。該表面層具有小于約10微米的最大截面厚度尺寸，超過焊 接回流溫度的熔點(diǎn)，以及大于約IO7Pa的模量。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于構(gòu)建熱接口部件的方法，通過在基板上 沉積導(dǎo)熱材料達(dá)小于約 ο μ m的厚度以形成涂層基板，并將該涂層基板放置為與該塊體層 表面配準(zhǔn)，以使該涂層基板的導(dǎo)熱材料與該塊體層表面接觸。最后，將該基板與該導(dǎo)熱材料 分離，使該導(dǎo)熱材料保持與該塊體層表面接觸以作為該表面層。在另一個(gè)方面，封裝體包括具有第一表面的支持結(jié)構(gòu)、具有安裝部分和散熱表面 的電子組件以及被熱耦接至該電子組件的散熱表面的熱接口部件，其中該安裝部分被耦 接至該支持結(jié)構(gòu)的第一表面。該熱接口部件包括塊體層和表面層，其中塊體層具有至少約 0. 5ff/m · K的熱導(dǎo)率，以及表面層具有小于約10 μ m的最大截面厚度。此外，該表面層具有至少約50W/m · K的熱導(dǎo)率以及超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)。一種構(gòu)建電子組件封裝體的方法包括提供熱接口部件，該熱接口部件具有熱導(dǎo)率 至少約0. 5ff/m · K的塊體層以及被布置在該塊體層的表面的至少一部分上的表面層，該表 面層具有小于約10 μ m的最大截面厚度、超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)以及至少約50W/m ·Κ的 熱導(dǎo)率。該方法還包括提供具有第一表面的支持結(jié)構(gòu)，并且提供具有安裝部分和散熱表面 的電子組件。通過將該熱接口部件的塊體層與該電子組件的散熱表面相接觸將該熱接口部 件熱耦接至該電子組件。在熱耦接之前或之后，電子組件的安裝部分可以被安裝到支持結(jié) 構(gòu)的第一表面。繼將電子組件的安裝部分安裝到支持結(jié)構(gòu)的第一表面之后，熱沉被熱耦接 至該熱接口部件。


圖1是本發(fā)明的熱接口部件的透視圖；圖2是本發(fā)明的熱接口部件的截面?zhèn)纫晥D；圖3Α是用于構(gòu)建本發(fā)明的熱接口部件處理的一部分的側(cè)視圖；圖3Β是用于構(gòu)建本發(fā)明的熱接口部件處理的一部分的側(cè)視圖；圖3C是用于構(gòu)建本發(fā)明的熱接口部件處理的一部分的側(cè)視圖；圖4是例示構(gòu)建本發(fā)明的熱接口部件的處理步驟的流程圖；圖5是本發(fā)明的電子組件封裝體的截面?zhèn)纫晥D；圖6是本發(fā)明的電子組件封裝體的截面?zhèn)纫晥D；以及圖7是描繪構(gòu)建本發(fā)明的電子組件封裝體的處理步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式以上列舉的目的和優(yōu)點(diǎn)連同本發(fā)明示出的其他目的、特征和進(jìn)展將根據(jù)參照所附 附圖描述的具體實(shí)施例來展示，具體實(shí)施例意圖為本發(fā)明的各種可能配置的代表。本發(fā)明 的其他實(shí)施例和方面被認(rèn)為處于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的掌握之中?，F(xiàn)在參照附圖，并且首先參照?qǐng)D1，熱接口部件10包括塊體層12和被布置在塊體 層12的第一表面16上的表面層14。如上所述，表面層14充當(dāng)熱接口部件10的“抗粘連” 或“釋放”層。在大多數(shù)實(shí)施例中，熱接口部件10是導(dǎo)熱的，并且至少沿“ζ”軸導(dǎo)熱。然而， 在許多實(shí)施例中，熱接口部件10是沿所有軸導(dǎo)熱的。典型地，表面層14具有至少約50W/ m · K的熱導(dǎo)率，并且塊體層12具有至少約0. 5ff/m · K的熱導(dǎo)率。應(yīng)當(dāng)理解的是，熱接口部 件10的整體熱導(dǎo)率介于表面層14和塊體層12的熱導(dǎo)率之間?！罢w”熱導(dǎo)率是指從熱導(dǎo) 組件10的第一表面18到第二表面20 (或從第二表面20到第一表面18)所測(cè)量的熱導(dǎo)。