用於微電子冷卻組件的燒結金屬熱界面材料的製作方法

2023-08-02 18:18:26

專利名稱：用於微電子冷卻組件的燒結金屬熱界面材料的製作方法
技術領域：
本發明的實施例一般涉及集成電路封裝領域，更具體地，涉 及使用熱界面材料的微電子冷卻系統和相關方法。
背景技術：
在微電子冷卻系統中，通常使用銦作為焊料熱界面材料，用於將諸如集成電路(IC)的微電子器件熱附著到散熱器件。由於近來對銦 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)和熱導率(K=82W/m.K)使得其適 用於IC封裝中的焊料附著，但是例如當對銦焊接點進行溫度循環時， 銦的低熔點也帶來了可靠性方面的挑戰。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，導致微裂紋。在流體靜應力驅動導 致空隙(voiding)期間，金屬間化合物可以作為空隙聚集處(void nudeation site),削弱了焊接點的結構完整性。IC封裝工業需要將更 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合起來同 時提供高的熱導率的方案，以便減少這種微裂紋和溫度循環可靠性問 題。


在附圖中，本發明的實施例是以舉例的方式來進行說明的， 而不是以限制的方式來進行說明的，其中相似的參考標記表示相似的元件且其中圖1是僅根據一個實施例的微電子冷卻組件的截面圖；圖2是僅根據一個實施例的用於製造微電子冷卻組件的示例性方法的說明性流程圖3是示出僅根據一個實施例的用於製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明的實施例的示例性系統的 示圖。
具體實施方式
這裡將描述使用燒結金屬熱界面材料的微電子冷卻組件、相關方 法和系統的實施例。在以下說明中，闡明許多具體細節，以便對本發 明的實施例有全面的理解。然而，本領域技術人員將認識到，無需一 個或多個具體細節，或者利用其它方法、成分、材料等也可以實施本 發明。在其它例子中，沒有示出或詳細說明公知結構、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"表示結合實 施例所描述的特定的特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施 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，特定的特徵、結構 或特性可以以任何方式結合在一個或多個實施例中。圖1是僅根據一個實施例的微電子冷卻組件ioo的截面圖。根據一個實施例，微電子冷卻組件100包括微電子器件102、器件 表面塗層104、熱界面材料(TIM) 106、散熱器表面塗層108、 散熱器110、基板112、互連114u(其中n表示不同數量的重複 結構)、底填料116、密封劑118、以及管腳120^，每一部分如 圖所示進行耦合。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。根據實施例，TIM106包括在微電子器件和散 熱器之間形成燒結金屬接合處的燒結金屬納米膏。在這種情況 下，燒結包括通過加熱而不是瑢化由金屬顆粒形成結合體 (bonded mass)。在該例子中，燒結金屬納米膏通過形成將微
電子器件102和散熱器IIO熱結合的結合金屬體，而將微電子器 件102與散熱器IIO熱耦合。最近，出現了納米膏低溫燒結工藝，該工藝用於在顯著低於塊金 屬(bulk metal)對應物的熔點的溫度下製造塊金屬結構。低溫燒結 是諸如IC封裝等工業的關鍵，其中較高的溫度會增加對諸如溫度敏 感器件102的電氣和結構部件的可靠性的擔憂，所述電氣和結構部件 可能受到與燒結有關的加熱。在實施例中，用於形成TIM 106的納米膏包括納米尺寸的金屬顆 粒、分散劑、反應控制劑和溶齊U。各種分散劑、反應控制劑和溶劑可 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於這些例子。將納米尺寸的金屬顆粒與分散劑結合，以便使顆粒保持很好的分 布並減少聚集。分散劑通常通過減小納米顆粒的表面張力能來提高分 布穩定性。在一個實施例中，分散劑包括但不限於鏈烷醇醯胺、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醯胺、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，反應控制劑通常是穩定的且不與 其它納米膏成分反應；但是在高溫下，反應控制劑被活化，以至於與 分散劑反應並將其從納米尺寸顆粒中除去。該反應的結果是，納米尺 寸顆粒通過相互擴散而彼此聚集以減小其表面張力能並形成塊金屬 結構。在一個實施例中，適用於TIM106應用中的納米膏的反應控制 劑包括伯胺、仲胺、和叔胺。在另一實施例中，反應控制劑包括選自 由伯胺、仲胺、和叔胺組成的組的材料。例如，根據所選擇的分布方法，例如絲網印刷或噴墨印刷，溶劑 主要用來控制納米膏的粘度。在一個實施例中，用於形成TIM 106 的納米膏的溶劑包括碳氫化合物，例如己烷、辛垸、甲苯、十四垸 (tmdecane)，等等。在另一實施例中，溶劑包括極性溶劑(乙醇、
