CN1127140C - 散热器组件及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种散热器部件及其形成方法，利用薄的助粘金属膜层把多芯片组件管帽粘附到由硅氧烷弹性材料构成的散热器聚合物粘结剂上去，该薄的助粘金属膜层选自金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W及共合金，在管帽和聚合物粘结剂之间提供一种满足封装性能和可靠性要求的粘结。

Description

散热器组件及其形成方法
技术领域
本发明一般地涉及一种用于把聚合物粘结剂粘到金属上的方法，还涉及一种散热器，它把助粘层用作多芯片组件管帽和用于固定散热器的聚合物粘结剂之间的薄的粘结界面间的粘结层。
背景技术
电子装置诸如计算机在其工作中要依靠大量的集成电路和其他的电子元件，这些集成电路和电子元件大部分装在印制电路板上。许多电子元件在其正常运行中都要产生热。为了适应对高运算速度的不断增长的要求，已开发出了多芯片组件(“MCM”)系统并已付诸实用。MCM在基板上要一个接一个地装配多个集成电路(IC)。这种MCM布局可以允许高密度装配并可以有效地缩短连接线的长度，使得电子电路增加运算速度。
但是，随着运算速度要求的增加，元件所必须消散的热的量一般也要增加。许多元件需要外部散热器的帮助来消散所产生的运行热。术语“散热器”，就像在此所用的那样，通常被看作是一种无源装置，比如说是一种压制成型的带有许多散热片的铝板或水冷冷却板，它们被热结合到某一电子元件上以吸收源于元件的热，并借助于热对流把这些吸收的热消散到空气或水中去。虽然散热器本身通常在本性上是无源的，但应当明白，如果需要，直接使用扇风装置或给散热器散热片加上一个扇风装置以增加对流的热传递速率，仍然在这一术语所包涵的范围之内。就如在美国专利No.5396403(申请人Patel)中所讲的那样。
基于实践上的必要性，大部分元件经常共享一个公共散热器，在这些情况下，需要高封装密度和/或小的单个元件的尺寸。在上述美国专利No.5396403(Patel)就讲到了根据这样的共享散热器的方法，它涉及到用于应用倒装芯片工艺的高功率MCM系统的一种冷却构造。在申请人Patel的专利中，对于要被消散的热来说，主要的热路径顺序如下：通过高功率芯片的已金属化了的背面一侧，上述高功率芯片具有已装在其相反一侧的产生热的元件；通过铟焊料的界面；通过硅碳化物或者钨铜化合物的热传导板；通过热糊状物的界面以及最后，通过诸如用压制铝而制成的散热器。Patel的专利讲述的散热器是一个整体的构造，它既对于该MCM构成了一个壳体，又在其外部形成了散热片以把热通过对流消散到周围的空气中去。另外，如上所述，需要形成4个分隔开来且独特的热中介层并把它们排列整齐，它们夹在芯片和散热器之间而不弄脏该装置，描绘出一个相对复杂而集约的把散热器加到芯片上去的制作方案。
在美国专利No.5387815(Nishiguchi，西口)中讲述的另一建议涉及用于冷却半导体组件中一个或多个高功率倒装芯片的构造。西口的专利所宣称的目标是用少量的元件提供一个出色的热消散设计。西口的专利叙述了一个半导体芯片组件，它有一个已在其上边形成了布线部分的基板；已装上了一个半导体芯片，使电路一侧面朝下地装到布线部分上；一个散热器，其一端与半导体芯片的电路一侧相反的一侧接触；一个管帽，它把半导体芯片封了起来同时有一个把散热器的另一端暴露于外边的开孔。西口的专利讲述了一个金属膜，它相对于将被应用的焊料具有湿润性质，被形成在管帽开孔部分内壁上和被插入到管帽中去的散热器的顶端和/或侧表面上边。一种粘性焊接材料被充填进散热器的顶端部分与半导体芯片的背面一侧之间的缝隙中去，同时，该粘性焊接材料也被填到管帽开口部分的内壁上的金属薄膜和散热器的侧面之间以把管帽与外界隔绝地密封起来。但是，为了形成和精确地排列那些管帽开孔和穿过芯片表面而插入开孔的散热器所需要的时间和物力，以及对由于焊料溢出而污染半导体装置的担心和在这方面所必须采取的附加的防护措施，将使成品率和可靠性受到限制。
