特表 2024-521093 固体金属発泡体熱界面材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-28

(54)【発明の名称】固体金属発泡体熱界面材料

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20240521BHJP

   H01L 23/40 20060101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H01L23/40 F

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023571669

(86)(22)【出願日】2022-05-18

(85)【翻訳文提出日】2024-01-16

(86)【国際出願番号】 US2022029901

(87)【国際公開番号】W WO2022245992

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】63/190,586

(32)【優先日】2021-05-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512285214

【氏名又は名称】インディウム コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】バーントソン，ロス，ビー．

(72)【発明者】

【氏名】ソチャ，デビッド，ピー．

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BA04

5F136BC07

5F136FA01

5F136FA75

5F136GA12

(57)【要約】

電子装置組立体における固体金属発泡体熱界面材料およびそれらの使用について説明する。一実装形態では、方法は、第１の装置と第２の装置との間に熱界面材料（ＴＩＭ）を適用する工程であって、第１の装置の表面と接触関係にあるＴＩＭの第１の表面と、第１の表面とは反対側の、第２の装置の表面と接触関係にあるＴＩＭの第２の表面とを有する組立体を形成し、ＴＩＭが固体金属発泡体および第１の液体金属を含む、適用する工程と、第１の装置を第２の装置に接合する合金をＴＩＭから形成するように組立体を圧縮する工程と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の装置と第２の装置との間に熱界面材料（ＴＩＭ）を適用する工程であって、前記第１の装置の表面と接触関係にある前記ＴＩＭの第１の表面と、該第１の表面とは反対側の、前記第２の装置の表面と接触関係にある前記ＴＩＭの第２の表面とを有する組立体を形成し、前記ＴＩＭが固体金属発泡体および第１の液体金属を含む、適用する工程と、
前記第１の装置を前記第２の装置に接合する合金を前記ＴＩＭから形成するように、前記組立体を圧縮する工程と、
を含む方法。

【請求項2】

前記第１の装置が発熱装置であり、前記第２の装置が熱伝達装置である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記発熱装置が半導体ダイであり、前記熱伝達装置が半導体パッケージの蓋またはヒートシンクである、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記固体金属発泡体が、該固体金属発泡体の第１の表面から、前記固体金属発泡体の第１の表面とは反対側の前記固体金属発泡体の第２の表面まで延びる１つまたは複数の間隙多孔質領域を含み、
前記第１の装置と前記第２の装置との間に前記ＴＩＭを適用する工程が、
前記固体金属発泡体の第２の表面が前記第１の装置の表面と接触関係となるように、前記固体金属発泡体を前記第１の装置と前記第２の装置との間に配置することと、
前記第１の液体金属の一部が前記１つまたは複数の間隙多孔質領域を通って前記第１の装置の表面上に拡散するように、前記固体金属発泡体の第１の表面上に前記第１の液体金属を適用することと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記固体金属発泡体の密度が、圧縮後に、前記固体金属発泡体が形成された元の金属または金属合金の密度よりも低い水準まで増加する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ＴＩＭが、第２の液体金属をさらに含み、
前記第１の装置と前記第２の装置との間に前記ＴＩＭを適用する工程が、
前記第１の装置と前記第２の装置との間に前記固体金属発泡体を配置することと、
前記第２の装置と前記固体金属発泡体との間に前記第１の液体金属を適用することと、
前記第１の装置と前記固体金属発泡体との間に前記第２の液体金属を適用することと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記組立体を圧縮する工程が、前記組立体に圧力を印加して前記固体金属発泡体を圧縮することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第２の装置と前記固体金属発泡体との間に前記第１の液体金属を適用することが、前記第１の液体金属を、前記第２の装置の表面または前記固体金属発泡体の第１の表面に擦着、分配または噴射することを含み、
前記第１の装置と前記固体金属発泡体との間に前記第２の液体金属を適用することが、前記第２の液体金属を、前記第１の装置の表面または前記固体金属発泡体の第２の表面に擦着、分配または噴射することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記固体金属発泡体が、インジウムまたはインジウム合金を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の液体金属が、ガリウム、ガリウムとインジウム、ガリウムとインジウムとスズ、ガリウムとインジウムとスズと亜鉛、またはそれらの混合物を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の液体金属が、気泡を含む液体金属発泡体である、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記固体金属発泡体が、該固体金属発泡体の第１の表面から延びる１つ又は複数の間隙多孔質領域を含み、
前記第１の装置と前記第２の装置との間に前記ＴＩＭを適用する工程が、
前記第１の装置と前記第２の装置との間に前記固体金属発泡体を配置することと、
前記第１の液体金属が前記１つまたは複数の間隙多孔質領域を部分的にまたは完全に充填するように、前記固体金属発泡体の第１の表面上に前記第１の液体金属を適用することと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記１つまたは複数の間隙多孔質領域が、前記第１の液体金属を包含するための酸化物またはコーティングを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記組立体の圧縮中に、前記第１の液体金属が前記１つまたは複数の間隙多孔質領域と合金化して、前記固体金属発泡体よりも粘度の高い、前記ＴＩＭから得られる合金を形成する、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

インジウムまたはインジウム合金のブロックの表面に前記第１の液体金属を適用することによって前記固体金属発泡体を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の装置が半導体パッケージの蓋であり、前記第２の装置がヒートシンクである、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

半導体組立体であって、
発熱装置と、
熱伝達装置と、
前記発熱装置を前記熱伝達装置に接合する合金であって、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法を実行することによって形成される合金と、
を備える、組立体。

【請求項18】

前記発熱装置が半導体ダイであり、前記熱伝達装置が半導体パッケージの蓋またはヒートシンクである、請求項１７に記載の組立体。

【請求項19】

半導体組立体であって、
第１の熱伝達装置と、
第２の熱伝達装置と、
前記第１の熱伝達装置を前記第２の熱伝達装置に接合する合金であって、請求項１および４から１６のいずれか一項に記載の方法を実行することによって形成される合金と、
を備える、組立体。

【請求項20】

前記第１の熱伝達装置が半導体パッケージの蓋であり、前記第２の熱伝達装置がヒートシンクである、請求項１９に記載の半導体組立体。

【請求項21】

半導体組立体であって、
半導体ダイと、
熱交換器と、
前記半導体ダイの表面または前記熱交換器の表面に別個のメタライゼーション層を用いることなく、前記半導体ダイを前記熱交換器に接合する熱界面材料（ＴＩＭ）合金と、
を備える、組立体。

【請求項22】

前記ＴＩＭ合金が、
前記半導体ダイと前記熱交換器との間にＴＩＭ材料を配置する工程であって、該ＴＩＭ材料は、前記半導体ダイの表面と接触関係にある第１の液体金属発泡体と、前記熱交換器の表面と接触関係にある第２の液体金属発泡体と、前記第１の液体金属発泡体と前記第２の液体金属発泡体との間の金属シムとを含む、配置する工程と、
前記第１の液体金属発泡体および前記第２の液体金属発泡体が前記金属シムに合金化するように前記ＴＩＭ材料を圧縮することによって、前記ＴＩＭ合金を形成する工程と、
によって形成される、請求項２１に記載の半導体組立体。

