热界面材料，包含该热界面材料的电子器件和其制备和使用的方法

专利名称：热界面材料，包含该热界面材料的电子器件和其制备和使用的方法
技术领域：
相关申请的交叉参考本申请要求于2007年9月11日提交的美国临时专利申请第60/971，299号的权 益。美国临时专利申请第60/971，299号结合于此作为参考。联邦资助研究声明无
背景技术：
产热电子部件，如半导体、晶体管、集成电路(IC)、分离器件、发光二极管(LED)和 其它所属领域已知的，被设计为在正常的操作温度下或在正常的操作温度范围内(标准工 作温度)进行操作。但是，如果在操作过程中没有去除足够的热，该电子部件会在显著高于 其标准工作温度的温度下进行操作。过高的温度会对该电子部件的性能和与之相连的电子 器件的操作造成不利影响，并且对平均故障间隔时间造成负面影响。为了避免这些问题，可通过从电子部件到传热器的热传导来去除热。然后可通过 任意常规方法来冷却传热器，如对流或辐射技术。在热传导的过程中，热可通过电子部件和 传热器之间的表面接触或通过电子部件和具有热界面材料(TIM)之间的接触从电子部件 传递到传热器。介质的热阻越低，从电子部件到传热器的热流越大。一般，电子部件和传热器的表面不是完全光滑的，因此达到表面之间的全面接触 是困难的。空气空间是不良的热导体，存在于表面之间并且提高阻抗。通过在表面之间插 入TIM来填充这些空间。某些市售的TIM具有聚合物基质或弹性体和分散于其中的热导填料。但是，弹性 体基质具有在未固化的状态时难以应用的缺点，并且如果在应用之前固化，它们可能不能 完全附着于或与表面吻合。聚合物基质具有在应用之后会流出空间的缺点。当电子装置变 得更小时，因为电子部件在更小的面积中产生更多的热，或当发展了碳化硅(SiC)电子装 置时，因为SiC电子部件比以上所讨论的电子部件具有更高的标准工作温度，这些TIM还可 能具有缺乏足够的热导率的缺点。还提议了将焊锡材料作为TIM。但是，具有低于标准工作温度的熔点的焊锡会具有 需要弹性体或锡提的加封来防止焊锡在应用之后从空间流出的缺点。具有高于标准工作温 度的熔点温度的焊锡材料通常会以显著高于常规TIM的厚度应用。这造成了提高成本的缺 点，因为更多的焊锡材料被被用于产生更厚的熔合线。具有低热膨胀系数(CTE)材料，如氧 化铝、氧化锌和石墨的焊锡材料对于某些TIM应用可能缺乏足够的延展性或热导率，或者 两者都有。由于原材料成本，这些TIM还可能相当昂贵。

发明内容
发明简介
包含热导金属和聚合物颗粒的组合物(复合物)。该组合物可被用于TIM应用。


图1是热界面材料的横截面。图2是电子器件的横截面。图3是可选的热界面材料的横截面。图4是热阻与粒径的函数的图表。参考数字100TIM101基底物102组合物103隔离衬垫200电子器件201集成电路芯片(IC芯片)202基底物203芯片粘接204 间隔205 锡球206 垫207TIM1208金属盖209传热器210TIM2211热通路300TIM301热导金属302组合物
具体实施例方式TIM包含热导金属和热导金属中的聚合物粗颗粒(颗粒)。TIM在TIMl和TIM2应 用中都可应用。或者，TIM可具有片状结构。例如，该TIM可包含I)组合物，其包含a)热导金属，和b)第一热导金属中的颗粒；和II)在组合物表面上的热导材料。热导材料II)可为第二热导金属，其可具有低于热导金属a)熔点的熔点。或者， 热导材料II)可以是热导脂，如DowCorning SC 102，或其它的热导化合物。或者，组合物I)可形成为具有第一和第二相对表面的膜。该膜可具有II)在第一 相对表面上的热导材料。该膜还可选地包含III)在第二相对表面上的第二热导材料。热导材料II)和III)可以是相同或不同的。热导材料II)和III)可以是，例如热导金属或 热导化合物，如热导脂。热导金属II)和III)可以是相同或不同的。包含在其表面上不具有另外一个热导材料层的组合物的TIM可应用于在商业TIM 应用。或者，在一边上具有热导金属层(和可选的在另外一边上的第二热导金属)的组 合物可被用于各种电子器件的商业TIM应用中。或者，当组合物具有热导化合物作为该组 合物表面上的热导材料时，其可被用于测试集成电路芯片的测试载体应用(test vehicle application) ο 合适的热导化合物是 Dow Corning Corporation Midland, Michigan USA 市售的，如 Dow Corning SC 102 和 Dow Corning 热导化合物，如 CN-8878、TC-5020、 TC-5021、TC-5022、TC-5025、TC-5026、TC-5121、TC-5600 和 TC-5688。热导化合物可以是包 含非固化聚二有机硅氧烷的 导脂和热导填充物。基底物热导材料在所属领域中是已知的，并且是市售的。热导金属可以为如银(Ag)、铋 (Bi)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、铅(Pb)或其合金的金属；或者，热导金属可以包含In、Sn、 Bi、Ag或其合金。Ag、Bi、Ga、In或Sn合金还可包含铝(Al)、金(Au)、镉(Cd)、铜(Cu)、镍 (Ni)、锑(Sb)、锌(Zn)或其组合。合适的合金的实施例包括Sn-Ag合金、In-Ag合金、In-Bi 合金、Sn-Pb 合金、Bi-Sn 合金、Ga-In-Sn 合金、In-Bi-Sn 合金、Sn-In-Zn 合金、Sn-In-Ag 合金、Sn-Ag-Bi 合金、Sn-Bi-Cu-Ag 合金、Sn-Ag-Cu-Sb 合金、Sn-Ag-Cu 合金、Sn-Ag 合 金、Sn-Ag-Cu-Zn合金和其组合。合适的合金的实施例包括Bi95Sn5、Ga95In5、In97Ag3、 In53Sn47、In52Sn48 (Cranston, Rhode Island, USA 的 AIM 市售的 In 52)、Bi58Sn42 (AIM 市售的 Bi 58)、In66. 3Β 33. 7、In95Bi5、In60Sn40 (AIM 市售的)、Sn85Pbl5、Sn42Bi58、 Bil4Pb43Sn43(AIM 市售的 Bil4)、Bi52Pb30Snl8、In51Bi32. 5Snl6. 5、Sn42Bi57Agl、 SnAg2. 5Cu. 8Sb. 5 (AIM 市售的 CASTIN )、SnAg3. OCuO. 5 (AIM 市售的 SAC305)、 Sn42Bi58 (AIM 市售的)、In80Pbl5Ag4 (AIM 市售的 In 80)、SnAg3. 8CuO. 5 (AIM 市售的 SAC387)、SnAg4. OCuO. 5 (AIM 市售的 SAC405)、Sn95Ag5、SN 100CAIM 市售的)、Sn99. 3CuO. 7、 Sn97Sb3、Sn36Bi52Znl2、Snl7Bi57Zn26、Bi50Pb27Snl0Cdl3 和 Bi49Zn21Pbl8Snl2。或者， 合金可以为以上所述的任意的无铅的合金。无铅表示合金含有按重量计少于0.01%的Pb。 或者，合金可以为包含铟的以上所述的任意合金。或者，合金可以为无铟的以上所述的任意 合金。无铟表示合金包含按重量计少于0.01%的In。或者，合金可以为具有广泛熔点范围 的非共晶合金。所属领域的一般技术人员可根据包括TIM要用于的电子器件类型的各种因素来 选择热导金属的确切熔点。热导金属可具有高于电子器件的标准工作温度的熔点。并且， TIM可具有低于电子器件的制造温度的熔点。例如，TIM可具有高于电子器件的标准工作温 度至少5°C的熔点。