專利名稱：用于微電子冷卻組件的燒結(jié)金屬熱界面材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例一般涉及集成電路封裝領(lǐng)域，更具體地，涉 及使用熱界面材料的微電子冷卻系統(tǒng)和相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
在微電子冷卻系統(tǒng)中，通常使用銦作為焊料熱界面材料，用于將諸如集成電路(IC)的微電子器件熱附著到散熱器件。由于近來對銦 的需求猛增，所以近年來天然銦的價格猛漲(例如，2006年四月， 銦價格 $1， 000/kg)，大大提高了在IC封裝中所使用的銦的成本。 雖然銦的低熔點(156°C)和熱導(dǎo)率(K=82W/m.K)使得其適 用于IC封裝中的焊料附著，但是例如當(dāng)對銦焊接點進(jìn)行溫度循環(huán)時， 銦的低熔點也帶來了可靠性方面的挑戰(zhàn)。此外，銦通常與附著表面附 近的其它金屬形成金屬間化合物，導(dǎo)致微裂紋。在流體靜應(yīng)力驅(qū)動導(dǎo) 致空隙(voiding)期間，金屬間化合物可以作為空隙聚集處(void nudeation site),削弱了焊接點的結(jié)構(gòu)完整性。IC封裝工業(yè)需要將更 有成本效益的熱界面材料和/或無金屬間化合物的接合處結(jié)合起來同 時提供高的熱導(dǎo)率的方案，以便減少這種微裂紋和溫度循環(huán)可靠性問 題。


在附圖中，本發(fā)明的實施例是以舉例的方式來進(jìn)行說明的， 而不是以限制的方式來進(jìn)行說明的，其中相似的參考標(biāo)記表示相似的元件且其中圖1是僅根據(jù)一個實施例的微電子冷卻組件的截面圖；圖2是僅根據(jù)一個實施例的用于制造微電子冷卻組件的示例性方法的說明性流程圖3是示出僅根據(jù)一個實施例的用于制造在微電子冷卻組件中使用的納米膏的多種方法中的一種的示圖；圖4是示出其中可以使用本發(fā)明的實施例的示例性系統(tǒng)的 示圖。
具體實施方式
這里將描述使用燒結(jié)金屬熱界面材料的微電子冷卻組件、相關(guān)方 法和系統(tǒng)的實施例。在以下說明中，闡明許多具體細(xì)節(jié)，以便對本發(fā) 明的實施例有全面的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，無需一 個或多個具體細(xì)節(jié)，或者利用其它方法、成分、材料等也可以實施本 發(fā)明。在其它例子中，沒有示出或詳細(xì)說明公知結(jié)構(gòu)、材料、或操作， 以避免使說明書晦澀難懂。本說明書通篇所提到的"一個實施例"或"實施例"表示結(jié)合實 施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施 例中。因此，本說明書通篇中不同地方出現(xiàn)的短語"在一個實施例中" 或"在實施例中"不一定都指同一實施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu) 或特性可以以任何方式結(jié)合在一個或多個實施例中。圖1是僅根據(jù)一個實施例的微電子冷卻組件ioo的截面圖。根據(jù)一個實施例，微電子冷卻組件100包括微電子器件102、器件 表面涂層104、熱界面材料(TIM) 106、散熱器表面涂層108、 散熱器110、基板112、互連114u(其中n表示不同數(shù)量的重復(fù) 結(jié)構(gòu))、底填料116、密封劑118、以及管腳120^，每一部分如 圖所示進(jìn)行耦合。在一個實施例中，微電子冷卻組件100包括微電子器件102、 TIM 106、以及散熱器110，每一部分如圖所示進(jìn)行熱耦合。在 一個實施例中，散熱器110是集成散熱器(IHS)，而微電子器 件102是IC管芯。根據(jù)實施例，TIM106包括在微電子器件和散 熱器之間形成燒結(jié)金屬接合處的燒結(jié)金屬納米膏。在這種情況 下，燒結(jié)包括通過加熱而不是瑢化由金屬顆粒形成結(jié)合體 (bonded mass)。在該例子中，燒結(jié)金屬納米膏通過形成將微
