(57)【要約】  本明細書に記載される熱伝達材料は、上面、下面ｌおよび少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素と、熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料とを含む。層状熱インタフェース材料と熱伝達材料を形成する方法は、ａ）上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素を提供することと、ｂ）熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を提供することと、およびｃ）熱スプレッダ要素の下面に少なくとも１つのはんだ材料を付着することとを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝達材料であって、
上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素と、
熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料とを含む、熱伝達材料。
【請求項２】
はんだ材料が、さらに基板と結合される、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項３】
基板が、シリコンを含む、請求項２に記載の熱伝達材料。
【請求項４】
基板が、金属被覆されたシリコンダイである、請求項３に記載の熱伝達材料。
【請求項５】
熱スプレッダ要素が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項６】
熱スプレッダ要素が、ニッケル、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項７】
金属系材料が、シリコン、炭素、またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項８】
熱スプレッダ要素が、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項９】
厚さが、約１ｍｍから約５ｍｍである、請求項８に記載の熱伝達材料。
【請求項１０】
少なくとも１つのはんだ材料が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１１】
金属が、遷移金属を含む、請求項１０に記載の熱伝達材料。
【請求項１２】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、またはビスマスを含む、請求項１１に記載の熱伝達材料。
【請求項１３】
金属系材料が、合金を含む、請求項１１に記載の熱伝達材料。
【請求項１４】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマス、またはそれらの組合せを含む、請求項１３に記載の熱伝達材料。
【請求項１５】
貴金属または低温シリサイドフォーマの層をさらに含む、請求項１２または１３に記載の熱伝達材料。
【請求項１６】
低温シリサイドフォーマが、銀、プラチナ、またはパラジウムを含む、請求項１５に記載の熱伝達材料。
【請求項１７】
低温シリサイドフォーマが、フラッシュ層を生成する、請求項１６に記載の熱伝達材料。
【請求項１８】
はんだ材料が、電着を用いて直接付着される、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１９】
熱伝達材料の形成方法あって、
上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素を提供することと、
熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を提供することとと、
熱スプレッダ要素の下面に少なくとも１つのはんだ材料を付着することを含む、熱伝達材料の形成方法。
【請求項２０】
はんだ材料が、さらに基板に結合される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
基板が、シリコンを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
基板が、金属被覆されたシリコンダイである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
熱スプレッダ要素が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
熱スプレッダ要素が、ニッケル、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
金属系材料が、シリコン、炭素、またはそれらの組合せを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
熱スプレッダ要素が、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
厚さが、約１ｍｍから約５ｍｍである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも１つのはんだ材料が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
金属が、遷移金属を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、またはビスマスを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
金属系材料が、合金を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
合金が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマス、またはそれらの組合せを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