例如，当电子器件包含常规的产热电子部件时，如半导体、晶体管、IC或 分离器件，热导金属可具有50°C至300°C的熔点范围，或60°C至250°C，或150°C至300°C。 或者，当TIM被与LED —起使用时，热导金属可具有80°C至300°C或100°C至300°C的熔点范 围。或者，当TIM被与产热的SiC电子部件一起使用时，该电子器件的标准工作温度可能高 于使用常规的产热电子部件的。在该TIM应用中，热导金属可具有150°C至300°C或200°C 至300°C的熔点.当TIM具有片状结构时，其包含I)包含a)第一热导金属和b)该热导金属中的颗粒的组合物；和II)该组合物表面上的第二热导金属；，第一和第二热导金属都可以选自以 上提供的实施例，具有限制条件11)第二热导金属具有的熔点低于a)第一热导金属的熔 点至少5°C，或者至少30°C。或者II)第二热导金属的熔点可以低于a)第一热导金属的熔 点5°C至50°C。在片状结构中，II)第二热导金属的熔点可以高于电子器件的标准工作温 度至少5°C，并且低于该器件的制造温度，a)第一热导金属的熔点可以高于或低于(或高于 至少5°C)电子器件的制造温度。 TIM中的热导金属的量取决于多种因素，包括选择的金属或合金和选择的颗粒的 类型，但是，这个量是足够能使该热导金属在TIM中成为连续相的。或者，热导金属的量可 以为 TIM 的 50vol%至 99vol%，或者 60vol%至 90vol%，或者 55vol%至 60vol%。颗粒粗聚合物颗粒可消除机械应力。该颗粒可进行弹性变形或塑性变形。颗粒具有低 于热导金属的弹性模数的弹性模数。该颗粒包含聚合物，其可为有机聚合物、硅酮聚合物、 硅酮_有机共聚物或其组合。适合用于本文的有机颗粒在所属领域中是已知的和市售的。 示例有机颗粒包括聚碳酸酯、聚酯、聚醚砜、聚醚醚酮、聚异丁烯、聚烯烃、聚二苯硫醚、聚苯 乙烯、聚亚胺酯和它们的卤化衍生物。有机颗粒可可选地被卤化。示例的氟化有机颗粒为 市售的，如 Wilmington, Delaware, U. S. A 的 DuPont PerformanceElastomers L. L. C.的 VITON 。金属涂层的粗聚合物颗粒可来自德国的microParticles GmbH0颗粒的存在量可为TIM 的 Ivol%至 50vol%，或 10vol%至 400vol%，或 40vol% 至45vol%，或10vol%至30vol%。颗粒形状不是关键性的。颗粒可以为，例如球形、纤维 状的、有孔的(例如，具有海绵状结构)、中空的或其组合。或者，颗粒可以为球状或不规则 的。或者，颗粒可包含颗粒的聚合从(聚合)。颗粒的形状取决于它们的制造方法。颗粒可 以为固化的或未固化的，例如高分子量聚合物。颗粒可以为弹性体的或树脂质的或其组合。 颗粒可分散在TIM中，颗粒可形成不连续相。颗粒可以交联。颗粒可具有至少15微米的平均粒径，或者至少50微米。或者，颗粒可具有15微 米至150微米的平均粒径，或50微米至100微米，或15微米至70微米，或50微米至70微 米。不希望被理论束缚，认为具有例如5微米或更小的平均粒径的微粒不适合用于该TIM 中。微粒可能具有的粒径不足以用作TIM中的间隔。微粒可能不能提供如本文介绍的粗聚 合物颗粒一样高的热导率，或一样高的韧性。不希望被理论束缚，认为以相同的体积填充， 本文介绍的粗聚合物颗粒会提供比微粒更好的蠕变松弛。此外，微粒可能比本文介绍的粗聚合物颗粒更难被整合到金属基质中，因为微粒 不能总是以与粗聚合物颗粒一样的高容量被整合。在通常产生这样的微粒的方法中，由于 其弹性性质和小粒径，微粒不能总是通过过滤被可靠回收，微粒会凝聚(coalesce)。生产这 些微粒的回收步骤可通过，例如冷冻干燥或喷雾干燥来进行，其在表面上留下不能被完全 去除的不需要的表面活性剂。微粒具有的粒径还不足以用作TIM应用中的间隔。 相比之下，可通过相反转法制备应用于本文粗硅酮颗粒，并且可通过过滤回收这 些粗硅酮颗粒。表面活性剂可被完全去除，可选地，不同的涂层和/或表面处理剂可被应 用于硅酮颗粒。例如，用于本文的粗硅酮颗粒可通过包含水乳液聚合的相反转法制备。在 该方法中，产生了硅酮连续相(油相)，并且在该硅酮连续相中加入表面活性剂和水的混合 物。可选地增加额外的水。不希望被理论束缚，认为可调整表面活性剂对水的比例从而控制粒径。在钼族金属催化剂的存在下，硅酮连续相可包含烯基功能聚硅氧烷与聚有机含氢硅 氧烷。在聚合之后，可洗涤得到的硅酮弹性体颗粒，并且过滤去除表面活性剂。或者，可以 在该方法中加入热稳定剂从而产生具有提高的热稳定性的硅酮弹性体颗粒。合适的热稳定 剂的实施例包括金属氧化物，如氧化铁、四氧化三铁、氢氧化铁、氧化铈、氢氧化铈、氧化镧、 气相法二氧化钛或其组合。当组合物被用作用于SiC电子部件的TIM时，这是尤其有用的。 当被添加时，稳定剂的存在量可以为TIM的按重量计的0. 5%至5%。或者，SiH功能粗硅酮颗粒可被用于基质中。不希望被理论束缚，认为SiH官能度 可提高粗硅酮颗粒在包含铟的基质中的分散。合适的SiH功能粗硅酮颗粒在以下的段落
至
中进行了介绍。制造颗粒的方法制备这些粗硅酮颗粒的实例方法可以通过改良，例如美国专利第4，742，142号、 第4，743，670号和第5，387，624号介绍的方法来进行。所属领域的一般技术人员可改变美 国专利第4，742，142号、第4，743，670号和第5，387，624号的公开中的表面活性剂和水的 比例来产生其所需的硅酮粒径。在该方法中，可通过在具有一种或多种的反应硅酮组合物 的按重量计5 %至95 %的表面活性剂的水中，乳化反应硅酮组合物来制造颗粒。使用的水 量为基于反应硅酮组合物重量的按重量计的5%至95%水，或为50%。可以一步添加水，或 者多次添加。以上所述的粗聚合物颗粒可选地在其表面上具有金属或金属氧化物。该金属可以 为与上述的热导金属相同或不同的。该金属可包含Ag、Al、Au、Bi、钴(Co)、Cu、In、铁(Fe)、 Ni、钯(Pd)、钼(Pt)、Sb、Sn、Zn或其合金。或者，颗粒上的金属可以为Ag。金属氧化物可 以为上述任意金属的氧化物。可通过多种技术在颗粒的表面上产生金属或金属氧化物。例 如，可通过湿金属化法(wet metallization)来涂层颗粒。或者，制备并通过，例如过滤来 回收颗粒，然后可通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、化学沉积、沉浸、或喷雾 法来涂层颗粒。不希望被理论束缚，认为该金属或金属氧化物对以上介绍的热导金属具有 亲和力，并且可通过该热导金属产提高该颗粒的湿化(wetting)。认为在TIM中，颗粒表面 上的金属或金属氧化物可产生提高的热导率、稳定性、机械性能、CTE或其组合的优势。或者，可制备粗硅酮弹性体颗粒，可选地以金属涂层，例如通过制备具有树脂质的 (分支的)或线性聚合结构的硅烷(SiH)功能胶体，并且在其制备过程中或之后金属化该颗 粒。制备这些胶体的方法包含，使用如R(SiOMe) 3、R2Si (OMe) 2的硅烷在阴离子型表面活性 剂/酸催化剂，如十二烷基苯磺酸(DBSA)的存在下来实施乳液聚合，其中每个R是单价烃 族或氟化单价烃族，如Me、Et、Pr、Ph、F3 (CH2) 2或C4F9 (CH2) 2(其中Me表示甲基，Et表示 乙基，Pt表示丙基，Ph表示苯基)。示例性的不含SiH的硅烷是MeSi (OMe) 3，其产生胶体T 树脂。还可通过乳液聚合Si(0Et)4(TE0S)和六甲基二硅醚或Me3Si0Me来制备MQ型树脂。 可通过将组合物的PH提高至高于4来停止乳液聚合。所属领域的技术人员会认识到M、D、 T和Q是指以下化学式的硅氧烷单元
