專(zhuān)利名稱：用以降低金屬間化合物厚度和金屬及合金氧化的合金組合物和技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本發(fā)明一般地涉及電傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)，更具體地涉及降低金屬 間化合物(IMC)厚度和金屬及合金氧化的合金組合物和技術(shù)。
背景技術(shù)：
0003當(dāng)使用電子器件時(shí)，在工作期間焊接點(diǎn)應(yīng)該具有足夠的可靠 性。焊接點(diǎn)的可靠性主要取決于IMC生長(zhǎng)，IMC生長(zhǎng)由工作期間的時(shí) 間和產(chǎn)生的熱引起。 一般來(lái)說(shuō)，由于IMC的脆性、柯肯達(dá)爾空洞
(KirkendalWoiding)的形成、和/或其上施加焊劑的金屬層(一層或多 層)的消耗，尤其當(dāng)諸如凸點(diǎn)下金屬化層(under bump metallization, UBM)中金屬層(一層或多層)較薄時(shí)，較厚的IMC引起可靠性問(wèn)題。
0004另一方面，解決設(shè)備處理速度和發(fā)熱的增加問(wèn)題，要求開(kāi)發(fā) 新的熱界面材料(thermal interface materials) (TIM，s)。因?yàn)榫哂懈邿?導(dǎo)率，所以熱焊劑非常有吸引力。焊接的TIM's具有和焊接點(diǎn)相似的 問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)設(shè)備在高溫下運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生引起可靠性問(wèn)題的IMC生 長(zhǎng)。
0005由于低熔點(diǎn)金屬與接觸界面的良好貼合性、在工作溫度下低 熔點(diǎn)金屬的良好金屬相連續(xù)性、以及在工作溫度下低熔點(diǎn)金屬形成良 好的導(dǎo)熱路徑或?qū)徭湥腿埸c(diǎn)金屬，包括液體金屬，也如熱導(dǎo)材料一樣有用。然而，由于迅速氧化和高反應(yīng)性，低熔點(diǎn)金屬的使用在某 些具體應(yīng)用中受到限制。
0006最近引入了新類(lèi)型的TIM，諸如聚合物混合焊劑(polymer solder hybrid, PSH)，其中聚合物母體充當(dāng)芯片或封裝件表面的粘合劑， 并且焊劑填料用作熱導(dǎo)體。嘗試了低熔點(diǎn)金屬作為導(dǎo)熱填料或作為 PSH中的部分導(dǎo)熱填料的幾種可能應(yīng)用。然而，低熔點(diǎn)金屬，包括液 體金屬，氧化非常迅速并且形成疏松聚集的焊劑，其在界面上容易脫 層。因此，使用此類(lèi)TIM非常具有挑戰(zhàn)性。
0006a鑒于上述事項(xiàng)，需要提供降低IMC厚度和金屬及合金氧化的 技術(shù)，克服上述不足和缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
0007公開(kāi)了降低IMC厚度和金屬及合金氧化的合金組合物和技術(shù)。 在一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是合金的組 合物或混合物，其基本上由按重量計(jì)大約卯％至大約99.999%的銦和 按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的鍺以及不可避免的雜質(zhì)組成。在另 一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是合金的組合 物或混合物，其基本上由按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的銦和按 重量計(jì)大約0.001%至大約10%的鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種組成。 在又一個(gè)具體示例性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是基本上由 按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的鎵和按重量計(jì)大約0.001%至大約 10%的鍺以及不可避免的雜質(zhì)組成的合金組合物。在仍另一個(gè)具體示例 性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是這樣的合金組合物，其基本 上由按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的鎵和按重量計(jì)大約0.001%至 大約10%的鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種組成。