(57)【要約】ここに記載している構成要素と材料は、熱伝達材料を含め、金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムと連結されている少なくとも１つの熱スプレッダー構成要素と、少なくとも１つの熱インターフェース材料と、或る熟考された実施形態では、少なくとも１つの接着材料とを備えている。熱スプレッダー構成要素は、上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えている。熱インターフェース材料は、熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分の上に直接堆積されている。
2009524246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達材料において、
上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えており、少なくとも１つの表面が、金属ベースの被覆、層、又はフィルムと連結されている、熱スプレッダー構成要素と、
前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の上に堆積されている、少なくとも１つの熱インターフェース材料と、を備えている熱伝達材料。
【請求項２】
前記熱材料は、更に、基板に連結されている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項３】
前記基板は、シリコンを備えている、請求項２に記載の熱伝達材料。
【請求項４】
前記熱伝達材料は、少なくとも１つの接着剤構成要素を更に備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項５】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱スプレッダー構成要素に連結されている、請求項４に記載の熱伝達材料。
【請求項６】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱インターフェース材料に連結されている、請求項４に記載の熱伝達材料。
【請求項７】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱インターフェース材料の内の少なくとも幾つかに混ぜ合わせられている、請求項４に記載の熱伝達材料。
【請求項８】
前記熱スプレッダー構成要素は、金属、金属ベースの材料、高い伝導率の非金属、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項９】
前記熱スプレッダー構成要素分は、ニッケル、アルミニウム、銅、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項８に記載の熱伝達材料。
【請求項１０】
前記金属ベースの材料又は伝導性が高い非金属は、シリコン、カーボン、銅、グラファイト、ダイヤモンド、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項８に記載の熱伝達材料。
【請求項１１】
前記熱スプレッダー構成要素は、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚さを備えている、請求項１０に記載の熱伝達材料。
【請求項１２】
前記厚さは、約０．５ｍｍから約５ｍｍである、請求項１１に記載の熱伝達材料。
【請求項１３】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、インジウムを備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１４】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分に連結されている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１５】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面上に或るパターンを備えている、請求項１４に記載の熱伝達材料。
【請求項１６】
前記熱インターフェース材料は、相転移材料を備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１７】
熱伝達材料を形成する方法において、
上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えており、少なくとも１つの表面は、金属ベースの被覆、層、又はフィルムと連結されている、熱スプレッダー構成要素を提供する段階と、
前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の上に堆積されている、少なくとも１つの熱インターフェース材料を提供する段階と、
前記少なくとも１つの熱インターフェース材料を、前記熱スプレッダー構成要素の前記少なくとも１つの表面の上に堆積させる段階と、から成る方法。
【請求項１８】
前記熱伝達材料は、少なくとも１つの接着剤構成要素を更に備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱スプレッダー構成要素に連結されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱インターフェース材料に連結されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱インターフェース材料の内の少なくとも１つに混ぜ合わせされている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱スプレッダー構成要素は、金属、金属ベースの材料、高伝導率の非金属、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記熱スプレッダー構成要素は、ニッケル、アルミニウム、銅、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属ベースの材料又は高伝導率の非金属は、シリコン、カーボン、銅、グラファイト、ダイヤモンド、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記熱スプレッダー構成要素は、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚さを備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記厚さは、約０．５ｍｍから約５ｍｍである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、インジウムを備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分に連結されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面上に或るパターンを備えている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記熱インターフェース材料は、相転移材料を備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
ＩＣパッケージを形成するための方法において、
少なくとも１つの熱スプレッダー構成要素と、少なくとも１つの金属ベースの被覆、層、又はフィルムと、少なくとも１つの熱インターフェース材料を備えている熱伝達材料を提供する段階と、
少なくとも１つの接着剤構成要素を提供する段階と、
少なくとも１つの表面又は基板を提供する段階と、
前記少なくとも１つの熱伝達材料を、前記少なくとも１つの接着剤構成要素と連結させて、接着ユニットを形成する段階と、
前記接着ユニットを、前記少なくとも１つの表面又は基板に連結させて、熱パッケージを形成する段階と、から成る方法。
【請求項３２】
追加の層又は構成要素を前記熱パッケージに連結させる段階を更に含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記熱伝達材料は、請求項１に記載の前記熱伝達材料を備えている、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、電子構成要素、半導体構成要素、及び他の関係する層状材料用途における熱相互接続システム、熱インターフェースシステム、及びインターフェース材料である。