13<image>image see original document page 14</image>其中，R如上所述。可通过将SiH功能硅烷或低分子量的SiH功能硅氧烷与以上所述的硅烷进行 共聚从而引入SiH官能度。示例SiH功能硅烷是(Me0)2SiMeH。示例SiH功能硅氧烷是 (Me3Si0)2SiMeH 和(HMe2Si)20。使用的SiH功能硅烷或SiH功能硅氧烷的量可以在 0. 001%至 100%变化。还可能进行SiH化合物的添加从而制备结构胶体颗粒。例如，可在聚合的较后期 加入SiH化合物，这样颗粒在接近颗粒的外部具有比颗粒内部更高的SiH含量。通过改变 SiH化合物的水平和添加时间，所属领域的一般技术人员能够制备多种具有SiH官能度的 胶体组合物。本文描述的SiH功能胶体可构成反应分散物或乳液。当该胶体处于分散状态时， SiH部分可以进行反应，或在去除水之后，其可以在凝聚的状态进行反应。制备金属涂层粗硅酮颗粒的方法包含，用金属盐溶液处理包含SiH的聚合物乳液 或胶体。SiH部分起还原剂的作用，其将某些金属离子还原成其元素状态。该反应在室温下 发生，并且可在数小时后完成。例如，可以以Ag、Au、Cu和Pt的盐来处理胶体或弹性体乳 液。或者，可以使用低温粉碎法来制备粗聚合物颗粒。这样的方法在所属的领域中是 已知的，例如美国专利第3232543、4383650和5588600号中描述的。无论颗粒是否在其表面上具有金属和/或金属氧化物，粗聚合物颗粒可进行表面 处理。例如，该表面处理可以为表面处理剂、物理处理(例如，等离子体)，或表面化学反 应(原位聚合)。表面处理剂在所属领域中是已知的，是市售的。合适的表面处理剂包括， 但是不限定于烷氧基硅烷，如正己基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正癸基三甲氧基 娃烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯乙基三甲氧 基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和甲基三 甲氧基硅烷，3_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基 娃烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和其组合；烷氧基官能性的寡硅氧烷(alkoxy-functional oligosiloxane)；硫醇和烷硫基，如十八硫醇；多硫化物，如硫桥硅烷(sulfido-silane)； 脂肪酸，如油酸、硬脂酸；和醇，如肉豆蔻醇、十六(烷)醇、十八烷醇，或其组合；功能烷基 聚硅氧烷，其中功能基团可以为硅氧烷基、硅氮烷、环氧基、酰氧基、肟或其组合。例如，表面 处理剂可以为(环氧丙氧丙基)甲基硅氧烷/ 二甲基硅氧烷共聚物，在一末端具有化学式 为Si (OR’ )3的基团而另一末端具有化学式为SiR”3的基团的二甲基硅氧烷聚合物，其中 每个R’独立地代表单价烃基，如烷基，每个R”独立地代表单价烃基，如烷基或烯基。或者， 表面处理剂可以为芳香基功能聚二甲基硅氧烷聚合物或糖-硅氧烷聚合物。表面处理剂的量取决于多种因素，包括粗聚合物颗粒的类型和量，但是该量为粗聚合物颗粒的重量的0. 至5%。TIM可可选地还包含一种或多种其它添加物。例如，可 以添加如蜡的其它添加物来提高处理。TIM的热导金属可具有高于电子器件的标准工作温度的熔点。TIM可被加工为，例 如具有厚度的薄片，粗聚合物颗粒可以具有TIM厚度的10%至100%的平均粒径。例如，当 平均粒径是厚度的100%时，颗粒可被用作TIM的间隔。颗粒的平均粒径取决于多种因素， 包括TIM熔合线的厚度，TIM在其制造过程中或之后是否被压缩，但是颗粒可具有至少15微 米的平均粒径。或者，颗粒可具有15微米至150微米的平均粒径，或50微米至100微米， 或15微米至70微米，或50至70微米。所属领域的技术人员会认识到，当粗聚合物颗粒是 球形时，本文描述的平均粒径代表粗聚合物颗粒的平均颗粒直径。制备TIM的方法
可通过任意的常规方法制备TIM，如方法包含1)将热导金属加热至超过其熔点， 2)将颗粒与该热导金属混合。或者，可通过包含1)将热导金属颗粒与粗聚合物颗粒混合， 其后2)加热1)的产物从而重熔(reflowing，软溶)热导金属的方法来制备TIM。或者，该 方法可包含1)将硅酮颗粒包卷在热导金属的薄片或热导金属箔中，其后2)重熔热导金属。 这些方法还可可选的包含3)将步骤2)的产物制成理想的厚度，例如，通过压缩，可选地通 过加热。或者，可以使用挤压或辊压将TIM制造到理想的厚度。这些方法还可选地包含将 步骤2)或步骤3)的产物切割成理想的形状。或者，可通过模制TIM形成理想的形状。或 者，该方法可包含1)将颗粒和热导金属颗粒应用到基底物，其后2)在有或没有助熔剂下， 重熔热导金属。所属领域的技术人员会认识到，如果TIM在制造过程中或之后被压缩，粒径 会改变。例如，如果使用球形弹性体颗粒，在压缩之后，颗粒形状会改变成圆盘形，粒径也会 改变。或者，如果使用粗树脂颗粒，粗树脂颗粒会起到TIM中的间隔的作用。制造过程中使 用的确切压力和温度取决于多种因素，包括所选的热导金属的熔点和得到的组合物的理想 厚度。但是，温度可在环境温度至刚低于热导金属的熔点的范围内，或者60°C至120°C。图1显示了以上所述的TIM的横截面。在图1中，TIM100包含基底物101和在基 底物101的对面上形成的以上所述的组合物层102。在组合物102的曝露面上应用隔离衬 垫 103。当TIM具有片状结构时，该方法还可包含将另外一个热导金属层压到组合物的表 面上。该方法还可包含在压制过程中进行加热。例如，在制造过程中使用的确切的压力和 温度取决于多种因素，包括所选的热导金属的熔点和得到的组合物的理想厚度，但是，压力 可在30至45psi的范围内，温度可在40°C至130°C的范围内。或者，当组合物具有片状结 构时，该方法还可包含将热导化合物，如脂，分散在该组合物的表面。可通过任意的简便的 方法来分散，如毛刷涂布或自动分布。图3显示了如上所述制造的可选的TIM的横截面。在图3中，TIM300是包含组合 物302的片状薄膜，在该组合物的对立面上具有热导金属301的第一和第二层。热导金属 301的熔点低于组合物302的热导金属的熔点。热导金属301可以没有颗粒。“没有颗粒” 表示热导金属301没有分散于其中的颗粒，或者具有的分散颗粒比组合物302的热导金属 少。可通过任意简便的方法来制备TIM300，例如通过将热导金属301压到组合物302的对 立面上。热导金属301具有的熔点可高于电子器件的标准工作温度并低于电子器件的制造 温度。