在仍又一個(gè)具體示 例性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是基本上由下列組成的合金 組合物鎵-銦合金、鎵-銦-錫合金、鎵-銦-錫-鋅合金、鎘、鎘合金、 銦-鉛合金、銦-鉛-銀合金、汞、汞合金、鉍-錫合金、銦-錫-鉍合金， 它們的含有按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的鍺、錳、磷和鈦中的一 種或多種的混合物，以及不可避免的雜質(zhì)。0008合金組合物可以采取冶金互連材料(metallurgical interconnect material)、熱界面材料、導(dǎo)熱填料或?qū)峤橘|(zhì)的形式。熱界面材料可以 包含一種或多種相變材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱膠帶和散熱膏(thermal grease)o
0009在一個(gè)具體示例性實(shí)施方式中，所述技術(shù)可以被認(rèn)為是在金 屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的摻 雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種，所述 金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的鎵或銦，其 中所述方法包括通過(guò)加熱，以溶液形式，將一種或多種摻雜劑混合入 金屬或金屬合金。該混合物可以被迅速冷卻，以得到更細(xì)的摻雜劑或 金屬間顆粒，其比較大的顆粒擴(kuò)散更快。
0010在另一個(gè)具體示例性實(shí)施方式中，該技術(shù)可以被認(rèn)為是在金 屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的摻 雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種，所述 金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的鎵或銦，其 中所述方法包括將一種或多種摻雜劑顆?；旌先肴廴诮饘倩蚪饘俸?金，并將含有一種或多種摻雜劑顆粒的所述熔融金屬或金屬合金冷卻， 以形成金屬或金屬合金復(fù)合材料。
0011在另一個(gè)具體示例性實(shí)施方式中，該技術(shù)可以被認(rèn)為是在金 屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的摻 雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種，所述 金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約卯％至大約99.999%的鎵或銦，其 中所述方法包括通過(guò)機(jī)械力將所述一種或多種摻雜劑混合入固體形式 的金屬或金屬合金。
0012在另一個(gè)具體示例性實(shí)施方式中，該技術(shù)可以被認(rèn)為是在金 屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的摻 雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種，所述 金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的鎵或銦，其 中所述方法包括將一種或多種摻雜劑顆?；旌先虢饘倩蚪饘俸辖鸱?末，以形成金屬或金屬合金粉末混合物。0013在另一個(gè)具體示例性實(shí)施方式中，該技術(shù)可以被認(rèn)為是在金 屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的摻 雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種，所述 金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的鎵或銦，其 中所述方法包括將一種或多種摻雜劑以顆粒形式與金屬或金屬合金一 起放入互連襯底中，其中所述互連襯底可以包括電路板上的襯墊、散 熱器、吸熱設(shè)備、和元件背面中的至少一種。
0014現(xiàn)在參考如附圖中所示的示例性實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更 詳細(xì)的描述。盡管參考示例性實(shí)施方式在下文對(duì)本發(fā)明迸行了描述， 但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并非局限于此。獲得本文教導(dǎo)的本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到另外的實(shí)施、修改和實(shí)施方式以及其它應(yīng)用領(lǐng)域，它們 在如本文所描述的公開(kāi)范圍內(nèi)，并且就它們而言，本發(fā)明可具有重要 應(yīng)用。