【背景技術】
【０００２】
電子構成要素は、消費者用及び商業用の電子製品への使用が増加し続けている。これらの消費者用及び商業用の商品の例としては、テレビ、パーソナルコンピューター、インターネットサーバー、携帯電話、ページャー、パームオーガナイザー、ポータブルラジオ、カーステレオ、又はリモコンが挙げられる。これらの消費者用及び商業用の電子機器に対する要求が増すにつれて、それら同じ製品を、更に小さく、更に機能的に、消費者及び業務用に更に持ち運び易くしたいという要求もある。
【０００３】
これらの製品のサイズを小さくするには、これらの製品を構成する構成要素も小さくしなければならない。サイズを小さくし、或いは比例的に縮小する必要があるこれらの構成要素の例を幾つか挙げると、印刷回路又は配線板、抵抗器、配線、キーボード、タッチパッド、及びチップパッケージである。製品と構成要素もプリパッケージして、製品及び／又は構成要素が幾つかの関係する又は関係しない機能と任務を実行できるようにする必要がある。これらの「全体解」構成要素及び製品の例を幾つか挙げると、層状材料、マザーボード、セル方式及び無線式電話、及び電話通信装置と他の構成要素及び製品、例えば、２００２年７月１５日出願の米国特許及びＰＣＴ出願第６０／３９６２９４号、２００１年５月３０日出願の米国特許出願第６０／２９４４３３号、２００２年５月３０日出願のＰＣＴ／ＵＳ０２／１７３３１号に見られる様なもの、があり、上記特許は、全て共同所有されており、それら全体をここに援用する。
【０００４】
従って、構成要素は、小さく分解され、それらを比例的に縮小することができ、及び／又は電子構成要素をより小さくするという要求に対応するため組み合わせることができるようにする、もっと優れた構築材料及び方法があるか否か、研究されている。層状の構成要素では、１つの目標は、層の数を減らすと同時に、残る層の機能性と耐久性を増すことである。しかしながら、装置を作動させるために、幾つかの層と層の構成要素が一般になければならないとすれば、この任務は難しいかもしれない。
【０００５】
更に、電子装置は、より小さくなり、より高速で作動するようになるので、熱の形態で放出されるエネルギーが劇的に増加する。産業界で広く実践されているのは、熱グリース又はグリース状の材料を、単独で、又はその様な装置の担体に使用し、物理的なインターフェースを越えて散逸された過剰な熱を伝達することである。最も一般的な型式の熱インターフェース材料は、熱グリース、相転移材料、及びエラストマーテープである。熱グリース又は相転移材料は、非常に薄い層に広がり、隣接する表面の間を密接させる能力を有しているので、エラストマーテープより熱抵抗が低い。代表的な熱インピーダンス値は、０．０５から１．６℃−ｃｍ２／Ｗの範囲にある。しかしながら、熱グリースの深刻な欠点は、−６５℃から１５０℃の様な熱サイクルを繰り返した後で、又は、ＶＬＳＩチップに用いられている場合の電力サイクルを繰り返した後で、熱性能が大幅に劣化することである。これらの材料の性能は、表面の平坦度からの大きな偏移が電子装置の合わせ面の間に隙間を作り出しているとき、又は、製造許容差の様な他の理由で合わせ面の間に大きな隙間があるとき、には悪化することも分かっている。これらの材料の熱伝達能力が落ちると、それらの材料が使われている電子装置の性能に悪影響が及ぶ。
【０００６】
従って、ａ）消費者の仕様を満たしながら同時に装置のサイズと層の数を最小にする、熱相互接続及び熱インターフェース材料、層状材料、構成要素、及び製品を設計及び製造すること、ｂ）材料、構成要素、又は完成品の互換性要件に関し、より効果的で、より良く設計された材料、製品、及び／又は構成要素を製造すること、ｃ）所望の熱相互接続材料、熱インターフェース材料、及び層状材料と、熟考された熱インターフェース及び層状材料を備えた構成要素／製品を製造するための信頼できる方法を開発すること、ｄ）高い熱伝導率と高い機械的コンプライアンスを有する材料を開発すること、ｅ）パッケージアッセンブリに必要な製造段階の数を効果的に減らし、その結果、他の従来の層状材料及び工程に勝る低い所有コストを実現すること、が継続して必要とされている。
【特許文献１】米国特許出願第６０／３９６２９４号
【特許文献２】米国特許出願第６０／２９４４３３号
【特許文献３】ＰＣＴ／ＵＳ０２／１７３３１号
【特許文献４】米国特許第６７０６２１９号
【特許文献５】米国特許出願第１０／７７５９８９号
【特許文献６】ＰＣＴ／ＵＳ０２／１４６１３号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで考えられている構成要素と、熱伝達材料を含む材料は、金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムと連結された少なくとも１つの熱スプレッダー構成要素と、少なくとも１つの熱インターフェース材料と、或る熟考された実施形態では、少なくとも１つの接着材料と、を備えている。熱スプレッダー構成要素は、上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えている。熱インターフェース材料は、熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分の上に直接堆積される。
【０００８】
層状の熱インターフェース材料と熱伝達材料を形成する方法は、ａ）上面と、底面と、少なくとも１つの熱スプレッダー材料とを備えている熱スプレッダー構成要素を提供する段階と、ｂ）熱スプレッダー構成要素の底面上に直接堆積された少なくとも１つの熱インターフェース材料を提供する段階と、ｃ）金属ベースの被覆、フィルム、又は層を、熱スプレッダー構成要素の底面の少なくとも一部分の上に堆積、塗布又は貼り付け、又は被覆する段階と、ｄ）少なくとも１つの熱インターフェース材料を、熱スプレッダー構成要素の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分の上に堆積、塗布又は貼り付け、又は被覆する段階と、を含んでいる。
【０００９】
熱溶液／パッケージ及び／又はＩＣパッケージを形成するための方法は、ａ）ここに記載している熱伝達材料を提供する段階と、ｂ）少なくとも１つの接着剤構成要素を提供する段階と、ｃ）少なくとも１つの表面又は基板を提供する段階と、ｄ）少なくとも１つの熱伝達材料及び／又は少なくとも１つの接着剤構成要素を備えた材料を連結し、接着ユニットを形成する段階と、ｅ）接着ユニットを少なくとも１つの表面又は基板に連結し、熱パッケージを形成する段階と、ｆ）随意的に、追加層又は構成要素を熱パッケージに連結する段階と、を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
適したインターフェース材料又は構成要素は、合わせ面に沿い（表面を「濡らし」）、低いバルク熱抵抗を有し、低い接触抵抗を有している。バルク熱抵抗は、材料又は構成要素の厚さ、熱伝導率、及び面積の関数として表わすことができる。接触抵抗は、材料又は構成要素が合わせ面、層、又は基板とどれほど良好に接触することができるかという尺度である。インターフェース材料又は構成要素の熱抵抗は、以下の様に示すことができる。
【００１１】
Θインターフェース＝ｔ／ｋＡ＋２Θｃｏｎｔａｃｔ          式１
ここに、Θは熱抵抗、ｔは材料の厚さ、ｋは材料の熱伝導率、Ａはインターフェースの面積である。
【００１２】
「ｔ／ｋＡ」の項は、バルク材料の熱抵抗を表し、「２Θｃｏｎｔａｃｔ」は、２つの表面における熱接触抵抗を表している。適しているインターフェース材料又は構成要素は、合わせ面におけるバルク抵抗と接触抵抗が低くなければならない。
【００１３】
多くの電子及び半導体用途では、インターフェース材料又は構成要素は、製造時に生じる表面の平坦度からの偏移、及び／又は熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致による構成要素の歪みに対応することが求められる。
【００１４】
熱グリースの様な、ｋの値が低い材料は、インターフェースが薄く、即ち、「ｔ」値が低い場合に上手く機能する。インターフェース厚さが、僅か０．００２インチ増えると、熱性能が劇的に落ちかねない。更に、その様な用途では、合わせる構成要素の間のＣＴＥの違いが、各温度又は電力サイクル毎に、隙間を拡張させ、収縮させる。インターフェース厚さのこの変動が、流体インターフェース材料をインターフェースから外に押し出すことになりかねない。