电子器件电子器件可包含以上所述的TIM。该电子器件包含i)第一电子部件，ii)第二电子部件，iii)以上所述的TIM，其中TIM被插入到第一电子部件和第二电子部件之间。第一电子部件可以为半导体芯片，第二电子部件可以为传热器。或者第一电子部件可以为半 导体芯片，第二电子部件可以为散热器(TIM1应用)。或者，第一电子部件可以为散热器，第 二电子部件可以为传热器(TIM2应用)。在电子器件中，TIMl和TIM2可以为相同或不同的 热界面材料。制造电子器件的方法包含，将以上所述的TIM与第一电子部件的第一表面进行接 触，将TIM加热到高于热导金属的熔点的温度。该方法还可选地包含在加热之前将TIM与 第二电子部件的第二表面进行接触。可选择具有高于电子器件的标准工作温度并且低于该 器件的制造温度的熔点的热导金属，a)，从而当电子器件操作时使TIM成为固体。不希望被 理论束缚，认为该制造方法具有在TIM和电子部件之间形成结合而不使TIM在标准工作过 程中流出交界面的优势。为了促进该熔合形成，当接触电子部件表面和加热时，可可选地使 用助熔剂。可选地，电子部件的表面可以以，例如Au金属涂层，从而提高结合。当该器件操 作时，热从第一电子部件分散到第二电子部件。 或者，以上所述的电子器件中的TIM可具有片状结构。该TIM可包含包含具有第 一熔点的第一热导金属和第一热导金属中的颗粒的组合物；还包含组合物表面上的具有第 二熔点的第二热导金属层；其中第一熔点高于第二熔点。或者，TIM可包含被制造成薄膜的 以上所述的组合物，其具有第一和第二对立面，其中第一对立面在其上具有第二熔点的第 二热导金属层，第二对立面在其上具有第三熔点的第三热导金属层。图2显示了示例电子器件200的横截面。该器件200包含通过包含间隔204的芯 片粘接203安装在基底物202的电子部件(显示为集成电路芯片(IC芯片))201。基底物 202具有通过焊接点206连接至此的锡球205。第一热界面材料(TIMl) 207插入到IC芯片 201和金属盖208之间。金属盖208起到散热器的作用。第二热界面材料(TIM2) 210插入 到金属盖208和传热器209之间。当该器件工作时，热沿着箭头211表示的热通路移动。实施例列入了这些实施例从而对所属领域的一般技术人员说明本发明，不能被理解为将 限定了权利要求列出的本发明的范围。所属领域的技术人员根据本说明书应该理解可以在 公开的特殊实施方案中进行多种变化，仍获得类似的结果，而不会偏离权利要求列出的本 发明的精神和范围。参考实施例1-制备硅酮颗粒实施例12中使用的硅酮颗粒的制备是通过称量50g的动黏滞率为107厘斯托克， 近似聚合度100和氢含量0. 083 %的聚甲基聚硅氧烷/ 二甲基聚硅氧烷液体放入到最大 IOOg烧杯中。随后，称量1. 87g的已二烯和两滴大约对应为0. 2g的可溶性钼催化剂(由在 乙烯基功能硅氧烷中的Pt 二乙烯基四甲基二硅氧烷组合物(含有0. 5%钼元素的催化剂 组合物)构成)到杯中。混合物在SpeedMixer DAC-l50转动10秒。加入水中的72% 的1. 3g的月桂醇(20)乙氧基化物(Brij 35L)，随后为8. Og的去离子水(初始水)。在SpeedMixer DAC-150上以最大速度转动杯子20秒。检查杯中的内容物，观察混合物转 变成油/水(o/w)乳液。再以最大速度转动杯子20秒，其后加入IOg稀释水。再以1/2的最大速度转 动杯子10秒。随后再加入15g的稀释水，以1/2最大速速转动15秒。最后添加水，这 样已添加的稀释水的总量达到35g。将杯子放置到50°C的炉中2小时。冷却杯子，使用 Malvern Mastersizer S确定得到的硅酮橡胶分散物的粒径。使用装有标准实验室滤纸 的布氏漏斗来过滤收获颗粒。得到的滤后沉淀由硅酮橡胶颗粒构成，在过滤的过程中再用 IOOml的去离子水洗涤。从布氏漏斗取出滤后沉淀，放置在玻璃烘烤盘里，使其在实验室环 境条件下风干过夜( 20小时)，随后在50°C的炉中再进行2小时。使用纸片，将干燥的 颗粒转入到玻璃缸中保存。光散射仪得到的粒径如下Dv50 = 15微米；Dv90 = 25微米。参考实施例2-制备硅酮橡胶颗粒通过以下的方法制备实施例11中使用的颗粒。通过参考实施例1的方法来制备 球形硅酮橡胶颗粒分散物。不进行过滤，分散物被倾倒在玻璃烘烤盘中，并且使其在实验室 环境条件下蒸发过夜(22小时)。用铲子和倒置的装配有螺帽的小广口瓶玻璃缸破碎得到 的块。硅酮颗粒在50°C的炉中再干燥2小时。将硅酮颗粒转移到玻璃缸保存。这些颗粒由 含有表面活性剂(Brij 35L)的硅酮橡胶颗粒构成。参考实施例3-制备Ag处理的颗粒通过以下的方法制备实施例2中使用的硅酮颗粒。称量50g的动黏滞率为135厘 斯托克，近似聚合度120和氢含量0. 114%的聚甲基聚硅氧烷/二甲基聚硅氧烷放入到IOOg max杯中。随后，称量1. 87g的已二烯和两滴大约对应为0. 2g的可溶性钼催化剂(主要由 在乙烯基功能硅氧烷中的Pt 二乙烯基四甲基二硅氧烷组合物(含有0. 5%钼元素的催化剂 组合物)构成)。混合物在SpeedMixer DAC-150转动10秒。加入0. 82g的水中60% 的仲烷基磺酸盐表面活性剂(Hostapur SAS 60)，随后加入6. Og去离子水(初始水)。 杯子在DAC-150 SpeedMixer 上以最高速度旋转20秒。检查杯中的内容物，观察混合物 转变成油/水(o/w)乳液。
再以最大速度转动杯子20秒，其后加入IOg稀释水。以1/2的最大速度再转动杯 子15秒。随后再加入15g的稀释水，以1/2的最大速度旋转15秒。最后添加水，这样已添 加的稀释水的总量达到35g。杯子的内容物转移到250ml的缸中，盖了盖子的缸被放置到 500C的炉中2小时。冷却缸至室温，使用Malvern Mastersizer S确定得到的硅酮橡胶分 散物的粒径。对缸中的乳液加入IOg的按重量计3% AgN03水溶液，手动振荡几分钟。在实 验室环境温度下保持该缸不动大约24小时。乳液的颜色从乳白色变为非常深的黑褐色。使用真空过滤瓶和装有普通实验室滤 纸的布氏漏斗来过滤获得处理了的硅酮弹性体颗粒。用去离子水洗涤过滤沉淀物，使其在 环境温度下干燥48小时。用倒置的二盎司广口瓶通过轻轻压碎凝结物来破碎干燥的产物。 颗粒的颜色是浅褐色。通过X-射线荧光确定Ag的存在，发现其为按重量计的0. 1%。在干 燥之前通过水乳浊液的光分散确定的平均粒径是30微米。实施例1-硅酮橡胶颗粒通过在钼催化剂的存在下的聚(乙烯基硅氧烷)和聚(含氢硅氧烷)的水乳液聚 合来制备硅酮颗粒。平均颗粒直径是50微米(D90直径是85微米)。量为26. 5vol %的硅酮颗粒与In51Bi32. 5Snl6. 5(熔点60°C )混合。混合物加热到70°C，强烈搅拌5分钟。在冷却到室温之后，得到的混合物在60°C被压成薄膜。薄膜被切割成小片用于热导测量，热导 测量是根据热导绝缘材料的热传输特性的ASTM D5470标准试验方法通过保护热板法进行的。厚度为0. 185mm的膜在36. 2psi的施加压力下具有0. 252°C-cm2/ff的热阻和7. 373W/ mK的表观热导系数。表观热导系数表示厚度除以热阻，校正单位差异。实施例2-银涂层的硅酮橡胶颗粒通过在钼催化剂的存在下的聚(乙烯基硅氧烷)和聚(含氢硅氧烷)的水乳液聚合来制备硅酮颗粒，然后通过原位湿金属化来进行银涂层。平均颗粒直径是25微米(D90 直径是45微米)，银存在的量是基于颗粒重量的0. 18%。将量为20.6vol%的硅酮颗粒 和7.4vol%作为表面处理剂的(环氧丙氧丙基)甲基硅氧烷/ 二甲基硅氧烷共聚物(如 Gelest, Inc.，ofMorristown, PA, USA 的市售的 EMS-622)与 In51Bi32. 5Snl6. 5 进行混合。 混合物被加热到70°C，强烈搅拌2分钟。在冷却到室温之后，得到的混合物于60°C被压成 薄膜。薄膜被切割成小片用于热导测量。厚度为0. 087mm的一片薄膜在36. 2psi的施加压 力下具有0. 1880C · cm2/ff的热阻和4. 413ff/mK的表观热导系数。比较实施例3-无颗粒In51Bi32.5Snl6.5在60°C被压成薄膜。薄膜被切割成小片用于热导测量。厚度为0. 185mm的膜具有1. 932°C · cm2/ff的热阻，厚度为0. 087mm的膜在36. 2psi的施加压力 下具有0. 499°C-cm2/ff的热阻。厚度为0. 185mm厚度的膜的表观热导系数为0. 958. ff/mK, 厚度为0. 087mm的膜的热导系数是1. 743W/mK。实施例4-氧化铝颗粒氧化铝粉末以22. 8%的体积分数与In51Bi32. 