電子器件102和散熱器IIO熱結(jié)合的結(jié)合金屬體，而將微電子器 件102與散熱器IIO熱耦合。最近，出現(xiàn)了納米膏低溫?zé)Y(jié)工藝，該工藝用于在顯著低于塊金 屬(bulk metal)對應(yīng)物的熔點的溫度下制造塊金屬結(jié)構(gòu)。低溫?zé)Y(jié) 是諸如IC封裝等工業(yè)的關(guān)鍵，其中較高的溫度會增加對諸如溫度敏 感器件102的電氣和結(jié)構(gòu)部件的可靠性的擔(dān)憂，所述電氣和結(jié)構(gòu)部件 可能受到與燒結(jié)有關(guān)的加熱。在實施例中，用于形成TIM 106的納米膏包括納米尺寸的金屬顆 粒、分散劑、反應(yīng)控制劑和溶齊U。各種分散劑、反應(yīng)控制劑和溶劑可 以在納米膏形成的實施例中使用，而在以下說明中僅提供了某些代表 性材料。納米膏的形成不必限于這些例子。將納米尺寸的金屬顆粒與分散劑結(jié)合，以便使顆粒保持很好的分 布并減少聚集。分散劑通常通過減小納米顆粒的表面張力能來提高分 布穩(wěn)定性。在一個實施例中，分散劑包括但不限于鏈烷醇酰胺、鏈垸 醇胺、垸基芳基磺酸鹽、脂肪酸的羧酸鹽、脂肪酸的乙氧基化物、脂 肪酸的磺酸鹽、脂肪酸的硫酸鹽、以及其組合和混合物。在另一實施 例中，分散劑包括選自由鏈垸醇酰胺、鏈烷醇胺、垸基芳基磺酸鹽、 脂肪酸的羧酸鹽、脂肪酸的乙氧基化物、脂肪酸的磺酸鹽、脂肪酸的 硫酸鹽、以及其組合和混合物組成的組的材料。在較低的溫度(例如室溫)下，反應(yīng)控制劑通常是穩(wěn)定的且不與 其它納米膏成分反應(yīng)；但是在高溫下，反應(yīng)控制劑被活化，以至于與 分散劑反應(yīng)并將其從納米尺寸顆粒中除去。該反應(yīng)的結(jié)果是，納米尺 寸顆粒通過相互擴(kuò)散而彼此聚集以減小其表面張力能并形成塊金屬 結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，適用于TIM106應(yīng)用中的納米膏的反應(yīng)控制 劑包括伯胺、仲胺、和叔胺。在另一實施例中，反應(yīng)控制劑包括選自 由伯胺、仲胺、和叔胺組成的組的材料。例如，根據(jù)所選擇的分布方法，例如絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷，溶劑 主要用來控制納米膏的粘度。在一個實施例中，用于形成TIM 106 的納米膏的溶劑包括碳?xì)浠衔铮缂和?、辛垸、甲苯、十四?(tmdecane)，等等。在另一實施例中，溶劑包括極性溶劑(乙醇、
乙醚，等等)、丙烯?；鶈误w、環(huán)氧樹脂單體和水。在另一實施例中， 溶劑包括選自由碳?xì)浠衔铩O性溶劑、丙烯酰基單體、環(huán)氧樹脂單 體和水組成的組的材料。根據(jù)一個實施例，適合用于形成TIM 106的納米膏包括納米尺寸 的金屬顆粒。例如，納米尺寸意味著與較大的度量例如微米相比更適 合以納米(nm)來描述以這種方式所述的顆粒的尺寸，例如寬、長 或直徑。在這點上，根據(jù)一個示例性實施例，適于形成TIM106的納 米膏包括尺寸在大約5nm和50nm之間的范圍內(nèi)的納米尺寸的金屬顆 粒。適用于TIM 106的納米膏的材料包括多種金屬。雖然任何金屬都 可以被燒結(jié)，但通常選擇在用于TIM 106應(yīng)用的納米膏中使用的材料 以得到期望的導(dǎo)熱率、成本、熔點(燒結(jié)在熔點之下發(fā)生)、以及在 燒結(jié)工藝過程中與氧氣和其它元素的反應(yīng)性。TIM 106材料的較高的 導(dǎo)熱率改善了從微電子器件102通過TIM 106到熱結(jié)合的散熱器110 的熱傳遞。TIM 106材料的較高熔點提高了所燒結(jié)的TIM 106材料的 溫度循環(huán)可靠性。通過原材料的成本節(jié)約，較低的成本提高了可制造 性。與氧氣和其它元素的較低的反應(yīng)性降低了在燒結(jié)過程中對還原或 惰性氣體環(huán)境的需求。在一個實施例中，適用于納米膏的材料包括Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni，但不必限于這些材料。