(57)【要約】　　　（修正有）【課題】超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するための高い熱伝導率を有するサーマルインターフェイス材料の提供。【解決手段】約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗ以下の全熱抵抗を提供するために超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するための独立した多層サーマルインターフェイス構造体であって、高い熱伝導率の固体金属で構成された構造体のコア２０を形成する第1の層と、保護コーティングを形成するために前記コア層の上に位置し、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択される材料で構成される薄い第２の層２１と、前記第２の層の少なくとも１つの表面上にコーティングを形成された、相変化特性を有する組成である低融点の金属材料の第３の層２２とを含有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、これにより、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクと間の界面接合部において低い熱抵抗が得られる独立した多層サーマルインターフェイス構造体。【選択図】図８ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗ以下の全熱抵抗を提供するために超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するための独立した多層サーマルインターフェイス構造体であって、高い熱伝導率の固体金属で構成された構造体のコアを形成する第１の層と、保護コーティングを形成するために前記コア層の上に位置し、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択される材料で構成される薄い第２の層と、前記第２の層の少なくとも１つの表面上にコーティングを形成された、相変化特性を有する組成である低融点の金属材料の第３の層とを含有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、これにより、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクと間の界面接合部において低い熱抵抗が得られる独立した多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項２】
　前記第２の層が、ニッケルで構成されかつ前記第１の層を完全に取り囲んでいる請求項１に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項３】
　相変化特性を有する前記第３の層が前記ニッケル層を囲んでいる請求項２に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項４】
　相変化特性を有する前記第３の層が約２ミル未満の厚さを有する請求項３に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項５】
　前記第３の層が１〜２ミルの厚さを有する請求項４に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項６】
　前記第２の層が１〜２ミルの値を有する請求項４に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項７】
　前記第１の層の組成が、周期表の第３周期のマグネシウム、アルミニウム及びこれらの合金に加え、周期表の第４周期の遷移元素から選択される請求項６に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項８】
　約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗ以下の全熱抵抗を提供するために超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するための独立した多層サーマルインターフェイス構造体であって、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択された高い熱伝導率の固体金属で構成された構造体のコアを形成している第１の層と、前記第１の層の上に位置する相変化特性を有する金属材料組成のコーティングとを結合して有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクとの間の界面接合部において低い熱抵抗が得られる独立した多層サーマルインターフェイス構造体。