【００１５】
大きな面積のインターフェースの方が、製造時に表面の平坦度から偏移し易い。熱性能を最適にするために、インターフェース材料を、平坦でない表面に沿わせて、接触抵抗を下げなければならない。ここに用いる「インターフェース」という用語は、２つの分子、２つのバックボーン、バックボーンとネットワーク、２つのネットワークなどの様な物質又は空間の２つの部分の間の共通の境界を形成する連結又は接着を意味している。インターフェースは、物質又は構成要素の２つの部分の物理的な取り付け、又は物質又は構成要素の２つの部分の間の物理的引力を備えており、共有及びイオン結合の様な結合力と、ファンデルワールス、拡散結合、静電気、クーロン、水素結合、及び／又は磁気引力の様な非結合力が含まれる。熟考されたインターフェースは、共有結合の様な結合力によって形成されるこれらのインターフェースを含んでいるが、物質又は構成要素の２つの部分の間のどの様な適した接着引力又は取り付けでも好適であると理解されたい。
【００１６】
最適なインターフェース材料及び／又は構成要素は、高い熱伝導率と高い機械的コンプライアンスを有しており、例えば、力が加えられると弾性的に撓む。高い熱伝導率は、式１の第１項を小さくし、高い機械的コンプライアンスは、第２項を小さくする。ここに記載されている層状のインターフェース材料と、層状のインターフェース材料の個々の構成要素は、これらの目標を達成する。適正に作られると、ここに記載されている熱インターフェース構成要素は、熱スプレッダー材料とシリコンダイ構成要素の合わせ面の間の距離に広がって、一方の表面から他方の表面へ連続する高い伝導経路を作ることができる。
【００１７】
先に述べた様に、ここに記載されている層状のインターフェース材料と個々の構成要素の目標を幾つか挙げると、ａ）顧客の仕様を満たしながら同時に装置のサイズと層の数を最小にする、熱相互接続及び熱インターフェース材料、層状材料、構成要素、及び製品を設計及び製造すること、ｂ）材料、構成要素、又は完成品の互換性要件に関し、より効率的に、より良く設計された材料、製品、及び／又は構成要素を製造すること、ｃ）所望の熱相互接続材料、熱インターフェース材料、及び層状材料と、熟考された熱インターフェース及び層状材料を備えた構成要素／製品を製造するための信頼できる方法を開発すること、ｄ）高い熱伝導率と高い機械的コンプライアンスを有する材料を開発すること、ｅ）パッケージアッセンブリに必要な製造段階の数を効果的に減らし、その結果、他の従来の層状材料及び工程に勝る低い所有コストを実現すること、である。
【００１８】
多種多様なインターフェース条件及び要求に対して低い熱抵抗を示す一組の熱インターフェース材料の１つ又はそれ以上の構成要素を備えている、事前に取り付けられ／事前に組み込まれた熱溶液及び／又はＩＣ（相互接続）パッケージが、提供されている。熱インターフェース材料には、ＰＣＭ４５及び／又はＰＣＭ４５Ｆが含まれ、これは、Honeywell  International社により製造される高い伝導率の相転移材料、又はこれもHoneywell  International社により製造される、例えば、熱スプレッダー又は熱を散逸させる働きのある材料に分類されるＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＳｉＣ、銅複合材、ＣｕＷ、ダイヤモンド、グラファイト、Ｓｉｃ、炭素複合材、及びダイヤモンド複合材に接続されるはんだの様な金属又は金属ベースの材料である。
【００１９】
ここに記載されている層状のインターフェース材料と、層状のインターフェース材料の個々の構成要素は、これらの目標を達成する。適正に作られると、ここに記載されている熱スプレッダー構成要素は、熱インターフェース材料と熱スプレッダー構成要素の合わせ面の間の距離に広がって、一方の表面から他方の表面へ連続する高い伝導経路を作ることができる。
【００２０】
熱伝達材料を含め、ここで考えている構成要素と材料は、金属ベースの被覆と連結される少なくとも１つの熱スプレッダー構成要素と、層及び／又はフィルムと、少なくとも１つの熱インターフェース材料と、或る熟考された実施形態では、少なくとも１つの接着材料とを備えている。熱スプレッダー構成要素は、上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えている。熱インターフェース材料は、熱スプレッダー構成要素の表面の内の少なくとも１つの少なくとも一部分の上に直接堆積される。別の実施形態では、熱伝達材料は、更に、保護層又は保護被覆を備えている。熟考された実施形態では、保護層は、滑らかな表面を金属ベースの被覆に転写するように設計されている。熟考された保護層は、ＰＶＣ又はポリエチレンの様な堅いプラスチックを備えている。熱スプレッダー構成要素は、上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えている。熱インターフェース材料は、熱スプレッダー構成要素の底面の少なくとも一部分の上に直接堆積される。
【００２１】
熱スプレッダー構成要素又は熱散布構成要素（熱スプレッダーと熱散布は、ここでは互換可能に用いられており、同じ共通の意味を有する）は、一般的に、金属、金属ベースの基材、高い伝導率の非金属、又はそれらの組み合わせを備えており、例えば、ニッケル、アルミニウム、銅、銅タングステン、ＣｕＳｉｃ、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、グラファイトや、銅複合材、炭素複合材、及びダイヤモンド複合材の様な複合材材料であるか、又はＡｌＳｉＣ、及び／又は金属を含まない他の適した高い伝導率材料である。どの様な適した金属又は金属ベースの基材でも、それらが、電子構成要素よって生成された熱の一部又は全部を散逸させることができる限りにおいて、ここで熱スプレッダーとして用いることができる。熟考された熱スプレッダー構成要素の具体例を、事例の章で示す。
【００２２】
ここで用いている「金属」という用語は、元素周期律表のｄブロックとｆブロックに含まれている元素を、シリコンとゲルマニウムの様な金属に似た特性を有する元素と共に、意味している。ここで用いている「ｄブロック」という用語は、元素の核を取り囲んでいる３ｄ、４ｄ、５ｄ、及び６ｄの軌道を満たす電子を有する元素を意味している。ここで用いている「ｆブロック」という用語は、ランタニドとアクチニドを含め、元素の核を取り囲んでいる４ｆと５ｆの軌道を満たす電子を有する元素を意味している。好適な金属には、インジウム、銀、銅、アルミニウム、スズ、ビスマス、鉛、ガリウム、及びそれらの合金、銀で被覆された銅、及び銀で被覆されたアルミニウムが含まれる。「金属」という用語は、更に、合金、金属／金属複合材、金属セラミック複合材、金属ポリマー複合材、並びに他の金属複合材を含んでいる。ここで用いている「化合物」という用語は、一定の組成を有し、化学処理によって元素に分解することのできる物質を意味する。ここで用いている「金属ベース」という用語は、少なくとも１つの金属を備えた何らかの被覆、フィルム、組成物、又は化合物を指す。
【００２３】
電子構成要素、販売元の必要性に応じて、且つ熱スプレッダー構成要素が周囲の電子構成要素から生成される熱の一部又は全部を散逸させる任務を十分に実行できる限りにおいて、熱スプレッダー構成要素は、どの様な適した厚さで敷設してもよい。熟考された厚さは、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの範囲にある。或る実施形態では、熟考された熱スプレッダー構成要素の厚さは、約０．５ｍｍから約５ｍｍの範囲にある。別の実施形態では、熟考された熱スプレッダー構成要素の厚さは、約１ｍｍから約４ｍｍの範囲にある。
【００２４】
はんだの様な、大部分のポリマー系に比べて高い弾性率を有する金属の熱インターフェース材料を使用する場合、ダイの亀裂を防ぐために、半導体ダイに伝達される、熱膨張係数の不一致が作り出す機械的応力を減らす必要がある。この応力の伝達は、金属の熱インターフェース材料の接着ラインを増やし、熱スプレッダーの熱膨張係数を下げることによって最小にすることもできるし、熱スプレッダーの形状を変えて応力の伝達を最小にすることもできる。熱膨張係数（ＣＴＥ）が低い材料の例は、ＡｌＳｉｃ、ＣｕＳｉＣ、銅−グラファイト複合材、炭素−炭素複合材、ダイヤモンド、ＣｕＭｏＣｕラミネートなどである。形状を変える例は、スプレッダーに部分的又は全体的なスロットを追加して、スプレッダーの厚さを減らし、切頭方形ベースの逆ピラミッド形を形成して、スプレッダーの断面を半導体ダイ近くで小さくすることによって、応力と剛性を下げることである。