【請求項23】

前記金属シムがインジウムまたはインジウム合金からなる、請求項２２に記載の半導体組立体。

【請求項24】

前記ＴＩＭ合金が、
前記半導体ダイと前記熱交換器との間にＴＩＭ材料を配置する工程であって、該ＴＩＭ材料は、前記半導体ダイの表面と接触関係にある第１の液体金属と、前記熱交換器の表面と接触関係にある第２の液体金属と、前記第１の液体金属と前記第２の液体金属との間の熱伝導性金属箔とを含む、配置する工程と、
前記第１の液体金属および前記第２の液体金属が前記熱伝導性金属箔に合金化するように前記ＴＩＭ材料を圧縮することによって、前記ＴＩＭ合金を形成する工程と、
によって形成される、請求項２１に記載の半導体組立体。

【請求項25】

前記ＴＩＭ材料が、第１の液体金属発泡体および第２の液体金属発泡体を含み、前記第１の液体金属は、第１の液体金属発泡体の構成要素であり、前記第２の液体金属は、前記第２の液体金属発泡体の構成要素である、請求項２４に記載の半導体組立体。

【請求項26】

前記熱伝導性箔が、インジウムまたはインジウム合金から本質的になる、請求項２４に記載の半導体組立体。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年５月１９日に出願された「ＳＯＬＩＤ ＭＥＴＡＬ ＦＯＡＭ ＴＨＥＲＭＡＬ ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ」と題する米国仮特許出願第６３／１９０，５８６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

放熱は、半導体および電源装置の寿命および信頼性における重要な要素である。半導体装置の小型化および高性能化に伴い、放熱機構を提供するために、熱交換器またはヒートシンク（ヒートスプレッダまたは蓋と呼ばれることもある）が様々な用途でより一般的になってきている。熱界面材料は、熱発生半導体装置とその関連するヒートシンクとの間で一般的に使用される。熱界面材料を使用することによって、装置からヒートシンクへのより効率的で信頼性の高い熱伝導をもたらすことができる。一般的な熱界面材料は金属系であり、これは、ポリマー系の熱界面材料と比較して非常に高い伝導性を有することを意味する。

【0003】

インジウム金属は、以下の特性の組み合わせのために熱界面材料として使用されることが多い。１）競合する熱界面材料と比較して熱伝導性が相対的に高いこと、２）流動応力が低い／可鍛性が高いこと、３）外部の機械的固定機構なしでこの種の用途に許容し得る機械的強度を有すること、および４）通常の使用中に接合領域の外側に移動したり、エアポケットを発生させたりしない固体材料であること。インジウムの延性および熱伝導性によって、インジウムは圧縮性熱界面材料として理想的なものとなっている。

【0004】

インジウム金属を使用する従来の熱界面では、半導体ダイが裏面メタライゼーションを有する必要がある。このメタライゼーションは、典型的には、１）反応層と、２）バリア層と、３）不活性化層と、の３つの部分から構成される。集積回路裏面のための一般的なメタライゼーションは、例えば、チタン、ニッケルおよび金（それぞれダイ表面から）であってもよいが、多くの他の材料を用いて同じまたは同様の機能を提供することができる。インジウムは、半導体ダイの二酸化ケイ素表面などの非金属表面に接合する。非金属との接合強度は、所望の機械的接着を与えるには十分な強さであるが、これらの構成要素では、高いプロセス温度およびダイに必要なインジウム材料の擦着が実現できない場合がある。

【0005】

金属発泡体は、金属液体または金属固体中の気泡の分散物、あるいは気体媒体中の安定化された金属粒子の分散物である。固体金属発泡体は、間隙性多孔質特徴部を有する構造体であり、その一部は発泡体の外面領域まで延在してもよい。気体で充填された他の多孔質特徴部が、金属半固体内に完全にまたは部分的に包含されてもよい。固体金属発泡体は、それが形成された元の金属または金属合金よりも密度が低い。

【0006】

固体金属発泡体は、構造的および解剖学的目的のために使用されてきた。固体金属発泡体は、軽量で、高い強度対重量比を有し、衝撃方向に関わらずエネルギーを吸収する能力を有するため、例えば、人工肢、バイク用ヘルメットおよび他の構造部品に所望される。そのような装置は、バナジウムおよびチタン合金などの高強度材料から製造することができ、これらの材料は、非反応性でもあり、人体に適合する。固体金属発泡体は、流体および気体／ファンの組み合わせと共に、熱交換器としても使用されてきた。これらの熱交換器は、電子装置または機械的装置によって発生した熱を、流体媒体、多くの場合気体または液体冷却剤に伝達する。そのような多孔質特徴部は、冷却媒体が熱除去手段としての固体金属発泡体内を流れることができるように、剛性で不変であり続けるように設計される。

【発明の概要】

【0007】

本開示のいくつかの実装形態は、層状に堆積された場合に、熱界面材料において望ましい熱的および機械的特性を改善または最大化させるための集合体として共に作用することができる金属発泡体を含む材料に関する。

【0008】

一実施形態では、方法は、第１の装置と第２の装置との間に熱界面材料（ＴＩＭ）を適用することであって、第１の装置の表面と接触関係にあるＴＩＭの第１の表面と、第１の表面とは反対側の、第２の装置の表面と接触関係にあるＴＩＭの第２の表面とを有する組立体を形成し、ＴＩＭが固体金属発泡体および第１の液体金属を含む、適用することと、組立体を圧縮して、第１の装置を第２の装置に接合する合金をＴＩＭから形成することと、を含む。

【0009】

いくつかの実装形態では、第１の装置は発熱装置であり、第２の装置は熱伝達装置である。いくつかの実装形態では、発熱装置は半導体ダイであり、熱伝達装置は半導体パッケージの蓋またはヒートシンクである。

【0010】

いくつかの実装形態では、固体金属発泡体は、固体金属発泡体の第１の表面から、固体金属発泡体の第１の表面とは反対側の固体金属発泡体の第２の表面まで延びる１つまたは複数の間隙多孔質領域を含む。第１の装置と第２の装置との間にＴＩＭを適用することは、固体金属発泡体の第２の表面が第１の装置の表面と接触関係となるように、固体金属発泡体を第１の装置と第２の装置との間に配置することと、第１の液体金属の一部が１つまたは複数の間隙多孔質領域を通って第１の装置の表面上に拡散するように、固体金属発泡体の第１の表面上に第１の液体金属を適用することと、を含む。