【請求項９】
　約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗ以下の全熱抵抗を提供するために超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するための独立した多層固体金属サーマルインターフェイス構造体であって、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクとの表面領域より大きい表面領域を形成する互いに重ね合わされた高い熱伝導率を有する少なくとも２つの固体金属層を含んでなり、前記独立したサーマルインターフェイス構造体は前記超小型電子部品及び前記ヒートシンクから延びて、露出された境界領域を形成し、前記２つの固体金属層のうちの１つは約２ミル未満の厚さを有する独立した単層固体金属サーマルインターフェイス構造体。
【請求項１０】
　高い熱伝導率の金属或いは金属合金で構成された中間固体コアと、相変化特性を有する金属材料で構成された前記中間固体コアの両面側の各側にある固体層とを有する少なくとも３つの高い熱伝導率の層を含んでなり、前記固体コアの両面側の各側にある各層が約２ミル未満の厚さを有する請求項１に記載の多層固体金属サーマルインターフェイス構造体。
【請求項１１】
　前記露出された境界領域が、前記超小型電子部品及び／又は前記ヒートシンクの周辺から１〜１０ｍｍの距離にわたり延びている請求項２に記載の独立した固体金属サーマルインターフェイス構造体。
【請求項１２】
　前記露出された境界が、前記超小型電子パッケージ及び／又は前記ヒートシンクの周辺から２〜５ｍｍの距離にわたり延びている請求項１に記載の独立した多層固体金属サーマルインターフェイス構造体。
【請求項１３】
　前記固体コアの組成が、周期表の第３周期のマグネシウム、アルミニウム及びこれら合金に加え、周期表の第４周期の遷移元素から選択される請求項３に記載の多層固体金属サーマルインターフェイス構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、高い熱伝導率を有する少なくとも１つの固体金属或いは金属合金の層と、相変化特性を有する第２の層と、前記固体金属層から前記第２の層を分離するニッケル或いはニッケル合金から成る第３の層とを有する独立した（free standing）多層固体構造体の形態をとるサーマルインターフェイス材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
　半導体などの超小型電子部品は、多量の熱を発生するが、この熱は、部品の接合部温度を安全に操作できる限界値内に維持するためには除去しなければならない。これらの限界値を越えると、部品の性能特性の変化及び／又は部品の損傷が起こる。熱を除去するプロセスでは、インターフェイス材料を介して熱を超小型電子部品からヒートシンクへ伝導させることが必要である。熱発生部品（例えばシリコンチップなど）とヒートシンクとの間の界面のインターフェイス材料及び熱抵抗を選択することにより、熱伝達の程度を制御する。より強力なマイクロエレクトロニクスに対する需要が増加すると、熱除去を改善する必要性も高まる。
【０００３】
　超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間の熱抵抗は、インターフェイス材料の固有の熱抵抗のみに依存するだけでなく、接合部の両面側の各側にあるインターフェイス材料と超小型電子部品とヒートシンクとのそれぞれの間の接合部に形成される接触界面熱抵抗にも依存する。各界面接合部における接触熱抵抗を最小化する１つの公知の方法は、超小型電子パッケージとヒートシンクにインターフェイス材料を接合するために高圧を印加することにある。しかしながら、過剰の圧力は、有害で望ましくない応力を生じさせることがある。従って、圧力印加は、一般に、１００ｐｓｉを越えないように、好ましくは、約２０ｐｓｉ未満に留まるように限定される。
【０００４】
　サーマルインターフェイス材料としてサーマルグリース或いはサーマルペーストを使用するか、又は相変化特性を有する重合体、金属合金或いはその他の材料が充填されて成る薄いシートを使用することも知られている。相変化特性を有する材料は、温度に応答する粘性を有し、室温で固体であり、温度が室温を越えて上昇するとクリーム状或いは液状の粘稠度に軟化することを特徴とする。従って、超小型電子部品が熱くなると、材料は軟化し、これにより材料が流動して、小形電子部品及び／又はヒートシンクの接触面の空隙或いは微視的な不規則形状に充填される。これにより、超小型電子部品とヒートシンクとの間の互いに対向する表面は、相変化材料が溶融するにつれて物理的に互いに近づいて合わさり、これにより、超小型電子部品とヒートシンクとの間の熱抵抗は低くなる。
【０００５】