乙醚，等等)、丙烯醯基單體、環氧樹脂單體和水。在另一實施例中， 溶劑包括選自由碳氫化合物、極性溶劑、丙烯醯基單體、環氧樹脂單 體和水組成的組的材料。根據一個實施例，適合用於形成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，根據一個示例性實施例，適於形成TIM106的納 米膏包括尺寸在大約5nm和50nm之間的範圍內的納米尺寸的金屬顆 粒。適用於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，但通常選擇在用於TIM 106應用的納米膏中使用的材料 以得到期望的導熱率、成本、熔點(燒結在熔點之下發生)、以及在 燒結工藝過程中與氧氣和其它元素的反應性。TIM 106材料的較高的 導熱率改善了從微電子器件102通過TIM 106到熱結合的散熱器110 的熱傳遞。TIM 106材料的較高熔點提高了所燒結的TIM 106材料的 溫度循環可靠性。通過原材料的成本節約，較低的成本提高了可製造 性。與氧氣和其它元素的較低的反應性降低了在燒結過程中對還原或 惰性氣體環境的需求。在一個實施例中，適用於納米膏的材料包括Ag、 Cu、 Au、 Al、 Mg、 W和Ni，但不必限於這些材料。在另一實施例中，用於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，基於對上述因素的綜合 衡量，選擇Ag或Cu的納米尺寸的金屬顆粒用於納米膏，所述納米 膏用來形成TM106。在其它實施例中，根據期望的特性，例如較高 的導熱率、較低的成本、較高的熔點、以及較低的反應性，選擇其它 的金屬材料以便用於納米膏。雖然金屬材料的組合可以被燒結在一起 以形成TIM106，但是應該選擇材料以限制金屬間化合物的產生，其可以作為空隙聚集處，導致微裂紋。基於若干因素選擇燒結用於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溫度的因素。較之特定材料的較大顆
粒，較小的顆粒可以在較低的溫度下燒結。例如，給定材料的微米尺寸的顆粒的常規燒結可以在範圍在約500-600'C之間的溫度下進行，而相同材料的納米尺寸的顆粒的燒結可以在小於約250'C的溫度下進行。在一個實施例中，燒結用於TIM 106的納米膏在小於約250。C的 溫度下進行。在另一個實施例中，用於TIM 106的納米膏包括尺寸在 約5-50nm之間的範圍內的納米尺寸顆粒。可以根據不同的應用調整 顆粒尺寸，以便控制金屬含量、燒結動力學、以及燒結質量。在實例 中，使用較小的納米尺寸顆粒來獲得較好的燒結微結構。在由燒結的納米膏生成TIM 106時所面臨的一個挑戰與所得到 的塊金屬結構的多孔性有關。多孔性降低了熱傳遞效率。通過調節影 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。燒結的施壓環境條件可以實現將燒結環境氣體較快地擴散到所 應用的納米膏中，導致燒結時間的縮短。在一個實施例中，在約latm 和50atm之間的壓力下進行燒結。根據一個實施例， 一個示例性燒結 工藝包括範圍在約150-25(TC之間的溫度、範圍在約latm和50atm之 間的壓力、持續約5分鐘到2小時之間的時間段。在燒結工藝過程中，通常除去納米膏配製品中的有機材料。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)通過蒸發將有機物從納米膏中除去。將空氣施加到納米膏允 許02擴散到納米膏中並與將被蒸發的有機物反應，在燒結過程中有 助於塊金屬結構的出現，其中所述納米膏包括諸如Ag或Au的低反 應性金屬材料。在一個例子中，用於尺寸約為5nm的Ag顆粒的空氣 引起的燒結工藝在約20(TC下進行約1小時。根據一個實施例，已經研發出用於在燒結過程中減少諸如Cu的 高反應性金屬顆粒上的氧化物形成的還原環境條件。例如Cu-0的氧 化物層，包圍金屬顆粒並阻礙塊金屬結構的生長。在一個實施例中， 氬一氫氣體混合物(例如，1-5%H2)提供用於燒結的還原環境條件。 在另一實施例中，氮一甲酸蒸汽混合物提供用於燒結的還原環境條
