散热器的制造方法及散热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及散热器的制造方法及散热器。根据一个实施方式的散热器的制造方法可包括：提供具有碳纤维和开口的碳纤维织物，这些开口从织物的第一侧延伸到第二侧；以及用金属对织物进行电镀，其中，金属在织物的第一侧的沉积速率高于第二侧。根据另一个实施方式的散热器的制造方法可包括：提供具有金属涂覆碳纤维和开口的碳金属复合物，这些开口从碳金属复合物的第一侧延伸到第二侧；将该复合物布置在半导体元件上，使该复合物的第一侧朝向半导体元件；并且，通过电镀处理将该复合物结合到半导体元件，其中，将金属电解质通过开口提供到碳金属复合物与半导体元件之间的界面。
【专利说明】散热器的制造方法及散热器
【技术领域】
[0001]各种实施方式总体上涉及一种散热器的制造方法以及散热器。
【背景技术】
[0002]电子器件，例如，电力电子器件，通常会在运行期间发热。期望提供合适的散热器消散电子器件生成的热。
【发明内容】
[0003]根据一个实施方式的散热器的制造方法可包括:提供具有多个碳纤维和多个开口的碳纤维织物，开口从碳纤维织物的第一侧延伸到碳纤维织物的第二侧；用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行电镀，其中，金属(例如，铜)在碳纤维织物第一侧的沉积速率高于在碳纤维织物的第二侧的沉积速率。
[0004]根据另一个实施方式的散热器的制造方法可包括:提供具有多个金属涂覆碳纤维(例如，铜涂覆碳纤维)和多个开口的碳金属复合物(例如，碳铜复合物)，该开口从碳金属复合物的第一侧延伸到碳金属复合物的第二侧；将碳金属复合物布置在半导体元件上，使碳金属复合物的第一侧朝向半导体元件；并且，通过电镀处理将碳金属复合物结合到半导体元件，其中，将金属电解质(例如，铜电解质)通过多个开口提供到碳金属复合物的第一侧与半导体元件之间的界面。
[0005]根据另一个实施方式的散热器的制造方法可包括:提供具有多个碳纤维和位于织物的交叉点处的多个开口的碳纤维织物；将金属(例如，铜)电解沉积到碳纤维上，以形成碳金属复合物(例如，碳铜复合物)，其中，沉积金属使得多个开口中的至少一些保持至少部分没有金属，并形成从碳金属复合物的第一侧延伸到第二侧的至少一个连续路径；将碳金属复合物与半导体元件相邻放置，使碳金属复合物的第一侧朝向半导体元件；并且，用金属(例如，铜)电解地填充至少一个连续路径，以将碳金属复合物附着到半导体元件。
[0006]根据另一个实施方式的散热器的制造方法可包括:用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行预电化(pre-galvanizing,预电镀)，以形成具有多个开口的碳金属复合物(例如,碳铜复合物)，所述多个开口从碳金属复合物的第一侧延伸到碳金属复合物的第二侧；并且，通过电化处理(galvanic process,电镀处理)将碳金属复合物的第一侧结合到芯片或晶片，其中，将金属电解质(例如，铜电解质)从第二侧通过多个开口提供到芯片或晶片与第一侧之间的界面。
[0007]根据另一个实施方式的散热器可包括:用金属(例如，铜)电化、具有多个开口的碳纤维织物，所述开口从织物的第一侧延伸到织物的第二侧，其中，开口在织物的第一侧的部分比在第二侧的部分窄。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]在附图中，不同视图中的相似参考符号一般表示相同部分。附图不一定按比例绘制，重点一般在于对各实施方式的原理进行图示说明。在以下说明中，根据以下附图对各实施方式进行说明，在附图中:
[0009]图1示出了根据一个实施方式的散热器的制造方法；