應(yīng) 當(dāng)理解的是，第一和第二表面18、20之間的點(diǎn)處的局部熱導(dǎo)率值實(shí)際上可以比上述值小。 然而，熱接口部件10的至少沿“ζ”軸的凈熱導(dǎo)率是如上所述的。塊體層12優(yōu)選地至少沿“ζ”軸導(dǎo)熱，并且可以是整合性的材料。在某些實(shí)施例中， 塊體層12可以是相變材料。例如，塊體層12可以包括微晶蠟或包括硅蠟、硅脂、以及和硅 凝膠的硅基聚合物。在塊體層12中有用的配方的其他例子包括在美國專利號(hào)5，950，066 和6，197，859中所描述的，其通過引用被并入本文。在塊體層12是相變材料的實(shí)施例中， 塊體層12可以具有在約40°C至約80°C范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。因此，塊體層12可以在使用熱接口部件10所連接的一個(gè)或更多個(gè)產(chǎn)熱設(shè)備的正常操作期間所遭遇的溫度下至少部分地變成 液體。該相變特性提供了高整合接口，用于以便制作與各散熱表面(例如產(chǎn)熱設(shè)備的表面) 的良好的熱接觸。如本領(lǐng)域所知的，相變熱接口材料使得在室溫下的處理相對(duì)容易，同時(shí)在 工作溫度時(shí)是高整合的。在某些實(shí)施例中，塊體層12可以進(jìn)一步包括分散在其中的導(dǎo)熱顆粒物以提高主 體12的熱導(dǎo)率。各種導(dǎo)熱顆粒物可被用來促進(jìn)塊體層12的熱導(dǎo)率，導(dǎo)熱顆粒物包括例如氧 化鋁、氮化鋁、氮化硼、石墨、碳化硅、金剛石、金屬粉末及其組合，平均顆粒尺寸高達(dá)約200 微米。在典型的實(shí)施例中，顆粒填充物材料可被以約百分之10和95(按重量)之間的濃度 提供在塊體層12中。顆粒填充物的裝載水平(loading level)可能影響塊體層12的整體 模量。因此，希望維持塊體層12的工作溫度模量不超過約106Pa。然而，在某些應(yīng)用中，塊 體層12的模量值大于IO6Pa也是允許的。塊體層12可以被形成為厚度尺寸“a”在約50到500微米之間，厚度在約100到 150微米的范圍是最常采用的。表面層14優(yōu)選是包括一種或更多種導(dǎo)熱材料的高導(dǎo)熱體。表面層14可以被布置 在例如塊體層12的第一和/或第二表面16、20的全部或部分。在圖1所示的實(shí)施例中，表 面層14被沿塊體層12的第一表面16的基本上整個(gè)區(qū)域布置。然而，表面層14可以各種 連續(xù)或不連續(xù)圖案中的任何一種被提供在塊體層12的一個(gè)或更多個(gè)表面上。預(yù)期表面層 14充當(dāng)非粘性表面，在其上可以集中于熱接口部件10的操控。例如，“拾取和放置”裝配操 作可以通過自動(dòng)化設(shè)備將熱接口部件從裝配線移動(dòng)到產(chǎn)熱設(shè)備封裝體的操作位置。這種設(shè) 備可以可移動(dòng)地在表面層14與熱接口部件10嚙合。在沒有非粘性表面層14時(shí)，這種自動(dòng) 化設(shè)備可能由于例如塊體層12的粘性而淤塞(foul)。因此，自動(dòng)化裝配設(shè)備的使用典型地 需要某種形式的非粘性表面，在其上設(shè)備可以有效地可移動(dòng)地與熱接口部件嚙合。由于在 裝配過程中使用的設(shè)備可能需要非粘性區(qū)域，表面層14可以覆蓋少于例如塊體層12的第 一和第二表面16、20的整個(gè)區(qū)域，該非粘性區(qū)域小于例如由塊體層12的第一表面16呈現(xiàn) 的區(qū)域。在生產(chǎn)和裝配操作中使得熱接口部件10的處理容易的附加方面是提供表現(xiàn)為 “非粘性”表面的表面層14。這種特性可以通過各種機(jī)制(例如材料類型和材料相)來實(shí) 現(xiàn)。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供具有非粘性上表面18的表面層14。對(duì)于某些應(yīng)用，希 望表面層14在室溫和諸如高于焊接回流溫度的高溫下均是非粘性的。例如，熱接口組件10 可以被用在與涉及高溫的封裝體裝配處理有關(guān)的方面，高溫包括回流焊接發(fā)生以將封裝體 的元件彼此緊固時(shí)的溫度。