件。在另一實施例中，在還原環境條件中使用氫等離子體、氫原子團、 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將燒結環境氣體較快地擴散到納米膏 中，導致燒結時間的縮短。在另一實施例中，惰性氣體環境用於燒結納米膏，以便形成TIM 106。根據一個示例性實施例，氬氣、氮氣或其組合用作惰性氣體環 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 面塗層104和108，以加強與TIM 106的熱耦合。在一個實施例中， 表面塗層材料104和108包括與在用於形成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，表面塗層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 料用於表面塗層，減少了當熱結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的表面塗層附近的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，表面塗層104和108與TIM106熱耦合。在另 一實施例中，表面塗層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，表面塗層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， 表面塗層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的例子將表面塗層108描述為 局部表面塗層，其並未跨越散熱器110的整個長度，但是在這點上表 面塗層108並未受到限制。在其它實施例中，將表面塗層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。預見並公 開了對表面塗層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
使用表面塗層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，可以將表面塗層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，而將表面塗層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塗層104、 108。用於施加表面塗層104和108 的技術包括顆粒氣相沉積(particle vapor deposition (PVD))、化學 氣相沉積(CVD)、或者任何其它的適用於沉積薄膜或金屬化的公知 方法。對於組件100的其它實施例，根據實施例微電子器件102為集成 電路(IC)管芯。例如，IC管芯可以由諸如矽的半導體材料製成。 在另一實施例中，微電子器件102為微處理器。根據實施例，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。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的系統耦合。互連凸起114^可以與倒裝晶片封 裝設置相關。基板112可以具有作為管腳網格陣列(PGA)封裝 設計的一部分的管腳120l』，以提供用於器件102與其它元件、 器件或系統電耦合的電通路。在另一實施例中，基板112包括作 為球柵陣列(BGA)封裝設計的一部分的焊球陣列以取代管腳 120^，用於與其它元件電耦合。圖2是僅根據一個實施例的用於製造微電子冷卻組件的示 例性方法100的說明性流程圖。根據一個實施例，在步驟1中， 通過提供微電子器件2〗2和散熱器202製造微電子冷卻組件。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^)。根據一個實施 例，納米膏206包括分散劑、反應控制劑、溶劑和納米尺寸的金 屬顆粒208l』。納米尺寸的金屬顆粒208L』與分散劑結合、以便 使顆粒208Lj保持好的分布並減少聚集。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定性。例如，根據所選擇的分布方法，例如絲網印刷或噴墨印刷，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沉 積金屬納米膏206、 208.』。在一個實施例中，利用絲網印刷方法實 現納米膏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包括將表面塗 層210施加到微電子器件212。在實施例中，表面塗層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包括將表面塗 層204施加到散熱器202。根據實施例，表面塗層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。可以利用各種技術來施加表面塗層，所述技術包 括PVD、 CVD和其它公知的適當的薄膜沉積技術。在步驟2中，對微電子冷卻組件應用燒結工藝，以便燒結金 屬納米膏206、 214,...n。對金屬納米膏206、 214l』的燒結通過在 微電子器件212和散熱器202之間形成燒結的金屬接合處 214,』，而將微電子器件212和散熱器202熱耦合。反應控制劑 通常在諸如室溫的較低溫度下是穩定的且與其它納米膏206、 214^成分不反應；但是在高溫下，例如在燒結過程中，它們被活化， 從而與分散劑反應並將其從納米尺寸顆粒214 l..n中除去。因此，燒 結使得納米尺寸的金屬顆粒214,.』通過相互擴散而彼此聚集以減小 其表面張力能並形成塊金屬結構214l』。在燒結工藝過程中，通常將納米膏206配製品中的有機材料除 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 發除去納米膏206的有機物。在燒結過程中，將空氣施加到納米膏 206允許02擴散到納米膏206中並與將被蒸發的有機物反應，有助 於塊金屬結構214^的出現。 '在步驟3中，所得到的塊金屬結構216 ,...n形成TIM 216 ,...n，