0015為了便于更全面的理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖，其中相同的 要素用相同的數(shù)字引用。這些附圖不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明，而僅 僅旨在示例性。
0016圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，老化純銦(In)和2%鍺(Ge) 湖(In)樣品的IMC厚度及鎳(Ni)層消耗的表格。
0017圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在鎳(Ni) /金(Au)襯 底上的純銦(In)樣品放大1000倍的掃描電子顯微(SEM)照片，所 述樣品在150'C下老化1000小時(shí)。
0018圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在鎳(NO /金(Au)襯 底上的2%鍺(Ge)湖(In)樣品放大1000倍的掃描電子顯微(SEM) 照片，所述樣品在15(TC下老化1000小時(shí)。
0019圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在鎳(Ni) /金(Au)襯 底上的2%鍺(Ge) /銦(In)樣品放大3000倍的掃描電子顯微(SEM) 照片，所述樣品在150。C下老化1000小時(shí)。0020圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，老化純銦(In)和2%鍺(Ge) /銦(In)樣品的IMC組成的表格。
0021圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于純鎵(Ga)和摻雜 0.05%和0.1%鍺(Ge)的鎵(Ga)，在85°。/85%相對(duì)濕度的室內(nèi)形成 的氧化物的曲線圖。
0022圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于摻雜0.5%、 0.1%、 2%和5%的鍺(Ge)的鎵，在85°。/85%相對(duì)濕度的室內(nèi)形成的氧化物 的曲線圖。
0023圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于摻雜0.0001%和 0.0005%的鍺(Ge)的鎵，在851785%相對(duì)濕度的室內(nèi)形成的氧化物 的曲線圖。
0024圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于含和不含0.5%的鍺 (Ge)的鎵(Ga) /銦(In)合金，在85°。/85%相對(duì)濕度的室內(nèi)形成 的氧化物的曲線圖。
0025圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于含和不含0.5%的鍺 (Ge)的銦(In) /鉍(Bi)合金，在85。C/85。/o相對(duì)濕度的室內(nèi)形成的 氧化物的曲線圖。
0026圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于含有0.5。/。的磷(P)、 0.5%的鈦(Ti)、 0.5%的錳(Mn)和無(wú)摻雜劑的鎵(Ga)合金，在85 °。/85%相對(duì)濕度的室內(nèi)形成的氧化物的曲線圖。
0027圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于2%鍺(Ge) /鎵(Ga)， 使用不同激光功率，鍺(Ge)對(duì)于鎵(Ga)的相對(duì)峰強(qiáng)度的表格。
0028圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于15%的激光功率， 2%鍺(Ge) /鎵(Ga)的ICP-MS光譜圖。
0029圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于25%的激光功率， 2%鍺(Ge) /鎵(Ga)的ICP-MS光譜圖。
0030圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝配結(jié)構(gòu)，其中通過(guò)互 連材料——諸如焊劑——在電子元件的襯墊和襯底的襯墊之間形成冶會(huì)妙A(yù) 亞5口 n o
0031圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式TIM在電子組件中的應(yīng)用。
0032圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在IHS和電子元件之間的 第一TIM的簡(jiǎn)化實(shí)例，該第一TIM的形式為相變材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo) 熱膠帶或散熱膏，其包含用導(dǎo)熱填料填充的聚合物母體。