在另一實施例中，用于TIM 106 的納米膏包括選自由Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni組成的組的材 料的納米尺寸的金屬顆粒。在另一實施例中，基于對上述因素的綜合 衡量，選擇Ag或Cu的納米尺寸的金屬顆粒用于納米膏，所述納米 膏用來形成TM106。在其它實施例中，根據(jù)期望的特性，例如較高 的導(dǎo)熱率、較低的成本、較高的熔點、以及較低的反應(yīng)性，選擇其它 的金屬材料以便用于納米膏。雖然金屬材料的組合可以被燒結(jié)在一起 以形成TIM106，但是應(yīng)該選擇材料以限制金屬間化合物的產(chǎn)生，其可以作為空隙聚集處，導(dǎo)致微裂紋。基于若干因素選擇燒結(jié)用于TIM 106的納米膏的工藝條件。在實 施例中，顆粒的大小是確定燒結(jié)溫度的因素。較之特定材料的較大顆
粒，較小的顆?？梢栽谳^低的溫度下燒結(jié)。例如，給定材料的微米尺寸的顆粒的常規(guī)燒結(jié)可以在范圍在約500-600'C之間的溫度下進(jìn)行，而相同材料的納米尺寸的顆粒的燒結(jié)可以在小于約250'C的溫度下進(jìn)行。在一個實施例中，燒結(jié)用于TIM 106的納米膏在小于約250。C的 溫度下進(jìn)行。在另一個實施例中，用于TIM 106的納米膏包括尺寸在 約5-50nm之間的范圍內(nèi)的納米尺寸顆粒?？梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用調(diào)整 顆粒尺寸，以便控制金屬含量、燒結(jié)動力學(xué)、以及燒結(jié)質(zhì)量。在實例 中，使用較小的納米尺寸顆粒來獲得較好的燒結(jié)微結(jié)構(gòu)。在由燒結(jié)的納米膏生成TIM 106時所面臨的一個挑戰(zhàn)與所得到 的塊金屬結(jié)構(gòu)的多孔性有關(guān)。多孔性降低了熱傳遞效率。通過調(diào)節(jié)影 響多孔性的因素可以降低多孔性，所述因素包括納米膏含量、密度、 納米顆粒的尺寸分布和工藝條件。燒結(jié)的施壓環(huán)境條件可以實現(xiàn)將燒結(jié)環(huán)境氣體較快地擴(kuò)散到所 應(yīng)用的納米膏中，導(dǎo)致燒結(jié)時間的縮短。在一個實施例中，在約latm 和50atm之間的壓力下進(jìn)行燒結(jié)。根據(jù)一個實施例， 一個示例性燒結(jié) 工藝包括范圍在約150-25(TC之間的溫度、范圍在約latm和50atm之 間的壓力、持續(xù)約5分鐘到2小時之間的時間段。在燒結(jié)工藝過程中，通常除去納米膏配制品中的有機(jī)材料。在一 個示例性實施例中，至少涉及氧氣的空氣引起的工藝(air-induced process)通過蒸發(fā)將有機(jī)物從納米膏中除去。將空氣施加到納米膏允 許02擴(kuò)散到納米膏中并與將被蒸發(fā)的有機(jī)物反應(yīng)，在燒結(jié)過程中有 助于塊金屬結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，其中所述納米膏包括諸如Ag或Au的低反 應(yīng)性金屬材料。在一個例子中，用于尺寸約為5nm的Ag顆粒的空氣 引起的燒結(jié)工藝在約20(TC下進(jìn)行約1小時。根據(jù)一個實施例，已經(jīng)研發(fā)出用于在燒結(jié)過程中減少諸如Cu的 高反應(yīng)性金屬顆粒上的氧化物形成的還原環(huán)境條件。例如Cu-0的氧 化物層，包圍金屬顆粒并阻礙塊金屬結(jié)構(gòu)的生長。在一個實施例中， 氬一氫氣體混合物(例如，1-5%H2)提供用于燒結(jié)的還原環(huán)境條件。 在另一實施例中，氮一甲酸蒸汽混合物提供用于燒結(jié)的還原環(huán)境條