作为另外一种方法，一个用于热冷却的散热器用一种已填充进来的硅氧烷弹性体粘结剂粘附到平顶MCM管帽的上表面外侧，用于这种目的硅氧烷弹性体粘结剂是一种通常在电子工业中用于把电子组件或装置包成胶丸状的那种硅氧烷罐装树脂(例如，Dow-Corning公司生产的“Sylgard”商标系列的硅氧烷树脂)。这种平顶MCM管帽的内表面和封在管帽里边的芯片通过热浆糊进行热交换。对于经过阳极化处理铝或陶瓷管帽表面，直接完成要用硅氧烷树脂把散热器粘附到MCM管帽外侧的连接体。
但是，当连接体位置是用含有铜的高热传导性材料诸如钨化铜(CuW)制成的高性能MCM管帽时就会发生问题。由于热膨胀系数和与热消散有关的变化以及随着不断增加的功率的需要，这些含铜管帽的应用更加相关。为了把散热器固定到含铜MCM管帽的背面上去，这种含铜帽被金属化以提供并保持与外界隔绝的包成胶丸状的封装。之所以这样地金属化的主要理由是在诸如钨化铜之类的合成物中存在着露了出来的连续的铜网状物，它们对例如侵蚀是敏感的。由于现在MCM常常必须在10年以上的时间里保持工作能力，上述问题就更突出了。进行这种金属化的一个工艺牵涉到在整个管帽上边镀镍、镀镍管帽在管帽的密封带状物区选择性地镀金，使得可在管帽和支持芯片的基板之间形成一个与外界隔绝的焊料(例如Pb/Sn)密封。
但是，在管帽上的镍镀层和硅氧烷树脂之间直接粘结粘结剂是不合适的。因为镍和硅氧烷有相容性的问题，镍-硅氧烷带易于分成层。因此在满足现行封装性能和可靠性要求上失败了。但是，采用把高度传导性的管帽通过镍到硅氧烷树脂带粘结到一部分隔开来的、分立的散热器上去，在设计方面很困难，特别是希望把低热膨胀系数和高热导率结合起来的那些地方。例如，高冷却要求倾向于需要一种大(高)的散热器。用高度传导性的管帽材料诸如或者钨化铜(CuW)或者铝硅碳化物(AlSiC)制造一个整个的管帽和散热器。即使不是办不到，也是非常困难和花费极大的。在CuW的情况下，附加的重量也会形成一个巨大的负担(例如，CuW的密度约为铝的6倍)。
从一个更为普遍的观点来看，在引线框架和聚合物铸模树脂之间用一个含有铬、锌或更为理想的含有铬和锌的混合物的薄层去加强其粘结性，已在美国专利No.5343073(申请人Parthasarthi)中进行了描述。该专利认为铬和锌的混合物中锌-对-铬的比例超过4∶1则更为理想。引线框架是用一种电传导性金属基板形成的。
用钽、钛或铬膜来促进金属基板与碳氟化合物(fluorocarbon)膜之间的粘结也是众所周知的。此外，美国专利No.4582564(申请人Shanefield)讲述了一种在某种环氧树脂基板上形成粘结金属层的方法，这种方法先在用溅射刻蚀法对基板进行预整修以去掉表面上的弱的边界层之后，在环氧树脂基板的表面上形成一层薄金属膜。然后，在薄的助粘基底金属膜上边淀积一层主要的金属膜。在环氧树脂表面上真空淀积一层粘结薄金属膜，这些金属是铬、镍、镍-钒合金、铂、钯或者钛，厚度为50-10000埃，一般是1000埃。上述Shanefield的专利描述了真空淀积促粘膜的应用，尽管该膜仅仅对于橡胶改性型环氧树脂和在聚合物链中具有高的非饱和度的那些环氧树脂，才显露出是独特的。
从以上的叙述可知，还要求一种有效地把硅氧烷弹性体粘结剂粘结到对该种粘结剂具有低粘结能力的金属例如镍上去的方法，还更特别地，要求一种易于作到且没有精度负担的方法，它把散热器组件与MCM结合在一起，在这种方法中，必须把镀过镍的高热导性MCM管帽可靠地粘结到硅氧烷弹性体上，另一方面，硅氧烷弹性体又被用于把散热器结合到上述管帽上。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在聚合物粘结剂与金属之间形成良好粘结的促粘层。
本发明的另一个目的是提供一种在含硅聚合物粘结剂与含金属的材料(向它上边直接粘结的粘结性不好)之间形成高粘结效率的促粘层。
本发明的再一个目的是提供用于消散由多芯片组件(“MCM”)中的芯片所产生的热的散热器组件，上述多芯片组件具有用于提供良好且可靠的粘结的装置，使得就象在MCM管帽和用于把散热器粘附到MCM上的散热器粘结剂之间那样的粘结。