【００２５】
先に述べた様に、少なくとも１つのスプレッダー構成要素は、金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムと連結されていてもよい。ここで用いている「連結される」という用語は、表面及び被覆、層、及び／又はフィルムが、物理的に互いに取り付けられているか、又は、物質又は構成要素の２つの部分の間に、共有及びイオン結合の様な結合力と、ファンデルワールス、拡散結合、静電気、クーロン、水素結合、及び／又は磁気引力の様な非結合力を含め、物理的な引力があることを意味している。更に、ここで用いている「連結される」という用語は、熱スプレッダー構成要素と金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムが、互いに直接取り付けられている状態を包含することを意味するが、この用語は、更に、熱スプレッダー構成要素と金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムが、互いに間接的に連結される状態、例えば、熱スプレッダー構成要素と金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムの間に接着促進層があるか、又は、熱スプレッダー構成要素と金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムの間に全体として別の層がある場合、も包含していることを意味している。
【００２６】
熟考された実施形態では、金属ベースの被覆層は、熱スプレッダーの表面上に層状に敷設することのできるどの様な適した金属であってもよい。或る実施形態では、金属ベースの被覆層は、インジウム金属、Ｉｎ３３Ｂｉ、Ｉｎ３３ＢｉＧｄ、及びＩｎ３Ａｇからのインジウムを備えている。
【００２７】
金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムは、熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面に堆積され又は塗布又は貼り付けられる。金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムは、熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の上に被覆してもよい。「被覆、塗布又は貼り付け、及び堆積する」という用語は、金属ベースの被覆、フィルム、及び／又は層が、液体又は融解物として被覆することができ、条片、層、又はフィルムとして塗布又は貼り付けることができ、或いは、蒸着、めっき、又は電気めっき及び他の適した堆積方法によって堆積させることができることを示すために用いられている。
【００２８】
これらの金属ベースの被覆層は、一般に、最小の孔又は空隙を有する均一な層を生成することができ、且つ比較的高い堆積速度で層を敷設することができる何らかの方法によって敷設される。多くの適した方法及び装置が、この型式の層又は極めて薄い層を敷設するのに利用することができる。熟考された１つの方法は、スポットめっきであり、それについては事例の章で示す。別の方法は、パルスめっきである。パルスめっき（直流めっきとは違って、断続的なめっきである）は、孔及び／又は空隙が無いか又は実質的に無い層を敷設することができる。
【００２９】
薄い層又は極めて薄い層を敷設する別の方法は、パルス周期反転法、即ち「ＰＰＲ」である。パルス周期反転法は、カソード表面でフィルムを実際に「反転する」又は使い果たすことによって、パルスめっき法を超えて１つの段階に進む。パルス周期反転の代表的なサイクルは、５アンペアのカソードで１０ｍｓ、次いで１０アンペアのアノードで０．５ｍｓ、その後２ｍｓのオフタイムである。ＰＰＲには幾つかの利点がある。第１に、各サイクルの間に少量のフィルムを「剥がす」又は使い果たすことによって、ＰＰＲは、後続の各サイクル毎に新しい核生成部位に焦点を当てるので、有孔性が更に下がる。第２に、サイクルは、「使い果たしている」又はサイクルのアノード部分の間に、厚いフィルム領域を選択的に剥がすことによって非常に均一なフィルムを提供するように、作り変えることができる。金めっきは、普通はシアン化物の無い系の中で行われるので、ＰＰＲは、金堆積の様な幾つかの金属堆積では上手く働かない。従って、金は、めっきサイクルの間にシアン化物錯体（キレート）からめっきすることになるが、シアン化物が無く金を再び溶かすことができないので、使い果たすサイクルの間に「剥がす」ことができない。パルスめっきとパルス周期反転システムは、Dynatronix（商標）の様な会社の様な適した供給元から購入することもできるし、現場で（全体的又は部分的に）構築してもよい。
【００３０】
ここに述べている対象物質に使用するための金属ベースの被覆、層、及び／又はフィルムは、薄いか、又は極めて薄い連続する層又はパターンで敷設できなければならない。パターンは、マスクを使用して作成してもよいし、所望のパターンを敷設することのできる装置によって作成してもよい。熟考されたパターンは、どの様な配置の点又はドットを、孤立しているか、又は組み合わせられて線を形成しているか、空間を充填しているかなどに関わらず、含んでいてもよい。従って、熟考されたパターンは、直線及び曲線、線の交差、広くなった又は狭くなった領域を有する線、リボン、重なり合っている線を含んでいる。熟考された薄い層と極めて薄い被覆層は、約１μｍ未満から、約１オングストロームまで、更には材料の単一の原子層のサイズまで薄い範囲にある。具体的には、幾つかの熟考された薄い層は、厚さが約１μｍ未満である。別の実施形態では、熟考された薄い層は、厚さが約５００ｎｍ未満である。或る実施形態では、熟考された極めて薄い層は、厚さが１００ｎｍ未満である。更に別の実施形態では、熟考された極めて薄い層は、厚さが約１０ｎｍ未満である。
【００３１】
熟考された実施形態では、熱インターフェース材料は、熱スプレッダー構成要素の側面の少なくとも１つの側、例えば、底面側、上面側、又は両方の上に直接堆積される。或る熟考された実施形態では、はんだ材料は、シルクスクリーン加工されるか、又は噴射、熱スプレー、液体成形、又は粉末スプレーの様な方法によって、熱スプレッダーの上に直接施される。更に別の熟考された実施形態では、熱インターフェース材料のフィルムは、堆積され、熱インターフェース材料ペーストの事前成形又はシルクスクリーニングの直接取り付けを含め、適切な熱インターフェース材料の厚さを構築する他の方法と組み合わせられる。
【００３２】
層状の熱インターフェース材料と熱伝達材料を形成する方法は、ａ）上面と、底面と、少なくとも１つの熱スプレッダー材料とを備えている熱スプレッダー構成要素を提供する段階と、ｂ）熱スプレッダー構成要素の底面の上に直接堆積される少なくとも１つの熱インターフェース材料を提供する段階と、ｃ）金属ベースの被覆、フィルム、又は層を、熱スプレッダー構成要素の底面の少なくとも一部分の上に堆積、塗布又は貼り付け、又は被覆する段階と、ｄ）少なくとも１つの熱インターフェース材料を、熱スプレッダー構成要素の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分の上に堆積、塗布又は貼り付け、又は被覆する段階と、を含んでいる。
【００３３】
堆積、塗布又は貼り付け、又は被覆されると、熱インターフェース材料の層は、熱スプレッダー材料に直接連結されている部分と、大気に露出しているか、又は熱スプレッダー構成要素を装着する直前に取り除くことのできる保護層又はフィルムによって覆われている部分とを備えている。追加の方法は、少なくとも１つの接着剤構成要素を提供する段階と、少なくとも１つの接着剤構成要素を、少なくとも１つの熱スプレッダー材料の少なくとも１つの表面の少なくとも一部分及び／又は熱インターフェース材料の少なくとも一部分に連結する段階を含んでいる。基板層を含め、少なくとも１つの追加の層は、層状のインターフェース材料に連結することができる。
【００３４】
ここに記載されている様に、最適なインターフェース材料及び／又は構成要素は、高い熱伝導率と高い機械的コンプライアンスを有しており、例えば、力が加えられると弾力的に撓む。高い熱伝導率は、式１の第１項を小さくし、高い機械的コンプライアンスは、第２項を小さくする。ここに記載されている層状のインターフェース材料と、層状のインターフェース材料の個々の構成要素は、これらの目標を達成する。適正に作られると、ここに記載されている熱スプレッダー要素は、熱インターフェース材料と熱スプレッダー構成要素の合わせ面の間の距離に広がって、一方の表面から他方の表面へ連続する高い伝導経路を作ることができる。適した熱インターフェース構成要素は、合わせ面に沿う（表面を「濡らす」）ことができ、低いバルク熱抵抗を有し、低い接触抵抗を有する材料を備えている。