【0011】

いくつかの実装形態では、圧縮後に、固体金属発泡体の密度が、固体金属発泡体が形成された元の金属または金属合金の密度よりも低い水準まで増加する。

【0012】

いくつかの実装形態では、ＴＩＭは、第２の液体金属をさらに含む。また、第１の装置と第２の装置との間にＴＩＭを適用することは、第１の装置と第２の装置との間に固体金属発泡体を配置することと、第２の装置と固体金属発泡体との間に第１の液体金属を適用することと、第１の装置と固体金属発泡体との間に第２の液体金属を適用することと、を含む。

【0013】

いくつかの実装形態では、組立体を圧縮することは、組立体に圧力を印加して固体金属発泡体を圧縮することを含む。

【0014】

いくつかの実装形態では、第２の装置と固体金属発泡体との間に第１の液体金属を適用することは、第１の液体金属を、第２の装置の表面または固体金属発泡体の第１の表面に擦着、分配または噴射することを含む。第１の装置と固体金属発泡体との間に第２の液体金属を適用することは、第２の液体金属を、第１の装置の表面または固体金属発泡体の第２の表面に擦着、分配または噴射することを含む。

【0015】

いくつかの実装形態では、固体金属発泡体は、インジウムまたはインジウム合金を含む。

【0016】

いくつかの実装形態では、第１の液体金属はガリウム、ガリウムとインジウム、ガリウムとインジウムとスズ、ガリウムとインジウムとスズと亜鉛、またはそれらの混合物を含む。

【0017】

いくつかの実装形態では、第１の液体金属は、気泡を含む液体金属発泡体である。いくつかの実装形態では、固体金属発泡体は、固体金属発泡体の第１の表面から延びる１つ又は複数の間隙多孔質領域を含む。第１の装置と第２の装置との間にＴＩＭを適用することは、第１の装置と第２の装置との間に固体金属発泡体を配置することと、第１の液体金属が１つまたは複数の間隙多孔質領域を部分的にまたは完全に充填するように、固体金属発泡体の第１の表面上に第１の液体金属を適用することと、を含む。

【0018】

いくつかの実装形態では、１つまたは複数の間隙多孔質領域は、第１の液体金属を包含するための酸化物またはコーティングを含む。

【0019】

いくつかの実装形態では、組立体の圧縮中に、第１の液体金属が１つまたは複数の間隙多孔質領域と合金化して、固体金属発泡体よりも粘度の高い、ＴＩＭから得られる合金を形成することによって、組立体内の合金の移動を制限し、固体金属合金の全体的な圧縮性を向上させる。

【0020】

いくつかの実装形態では、本方法は、インジウムまたはインジウム合金のブロックの表面に第１の液体金属を適用することによって固体金属発泡体を形成することをさらに含む。

【0021】

いくつかの実装形態では、第１の装置は第１の熱伝達装置であり、第２の装置は第２の熱伝達装置である。いくつかの実装形態では、第１の熱伝達装置は半導体パッケージの蓋であり、第２の熱伝達装置はヒートシンクである。

【0022】

一実施形態では、半導体組立体は、第１の装置と、第２の装置と、第１の装置を第２の装置に接合する合金とを含み、合金は、ＴＩＭの第１の表面が第１の装置の表面と接触関係となり、第１の表面とは反対側のＴＩＭの第２の表面が第２の装置の表面と接触関係となるように、第１の装置と第２の装置との間にＴＩＭを適用することであって、ＴＩＭは固体金属発泡体および第１の液体金属を含む、適用することと、ＴＩＭを圧縮してＴＩＭから合金を形成することと、によって形成される。例えば、第１の装置は、半導体ダイなどの発熱装置であってもよく、第２の装置は、半導体パッケージの蓋またはヒートシンクなどの熱伝達装置であってもよい。別の例として、第１の装置は、半導体パッケージの蓋などの第１の熱伝達装置であってもよく、第２の装置は、ヒートシンクなどの第２の熱伝達装置であってもよい。

【0023】

一実施形態では、半導体組立体は、半導体ダイと、熱交換器と、半導体ダイの表面または熱交換器の表面に別個のメタライゼーション層を用いることなく、半導体ダイを熱交換器に接合するＴＩＭ合金と、を含む。

【0024】

いくつかの実装形態では、ＴＩＭ合金は、半導体ダイと熱交換器との間にＴＩＭ材料を配置することであって、ＴＩＭ材料は、半導体ダイの表面と接触関係にある第１の液体金属発泡体と、熱交換器の表面と接触関係にある第２の液体金属発泡体と、第１の液体金属発泡体と第２の液体金属発泡体との間の金属シムとを含む、配置することと、第１の液体金属発泡体および第２の液体金属発泡体が金属シムに合金化するようにＴＩＭ材料を圧縮することによってＴＩＭ合金を形成することと、によって形成される。

【0025】

いくつかの実装形態では、ＴＩＭ合金は、半導体ダイと熱交換器との間にＴＩＭ材料を配置することであって、ＴＩＭ材料は、半導体ダイの表面と接触関係にある第１の液体金属と、熱交換器の表面と接触関係にある第２の液体金属と、第１の液体金属と第２の液体金属との間の熱伝導性金属箔とを含む、配置することと、第１の液体金属および第２の液体金属が熱伝導性金属箔に合金化するようにＴＩＭ材料を圧縮することによってＴＩＭ合金を形成することと、によって形成される。

【0026】

いくつかの実装形態では、ＴＩＭ材料は、第１の液体金属発泡体および第２の液体金属発泡体を含み、第１の液体金属は、第１の液体金属発泡体の構成要素であり、第２の液体金属は、第２の液体金属発泡体の構成要素である。

【0027】

いくつかの実装形態では、金属シムは、インジウムまたはインジウム合金からなる。

【0028】

いくつかの実装形態では、熱伝導性箔は、インジウムまたはインジウム合金から本質的になる。

【0029】

開示された技術の他の特徴および態様は、開示された技術の実装形態による特徴を例として示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本概要は、特許請求の範囲および同等物によって定義される本明細書に記載の発明の範囲を限定することを意図するものではない。

【0030】

前述の概念のすべての組み合わせは、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）本明細書に開示される発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

本開示は、１つまたは複数の実装形態に従って、以下の図を参照して詳細に説明される。図面は、例示のみを目的として提供されており、例示的な実装形態を単に示している。さらに、説明を明確かつ容易にするために、図中の要素は必ずしも縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。

【0032】

本明細書に含まれる図のいくつかは、開示された技術の、異なる視野角からの様々な実装形態を示す。添付の説明文は、「上面」、「底面」、または「側面」視などの視点に言及することがあるが、そのような言及は単に説明的なものであり、特に明記しない限り、開示された技術が特定の空間的方向で実施または使用されることを暗示または要求するものではない。