貴金属または低温シリサイドフォーマの層をさらに備える、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３４】
低温シリサイドフォーマが、銀、プラチナ、またはパラジウムを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
低温シリサイドフォーマが、フラッシュ層を生成する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
はんだ材料が、電着を用いて直接付着される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年６月６日に提出され、ハネウェル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．）により共有される、米国特許仮出願第６０／４７６７６８号に優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の分野は、電子部品、半導体部品、およびその他の関連する層状材料用途における熱相互接続システムである。
【背景技術】
【０００３】
電子部品は、増加の一途をたどる消費者および市販電子製品において使用されている。これらの消費者および市販製品のいくつかの例は、テレビ、パソコン、インターネットサーバ、携帯電話、ページャ、手のひらサイズのシステム手帳、携帯ラジオ、カーステレオ、または遠隔制御装置などである。これらの消費者および市販電子装置の需要が高まるにつれ、それらが、消費者や企業にとって、より小さく、より機能的で、よりコスト効果が高く、より熱効率がよく、より持ち運びしやすくなることが求められている。
【０００４】
これらの製品の小型化の結果、その製品を構成する部品もより小さく、より良好に製造および設計されねばならない。小型化や縮小の必要な部品の例は、プリント回路または配線板、抵抗器、配線、キーボード、タッチパッド、およびチップパッケージングなどである。
【０００５】
したがって、より小さな電子部品の需要に応じるために縮小および／または結合させることのできる、より優れた構築材料および方法があるかどうかを判断するため、部品が、分析されかつ調査される。層状部品では、１つの目的は、層の数を減らすと同時に、残りの層の機能性と耐久性を高め、製造工程を減らし、コスト効率を高めることであると思われる。しかし、機能性を犠牲にせずに層の数を容易に減らすことができないとすれば、これらのタスクは困難であろう。
【０００６】
また、電子機器が小型化し、より高速で動作するようになるにつれ、熱の形で放出されるエネルギーも劇的に増大する。業界の一般的な慣習では、物理インタフェースを横切って放散される余分な熱を伝達するそのような装置では、単独でまたはキャリヤ上で熱グリースまたはグリース状材料を使用する。最も一般的な種類の熱インタフェース材料は、熱グリース、位相変化材料、およびエラストマーテープである。熱グリースまたは位相変化材料は、非常に薄い層に広げられる能力のため、エラストマーテープよりも熱抵抗が低く、隣接する面間に密な接触を提供する。典型的な熱インピーダンス値は、０．１℃ｃｍ２／Ｗから１．６℃ｃｍ２／Ｗである。しかし、熱グリースの重大な欠点は、熱的性能が、たとえば６５℃から１５０℃までの熱サイクルの後に、あるいはＶＬＳＩチップで使用される際のパワーサイクリングの後に、大幅に悪化する点にある。これらの材料の性能は、表面平坦性からの大きな逸脱が、電子装置内の接合面間に間隙を形成させるとき、あるいは接合面間の大きな間隙が、製造公差などの他の理由で存在するときに、悪化することが分かっている。これらの材料の熱伝達性が弱まると、それらの材料を使用する電子装置の性能が悪影響を受ける。
【０００７】
部品からの熱の排除を促進するのに、有機ペーストやエポキシも使用されている。この使用例の１つが、シリコンと、ニッケルめっきされた銅スプレッダ等の熱スプレッダとの間のインタフェースに、有機ペーストおよび／またはエポキシを塗布することである。これらのペーストおよびエポキシは、熱伝達を向上させるため、金属またはその他の熱伝導粒子で通常満たされる。部品が小型化し複雑化するほど、排除されるべき熱の量は、固体金属熱インタフェースが必要となる点まで上昇する。大部分の従来の適用例では、固体金属熱インタフェースは、融点が１４０℃から２００℃のはんだ材料である。
【０００８】
熱を放散するのに、はんだ材料が部品内に多く利用されればされるほど、はんだとニッケルとのインタフェースでの有害なニッケル酸化物の生成のため、フラックスなどの材料を使用せずに、ニッケルをはんだ付けすることが困難になることが分かっている。フラックスの使用なしにはんだ接合を完了させる近年のアプローチの１つでは、はんだ接合が形成される正確な位置に、金スポットを電着する。このアプローチは、Ｄｅｐｐｉｓｃｈらに発行される米国特許第６，５０４，２４２号（２００３年１月７日）に記載される。このアプローチは、機能的にうまく働くが、スポット内に含まれる金の価格は、部品のコスト効率にとって有害である。さらに、金スポットまたは金インタフェースを有する接合を完成させるには、少なくとも２つの工程段階、金の付着とはんだ材料の塗布が必要である。これらの追加工程段階は、費用だけでなく時間もかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、ａ）装置の寸法と層の数を最小限にとどめつつ、顧客の仕様を満たす、熱相互接続および熱インタフェース材料、層状の材料、部品、および製品を設計し製造することと、ｂ）材料、部品、または完成した製品の適合性要件に関して、より効率的でより良好に設計された材料、製品、および／または部品を製造することと、ｃ）所望の熱相互接続材料、熱インタフェース材料、および層状の材料、ならびに意図される熱インタフェースおよび層状材料を含む部品／製品を製造する信頼性の高い方法を開発することと、ｄ）高い熱伝導性と高い機械コンプライアンスを有する材料を開発することと、ならびにｅ）パッケージアセンブリに必要な製造段階の数を有効に減らすことにより、他の従来の層状材料および工程に対してより低コストの所有権を得ることが求められ続けている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書に記載される熱伝達材料は、上面と、下面と、少なくとも１つの熱スプレッダ材料とを含む熱スプレッダ要素と、少なくとも１つのはんだ材料とを含み、はんだ材料は、熱スプレッダ要素の下面に直接付着される。