简要地并用通常的术语来说，在本发明的一个实施形态中，涉及一个散热器组件，该散热器组件包括一个形成于MCM的表面金属化管帽和用于把散热器粘附到MCM上的助粘层之间的薄的粘结金属膜，其中薄的粘结金属膜是一种金属材料，其厚度对把管帽表面粘结到聚合物粘结剂上是有效的。MCM为包含一个多芯片组件类型。该多芯片组件有一基板和至少一个集成电路芯片，该芯片装配在带有把集成电路芯片封在里边的管帽的基板的第1表面上，而且那里还形成了一个，用于在集成电路芯片和管帽之间进行有效的热传送的装置。薄的粘结金属膜有助于在管帽表面的上表面和聚合物散热器粘结剂之间的粘接，并借助于此提供一种满足封装性能和可靠性要求的界面之间的粘结。
用于把散热器粘到MCM上的聚合物粘结剂可以是具有合适的散热器粘结能力的热塑性的、热固性的或者弹性体聚合材料，上述材料还应具有不透水、在碳氢化合物溶剂中不膨胀之类的对于MCM环境合适的属性。
在本发明一个优选实施例中，上述薄的粘结金属膜被用于促进和提供一种在：(a)一种对含硅聚合粘结剂具有不好的直接粘结能力的MCM管帽的金属表面与(b)被用于把散热器粘附到MCM上的含硅聚合物粘结剂(例如，一种硅氧烷弹性体材料)之间的粘结。对于本发明的那些目的来说，一种对含硅聚化物粘结剂具有“不好的直接粘结能力”的金属意味着，该金属对于SylgardTM6605硅氧烷弹性体材料(直接接触)来说具有小于150bs/inch2(p.s.i)(≈1.034×106Pa)的切变强度。对于含硅聚合物粘结剂，特别是诸如硅氧烷弹性体材料，具有这样不好的直接粘结能力的金属例如包括镍、铜、银、金、和它们的合金。
在本发明的一个值得推荐的实施形态中，上述薄的界面粘合金属膜是用从元素周期表(CAS版)的IVB族、VB族、VIB族中选出来的金属或者它们的合金(除放射性元素Unq，Unp和Unh之外)形成的。铬或铬的合金对于在本发明中所用的薄的界面粘结金属膜来说是最优选的金属。
本发明中所用的薄的粘结金属膜淀积在金属表面，如镀镍MCM管帽的表面上，膜厚从50埃～10000埃，更优选的是从大约450埃～大约550埃。
在本发明的另一个优选实施形态中，MCM管帽是镍，诸如形成于管帽基板上的镍镀层，如果留下一块暴露于外(即不镀镍)，则它对侵蚀是敏感的。比如，当管帽含有铜的时候，诸如在铜钨化合物中，镀镍层用于防止管帽中的铜组分的锈蚀。
用于在金属表面上，如在对含硅聚合物粘结剂(例如硅氧烷弹性体材料)具有不好的粘结能力的金属的表面上，淀积薄的粘结金属膜的工艺包括真空淀积工艺如溅射淀积，和离子电镀淀积工艺如电解电镀，这些工艺可以形成薄膜。溅射淀积是在金属表面上边淀积薄的粘结金属膜的最为理想的方式。
本发明提供许多好处和优点。下面例举几点。本发明采用一种易于作到且有效的金属化步骤，以促进和形成在用金属(例如镍)镀过且对含硅聚合物粘结剂诸如硅氧烷弹性体材料具有低的直接粘结能力的MCM管帽和用来把散热器粘结到管帽上的含硅聚合物粘结剂之间的粘结。这种创造性的金属化步骤可以不对与外界隔绝的密封冶金性能造成不利干扰地完成。例如，可以完成镀镍MCM管帽的金属化而不会危及用于对管帽和基板之间进行隔绝密封的金属化的镀金密封带，也不会对它造成不利的影响。此外，本发明的散热器组件完全经得起在持续的时间间隔和运行中在MCM装置的工作环境中所预期到的温度循环、T/H和震动冲击。本发明还降低了否则要安装一个带机械硬件的散热器的造价，而且还由于取消了安装硬件的位置而减小了对空间的要求。另外，本发明还提供了生产的灵活性，就像对于镀镍MCM管帽的金属化的时序那样。例如，镀镍MCM管帽的表面，可以在比如把管帽粘附到基板如集成电路芯片上之前，用有助于对含硅聚化物粘结剂的粘结的薄的粘结金属膜预先形成涂层，以此来消除形成成品率降低的危险。本发明还提供一种和MCM系统结合在一起的散热器组件，就像被高加速应力试验(即“HAST”)所证明了的那样，这种散热器组件对于高温、高湿度、和/或高压的综合应力具有更高的容限。这种高加速应力试验指的是，把被试部件放进一个密封室中，在室内它们同时经受高温(125℃)、高湿度(85％)和高压(约3个大气绝对值)，持续24小时。在这种情况下，在被加速的小时数之内可以产生等效于产品寿命的应力。
在本发明中，术语“聚合物粘结剂”意味着含有聚合物的天然的或人工合成的粘结性物质。