【0033】

【図1A】本開示の実装形態による、独立気泡固体金属発泡体の断面図である。

【0034】

【図1B】本開示の実装形態による、連続気泡固体金属発泡体の断面図である。

【0035】

【図1C】本開示の実装形態による、ハイブリッド気泡固体金属発泡体の断面図である。

【0036】

【図2】本開示の実装形態による、ＴＩＭ１およびＴＩＭ２熱界面材料を含む半導体組立体を形成するために用いられる構成要素の分解図である。

【0037】

【図3】本開示の実装形態による、ＴＩＭ１およびＴＩＭ２熱界面材料を含む別の半導体組立体を形成するために用いられる構成要素の、液体金属拡散前の分解図である。

【0038】

【図4】本開示の実装形態による、ＴＩＭ１およびＴＩＭ２熱界面材料を含む別の半導体組立体を形成するために用いられる構成要素の、液体金属拡散後の分解図である。

【0039】

【図5】本開示の実装形態による、ＴＩＭ０熱界面材料を含む半導体組立体を形成するために用いられる構成要素の分解図である。

【0040】

【図6A】液体金属を有する固体金属発泡体を圧縮する前の図５の半導体組立体を示す図である。

【0041】

【図6B】液体金属を有する固体金属発泡体を圧縮した後の図５の半導体組立体を示す図である。

【0042】

【図7】本開示の実装形態による、固体金属発泡体ＴＩＭ０熱界面材料を含む半導体組立体を形成するために用いられる構成要素の分解図である。

【0043】

【図8A】固体金属発泡体を圧縮する前の図７の半導体組立体を示す図である。

【0044】

【図8B】固体金属発泡体を圧縮した後の図７の半導体組立体を示す図である。

【0045】

【図9】本開示のいくつかの実装形態による、ハイブリッド気泡金属発泡体の圧縮と、伝導性材料または相変化材料による充填とを示す図である。

【0046】

【図10】本開示の実装形態による、液体金属発泡体の間に挟まれた固体金属シムを含むＴＩＭを用いて半導体ダイを熱交換器に接合する、半導体組立体の例示的な構成を示す図である。

【0047】

【図11】本開示の実装形態による、液体金属発泡体の間に挟まれた熱伝導性パターン付金属箔を含むＴＩＭを用いて半導体ダイを熱交換器に接合する、半導体組立体の例示的な構成を示す図である。

【0048】

【図12】本開示の実装形態による、熱伝導性パターン付金属箔および液体金属層を含むＴＩＭを用いて半導体ダイを熱交換器に接合する、半導体組立体の例示的な構成を示す図である。

【0049】

図面は網羅的なものではなく、開示された正確な形態に本開示を限定するものではない。

【発明を実施するための形態】

【0050】

半導体装置から熱を除去する場合、その高い表面積のために金属発泡体が所望され得る。熱構造的、解剖学的および／または熱交換目的で使用される固体金属発泡体とは異なり、圧縮可能、変形可能および反応性であり、高い熱伝導性および低い熱抵抗を併せ持つ熱界面固体金属発泡体が所望され得る。この目的のために、本開示の実装形態は、層状に堆積された場合に、熱界面材料において望まれる熱的および機械的特性を改善または最大化させる集合体として共に作用することができる金属発泡体を含む材料に関する。上述の特性に加えて、本明細書に記載の材料は、半導体ダイの裏面メタライゼーションの必要性を排除することができる。

【0051】

図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃはそれぞれ、本開示の実装形態による、ＴＩＭの一部として使用され得る固体金属発泡体１０、２０および３０の断面図を示す。金属発泡体は、以下でさらに説明するように、半導体組立体に熱伝達をもたらすために使用される、ＴＩＭに実装される長方形（例えば６面）、立方体、または不規則な形状の物体であってもよい。

【0052】

図１Ａは、独立気泡固体金属発泡体１０を示す。独立気泡固体金属発泡体１０は、媒体全体にわたって間隙多孔質領域または細孔１１を有するが、外面まで延びる細孔を有さない。

【0053】

図１Ｂは、連続気泡固体金属発泡体２０を示す。連続気泡金属発泡体２０は、発泡体の外面まで延びる多孔質領域または細孔２１を有する。連続気泡金属発泡体の一方の側に照射された光は、媒体の細孔２１を通って移動し、反対側に出現する。

【0054】

図１Ｃは、連続気泡金属発泡体と独立気泡金属発泡体との組み合わせであるハイブリッド気泡固体金属発泡体３０を示す。発泡体３０は、間隙多孔質領域または細孔３１を有し、いくつかの側面では、細孔３１は発泡体３０の外面まで延び、他の側面では、多孔質領域または細孔３２は発泡体３０の外面を通り抜けない。細孔が延びるそのような表面は、必ずしも対向する側面（例えば、金属発泡体の上部および底部）である必要はない。同様の表面は、より複雑な形状の物体の場合のように、対向していてもよく、隣接していてもよく、または無作為に配置されていてもよい。

【0055】

以下でさらに説明するように、いくつかの実装形態において、ハイブリッド気泡固体金属発泡体は、固体金属発泡体が、熱界面材料と、液体金属、液体金属発泡体、グリースまたはワックスの包含部との両方として機能することができるという点で所望され得る。液体金属は、ハイブリッド固体金属発泡体の上部に分配されると多孔質構造を浸み通り、上部および下部を湿潤し得る。ハイブリッド固体金属発泡体の独立気泡部分は、酸化物またはコーティングを包含することによってｘ面およびｙ面に液体金属を包含し、固体発泡体の液体金属への溶解度を遅くさせ得る。

【0056】

固体金属発泡体は、凝固前に、溶融液体金属中に外部供給源からガスを注入することによって作製してもよい。また、溶融金属にガス放出発泡剤を混合することにより、液体金属中にガスを形成することによって作製してもよい。上記方法のうちの１つに続いて、ガス充填溶融金属を、その固相線温度よりも低い温度に下げ、冷却することによって、固体内の多孔質ガス状領域を維持しながら凝固させることができる。

【0057】

別の実装形態では、固体金属発泡体は、ＮａＣｌなどの塩結晶を型に圧縮し、塩結晶を包含する型の上部に溶融金属を注入することによって作製することができる。溶融金属は塩の間に浸透し、塩結晶の周りの空洞領域を満たす。金属が固化すると、塩結晶が埋め込まれた固体金属を金型から取り出し、水性浴に入れることができる。塩結晶は水溶液中に溶解し、かつて固体塩結晶が存在した各空間には多孔質領域が残り、金属からなる多孔質フレーム構造が残る。

【0058】

固体金属発泡体は、インジウム、ガリウム、インジウム合金、ガリウム合金、または他の好適な金属もしくは金属合金で作製することができる。インジウム金属は、室温で８６Ｗｍ^－１Ｋ^－１という比較的高い熱伝導率を有する元素である。柔軟で可鍛性および延性がある。インジウム金属は、固体および固体金属発泡体の両方の形態において圧縮可能である。インジウムの圧縮性は、固体金属発泡体としての方がより顕著であり、これは、発泡体中の空気の間隙ポケットが圧縮方向に収縮し、圧縮方向に垂直な平面内に拡張するからである。このような圧縮は、圧縮に垂直な平面内の熱伝導性を向上させ、これはヒートスプレッダにおいて望ましい。圧縮はまた、ＴＩＭを定位置に堅固に固定し、ＴＩＭ材料とこのサンドイッチ構造内の装置の対向する側との接触抵抗を低くするために役立ち得る。