　超小型電子パッケージ及びヒートシンクは、一般に、滑らかで平面状の表面を有していないので、比較的に広くかつ不規則的な間隙（gap）が、超小型電子部品の表面とヒートシンクの表面と間に形成されることがある。この間隙は、２ミル未満から２０ミル以上までとサイズが様々であることもある。従って、インターフェイス材料は、間隙を充填するように適切な厚さでなければならない。サーマルグリース、ペースト或いは相変化材料を使用しても、現在のところ、間隙のサイズのかなりの多様性に対応できない。一般に、インターフェイス材料の厚さが増加するにつれて、その熱抵抗も増加する。サーマルインターフェイス材料の界面接触熱抵抗を含む全熱抵抗が、約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗを越えない範囲内に収まるようにすることが、好ましい或いは目標とする条件である。今まで、この目標の基準を満たすサーマルインターフェイス材料は存在しなかった。
【発明の開示】
【０００６】
［発明の概要］
　本発明により、高いクランプ圧力を印加する必要なしに、低い接触界面熱抵抗を有するヒートシンクと超小型電子パッケージとの間にサーマルインターフェイスを形成するための多層固体構造体及び方法が発見された。さらに、本発明の多層構造体は、間隙サイズが２〜２０ミルの範囲にわたり大きくばらつかない熱抵抗特性を有する。
【０００７】
　本発明の多層構造体は、室温で固体であり、かつ少なくとも２つの重ね合わされた金属層を有する構造を含んでなり、各金属層は高い熱伝導率を有し、２つの金属層のうちの１つは超小型電子部品とヒートシンクとの間の界面接合部で低熱抵抗を得るために相変化特性を有し、相変化特性を有する層の厚さは約２ミル未満である。本発明の目的のための高い熱伝導率は、少なくとも１０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率を意味するものとする。高い熱伝導率の金属担体層の好ましいクラスは、周期表の第３周期のマグネシウム及びアルミニウム並びにこれらの合金に加えて、周期表の第４周期の遷移元素から選択されなければならない。
【０００８】
　本発明の好ましい多層構造体は、高い熱伝導率の金属で構成された中間固体コアと、この中間固体コアの両面側の各側にある相変化特性を有する金属材料で構成された層とを有する少なくとも３つの層を含んでなる。相変化特性を有する金属材料は、本発明の目的のために、４０〜１６０℃の融点を有する低融点金属或いは金属合金の組成を意味するものとする。本発明の好ましい低融点金属合金は、インジウム、ビスマス、錫、鉛、カドミウム、ガリウム、亜鉛、銀及びこれらの組合せからなる群から選択されなければならない。本発明の最適な低融点合金組成は、インジウム１９〜７０重量％及びビスマス３０〜５０重量％を含んでなり、残りが存在する場合、残りは前述の元素の群から選択される。
【０００９】
　本発明の多層構造体の他の実施形態は、高い熱伝導率の少なくとも１つの固体金属層と、超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間の界面接合部で低熱抵抗を得るために相変化特性を有する第２の層とを含んでなり、この第２の層は、前記固体金属層の表面上に重ね合わされており、これにより、前記固体金属層の境界が前記第２の層をほぼ包囲している状態で露出されている。１つの好ましい３層構造体は、中間固体金属コアと、この中間固体金属コアの両面側にある２つの互いに対向する低融点合金層とを含有し、各低融点合金層は、前記固体金属コアの両面側の各側にある所与の表面領域上に重ね合わされており、これにより、前記低融点合金の周りをほぼ包囲して延びている、前記固体コアの露出された境界を形成している。
【００１０】
　サーマルインターフェイス材料を形成するための本発明の好ましい方法は、所定の幾何学的形状及び厚さを有する高い熱伝導率の材料のシートを形成するステップと、低融点合金に接着させることが可能なように処理された表面を形成するために前記表面のうちの少なくとも１つを処理するステップと、前記処理された表面上に低融点合金の層を積層するステップとを含んでなり、この低融点合金は約２ミル以下の厚さを有する。低融点合金層への接着を促進するように高い熱伝導率の材料の表面を処理する好ましい方法は、積層する間に低融点合金への接着を促進するために高熱伝導率材料上に樹枝状結晶を形成するステップを含む。サーマルインターフェイス材料を形成するための本発明の別の好ましい方法は、所定の幾何学的形状及び厚さを有する高い熱伝導率の材料のシートであって、２つの互いに対向する表面を有するシートを形成するステップと、低融点合金をコーティングするときに低融点合金が接着する処理された表面を形成することができる有機酸系溶剤により前記互いに対向する表面のうちの少なくとも１つを処理するステップと、前記処理された表面上に前記低融点合金の薄いコーティングを形成するために低融点合金の溶融組成の中に前記シートを浸漬するステップとを含んでなり、前記薄いコーティングは０．１〜３ミルの厚さを有する。