相應(yīng)地，希望表面層14在這樣的高溫保持基本上不受影響，同 時(shí)保持非粘性表面特性。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，表面層14可以呈固態(tài)并且具有超過各焊接回流溫度的熔點(diǎn)。 對(duì)于典型應(yīng)用，取決于所使用的焊料類型，焊接回流溫度在約200到約260°C范圍內(nèi)。因此， 希望表面層14具有比所使用的各焊料的焊接回流溫度更高的熔點(diǎn)溫度。在某些情況下，表 面層14的熔點(diǎn)高于約300°C。下面的表1顯示了示例焊料合金組分，以及它們各自的相變 溫度 為了最大化熱接口部件10的效率，表面層14優(yōu)選是導(dǎo)熱的，并且可以是基本上 “熱透明的(thermally transparent) ”，表面層14的熱導(dǎo)率可能會(huì)顯著高于塊體層12的熱 導(dǎo)率。在某些實(shí)施例中，表面層14可以具有至少約50W/m*K的熱導(dǎo)率，并且可以典型地具 有在約200和800W/m · K之間的熱導(dǎo)率。以上確定的熱導(dǎo)率是指至少沿“ζ”軸的熱導(dǎo)率， 但沿所有方向軸也可以成立。本發(fā)明的附加方面是熱接口部件10的總體整合性。如上所述，熱接口的一個(gè)重要 特征是接口能很好地與其被安裝對(duì)著的表面整合，從而最小化熱障并由此提高熱導(dǎo)率。傳 統(tǒng)的包括“抗粘連”或釋放層的熱接口典型地要求這種層在安裝前被手動(dòng)移除，或這種層在 被留在接口位置處時(shí)由于該層缺乏整合性和/或?qū)硬牧媳旧硐鄬?duì)較低的熱導(dǎo)率降低接口 的熱性能。相應(yīng)地，表面層14可以既是高導(dǎo)熱的(如上所述)又是高整合的。因此，表面 層14可以具有小于約10微米的厚度。即使是在由于薄而模量大于IO6Pa的情形，表面層 14也是有效的。申請(qǐng)人:已經(jīng)確定了用于實(shí)現(xiàn)表面層14中的上述整合性的一種方式，是通過提供 非常小的表面層14的厚度尺寸“b”。取決于用于表面層14的材料，厚度尺寸“b”可以小于 約10微米，并且典型地可以是在大約2到6微米之間。表面層14的厚度尺寸“b”可以指 表面層14的最大截面厚度。表面層14可以包括與上述方面兼容的各種材料的一種或更多種。申請(qǐng)人已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，對(duì)于本發(fā)明的表面層有用的特定類別的材料是金屬和/或金屬絡(luò)合物，其可以被沉 積為一個(gè)薄層，例如厚度小于約6微米。用于表面層14的示例材料包括鋁、銅、銀、以及
9銅-鎢。然而，預(yù)期其他材料和材料組合對(duì)于表面層14也是有用的。另外的有用材料示例
是石墨。圖2是熱接口部件30的實(shí)施例的示例，其中表面層14僅被布置在塊體層12的一 部分上。預(yù)期表面層14相對(duì)于塊體層12的各種布局在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，表面層14 可以被布置在塊體層12的第一和第二表面16、20的一個(gè)或兩個(gè)處，并且可以被沿著至少這 樣的一個(gè)或更多個(gè)表面的一部分布置。這樣，表面層14可以覆蓋塊體層12的第一和/或 第二表面16、20的全部或部分。預(yù)期可以通過各種處理中的一種在塊體層12提供第一表面14，各種處理包括例 如氣相沉積、等離子體聚合、噴涂、濺射、等等。一種將在此僅作示例用描述的將表面層14 施加到塊體層12的方法是氣相沉積金屬材料作為表面層14。如在圖3A-3B中所示，金屬蒸汽(例如鋁)被沉積在釋放襯板基板42上如下釋放襯板基板42可被放置在真空室中并且在松開輥(unwind roll)和收卷輥 (wind-up roll)之間轉(zhuǎn)移，兩者都處在真空室內(nèi)。鋁線軸(spool)接著被放置在真空室內(nèi) 的容器處，其中該鋁線軸在容器處被加熱至鋁的蒸發(fā)溫度，同時(shí)該真空室基本上被抽空。