【0059】

本明細書に記載の固体金属発泡体は、構造的一体性が弱いため、圧縮力を印加すると変形が起こり得る。これにより、対向する表面への十分な表面接触および接着を確保することができる。間隙多孔質領域が完全に変形する間、金属発泡体の各多孔質領域の真上および真下に位置する可鍛性金属は収縮して接触し、電子輸送による熱流のための連続した金属経路を提供することができる。いくつかの実装形態では、圧縮された固体金属発泡体で得られる密度は、圧縮されていない固体金属発泡体の密度よりも大きくなり得るが、それが形成された元の金属または金属合金の密度よりも小さくなり得る。

【0060】

金属発泡体の圧縮面に垂直な方向における熱伝導が増加するため、固体金属発泡体を含むＴＩＭに他の材料を添加して、圧縮面における熱伝導性も増加させることができる。そのような材料としては、相変化材料、例えばグリースおよびワックス、低融点金属および金属合金、ならびに液体金属、例えば水銀、ガリウム、ガリウム－インジウム合金、およびガリウム－インジウム－スズ合金、ならびにそれら各々の液体金属発泡体が挙げられる。これらの材料は、固体金属発泡体の外面、金属発泡体の間隙多孔質部分（例えば、連続気泡またはハイブリッド気泡金属発泡体の場合）、またはその両方に適用することができる。

【0061】

図２は、本開示の実装形態による、ＴＩＭ１３０およびＴＩＭ１５０を含む半導体組立体１００を形成するために用いられる構成要素の分解図である。この例および図に示されている他の半導体組立体例では、ＴＩＭは、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）組立体として示されているチップキャリア内で使用される。しかしながら、ＴＩＭを、例えば、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）などの他の半導体組立体、チップキャリアまたは表面実装パッケージングにＴＩＭを供給するために利用してもよいことを理解されたい。

【0062】

半導体組立体１００は、はんだボール１０５と、半導体ダイ１２０と、ＴＩＭ１３０と、半導体パッケージ蓋１４０と、ＴＩＭ１５０と、ヒートシンク１６０とを含む。ダイ１２０の下（例えば、基板の底部側）には、はんだボール１０５の配列が取り付けられている。はんだボールの各々は、ダイ１２０に電気的に連結する相互接続部（図示せず）に連結することができるそれぞれのパッドに連結してもよい。このようにして、ダイ１２０と、組立体１００が配置されるプリント回路基板（ＰＣＢ）１９０との間で電気信号を伝導することができる。半導体パッケージ蓋またはヒートスプレッダ１４０は、ＴＩＭ１３０を介したダイ１２０からの熱としてのエネルギーを、ＴＩＭ１５０を介してヒートシンク１６０に伝達するように構成される。

【0063】

ＴＩＭ１３０は、ダイ１２０によって発生した熱を半導体パッケージ蓋１４０に伝達するように構成される。ＴＩＭ１３０が半導体ダイ１２０と蓋１４０との間の熱界面材料であるこの構成では、ＴＩＭ１３０をＴＩＭ１熱界面材料と呼んでもよい。

【0064】

ＴＩＭ１５０は、ヒートスプレッダ１４０からの熱をヒートシンク１６０に伝達するように構成される。ＴＩＭ１５０が半導体パッケージ蓋１４０とヒートシンク１６０との間の熱界面材料であるこの構成では、ＴＩＭ１５０をＴＩＭ２熱界面材料と呼んでもよい。

【0065】

ＴＩＭ１３０は、液体金属湿潤剤１３１、固体金属発泡体１３２および液体金属湿潤剤１３３を含む。同様に、ＴＩＭ１５０は、液体金属湿潤剤１５１、固体金属発泡体１５２および液体金属湿潤剤１５３を含む。この例では、固体金属発泡体１３２および１５２は独立気泡であるが、以下でさらに説明される、連続気泡またはハイブリッド気泡固体金属発泡体を用いることによる利点が実現されてもよい。固体金属発泡体１３２および固体金属発泡体１５２の各々は、半導体組立体１００の製造中に半導体ダイ１２０と蓋１４０との間（発泡体１３２）、または蓋１４０とヒートシンク１６０との間（発泡体１５２）に配置されたときに、その多孔質特徴部が、発泡体の圧縮中に完全にまたは部分的に崩壊するように、可鍛性金属（例えば、インジウムもしくはガリウム）または金属合金（例えば、インジウム合金もしくはガリウム合金）で形成されてもよい。

【0066】

液体金属湿潤剤１３１、１３３、１５１および１５３は、インジウム、インジウム合金、ガリウム、ガリウム合金、インジウムとガリウムとの組み合わせ、ガリウムとインジウムとスズとの組み合わせ、ガリウムインジウムとスズと亜鉛との組み合わせ、それらの混合物、または互いに表面接触して配置されたときに金属発泡体と合金化することができる他の好適な液体金属もしくは金属合金を含んでもよい。例えば、液体金属または金属合金は、室温または室温付近で金属発泡体と合金化されてもよい。いくつかの実装形態では、液体金属は、液体金属発泡体の構成要素であってもよい。いくつかの実装形態では、液体金属発泡体はまた、媒体全体にわたって空気または窒素などの気泡を包含してもよい。他の実装形態では、液体金属発泡体は、その場で形成された酸化ガリウムおよび／または意図的に添加された酸化ガリウムを包含してもよい。他の実装形態では、液体金属発泡体は、意図的に添加された金属粒子を包含してもよい。いくつかの実装形態では、液体金属発泡体は、液体金属、液体金属の合金、気泡、酸化ガリウム、固体金属粒子、またはそれらの任意の組み合わせを包含してもよい。

【0067】

例として、Ｇａ、ＧａＩｎ、ＧａＩｎＳｎ、またはＧａＩｎＳｎＺｎを含む室温の液体金属または液体金属発泡体は、インジウム金属と自発的に合金化し得る。これらの液体金属がインジウム含有固体金属発泡体（例えば、発泡体１３２または１５２）と直接接触して配置されると、液体ガリウムまたはガリウム合金は固体インジウムを溶解し始め、多孔質固体金属発泡体をさらに弱める。多孔質のインジウム固体金属発泡体中の液体ガリウムの部分溶解性によって、この組み合わせは、半導体チップの脆弱な構造的一体性を維持しながら圧縮性とｚ方向熱伝導性とを改善するのに役立つ、可塑性を有する非共晶半固体ＴＩＭに変換され得る。