【００１１】
　本発明の別の利点は、添付図面とともに、以下の発明の詳細な説明を読むことで明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［図面の詳細な説明］
　本発明のサーマルインターフェイス多層構造体１０は、室温で固体であり、かつ少なくとも２つの金属層を備えている。この本発明の２層金属構造体の好ましい配置は、図１に横断面図で示されており、担体層と呼ばれる高い熱伝導率を有する固体金属或いは金属合金シート１２と、重ね合わされた相変化特性を有する低融点合金シート１３とからなる。本発明の好ましい３層配置は、図２に横断面図で示されており、図１の担体層１２と組成が等価の中間担体層１４と、低融点合金層１３と組成が等価の低融点合金の２つの互いに対向する層１５とからなる。図１及び図２の実施形態では、各低融点合金層１３或いは１５は、それぞれ高熱伝導率積層シート１２及び１４の平面状表面全体に積層されている。図３〜図５に示されている本発明の１つの代替実施形態では、図１及び図２の低融点合金層１３及び１５と組成が等価であってもなくても良い低融点合金層１６が、図１及び図２の高熱伝導率層１２及び１４と組成が等価の高熱伝導率材料からなるシート１８上に積層されて、この高熱伝導率材料からなるシート１８の平面状表面の一部分のみをカバーしており、これにより、高熱伝導率材料層１８の所定の表面領域を露出する境界１９を形成する。これは、低融点層を高熱伝導率材料層１８にコーティングする前に高熱伝導率材料層１８の当該領域をマスキングすることにより達成される。代替的に、所望の幾何学的形状の低融点合金金属フォイルを、高熱伝導率材料から成るより大きいサイズのフォイルシートに積層して、境界１９を形成することも可能である。好ましくは、境界１９は、低融点合金材料１６のコーティングにより形成されるパターン或いは被覆範囲を完全に包囲するが、境界１９の幾何学的形状及び低融点合金１６のコーティングの幾何学的形状は、本発明にとって重要でない。従って、境界１９は、長方形の幾何学的形状で示されているが、円形であることも不規則的な幾何学的形状を有することも可能である。
【００１３】
　実際的用途では、多層構造体１０は、例えば１つ又は複数の集積回路チップを有する超小型電子パッケージのようなヒートソース（熱源）（図示せず）とヒートシンク（図示せず）との間に配置され、５００ｐｓｉまでの任意の圧力で、好ましくは１００ｐｓ未満の圧力で圧縮されて、サーマルインターフェイスを形成することが可能である。超小型電子ヒートソースにより発生される熱及び温度の下で、低融点金属合金は溶融し、流動して、ヒートソースとヒートシンクのそれぞれの界面表面上に存在するいかなる空隙或いは表面不規則形状を充填する。図３〜図５の代替実施形態では、低融点合金１６が、境界１９の露出表面領域上に広がり、これにより、過剰の溶融金属合金が界面接合部から逃れるのを阻止することが可能である。実際、形成するべき境界１９の表面領域は、所定の量の低融点合金１６から前もって計算することが可能であり、従って本質的に、界面接合部から押し出されたり又は滴るべき過剰の金属は存在しない。図１及び図２の配置では、低融点合金層は非常に薄くなければならず、好ましくは２ミル未満の厚さを有し、界面接合部から押し出されたり又は滴る過剰の金属の量を最小化することが可能である。
【００１４】
　サーマルインターフェイス材料の効果は、その全体的な熱抵抗又は全熱抵抗で測定される。熱抵抗の単位は℃ｉｎ2／Ｗである。本発明では、低融点合金層は最小の厚さを有することが可能であり、その際、多層構造体の中心又はコアの材料の厚さを変化させて、異なるサイズの間隙に対処し、また、多層構造体の熱抵抗を間隙サイズと無関係に約１００ｐｓｉ未満のクランプ圧力で約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗ未満に維持する。現在のマイクロエレクトロニクスに対するニーズを満たすために、前述のように、その界面接触熱抵抗を含むサーマルインターフェイス材料のための全熱抵抗は、約１００ｐｓｉ未満の圧縮或いはクランプ圧力で約０．０３℃−ｉｎ2／Ｗを越えてはならない。熱抵抗がより高くなると、性能が低下し、これは容認できない。
【００１５】
　次の表Ａに、改変ＡＳＴＭ　Ｄ５４７０規格の下で４５ワット及び２０ｐｓｉで測定された、２ミルの厚さでの市販のアルミニウム及銅フォイルの熱抵抗を示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