件。在另一實施例中，在還原環(huán)境條件中使用氫等離子體、氫原子團(tuán)、 氮一蟻酸蒸汽混合物、氮一乙酸蒸汽混合物、以及氮一丙烯酸蒸汽混 合物氣體。較高的壓力可以實現(xiàn)將燒結(jié)環(huán)境氣體較快地擴(kuò)散到納米膏 中，導(dǎo)致燒結(jié)時間的縮短。在另一實施例中，惰性氣體環(huán)境用于燒結(jié)納米膏，以便形成TIM 106。根據(jù)一個示例性實施例，氬氣、氮氣或其組合用作惰性氣體環(huán) 境，以減少氧化物的形成。在一個實施例中，微電子器件102和散熱器IIO分別各自包括表 面涂層104和108，以加強與TIM 106的熱耦合。在一個實施例中， 表面涂層材料104和108包括與在用于形成TIM 106的納米膏中使用 的金屬材料相同的金屬材料。在另一實施例中，表面涂層104和108 包括與金屬TIM材料106具有相同元素的金屬材料。在一個實施例 中，TIM106基本上沒有金屬間化合物。將與TIM106相同的金屬材 料用于表面涂層，減少了當(dāng)熱結(jié)合不同金屬材料時可能形成的金屬間 化合物。金屬間化合物可以作為空隙聚集處，導(dǎo)致最終接合處的微裂 紋失效。例如，在焊接過程中遇到包括M的表面涂層附近的Au的 銦基TIM，可以形成不希望有的金屬間化合物，例如Ni2In3、 (NiAu)2In3、以及AuIri2。在一個實施例中，表面涂層104和108與TIM106熱耦合。在另 一實施例中，表面涂層104和108選自包括Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni的材料。在另一實施例中，表面涂層104和108包括選自由 Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni組成的組的材料。在另一實施例中， 表面涂層104和108是與TIM 106相同的金屬材料。雖然所說明的微電子冷卻組件IOO的例子將表面涂層108描述為 局部表面涂層，其并未跨越散熱器110的整個長度，但是在這點上表 面涂層108并未受到限制。在其它實施例中，將表面涂層108施加到 散熱器110的足以提供與TIM 106的熱耦合的各種長度上。預(yù)見并公 開了對表面涂層104和器件102的類似修改。在其它實施例中，微電子器件102和/或散熱器IIO包括與在TIM 106中所使用的金屬材料相同的材料。在這種實施例中，可以雍本不
使用表面涂層104和/或108。例如，TIM 106和散熱器110可以包括 諸如Cu的共用材料。在這種實施例中，可以將表面涂層108從組件 IOO中完全排除。在其它實施例中，不考慮TIM106、器件102或散 熱器110的材料種類，而將表面涂層104和108從組件100中完全排 除。例如，來自給定材料組合或金屬間化合物的微裂紋的程度，可能 根本不足以保證表面涂層104、 108。用于施加表面涂層104和108 的技術(shù)包括顆粒氣相沉積(particle vapor deposition (PVD))、化學(xué) 氣相沉積(CVD)、或者任何其它的適用于沉積薄膜或金屬化的公知 方法。對于組件100的其它實施例，根據(jù)實施例微電子器件102為集成 電路(IC)管芯。例如，IC管芯可以由諸如硅的半導(dǎo)體材料制成。 在另一實施例中，微電子器件102為微處理器。根據(jù)實施例，另一器 件電耦合到微電子器件102。在一個實施例中，其它器件是IC管芯。 在另一實施例中，其它器件是存儲器件。器件102可以電耦合到其它元件、器件或系統(tǒng)。在實施例中，互 連凸起l"l..n為器件102提供電通路，以便與其它元件、器件或 者諸如基板112的系統(tǒng)耦合?；ミB凸起114^可以與倒裝芯片封 裝設(shè)置相關(guān)?；?12可以具有作為管腳網(wǎng)格陣列(PGA)封裝 設(shè)計的一部分的管腳120l』，以提供用于器件102與其它元件、 器件或系統(tǒng)電耦合的電通路。在另一實施例中，基板112包括作 為球柵陣列(BGA)封裝設(shè)計的一部分的焊球陣列以取代管腳 120^，用于與其它元件電耦合。圖2是僅根據(jù)一個實施例的用于制造微電子冷卻組件的示 例性方法100的說明性流程圖。根據(jù)一個實施例，在步驟1中， 通過提供微電子器件2〗2和散熱器202制造微電子冷卻組件。在 實施例中，如圖所示，在微電子器件212和散熱器202之間沉積 納米膏206 (包括納米尺寸的金屬顆粒208^)。根據(jù)一個實施 例，納米膏206包括分散劑、反應(yīng)控制劑、溶劑和納米尺寸的金 屬顆粒208l』。納米尺寸的金屬顆粒208L』與分散劑結(jié)合、以便 使顆粒208Lj保持好的分布并減少聚集。分散劑通常通過減小納