蒸 汽狀態(tài)的鋁接著被從鋁線軸發(fā)射出，并且被沉積在離鋁容器大約12英寸位置的移動(dòng)基板 上。釋放襯板基板42處的表面層14的厚度“b”可以由在氣相沉積室內(nèi)的基板的速度 控制。典型地，當(dāng)氣相沉積發(fā)生時(shí)，在松開輥和收卷輥之間以在約400-1200ft/min之間的 速度操作基板42。一旦基板42已經(jīng)暴露于該金屬蒸汽，該室就被恢復(fù)到大氣壓。在某些實(shí) 施例中，氣相沉積基板可以越過冷卻輥，以在被收卷輥滾壓之前將基板上的蒸汽狀態(tài)的金 屬變成固態(tài)。一旦沉積的材料達(dá)到諸如約2至6微米之間的預(yù)定的最小厚度，涂層基板44就被 轉(zhuǎn)移至如在圖3C中示出的壓延成型操作，以便被放置為與塊體層12配準(zhǔn)。壓延成型操作 系統(tǒng)控制塊50，如在圖3C中所示，在配準(zhǔn)位置52將表面層14放置為與塊體層12的第一表 面16配準(zhǔn)，其中表面層14通過在各輥?zhàn)?roller)對(duì)54_54、56_56處產(chǎn)生的壓力被粘附到 塊體層12。分離器(splitter) 58用于將釋放襯板42從表面層14移除，使表面層14保持 與塊體層12接觸。為了阻止塊體層12不希望地將粘附到組件到壓延成型系統(tǒng)50 (例如軸 54、56)，釋放襯板46可被提供在塊體層12的第二表面20處?？梢栽趯峤涌诓考?0安 裝在例如產(chǎn)熱設(shè)備封裝體中之前的希望的時(shí)間點(diǎn)將這種釋放襯板46從塊體層12移除。圖4是例示如上在圖3A-3C中所述的熱接口部件制造的處理步驟的流程圖。特別 是，在釋放襯板上沉積用于表面層14的材料至一預(yù)定厚度，從而形成涂層基板。如上所述， 這種材料或這些材料優(yōu)選是導(dǎo)熱的，并且可以是例如金屬、金屬絡(luò)合物、和/或其他能夠被 沉積在釋放襯板42上的材料。在某些實(shí)施例中，可以向基板施加該材料至一小于約6微米 的預(yù)定厚度。釋放襯板是本領(lǐng)域公知的，并且預(yù)期能夠被相對(duì)容易地從表面層14移除的常 用釋放襯板可被用于熱接口部件生產(chǎn)過程。用于接收沉積的表面層14并且隨后被從中移 除的一個(gè)示例釋放襯板42是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。接著以釋放襯板開始與壓延成型(calendaring)輥接觸并且表面層被暴露用于 與塊體層12配準(zhǔn)的定向方向?qū)⑼繉踊宸湃雺貉映尚筒僮?。表面層與塊體層的配準(zhǔn)使得 表面層以比該表面層與其各釋放襯板基板之間耦接的強(qiáng)度更大的強(qiáng)度粘附至塊體層。結(jié)果，基板接著被從表面層移除，而表面層與塊體層保持接觸。各熱接口部件接著可被模切 (die cut)至所需尺寸。以這種形式，熱接口部件具有相對(duì)的非粘性表面，從而在運(yùn)輸和封 裝體裝配步驟中很容易被處理。典型地，位于例如塊體層12的第二表面20的釋放襯板，在 熱接口部件被安裝在產(chǎn)熱設(shè)備之前被立即移除。熱接口部件10可被用于與從產(chǎn)熱組件封裝體散熱有關(guān)的方面。如圖5所示，封裝 體70包括布置在支持結(jié)構(gòu)76的第一表面74的產(chǎn)熱電子組件72。電子組件72包括耦接至 支持結(jié)構(gòu)76的第一表面74的安裝部分78，以及被熱耦接至熱接口部件10的散熱表面80。 在某些實(shí)施例中，散熱表面80可以被熱耦接至熱接口部件10的塊體層12。這種熱耦接可 以是熱接口部件10的塊體層12和電子組件72的散熱表面80之間的物理接觸的形式。通 過這種布局，由電子組件72產(chǎn)生的熱量通過其在散熱表面80處的熱耦接被轉(zhuǎn)移至熱接口 部件10。雖然在圖5中將散熱表面80示出為基本上與安裝部分78相對(duì)，但應(yīng)當(dāng)理解該散 熱表面80可以是在熱耦接電子組件72至熱接口部件10時(shí)是方便和/或有效的電子組件 72的任何表面。此外，應(yīng)當(dāng)理解電子組件72可以通過不同于直接物理連接的方式被熱耦接 至熱接口部件10，例如通過間接接口介質(zhì)(secondary interface media)或其他連接設(shè)備 被熱耦接至熱接口部件10。