【0068】

固体金属発泡体への合金化に加えて、液体金属湿潤剤は、半導体ダイ１２０が裏面メタライゼーションを有する、蓋１４０がメタライゼーションを有する、および／またはヒートシンク１６０がメタライゼーションを有するという要件をなくすことができる。液体金属湿潤剤は、ＴＩＭが半導体組立体の異なる構成要素に接合することを容易にするための接合増強剤として機能することができる。これは、インジウム発泡体などの発泡体が、非金属（例えば、ダイ表面など）に接合する能力を高めることができる。したがって、本明細書に記載の実施形態は、裏面ダイ／ウェハメタライゼーション、フラックス塗布または硬化プロセスに用いられるリソースを排除するというさらなる利点を提供することができる。

【0069】

液体金属湿潤剤を装置の熱性積層体に適用するために用いることができる様々な方法がある。液体金属は、発泡体、ヒートシンク１６０、パッケージ蓋１４０および／または半導体ダイ１２０の表面に擦着、分配または噴射することができる。例えば、液体金属湿潤剤１３１は、ダイ１２０上の表面に分配されてもよく、液体金属湿潤剤１３３は、固体金属発泡体１３２の上面に擦着されてもよい。以下でさらに説明する実装形態では、液体金属が固体金属発泡体の多孔質領域を通って流れ、および／またはＴＩＭ材料と合金化し、反対側に拡散することができるため、液体金属を必ずしもすべての表面に適用する必要はない。

【0070】

図３は、本開示の実装形態による、ＴＩＭ２１０およびＴＩＭ２２０を含む半導体組立体２００を形成するために用いられる構成要素の、液体金属拡散前の分解図である。図４は、本開示の実装形態による、ＴＩＭ２１０およびＴＩＭ２２０を含む半導体組立体２００を形成するために用いられる構成要素の、液体金属拡散後の分解図である。半導体組立体２００は、はんだボール１０５と、半導体ダイ１２０と、ＴＩＭ２１０と、半導体パッケージ蓋１４０と、ＴＩＭ２２０と、ヒートシンク１６０とを含む。

【0071】

この実装形態では、ＴＩＭ２１０は、固体金属発泡体２１１および液体金属湿潤剤２１２を含み、ＴＩＭ２２０は、固体金属発泡体２２１および液体金属湿潤剤２２２を含む。固体金属発泡体２１１および２２１は、上下のＴＩＭ表面に多孔構造を有するハイブリッド気泡固体金属発泡体である。これにより、ダイ１２０または蓋１４０の表面に液体金属を必ずしも別個に適用する必要がないという利点をもたらす。発泡体の上面に適用された液体金属は、多孔質発泡体ＴＩＭの上面を通って拡散し、下面構造まで湿潤させ、発泡体の界面抵抗を低下させることによって、ＴＩＭ構造の圧縮面に垂直方向の熱伝導を向上させることができる。図３は、液体金属の拡散前のＴＩＭ２１０および２２０を示す。図４は、液体金属の拡散後のＴＩＭ２１０および２２０を示す。このように、この実装形態では、液体金属の拡散／合金化がＴＩＭ構造を通じて生じ得る。液体金属湿潤剤２１２および２２２は、液体金属湿潤剤１３１、１３３、１５１および１５３に関して上述したのと同様の組成を有してもよい。

【0072】

本明細書に記載の固体金属発泡体ＴＩＭは、ＴＩＭ０の構成において特に利点をもたらすことができる。ＴＩＭ０構成では、熱界面材料は、半導体ダイの表面とヒートシンクの表面との間に配置され、それらと直接接触する。従来のＴＩＭ０構成で直面する１つの問題は、ＴＩＭ０構成において、剛性材料を半導体チップ上に配置した場合、ヒートシンクを剛性熱界面材料の上に配置する間にチップを破壊する危険性があることである。従来のＴＩＭ０材料の圧縮中にチップを損傷する危険性が増加し、装置の致命的な故障につながる可能性がある。多くの場合、代わりにグリース、ワックスまたは液体金属などの軟質材料がＴＩＭ０用途に使用される。軟質材料は、圧縮中に液体またはペースト材料がヒートシンクの下および半導体チップの上のｘ－ｙ平面内に拡張するにつれ、材料が変形してより薄い接合線を生成することができるように、ＴＩＭ０用途のために選択される。これらのワックス状または液体の熱界面材料は、チップとヒートシンクとの十分な界面熱接触をもたらすが、それらは、従来、材料自体の内部の熱輸送が少ないという欠点がある。

【0073】

これらの課題を克服するため、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，５９３，２２８号は、鉛、インジウムまたはスズなどの可鍛性金属を含む熱伝導性パターン付箔の使用について記載している。金属箔は、少なくとも１つの集積回路装置から少なくとも１つのヒートシンクへの熱放散を容易にするためのパターンを付した表面を有する。パターンを付した表面は、特に圧縮中に変形して凹凸に適合することができ、これにより、表面接触および接着を最大化しながら半導体チップへの力を低減する。熱伝導性パターン付箔のこれらの波状表面特徴部は、チップをある程度保護することができるが、近年、電子装置の小型化傾向に適合するより薄い半導体チップを製造することが推進されている。チップが薄くなると圧縮力下で割れやすくなるため、これらのより薄い装置には、ＴＩＭの圧縮中にさらなる機械的エネルギー吸収が必要となり得る。

【0074】

この目的のために、図５は、本開示の実装形態による、ＴＩＭ３１０を含む半導体組立体３００を形成するために用いられる構成要素の分解図を示す。半導体組立体３００は、はんだボール１０５と、半導体ダイ１２０と、ＴＩＭ３１０と、ヒートシンク１６０とを含む。ＴＩＭ３１０は、液体金属湿潤剤３１１、固体金属発泡体３１２および液体金属湿潤剤３１３を含む。固体金属発泡体３１２および液体金属湿潤剤３１２～３１２は、図１から図４の固体発泡体および液体金属湿潤剤について上述したのと同様の組成を有してもよく、同様の方法で適用してもよい。固体金属発泡体３１２は、上述のように、独立気泡、連続気泡またはハイブリッドであってよい。いくつかの実装形態では、液体金属湿潤剤３１１と３１３とは同じである。

【0075】

上述したように、ＴＩＭ材料（この場合、ＴＩＭ３１０）の構造的一体性が乏しいことにより、圧縮力を印加したときに十分な変形（および機械的エネルギー吸収）を生じさせることができ、対向する表面への十分な表面接触および接着を確保し、圧縮力に対する亀裂から半導体チップを保護することができる。さらに、多孔質固体金属発泡体中の液体金属の部分溶解性によって、この組み合わせを、半導体チップの脆弱な構造的一体性を維持しながら圧縮性およびｚ方向熱伝導性を改善するのに役立つ可塑性を有する非共晶半固体ＴＩＭに変換することができる。このように、本明細書に記載のＴＩＭ組成物は、ＴＩＭ０構成のＴＩＭを有する半導体組立体の前述の問題に対処することができる。図６Ａから図６Ｂは、液体金属を有する固体金属発泡体を圧縮する前（図６Ａ）と、液体金属を有する固体金属発泡体を圧縮した後（図６Ｂ）の、半導体組立体３００のＴＩＭ３１０を示す。

