傳熱板、傳熱構造體及其制造方法技術

在作為發熱元件的硅芯片連接表面上，用隔熱樹脂形成圖案，在作為散熱部件的散熱器連接表面上，用隔熱樹脂形成圖案，并使該圖案與該硅芯片上形成的隔熱樹脂圖案對準。然后通過傳熱板將硅芯片和散熱器連接在一起。該硅芯片和散熱片由金屬連接在一起，從而在沒有形成隔熱樹脂部分的區域形成金屬連接部分，同時由樹脂將硅芯片和散熱器連接在一起，由此在形成隔熱樹脂部分的區域上形成樹脂連接部分。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

技術介紹
本專利技術涉及傳熱板、傳熱構造體以及該傳熱構造體的制造方法，該傳熱板配置在發熱部件例如半導體器件和散熱部件例如散熱器或者熱擴散裝置之間，由此將發熱部件的熱量傳到散熱部件，該傳熱構造體包括傳熱板、發熱部件和散熱部件。由于在近年來半導體器件的操作速度不斷提高，而且集成結構更復雜，所以近年開發的半導體部件產生相當大的熱量，這樣便需要使產生的熱量有效地散到外面。常規上，一般應用將半導體產生的熱量傳送到散熱器的方法，隨后再將熱量散出去。在這種方法中，采用一種技術，在這種技術中，將導熱的材料作的傳熱板連接在半導體器件(發熱部件)和散熱器(散熱部件)之間。由此降低連接界面上的傳熱阻力，從而提高散熱特性(例如日本專利申請公告58-169912(1983)和日本專利申請公告2003-51573(2003))。作為用在傳熱板中的導熱材料，已采用將無機填料分散到硅酮樹脂中得到的材料，這種材料具有熱導率低的問題。另外，還采用的另一種導熱材料是導電膏，這種膏的制造方法是，將導電率高的金屬粉末例如銀或者銅粉分散到粘接劑中。然而因為熱量是通過粉末之間的點接觸進行傳遞的，所以不可能得到相當高的熱導率。另一方面，已采用金屬材料例如焊料作另一種導熱材料。用金屬材料例如焊料作的傳熱板具有極好的熱導率，因為這種材料是金屬材料，然而在連接時需要加熱，這又造成半導體器件(發熱部件)和散熱器(散熱部件)之間的連接區域，由于熱應力造成可靠性降低的問題。由于產生更多的熱量，所以在近年來制造的半導體器件上，溫度是不均勻的，如附圖說明圖1所示，半導體器件的CPU芯片31與其他部分相比，溫度特別高，這部分形成為熱點區域(高溫區域)1a，對于這種熱點區域1a，散熱處理特別重要，在這種熱點區域上，需要高的導熱特性。專利技術概要由于這些問題而提出本專利技術，本專利技術的目的是提供一種傳熱板、傳熱構造體以及一種制造該傳熱構造體的方法，該傳熱板具有很高的傳熱特性，從而可以達到極好的散熱特性，而不會降低連接部分的可靠性，該傳熱構造體包括傳熱板、發熱部件和散熱部件。本專利技術的另一目的是提供一種傳熱板、傳熱構造體以及制造該傳熱構造體的方法，在發熱部件的高溫區域上，該傳熱板可以選擇性地具有高的熱傳導特性，由此可以抑制溫度的局部升高，該傳熱構造體包括傳熱板、發熱部件和散熱部件。按照本專利技術的第一方面，傳熱板配置在發熱部件和散熱部件之間，從而可以將發熱部件產生的熱量傳到散熱器上，該傳熱板包含金屬和樹脂，具有許多其金屬含量彼此不同的區域。按照本專利技術的第二方面，第一方面傳熱板上許多區域的形狀，與熱點區域的形狀，以及除熱點區域外的區域形狀是相同的。