【００３５】
はんだ材料を備えている適したインターフェース材料も、製作し／調製することができる。はんだ材料は、インジウム、銀、銅、アルミニウム、スズ、ビスマス、鉛、ガリウム、及びそれらの合金、銀で被覆された銅、及び銀で被覆されたアルミニウムの様な、どの様な適したはんだ材料又は金属を備えていてもよいが、はんだ材料は、インジウム又はインジウムベースの合金を備えているのが望ましい。適したインターフェース材料は、伝導性フィラー、金属材料、はんだ合金、及びそれらの組み合わせを備えていてもよい。
【００３６】
はんだベースのインターフェース材料は、ここに記載されているように、使用法と構成要素工学に直接関係する幾つかの利点を有しており、例えば、ａ）高いバルク熱伝導率、ｂ）金属結合が、接合表面に形成され、接触抵抗が低いこと、ｃ）インターフェースはんだ材料を、微小構成要素、衛星に用いられる構成要素、及び小型電子構成要素に容易に組み込めること、である。
【００３７】
はんだのバルク弾性係数を下げるために、低弾性係数の金属で被覆されたポリマーの球体又は微少球体の様な追加の構成要素をはんだ材料に加えてもよい。更に、ダイ及び／又は熱スプレッダー表面の濡れを促進するために、追加の構成要素をはんだに加えてもよい。これらの追加は、ケイ化物形成剤、又はシリコンよりも酸素又は窒素に対して親和性が高い元素であると考えられる。追加は、全ての要件を満たす１つの元素でもよいし、それぞれが１つの利点を有する複数の元素でもよい。更に、インジウム又ははんだマトリックス内のドーパント元素の可溶性を増す合金要素を加えてもよい。
【００３８】
熱フィラー粒子を熱インターフェース構成要素内に分散させてもよく、混合物は、好都合に高い熱伝導率を有することになる。適したフィラー材料には、銀、銅、アルミニウム、及びそれらの合金の様な金属と、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、銀で被覆された銅、銀で被覆されたアルミニウム、伝導性ポリマー、及び炭素繊維の様な他の化合物が含まれる。窒化ホウ素と銀、又は窒化ホウ素と銀／銅の組み合わせも、熱の伝導率を強化する。少なくとも２０ｗｔ％の量の窒化ホウ素と、少なくとも約６０ｗｔ％の量の銀は、特に有用である。熱伝導率が約２０Ｗ／ｍ℃より大きいフィラーを使用するのが望ましく、少なくとも約４０Ｗ／ｍ℃のフィラーを使用するのが最も望ましい。最適には、少なくとも約８０Ｗ／ｍ℃の熱伝導性のフィラーを有するのが望ましい。
【００３９】
この他にも、樹脂混合物と少なくとも１つのはんだ材料を備えている、熟考され且つ適した熱インターフェース材料を、生成／調製することができる。樹脂材料は、どの様な適した樹脂材料を備えていてもよいが、樹脂材料は、ビニールシリコン、ビニールＱ樹脂、水素化合物官能シロキサン、及びプラチナビニルシロキサンの様な１つ又は複数の化合物を備えているシリコンベースの材料であることが望ましい。はんだ材料は、インジウム、銀、銅、アルミニウム、スズ、ビスマス、鉛、ガリウム、及びそれらの合金、銀で被覆された銅、及び銀で被覆されたアルミニウムの様な、どの様な適したはんだ材料又は金属を備えていてもよいが、はんだ材料は、インジウム又はインジウムベースの合金を備えているのが望ましい。
【００４０】
ここに記載されている様な、ポリマーはんだ材料、ポリマーはんだハイブリット材料、及び他のはんだベースのインターフェース材料の様なはんだベースのインターフェース材料は、使用法と構成要素工学に直接関係する幾つかの利点を有しており、例えば、ａ）インターフェース材料／ポリマーはんだ材料は、２ミリメートル以下の程度の小さな隙間を埋めるのに用いることができる、ｂ）インターフェース材料／ポリマーはんだ材料は、従来の殆どのはんだ材料とは異なり、それら非常に小さい隙間でも、大きい隙間でも、熱を効率的に散逸させることができる、ｃ）インターフェース材料／ポリマーはんだ材料は、微小構成要素、衛星に用いられる構成要素、及び小型電子構成要素に容易に組み込むことができる、ことである。
【００４１】
樹脂が入っているインターフェース材料とはんだ材料、特にシリコン樹脂を備えていて適切な熱フィラーも有している材料は、０．５℃−ｃｍ２／Ｗ未満の熱能力を呈することができる。熱グリースとは異なり、この材料の熱性能は、熱活性化すると液体シリコン樹脂が架橋して軟らかいゲルを形成するので、ＩＣ装置内で熱サイクル又は流動サイクルを繰り返した後も劣化しない。
【００４２】
シリコン樹脂の様な樹脂を備えているインターフェース材料とポリマーはんだは、熱グリースを使用することができるので「絞り出される」ことはなく、熱サイクルの間に、インターフェース剥離を起こすことはない。新しい材料は、分注方法によって塗布又は貼り付けられる分注可能な液体ペーストとして提供し、必要に応じて硬化させることができる。更に、熱シンクの様なインターフェース面上に事前に塗布又は貼り付けるための、コンプライアンスが高く、硬化され、恐らくは架橋結合可能なエラストマーフィルム又はシートとして提供することもできる。熱伝導率が、約２０Ｗ／ｍ℃を上回る、望ましくは少なくとも約４０Ｗ／ｍ℃のフィラーを使用するのが好都合である。最適には、熱伝導率が約１００Ｗ／ｍ℃以上のフィラーを有するのが望ましい。インターフェース材料は、高電力半導体装置の熱の散逸を高める。ペーストは、官能シリコン樹脂と熱フィラーの混合物として調製することができる。
【００４３】
ビニールＱ樹脂は、以下のベースポリマー構造を有する活性化された硬化特性シリコンゴムである。
【００４４】
【化１】
2009524246.tif 000003
【００４５】
ビニールＱ樹脂は、硬化エラストマーを追加するための透明な補強添加物でもある。少なくとも２０％のＱ樹脂を有するビニールＱ樹脂の分散系の例には、ＶＱＭ−１３５（ＤＭＳ−Ｖ４１ベース）、ＶＱＭ−１４６（ＤＭＳ−Ｖ４６ベース）、及びＶＱＸ−２２１（キシレンベースが５０％）がある。
【００４６】
例えば、熟考されたシリコン樹脂混合物は、以下の様に形成することができる。
【００４７】
【表１】
2009524246.tif 000004
【００４８】
樹脂混合物は、室温又は高温の何れかで硬化させ、コンプライアンスのあるエラストマーを形成させることができる。この反応は、プラチナ錯体又はニッケル錯体の様な触媒が存在する中で、水素化物官能シロキサンによって、ビニール官能シロキサンのヒドロシリル化（追加硬化）を介して行われる。好適なプラチナ触媒は、ＳＩＰ６８３０．０と、ＳＩＰ６８３２．０と、プラチナビニールシロキサンである。
【００４９】
熟考されたビニールシロキサンの例には、約１００００から５００００の分子量を有するビニール末端ポリジメチルシロキサンが含まれる。熟考された水素化物官能シロキサンの例には、約５００から５０００の分子量を有するメチルヒドロシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマーが含まれる。物理的特性は、非常に低い架橋密度で非常に軟らかいゲル材料から、高い架橋密度の堅いエラストマーネットワークまで、変えることができる。
【００５０】
樹脂混合物内に分散させるはんだ材料は、所望の用途に適した何れかのはんだ材料であると考えられる。好適なはんだ材料は、インジウムすず（ＩｎＳｎ）合金、インジウム銀（ＩｎＡｇ）合金、インジウムビスマス（ＩｎＢｉ）合金、インジウムベースの合金、すず銀銅合金（ＳｎＡｇＣｕ）、すずビスマスと合金（ＳｎＢｉ）、及びアルミニウムベースの化合物と合金である。特に好適なはんだ材料は、インジウムを含む材料である。熱スプレッダー又はダイ裏面に対する濡れを促すため、はんだを、追加元素によってドープ処理してもよいし、しなくてもよい。
【００５１】
先に述べた熱インターフェース材料と構成要素と同様に、熱フィラー粒子を、樹脂混合物内に分散させてもよい。熱フィラー粒子が樹脂混合物内に在れば、それらのフィラー粒子は、高い熱伝導率を有しており好都合である。適したフィラー材料には、銀、銅、アルミニウム、及びそれらの合金、窒化ホウ素、アルミニウム球体、窒化アルミニウム、銀で被覆された銅、銀で被覆されたアルミニウム、炭素繊維、及び金属、金属合金、伝導性ポリマー、又は他の複合材材料で被覆された炭素繊維が含まれる。窒化ホウ素と銀、又は窒化ホウ素と銀／銅の組み合わせも、熱伝導性を向上させる。少なくとも２０ｗｔ．％の量の窒化ホウ素、少なくとも７０ｗｔ．％の量のアルミニウム球体、及び少なくとも約６０ｗｔ．％の量の銀が特に有用である。これらの材料は、更に、金属の断片又は焼結した金属の断片を備えていてもよい。