　下記の表Ｂに、表Ａのものと同一のＡＳＴＭ規格の下で４５ワット及び２０ｐｓｉでいくつかの異なる低融点合金フォイル組成の熱抵抗を示す。低融点合金１６２の組成は、Ｉｎ６６．３重量％及びＢｉ３３．７重量％である。低融点合金１９の組成は、Ｉｎ５１重量％、Ｂｉ３２．５重量％及びＳｎ１６．５重量％である。低融点合金１１７の組成は、Ｂｉ４４．７重量％、ＰＢ２２．８重量％、Ｉｎ１９．１重量％、Ｓｎ８．３重量％及びＣｄ５．３重量％である。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
　相変化特性を有する低融点金属合金の薄膜を、高熱伝導率材料から成る固体担体に積層して、本発明の多層構造体を形成することも可能である。周期表の第３周期のマグネシウム、アルミニウム及びこれらの合金に加えて、周期表の第４周期の遷移元素のうちの任意のものを含んだ少なくとも１０Ｗ／ｍ−Ｋより高い熱伝導率を有する高熱伝導率金属材料を使用することが可能である。しかしながら、担体層としてはアルミニウム或いは銅のフォイルシートが好ましい。
【００２０】
　本発明では、銅或いはアルミニウムから成るフォイルシートに厚さ約２ミル未満の低融点金属合金から成る薄層を積層或いはコーティングする場合、コーティングするべき銅或いはアルミニウムシートの１つまたは複数の表面に、低融点金属合金の接着を促進する処理を行う必要がある。さもなければ、低融点合金の薄い表面層は容易に剥離し、即ち物理的に互いに分離する。実際、低融点金属合金の薄層は、非常に高い圧力においてさえも、積層が剥離することなしに未処理銅或いはアルミニウムのシートにスエージ加工することができない。しかしながら、積層するべき銅或いはフォイルの表面が、本発明により処理されると、厚さ２ミル未満の低融点金属合金から成る薄層を、銅或いはアルミニウムフォイル上に積層或いはコーティングでき、これにより、本発明の固体多層集積構造体が形成される。この処理としては、積層するべき金属フォイルの表面に樹枝状結晶（dendrite）を形成することや、コーティングするべき金属フォイルの表面に有機酸系溶剤を適用することが含まれる。樹枝状結晶が形成する突起部は、積層の間に低融点合金によるインタロック構造体を形成する。表面上に樹枝状結晶を形成するように金属表面を処理するか、又は金属表面を有機酸系溶剤により処理することは、公知の技術であるが、本発明に示された多層サーマルインターフェイス構造体を組立てる目的では行われてない。
【００２１】
　例えば、銅表面を処理して、樹枝状結晶部位を形成するために酸化物或いは亜鉛或いは真鍮により電気化学的エッチングを行うことにより樹枝状結晶の制御された表面地形（topography）を形成することは公知である。表面をはんだ付けし易くするために、有機酸系溶剤を適用することにより金属表面を溶かすことも、公知である。有機酸系溶剤は、有機酸、好ましくはグルタミン酸塩酸塩及びポリエチレングリコール或いはポリグリコール界面活性剤を含むことは知られており、塩及びアミンを含むハロゲン化合物並びにグリセリンを含むこともある。
【００２２】
　次に、本発明の多層サーマルインターフェイス構造体の例を説明する。
【実施例１】
【００２３】
　樹枝状結晶を形成するために両面を処理された１オンス及び２オンスの銅フォイルが、合金１６２−銅−合金１６２から成る３層サンドイッチ構造体を形成するのに使用された。３層は、スエージ加工により合体される。サンプルは打抜きされたものであり、この場合、積層は剥離せず、測定された熱抵抗は、下記に示すように非常に低く、１オンスのフォイル担体と２オンスのフォイル担体と間には本質的な差異はなかった。
【００２４】
【表３】
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【実施例２】
【００２５】
　銅からなる担体層と低融点インジウム合金からなる層とをそれぞれ反対側に備えた多層複合体を、下記の表Ｄに示す様々な値の担体層の厚さの条件で試験した。
【００２６】
【表４】
2004146799.tif 000006
【００２７】
　上記の表Ｄの試験は、コア材料の厚さの差が、サンドイッチ状多層構造体の熱抵抗を実質的に変化させないことを示すために行われた。熱抵抗は、コア材料の厚さの変化に起因する固有の熱抵抗に起因するよりも、部品と複合体との間の界面抵抗により起因する。その理由は、銅は約３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有し、従って熱抵抗に大幅には寄与しないことにある。
【実施例３】
【００２８】
　コア材料としてアルミニウムを使用した類似の試験を行った。その結果を表Ｅに示す。
【００２９】
【表５】
2004146799.tif 000007
【００３０】
　上記の表Ｅの試験は、アルミニウムの厚さの違いは、アルミニウムの厚さが急激に変化しても、サンドイッチ状多層構造体の熱抵抗を大幅には変化させないことを明確に示している。
【００３１】
　これら３つの複合体のサンプルの熱抵抗を、図６に示すように厚さ（ｘ軸）に対してプロットと、熱抵抗を計算することができる。熱伝導率は、このグラフの勾配の逆数であり、次の式により計算できる。