【００１１】
層状熱インタフェース材料および熱伝達材料を形成する方法は、ａ）上面と下面と少なくとも１つの熱スプレッダ材料とを含む熱スプレッダ要素を提供することと、ｂ）熱スプレッダ材料の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を提供することと、ｃ）熱スプレッダ要素の下面に少なくとも１つのはんだ材料を付着することと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
適切なインタフェース材料または要素は、接合面（表面の「濡れ」）に従い、低バルク熱抵抗と低接触抵抗を有するべきである。バルク熱抵抗は、材料または要素の厚さ、熱伝導率、および面積の関数として表すことができる。接触抵抗は、材料または要素がどの程度、接合面、層、または基板と接触することができるかに関する測定値である。インタフェース材料または要素の熱抵抗は、以下のように示すことができる。
Θｉｎｔｅｒｆａｃｅ＝ｔ／ｋＡ＋２Θｃｏｎｔａｃｔ
ただし、Θは、熱抵抗であり、
ｔは、材料の厚みであり、
ｋは、材料の熱伝導率であり、
Ａは、インタフェースの面積である。
【００１３】
用語「ｔ／ｋＡ」は、バルク材料の熱抵抗を表し、「２Θｃｏｎｔａｃｔ」は、２つの面での熱接触抵抗を表す。適切なインタフェース材料または要素は、すなわち接合面で、低バルク抵抗と低接触抵抗を有するべきである。
【００１４】
多くの電子および半導体適用では、インタフェース材料または要素は、熱膨張率（ＣＴＥ）の不一致による、要素の製造および／または反りから生じる表面平坦性からの逸脱を吸収しなければならない。熱グリースなどの、ｋの値が低い材料は、インタフェースが薄い場合、つまり「ｔ」の値が低いときに良好に動作する。インタフェース厚がわずか約０．００５ｍｍ（０．００２インチ）増えるだけで、熱性能が劇的に低下する可能性がある。また、このような適用では、接合要素間のＣＴＥの差異により、それぞれの温度またはパワーサイクルで、間隙が拡張および収縮する。このインタフェース厚の変動は、インタフェースから離れた流体インタフェース材料（グリースなど）のポンピングを引き起こす場合がある。
【００１５】
面積の大きなインタフェースは、製造されたときの表面平坦性から逸脱しやすい。熱性能を最適化するため、インタフェース材料は、非平坦面、ひいてはより低い接触抵抗に適合できるべきである。最適なインタフェース材料および相互接続材料、および／または要素は、高熱伝導率と高機械コンプライアンスを備え、たとえば力が印加されるときに弾性を生じる。高熱伝導率は、式１の第１の項を低減させ、高機械コンプライアンスは第２の項を低減させる。
【００１６】
上述したように、本明細書に記載される層状のインタフェース材料および個々の要素のいくつかの目的は、ａ）装置の寸法と層の数を最小限にとどめつつ、顧客の仕様を満たす、熱相互接続および熱インタフェース材料、層状の材料、部品、および製品を設計し製造すること、ｂ）材料、部品、または完成した製品の適合性要件に関して、より効率的でより良好に設計された、材料、製品、および／または部品を製造すること、ｃ）所望の熱相互接続材料、熱インタフェース材料、および層状の材料、並びに意図される熱インタフェースおよび層状材料を含む部品／製品を製造する、信頼性の高い方法を開発すること、ｄ）高い熱伝導性と高い機械コンプライアンスを有する材料を開発すること、ならびにｅ）パッケージアセンブリに必要な製造段階の数を有効に減らすことにより、他の従来の層状材料および工程に対してより低コストの所有権を得ることである。
【００１７】
本明細書に記載される層状インタフェース材料と、層状インタフェース材料の個々の要素とは、これらの目的を満たす。適切に製造されれば、本明細書に記載される熱スプレッダ要素は、熱インタフェース材料と熱スプレッダ要素の接合面間の距離を拡大することにより、一方の面から他方の面までの連続的な熱伝導路を可能にする。
【００１８】
本明細書に意図される、熱伝達材料を含む要素と材料は、熱スプレッダ要素とはんだ材料とを含む。熱スプレッダ要素は、上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む。はんだ材料は、熱スプレッダ要素の下面に直接付着される。これらの要素と材料は、金などの材料の使用とコストを排除し、従来工程に存在する組立間にはんだを分与する余分な工程段階を省略する方法を用いて、通常製造される。熱スプレッダ要素の下面にはんだ材料を付着すると、はんだの塗布前に、熱スプレッダ要素の上面に形成される可能性がある酸化物を有効に処理する必要がなくなる。また、はんだ材料は、濡れ性を向上させる、あるいははんだと基板との間に低温シリサイドおよび／または結合材を形成することにより、基板面への接着度が向上するように調整されることができる。
【００１９】
意図される実施形態では、はんだ材料が、熱スプレッダ要素の下面に直接付着される。ある意図される実施形態では、はんだ材料が、電着により付着される。別の意図される実施形態では、はんだ材料が、スクリーン印刷されるか、あるいは熱スプレッダ上に直接分与される。さらに別の意図される実施形態では、はんだ膜が付着され、プレフォームの直接取り付けまたははんだペーストのシルクスクリーン印刷を含む、適切なはんだ厚を構築する他の方法と組み合わされる。
【００２０】