【００５２】
先に説明した蒸気成長炭素繊維と、実質的に球体のフィラー粒子の様な他のフィラーを組み込んでもよい。更に、実質的に球体の形状などは、圧密化中に、或る程度厚さを制御することにもなる。フィラー粒子は、有機シラン、有機チタネート、有機ジルコニウムの様な官能有機金属連結剤又は湿潤剤を追加することによって、分散させ易くなる。有機金属連結剤、具体的には有機チタネートを用いて、塗布又は貼り付け工程の間に、はんだ材料を溶解し易くすることもできる。樹脂材料内のフィラーに有用な代表的な粒子のサイズは、約１から２０μｍの範囲にあり、最大が約１００μｍである。
【００５３】
これらの化合物は、重量百分率が１から２０の少なくとも１つのシリコン化合物、重量百分率が０から１０の有機チタネート、重量百分率が５から９５の少なくとも１つのはんだ材料の内の少なくとも幾つかを備えていてもよい。これらの化合物は、濡れ特性強化剤の様な随意の添加物の内の１つ又はそれ以上を含んでいてもよい。その様な添加物の量は様々であるが、一般に、以下の近似量（ｗｔ．％）、即ち、全体（フィラー＋樹脂）の９５％までのフィラー、（全体の）０．１から５％の濡れ特性強化剤、及び（全体の）０．０１から１％の接着促進剤が存在するのが有用である。少なくとも約０．５％の炭素繊維を追加すると、熱伝導率が大幅に上がることに注目されたい。これらの組成物については、米国特許第６７０６２１９号と、２００４年２月９日出願の米国特許出願第１０／７７５９８９号と、ＰＣＴ／ＵＳ０２／１４６１３号に記載されており、それらは、全て、共同所有されており、それら全体を参考文献としてここに援用する。
【００５４】
熟考されたはんだ組成物は、以下の通りで、（重量で）５２％のインジウムと（重量で）４８％のすずから成り、融点が１１８℃のＩｎＳｎ、（重量で）９７％のインジウムと（重量で）３％の銀から成り、融点が１４３℃のＩｎＡｇ、（重量で）１００％のインジウムから成り、融点が１５７℃のＩｎ、（重量で）９４．５％のすずと（重量で）３．５％の銀と（重量で）２％の銅から成り、融点が２１７℃のＳｎＡｇＣｕ、（重量で）６０％のすずと（重量で）４０％のビスマスから成り、融点が１７０℃のＳｎＢｉである。構成要素の百分率が異なっている他の組成物も、ここに含まれている対象物質から導き出せるものと理解されたい。
【００５５】
ここで考えられている相転移材料は、ワックス、ポリマーワックス、又はパラフィンワックスの様なそれらの混合物を備えている。パラフィンワックスは、一般式ＣｎＨ２ｎ＋２を有し、約２０℃から１００℃の範囲の融点を有する固体の炭化水素の混合物である。幾つか熟考された融点の例を挙げると、約４５℃と６０℃である。この範囲内に融点を有する熱インターフェース構成要素は、ＰＣＭ４５とＰＣＭ６０ＨＤであり、両方共、Homeywell  International社により製造されている。ポリマーワックスは、代表的にはポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスであり、融点約の範囲が４０℃から１６０℃である。
【００５６】
ＰＣＭ４５は、約３．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、約０．２５℃−ｃｍ２／Ｗの熱抵抗を備えており、代表的には、約０．００１５インチ（０．０４ｍｍ）の厚さに塗布又は貼り付けられ、軟らかい材料を備えており、約５から３０ｐｓｉの圧力が加えられると容易に流動化する。ＰＣＭ４５の代表的な特徴は、ａ）８０％を上回る超高パッケージング密度と、ｂ）伝導性フィラーと、ｃ）極めて低い熱抵抗と、先に述べたｄ）約４５℃の相転移温度である。ＰＣＭ６０ＨＤは、約５．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、約０．１７℃−ｃｍ２／Ｗの熱抵抗を備えており、代表的には、約０．００１５インチ（０．０４ｍｍ）の厚さに塗布又は貼り付けられ、軟らかい材料を備えており、約５から３０ｐｓｉの圧力が加えられると、容易に流動化する。ＰＣＭ６０ＨＤの代表的な特徴は、ａ）８０％を上回る超高パッケージング密度と、ｂ）伝導性フィラーと、ｃ）極めて低い熱抵抗と、先に述べたｄ）約６０℃の相転移温度である。ＴＭ３５０（相転移材料を備えていない、Honey  International社により製造されている熱インターフェース構成要素）は、約３．０Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、約０．２５℃−ｃｍ２／Ｗの熱抵抗を備えており、代表的には、約０．００１５インチ（０．０４ｍｍ）の厚さに塗布又は貼り付けられ、熱によって軟らかいゲルに硬化させることのできるペーストを備えている。ＴＭ３５０の代表的な特徴は、ａ）８０％を上回る超高パッケージング密度と、ｂ）伝導性フィラーと、ｃ）極めて低い熱抵抗と、ｄ）約１２５℃の硬化温度と、ｅ）分散させることのできる非シリコンベースの熱ゲルである。ＰＣＭ４５Ｆは、約２．３５Ｗ／ｍＫの熱伝導率と、約０．２０℃−ｃｍ２／Ｗの熱抵抗を備えており、代表的には、約０．００２ｍｍの厚さに塗布又は貼り付けられ、軟らかい材料を備えており、約５から４０ｐｓｉの圧力が加えられると容易に流動化する。ＰＣＭ４５Ｆの代表的な特徴は、ａ）８０％を上回る超高パッケージング密度と、ｂ）伝導性フィラーと、ｃ）極めて低い熱抵抗と、先に述べたｄ）約４５℃の相転移温度である。
【００５７】
相転移材料は、室温では固体で、熱管理構成要素に容易に事前に塗布又は貼り付けることができるので、熱インターフェース構成要素用途には有用である。相転移温度を上回る作動温度では、材料は液体で、熱グリースの様に挙動する。相転移温度は、熱吸収及び拒絶が起こる溶融温度である。
【００５８】
しかしながら、パラフィンベースの相転移材料は、幾つかの欠点を有している。そもそも、この材料は、非常に脆く、扱いにくいこともある。この材料は、更に、塗布又は貼り付けられる装置の隙間から、熱サイクルの間に絞り出される傾向があり、グリースに非常に良く似ている。ここに記載されているゴム−樹脂改質パラフィンポリマーワックス系は、これらの問題を回避し、扱い易さを大幅に改良しており、可撓性テープ又は固体層の形態に生成可能であり、圧力が掛かっても押し出されたり飛び出したりはしない。ゴム−樹脂−ワックス混合物は、同じか又はほぼ同じ温度を有しており、それらの融解粘度は相当に高く、容易には移動しない。更に、このゴム−ワックス−樹脂混合物は、自己架橋して、或る用途での押し出し問題を確実に無くすように設計することができる。熟考された相転移材料の例には、マレイン酸パラフィンワックス、ポリエチレン無水マレイン酸ワックス、及びポリプロピレン無水マレイン酸ワックスがある。ゴム−樹脂−ワックス混合物は、約５０から１５０℃の温度で、機能的に形成され、架橋ゴム−樹脂ネットワークが形成される。
【００５９】
熟考された熱インターフェース構成要素は、分注可能な液体ペーストとして提供し、分注方法（例えば、スクリーン印刷又はステンシル）で塗布又は貼り付けられ、その後、必要に応じて硬化させることができる。熱シンクの様なインターフェース面上に事前に塗布又は貼り付けるための、コンプライアンスが高く、硬化されるエラストマーフィルム又はシートとして提供することもできる。更に、スクリーン印刷又はインクジェット印刷の様な何らかの適した分注方法によって表面に塗布又は貼り付けることのできる、軟らかいゲル又は液体として提供し製作することもできる。更に、熱インターフェース構成要素は、インターフェース面又は電子構成要素に直接塗布又は貼り付けることのできるテープとして提供することもできる。
【００６０】
事前に取り付けられ／事前に組み込まれる熱溶液及び／又はＩＣ（相互接続）パッケージは、ここに記載されている熱インターフェース材料の１つ又は複数の構成要素と、少なくとも１つの接着剤構成要素を備えている。これらの熱インターフェース材料は、多種多様なインターフェース条件と要求に対して、低い熱抵抗を示す。ここで用いている「接着剤構成要素」という用語は、表面取り付けによって他の物質を一体に接着させることができる無機又は有機、天然又は合成のあらゆる物質を意味する。或る実施形態では、接着剤構成要素は、熱インターフェース材料に加え又はそれと混ぜ合わせてもよいし、それが実際に熱インターフェース材料であってもよいし、それを、熱インターフェース材料と混ぜ合わせるのではなく、連結させてもよい。或る熟考された接着剤構成要素の例には、ソニーＴ４４１１の様なソニー社製の両面テープ、３Ｍ  Ｆ９４６０ＰＣ、又はソニーＴ４１００Ｄ２０３が含まれる。別の実施形態では、接着剤は、熱インターフェース材料に関係なく、熱散布構成要素をパッケージ基板に取り付けるという追加的機能を果たす。