按照本專利技術的第三方面，傳熱構造體包括發熱部件、散熱部件以及配置在發熱部件和散熱部件之間的傳熱板，從而可以將發熱部件產生的熱量傳送到散熱部件，其中傳熱板包括金屬和樹脂，具有許多其相應金屬含量彼此不同的許多區域。按照本專利技術的第四方面，在第一方面的散熱構造體中，發熱部件具有許多其相應溫度彼此不同的區域，較高溫度的發熱部件區域對應于金屬含量較高的傳熱板區域。按照本專利技術的第五方面，在第三方面的傳熱構造體中，發熱部件具有許多其相應溫度彼此不同的區域，溫度較低的發熱元件區域對應于傳熱板金屬濃度較低的區域。按照本專利技術的第六方面，傳熱構造體包括發熱部件、散熱部件以及連接在發熱部件和散熱部件之間的傳熱板，從而使發熱部件產生的熱量傳送到散熱部件，制造這種傳熱構造體的方法包括以下步驟在發熱部件的相應連接表面上，形成隔熱樹脂的圖案；在已經形成隔熱樹脂的發熱部件和/或者散熱部件的相應連接表面上，涂上金屬和樹脂的混合材料；將發熱部件上形成的隔熱樹脂圖案與散熱部件上形成的相應隔熱樹脂圖案對準，由此將發熱部件、混合材料和散熱部件加熱，連接在一起。在本專利技術中，采用包含金屬和樹脂的導熱材料，形成金屬連接部分和樹脂連接部分，由此緩解在金屬連接時產生的熱應力問題。例如下面要詳細說明的，應用這樣一種導熱材料，這種材料的制作方法是，將導熱性高的金屬填料和熔點為200℃或者更低的低熔點填料分散到熱固性樹脂中。低熔點填料通過連接時的加熱而熔化，由此可以將金屬填料結合在一起，形成熱導率高的金屬連接部分。隨后，剩下的樹脂固化，形成樹脂連接部分。因為用這種方法產生的傳熱板由金屬連接部件和樹脂連接部分構成，所以在金屬連接時例如用焊料連接時產生的熱應力問題，可以通過樹脂連接部分的作用而得到緩解。結果，得到連接可靠性很好而散熱特性極好的傳熱構造體。在本專利技術中，先在發熱部件和散熱部件上形成隔熱樹脂圖案；因此，在采用包含金屬和樹脂的導熱材料的情況下，金屬連接部分形成在發熱部件和散熱部件的沒有隔熱樹脂的露出表面區域上，因為這部分表面區域由熔化金屬浸潤，而樹脂連接部分形成在發熱部件和散熱部件的有隔熱樹脂的那部分未露出區域上，因為這部分區域沒有由熔化金屬浸潤。因此，金屬連接部分和樹脂連接部分可以按照隔熱樹脂的圖案形成在要求的位置。因而，通過在發熱部件上溫度高的而預先又沒有形成隔熱樹脂的熱點區域上形成金屬連接部分，可以得到熱高的導熱性，由此可以改進散熱特性，這樣可以抑制溫度的局部升高。應當注意到，作為用在導熱材料中的金屬填料，可以采用熱導率高的金屬粉末，例如金、銀、銅、錫和鋁。作為用在導熱材料中的低熔點填料，可以采用低熔點金屬填料，例如合金錫-鉍、銦-錫-鉍、銦-鉍、銦-錫、鉛-錫以及金屬銦。作為用在導熱材料中的熱固性樹脂，可以采用環氧樹脂、酚醛樹脂、硅酮樹脂等。其中，最好是固化溫度低的可靠性好的環氧樹脂。作為預先在發熱部件和散熱部件上用來形成圖案的隔熱樹脂，可以采用聚酰亞胺、環氧樹脂、酚醛樹脂等。在這些樹脂中，從可靠性觀點出發，最好是聚酰亞胺樹脂。加入到導熱材料中的金屬填料的量最好占體積的50％或者更多。這是因為要得到良好的熱導率。由隔熱樹脂圖案覆蓋的面積百分數最好為連接表面總面積的60％或者更小。理由是如果超過60％，則總面積中由金屬連接部分覆蓋的部分降低，從而減少了導熱性。連接時，加熱的溫度最好在150-200℃之間。從下面的詳細說明以及附圖，可以更明顯看出本專利技術上述的以及其他的目的和特征。