米顆粒208m的表面張力能來提高分布穩(wěn)定性。例如，根據(jù)所選擇的分布方法，例如絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷，溶劑 主要用來控制納米膏206、 208l』的粘度。可以利用各種方法實現(xiàn)沉 積金屬納米膏206、 208.』。在一個實施例中，利用絲網(wǎng)印刷方法實 現(xiàn)納米膏206、 208,.』的沉積。在另一實施例中，利用噴墨印刷方法 實現(xiàn)納米膏206、 208,』的沉積。其它實施例包括利用任何公知的沉 積方法的納米膏206、 208,』的沉積。在方法200的另一實施例中，提供微電子器件212包括將表面涂 層210施加到微電子器件212。在實施例中，表面涂層210包括與納 米尺寸的金屬顆粒2081』或所得到的金屬丁1^12161...11具有相同元 素的金屬材料。在另一實施例中，提供散熱器202包括將表面涂 層204施加到散熱器202。根據(jù)實施例，表面涂層204包括與納 米尺寸的金屬顆粒208,』和所得到的金屬TIM216,…n具有相同元 素的金屬材料?？梢岳酶鞣N技術(shù)來施加表面涂層，所述技術(shù)包 括PVD、 CVD和其它公知的適當(dāng)?shù)谋∧こ练e技術(shù)。在步驟2中，對微電子冷卻組件應(yīng)用燒結(jié)工藝，以便燒結(jié)金 屬納米膏206、 214,...n。對金屬納米膏206、 214l』的燒結(jié)通過在 微電子器件212和散熱器202之間形成燒結(jié)的金屬接合處 214,』，而將微電子器件212和散熱器202熱耦合。反應(yīng)控制劑 通常在諸如室溫的較低溫度下是穩(wěn)定的且與其它納米膏206、 214^成分不反應(yīng)；但是在高溫下，例如在燒結(jié)過程中，它們被活化， 從而與分散劑反應(yīng)并將其從納米尺寸顆粒214 l..n中除去。因此，燒 結(jié)使得納米尺寸的金屬顆粒214,.』通過相互擴(kuò)散而彼此聚集以減小 其表面張力能并形成塊金屬結(jié)構(gòu)214l』。在燒結(jié)工藝過程中，通常將納米膏206配制品中的有機(jī)材料除 去。在一個示例性實施例中，至少涉及氧氣的空氣引起的工藝通過蒸 發(fā)除去納米膏206的有機(jī)物。在燒結(jié)過程中，將空氣施加到納米膏 206允許02擴(kuò)散到納米膏206中并與將被蒸發(fā)的有機(jī)物反應(yīng)，有助 于塊金屬結(jié)構(gòu)214^的出現(xiàn)。 '在步驟3中，所得到的塊金屬結(jié)構(gòu)216 ,...n形成TIM 216 ,...n，
其將微電子器件212與散熱器202熱結(jié)合。在一個示例性實施例 中，TIM 216 以及表面涂層204和210是散熱器202和微電子 器件212之間的基本上為全銅熱結(jié)合的一部分。在另一示例性實 施例中，TIM 216 u以及表面涂層204和210是散熱器202和微 電子器件212之間的基本上為全銀熱結(jié)合的一部分。根據(jù)實施 例，TIM216,.』以及表面涂層204和210基本上沒有金屬間化合 物。在方法200的其它實施例中，微電子器件212、表面涂層210 和204、包括納米尺寸的金屬顆粒208,』的納米膏206、燒結(jié)工 藝過程中的所結(jié)合的納米顆粒214 u的聚集和塊生長、以及所 得到的金屬TIM 216 與已對于微電子冷卻組件100所描述 的各個實施例相一致。圖3是示出僅根據(jù)一個實施例的用于制造在微電子冷卻組 件中使用的納米膏的多種方法中的一種的示圖。可以通過化學(xué)合 成或物理合成工藝制備納米膏配制品。圖3示出物理合成工藝 300。本說明書中的根據(jù)實施例的納米膏配制品不限于任一工藝 且可以通過化學(xué)或物理合成制備。