其將微電子器件212與散熱器202熱結合。在一個示例性實施例 中，TIM 216 以及表面塗層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合的一部分。在另一示例性實 施例中，TIM 216 u以及表面塗層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合的一部分。根據實施 例，TIM216,.』以及表面塗層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、表面塗層210 和204、包括納米尺寸的金屬顆粒208,』的納米膏206、燒結工 藝過程中的所結合的納米顆粒214 u的聚集和塊生長、以及所 得到的金屬TIM 216 與已對於微電子冷卻組件100所描述 的各個實施例相一致。圖3是示出僅根據一個實施例的用於製造在微電子冷卻組 件中使用的納米膏的多種方法中的一種的示圖。可以通過化學合 成或物理合成工藝製備納米膏配製品。圖3示出物理合成工藝 300。本說明書中的根據實施例的納米膏配製品不限於任一工藝 且可以通過化學或物理合成製備。根據物理合成實施例，在包括坩鍋304的外部加熱的管流冷 凝器(tube flow condenser) 316中產生目標金屬蒸汽。這裡，例 如通過爐306加熱管流冷凝器316。將惰性載氣302預加熱到坩 鍋304的溫度並流入反應管。當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，並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控制劑和溶劑而製造 金屬納米膏。在一個實施例中，由類似的物理工藝製造用於TIM 應用的納米膏。根據化學合成實施例，對諸如有機金屬化合物的金屬絡合物 的典型熱分解可以用來製造適於TIM應用的納米膏。通過溶劑 中的適當的金屬鹽和相應的烷基胺或脂肪酸的化學計量浪應來 製備適當的金屬絡合物。多數金屬絡合物具有對稱的垸基鏈。通
過加熱，金屬絡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 顆粒添加反應控制劑和溶劑來製造金屬納米膏。在一個實施例中，用於TIM應用的納米膏由類似的化學工藝製造。圖4是許多可能的系統中的一個系統400的示圖，其中可以 使用本發明的實施例。在一個實施例中，電子組件402包括如在 這裡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)。設置在晶片組(例 如，圖形、聲音和控制晶片組)中的集成電路也可以根據本發明 的實施例進行封裝。對於圖4所示的實施例，系統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 不限於靜態隨機存取存儲器(SRAM)和動態隨機存取存儲器 (DRAM)。大容量存儲器件412的例子包括但不限於硬碟驅動 器、光碟驅動器(CD)、數字多用光碟驅動器(DVD)，等等。 輸入/輸出模塊414的例子包括但不限於鍵盤、光標控制裝置、 顯示器、網絡接口，等等。總線406的例子包括但不限於外圍控 制接口 (PCI)總線以及工業標準結構(ISA)總線，等等。在各 個實施例中，系統400可以為無線行動電話、個人數字助理、袖 珍PC、平板PC、筆記本PC、桌上型電腦、機頂盒、媒體中心PC、 DVD播放器、或伺服器。可以以對理解本發明最有幫助的方式，依次說明作為多個分 立操作的各種操作。然而，說明的順序不應被認為意味著這些操 作必須依賴於順序。特別地，這些操作不必以所述順序執行。可 以以不同於所述實施例的順序來執行所述操作。可以執行各種附 加操作和/或在附加實施例中可以省略所述操作。以上對本發明的所述實施例的說明(包括摘要中所描述的內
容)，並不旨在是毫無遺漏的或將本發明限於所公開的確切形式。 雖然這裡為了說明性的目的描述了本發明的具體實施例和例子， 但如本領域技術人員將認識到的那樣，在發明的範圍內各種等同 修改也是可能的。可以根據以上的詳細描述對本發明進行這些修改。在所附權 利要求中的術語不應被解釋為將本發明限於在說明書和權利要 求中所公開的具體實施例。相反，本發明的範圍將完全由所附權 利要求書所確定，其將根據所確立的權利要求解釋的法律原則來 進行解釋。
權利要求
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金屬接合處的燒結金屬納米膏。