若干附圖的簡要說明圖1是示出半導體器件上熱點區域的視圖；圖2是橫截面圖，示出本專利技術傳熱構造體的結構；圖3A-3E是橫截面圖，示出本專利技術的傳熱構造體制造方法的步驟；圖4A-4D是橫截面圖，示出用隔熱樹脂形成圖案的方法；圖5是橫截面圖，示出用于進行評價的試驗制品的結構；圖6是橫截面圖，示出用于評價本專利技術的試驗制品的結構；圖7是橫截面圖，示出評價時作為比較例的試驗制品結構；圖8是截面圖，示出本專利技術傳熱構造體的另一實施例。本專利技術的詳細說明下面參考示出本專利技術實施例的附圖，詳細說明本專利技術。圖2是截面圖，示出本專利技術的傳熱構造體10的結構。在圖2中編號1表示作為發熱部件(邊長為18mm的方形)的硅芯片(半導體器件)，在硅芯片1的連接表面(上側表面)上用隔熱樹脂4形成圖案，該樹脂是聚酰亞胺樹脂。編號2表示作為散熱部件的散熱器，該散熱器具有散熱片2a，并在散熱器2的連接表面(下側表面)上，用隔熱樹脂5形成圖案，該樹脂是聚酰亞胺樹脂，該圖案與絕熱樹脂部分4對準。硅芯片1和散熱器2通過傳熱板3彼此連接在一起。在都沒有形成隔熱樹脂部分4和5的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種傳熱板，配置在發熱部件和散熱部件之間，從而將發熱部件產生的熱量傳輸到散熱部件上，其中該傳熱板包括金屬和樹脂，并具有其相應金屬含量彼此不同的許多區域。

【技術特征摘要】
JP 2004-8-19 2004-2399601.一種傳熱板，配置在發熱部件和散熱部件之間，從而將發熱部件產生的熱量傳輸到散熱部件上，其中該傳熱板包括金屬和樹脂，并具有其相應金屬含量彼此不同的許多區域。2.如權利要求1所述的傳熱板，其特征在于，該許多區域的形狀與熱點區域形狀和除熱點區域外的其他區域的形狀相同。3.如權利要求1所述的傳熱板，其特征在于，該金屬包括熔點為200℃或者更低的第一種金屬和熱導率比第一種金屬高的第二種金屬。4.如權利要求3所述的傳熱板，其特征在于，該第一種金屬是從一組金屬中選出的金屬，該金屬包括錫-鉍合金、銦-錫-鉍合金、銦-鉍合金、銦-錫合金、鉛-錫合金以及金屬銦。5.如權利要求3所述的傳熱板，其特征在于，第二種金屬是從一組金屬種選出的金屬，該組金屬包括金、銀、銅、錫和鋁。6.一種傳熱構造體，包括發熱器件；散熱部件；傳熱板，配置在發熱部件和散熱部件之間，由此可以將發熱部件產生的熱量傳送到散熱部件上，其中該傳熱板包括金屬和樹脂，并具有其相應金屬含量彼此不同的許多區域。7.如權利要求6所述的傳熱構造體，其特征在于，該發熱部件具有其相應溫度彼此不同的許多區域，發熱部件溫度較高的區域對應于金屬含量較高的傳熱板區域。8.如權利要求6所述的傳熱構造體，其特征在于，該發熱部件具有其相應溫度彼此不同的許多區域，發熱部件溫度較低的區域對應于金屬含量較低的傳熱板的區域。9.如權利要求6所述的傳熱構造體，其特征在于，該金屬包括熔點為200℃或者更低的第一種金屬和熱導率高于第一種金屬的第二種金屬。1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：德平英士，伊達仁昭，內田浩基，石鍋稔，
申請(專利權)人：富士通株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]