[0010]图2示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法；
[0011]图3示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法；
[0012]图4示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法；
[0013]图5示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法；
[0014]图6A和图6B示出了根据另一个实施方式的散热器。
【具体实施方式】
[0015]以下详细说明参照附图进行，附图以图示方式示出了可实施本发明的具体细节和实施方式。对这些实施方式进行了足够详细的说明，以便本领域的技术人员实施本发明。还可使用其他实施方式，并且只要不脱离本发明的范围，可进行结构、逻辑和电气变化。各实施方式并不一定互相排斥，某些实施方式可与一个或多个其他实施方式组合，以构成新的实施方式。
[0016]电子器件，例如，电力电子器件，通常在运行期间生成热量。期望提供合适的散热器消散电子器件生成的热。用于电力电子器件或部件(例如，大功率模块，如IGBT (绝缘栅双极晶体管)模块)的散热器可指(例如)灯泡的灯丝冷却时在接通灯泡时例如由短路状电流造成的电力开关的脉冲状热损耗的中间存储。
[0017]散热器可优选具有以下性质中的一种或多种(例如，所有):导电性充分高于硅、导热性至少等于娃、比热充分高于娃。
[0018]纯铜很好地满足了上述要求。但是，铜的热膨胀系数(CTE01 ^ 16.5^10-?-1)与硅的热膨胀系数(CTEsi ^ 2.6^10-?-1)之间的差异很大，因此，可能难以控制由于CTE的差异而在薄硅片中和芯片与散热器之间的硅铜界面上生成的热应力。
[0019]曾提出使用碳纤维与铜的复合物(下文中称为CCu)作为替代散热材料。虽然CCu的导热性并不比硅的导热性大得多，但CCu的CTE约为^KT6IT1至与纯铜的CTE(16.5*IΟ^ 1)相比，十 分接近硅的CTE (2.6*10^)ο因此，使用CCu作为散热材料可大大减少热应力和芯片弯曲。另外，CCu可非常好地满足对散热器的其他上述要求。
[0020]常规地，使用CCu作为将在上面焊接硅片的引线框架或其他衬底，例如，DCB (直接铜结合)衬底的替代物。首先，这可能会造成与在纯铜制成的衬底上焊接芯片时相同的问题:例如，由于可能的金属阻挡层或较厚焊接金属(例如，锡焊料)层造成的孔隙、气泡和硅上的不理想热耦合。但是，由于CCu的CTE十分接近硅的CTE，所以可降低这些问题的程度。但是，在任何情况下，焊接过程都需要有金属阻挡层，其中适用于焊接的金属的热性质可能是不利的。
[0021]图1示出了根据一个实施方式的散热器的制造方法100。
[0022]如102所示，可提供碳纤维织物。
[0023]碳纤维织物可具有多个碳纤维。根据一个或多个实施方式，一个或多个(例如，所有)碳纤维可包括石墨。通常，碳纤维织物中碳纤维的数量可以是任意的。碳纤维例如可配置为束，其中，每束可具有一个或多个碳纤维。通常，每束的碳纤维的数量可随机确定，每束的数量可相同，或不同束具有不同数量。纤维束可互相交叉。
[0024]根据一个实施方式，至少一个(例如，多个，例如，所有)碳纤维的长度可在毫米范围，例如，几毫米。根据其他实施方式，也可采用其他值，例如，更大的值。
[0025]根据另一个实施方式，至少一个(例如，多个，例如，所有)碳纤维的直径范围可为约Iym至约50μπι。根据其他实施方式，也可采用其他值。