5Snl6. 5混合。混合物被加热到70°C，强烈搅拌2分钟。冷却到室温之后，得到的混合物于60°C被压成薄膜。薄膜被切割成 小片用于热导测量。厚度为0. 182mm的薄膜在36. 2psi的施加压力下具有0. 951°C · cm2/ W的热阻和1. 892ff/mK的表观热导系数。发明者惊奇地发现使用实施例1中的未涂层的硅 酮橡胶颗粒产生的TIM具有比该含有氧化铝颗粒的TIM低的热阻和高的热导系数。实施例5-平均直径为5微米的硅酮橡胶微粒平均颗粒直径为5. 15微米和多分散指数(PDI)为1. 40的27. 7vol%的硅酮橡胶颗粒DOW CORNING 9506与In51Bi32. 5Snl6. 5混合。混合物被加热到70°C，强烈搅拌 2分钟。冷却到室温之后，得到的混合物在60°C被压成薄膜。薄膜被切割成小片用于热导 测量。厚度为0. 185mm的一片薄膜在36. 2psi的施加压力下具有0. 454°C · cm2/ff的热阻 和4. 065ff/mK的表观热导系数。实施例6-平均直径为2微米的硅酮橡胶微粒平均颗粒直径为1. 39微米和多分散指数(PDI)为1. 14的23. 4vol%的硅酮橡胶颗粒DOW CORNING EP-2100与In51Bi32. 5Snl6. 5混合。混合物被加热到70°C，强烈 搅拌2分钟。冷却到室温之后，得到的混合物在60°C被压成薄膜。薄膜被切割成小片用于 热导测量。厚度为0. 184mm的一片薄膜在36. 2psi的施加压力下具有1. 095°C · cm2/ff的 热阻和1. 677ff/mK的表观热导系数。实施例7-平均直径为16微米的硅酮橡胶颗粒在钼催化剂和表面活性剂的存在下，通过聚(乙烯基硅氧烷)和聚(含氢硅氧烷)的水乳液聚合来制备硅酮颗粒。平均颗粒直径和PDI分别是16. 7微米和1.28。量为 28. 7vol%的硅酮颗粒与In51Bi32. 5Snl6. 5(熔点60°C )混合。混合物被加热到70V,强 烈搅拌5分钟。冷却到室温之后，得到的混合物在60°C被压成薄膜。厚度为0.145mm的薄 膜在36. 2psi的施加压力下具有0. 4710C · cm2/ff的热阻和3. 081ff/mK的表观热导系数。实施例8-平均直径为15微米不具有表面活性剂的硅酮橡胶颗粒在钼催化剂存在下通过聚(乙烯基硅氧烷)和聚(含氢硅氧烷)的水乳液聚合来制备硅酮颗粒。平均颗粒直径是15微米。28. 7vol%的硅酮颗粒与In51Bi32. 5Snl6. 5(熔 点60°C)混合。混合物被加热到70°C，强烈搅拌5分钟。冷却到室温之后，得到的混合物 在60°C被压成薄膜。厚度为0. 143mm的薄膜在36. 2psi的施加压力下具有0. 559°C · cm2/ W的热阻和2. 556ff/mK的表观热导系数。实施例9-硅酮橡胶颗粒的体积对低熔点的合金组合物的热导率的影响平均颗粒直径为0. 77微米和多分散指数(PDI)为1. 26的多种量的硅酮橡胶颗粒 Dow Corning Trefill E-601 与 In51Bi32. 5Snl6. 5 混合。混合物被加热到 70°C，强烈搅拌 2分钟。冷却到室温之后，得到的混合物在60°C被压成薄膜。薄膜被切割成小片用于热导 测量。在施加了 36.2psi的压力之后，复合薄膜的表观热导系数为，具有24. 2vol%的这样 的硅酮颗粒的试样是3. 307W/mK，具有32. 3vol %的这样的硅酮颗粒的试样是1. 865W/mK。实施例10-低熔点的软金属中具有表面活性剂的硅酮颗粒在钼催化剂存在下通过聚(乙烯基硅氧烷)和聚(含氢硅氧烷)的水乳液聚合来 制备硅酮颗粒。如以上的参考实施例1所示，平均颗粒直径是25微米。量为28. lvol%的 硅酮颗粒与软铟(熔点156. 6°C )混合。混合物被加热到160°C，与铟超声混合5分钟。冷 却到室温之后，得到的混合物在120°C被压成薄膜。厚度为0. 225mm的薄膜在40psi的施加 压力下具有0. 3090C · cm2/ff的热阻和7. 282ff/mK的表观热导系数。实施例11-硅酮橡胶颗粒对低熔点的金属组合物热导率的影响如以上的参考实施例1所示，在钼催化剂存在下通过聚(乙烯基硅氧烷)和聚(含 氢硅氧烷)的水乳液聚合来制备具有多种平均颗粒直径的硅酮颗粒。含有28.8vol%的硅 酮橡胶颗粒的混合物被加热到160°C，与铟超声混合5分钟。冷却到室温之后，得到的混合 物在120°C被压成薄膜。薄膜被切割成小片用于热导测量。厚度为0. 397-0. 425mm的复合 薄膜在40psi施加压力下的热阻显示在图4中。实施例12-涂层了热导硅脂的铟膜中的硅酮橡胶颗粒按照以上的实施例10所示的方法来制备厚度为0. 190mm的铟膜中含量为 28. 8vol% 的硅酮橡胶颗粒，将Dow Corning Corporation of Midland，Michigan，U. S. A市 售的热导脂DOWCORNING SC 102涂层于铟组合物膜的顶部和底部。该膜在40psi的 施加压力下具有0. 18rc · cm2/ff的热阻和10. 755ff/mK表观热导系数。该膜可被用于测试载体。实施例13-层压了低熔点合金的铟膜中的硅酮橡胶颗粒通过与以上的实施例10所示的相同的方法来制备厚度为0. 263mm的铟组合物膜。 通过在100°C压制的两个Sn42Bi58合金膜(熔点138. 5°C )被放置在铟组合物膜的两侧，通 过在50°C施压形成片状薄膜。该片状薄膜的总厚度为0. 313mm，在40psi的施加压力下具有 3. 5580C · cm2/ff的热阻和0. 880ff/mK的表观热导系数。不希望被理论束缚，认为Sn42Bi58的硬度会对该试验方法中的热导率和热阻产生不利的影响。比较实施例14-无颗粒合金Sn42Bi58在132°C被压制成膜。该膜被切割成小片用于热导测量。厚度为 0.310mm的膜在40psi的施加压力下具有4. 671°C · cm2/ff的热阻，该金属膜的表观热导系 数是0. 664W/mK。该比较实施例、实施例13和实施例10显示了当没有颗粒和使用更坚硬的 合金时，表观热导系数和热阻都受到不利的影响。实施例15-层压了低熔点金属合金的铟膜中的硅酮橡胶颗粒_2通过与以上的实施例10所示的相同的方法来制备厚度为0. 263mm的铟组合物膜。 通过在50°C压制的两Bi50 Pb27SnlOCdl3金属合金膜(熔点70°C )被放置在铟组合物膜 的两侧，通过在50°C施压形成片状薄膜。该片状薄膜的总厚度为0. 378mm，在40psi的施加 压力下具有0. 6940C · cm2/ff的热阻和5. 454ff/mK的表观热导系数。实施例16-层压了低熔点金属的铟膜中的硅酮橡胶颗粒通过与以上的实施例10所示的相同的方法来制备厚度为0. 185mm的铟组合物膜。 通过在100°C压制的两个铟膜被放置在铟组合物膜的两侧，通过在50°C施压形成片状薄 膜。该片状薄膜的总厚度为0. 235mm，在40psi的施加压力下具有0. 322°C · cm2/ff的热阻 和7. 271ff/mK的表观热导系数。实施例17-铟组合物膜中的石墨颗粒石墨3626 (Anthracite Industries, PA)颗粒的膨胀石墨以19. 3%的体积分数与 铟进行混合。混合物被加热到170°C，与铟超声混合3分钟。冷却到室温之后，得到的混合 物在100°C被压成膜。该膜被切成小片用于热导测量。厚度为0. 330mm的膜在40psi的施 加压力下具有1. 4050C · cm2/ff的热阻和2. 335ff/mK的表观热导系数。实施例10中的硅酮 橡胶颗粒被用于产生具有比含有石墨颗粒的该TIM更低的热阻和更高的热导率的TIM。