具有网状物和烧结糊料的界面层的制作方法

具有网状物和烧结糊料的界面层


背景技术：

1.电子设备中的电热接合部通常包括界面材料。传统上使用焊料，但最近烧结材料已被接受。烧结材料的挑战之一是烧结材料的顺应性差。例如，当连接部件时，由于制造和/或加工公差，部件可能具有不平坦的表面或非平行的表面。焊料可以在连接工艺期间流动，以填充由公差所产生的不均匀空间，从而在整个界面上连接部件。然而，烧结材料并未流动，并且具有较差的顺应性。因此，烧结材料在由公差所产生的不均匀空间上进行连接的能力有限。在一些情况下，烧结材料可能仅允许小于千分之一英寸的顺应性。


技术实现要素：

2.根据本公开示例的界面层包括：导电可压缩网状物，其具有交织的导线和在导线之间的孔；以及固定在孔中的烧结糊料。烧结糊料包含导电颗粒。
3.在任意前述实施方式的另一实施方式中，导线是铜导线。
4.在任意前述实施方式的另一实施方式中，颗粒的组成为大于99重量％的铜。
5.在任意前述实施方式的另一实施方式中，网状物的网格尺寸为50-80。
6.在任意前述实施方式的另一实施方式中，导线的导线直径为0.05毫米至0.5毫米。
7.在任意前述实施方式的另一实施方式中，网状物是平纹织物。
8.在任意前述实施方式的另一实施方式中，导线是铜导线，并且颗粒的组成为大于99重量％的铜。
9.在任意前述实施方式的另一实施方式中，网状物是平纹织物。
10.在任意前述实施方式的另一实施方式中，网状物的网格尺寸为50-80，并且导线的导线直径为0.05毫米至0.5毫米。
11.在任意前述实施方式的另一实施方式中，网状物是平纹织物，并且网格尺寸为50-80。
12.在任意前述实施方式的另一实施方式中，导线是铜导线。
13.在任意前述实施方式的另一实施方式中，颗粒的组成为大于99重量％的铜。
14.在任意前述实施方式的另一实施方式中，导线的导线直径为0.05毫米至0.5毫米。
15.根据本公开示例的电子设备包括：第一和第二部件、以及位于第一和第二部件之间的如任意前述实施方式中所述的界面层。
16.根据本公开示例的制造电子设备的方法包括：对第一和第二部件之间的界面层进行压缩，以减小界面层的厚度。界面层包括导电网状物以及烧结糊料，该网状物具有交织的导线和在导线之间的孔，所述烧结糊料固定在所述孔中，。烧结糊料包含导电颗粒。然后，对界面层进行加热，以使导电颗粒固结成孔中的烧结体。
17.在任意前述实施方式的另一实施方式中，加热在惰性保护气体下于225℃至300℃的温度下进行。
18.在任意前述实施方式的另一实施方式中，加热是无压加热。
19.在任意前述实施方式的另一实施方式中，加热在10mpa至40mpa的压力下进行。
附图说明
20.根据以下详细描述，本公开的各种特征和优点将对本领域技术人员变得明显。伴随具体实施方式的附图可以被简要描述如下。
21.图1显示了示例性界面层，其具有导线网状物以及设置在网状物中的烧结糊料。
22.图2显示了仅导线网状物的视图。
23.图3显示了烧结糊料的示例。
24.图4显示了设置在第一和第二部件之间的界面层，该第一和第二部件通过界面层接合。
25.图5显示了第一和第二部件之间压缩的界面层。
26.图6显示了用于制造界面层的步骤的示例。
27.图7显示了在制造加工期间的界面层。
28.图8显示了具有界面层的最终电子设备。
29.发明详述
30.电子设备中部件之间的烧结界面通常在邻接部件之间提供非常少的顺应性。如将要描述的，本文公开的界面层20提供了顺应性得以提高的可烧结界面，从而获得对于公差的更大衡算计量(accountability)。
31.图1示意性显示了用于电子设备接合部的示例性界面层20。界面层20包括导电可压缩网状物20，所述网状物由交织在一起的导线22a的网络形成。如图2(其是仅网状物22的正视图)所示，导线22a设置在织物中。例如，网状物22设置为平纹织物。该织物是“松散的”，因为导线22a之间存在孔24(图1)。
32.界面层20还包括固定在孔24中的烧结糊料26。图3显示了烧结糊料26的代表性视图。烧结糊料26包含导电颗粒28。例如，导电颗粒28是铜颗粒，例如，组成为大于99重量％的铜的铜颗粒。颗粒28可以是纳米颗粒，但是另外或替代性地可以使用更大的非纳米颗粒尺寸。除了颗粒28之外，烧结糊料26可以包含加工助剂30。加工助剂30没有特别限制，并且可以包括如粘结剂、树脂、蜡、助熔剂或已知用于烧结糊料的其它试剂等的成分。
33.界面层20的网状物22使界面层20能够被压缩。例如，图4示意性显示了设置在第一和第二部件32/34之间的界面层20，该第一和第二部件32/34通过界面层20接合。值得注意的是，部件32/34是不平坦的，使得部件32/34的界面表面是非平行的。不平坦可能是由于制造和/或加工公差引起的。应理解，非平行的情境仅是示例，并且表面之间的不平坦也可以采用其他形式。
