使用热吸收且/或热绝缘组合物组装的电子设备的制造方法_2

文档序号:9457623阅读:来源:国知局
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[0046] b)热吸收且/或热绝缘成分,例如其量为20体积%到90体积%。
[0047] 该基体可以包括热塑性塑料或者丙烯酸乳液。
[0048] 该设备可以还包括通风元件,所述通风元件用以将从所述半导体组件产生的热量 从所述设备驱散。
[0049] 当然,消费电子设备提供有电源以为一个或多个半导体封装提供能量。
[0050] 可以利用芯片接着材料(dieattachmaterial)形成半导体封装,所述芯片接着 材料被设置在半导体芯片与电路板之间以将芯片牢固地接着到电路板上。引线接合形成芯 片和板之间的电互连。这种芯片接着材料通常是用热固性树脂基体高度填充的材料。该基 体可以由环氧树脂、马来酰亚胺、衣康酰亚胺、纳迪克酰亚胺(nadimide)和/或(甲基)丙 烯酸酯构成。填料可以是导电的或不导电的。在某些情况下,芯片接着材料是导热的,在这 种情况下,它也帮助将热量从半导体封装耗散。这种芯片接着材料的代表性市售可得实例 包括来自HenkelCorporation的QMI519HT〇
[0051] 或者,可以利用半导体芯片电连接到电路板来形成半导体封装,其中,在所述半导 体芯片与电路板之间的空间中具有焊料互连。在该空间中可设置底部填充的密封剂。底部 填充的密封剂还具有热固性基体树脂,其中热固性基体树脂像芯片接着材料一样可以由环 氧树脂、马来酰亚胺、衣康酰亚胺、纳迪克酰亚胺和/或(甲基)丙烯酸酯构成。通常也填充 底部填充的密封剂。然而,该填料通常是不导电的,并用于调和半导体芯片和电路板的热膨 胀系数之间的差异的目的。这种底部填充的密封剂的代表性市售可得实例包括来自Henkel Corporation的HYSOLFP4549HT。
[0052] -旦半导体封装已被定位到电路板上,并且通常由表面安装粘合剂、芯片 键合器或芯片级封装底部填充的密封剂接着到其上,则该封装可以用模塑化合物包 塑(overmold),以便保护封装不受环境污染物与其它物质的污染。模塑化合物通常基 于环氧树脂或苯并噁嗪。GR750是环氧树脂模塑化合物的一个实例,其可购自Henkel Corporation,被设计为改善半导体设备中的热管理。
[0053] 在电路板上的各个部分使用焊膏,以便以电互联方式接着半导体封装和组件。一 种这样的焊膏是可购自Henkel Corporation的商品名为MULTICORE Bi58LM100的焊膏。这 种无铅焊膏被设计用于其中想要进行热管理的应用。
[0054] 为了有效地管理由半导体芯片和半导体封装所产生的热量,热界面材料可以与任 何需要散热的发热部件(特别是半导体装备中的发热部件)一起使用。在这些设备中,在 发热部件和热沉之间形成热界面材料层,其将待耗散的热量传递给热沉。热界面材料也可 用在包括散热器的设备中。在这种设备中,将热界面材料层设置在发热部件和散热器之间, 并将第二层热界面材料设置在散热器和热沉之间。
[0055] 热界面材料可以是相变材料,例如可购自HenkelCorporation的商品名为 P0WERSTRATEEXTREME、PowerstrateXtreme或PSX的相变材料。被作为两个隔离衬垫之间 的独立式膜封装并且被作为模切预成型体(dieoutperform)供应以匹配各种应用,这种 热界面材料是适合用于例如热沉和各种散热部件之间的可再加工的相变材料。该材料在相 变温度下流动,顺从部件的表面特征。当热界面材料为相变材料形式时,其熔点约为51°C或 6(TC〇
[0056] -旦流动,就将空气从界面排出,降低热阻抗,成为高效热传递材料。
[0057] 该热界面材料可以由(a)60重量%至90重量%的石蜡;(b)0重量%至5重量% 的树脂;以及(c) 10重量%至40重量%的金属颗粒,例如导电填料制成。导电填料通常选 自石墨、金刚石、银以及铜。或者,导电填料可以是铝,例如球形氧化铝。