【0076】

代替的な実装形態では、ＴＩＭ０構成で用いられるＴＩＭは、液体金属湿潤剤を含まなくてもよい。例えば、図７は、本開示の実装形態による、固体金属発泡体ＴＩＭ４１０を含む半導体組立体４００を形成するために用いられる構成要素の分解図を示す。半導体組立体４００は、はんだボール１０５と、半導体ダイ１２０と、固体金属発泡体４１０と、ヒートシンク１６０とを含む。図８Ａから図８Ｂは、固体金属発泡体の圧縮前（図８Ａ）および固体金属発泡体の圧縮後（図８Ｂ）の半導体組立体４００の固体金属発泡体ＴＩＭ４１０を示す。

【0077】

図９は、本開示のいくつかの実装形態による、ハイブリッド気泡金属発泡体の圧縮と、伝導性材料または相変化材料による充填とを示す図である。図示されているように、ハイブリッド気泡固体金属発泡体は圧縮性があり、液体金属を多孔質特徴部に添加することができる。ハイブリッド構造は、液体金属を包含し、液体金属を上から下に流すことができるという利点をもたらすことができる。

【0078】

前述の例が示すように、本明細書に記載の固体金属発泡体を有するＴＩＭを用いることによって、様々な技術的利点が実現され得る。例えば、長方形または立方体の固体金属発泡体が与えられた場合、６面ＴＩＭの対向する一組の面は、連続気泡固体金属発泡体のままであってよい一方で、周囲の平面にある残りの４面は、独立気泡のままであってよい。液体金属、液体金属発泡体、グリース、ワックス、または他の相変化材料を固体金属発泡体の多孔質部分に添加することは、以下を含むいくつかの目的を果たしてもよい。ｘ－ｙ平面（例えば、ヒートスプレッダ）における熱伝導性を高めること、半導体チップ、蓋およびヒートスプレッダに平行なｚ方向の熱伝導性を高めること、チップと蓋との間に位置するＴＩＭ１材料の表面抵抗を下げること、および／または蓋とヒートシンクとの間に含まれるＴＩＭ２材料の表面抵抗を下げること。ＴＩＭ０構成の場合には、チップとヒートシンクとの間の表面抵抗を下げることができる。これを、ＴＩＭ材料の圧縮と組み合わせることで、熱流が発生するのに十分な接触を確保することができ、装置全体の温度勾配がもたらされる。さらに、本明細書に記載の固体金属発泡体は、熱発生構成要素上の隙間を覆う、または複数の高さの電子パッケージを自らで平坦化させるように接触するという利点をもたらしてもよい。

【0079】

いくつかの実装形態では、液体金属発泡体は、別個のメタライゼーションを必要とすることなく、ＴＩＭを半導体組立体の様々な構成要素に容易に接合させる、接合強化剤として機能することができる。例えば、液体金属発泡体は、半導体ダイが裏面メタライゼーションを有するという要件、半導体パッケージ蓋がメタライゼーションを有するという要件、および／またはヒートシンクがメタライゼーションを有するという要件をなくすことができる。これにより、例えばインジウム金属が非金属（例えばダイ表面など）に接合する能力を高めることができる。

【0080】

この目的のために、図１０は、液体金属発泡体５５４、５５５の間に挟まれた固体金属シム５９０を含むＴＩＭ５００を用いて半導体ダイ３５８を熱交換器３５２に接合する、本開示の実装形態による半導体組立体の例示的な構成を示す図である。熱交換器は、ヒートシンク、ヒートスプレッダまたは蓋を含むことができる。この例では、半導体ダイ３５８は回路基板３６０に実装されている。はんだ球３７４を半導体ダイ３５８のメタライズパッド３７２に配置し、リフローして、メタライズパッド３７２をプリント回路基板の電気コネクタ３７６に電気的に接続した。３７８は、半導体装置３５８と回路基板３６０との間に施されたアンダーフィルを示す。

【0081】

ＴＩＭ５００は、液体金属発泡体５５４、金属シム５９０および液体金属発泡体５５５を含む。金属シム５９０は、インジウムまたはインジウム合金で作製されてもよい。液体金属発泡体５５４は、ＴＩＭ５００が接合される半導体ダイ３５８の表面に直接配置され、液体金属発泡体５５５は、ＴＩＭ５００が接合される熱交換器３５２の表面に直接配置される。液体金属発泡体５５４および５５５は、シム５９０のインジウム金属またはインジウム金属合金に合金化して、ＴＩＭ合金を形成することができる。これは、熱を加えずに室温で行われてもよい。

【0082】

したがって、この例では、ＴＩＭ５００が半導体装置３５８に接合できるように、半導体ダイ３５８に裏面メタライゼーションを適用する必要はない。さらに、ＴＩＭ５００を用いて半導体ダイ３５８に熱交換器３５２を接合するために、熱交換器３５２にメタライゼーションを適用する必要はない。代替的な実装形態では、半導体ダイ３５８または熱交換器３５２の一方は、既にメタライゼーションを有していてもよい。そのような実装形態では、固体金属シム５９０に直接合金化できるメタライゼーションをどの構成要素が既に有しているかに応じて、液体金属発泡体５５４または液体金属発泡体５５５をＴＩＭ５００から省略してもよい。

【0083】

液体金属発泡体５５４および５５５は、酸化ガリウムとガリウムまたはガリウム合金との混合物を含んでもよい。ガリウムは空気中の酸素と急速に反応して酸化ガリウムの薄層を形成する。ガリウム含有液体金属合金が、その固相線温度を超えた温度で他の何らかの手段によって撹拌、混合、ブレンド、振盪または撹拌されると、表面形成金属酸化物は液体金属アマルガム全体に分散される。液体金属発泡体中のこの金属酸化物の存在は、液体金属が流れて表面に付着する方法に大きな影響を及ぼし得る。液体金属／液体金属酸化物混合物の表面張力は、酸化物を含まない対照物と比較して大幅に低下する。このように、液体金属／液体金属酸化物混合物は、その高い熱伝導性のため、および表面に広がり付着する能力のために、ＴＩＭとしての使用に理想的であり得る。いくつかの実装形態では、金属酸化物は、酸素の存在下で液体金属の表面に受動的に形成される。いくつかの実装形態では、金属酸化物を液体金属合金に意図的に添加してもよい。他の実装形態では、自然に発生した金属酸化物と意図的に添加された金属酸化物との組み合わせが、同じ液体金属混合物中に存在してもよい。