34.当使部件32/34在一起进行接合时，该示例中部件32左侧上的区域将首先接触界面层20。如果使用不可压缩界面，部件32/34在初始接触后将不能更加靠近在一起，这可能导致部件32的右侧与不可压缩界面之间无接触。
35.然而，如图5所示，界面层20在与部件32初始接触的附近压缩了，从而使部件32能够继续向部件34移动。由于界面层20压缩，部件32的右侧也能够接触界面层20，使得部件32与界面层20完全界面接触。
36.界面层20的网状物22能够实现压缩性。孔24为网状物22的导线22a提供了移动能力，以便在压缩下伸展和/或变形，从而允许界面层20弯曲。虽然孔24填充有烧结糊料26，但是烧结糊料26是相对软的。烧结糊料26在压缩下可略微移位以适应导线22a的伸展和/或变
形。如本公开所理解的，可以调节织物类型、网格尺寸和导线直径的组合以提供所需压缩量。在示例中，网状物22的面积可以为约2.54平方厘米，网格尺寸为50-80，并且导线22a的导线直径为0.05毫米至0.5毫米。具有该特征的界面层20可以具有高达约0.2毫米的压缩顺应性。
37.图6显示了用于制造界面层20的示意性技术的步骤，并且图7显示了该工艺期间的界面层20。首先，将网状物22设置在载体片材36上。例如，载体片材36包括聚四氟乙烯、聚酯或聚酰亚胺，但是可以替代地使用其它载体片材。载体片材36在加工期间支撑网状物22并且便于处理。在一些示例中，载体片材136可以支撑多个网状物22以进行共处理，从而一次制造多个界面层20。
38.接着，将烧结糊料26引到网状物22上。在一示例中，使用丝网印刷工艺引入烧结糊料26。例如，烧结糊料26最初可以包括载流，例如溶剂，其使烧结糊料26流动或至少更容易进行操作。随后，通过撒布器38(如，刮板)使得烧结糊料26铺展在网状物22上。该铺展使烧结糊料26分散至网状物22的孔24中。在这方面，载体片材36用作孔24的“基底”以在固定之前支撑烧结糊料26。
39.最后，使烧结糊料26干燥，从而将烧结糊料26固定在孔24中。例如，干燥在温度为60℃至125℃的腔室中进行约10分钟或更久。干燥去除了载流，由此使烧结糊料26转变成保留在孔24中的更为实心的形式。例如，更为实心形式的烧结糊料26与导线22a互锁，从而保持固定在网状物22中。可以多次重复上述步骤，以完全填充孔24。
40.然后，可以提供所得的界面层20以用于组装至电子设备中。例如，在制造之后，界面层20可以保留在载体片材36上。然后，可以使用取放机从载体片材36上取下界面层20，并将其放置在部件32/34中的一个或另一个上。然后，如上所述，使部件32/34在一起，由此进行压缩，并减小界面层20的厚度，从而使其与两个部件32/34完全接触。例如，可将界面层20压缩其初始厚度的至少10％或更多，并且在一些情况下，可压缩高达50％，或者对于无压加工，压缩接近0％。
41.然后，界面层20经受加热处理以使颗粒28固结。例如，加热处理在惰性保护气体(例如氮)下于225℃至300℃的温度下进行约3分钟至15分钟。或者，加热处理可以在富氢环境中进行，富氢环境可以帮助还原处理过程中存在的或以其它方式形成的任意氧化物。加热处理可以按无压加热或在加压下进行。使用压力用于进一步压缩并固结界面层20。例如，加热在高达40mpa的压力下进行，例如约10mpa、20mpa、或30mpa的压力下进行。取决于压力，基于网格尺寸为50-80、并且导线直径为0.05毫米至0.5毫米的网状物22的最终界面层20的厚度可以为约0.05毫米至0.3毫米。
42.图8显示了在上述制造工艺之后，最终电子设备40的代表性部分的截面图。将界面层20设置在第一和第二部件32/34之间。加热处理使烧结糊料26烧结，从而在孔24中产生烧结体42。在该烧结体42中，所有或几乎所有颗粒28合并成实心连续块。可以保持低水平的孔隙率，但是，可以通过在烧结过程期间使用压力来使孔隙率最小化。界面层20的热导率为180w/m
°
k至260w/m
°
k。可以使用无压加热来获得靠近该范围下限的热导率，而且可以使用约20mpa至40mpa的压力来获得靠近该范围上限的热导率。
43.尽管在所示的示例中显示了特征的组合，但是并非所有特征都需要进行组合以实现本公开各种实施方式的益处。换言之，根据本公开实施方式设计的系统将不必包括任一
附图中所示的所有特征或在附图中示意性显示的所有部分。此外，一个示例性实施方式所选择的特征可以与其它示例性实施方式所选择的特征组合。
44.前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例的不必脱离本公开的变型和修改对于本领域技术人员而言可以变得明显。赋予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。