在圖5所示的實(shí)施例中，由于塊體層12的固有的粘接特性，熱接口部件10的塊體 層12可被直接粘附至散熱表面80。然而，在其他實(shí)施例中，熱接口部件10可通過例如導(dǎo)熱 粘性材料、緊固件(fastener)等等被緊固至電子組件72。此外，熱接口部件10可以被定向 為使得表面層14與電子組件72的散熱表面80接觸或呈面對(duì)關(guān)系。在此處使用的電子設(shè)備72是廣泛意義的電子設(shè)備，旨在包括被包含在各種電子 系統(tǒng)(例如數(shù)據(jù)處理、通信、供電系統(tǒng)、等等)中的元件。被預(yù)期作為電子組件72的示例設(shè) 備包括諸如晶體管和二極管、以及無源組件(passivecomponent)的半導(dǎo)體器件。電子組件72在圖5所示的實(shí)施例中被緊固至電路板76，其可以是在第一表面74 具有導(dǎo)電軌跡的電介質(zhì)材料，或可以包含其他類型的電氣連接。在某些實(shí)施例中，支持結(jié)構(gòu) 76可以是在第一表面74具有電介質(zhì)層的導(dǎo)熱材料，其中電子組件72被安裝在第一表面74 上。預(yù)期各種布局和材料對(duì)支持結(jié)構(gòu)76是有用的。如在圖6中所示，熱沉92可被熱耦接至封裝體70 (例如在熱接口部件10處)。在 某些實(shí)施例中，熱沉92至封裝體70的熱耦接是通過熱沉92的第一表面94和熱接口部件 10的第一表面18之間的物理接觸使表面層14與第一表面94熱接觸而實(shí)現(xiàn)的。如上所述， 熱接口部件10 (尤其是表面層14)是整合的，以可操作地與第一表面94整合。這種整合性 提高了熱接口部件10和熱沉92之間的傳熱效率。如圖6所示，熱沉92可以例如通過散熱 片(fin)96具有包括相對(duì)較高表面面積的配置。在散熱應(yīng)用中使用熱沉很好理解，并且預(yù) 期傳統(tǒng)的熱沉設(shè)計(jì)可被用在本發(fā)明的布局中。圖6的布局中的熱轉(zhuǎn)移沿以箭頭“y”表示的 方向，并且具體地是從產(chǎn)熱組件72通過熱接口部件10到熱沉92，最終到達(dá)熱沉92的周邊 環(huán)境。圖6中所示的布局可按圖7中描繪的流程圖而構(gòu)建。具體地，熱接口部件10可被 安裝至電子組件72的散熱表面80，并且電子組件72的安裝部分78可以接著被安裝至支持 結(jié)構(gòu)76的第一表面74，得到的組合接著被耦接至熱沉92 (例如在熱接口部件10的第一表 面18處)?？蛇x地，電子組件72可被首先安裝至支持結(jié)構(gòu)76的第一表面74，熱接口部件10接著被安裝至電子組件72的散熱表面80。接著，熱沉92可以如在圖6中所示地被熱耦 接至這種組合。上述處理與制造電子組件的封裝體的傳統(tǒng)相比，差別在于傳統(tǒng)技術(shù)首先安裝熱接 口部件至熱沉，并且隨后將該電子組件/支持結(jié)構(gòu)組合連接至熱沉/熱接口部件組合。典 型地，這最后的裝配步驟是由銷售完整的電子組件封裝體的原始設(shè)備制造商承擔(dān)的。然而， 該最后的裝配步驟需要在將熱接口部件/熱沉組合連接至電子組件之前從熱接口部件移 除釋放襯板(例如從塊體層12移除釋放襯板46)的處理步驟。這個(gè)處理步驟是耗時(shí)的，并 且有時(shí)可能會(huì)造成對(duì)熱接口部件的損傷，導(dǎo)致產(chǎn)品損失和/或降低的產(chǎn)品性能。本發(fā)明的 熱接口部件使得熱接口部件能夠在封裝體制造商處耦接至電子組件/支持結(jié)構(gòu)組合。在熱 接口部件在電子組件安裝至支持結(jié)構(gòu)之前被安裝至電子組件的情況下，本發(fā)明的熱接口部 件可以承受將電子組件緊固至支持結(jié)構(gòu)所需的焊接回流溫度。此外，表面層14保護(hù)塊體層 12在回流焊接處理過程中免受污染。電子組件也可以以當(dāng)前表面安裝技術(shù)(SMT)形式運(yùn) 載，而無需關(guān)注粘附至SMT帶和卷軸的熱接口部件，因?yàn)楸砻鎸?4在耦接至熱沉92之前表 現(xiàn)為非粘性表面。為符合專利法規(guī)，已在本文相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，并且本發(fā)明向本領(lǐng)域技術(shù) 人員提供了運(yùn)用新穎的原理以及按需要構(gòu)建和使用本發(fā)明的實(shí)施例所需的信息。然而，應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明可以由具體不同的設(shè)備實(shí)施，并且可以做出各種修改而不偏離本發(fā)明本身 的范圍。