令 人惊奇地发现，含有传导(例如，石墨)颗粒的组合物具有比实施例10中含有硅酮颗粒的 组合物更高的热阻和更低的热导率。实施例18-铟膜中氧化铝改性的硅酮橡胶颗粒通过与实施例1所示的相同的方法制备的硅酮颗粒通过0.8wt%氧化铝改性， 氧化铝是通过溶胶凝胶化学使用异丙醇铝作为反应前体制备的。将改性硅酮颗粒和铟的 混合物加热到170°C，超声混合3分钟。在冷却到室温之后，得到的混合物在100°C被压 成膜。将该膜切成小片用于热导测量。厚度为0.130mm的膜在40psi的施加压力下具有 0. 410°C · cm2/ff的热阻和3. 248ff/mK的表观热导系数。实施例19-铟膜中的聚合物改性硅酮橡胶颗粒通过与实施例1所示的相同的方法制备的硅酮橡胶颗粒通过溶液混合以 16.2衬％的氨丙基封端聚(二甲基硅氧烷)改性。将改性硅酮颗粒和铟的混合物加热到 170°C，超声混合3分钟。在冷却到室温之后，获得的混合物在100°C被压成膜。将该膜切成 小片用于热导测量。厚度为0. 440mm的膜在40psi的施加压力下具有1. 023°C · cm2/ff的 热阻和4. 300ff/mK的表观热导系数。实施例20-铟膜中的聚合物改性硅酮橡胶颗粒_2通过与实施例1所示的相同的方法制备的硅酮橡胶颗粒通过溶液混合以9. 3wt% 的聚(碳酸酯双酚A)改性。将改性硅酮颗粒和铟的混合物加热到170°C，超声混合3分钟。在冷却到室温之后，获得的混合物在iocrc被压成膜。将该膜切成小片用于热导测量。厚度 为0. 420mm的膜在40psi的施加压力下具有0. 576°C · cm2/ff的热阻和7. 296ff/mK的表观 热导系数。实施例21-铟膜中的聚合物改性硅酮橡胶颗粒_3通过与实施例1所示的相同的方法制备的硅酮橡胶颗粒通过溶液混合以9. 2wt% 的热塑性聚氨酯(Estane 58238，聚酯型聚氨酯-75A，Neveon Inc, OH)改性。将改性硅酮颗 粒和铟的混合物加热到170°C，超声混合3分钟。在冷却到室温之后，获得的混合物在100°C 被压成膜。将该膜切成小片用于热导测量。厚度为0.323mm的膜在40psi的施加压力下具 有0. 6220C · cm2/ff的热阻和5. 224ff/mK的表观热导系数。实施例22-铟膜中的聚合物改性硅酮橡胶颗粒_4+通过与实施例1所示的相同的方法制备的硅酮橡胶颗粒通过溶液混合以 9.4wt%&Tg52°C的聚[二(乙二醇)/环己烷二甲醇-交替-间苯二甲酸，磺化的] (458716, Aldrich)改性。将改性硅酮颗粒和铟的混合物被加热到170°C，超声混合3分钟。 在冷却到室温之后，获得的混合物在10(TC被压成膜。将该膜切成小片用于热导测量。厚度 为0. 443mm的膜在40psi的施加压力下具有0. 717°C · cm2/ff的热阻和6. 181ff/mK的表观 热导系数。比较实施例23-铟组合物膜中的硅胶颗粒Merck Grade 9385的颗粒直径为40-63微米的230_400mesh的硅胶颗粒以19. 3% 的体积分数与铟混合。将混合物加热到170°C，超声混合3分钟。在冷却到室温之后，获得的 混合物在100°C被压成膜。将该膜切成小片用于热导测量。厚度为0. 553mm的膜在40psi的 施加压力下具有1. 7630C · cm2/ff的热阻和3. 136ff/mK的表观热导系数。实施例10中的硅 酮橡胶颗粒被用于产生具有比该含有硅胶颗粒的TIM更低的热阻和更高的热导率的TIM。实施例24-低熔点合金组合物中的等离子体改性硅酮橡胶颗粒颗粒直径D(v，0. 5)为6. 23微米的硅酮橡胶颗粒Dow Corning DY33-719在表面 上由C02等离子体改性，与In51Bi32. 5Snl6. 5混合。将混合物加热到70°C，强烈搅拌2分 钟。在冷却到室温之后，获得的混合物在60°C被压成膜。将该膜切成小片用于热导测量。 对于厚度为0. 200mm的具有29. 7vol %的该硅酮颗粒的试样，在36. 2psi的施加压力下组合 物膜的表观传热系数的数据为2. 173W/mK。对于厚度为0. 172mm的具有29. 7vol%的该硅 酮颗粒的试样，具有未进行表面改性的组合物膜的为1. 158W/mK。实施例25-低熔点合金组合物中的等离子体改性硅酮橡胶颗粒_2颗粒直径D(v，0. 5)为6. 23微米的硅酮橡胶颗粒Dow Corning DY33-719在表面 上由硅酸乙酯(TEOS)等离子体改性，与In51Bi32. 5Snl6. 5混合。将混合物加热到70°C，强 烈搅拌2分钟。在冷却到室温之后，获得的混合物在60°C被压成膜。将该膜切成小片用于 热导测量。对于厚度为0. 168mm的具有28. 7vol %的该硅酮颗粒的试样，在36. 2psi的施加 压力下组合物膜的表观传热系数的数据为1.724W/mK。工业应用本文描述的TIM可以应用于TIMl和TIM2应用。本文描述的TIM可提供与常规 TIM相比成本降低的优势。用作TIM中的热导金属的的合金会很昂贵，尤其是那些含有铟 的。不希望被理论束缚，认为与不含粗聚合颗粒或含有韧性较差材料颗粒，如氧化铝颗粒的热导金属相比，粗聚合物颗粒也可提高韧性和延展性。提高韧性和延展性可降低或消除TIM 中的热导金属对铟的需求，可使熔合线厚度降低。此外，提高的韧性和延展性可降低对重熔 或重熔焊或两者都有的需求。因此，可以几种方式实现成本降低；即，首先通过以降低熔合 线厚度和以颗粒代替一部分合金来降低合金需要量，通过改变合金的组合物从而包含较便 宜的元素，还可通过降低制造过程中对重熔和/或重熔焊的需要。此外，提高的韧性和延展 性还可提高TIM的热导率。不希望被理论束缚，还认为本发明的TIM提高了机械耐久性。不希望被理论束缚， 认为提高的表观热导系数表示TIM韧性也提高了。不希望被理论束缚，粗颗粒可提高TIM 的韧性，从而与含有微粒的TIM相比提高了交界面接触。不希望被理论束缚，认为图3所示的TIM可提供附加优势与接触基底物的具有较高熔点热导金属的TIM相比，提高了 TIM接触的基底物上的间隙填充。
权利要求
一种热界面材料，其包含a)热导金属，b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；其中所述的热导金属具有高于电子器件标准工作温度和低于所述电子器件制造温度的熔点。
2.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述热导金属不含铟。
3.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述热导金属选自银、铋、镓、铟、锡、铅和 其合金组成的组。
4.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒存在量为以体积计至50%。
5.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒具有至少15微米的平均直径。
6.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒具有的平均直径范围为所述热界 面材料厚度的10%至100%。
7.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒具有提供于所述颗粒表面上的金 属或金属氧化物。
8.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒具有SiH官能度。