　熱伝導率＝１／勾配
　熱伝導率＝１／０．２１２８℃ｉｎ2／Ｗ・３９．４ｉｎ／ｍ＝１８５Ｗ／ｍＫ
【００３２】
　アルミニウムの測定された熱伝導率は妥当である。
【実施例４】
【００３３】
　実験が、プラテン（platen）の表面仕上げがサンドイッチ状構造体の熱的な性能に殆ど影響しないことを示すために、下記の表Ｆに記載の多層構造体に対して行われた。粗面にされたプラテンの正確な表面仕上げは知られていないが、「ドライ間隙」と呼ばれ、間隙にインターフェイス材料を有しないものが、０．４マイクロメートルの表面仕上げに研磨された通常のプラテンと比較するために、粗面にされた表面として測定された。
【００３４】
【表６】
2004146799.tif 000008
【００３５】
　上記の表Ｆは、サンドイッチ状熱抵抗は、表面仕上げと許容範囲の問題における差異によってはさほど影響されないことを示す。
【実施例５】
【００３６】
　前述のように、コーティングするべき表面の接着促進のための処理をした後、任意の従来のコーティング技術によりコーティングするべき表面を低融点金属合金組成でコーティングすることによって、高熱伝導率金属からなるシート上に１ミル未満の厚さの低融点金属合金材料からなる薄いコーティングを形成するための、本発明に係る代替方法が発見された。この代替方法の一例では、低融点金属合金の溶融浴に高熱伝導率シートを浸漬する。
【００３７】
　インジウム、ビスマス及び錫を含む低融点合金３．５ポンドを、８平方インチのパイレックス(登録商標）皿に入れて、強制空気循環炉内で９５℃の温度にした。サンプルは、圧延され焼きなましされ２重処理された（即ち、樹枝状結晶を形成するために両面が処理された）銅フォイルから形成され、サンプルの両面も、好ましくはグルタミン酸塩酸塩及びポリエチレングリコールを含む有機酸系溶剤により処理される。前述の好ましい有機酸系溶剤は、Ｓｕｐｅｒｉｏｒ　Ｆｌｕｘ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。炉のドアを開き、フォイルを３０秒にわたり低融点溶融合金の溶融浴に浸漬した。フォイルを溶融合金から引き出し、過剰の合金を浴に流し戻した。溶融合金が再凝固した後、合金を再流動化して、過剰物を吹き飛ばすためにホットエアガンを使用し、最終的に、０．０００５インチの均一なコーティングを両面上に形成した。熱抵抗は、０．０１℃ｉｎ2／Ｗと測定された。
【００３８】
　前述の手順は、低融点溶融金属組成にシートを浸漬する前に、金属シートの処理表面上に境界をマスキングするために例えばＫａｐｔｏｎ　Ｔａｐｅを使用して高熱伝導率フォイルのシートをマスキングして、図３〜図５に示す構造形態を形成する場合にも行うことができる。このフォイルは、同様に取り出され、テープはコーティングされていない境界を残して除去される。代替的に、有機酸系溶剤が、浸漬処理の前にフォイル表面上の特定の場所に適用され、これにより、低融点合金が、有機酸系溶剤により処理された表面領域のみに接着するようにすることも可能である。
【００３９】
　図７ａ及び図７ｂに示す本発明の別の１つの実施形態では、本発明の独立したサーマルインターフェイス多層構造体１０は、その表面領域が、マイクロエレクトロニクスパッケージ及び／又はヒートシンクの表面領域１より広いようなサイズで形成されている。これは図７ａに示され、この場合、独立したサーマルインターフェイス多層構造体１０は、その表面領域がマイクロエレクトロニクスパッケージ及び／又はヒートシンク１から延びて、露出境界領域２を形成するようなサイズである。
【００４０】
　図７ａに示す露出境界領域２は、分かりやすくするためにわざと誇張されており、１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍの範囲内にあるだけでよい。露出境界領域２の目的は、サーマルインターフェイスにおける温度の上昇に応答して相変化材料は軟化或いは溶融するので、多層構造体１０から押し出される相変化特性を有する低融点合金を捕捉するための湿潤表面として機能する、マイクロエレクトロニクスパッケージ及び／又はヒートシンク１を包囲する領域を提供することにある。溶融或いは軟化した相変化合金材料は、マイクロエレクトロニクスパッケージとヒートシンクとの間から出て、露出境界領域２と接触し、これにより、相変化合金材料は、境界領域２上の玉（bead）５の形状で凝固する。低融点相変化合金材料の凝固から形成された玉５は、マイクロエレクトロニクスパッケージ及び／又はヒートシンクを包囲する玉の塊として図７ｂに示されている。境界領域が存在しない場合、マイクロエレクトロニクスパッケージとヒートシンクとの間から押し出された低融点相変化合金材料は、マイクロエレクトロニクスパッケージから別の電子部品へ自由に移動し、これにより、電気的短絡が生じることもあり、これは、マイクロエレクトロニクスパッケージの実現性にとって破滅的となることもある。