權(quán)利要求
一種熱接口部件，包括(a)具有通常相對(duì)的第一和第二表面以及至少約0.5W/m·K的熱導(dǎo)率的塊體層；以及(b)在所述塊體層的所述第一和第二表面中的至少一個(gè)的至少一部分上的表面層，所述表面層具有(i)小于約10μm的最大截面厚度；(ii)沿所述表面層的至少厚度維度的至少約50W/m·K的熱導(dǎo)率；以及(iii)超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱接口部件，其中所述塊體層具有小于約IO6Pa的模量。
3.如權(quán)利要求1所述的熱接口部件，其中所述表面層具有至少約300°C的熔點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的熱接口部件，其中所述表面層包括金屬或金屬絡(luò)合物。
5.一種熱接口部件，包括(a)具有通常相對(duì)的第一和第二表面的導(dǎo)熱聚合物基塊體層；以及(b)在所述塊體層的所述第一和第二表面中至少一個(gè)的至少一部分上的金屬表面層， 所述金屬表面層具有小于約IOym的最大截面厚度尺寸。
6.如權(quán)利要求5所述的熱接口部件，其中所述塊體層具有至少約0.5ff/m ·Κ的熱導(dǎo)率。
7.如權(quán)利要求5所述的熱接口部件，其中所述塊體層具有小于約IO6Pa的模量。
8.如權(quán)利要求5所述的熱接口部件，其中所述塊體層包括熱固性聚合物。
9.如權(quán)利要求5所述的熱接口部件，其中所述塊體層是熱塑性或相變材料。
10.如權(quán)利要求5所述的熱接口部件，其中所述塊體層包括分散在其中的導(dǎo)熱顆粒物。
11.如權(quán)利要求10所述的熱接口部件，其中所述顆粒物選自氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、 石墨、及其組合。
12.如權(quán)利要求5所述的熱接口部件，其中所述表面層選自鋁和銅。
13.—種用在散熱布局中的裝置，所述裝置包括(a)產(chǎn)熱組件；以及(b)具有至少約0.5W/m*K的熱導(dǎo)率并被熱耦接至所述產(chǎn)熱組件的熱接口部件，所述熱 接口部件包括⑴塊體層；( )在所述塊體層的表面的至少一部分上的表面層，所述表面層具有小于約ΙΟμπι的 最大截面厚度尺寸、超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)、以及大于約IO7Pa的模量。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述塊體層具有小于約IO6Pa的模量。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述塊體層是相變材料。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述塊體層包括有機(jī)硅聚合物。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述熱接口部件被布置在所述產(chǎn)熱組件的表面。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述表面層具有至少約300°C的熔點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述表面層是金屬或金屬絡(luò)合物。
20.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述表面層具有至少約50W/m· K的熱導(dǎo)率。