根據(jù)物理合成實施例，在包括坩鍋304的外部加熱的管流冷 凝器(tube flow condenser) 316中產(chǎn)生目標(biāo)金屬蒸汽。這里，例 如通過爐306加熱管流冷凝器316。將惰性載氣302預(yù)加熱到坩 鍋304的溫度并流入反應(yīng)管。當(dāng)金屬蒸汽通過真空裝置312抽吸 而流出最終的爐部分310時，通過引起冷卻的惰性冷卻氣體308 使其驟冷，并且在包括分散劑的袋濾器314上收集金屬粉末。通 過向分散的納米尺寸的金屬顆粒添加反應(yīng)控制劑和溶劑而制造 金屬納米膏。在一個實施例中，由類似的物理工藝制造用于TIM 應(yīng)用的納米膏。根據(jù)化學(xué)合成實施例，對諸如有機(jī)金屬化合物的金屬絡(luò)合物 的典型熱分解可以用來制造適于TIM應(yīng)用的納米膏。通過溶劑 中的適當(dāng)?shù)慕饘冫}和相應(yīng)的烷基胺或脂肪酸的化學(xué)計量浪應(yīng)來 制備適當(dāng)?shù)慕饘俳j(luò)合物。多數(shù)金屬絡(luò)合物具有對稱的垸基鏈。通
過加熱，金屬絡(luò)合物分解為聚合的金屬和烷基鏈，所述烷基鏈形 成通過聚集來限制金屬顆粒的過度生長的特定分散劑層，使所得 到的金屬顆粒保持良好的分散。通過向所分散的納米尺寸的金屬 顆粒添加反應(yīng)控制劑和溶劑來制造金屬納米膏。在一個實施例中，用于TIM應(yīng)用的納米膏由類似的化學(xué)工藝制造。圖4是許多可能的系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)400的示圖，其中可以 使用本發(fā)明的實施例。在一個實施例中，電子組件402包括如在 這里所述的微電子冷卻組件IOO和其各個實施例。組件402還可 以包括另一個微電子器件，例如另一個微處理器。在另一實施例 中，電子組件402可以包括專用IC (ASIC)。設(shè)置在芯片組(例 如，圖形、聲音和控制芯片組)中的集成電路也可以根據(jù)本發(fā)明 的實施例進(jìn)行封裝。對于圖4所示的實施例，系統(tǒng)400也可以包括通過總線406 彼此耦合的主存儲器408、圖形處理器410、大容量存儲器件412 和/或輸入/輸出模塊414，如圖所示。存儲器408的例子包括但 不限于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器 (DRAM)。大容量存儲器件412的例子包括但不限于硬盤驅(qū)動 器、光盤驅(qū)動器(CD)、數(shù)字多用光盤驅(qū)動器(DVD)，等等。 輸入/輸出模塊414的例子包括但不限于鍵盤、光標(biāo)控制裝置、 顯示器、網(wǎng)絡(luò)接口，等等?？偩€406的例子包括但不限于外圍控 制接口 (PCI)總線以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(ISA)總線，等等。在各 個實施例中，系統(tǒng)400可以為無線移動電話、個人數(shù)字助理、袖 珍PC、平板PC、筆記本PC、臺式電腦、機(jī)頂盒、媒體中心PC、 DVD播放器、或服務(wù)器?？梢砸詫斫獗景l(fā)明最有幫助的方式，依次說明作為多個分 立操作的各種操作。然而，說明的順序不應(yīng)被認(rèn)為意味著這些操 作必須依賴于順序。特別地，這些操作不必以所述順序執(zhí)行?？?以以不同于所述實施例的順序來執(zhí)行所述操作?？梢詧?zhí)行各種附 加操作和/或在附加實施例中可以省略所述操作。以上對本發(fā)明的所述實施例的說明(包括摘要中所描述的內(nèi)