对于本发明的意图来说，术语“含硅聚合物粘结剂”意味着含有聚合物分子的粘结性物质，在聚合物链的主链、侧基和/或端基中的任一个中，每一上述聚合物分子中有至少一个硅原子。
在本发明中，术语“含硅弹性体材料”意味着含硅聚合物粘结剂，且是一种弹性体。术语“弹性体”指的是一些具有非常好的弹性变形能力的聚合物。
在本发明中，术语“硅氧烷弹性体材料”意味着含硅弹性体材料，且是一种含有硅氧烷聚合物的组合物，其中硅聚合物的每一种都是基于具有以下特点的聚合物链的硅聚合物，即在其主链中硅(Si)和氧(O)原子交替，而该主链没有或基本上没有碳原子，除去封端基不考虑，该硅聚合物还具有连到主链的硅原子上的有机侧基。
附图说明
借助于参看附图对本发明的优选实施形态进行的详细说明，可以更好地了解到前边说过的和其他的目的、方面和优点。在附图中，
图1是本发明的散热器组件的断面图，示出了装置的一个有代表性的右视面。
为了便于对本发明进行讨论，图1中的特征已被放大或者在比例上已进行修改。
具体实施方式
本发明提供了一种助粘层，它在聚合物粘结剂和如若不然则对这种聚合物粘结剂具有不好的直接粘结能力的金属之间提供了一种良好的粘结。本发明的一个有利的应用牵涉到一个散热器组件和一种用于粘附含硅聚合物粘结剂的机构。上述含硅聚合物粘结剂用于把散热器粘到如若不然则粘结不好的管帽表面上去，诸如一个镀镍MCM管帽，这种含硅聚合物粘结剂所产生的管帽-散热器粘结强度满足了封装性能和可靠性要求。
现在参看附图，特别是附图1。图1中示出了本发明的一个实施形态的散热器组件10，它包括镀镍管帽18，它被用一种界面之间的、薄的粘结金属膜20固定地粘结到硅氧烷弹性体材料层21(用于粘结散热器22)上。薄的粘结金属膜是一种金属材料，如铬或从元素周期表(CAS版)的IVB族，VB族，VIB族元素中选出的其他金属或合金(除了放射性的元素Unq，Unp和Unh之外)，用如真空溅射工艺制作成较薄的厚度，这种薄粘结金属膜对于各种各样的基板诸如镍金属和硅氧烷弹性体材料表现出相互兼容和粘结能力。
说得更详细一点，散热器组件10被画成和MCM结合到一起，该MCM具有一个下部基板11和通过焊锡突出电极14把多个集成电路芯片(图中为了简洁只画出一个芯片12)面朝下地装配到薄膜上部基板13上的电极上。下部基板11是用绝缘材料如“4211”陶瓷制作的。并具有多个从其下侧伸出去的管腿15，这些管腿将被连接到用上部基板13形成的电子电路上去。上部基板13是用具有低电介常数的绝缘材料制作的并具有已构图的制作在其上的电子布线电路，诸如聚亚酰胺的多层布线构造。
把一种热糊状物或油脂状物16，诸如把金属(例如铝)和/或金属氧化物(例如氧化铝)微粒分散到PAO(聚阿尔发烯烃油：polyalphaolefin oil)、碳氢化合物无机油、或者硅氧烷油中而形成的糊状物或油脂状物，供给到芯片12的背面一侧17和管帽18的内侧之间。PAO油更优选，因为它允许再次使用。热糊状物制成厚度约9个密尔(即大约229μm)。此外，尽管和本发明并没什么特殊关系，理所当然地，MCM通常包括其他的电子装置，诸如示于图1的电容器26和/或芯片。这些芯片对于布线(没有画出)是电路一侧朝上，这些电子装置并没有热粘结到管帽的内侧上。
管帽18是用诸如钨化铜(CuW)、铝硅碳化物、铝、铝氮化物、碳、立方硼氮化物以及金刚石等的高传导性材料形成的。含有铜，特别是含有连续网状形式的铜，管帽就像在铜钨化合物中那样，在本发明中具有特殊的重要性。这是因为含铜管帽的特殊的锈蚀敏感性，使得镍镀层等成为必需。管帽(在镀镍之前)的厚度约为3mm(在密封壁上)，顶部是平的，呈方形，每边边长约为63mm。