9.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒包含选自聚碳酸酯、聚酯、聚醚 砜、聚醚醚酮、聚异丁烯、聚烯烃、聚二苯硫醚、聚苯乙烯、聚亚胺酯和它们的商化衍生物组 成的组的有机聚合物。
10.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒具有的弹性模量低于所述热导 金属的弹性模量。
11.根据权利要求1所述的热界面材料，其中所述颗粒进行了表面处理。
12.一种电子器件，包含i)第一电子部件， )第二电子部件，和iii)插入所述第一电子部件和所述第二电子部件之间的热界面材料；其中所述热界 面材料包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒。
13.根据权利要求12所述的器件，其中所述第一电子部件是半导体芯片，所述第二电 子部件是传热器。
14.根据权利要求12所述的器件，其中所述第一电子部件是半导体芯片，所述第二电 子部件是散热器。
15.根据权利要求12所述的器件，其中所述第一电子部件是散热器，所述第二电子部 件是传热器。
16.一种制造电子器件的方法，包含i)将热界面材料与第一电子部件的第一表面接触，其中所述热界面材料包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；和 )将所述热界面材料加热到高于所述热导金属的熔点的温度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述热界面材料与所述第一电子部件和第二 电子部件之间使用了助熔剂层。
18.根据权利要求16所述的方法，还包含在步骤ii)之前将所述热界面材料与第二电 子部件的第二表面接触。
19. 一种方法，包含i)沿着包含第一电子部件和第二电子部件的电子器件中的热通路插入热界面材料，其 中所述热界面材料包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；和 )操作所述电子器件，从而从所述第一电子部件向所述第二电子部件散热。
20. 一种方法，包含1)将热导金属与粗聚合物颗粒组合，从而形成在所述热导金属中包含所述粗聚合物颗 粒的组合物，和可选的2)将所述组合物制成需要的厚度，和 可选的3)将所述组合物形成需要的形状。
21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将热导金属颗粒与所述粗聚合物颗粒混合，和此后ii)将所述热导金属颗粒加热到高于其熔点。
22.根据权利要求20所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施i)将所述热导金属加热到高于其熔点，和ii)将所述粗聚合物颗粒与步骤i)的产物混合。
23.根据权利要求20所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述粗聚合物颗粒包卷在所述热导金属的薄片或箔中，和此后ii)重熔所述热导金属。
24.根据权利要求20所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述粗聚合物颗粒和热导金属颗粒应用于基底物，和此后ii)重熔所述热导金属。
25.根据权利要求20所述的方法，其中存在步骤2)，步骤2)通过选自以下的方法实施a)压缩，可选地伴随加热；b)挤压；c)辊压。
26.根据权利要求20所述的方法，其中存在步骤3)，步骤3)通过选自以下的方法实施a)将所述步骤1)或步骤2)的产物切割成需要的形状。b)将所述步骤1)的产物模制成需要的形状。
27. 一种热界面材料，包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含 a)具有第一熔点的第一热导金属，和b)在所述第一热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)在所述表面上的具有第二熔点的第二热导金属；其中所述第一熔点高于所述第二熔点。
28.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述第一热导金属不含铟。
29.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述第一热导金属选自银、铋、镓、铟、 锡、铅和其合金组成的组。
30.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒存在量的范围为以所 述组合物体积计的1 %至50 %。
31.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒具有至少15微米的平 均直径。
32.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒具有提供于所述粗聚 合物颗粒表面上的金属或金属氧化物。
33.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒进行了表面处理。
34.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述第二热导金属经选择而使所述第二 熔点比所述第一熔点至少低5°C。
35.根据权利要求27所述的热界面材料，其中所述组合物具有厚度，并且所述粗聚合 物颗粒具有的平均直径范围为所述组合物厚度的10%至100%。
36.一种电子器件，包含i)第一电子部件， )第二电子部件，iii)插入所述第一电子部件和所述第二电子部件之间的热界面材料，其中所述热界面 材料包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含a)具有第一熔点的第一热导金属，和b)在所述第一热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)具有第二熔点的第二热导金属，其中所述第二热导金属在所述组合物的所述表面 上；和其中所述第一熔点高于所述第二熔点。
37.根据权利要求36所述的器件，其中所述第一电子部件是半导体芯片，所述第二电 子部件是传热器。
38.根据权利要求36所述的器件，其中所述第一电子部件是半导体芯片，所述第二电 子部件是散热器。
39.根据权利要求36所述的器件，其中所述第一电子部件是散热器，所述第二电子部 件是传热器。
40.一种制造电子器件的方法，包含i)将热界面材料与第一电子部件的第一表面接触，其中所述热界面材料包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含a)具有第一熔点的第一热导金属，和b)在所述第一热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)具有第二熔点的第二热导金属，其中所述第二热导金属在所述组合物的所述表面上；其中所述第一熔点高于所述第二熔点。ii)将所述热界面材料加热到高于所述第二熔点的温度。
41.根据权利要求40所述的方法，其中在所述热界面材料与所述第一电子部件和第二 电子部件之间使用了助熔剂层。
42.根据权利要求40所述的方法，还包含在步骤ii)之前将所述热界面材料与所述第 二电子部件的第二表面接触。
43.根据权利要求40所述的方法，其中所述步骤ii)的温度低于所述第一熔点。