容)，并不旨在是毫無遺漏的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的確切形式。 雖然這里為了說明性的目的描述了本發(fā)明的具體實施例和例子， 但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，在發(fā)明的范圍內(nèi)各種等同 修改也是可能的?？梢愿鶕?jù)以上的詳細(xì)描述對本發(fā)明進(jìn)行這些修改。在所附權(quán) 利要求中的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限于在說明書和權(quán)利要 求中所公開的具體實施例。相反，本發(fā)明的范圍將完全由所附權(quán) 利要求書所確定，其將根據(jù)所確立的權(quán)利要求解釋的法律原則來 進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1、一種微電子冷卻組件，包括微電子器件；散熱器；以及熱界面材料(TIM)，其與所述微電子器件熱耦合且與所述散熱器熱耦合，所述TIM包括在所述微電子器件和所述散熱器之間形成燒結(jié)金屬接合處的燒結(jié)金屬納米膏。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述納米膏包括選自 由Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni組成的組的材料的納米尺寸的金 屬顆粒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中通過在小于約250°C 的溫度下燒結(jié)所述納米膏形成所述燒結(jié)金屬接合處，所述納米膏 包括尺寸在約5nm和50nm之間范圍內(nèi)的納米尺寸的金屬顆粒。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述納米膏包括結(jié)合 有分散劑、反應(yīng)控制劑和溶劑的納米尺寸的金屬顆粒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其中所述分散劑包括選自 由鏈烷醇酰胺、鏈垸醇胺、垸基芳基磺酸鹽、脂肪酸的羧酸鹽、脂肪 酸的乙氧基化物、脂肪酸的磺酸鹽、脂肪酸的硫酸鹽、以及其混合物 組成的組的材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其中所述反應(yīng)控制劑包括 選自由伯胺、仲胺和叔胺組成的組的材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，其中所述溶劑包括選自由 碳?xì)浠衔?、極性溶劑、丙烯?；鶈误w、環(huán)氧樹脂單體和水組成 　的組的材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述TIM基本上沒 有金屬間化合物。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中由物理工藝制備所述 納米膏。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中由化學(xué)工藝制備所述 納米膏。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組件，其中所述微電子器件和所 述散熱器各自包括與所述TIM熱耦合的表面涂層，所述表面涂 層包括與所述金屬TIM材料具有相同元素的金屬材料。
12、 一種制造微電子冷卻組件的方法，包括 提供微電子器件和散熱器；在所述微電子器件和所述散熱器之間沉積金屬納米膏；以及 燒結(jié)所述金屬納米膏，以便通過在所述微電子器件和所述散熱器之間形成燒結(jié)的金屬結(jié)合處，來形成將所述微電子器件和所述散熱器熱耦合的熱界面材料。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述納米膏包括選 自由Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni組成的組的材料的納米尺寸的 金屬顆粒。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在小于約25(TC的溫 度下對所述金屬納米膏進(jìn)行燒結(jié)，所述納米膏包括尺寸在約5nm 和50nm之間范圍內(nèi)的納米尺寸的金屬顆粒。