0033圖18示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的其中第一TIM是PSH的 實(shí)例，其中導(dǎo)熱填料在工作溫度下保持液態(tài)，而聚合物母體在IHS和 電子元件之間提供機(jī)械粘附。
0034圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)例，其中TIM材料可 以在無(wú)聚合物母體的情況下直接放置在IHS和電子元件之間。
具體實(shí)施例方式
0035描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的合金組合物和技術(shù)，用于降 低IMC厚度和金屬及合金的氧化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了這類(lèi)合金組 合物和技術(shù)。例如，為了解決焊接點(diǎn)可靠性問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 方式，使用IMC生長(zhǎng)試驗(yàn)來(lái)揭示防止互連材料諸如焊劑和TIM的IMC 生長(zhǎng)的技術(shù)。就是說(shuō)，當(dāng)在15(TC烘箱內(nèi)老化1000小時(shí)后在電解鎳(Ni) /金(Au)襯底上的2% (wt)鍺(Ge) /銦(In)和純銦(In)的IMC 生長(zhǎng)時(shí)，觀察到顯著的、預(yù)料不到的效應(yīng)。在樣品老化后，測(cè)量樣品 的IMC厚度和鎳(Ni)層消耗。如圖1的表格所示，當(dāng)2%鍺(Ge) / 銦(In)的IMC厚度為大約2.0-3.4微米時(shí)，純銦(In)的總IMC厚度 為大約18.8-19.6微米。所述襯底的鎳(Ni)層的初始厚度是5.3微米， 含純錮(In)和2%鍺(Ge)順(In)的樣品的鎳(Ni)層消耗分別為 45.3-49.1%和3.8-7.5%。圖2和圖3分別示出了在電解鎳(Ni)/金(Au) 襯底上的純銦(In)樣品和2%鍺(Ge) /銦(In)樣品在150'C烘箱內(nèi) 老化1000小時(shí)后的掃描電子顯微(SEM)照片。2%鍺(Ge) /銦(In) 樣品中的IMC降低非常明顯。當(dāng)在更高放大倍數(shù)下觀察時(shí)，IMC由三 層組成也是明顯的(參看圖4)。
0036為了理解在摻雜鍺的銦中IMC較薄的機(jī)理，能量分散光譜法 (EDS)是有用的，從而被進(jìn)行。圖5的表格概括了純銦(In)樣品和2%鍺(Ge)順(In)樣品的EDS分析結(jié)果。
0037概括來(lái)說(shuō)，如圖2所示，在純銦(In)樣品中僅僅發(fā)現(xiàn)一層 IMC。然而，如圖3和圖4所示，在2%鍺(Ge) /銦(In)樣品中發(fā)現(xiàn) 三層IMC。如圖5的表格所示，純銦(In)樣品中的IMC組成被測(cè)定 為(Ni， Au) 28In72。同時(shí)，2%鍺(Ge) /銦(In)樣品的第一IMC層 (即，最接近焊劑的層)的組成被測(cè)定為54。/。的銦(In)、32n/。的鎳(Ni)、 13%的鍺(Ge)和1%的金(Au)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，2%鍺(Ge) /銦 (In)樣品的第一 IMC層的實(shí)際組成可能不是特別精確，因?yàn)?%鍺 (Ge)湖(In)樣品的第一IMC層比測(cè)量分辨率薄。因此，在2%鍺 (Ge) /銦(In)樣品的第一IMC層之外的區(qū)域中的材料可能被包括在 2%鍺(Ge)湖(In)樣品的第一 IMC層的組成之中。然而，2%鍺(Ge) 湖(In)樣品的第二IMC層比2。/。鍺(Ge)湖(In)樣品的第一IMC 層厚，因此，能夠測(cè)定2%鍺(Ge) /銦(In)樣品的第二 IMC層的確 切組成，為(Ni， In， Au) 5QGe5()。 2%鍺(Ge) /銦(In)樣品的第三 IMC層的組成與純銦(In)樣品中的IMC組成相同。
0038認(rèn)為，鍺(Ge)與鎳(Ni)在老化早期階段反應(yīng)，形成富鍺 (Ge) IMC層，并且這些富鍺(Ge) IMC層防止鎳(Ni)層與焊劑反 應(yīng)。還認(rèn)為，當(dāng)某IMC層形成可阻止焊劑和襯底材料之間互相擴(kuò)散的 致密穩(wěn)定層時(shí)，觀察到總IMC較薄和諸如UBM的襯底材料消耗較少。 因此，進(jìn)一步認(rèn)為，這類(lèi)保護(hù)性IMC層的形成產(chǎn)生更好的可靠性。通 過(guò)上述討論，可以得出結(jié)論，薄的富鍺(Ge) IMC層(一層或多層) 起著擴(kuò)散屏障的作用，以減慢焊劑到襯底的擴(kuò)散。