2、 根據權利要求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、 根據權利要求1所述的組件，其中通過在小於約250°C 的溫度下燒結所述納米膏形成所述燒結金屬接合處，所述納米膏 包括尺寸在約5nm和50nm之間範圍內的納米尺寸的金屬顆粒。
4、 根據權利要求1所述的組件，其中所述納米膏包括結合 有分散劑、反應控制劑和溶劑的納米尺寸的金屬顆粒。
5、 根據權利要求4所述的組件，其中所述分散劑包括選自 由鏈烷醇醯胺、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、 根據權利要求4所述的組件，其中所述反應控制劑包括 選自由伯胺、仲胺和叔胺組成的組的材料。
7、 根據權利要求4所述的組件，其中所述溶劑包括選自由 碳氫化合物、極性溶劑、丙烯醯基單體、環氧樹脂單體和水組成 　的組的材料。
8、 根據權利要求1所述的組件，其中所述TIM基本上沒 有金屬間化合物。
9、 根據權利要求1所述的組件，其中由物理工藝製備所述 納米膏。
10、 根據權利要求1所述的組件，其中由化學工藝製備所述 納米膏。
11、 根據權利要求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熱耦合的表面塗層，所述表面塗 層包括與所述金屬TIM材料具有相同元素的金屬材料。
12、 一種製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的金屬結合處，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、 根據權利要求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、 根據權利要求12所述的方法，其中在小於約25(TC的溫 度下對所述金屬納米膏進行燒結，所述納米膏包括尺寸在約5nm 和50nm之間範圍內的納米尺寸的金屬顆粒。
15、 根據權利要求12所述的方法，其中所述納米膏包括結 合有分散劑、反應控制劑和溶劑的納米尺寸的金屬顆粒。
16、 根據權利要求15所述的方法，其中所述分散劑包括選 自由鏈烷醇醯胺、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、 根據權利要求15所述的方法，其中所述反應控制劑包 括選自由伯胺、仲胺和叔胺組成的組的材料。
18、 根據權利要求15所述的方法，其中所述溶劑包括選自 由碳氫化合物、極性溶劑、丙烯醯基單體、環氧樹脂單體和水組 成的組的材料。
19、 根據權利要求12所述的方法，其中所述TIM基本上沒 有金屬間化合物。
20、 根據權利要求12所述的方法，其中由物理工藝製備所 述納米膏。
21、 根據權利要求12所述的方法，其中由化學工藝製備所 述納米膏。
22、 根據權利要求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塗層，所述表面塗層包括與所述 金屬TIM具有相同元素的金屬材料；向所述散熱器施加表面塗層，所述表面塗層包括與所述金屬 TIM具有相同元素的金屬材料。
23、 根據權利要求12所述的方法，其中通過絲網印刷來實 現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、 根據權利要求12所述的方法，其中通過噴墨印刷來實 現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、 根據權利要求12所述的方法，其中在惰性氣體環境中、 在約latm和50atm之間的壓力下實現對所述金屬納米膏的燒結。
26、 微電子冷卻系統，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 之間形成燒結金屬接合處的燒結金屬納米膏；以及電耦合到所述微電子器件的其它器件。
27、 根據權利要求26所述的系統，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、 根據權利要求26所述的系統，其中通過在小於約250 。C的溫度下燒結所述納米膏形成所述燒結金屬接合處，所述納米 膏包括尺寸在約5rnn和50nm之間範圍內的納米尺寸的金屬顆 粒。
29、 根據權利要求26所述的系統，其中所述納米膏包括結 合有分散劑、反應控制劑和溶劑的納米尺寸的金屬顆粒。
30、 根據權利要求26所述的系統，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於製造該組件的方法。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合的熱界面材料(TIM)，所述TIM包括燒結金屬納米膏。
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 優先權日2006年9月26日
發明者C·黃, D·蘇 申請人:英特爾公司