在管帽18的整个外表面进行完全的预涂敷，其内部表面通常具有用传统的蒸发技术或离子电镀工艺(例如，电镀，无电电镀)形成的薄的镍镀层，最小厚度为1.0μm。理想的厚度是从约2.5μm到约10μm。管帽18的薄的外层金属镀层的外形在图1中没有分开来画出来，目的是为了简化附图以便于讨论。为了对铜钨管帽进行电镀，推荐进行镍涂敷。镍涂敷层可用氨基磺酸盐溶液进行电镀或者用Ni(B)或Ni(P)浴无电电镀，淀积到裸露的管帽(基板)上。应该知道，本发明还包括替代管帽材料或者其上的电镀材料，这些替代材料包括那些对硅氧烷弹性体材料的粘结性不好的材料，该如铜、银、金或它们的合金。虽然价格方面的考虑反对在这种情况下使用银或金，而且如果使用裸铜的话，必须考虑突出的锈蚀风险。本发明还可被应用于具有其他类型的金属镀层，诸如钴、钴/镍合金、钯、铑、钌等的金属镀层的MCM管帽上，它们尽管也许存在对含硅聚合物粘结剂，特别是对于硅氧烷弹性体材料具有更小的粘结能力问题，然而借助于应用本发明的薄的粘接(界面之间的)金属膜，可以促进并达到它们的散热器-金属的粘结。
把一个薄的粘结金属薄膜20用到管帽18的顶部表面19上的镍涂层上，它将最终用作在管帽18上的镍表面和用于粘附带散热片的散热器22的硅氧烷弹性体材料21之间的助粘层。散热器可以用任何对其功能具有适宜的热性质的材料制作，而且它可以用比如说用挤压成型的铝或加工成型的铝或其他合适的材料制作。
为了在镀镍管帽18上形成薄的粘结金属膜20，一个优选的实施形态包括下述规程。对镀镍管帽18进行预清洗，例如在乙醇或者异丙醇超声或循环浴中去掉任何污物。清洗后的管帽在最小值100℃下进行真空烘干以挥发掉所有的残存液体溶剂。清洗过的镀镍管帽接着用任何合适的现有溅射刻蚀技术，例如，离子束、辉光放电、或者RF(DC和磁控)溅射刻蚀，进行充分地清洗(擦洗)以去掉镍上边的自然镍氧化物层。有代表性地是，恰当地应用溅射刻蚀技术以从镍上去掉大于20埃的表面材料，完成自然镍氧化物的排除。
在溅射刻蚀之后，用诸如公知的溅射工艺，在管帽18的顶平面19上真空淀积薄的粘结金属20，膜厚理想的是从50埃到10000埃，更为理想的是从约50埃到550埃。薄的粘结金属20的充分的厚度必须在镍和聚合物粘结剂，诸如硅氧烷弹性物材料之间提供适当的促进粘结能力，尽管不能厚到使中间粘结层严重地影响应用。
为了确保完全覆盖住管帽18的全部背表面19的外围边沿，对于真空淀积的薄粘结金属膜来说，把整个管帽18的背面一侧的表面19覆盖起来并且部分地向下封到外部侧壁上，是有好处的。此外，在溅射工艺处理期间采取一些合适的固定管帽的步骤以防止密封带污染是很重要的，这些污染将使焊料结合物的性能下降，而该焊料结合物将在散热器组件制造的后期制作。
对于用作粘结镍或某些其他对含硅聚合物粘结剂的粘结能力不好的金属薄的粘结金属膜20要选择合适种类的金属材料，这包括铬和元素周期表(CAS版)的IVB族、VB族、VIB族的其他元素或它们的合金，但不包括放射性元素Unq、Unp和Unh。用来形成该薄的粘结金属膜的这些金属包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W以及它们的合金。
溅射淀积后的薄的粘结金属膜20要进行溅射后退火处理。温度从稍高于室温到300℃，在空气、氮气、氩气或任何别的惰性气体环境中进行。
接着，管帽可因任何针孔问题而重新制作，重新制作要进行真空烘烤，清洗，淀积1000埃到2μm的镍(蒸发和/或溅射)，接下来重重以上溅射淀积工艺以再次使铬(或者其他薄的粘结金属材料)金属化。
镀镍管帽理想的是，在管帽被与外界隔绝地用焊料密封到下部基板11上之前，用薄的粘结金属膜在其顶表面19的整个表面面积上进行溅射涂敷。这样作是有好处的，因为管帽可以作为一个分立元件进行预涂敷，而且已预先准备好在以后的任何方便的时间内和散热器组件形成一个整体。也可以在在管帽上溅射涂敷薄的粘结金属膜之前把管帽密封到下部基板上，但是在这种情况下必须采取一些预防措施以把溅射淀况积限定于管帽的顶表面上，还要防止MCM中的其他元件的沾污。
为把散热器22加到管帽18上，要把一种含硅聚合物粘结剂诸如硅氧烷弹性体粘结剂，加到散热器22的已暴露出来的底表面上(当散热器仍然是一个分隔开来的部件时)，或者，在薄的粘结金属膜20已形成在管帽18上之后，加到其已露了出来的表面上。含硅聚合物粘结剂21的量要加得合适，使得当薄的粘结金属膜20和散热器22被制作好，并在夹在中间的含硅聚合物粘结剂在它凝固或硬化之前使之扩展和浸渍出来的形式下把薄的粘结金属膜20和散热器22压到一起，使含硅聚合物粘结剂在薄的粘结金属膜20和散热器22之间形成一个连续层21。优选地，要形成含硅聚合物粘结剂的连续层。硅氧烷弹性体粘结剂要加一个足够的量以形成一个最终的厚度(在硬化之后)，约1.0到3.0密尔(大约25到76μm)。一旦当硅氧烷弹性体材料硬化后，就通过薄的粘结金属界面层20和硅氧烷弹性体材料层21把散热器22固定地粘结到管帽18上。