【0084】

別の例として、図１１は、液体金属発泡体５５４、５５５の間に挟まれた熱伝導性パターン付金属箔６９０を含むＴＩＭ６００を用いて半導体ダイ３５８を熱交換器３５２に接合する、本開示の実装形態による半導体組立体の例示的な構成を示す図である。

【0085】

金属箔６９０は、金属箔６９０の部分の厚さを著しく変化させて山と谷のパターンを生成する表面テクスチャを有するように製造することができる。特に、箔は、複数の第１の領域および複数の第２の領域を含んでもよく、第１の領域は第１の厚さを有し、第２の領域は第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有して、熱伝導性金属箔上にパターンを付した表面を形成する。パターンは、金属箔をロール成形またはプレスすることによって生成してもよいが、他の化学的または物理的方法によって生成してもよい。熱伝導性金属箔は、半導体ダイ３５８から熱交換器３５２への熱放散を容易にするように構成されてもよく、変形可能であり、凹凸に適合可能であることによって、ダイ３５８と熱交換器３５２の少なくとも一方の接触面においてそのような凹凸の形状に適合する、インジウムまたはインジウム合金で形成されてもよい。インジウムまたはインジウム合金で作製された箔６９０は、圧縮された界面において、より低い印加応力で均一な熱抵抗を提供することができる。インジウムの可鍛性は、表面抵抗を最小にし、熱流（伝導度）を増加させることができる。さらに、箔６９０の構造は、純粋なインジウム金属のブロックよりも高い圧縮性をもたらす。

【0086】

半導体ダイ３５８または熱交換器３５２の一方が既にメタライゼーションを有する代替的な実装形態では、液体金属発泡体５５４または液体金属発泡体５５５をＴＩＭ６００から省略してもよい。

【0087】

いくつかの実装形態において、別個のメタライゼーションを必要とすることなく、ＴＩＭを半導体組立体の構成要素に容易に接合させるために、インジウムまたはインジウム合金で作製された熱伝導性パターン付金属箔を、半導体ダイ、半導体パッケージ蓋またはヒートシンクの非メタライズ表面に適用される液体金属と共に用いることができる。この目的のために、図１２は、熱伝導性パターン付金属箔６９０および液体金属層３８５、３８６を含むＴＩＭ７００を用いて半導体ダイ３５８を熱交換器３５２に接合する、本開示の実装形態による半導体組立体の例示的な構成を示す図である。

【0088】

液体金属層３８５は、ＴＩＭ７００が接合される半導体ダイ３５８の表面に直接適用してもよく、液体金属層３８６は、ＴＩＭ７００が接合される熱交換器３５２の表面に直接適用してもよい。組立体の接合および金属箔６９０の配置の前に、それぞれの酸化物シード層を残して液体金属層を除去してもよく、酸化物シード層は、インジウムと合金化した場合に、純粋なインジウムと同様の固体である合金を残留させることができる。酸化物シード層を形成するために用いることができる液体金属は、例えば、インジウム、インジウム合金、ガリウム、ガリウム合金、インジウムとガリウムとの組み合わせを含む合金、または前記のものに場合によってスズを添加したものを含むことができる。

【0089】

このように、図１２に示す組立体は、熱伝導性パターン付箔６９０まで圧縮され、熱交換器３５２を半導体ダイ３５８に固着させることができる。液体金属層３８５および３８６をそれぞれ除去することによって半導体ダイ３５８および熱交換器３５２の表面に残された酸化物シード層は、箔６９０のインジウム金属または金属合金による、半導体ダイ３５８および熱交換器３５２の露出表面までの湿潤を促進することができる。さらに、シード層は、箔６９０のインジウム金属またはインジウム金属合金に合金化してＴＩＭ合金を形成することができる。半導体ダイ３５８または熱交換器３５２の一方が既にメタライゼーションを有している代替的な実装形態では、液体金属層３８５または液体金属層３８６をＴＩＭ ７００から省略してもよい。

【0090】

開示された技術の様々な実施形態を上述したが、それらは限定ではなく例としてのみ提示されていることを理解されたい。同様に、様々な図は、開示された技術の例示的な構造または他の構成を示してもよく、これは、開示された技術に含まれ得る特徴および機能の理解を助けるために行われる。開示された技術は、図示された例示的な構造または構成に限定されず、所望の特徴は、様々な代替的な構造および構成を使用して実装することができる。さらに、フロー図、動作説明、および方法の特許請求の範囲に関して、本明細書で工程が提示される順序は、文脈上別段の指示がない限り、列挙された機能を同じ順序で実行するために様々な実施形態を実施することを要求するものではない。

【0091】

開示された技術は、様々な例示的な実施形態および実装形態に関して上述されているが、個々の実施形態のうちの１つまたは複数に記載された様々な特徴、態様および機能は、それらが記載されている特定の実施形態への適用に限定されるものではなく、代わりに、そのような実施形態が記載されているか否か、およびそのような特徴が、記載の実施形態の一部として提示されているか否かにかかわらず、開示された技術の他の実施形態のうちの１つまたは複数に単独でまたは様々な組み合わせで適用できることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される技術の幅および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。

【0092】

本明細書で使用される用語および語句、ならびにそれらの変形は、特に明記されていない限り、限定ではなく無制限として解釈されるべきである。前述の例として、用語「含む」は、「限定されないが、含む」などの意味として解釈すべきである。「例」という用語は、その網羅的または限定的なリストではなく、議論中の項目の例示的な例を提供するために使用される。「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という用語は、「少なくとも１つの」、「１つまたは複数の」などを意味すると解釈すべきである。「従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「従来の（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「通常の」、「標準的な」、「公知の」などの形容詞および同様の意味の用語は、記載された項目を所与の期間または所与の時点で利用可能な項目に限定するものとして解釈されるべきではなく、代わりに、現在または将来のいつの時点でも利用可能または公知であり得る従来の、従来の、通常の、または標準的な技術を包含するように解釈すべきである。同様に、本明細書が当業者に明らかであるかまたは公知である技術を指す場合、そのような技術は、現在または将来の任意の時点で当業者に明らかであるかまたは公知である技術を包含する。

【0093】

いくつかの場合における、「１つまたは複数」、「少なくとも」、「しかしこれに限定されない」または他の同様の語句などの幅広い単語および語句の存在は、そのような幅広い語句が存在しない場合に、より狭い場合が意図されるかまたは必要とされることを意味すると解釈されるべきではない。

【0094】

さらに、本明細書に記載の様々な実施形態は、例示的なブロック図、フローチャートおよび他の図に関して説明されている。本明細書を読んだ後に当業者に明らかになるように、図示された実施形態およびそれらの様々な代替形態は、図示された例に限定されることなく実施することができる。例えば、ブロック図およびそれらに付随する説明は、特定の構造または構成を要求するものとして解釈されるべきではない。

【0095】

前述の概念のすべての組み合わせは、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）本明細書に開示される発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示に現れる特許請求される主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】