【００４１】
　本発明の別の一実施形態が、図８ａ及び図８ｂにそれぞれ示されている。図８ａ及び図８ｂには、好ましくはニッケル或いはニッケル合金から成る材料２１によりコーティングされている固体金属担体層或いはコア２０が示されている。代替として、ニッケルの代りに白金をコーティング２１に使用することも可能である。図８ａ及び図８ｂの固体金属コア２０は、図１及び図２にそれぞれ示されている高熱伝導率金属層１２又は１４及び／又は図３及び図５の高熱伝導率材料層１８のうちのいずれか１つと等価である。各場合、高熱伝導率材料層は、前述のように任意の高熱伝導率金属或いは金属合金から成ることもあり、好ましくは、表Ａに記載の銅又はアルミニウムから成る。ニッケルの層２１により固体金属コア２０をコーティングすることが好ましいが、コアの組成自身がニッケルであることもあり、この場合、ニッケルコーティングは不要である。
【００４２】
　低融点合金層２２は、ニッケルコーティング２１されたベースコア２０に積層されている。図１〜図７の実施形態に関連して本明細書に教示されている相変化特性を有するいずれ低融点合金層組成、好ましくはインジウム或いはインジウムの合金を使用することが可能である。ニッケルコーティング２１は、コア２０の厚さより薄くなければならず、好ましくは１〜２マイクロメートルの厚さでなければならない。コア２０は、ニッケル２１によりすべての面をコーティングされ、これにより、コア２０を完全に包囲し、これにより、ニッケル或いはニッケル合金から成る保護ジャケット２４を形成する。これは図８ｂに示されている。同様に、ニッケルコーティング２４は、図８ａの低融点合金層２２と組成が等価の低融点合金から成るコーティング２５により包囲されている。本発明は、単に、それぞれ配置で教示されている金属フォイル層の代わりにニッケルコーティングされた金属フォイル２０を使用することにより、図３〜図５及び図７にそれぞれ示されている代替配置にも適用可能である。
【００４３】
　ニッケルコーティング２１或いは２４は、低融点合金２２或いは２５の成分のうちの任意のものが、固体金属或いは金属合金コア２０の中に拡散するのを阻止するように機能する。コア２０が銅から成り、低融点合金２２或いは２５がインジウムを含んで成る場合、インジウムが銅の中に拡散するのは、特に問題である。何故ならばインジウムは、低融点合金の中に侵入して、有害な金属間化合物を形成する確率が高いからである。この場合、ニッケルコーティング２１又は２４は、低融点合金２２又は２５のための拡散バリヤとして作用する。
【００４４】
　本発明による多層固体構造体を形成するための好ましい方法は、まず初めにニッケル層２２によりコア層２０をコーティングし、次いで、低融点合金組成の浴中にニッケルコーティングされたフォイルを浸漬して、ニッケルコーティングされたフォイルの両面に好ましくは０．００１〜０．００２インチの厚さの低融点合金層２２又は２５を形成する。コア層２０がニッケルから成る場合、コア層２０を浴に直接に浸漬することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る固体２層サーマルインターフェイス材料の横断面図であり、１つの層は相変化特性を有する。
【図２】本発明に係る固体３層サーマルインターフェイス材料の横断面図であり、金属コアの両面側の２つの層が相変化特性を有する。
【図３】本発明の固体２層構造体の他の代替実施形態の横断面図である。
【図４】図３の実施形態の平面図である。
【図５】本発明の３層構造体の他の代替実施形態の横断面図である。
【図６】本発明のサーマルインターフェイス多層固体構造体の抵抗と厚さとの間の相関関係を示すグラフである。
【図７ａ】マイクロエレクトロニクスパッケージ及び／又はヒートシンクを示し、ここから延びるサーマルインターフェイス多層固体構造体を有する他の実施形態を概略的に示す平面図である。
【図７ｂ】図７ａの７−７切断線における横断面図である。
【図８ａ】図１に対応する配置での本発明のさらに別の一実施形態の横断面図である。
【図８ｂ】図２に対応する配置での図８ａの実施形態の横断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
　１　マイクロエレクトロニクスパッケージ及び／又はヒートシンクの表面領域
　２　露出境界領域
　５　玉（ビード）
　１０　サーマルインターフェイス多層構造体
　１２　担体層
　１３　低融点合金層
　１４　中間担体層
　１５、１６　低融点合金層
　１８　高熱伝導率材料層
　１９　境界
　２０　コア
　２１、２４　ニッケルコーティング
　２２、２５　低融点合金層
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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