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述納米膏包括結(jié) 合有分散劑、反應(yīng)控制劑和溶劑的納米尺寸的金屬顆粒。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述分散劑包括選 自由鏈烷醇酰胺、鏈烷醇胺、垸基芳基磺酸鹽、脂肪酸的羧酸鹽、脂 肪酸的乙氧基化物、脂肪酸的磺酸鹽、脂肪酸的硫酸鹽、以及其混合 物組成的組的材料。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反應(yīng)控制劑包 括選自由伯胺、仲胺和叔胺組成的組的材料。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述溶劑包括選自 由碳?xì)浠衔铩O性溶劑、丙烯?；鶈误w、環(huán)氧樹脂單體和水組 成的組的材料。
19、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述TIM基本上沒 有金屬間化合物。
20、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中由物理工藝制備所 述納米膏。
21、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中由化學(xué)工藝制備所 述納米膏。
22、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中提供微電子器件和 散熱器還包括向所述微電子器件施加表面涂層，所述表面涂層包括與所述 金屬TIM具有相同元素的金屬材料；向所述散熱器施加表面涂層，所述表面涂層包括與所述金屬 TIM具有相同元素的金屬材料。
23、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過絲網(wǎng)印刷來實 現(xiàn)將金屬納米膏沉積在所述微電子器件和所述散熱器之間。
24、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過噴墨印刷來實 現(xiàn)將金屬納米膏沉積在所述微電子器件和所述散熱器之間。
25、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在惰性氣體環(huán)境中、 在約latm和50atm之間的壓力下實現(xiàn)對所述金屬納米膏的燒結(jié)。
26、 微電子冷卻系統(tǒng)，包括 微電子器件；散熱器；熱界面材料(TIM)，其與所述微電子器件熱耦合且與所述 散熱器熱耦合，所述TIM包括在所述微電子器件和所述散熱器 之間形成燒結(jié)金屬接合處的燒結(jié)金屬納米膏；以及電耦合到所述微電子器件的其它器件。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述微電子器件是 集成電路管芯，而所述其它器件是存儲器件。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中通過在小于約250 。C的溫度下燒結(jié)所述納米膏形成所述燒結(jié)金屬接合處，所述納米 膏包括尺寸在約5rnn和50nm之間范圍內(nèi)的納米尺寸的金屬顆 粒。
29、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述納米膏包括結(jié) 合有分散劑、反應(yīng)控制劑和溶劑的納米尺寸的金屬顆粒。
30、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述TIM基本上沒有金屬間化合物'
全文摘要
描述了一種微電子冷卻組件和用于制造該組件的方法。在一個例子中，微電子冷卻組件包括微電子器件、散熱器、以及將微電子器件和散熱器熱結(jié)合的熱界面材料(TIM)，所述TIM包括燒結(jié)金屬納米膏。
文檔編號H01L23/34GK101159251SQ20071015439
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者C·黃, D·蘇 申請人:英特爾公司