層または極薄層を付ける別の方法は、パルス周期反転法（ＰＰＲ）である。パルス周期反転法は、カソード面で膜を実際に「反転させる」または除去することにより、パルスめっき方法を越える一工程に進む。パルス周期反転の典型的なサイクルは、カソード５ａｍｐｓで１０ｍｓ、その後アノード１０ａｍｐｓで０．５ｍｓ、その後２ｍｓのオフタイムである。ＰＰＲにはいくつかの利点がある。まず、各サイクル間に少量の膜を「剥ぐ」あるいは除去することにより、ＰＰＲは、各連続サイクル間に新たな核形成部位を形成させて、さらに空孔率を低減させる。第２に、サイクルの「除去」またはアノード部分間に、厚い膜領域を選択的に剥ぐことによって、極めて均一な膜を提供するようにサイクルを調整することができる。パルスめっきおよびパルス周期反転システムは、ダイナトロニクス（Ｄｙｎａｔｒｏｎｉｘ）（ｗｗｗ．Ｄｙｎａｔｒｏｎｉｘ．ｃｏｍ）のような企業などの適切な供給源から購入する、あるいは現場で（全体または一部を）構築することができる。これらの付着方法は、２００３年２月１９日に提出され、ハネウェル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．）により共有され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許仮出願第６０／４４８，７２２号に記載されている。
【００２１】
これらの層は、最少量の孔を有する、好ましくは比較的高い付着速度の均一層を製造することのできる方法によって付けられることもできる。この種の層または極薄層を付けるには、多くの適切な方法および装置が利用できるが、高品質の材料層を達成する最善の装置および方法の１つは、本明細書に記載されるパルスめっきまたは直流めっきなどの、電着および／または関連する技術である。パルスめっき（直流めっきと対照的な断続めっき）は、孔および／または空隙がない、あるいは実質上ない層を付けることができ、孔のない電着層にとって通常好ましい。
【００２２】
本明細書に記載される、熱インタフェース材料、および熱相互接続材料、および層は、ニッケル、銅、アルミニウム、シリコン、炭素、およびＡｌＳｉＣなどのそれらの組合せなど、ハネウェル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．）により製造され、熱スプレッダとして分類される金属および／または金属系の材料、すなわち、熱を放散するために作用する材料を含むことができる。熱相互接続材料および層は、金属、合金、および以下の設計目的の少なくとも１つを満たす適切な複合材料を含むこともできる。
・  薄層または極薄層またはパターン内に付けられることができる。
・  従来の熱接着よりも、より良好に熱エネルギーを伝導することができる。
・  比較的高い付着速度を有する。
・  付着層に孔を生じさせずに表面または他の層に付着されることができる。
・  材料の下位層の移動を制御することができる。
【００２３】
有利なことには、これらの材料を含む、熱インタフェース材料、熱相互接続材料、要素、および製品は、予め取り付けられた／予め組み立てられた熱溶液および／またはＩＣ（相互接続）パッケージであってもよい。
【００２４】
意図される層状熱インタフェース材料および熱伝達材料の形成方法は、ａ）上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素を提供することと、ｂ）熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を提供することと、およびｃ）熱スプレッダ要素の下面に少なくとも１つのはんだ材料を付着することを含む。基板層、表面、接着剤、コンプライアント繊維状要素、あるいはその他の適切な層または熱インタフェース材料を含む、少なくとも１つの追加層を、層状熱インタフェース材料および／または熱伝達材料に結合させることができる。
【００２５】
上述したように、熱相互接続材料、熱伝導相互接続システム、および層は、金属、合金、および適切な複合材料を含むことができ、以下の設計目的の少なくとも１つを満たす。すなわち、ａ）薄層または極薄層またはパターン内に付けられることができる、ｂ）従来の熱接着よりもより良好に熱エネルギーを伝導することができる、ｃ）比較的高い付着速度を有する、ｄ）付着層に孔を生じさせずに表面や他の層に付着されることができる、ｅ）材料の下位層の移動を制御することができることである。
【００２６】
使用に適した熱相互接続材料および層は、薄層または極薄層またはパターン内に付けられることができる。パターンは、マスクの使用により作製することができる、あるいは所望のパターンを付けることができる装置によって作製されることができる。意図されるパターンは、隔離されているか、またはライン、充填された空間などを形成するために結合される、点またはドットのあらゆる配置を含む。したがって、意図されるパターンは、直線、曲線、線の交差、広がったまたは狭まった領域を有する線、リボン、重なり合う線を含む。意図される熱相互接続材料の薄層または極薄層は（線厚および／またはめっき厚）、約１μｍ未満から、少なくとも１オングストロームまたは材料の１原子層の寸法までに及ぶことができる。
【００２７】
意図されるはんだ材料は、所望の融点と熱伝達特性を提供するように選択される。意図されるはんだは、約４０℃から約２５０℃の温度範囲で溶解するように選択される。いくつかの意図される実施形態では、はんだ材料は、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマスなどの純金属、または前述の金属の少なくとも１つを含む合金を含む。本明細書で使用される場合、「金属」という用語は、元素周期表のｄブロックおよびｆブロックに属する元素と、シリコンやゲルマニウムなどの金属に似た特性を有する元素を意味する。本明細書で使用される場合、「ｄブロック」という用語は、元素の核の周囲の３ｄ、４ｄ、５ｄ、および６ｄ軌道を満たす電子を有する元素を意味する。本明細書で使用される場合、「ｆブロック」という用語は、ランタニドとアクチニドを含む、元素の核の周囲の４ｆおよび５ｆ軌道を満たす電子を有する元素を意味する。好ましい金属は、インジウム、銀、銅、アルミニウム、すず、ビスマス、ガリウムおよびそれらの合金、銀めっき銅、および銀めっきアルミニウムを含む。「金属」という用語は、合金、金属／金属化合物、金属セラミック化合物、金属ポリマ化合物、ならびにその他の金属化合物も含む。
【００２８】