本发明的含硅聚合物粘结剂包括硅氧烷弹性体材料。这些硅氧烷弹性体材料包括含硅氧烷聚合物的组合物，如所说明的那样，它至少含有占优势的组分(按重量算)，或者甚至是其唯一的组分。硅氧烷聚合物是以特征为使硅(Si)和氧(O)原子在主链中交替的聚合物链为基础的聚合物，其中主链(不把封端基考虑在内)没有或基本上没有碳原子，而且具有被附加到主链中的硅原子上的有机原子团，这样的硅氧烷聚合物的反复循环单元可用下述公式来说明：
Figure C9611449700151
其中R1和R2都是有机原子团。该有机原子团比如可以是不可取代的或可以取代的烷基(alkyl)、链烯基(alkenyl)、苯基(phenyl)、三氟丙基(trifluoropropyl)等。在线性形式(非交联形式)下，硅氧烷链通常与范围从约200到约10000的聚合度相一致。线性形式的密度是聚合度的函数：聚合度越高，给定的硅氧烷树脂的密度就越高，而且，对于一种给定的树脂，对于较低的聚合度，在密度上将会产生相反的效应。
为了促进交联(硫化，硬化)，诸如特征为双键(非饱和键)的乙烯基替代物可以少量(约0.5％)地导入到硅氧烷弹性体化合物上。交联也可以用在硅氧烷聚合物的一个或两个端基上形成反应性端基(例如，烷氧基、醋酸基)来促进。对硅氧烷聚合物的这些更改和它们的效果及目的，对于本领域技术人员来说是很清楚的，因而无需进一步详细说明。
硅氧烷弹性体材料的理想种类是一种低密度、室温硬化(RTV)弹性体，这种材料包括低分子重量的聚硅氧烷且通常对于在室温或仅仅稍稍高于室温之下形成交联(硬化)要依赖于反应性端基。可以使用所谓的单元件(一个封装，一个部分)系统，这种系统中硬化依赖于大气湿度。在所谓的两部分系统，诸如用商标为SylgardTM6605和Sylgard 601的Dow-Corning(公司的产品)得到的填充了硅氧烷弹性体的系统中，用苯酰(benzoyl)过氧化物或其他的带有或不带催化剂的自由基的引发剂来交联硅氧烷聚合物，也是可能的。
作为用于硅氧烷弹性体材料的填充剂辅药，粒状材料可以用作弥散相，该弥散相将增加聚合物材料的粘稠度，尽管具有不受加工处理反应性硅氧烷弹性体系统影响的某些化学的和热的阻抗。合适的填充剂材料是氧化物(例如，Al，Be，Ca，Si，Mg，Zn的氧化物)，和/或氮化物(例如Al，B，Ti的氮化物)，和/或无机物(例如，高岭土，滑石，长石，勃姆石，重晶石(BaSO4)，硬石膏(CaSO4))等等。还可以使用这些填充剂的经现有的表面处理之后的各种品种，诸如那些用有机硅烷进行过表面处理的品种，以便在该填充剂粒子(作为弥散相)和分散媒质(即，本发明中的硅氧烷弹性体材料)之间提供一种耦合作用。弹性体的弹性(硬度)可控制填充剂的相对含量进行调整。所添加的填充剂的量，一般说来，应该是一个足够大的量以增加硅氧烷弹性体的硬度，以使之抑制未硬化的先驱体的自由流动性，但这个量不能大到危及硅氧烷的粘度和/或韧性。一个专业人员对于给定的填充剂种类，本领域技术人员通过诸如用监控粘度、流动性质管理、粘性、韧性等等方法，用简单的观察和经验可以弄清楚其对于硅氧烷弹性体材料的最佳量，如果要用的话。
其它的辅药，诸如抗氧化剂、染料、稳定剂、向硅氧烷聚合物中的添加被允许到这么一种限度：所加入的材料及其量不妨害硅氧烷粘结剂的必要的粘结性能或机械性能。
本发明中可以使用的硅氧烷弹性体材料可以承受适合于MCM的散热器组件通常经受的温度而不会产生热退化。硅氧烷弹性体材料的机械性能在较宽的温度(例如，从-90℃到250℃)范围内受到的影响很小。当在和上述基板接触中形成硬化时，对于薄的金属粘结膜来说，硅氧烷弹性体材料达到了出色的粘结。硅氧烷弹性体，一般地说，具有良好的化学稳定性，但是对因碳化氢溶剂而形成的溶胀是敏感的。因此，一旦硅氧烷弹性体被应用到散热器组件中去时，对于后一种情况必须给以注意，除非该硅氧烷弹性体对油和油脂状物具有良好的阻力而且它们具有出色而稳定的绝缘的(电介质的)电学性质。