0039根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，為了解決包括低熔點(diǎn)金屬在內(nèi)的金 屬的氧化問(wèn)題，使用氧化試驗(yàn)來(lái)揭示防止氧化的技術(shù)。實(shí)際上，在氧 化試驗(yàn)中，上述鍺(Ge)的顯著的、預(yù)料不到的效應(yīng)也可以在低熔點(diǎn) 金屬——諸如鎵——中觀察到。就是說(shuō)，低熔點(diǎn)金屬99.95%鎵(Ga) /0.05%鍺(Ge)、 99.9%鎵(Ga) /0.1%鍺(Ge)和純鎵(Ga)的樣品 被放置在85^:/85%相對(duì)濕度的室內(nèi)。在小瓶中，在金屬頂部形成金屬 氧化物。通過(guò)測(cè)量金屬頂部形成的氧化物部分的高度(體積)來(lái)測(cè)定 氧化物的量。純鎵(Ga)樣品的氧化物的量增加迅速，并且在10天內(nèi)顯示出大約90%的氧化物。相比之下，含有少量鍺(Ge)的鎵(Ga) 樣品顯示出慢得多的氧化速度。實(shí)際上，99.95。/。鎵(Ga)/0.05。/。鍺(Ge) 和99.9%鎵(Ga) /0.1%鍺(Ge)樣品未顯示出顯著量的氧化物，直到 在85°。/85%相對(duì)濕度的室內(nèi)80天之后(參看圖6)。
0040為了了解較高濃度的鍺(Ge)是否可以提供更好的氧化性能， 測(cè)試含有0.5%、 1%、 2%和5% (wt)鍺(Ge)的鎵(Ga)樣品。如 圖7所示，使用較高濃度的鍺(Ge),并沒(méi)有大的改進(jìn)。
0041為了檢査鍺(Ge)的有效量的下限，測(cè)試0.0001%鍺(Ge) / 鎵(Ga)和0.0005%鍺(Ge) /鎵(Ga)。如圖8所示，對(duì)于這些合金， 僅僅觀察到輕微的影響。
0042鎵(Ga) /銦(In)是低共熔合金，因此也可以是良好的熱界 面材料。鑒于上述發(fā)現(xiàn)，鍺(Ge)對(duì)這類(lèi)合金的抗氧化效應(yīng)因而是令 人感興趣的。因此，比較78.6%鎵(Ga) /21.4%銦(In)合金和0.5% 鍺(Ge) /78.2%鎵(Ga) /21.3%銦(In)合金的氧化速率。如圖9所 示，含鍺(Ge)的鎵(Ga) /銦(In)合金顯示出穩(wěn)定得多的氧化性能。
0043鉍(Bi) /銦(In)也是低共熔合金，因此也可以是良好的熱 界面材料。鑒于上述發(fā)現(xiàn)，鍺(Ge)對(duì)這類(lèi)合金的抗氧化效應(yīng)因而是 令人感興趣的。因此，比較66.7%銦(In) /33.3%鉍(Bi)合金和0.5% 鍺(Ge) /66.4%銦(In) /33.1°/。鉍(Bi)合金的氧化速率。如圖10所 示，對(duì)于含鍺(Ge)的銦(In) /鉍(Bi)合金，僅僅觀察到微小的抗 氧化效應(yīng)。
0044為了比較的目的，鑒于上述發(fā)現(xiàn)，其它摻雜劑對(duì)鎵(Ga)的 抗氧化效應(yīng)將是令人感興趣的。因此，比較0.5%磷(P)/鎵(Ga)、 0,5% 鈦(Ti) /鎵(Ga)和0.5%錳(Mn) /鎵(Ga)與純鎵(Ga)的氧化速 率。如圖11所示，對(duì)于摻雜磷(P)、鈦(Ti)和錳(Mn)的鎵(Ga)， 觀察到一些抗氧化效應(yīng)，但不如摻雜鍺(Ge)的鎵(Ga)明顯。
0045使用鍺(Ge)來(lái)防止鎵(Ga)氧化的機(jī)理得到了研究。假設(shè)， 薄的含鍺(Ge)保護(hù)層得以形成，并且該層防止鎵(Ga)與氧的進(jìn)一 步反應(yīng)。激光燒蝕ICP-MS法被用于確認(rèn)該機(jī)理。該激光燒蝕ICP-MS法被廣泛用于表面組成分析。在該方法中，高能激光燒蝕樣品表面的
小區(qū)域。然后，被燒蝕的材料被轉(zhuǎn)移到ICP-MS分析室。激光強(qiáng)度越高， 燒蝕越深。
0046當(dāng)使用較低的激光功率(15%)以便燒蝕較淺時(shí)，對(duì)于2%鍺 (Ge) /鎵(Ga)，鍺(Ge)主峰(68.8-68.9)相對(duì)于鎵主峰(68.8-68.9) 的相對(duì)強(qiáng)度是31-32%。當(dāng)使用較高的激光功率(25%)時(shí)，鍺(Ge) 的相對(duì)強(qiáng)度是8-10%。結(jié)果給出了定性證據(jù)——鍺(Ge)原子轉(zhuǎn)到表 面，保護(hù)合金不被氧化。在樣品的不同點(diǎn)重復(fù)該試驗(yàn)，并顯示出相同 的結(jié)果。圖12-14示出了該分析結(jié)果。
0047參考圖15，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝配結(jié)構(gòu)，其中 通過(guò)互連材料3,諸如焊劑，在電子元件1的襯墊2和襯底5的襯墊4 之間形成冶金結(jié)合。在焊劑互連材料3和元件襯墊2和/或襯底襯墊4 之間建立IMC層。本文描述的組合物可以降低焊劑互連材料3和元件 襯墊2和/或襯底襯墊4之間的IMC生長(zhǎng)，以增加電子元件1的可靠性。