いくつかの意図される実施形態では、純インジウムが、１５６℃の融点を有するため、はんだ材料として選択される。これらの実施形態では、シアン化インジウム、フッ化インジウム、インジウムスルファマート、および／または硫酸インジウムを含む電解質から容易にインジウムを電着させることができる。いったんインジウムが、熱スプレッダ上にめっきされると、貴金属および／または低温シリサイドフォーマ（ｆｏｒｍｅｒ）（銀、プラチナまたはパラジウムなど）などの材料の１つまたはそれ以上の層を、空気に露出されるときのインジウムの酸化を制御するために、インジウム層に被覆することができる。プラチナとパラジウムは、低温シリサイドフォーマであるため、この層の材料にとって好ましい選択である。これらの実施形態では、パラジウムシリサイドを含むより低い形成温度を有する混合シリサイドを使用することもできる。材料の層は、バルクインジウムめっき層の上部の「フラッシュ層」であると認識され、これらの「フラッシュ層」の少なくとも１つを、めっき層に結合させることができる。材料の層は、酸化物バリアとして作用し、かつシリコン面との接着を促進するため、はんだ材料がリフローされるときに、シリコンに結合させることもできる。
【００２９】
前述したように、他の意図されるはんだ材料は、熱スプレッダ上にめっきされる合金を含む。これらの意図される実施形態で使用される合金材料は、希薄合金、および／またはパラジウム、プラチナ、銅、コバルト、クロム、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、および実施形態によってはカルシウムなどのシリサイドフォーマである合金であってもよい。これらの合金の意図される濃度は、合金の約１００ｐｐｍから約５％である。
【００３０】
他の意図される実施形態では、合金は、熱スプレッダに対する合金の濡れ性を向上させる、元素、材料、化合物、または混合物を含む。濡れ性を向上させる適切な元素は、金、カルシウム、コバルト、クロム、銅、鉄、マンガン、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、燐、パラジウム、プラチナ、すず、タンタル、チタニウム、バナジウム、タングステン、亜鉛、および／またはジルコニウムである。
【００３１】
いったん熱相互接続層が付着されると、従来の熱接着剤とその他の熱層と比べて比較的高い熱伝導率を有すると理解される。金属被覆されたシリコンダイのような追加の層は、熱スプレッダを製造するのに使用されるニッケルなどの材料の酸化物を除去するために必要とされうる、腐食性フラックスのような損傷を与える材料を使用せずに、熱相互接続層に直接はんだ付けされることができる。
【００３２】
熱スプレッダ要素または熱拡散要素（熱スプレッダおよび熱拡散は、本明細書では区別なく、同じ共通の意味を有する）は、通常、ニッケル、アルミニウム、銅またはＡｌＳｉＣなどの金属または金属系基礎材料を含む。適切な金属、金属系ベース材料、または伝熱非金属は、金属または金属系ベース材料が、電子部品により生成される熱の一部または全部を伝達できる限り、本明細書では熱スプレッダとして使用できる。
【００３３】
熱スプレッダ要素は、電子部品とベンダのニーズに応じて、熱スプレッダ要素が、周囲の電子部品から生じる熱の一部または全部を放散するというタスクを十分に遂行できる限り、適切な厚さで付けられることができる。意図される厚さは、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの範囲の厚みである。熱スプレッダ要素の特に好ましい厚さは、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲である。
【００３４】
その後、層状インタフェース材料および／または相互接続材料は、基板、別の面、または別の層状材料に塗布されることができる。本明細書で意図される基板は、任意の所望の実質的に固体の材料を含むことができる。特に所望の基板層は、膜、ガラス、セラミック、プラスチック、金属または被覆金属、または複合材料を含む。好ましい実施形態では、基板は、シリコンまたはゲルマニウム砒化物ダイまたはウェハ面、銅、銀、ニッケル、または金めっきリードフレームで見られるようなパッケージング面、回路ボードまたはパッケージ相互接続トレース、ビアウォール、または補強材インタフェースで見られるような銅面（「銅」は裸銅とその酸化物を含む）、ポリイミド系フレキシブルパッケージ、鉛またはその他の合金はんだボール面、ガラスおよびポリイミドなどのポリマで見られるような、ポリマ系パッケージングまたはボードインタフェースを含む。「基板」は、粘着性インタフェースを検討する際、別のポリマ材料として規定することさえできる。さらに好ましい実施形態では、基板は、シリコン、銅、ガラス、および別のポリマなど、パッケージングおよび回路基板業界において一般的な材料を含む。
【００３５】
追加の材料層は、層状要素を構築し続けるために、層状インタフェース材料と結合させることができる。追加層は、金属、合金、複合材料、ポリマ、モノマ、有機化合物、無機化合物、有機金属化合物、樹脂、接着剤、光導波材料を含む、本明細書に既に記載される材料と類似の材料を含むと意図される。
【００３６】
積層材料またはクラッド材料の層は、要素に要求される仕様に応じて、層状インタフェース材料に結合させることができる。積層体は、通常検討される繊維強化樹脂誘電材料である。クラッド材料は、銅などの金属およびその他の材料が、積層体に組み込まれるときに生成される、積層体のサブセットである（Ｈａｒｐｅｒ，Ｃｈａｒｌｅｓ  Ａ．，「電子パッケージングおよび相互接続ハンドブック（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」，第２版、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（ニューヨーク）、１９９７年）。
【００３７】