如上边提到过的那样，MCM具有形成在管帽18和下部基板11之间的一个密封带。如图1所示，镀镍管帽被选择性地在下部管帽底端25镀金，该部分被用焊料23(例如Pb/Sn)与外界隔绝地密封到下部基板11上，密封到下部基板11上的密封带24(例如，Ni/Au)上。
若应用本发明，在含硅聚合物粘结剂，特别是硅氧烷弹性体材料和镀镍管帽表面之间可形成良好的粘结强度。在时间为零和在应力试验之后，粘结剂失效是内聚性的(在镍、铬或本发明的其它的薄的粘结金属膜材料与含硅聚合物粘结剂之间不会分层)。把镀镍管帽粘结到硅氧烷弹性体材料上去的几个其它可能的模式已不使用。例如，已经试过在用铝、钛/铝和金对管帽上的镍镀层进行电镀之后，用钛/铝进行金属化，但是在镍界面上起了泡，而且存在着在应力试验之后蜕皮的问题。另外还试过在镍表面上使氧化物灰化和进行还原处理的模式，但是在应力试验之后，粘结具有不适当的减弱了的强度。为了努力促进镍-硅氧烷弹性体材料之间的粘结，还试过对镍表面进行化学腐蚀或机械粗糙化处理但都不满意。例如，已经发现，腐蚀可提供足够的粘结强度，但是最大限度的好处仅仅在腐蚀之后马上就进行粘结的情况下才能得到，因为这一好处随着时间而衰减(例如，可能由于在刚露出来的表面区域上又形成自然镍氧化物)。这种现象在管帽已安装好了(即粘结到硅氧烷弹性体材料上)的情况可很好地阻止腐蚀。因此，在包成胶丸状之后需要进行腐蚀，这种腐蚀需要较难的固定方法以保护组件的其余部分免受腐蚀处理液的影响。
虽然在上边已举例说明了本发明，且为了方便起见，使用术语含硅聚合物粘结剂，诸如硅氧烷弹性体材料作为散热器粘结剂，但一般说来本发明也可以被应用于聚合物粘结剂。这就是说，用于把散热器粘结到MCM上的聚合物粘结剂可以是热塑性的、热固性的或者弹性体聚合物材料，只要它具有适宜的散热器粘结能力、防水能力、在碳氢化合物溶剂中的抗溶胀性等对MCM环境合适的一些属性即可。尽管没有要求，但是也常常希望把聚合物粘结剂用作散热器粘结剂，这种聚合物粘结剂在应用和初始硬化之后可以再次使用。可再次使用的粘结剂指具有“热塑性”特性的粘结剂，它呈现出一些优点，其方便和制作灵活性在于可在第一次应用之后，用加热的办法可使它再次使用(使之软化)，而且在再次使用之后，用冷却的办法，可使之重新固化(恢复原状)。一个普通的专业人员把这些准则的类型记在脑子里就可以选择和适配合适的聚合物材料以用作本发明中的散热器粘结剂。
例如，由本发明可以想到的其他类型的聚合物粘结剂包括，如，硅氧烷聚酰亚胺，美国通用电气公司(General Electric Company)生产的商标为AltisilTM(SPI系列)的市售这种含硅聚合物的嵌段共聚物类就是这种粘结剂。热塑弹性体，诸如烯烃(的)、苯乙烯(的)、聚氨酯(类)以及它们的聚脂类也可作为本发明的聚合物散热器粘结剂。此外，氢化硅烷化的热塑弹性体材料也是可以的。这一类的弹性体涉及到源自一种非饱和合成弹性体的碳-碳双键的氢化硅烷化的多功能有机硅分子。
虽然本发明在适合于MCM的冷却系统中找到了主要的应用。但它对于其他类型的热传输系统具有普遍的适用性。另外，本发明对于满足含硅聚合物粘结剂的粘结要求是普遍地有用的。上述粘结要求包括对上述含硅聚化物粘结剂具有不好的直接粘结能力的金属。
虽然本发明的某些实施形态已被详细说明，但是本发明并不受限于这样说明的特定形状和部件的安排，而且只要不偏离本发明的范围和宗旨，可以进行各种各样的修改和改变。因此，在附属的权利要求的范围之内，可以和已特别说明的实施形态不相同的形式实施本发明。

Claims (20)

1.一种散热器组件，包括：
一个多芯片组件，具有一个基板和装在上述基板的第1表面上的至少一个集成电路芯片；
一个把上述至少一个集成电路芯片封在里边的管帽，上述管帽有一上部的外表面；
用于在上述至少一个集成电路芯片和上述管帽之间进行热传送的装置；
一个由硅氧烷弹性体材料构成的含硅聚合物粘结剂层；