0048參考圖16，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的TIM在電子組件中 的應(yīng)用。電子組件包括襯底5，其通過(guò)互連材料10連接于電子元件1。 使用第一TIM9，集成散熱器(IHS) 8被附于電子元件1的頂側(cè)，以 散去電子元件1產(chǎn)生的熱。IHS8還通過(guò)第二TIM7連接于吸熱設(shè)備6 上，以進(jìn)一步散熱。
0049第一 TIM 9和第二 TIM 7的最有效的材料之一是熱焊劑，諸 如銦、銦合金、鎵-銦合金、鎵-銦-錫合金、鎵-銦-錫-鋅合金、銦-鉛合 金、銦-鉛-銀合金、鉍-錫合金和銦-錫-鉍合金。本文描述的組合物可以 降低電子元件1和IHS 8之間和/或IHS 8和吸熱設(shè)備6之間的IMC生 長(zhǎng)，以增加可靠性。
0050參考圖17，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在IHS 8和電子元 件1之間的第一 TIM 9的簡(jiǎn)化實(shí)例，該第一 TIM 9的形式為相變材料、 導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱膠帶或散熱膏，其包含用導(dǎo)熱填料ll填充的聚合物母 體12。導(dǎo)熱填料ll可以包括銦、銦合金、鎵、鎵-銦合金、鎵-銦-錫合 金、鎵-銦-錫-鋅合金、鎘、鎘合金、銦-鉛合金、銦-鉛-銀合金、汞、 汞合金、鉍-錫合金和銦-錫-鉍合金。本文描述的組合物可以改進(jìn)氧化性能，并且降低導(dǎo)熱填料11的反應(yīng)性。
0051參考圖18，示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式其中第一TIM9是 PSH的實(shí)例，其中導(dǎo)熱填料13在工作溫度下保持液態(tài)，而聚合物母體 12在IHS 8和電子元件1之間提供機(jī)械粘附。導(dǎo)熱填料13可以包括銦、 鎵、鎵-銦合金、鎵-銦-錫合金、鎵-銦-錫-鋅合金、鎘、鎘合金、銦-鉛 合金、銦-鉛-銀合金、汞、汞合金、鉍-錫合金和銦-錫-鉍合金。本文描 述的組合物可以改進(jìn)氧化性能，并且降低導(dǎo)熱填料13的反應(yīng)性。
0052參考圖19,示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)例，其中TIM 材料15可以在無(wú)聚合物母體12的情況下直接放置在IHS 8和電子元件 1之間。TIM材料15可以是液體金屬，諸如鎵或低熔點(diǎn)金屬或合金。 限制器(confmer) 14可被用來(lái)防止液體形式的TIM材料15從IHS 8 和電子元件1之間泄漏。本文描述的組合物可以改進(jìn)氧化性能，并且 降低TIM材料15的反應(yīng)性。
0053本發(fā)明不局限于本文描述的具體實(shí)施方式
的范圍。實(shí)際上， 通過(guò)上文的描述和附圖，除了本文描述的那些之外，本發(fā)明的其它各 種實(shí)施方式和修改，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是明顯的。因此，這類(lèi) 其它實(shí)施方式和修改旨在落入本發(fā)明的范圍。此外，盡管對(duì)于特定目 的，在特定環(huán)境下的特定實(shí)施方式的情況中，在本文中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其有用性不局限于此，并 且本發(fā)明可以針對(duì)任何目的在任何環(huán)境下被有利地實(shí)施。因此，應(yīng)該 考慮本文所描述的公開(kāi)內(nèi)容的全部范圍和精神，解釋下面提出的的權(quán) 利要求。
權(quán)利要求
1. 合金組合物或混合物，其基本上由按重量計(jì)大約90％至大約99.999％的銦和按重量計(jì)大約0.001％至大約10％的鍺以及不可避免的雜質(zhì)組成。
2. 合金組合物或混合物，其基本上由按重量計(jì)大約90%至大約 99.999%的銦和按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的鍺、錳、磷和鈦中 的一種或多種組成。
3. 合金組合物，其基本上由按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的 鎵和按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的鍺以及不可避免的雜質(zhì)組成。
4. 合金組合物，其基本上由按重量計(jì)大約卯％至大約99.999%的 鎵和按重量計(jì)大約0.001%至大約10%的鍺、錳、磷和鈦中的一種或多 種組成。
5. 合金組合物，其基本上由下列組成鎵-銦合金、鎵-銦-錫合金、 鎵-銦-錫-鋅合金、鎘、鎘合金、銦-鉛合金、銦-鉛-銀合金、汞、汞合 金、鉍-錫合金、銦-錫-鉍合金，它們的含有按重量計(jì)大約0.001%至大 約10%的鍺、錳、磷和鈦中的一種或多種的混合物，以及不可避免的 雜質(zhì)。