44.一种方法，包含i)沿着包含第一电子部件和第二电子部件的电子器件中的热通路插入热界面材料，其 中所述热界面材料包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含a)具有第一熔点的第一热导金属，和b)在所述第一热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)具有第二熔点的第二热导金属，其中所述第二热导金属在所述组合物的所述表面 上；和ii)操作所述电子器件，从而从所述第一电子部件向所述第二电子部件散热。
45.一种方法，包含1)将第一热导金属与粗聚合物颗粒组合，从而形成在所述第一热导金属中包含所述粗 聚合物颗粒的组合物，和可选地2)将所述组合物制成需要的厚度，和 可选地3)所述组合物形成需要的形状，和 4)将第二热导金属应用于所述组合物的表面上。
46.根据权利要求45所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将热导金属颗粒与所述粗聚合物颗粒混合，和此后， )将所述热导金属颗粒加热到高于其熔点。
47.根据权利要求45所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施i)将所述热导金属颗粒加热到高于其熔点，和ii)将所述粗聚合物颗粒与所述步骤i)的产物混合。
48.根据权利要求45所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述粗聚合物颗粒包卷在所述热导金属薄片或箔里，和此后ii)重熔所述热导金属。
49.根据权利要求45所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述粗聚合物颗粒和热导金属颗粒应用到基底物，和此后ii)重熔所述热导金属。
50.根据权利要求45所述的方法，其中存在步骤2)，并且步骤2)通过选自以下的方法 实施a)压缩，可选地伴随加热；b)挤压；或c)辊压。
51.根据权利要求45所述的方法，其中存在步骤3)，并且步骤3)通过选自以下的方法 实施a)将所述步骤1)或步骤2)的产物切成需要的形状，b)将所述步骤1)的产物模制成需要的形状。
52.根据权利要求45所述的方法，其中步骤4)通过包括以下步骤的方法实施 i)将第二热导金属压至所述组合物的表面上；和可选的ii)加热。
53.根据权利要求45所述的方法，还包含5)将第三热导金属应用到所述组合物的第 二表面上。
54.一种热界面材料，包含I)具表面的组合物，其中所述组合物包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)在所述组合物的所述表面上的热导材料。
55.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述热导金属不含铟。
56.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述热导金属选自银、铋、镓、铟、锡、铅 和其合金组成的组。
57.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒存在量的范围为以所 述组合物体积计的1 %至50 %。
58.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒具有至少15微米的平均直径。
59.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒具有提供于所述粗聚 合物颗粒表面上的金属或金属氧化物。
60.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述粗聚合物颗粒进行了表面处理。
61.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述热导材料是热导化合物。
62.根据权利要求54所述的热界面材料，其中所述组合物具有厚度，所述粗聚合物颗 粒具有的平均直径范围为所述组合物厚度的10%至100%。
63.一种电子器件，包含 i)第一电子部件， )第二电子部件，iii)插入所述第一电子部件和所述第二电子部件之间的热界面材料，其中所述热界面 材料包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)在所述组合物的所述表面上的热导材料。
64.根据权利要求63所述的器件，其中所述第一电子部件是半导体芯片，所述第二电子部件是传热器。
65.根据权利要求63所述的器件，其中所述第一电子部件是半导体芯片，所述第二电 子部件是散热器。
66.根据权利要求63所述的器件，其中所述第一电子部件是散热器，所述第二电子部 件是传热器。
67.一种制造电子器件的方法，包含i)将热界面材料与第一电子部件的第一表面接触，其中所述热界面材料包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)在所述组合物的所述表面上的热导材料；和 )加热所述热界面材料。
68.根据权利要求67所述的方法，还包含在步骤ii)之前将所述热界面材料与第二电 子部件的第二表面接触。
69.一种方法，包含i)沿着包含第一电子部件和第二电子部件的电子器件中的热通路插入热界面材料，其 中所述热界面材料包含I)具有表面的组合物，其中所述组合物包含a)热导金属，和b)在所述热导金属中的粗聚合物颗粒；和II)在所述组合物的所述表面上的热导材料；和 )操作所述电子器件，从而从所述第一电子部件向所述第二电子部件散热。
70.一种方法，包含1)将热导金属与粗聚合物颗粒组合，从而形成在所述热导金属中包含所述粗聚合物颗 粒的组合物，和可选地2)将所述组合物制成需要的厚度，和 可选地3)所述组合物形成需要的形状，和 4)将热导材料应用于所述组合物的表面上。
71.根据权利要求70所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将热导金属颗粒与所述粗聚合物颗粒混合，和此后， )将所述热导金属颗粒加热到高于其熔点。
72.根据权利要求70所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述热导金属颗粒加热到高于其熔点，和 )将所述粗聚合物颗粒与所述步骤i)的产物混合。
73.根据权利要求70所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述粗聚合物颗粒包卷在所述热导金属薄片或箔里，和此后ii)重熔所述热导金属。
74.根据权利要求70所述的方法，其中步骤1)通过包括以下步骤的方法实施 i)将所述粗聚合物颗粒和热导金属颗粒应用到基底物，和此后ii)重熔所述热导金属。
75.根据权利要求70所述的方法，其中存在步骤2)，并且步骤2)通过选自以下的方法 实施a)压缩，可选地伴随加热；b)挤压；或c)辊压。
76.根据权利要求70所述的方法，其中存在步骤3)，并且步骤3)通过选自以下的方法 实施a)将所述步骤1)或步骤2)的产物切成需要的形状，或b)将所述步骤1)的产物模制成需要的形状。
77.根据权利要求70所述的方法，还包含5)将第二热导材料应用到所述组合物的另一个表面。
全文摘要
一种热界面材料包括热导金属基质和分散于其中的粗聚合物颗粒。该组合物可用于电子器件中的TIM1和TIM2应用。
文档编号H01L23/373GK101803010SQ200880106440
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月11日
发明者G·M·法兹利·爱拉合, 唐纳德·利乐, 尼克·埃文·谢泼德, 徐胜清, 德瑞布·埃都·巴瓦格尔, 林祖辰 申请人:陶氏康宁公司