スピンオン層及び材料も、層状インタフェース材料または後続層に追加することができる。スピンオン積層膜は、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ「低Ｋｅｆｆ誘電体のためのスピンオン積層膜（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｆｉｌｍｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ  ｋｅｆｆ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）」Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２００１年７月）により教示され、参照により本明細書に全文が組み込まれる。また、スピンオン層および材料は、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／１１９２７号と米国特許出願第１０／４６６６５２号に見られる材料が意図され、どちらもハネウェル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．）により共有され、参照により本明細書に全文が組み込まれる。
【００３８】
本明細書に記載される、意図される熱溶液、集積回路パッケージ、熱インタフェース要素、層状インタフェース材料、および熱スプレッダ要素の適用には、材料および／または要素を、別の層状材料、電子部品、または完成電子製品に組み込むことを含む。本明細書で意図される電子部品は、電子ベースの製品で使用可能な任意の層状要素を含むと通常考えられる。意図される電子部品は、回路ボード、チップパッケージング、セパレータシート、回路ボードの誘電要素、プリント配線ボード、およびコンデンサ、インダクタ、および抵抗器などの回路ボードのその他の要素を含む。
【００３９】
電子ベースの製品は、業界またはその他の消費者によりすぐに使用できるという意味で「完成される」ことができる。完成した消費者製品の例は、テレビ、コンピュータ、携帯電話、ページャ、手のひらサイズのシステム手帳、携帯ラジオ、カーステレオ、および遠隔制御装置などである。完成した製品において利用可能である可能性がある、回路ボード、チップパッケージング、およびキーボードなどの「中間」製品も意図される。
【００４０】
また、電子製品は、概念モデルから最終的な大型化／モックアップに至るまでのすべての開発段階における試作品要素も含む。試作品は、完成した製品で意図される実際の要素をすべて含んでいても、また含んでいなくてもよく、最初に試験される間の他の要素への最初の影響を打ち消すため、複合材料から製造されるいくつかの要素を含むことができる。
【００４１】
（例）
はんだ材料が表面に電着される例では、従来の市販される電着装置を使用することができる。通常、この装置は、めっきされる部分を絶縁させるコンプライアントマスクを利用する。しかし、フォトレジストおよび他のマスク技術も同様に良好に作用する。
【００４２】
（例１）
本例では、ニッケルめっき銅熱スプレッダが、シリコーンラバーマスクを用いて遮蔽される。マスク内に含まれる領域は、要素、完成した製品、顧客、および／またはベンダのニーズに応じて、適切な所定の厚さのはんだまたははんだ要素で電着される。膜厚は、表面（および他の方法により提供されるバルクはんだ）を予め濡らすのに十分な厚さとすることができる、あるいははんだ膜厚全体を、電着することができる。また、膜の厚さは、完成部分の質（およびその結果生じる歩留まり）と金属付着の経済性とに基づいて決定することができる。
【００４３】
（例２）
一例では、熱スプレッダがマスクされ、電着はんだの膜は、１つの連続工程で約２５マイクロメートルから１５０マイクロメートルの厚みを持つように製造される。この連続適用を達成する装置は、日本ではＡＬＦおよびＥＥＪＡ、米国ではＳＦＴなどの供給業者から市販されている。めっき材料の層（貴金属またはシリサイドフォーマなど）は、この層状材料の上部に追加することができる。いくつかの例では、めっき材料がパラジウムを含む。
【００４４】
（例３）
別の例では、電着膜は、約２５マイクロメートル以下の膜厚に限定される。本例では、約２５マイクロメートルから約１５０マイクロメートルの総はんだ厚を製造する第２の工程が、必要とされる。第２の工程は、シルク印刷、プレフォームの直接付着、あるいははんだ粉末または液体の噴射を含むことができる。
【００４５】
（例４）
意図される方法の一例は、
１．銅熱スプレッダを形成することと、
２．ニッケルまたは類似のはんだ可能な材料で、銅部分の少なくとも一部を電気めっきすることと、
３．はんだ材料の膜またははんだシステムの少なくとも一つの要素を電着することにより、共融物を形成することと、
４．シルク印刷、プレフォームの直接付着、あるいははんだ粉末または液体の噴射により、はんだ厚を適切な厚さになるように任意に製造することと、を含む。
【００４６】
材料が、はんだ薄膜でめっきされ、はんだのバルクが、ペースト状で提供される場合、はんだペーストによりニッケルプレートが予め濡らされるため、歩留まりが向上する。
【００４７】
（例５）
別の例では、めっき膜と分与された膜が、はんだを形成するように、金属が選択される。たとえば、すずの膜が、鉛ペーストで電気めっきされ使用されて、適切な割合ですず鉛はんだを形成する。
【００４８】
このように、熱溶液、ＩＣパッケージング、熱相互接続、およびインタフェース材料の、特定の実施形態および適用を開示した。しかし、当業者にとっては、既に記載されるもの以外にもより多くの変形例が、本明細書の発明の概念から逸脱せずに可能であることは明白である。したがって、本発明の主題は、本開示の精神を別として限定されない。さらに、開示を解釈する際、すべての用語は、文脈に一致する限り最も広く解釈されるべきである。特に、「備える」、「含む」という用語は、非限定的に素子、要素、または工程を言及するとして解釈されるべきであり、つまり、言及される素子、要素、または工程は、明確に言及されないその他の素子、要素、または工程とともに存在する、利用される、または組み合わせることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月15日(2005.3.15)