21.一種用于構(gòu)建熱接口部件的方法，所述熱接口部件具有塊體層和被布置在所述塊 體層的表面的至少一部分上的表面層，所述方法包括(a)在基板上沉積導(dǎo)熱材料達(dá)小于約IOym的厚度以形成涂層基板；(b)將所述涂層基板放置為與所述塊體層表面配準(zhǔn)，以使所述導(dǎo)熱材料與所述塊體層 表面接觸；以及(C)將所述基板與所述導(dǎo)熱材料分離，使所述導(dǎo)熱材料保持與所述塊體層表面接觸以 作為所述表面層，其中所述塊體層是導(dǎo)熱的并且具有小于約IO6Pa的模量。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述表面層具有至少約50W/m· K的熱導(dǎo)率。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述塊體層具有至少約0.5ff/m · K的熱導(dǎo)率。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述導(dǎo)熱材料通過氣相沉積被沉積在所述基板上。
25.一種封裝體，包括(a)具有第一表面的支持結(jié)構(gòu)；(b)具有安裝部分和散熱表面的電子組件，所述安裝部分被耦接至所述支持結(jié)構(gòu)的所 述第一表面；以及(c)被熱耦接至所述電子組件的所述散熱表面并且具有塊體層和表面層的熱接口部 件，其中(i)所述塊體層具有至少約0. 5ff/m · K的熱導(dǎo)率；以及( )所述表面層具有小于約10 μ m的最大截面厚度、至少約50W/m · K的熱導(dǎo)率、以及 超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)，所述表面層被布置在所述塊體層的表面的至少一部分上。
26.如權(quán)利要求25所述的封裝體，其中所述支持結(jié)構(gòu)是電路板。
27.如權(quán)利要求25所述的封裝體，其中所述電子組件是半導(dǎo)體器件。
28.如權(quán)利要求25所述的封裝體，其中所述熱接口部件的所述塊體層與所述電子組件 的所述散熱表面接觸。
29.如權(quán)利要求25所述的封裝體，其中所述表面層是鋁或銅。
30.如權(quán)利要求25所述的封裝體，包括被緊固至所述熱接口部件的所述表面層的熱沉。
31.一種用于構(gòu)建電子組件封裝體的方法，所述方法包括(a)提供熱接口部件，其包括⑴具有至少約0. 5ff/m · K的熱導(dǎo)率的塊體層；以及( )被布置在所述塊體層的表面的至少一部分上的表面層，所述表面層具有小于約 10 μ m的最大截面厚度、超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)、以及至少約50W/m · K的熱導(dǎo)率；(b)提供具有第一表面的支持結(jié)構(gòu)；(c)提供具有安裝部分和散熱表面的電子組件；(d)通過將所述熱接口部件的所述塊體層與所述電子組件的所述散熱表面接觸來將所 述熱接口部件熱耦接至所述電子組件；(e)在步驟(d)之前或之后，將所述電子組件的所述安裝部分安裝至所述支持結(jié)構(gòu)的 所述第一表面；以及(f)在步驟(e)之后，將熱沉熱耦接至所述熱接口部件。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述熱接口部件的所述塊體層具有小于約IO6Pa 的模量。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述熱接口部件的所述表面層具有至少約300°C3的熔點(diǎn)。
34.如權(quán)利更求31所述的方法，其中所述支持結(jié)構(gòu)是電路板。
35.如權(quán)利要求31所述的方法，包括將所述熱沉安裝至所述熱接口部件的所述表面層。
全文摘要
一種熱接口部件包括塊體層和被布置在該塊體層的表面的至少一部分上的表面層。該表面層是高導(dǎo)熱的，具有超過焊接回流溫度的熔點(diǎn)，以及具有小于約10微米的最大截面厚度。
文檔編號(hào)H01L21/48GK101918906SQ200880125225
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者R·朱拉姆, S·米斯拉 申請(qǐng)人:貝格斯公司