【００６１】
熱インターフェース構成要素、架橋可能な熱インターフェース構成要素、及び熱スプレッダー構成要素は、ここで先に述べた方法を使って個々に準備し提供することができる。２つの構成要素は、次に、物理的に連結され層状のインターフェース材料が生成される。ここで用いられている「インターフェース」という用語は、物質又は空間の２つの部分の間に共通の境界を形成する連結又は結合を意味する。インターフェースは、物質又は構成要素の２つの部分の物理的な取り付け又は物理的な連結、又は、物質又は構成要素の２つの部分の間の、共有及びイオン結合の様な結合力と、ファンデルワールス、静電気、クーロン、水素結合、及び／又は磁気引力の様な非結合力とを含め、物理的な引力を含んでいる。ここに記載する２つの構成要素も、一方の構成要素を他の構成要素の表面に塗布又は貼り付けるという行為によって物理的に連結される。
【００６２】
次に、層状のインターフェース材料が、基板、他のインターフェース材料、又は他の層状材料に塗布又は貼り付けられる。電子構成要素は、層状のインターフェース材料、基板層、及び追加の層を備えている。層状のインターフェース材料は、熱スプレッダー構成要素と熱インターフェース構成要素を備えている。ここで考えられている基板は、どの様な望ましい実質的に固体の材料を備えていてもよい。具体的な望ましい基板層には、フィルム、ガラス、セラミック、プラスチック、金属又は被覆された金属、又は複合材材料が含まれる。好適な実施形態では、基板は、シリコン又はゲルマニウムのヒ化物ダイ又はウェーハ表面と、銅、銀、ニッケル、又は金めっきされた鉛フレームに見られる様なパッケージング面と、回路板又はパッケージ相互接続トレースに見られる様な銅表面と、ビア−壁又は補強材インターフェース（「銅」は、裸銅とその酸化物も考慮に入れる）と、ポリイミドベースの可撓性パッケージに見られる様なポリマーベースのパッケージング又はボードのインターフェースと、鉛又は他の金属合金のはんだボール表面と、ガラスと、ポリイミドの様なポリマーと、を備えている。「基板」は、粘着性インターフェースを考えた場合、他のポリマー材料として定義することもできる。更に好適な実施形態では、基板は、シリコン、銅、ガラス、及び他のポリマーの様なパッケージング及び回路板業界で一般的な材料を備えている。
【００６３】
追加の材料の層は、層状構成要素又は印刷回路板を構築し続けるために、層状のインターフェース材料に連結させてもよい。追加の層は、金属、金属合金、複合材材料、ポリマー、モノマー、有機化合物、無機化合物、有機金属化合物、樹脂、接着剤、及び光学導波材料を含め、ここで既に記載したのと同様の材料を含んでいるであろうと考えられる。
【００６４】
幾つかの方法と多くの熱インターフェース材料を用いて、これらの事前に取り付けられ／事前に組み込まれる熱溶液構成要素を形成することができる。熱溶液／パッケージ及び／又はＩＣパッケージを形成するための方法は、ａ）ここに記載されている熱伝達材料を提供する段階と、ｂ）少なくとも１つの接着剤構成要素を提供する段階と、ｃ）少なくとも１つの表面又は基板を提供する段階と、ｄ）少なくとも１つの熱伝達材料及び／又は少なくとも１つの接着剤構成要素を備えている材料を連結させ、接着ユニットを形成する段階と、ｅ）接着ユニットを少なくとも１つの表面又は基板に連結させ、熱パッケージを形成する段階と、ｆ）随意的に、追加の層又は構成要素を熱パッケージに連結させる段階と、を含んでいる。
【００６５】
ここに記載した、熟考された熱溶液、ＩＣパッケージ、熱インターフェース構成要素、層状のインターフェース材料、及び熱スプレッダー構成要素の塗布又は貼り付けは、材料及び／又は構成要素を別の層状材料、電子構成要素、又は完成した電子製品に組み込む段階を含んでいる。電子構成要素は、ここで考えている様に、一般に、電子ベースの製品に用いることのできる何らかの層状の構成要素を備えていると考えられる。熟考された電子構成要素は、回路板、チップのパッケージング、分離器シート、回路板の誘電性構成要素、印刷配線板、及びコンデンサ、誘導器、及び抵抗器の様な回路板の他の構成要素を備えている。
例
ここで考えている様に、少なくとも１つの金属ベースの被覆を塗布又は貼り付ける１つの方法は、スポットめっきによるものであり、これは、金属ベースの被覆を銅の熱スプレッダーのバリヤ層（Ｎｉ）の表面に塗布又は貼り付けることである。スポットめっきは、通常、はんだ又ははんだポリマーハイブリッドＴＩＭ（熱インターフェース材料）を取り付けるための所望の面積に、電解めっきで行われる。スポットめっきされた面積は、顧客の仕様に合わせた寸法にすることができ、被覆の厚さは、約１５ミクロン以下とすることができる。この例では、金属ベースの被覆は、インジウムを備えている。
【００６６】
ＴＩＭ１の金属ベースのコンボスプレッダーを製造する段階は、段階的プレス工程を含んでいる。（図１及び図２Ａ参照）この工程は、事前成形品と、それぞれから取り外され、その後一体に配置される正味酸化物を有する、インジウムでスポットめっきされたスプレッダー（図１では１０５で示されているインジウムスポットと、図１では１０８で示されているインジウム層）と、で開始される（１１０）。最初にこの様に配置された後、アッセンブリは、プレス機の中に配置される。プレス機内のアッセンブリには、１層の平滑な保護層（１２０）が添えられており、その層は、次に、事前成形品（１５０）の中心で圧縮を開示するプレスラム（１４０）によってコンプライアンスのある材料（１３０）でプレスされる。保護層（１２０）が事前成形品（１５０）全体を包むと、最初の事前成形で取り込まれたエアポケットがあれば、それを取り除かねばならない。図１では、インジウム事前成形品とスポットめっきされた表面のインターフェースに在る多くの空隙を除去するため、圧力の第１の印加が行われる。コンプライアンスのある材料は、垂直な力を印加して、スポットめっきされた表面に亘ってインジウムを動かし、この接合点の接着を支援する剪断力を作り出す。
【００６７】
保護層を追加した後、コンプライアンスのある材料の第２層が続き更にプレスラムと接触している堅い材料の第３層が続いているＩｎの事前成形品に対して、保護層を使って第２のプレスが印加される。図２Ａは、第２及び第３プレスに用いられるアッセンブリ（２００）を示している。プレスラム（２４０）は、この実施形態ではインジウムのスポット（２０５）を含んでいる材料層の押圧を開始する。堅い材料（２８５）は、コンプライアンスのある材料への均一な接触を維持し、荷重を均一に分配する役に立つ。保護プラスチック層（２２０）は、右側に見られる様に、インジウム（２０８）を、平滑で光沢のある仕上げにする。コンプライアンスのある材料（２８０）は、熱スプレッダー（２９０）を備えているインジウム事前成形品（２１０）の或る程度の剪断運動を許容するが、熱スプレッダー（２２５）が望ましくない領域へ越流することも含まれる。この第２アッセンブリは、次に、所望の結果得るため、第２プレスの印加に供され、次いで第３プレスに供される。このプレス印加は、インジウムスポットめっきとインジウム事前成形品を低温溶接することにもなる。図２Ｂは、インジウム事前成形品（２９５）を備えている完成した熱スプレッダーを示している。
【００６８】
図３−５は、インジウムコンボスプレッダーを生成するために熟考された工程マップを（３つの部分で）示している。３つ全ての図面にキーが示されており、「Ｃ」は制御可能であり、「Ｓ」は標準的な作動手順であり、「Ｎ」はノイズであり、「Ｘ」は非常に需要である。熟考された入力（３１０）を図３に示しているが、それは、工程の段階が開始される前に工程に提供される。段階１（３２０）は、熟考されたスプレッダーは、めっきの準備が整い、工程に投入されることを示している。段階２（３３０）は、スプレッダーのニッケルめっきを含んでいる。段階３（３４０）では、金属ベースの被覆、層、又はフィルム−この実施形態ではインジウムスポット−が塗布又は貼り付けられる。段階４（３５０）では、インジウム層の事前成形品が巻き解かれる。このインジウム層の事前成形品は、図１と図２で、それぞれ番号１０８と２０８である。段階５（３６０）では、事前成形品が形成される。
【００６９】