【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】
熱伝達材料であって、
上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素と、
熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料とを含む、熱伝達材料。
【請求項２】
はんだ材料が、さらに基板と結合される、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項３】
基板が、シリコンを含む、請求項２に記載の熱伝達材料。
【請求項４】
基板が、金属被覆されたシリコンダイである、請求項３に記載の熱伝達材料。
【請求項５】
熱スプレッダ要素が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項６】
熱スプレッダ要素が、ニッケル、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項７】
金属系材料が、シリコン、炭素、またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項８】
熱スプレッダ要素が、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項９】
厚さが、約１ｍｍから約５ｍｍである、請求項８に記載の熱伝達材料。
【請求項１０】
少なくとも１つのはんだ材料が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１１】
金属が、遷移金属を含む、請求項１０に記載の熱伝達材料。
【請求項１２】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、またはビスマスを含む、請求項１１に記載の熱伝達材料。
【請求項１３】
金属系材料が、合金を含む、請求項１１に記載の熱伝達材料。
【請求項１４】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマス、またはそれらの組合せを含む、請求項１３に記載の熱伝達材料。
【請求項１５】
貴金属またはシリサイドフォーマの層をさらに含む、請求項１２または１３に記載の熱伝達材料。
【請求項１６】
シリサイドフォーマが、銀、プラチナ、またはパラジウムを含む、請求項１５に記載の熱伝達材料。
【請求項１７】
シリサイドフォーマが、フラッシュ層を生成する、請求項１６に記載の熱伝達材料。
【請求項１８】
はんだ材料が、電着を用いて直接付着される、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１９】
熱伝達材料の形成方法あって、
上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素を提供することと、
熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を提供することとと、
熱スプレッダ要素の下面に少なくとも１つのはんだ材料を付着することを含む、熱伝達材料の形成方法。
【請求項２０】
はんだ材料が、さらに基板に結合される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
基板が、シリコンを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
基板が、金属被覆されたシリコンダイである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
熱スプレッダ要素が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
熱スプレッダ要素が、ニッケル、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
金属系材料が、シリコン、炭素、またはそれらの組合せを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
熱スプレッダ要素が、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
厚さが、約１ｍｍから約５ｍｍである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも１つのはんだ材料が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
金属が、遷移金属を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、またはビスマスを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
金属系材料が、合金を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
合金が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマス、またはそれらの組合せを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
貴金属またはシリサイドフォーマの層をさらに備える、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３４】
シリサイドフォーマが、銀、プラチナ、またはパラジウムを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
シリサイドフォーマが、フラッシュ層を生成する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
はんだ材料が、電着を用いて直接付着される、請求項１９に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月30日(2007.5.30)