[0058] 适合在热界面材料中使用的金属颗粒可以是易熔金属颗粒,典型地是用作焊料的 低熔点金属或金属合金。这种金属的实例包括铋、锡以及铟,也可以包括银、锌、铜、锑以及 涂银氮化硼。在一个实施方案中,金属颗粒选自锡、铋或两者。在另一个实施方案中,也存 在铟。也可以使用以上金属的合金。
[0059] 也可以使用锡和铋粉的共晶合金(熔点为138°C),锡和铋的重量比为Sn48Bi52, 特别是和铟粉一起使用(熔点为158°C),其中存在的铟和Sn:Bi合金的重量比是1 : 1。
[0060] 存在于组合物中的金属颗粒和/或合金的范围应该是热界面材料的50-95重 量%。
[0061] 热界面材料也可以是导热油脂(thermalgrease),例如可购自Henkel Corporation的商品名为TG100、C0T20232-36I1 或C0T20232-36E1 的导热油脂。TG100 是 一种被设计用于高温热量传递的导热油脂。在使用中,TG100被置于发热设备与安装发热设 备的表面或其它散热表面之间。这种产品提供优异的热阻,提供高导热性并且在很大工作 温度范围内基本不会蒸发。此外,C0T20232-36E1和C0T20232-36I1是HM1型材料,在此实 例中是为高功率倒装芯片应用而设计的。这些产品包含软凝胶聚合物或可固化基体,其在 固化后形成内部具有低熔点合金的互穿网络。低熔点合金可以是易熔金属焊料颗粒,特别 是基本没有添加铅的易恪金属焊料颗粒,包括元素焊料粉末(elementalsolderpowder) 以及任选的焊料合金。
[0062] 在使用中,热界面材料应该具有小于0. 2(°Ccm2/Watt)的热阻抗。
[0063] 外壳包括至少两个衬底,并且通常包括多个衬底。所述衬底被设计尺寸且设置为 彼此接合。
[0064] 热吸收且/或热绝缘组合物具有与空心球状容器一起的可选自相变材料("PCM") 的基体,其中所述相变材料用壳密封,所述空心球状容器内部是气体,例如空气。
[0065] PCM可以由有机或者无机材料构成。例如,可用于PCM中的有机材料包括石蜡、月旨 肪酸、酯、醇、二醇或有机共晶体。也可以使用矿脂、蜂蜡、棕榈蜡、矿物蜡、甘油和/或某些 植物油。可用于PCM中的无机材料包括盐的水合物和低熔点金属共晶体。为了给特定应用 选择PCM,加热或冷却设备的工作温度应该与PCM的转变温度相匹配。
[0066] 石蜡可以是标准的商品级,并且应该包括熔点低于约40°C的石蜡。使用这种石蜡 允许基体在低于约37°C的温度时从固态转变成液态。除了石蜡,如上所述,矿脂、蜂蜡、棕榈 蜡、矿物蜡、甘油和/或某些植物油也可以用于形成PCM。例如,可以将石蜡和矿脂成分共混 在一起,以使这些成分(即石蜡:矿脂)的比值约为1.0 : 0-3.0 : 1重量%。在此方面, 由于相对于例如石蜡成分增加了矿脂成分,PCM的柔软性应该得以提高。
[0067] 任选地,PCM中可以使用树脂。在这种情况下,可以使用最高达到约5重量%的 树脂;理想地,使用约2重量%至约4重量%的树脂。树脂可以是热塑性树脂,例如可购自 E.I.DUPONTDENEM0RES&COMPANY,Wilmington,DE的ELVAX牌的合成树脂类塑料材料或 者可购自JSRCorp.的乙烯-丁烯共聚物。所选的树脂应该具有合适的熔点,此外可以和 石蜡共混从而因此形成具有期望硬度或柔软性的基质,这对于特定应用可能是有利的。
[0068] 具有或没有树脂的PCM应该是在给定温度范围内可以从固态或不可流动态向液 态或流动态进行相变的材料。
[0069] 有利地,PCM中使用的成分的熔点选择为低于大多数消费电子设备的工作温度。在 此方面,其中使用石蜡组分的PCM在消费电子设备工作时、并且只在该设备于如此升高的 温度下工作的这段时间,表现为液态。结果,在其中布置有本发明组合物的消费电子设备的 工作温度范围内,在液态和固态之间对热量吸收和释放分别进行调节。
[0070] 当PCM基体经历从固态向液态的相变时,该基体吸收热量直到转
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