図４は、熟考された工程マップの部分２を示している。段階６（４１０）は、インジウム事前成形品とインジウムスポットを機械的に洗浄する段階を含んでいる。機械的に洗浄された、インジウム被覆されたニッケルめっきされた熱スプレッダーと、機械的に洗浄されたインジウム事前成形品に、プレスの段階が続く。段階７（４２０）は、インジウム事前成形品をニッケルめっきされたスプレッダーの上に配置する段階を含んでいる。洗浄された事前成形品は、洗浄された、インジウム被覆されたニッケルめっきされた熱スプレッダーの上の所望の区域に配置される。次に、プラスチックの装飾及び保護層が、インジウム事前成形品の上面上に配置される。段階８（４３０）は、ここで論じる様に、第１プレス段階を含んでいる。次に、プレス印加が、＞４０ｐｓｉで、コンプライアンスのある工程によって行われ、インジウムと、インジウム被覆されニッケルめっきされた熱スプレッダーとの接合部から空気が除去される。コンプライアンスのある材料が事前成形品の全面を覆ったときに、空気は、接合部から十分に除去されることになる。段階９（４４０）は、これもここで論じる様に、第２プレス段階を含んでいる。コンプライアンスのあるプレスの後では、アッセンブリは、インジウム事前成形品をインジウム被覆されたニッケルめっきされた熱スプレッダーに堅く取り付ける第２プレスの準備が整っている。装飾的な転写材料の層が、インジウム事前成形品の上に配置され、その後、所望の形状を保持することになるコンプライアンスのあるテフロン層が配置される。次に、プレスの間に事前成形品の平坦度を保持するため、堅い材料がコンプライアンスのあるテフロン層の上に配置される。
【００７０】
図５は、熟考された工程マップの部分３を示している。段階１０（５１０）は、コンボスプレッダーを形成するための追加のプレス段階を含んでいる。このアッセンブリは、次に、インジウム事前成形品を堅く取り付けるため、＞５００ｐｓｉの高圧でプレスされる。次に、インジウム事前成形品と、ニッケルめっきされた熱スプレッダー上のインジウム被覆との融合を促進するため、第３プレス印加が行われる。同じアッセンブリは、第２プレスに供されたように、第３プレスに供される。このアッセンブリは、次に、接合部の融合を達成するため、＞１０００ｐｓｉの荷重でプレスされる。この第３プレスによって、その部分は、プレスアッセンブリを形成している材料を置き換えることによって制御される平坦度と粗さを有することができる。所望の寸法的結果を実現するために、もっと多くのプレス段階を追加することもできる。段階１１（５２０）は、検査段階である。出力５３０は、図２Ｂにも示している完成したコンボスプレッダーの特性及び期待値を示している。
例２
熟考されたコンボスプレッダーは、型押し又は型押しされたパターンによっても形成することができる。図６は、これらの熟考された実施形態の内の１つに関する工程フローチャートと構成図（６００）を示している。この実施形態によれば、銅スプレッダーは、取り付け区域上のパターンを使って型押しされる（６１０）。次に、先に述べた様に、表面が被覆される（６２０）。ポリマー、シリコン、インジウム、又は他のはんだを備えているＴＩＭ１の事前成形品が取り付けられる（６３０）。次に、プレス又はリフロー工程が完了すると（６４０）、コンボスプレッダーが形成される（６５０）。この型式の型押しされたコンボスプレッダーの利点は、ａ）表面の濡れ特性が改良されること、ｂ）取付厚さが減るため熱伝導率が改善されること、ｃ）結合中に表面酸化物が破壊されること、及びｃ）洗浄コストが下がること、である。図７Ａは、型押しダイ（７１０）と熟考されたスプレッダー（７２０）を示している。図７Ｂは、型押し工程が完了した後の、熟考されたスプレッダー（７２０）を示している。スプレッダーの型押しされた区画（７２５）に注目されたい。図８と図９は、利用できるコンボスプレッダーの別の熟考された構成を示している。図８は、底の凹面（８３０）に取り付けられた１つの熱インターフェース材料層（８２０）を有する熱スプレッダー（８１０）を示している。図９は、底面（９３０）に取り付けられた１つの熱インターフェース材料層（９２０）と、上面（９５０）に取り付けられた追加の熱インターフェース材料（９４０）を有する、別の熟考された熱スプレッダー（９１０）を示している。
【００７１】
以上、熱溶液、ＩＣパッケージング、熱性相互接続及びインターフェース材料の具体的な実施形態及び用途を開示してきた。しかしながら、当業者には自明のように、ここに記載した本発明の概念から逸脱することなく、既に説明した修正に加えて、更に多くの修正を施すことができる。本発明の主題は、従って、開示の精神を除いて拘束されるものではない。更に、開示を解釈するに際し、全ての用語は、文脈と整合する最も幅広い可能性のある見方で解釈しなければならない。特に、「備える」と「備えている」という用語は、要素、構成要素、又は段階を非排他的に言及しており、言及された要素、構成要素、又は段階は、明示的にに言及されていない他の要素、構成要素、又は段階と共に存在するか、利用されるか、又は組み合わせられることを示しているものと解釈されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】熟考された熱伝導材料と熟考されたプレスアッセンブリを示している。
【図２】図２Ａは、熟考された熱伝導材料と熟考されたプレスアッセンブリを示している。図２Ｂは、熟考された熱伝導材料を示している。
【図３】熱伝導材料及び／又はコンボスプレッダー構成要素を形成するための熟考された工程マップの部分１を示している。
【図４】熱伝導材料及び／又はコンボスプレッダー構成要素を形成するための熟考された工程マップの部分２を示している。
【図５】熱伝導材料及び／又はコンボスプレッダー構成要素を形成するための熟考された工程マップの部分３を示している。
【図６】熟考された熱伝導材料及び／又はコンボスプレッダー構成要素の工程フローチャート及び概略図を示している。
【図７】図７Ａは、熟考された実施形態を型押しダイと型押し加工された熱伝導材料で示している。図７Ｂは、型押し加工された熱伝導材料を別の視点で示している。
【図８】熟考された熱伝導材料を示している。
【図９】熟考された熱伝導材料を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達材料において、
上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えており、少なくとも１つの表面が、金属ベースの被覆、層、又はフィルムと連結されている、熱スプレッダー構成要素と、
前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の上に堆積されている、少なくとも１つの熱インターフェース材料と、を備えている熱伝達材料。
【請求項２】
前記熱伝達材料は、少なくとも１つの接着剤構成要素を更に備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項３】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱スプレッダー構成要素、前記熱インターフェース材料、又はそれらの組み合わせに連結されている、請求項２に記載の熱伝達材料。
【請求項４】
前記少なくとも１つの接着剤構成要素は、前記熱インターフェース材料の内の少なくとも幾つかに混ぜ合わせられている、請求項２に記載の熱伝達材料。
【請求項５】
前記熱スプレッダー構成要素は、金属、金属ベースの材料、高い伝導率の非金属、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項６】
前記熱スプレッダー構成要素分は、ニッケル、アルミニウム、銅、シリコン、カーボン、銅、グラファイト、ダイヤモンド、又はそれらの組み合わせを備えている、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項７】
前記金属ベースの被覆、層、又はフィルムは、インジウムを備えている、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項８】
熱伝達材料を形成する方法において、
上面、底面、及び少なくとも１つの熱スプレッダー材料を備えており、少なくとも１つの表面は、金属ベースの被覆、層、又はフィルムと連結されている、熱スプレッダー構成要素を提供する段階と、
前記熱スプレッダー構成要素の少なくとも１つの表面の上に堆積されている、少なくとも１つの熱インターフェース材料を提供する段階と、
前記少なくとも１つの熱インターフェース材料を、前記熱スプレッダー構成要素の前記少なくとも１つの表面の上に堆積させる段階と、から成る方法。
【国際調査報告】
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