一个在上述管帽的上述外表面和上述含硅聚合物粘结剂层之间的薄的粘结金属膜，该薄的粘结金属膜厚度为50埃～10000埃，且包含选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W及其合金的金属材料；和
一个被粘结到上述含硅聚合物粘结剂层上的散热器。
2.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述管帽表面包含一种金属，该金属对硅氧烷弹性体材具有小于1.034×106Pa的切变强度。
3.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述管帽表面含有金属。
4.权利要求3的散热器组件，其特征是：上述金属包括镍。
5.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述薄的粘结金属膜的厚度为450埃～550埃。
6.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述至少一个集成电路芯片具有一个面朝下的电路面和面朝上的没有电路的相反的面，其中上述电路面通过焊料突出电极粘到上述基板上。
7.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述用于在上述至少一个集成电路芯片与上述管帽之间进行热传送的装置具有在上述管帽的内表面和上述至少一个集成电路芯片的顶部表面之间的热糊状物。
8.权利要求7的散热器组件，其特征是：上述热糊状物包括(a)选自聚阿尔发烯烃油、碳氢化合物无机油和硅氧烷油的一种油，和(b)选自铝粉、氧化铝粉和它们的混合物的一种颗粒填充剂。
9.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述硅氧烷弹性体材料由室温硬化的硅氧烷聚合物粘结剂构成。
10.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述管帽由一种选自钨简化、铝硅碳化物、铝、铝氮化物、碳、硼氮化物和金刚石的材料构成。
11.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述管帽由铜构成。
12.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述管帽由铜钨化合物构成。
13.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述管帽由基板管帽结构构成，上述基板管帽结构由铜和由镍构成的金属质的表面层构成，上述镍表面层形成上述上部的外表面。
14.权利要求1的散热器组件，其特征是：上述至少一个集成电路芯片由多个集成电路芯片组成。
15.一种形成散热器组件的方法，其中利用薄的粘结金属膜把多芯片组件管帽粘结到散热器上，该方法包括下列步骤：
(a)准备一种未硬化的由硅氧烷弹性材料构成的含硅聚合物粘结剂和一个具有含金属的表面的基板，上述金属对上述聚合物粘结剂具有不好的粘结能力；
(b)在上述基板表面上淀积一层薄的粘结金属膜；
(c)使上述含硅聚合物粘结剂与上述薄的粘结金属膜接触；
(d)使上述含硅聚合物粘结剂硬化；
其中，上述薄的粘结金属膜厚度为50埃～10000埃，且包含选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W及其合金的金属材料。
16.权利要求15的方法，其特征是：上述基板表面由金属构成。该金属对硅氧烷弹性体材料具有小于1.034×106Pa的切变强度。
17.权利要求15的方法，其特征是：上述基板表面由镍构成。
18.权利要求15的方法，其特征是：上述薄的粘结金属膜的上述淀积包括溅射。
19.权利要求15的方法，其特征是：上述基板表面由镍构成，且上述基板表面在步骤(b)之前被适当地施行溅射刻蚀以去掉自然镍氧化物。
20.权利要求15的方法，其特征是：上述硅氧烷弹性体材料由在室温下在步骤(d)硬化的硅氧烷聚合物粘结剂构成。
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