【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】
熱伝達材料であって、
上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素を含み、該熱スプレッダ要素が、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚みを有し、前記熱伝達材料がさらに、
熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を含む、熱伝達材料。
【請求項２】
はんだ材料が、さらに基板と結合される、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項３】
基板が、シリコンを含む、請求項２に記載の熱伝達材料。
【請求項４】
基板が、金属被覆されたシリコンダイである、請求項３に記載の熱伝達材料。
【請求項５】
熱スプレッダ要素が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項６】
熱スプレッダ要素が、ニッケル、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項７】
金属系材料が、シリコン、炭素、またはそれらの組合せを含む、請求項５に記載の熱伝達材料。
【請求項８】
厚さが、約１ｍｍから約５ｍｍである、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項９】
少なくとも１つのはんだ材料が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１０】
金属が、遷移金属を含む、請求項９に記載の熱伝達材料。
【請求項１１】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、またはビスマスを含む、請求項１０に記載の熱伝達材料。
【請求項１２】
金属系材料が、合金を含む、請求項１０に記載の熱伝達材料。
【請求項１３】
合金が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマス、またはそれらの組合せを含む、請求項１２に記載の熱伝達材料。
【請求項１４】
貴金属またはシリサイドフォーマの層をさらに含む、請求項１１または１２に記載の熱伝達材料。
【請求項１５】
シリサイドフォーマが、銀、プラチナ、またはパラジウムを含む、請求項１４に記載の熱伝達材料。
【請求項１６】
シリサイドフォーマが、フラッシュ層である、請求項１５に記載の熱伝達材料。
【請求項１７】
はんだ材料が、電着を用いて直接付着される、請求項１に記載の熱伝達材料。
【請求項１８】
熱伝達材料の形成方法であって、
上面、下面、および少なくとも１つの熱スプレッダ材料を含む熱スプレッダ要素を提供することを含み、該熱スプレッダ要素が、約０．２５ｍｍから約６ｍｍの厚みを有し、前記熱伝達材料の形成方法がさらに、
熱スプレッダ要素の下面に直接付着される少なくとも１つのはんだ材料を提供することとと、
熱スプレッダ要素の下面に少なくとも１つのはんだ材料を付着することを含む、熱伝達材料の形成方法。
【請求項１９】
はんだ材料が、さらに基板に結合される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基板が、シリコンを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
基板が、金属被覆されたシリコンダイである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
熱スプレッダ要素が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
熱スプレッダ要素が、ニッケル、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
金属系材料が、シリコン、炭素、またはそれらの組合せを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
厚さが、約１ｍｍから約５ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つのはんだ材料が、金属、金属系材料、またはそれらの組合せを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
金属が、遷移金属を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
金属が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、またはビスマスを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
金属系材料が、合金を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
合金が、インジウム、すず、鉛、銀、銅、アンチモン、テルル、ビスマス、またはそれらの組合せを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
貴金属またはシリサイドフォーマの層をさらに備える、請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３２】
シリサイドフォーマが、銀、プラチナ、またはパラジウムを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
シリサイドフォーマが、フラッシュ層を生成する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
はんだ材料が、電着を用いて直接付着される、請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2007527105.tif 000002
2007527105.tif 000003
2007527105.tif 000004