6. 在金屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至 大約10%的摻雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種 或多種，所述金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999% 的鎵或銦，所述方法包括通過(guò)加熱，以溶液形式，將所述一種或多種摻雜劑混合入所述金 屬或金屬合金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括將所述混合物迅速冷卻，以得到更細(xì)的摻雜劑或金屬間顆粒， 其比較大的顆粒擴(kuò)散更快。
8. 在金屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至 大約10%的摻雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種 或多種，所述金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90°/。至大約99.999% 的鎵或銦，所述方法包括將所述一種或多種摻雜劑以顆粒形式混合入熔融金屬或金屬合 金；禾口將含有所述一種或多種摻雜劑顆粒的所述熔融金屬或金屬合金冷 卻，以形成金屬或金屬合金復(fù)合材料。
9. 在金屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至大 約10%的摻雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種或 多種，所述金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999%的 鎵或銦，所述方法包括通過(guò)機(jī)械力將所述一種或多種摻雜劑混合入固體形式的金屬或金屬合金o
10. 在金屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至 大約10%的摻雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種 或多種，所述金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90%至大約99.999% 的鎵或銦，所述方法包括將所述一種或多種摻雜劑以顆粒形式混合入金屬或金屬合金粉 末，以形成金屬或金屬合金粉末混合物。
11. 在金屬或金屬合金中摻入一種或多種按重量計(jì)大約0.001%至 大約10%的摻雜劑的方法，所述摻雜劑包括鍺、錳、磷和鈦中的一種 或多種，所述金屬或金屬合金包含按重量計(jì)大約90°/。至大約99.999% 的鎵或銦，所述方法包括將所述一種或多種摻雜劑以顆粒形式與所述金屬或金屬合金一起放入互連襯底中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述互連襯底包括電路板 上的襯墊、散熱器、吸熱設(shè)備、和元件背面中的至少一種。
13. 冶金互連材料，其由權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的組合物形成。
14. 熱界面材料，其由權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的組合物形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱界面材料，進(jìn)一步包含相變材料、 導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱膠帶和散熱膏的一種或多種。
16. 導(dǎo)熱填料，其由權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的組合物形成。
17. 導(dǎo)熱介質(zhì)，其由權(quán)利要求l-5任一項(xiàng)所述的組合物形成。
全文摘要
公開(kāi)了降低IMC厚度和金屬及合金氧化的合金組合物和技術(shù)。在一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是合金的組合物或混合物，其基本上由按重量計(jì)大約90％至大約99.999％的銦和按重量計(jì)大約0.001％至大約10％的鍺以及不可避免的雜質(zhì)組成。在另一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式中，合金組合物可以被認(rèn)為是基本上由按重量計(jì)大約90％至大約99.999％的銦和按重量計(jì)大約0.001％至大約10％的鍺以及不可避免的雜質(zhì)組成。
文檔編號(hào)C22C28/00GK101437971SQ200780016282
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者H-S·王, N-C·李 申請(qǐng)人:美國(guó)銦泰公司