[0026]碳纤维织物可进一步具有多个开口，本文也称为孔隙。开口可从碳纤维织物的第一侧延伸到碳纤维织物的第二侧。换言之，开口可形成从织物的第一侧到第二侧的至少一个连续路径。织物的第一侧和第二侧可为(例如)织物的相反侧。第一侧例如可为织物的上侦牝并且第二侧例如可为织物的下侧。可替代地，第一侧例如可为织物的下侧，并且第二侧例如可为织物的上侧。
[0027]根据一个实施方式，开口(孔隙)可位于碳纤维织物的交叉点处，例如，根据某些实施方式，位于两个或多个碳纤维束之间，例如，根据某些实施方式，位于两个或多个纤维束互相交叉的位置。
[0028]根据另一个实施方式，开口(孔隙)的直径范围可为约10 μ m至约100 μ m。根据其他实施方式，也可采用其他值。在本文中，开口的“直径”可指(例如)与碳纤维织物的第一侧和/或第二侧平行的开口的截面的直径。
[0029]如104所示，碳纤维织物或碳纤维可用金属电镀。金属可包括铜或可为铜，但也可采用其他金属或金属合金，例如，金、银等。换言之，可通过电解沉积将金属(例如，铜)沉积在碳纤维织物，例如，碳纤维上。换言之，碳纤维织物或碳纤维可用金属(例如，铜)预电化。
[0030]本文在“Y沉积在X上”、“Y布置在X上”、“Y形成于X上”、“Y设置于X上”等句子中使用的术语“上”可理解为包括“Y”通过直接物理和/或电气接触布置或形成在“X”上的情况，以及一个或多个元件(结构、层等)可布置在或形成于“X”与“Y”之间的情况。
[0031]本文使用的句子“X用Y电镀”可理解为包括“Y”沉积在“X”上(通过电镀)、“X”与“Y”之间直接物理和/或电气接触的情况，以及一个或多个单元或层可布置在或形成于“X”与“Y”之间的情况。例如，句子“碳纤维织物用铜电镀”可理解为包括铜直接沉积在碳纤维上的情况，以及一个或多个层可布置在碳纤维与铜之间的情况。
[0032]金属(例如，铜)在碳纤维织物的第一侧的沉积速率可高于在第二侧的沉积速率。因此，开口在碳纤维织物第一侧的部分可比在第二侧的部分窄。换言之，碳纤维织物可用金属(例如，铜)进行不对称电镀。换言之，碳纤维织物可通过使碳纤维织物的第一侧生长的金属(例如，铜)比碳纤维织物的第二侧的多的方式用金属(例如，铜)预电化。换言之，可沉积金属(例如，铜)，使碳纤维织物的第一侧涂覆的金属层(例如，铜层)比第二侧厚。例如，这可通过建立扩散控制电镀处理，例如，采用在工件(即，碳纤维织物)与阳极之间的较短距离，以及相对稀释的电解质而实现。
[0033]根据另一个实施方式，可用与碳形成至少一个公共相。与铜形成至少一个公共相的金属对碳纤维织物进行电镀，并且可在用金属对碳纤维织物进行电镀之后，在用铜对碳纤维织物进行电镀之前，对碳纤维织物和金属进行退火(换言之，加热或回火)。
[0034]本文使用的术语“相”可理解为指代固态相，术语“公共相”可理解为指化学计量确定的二兀系统(换言之，两种成分的系统)的固态相，其可在二兀系统的对应相图中表不。例如，术语“X和Y的公共相”可理解为指与二元系统X-Y对应的相位图中的任何化学计量确定的固态相位。
[0035]根据另一个实施方式，金属可为铬(Cr)或锰(Mn)。
[0036]根据另一个实施方式，碳纤维织物可用包含与碳形成至少一个公共相、与镍形成至少一个公共相的金属或由该金属构成的第一金属层进行电镀，可在用第一金属层对碳纤维织物进行电镀之后用第二金属层对碳纤维织物进行电镀，第二金属层包含镍或由镍构成，可在用第二金属层对碳纤维织物进行电镀之后、在用铜对碳纤维织物进行电镀之前，对碳纤维织物、第一金属层和第二金属层进行退火。
[0037]根据另一个实施方式，第一金属层的金属可为铬(Cr)或猛(Mn)。
[0038]因此，根据某些实施方式，金属层、或第一金属层和第二金属层可沉积在碳纤维上，并进行退火。金属层、或第一金属层和第二金属层可起粘附层或粘附层堆叠体的作用，以实现或改善碳纤维与铜之间的粘着。
[0039]根据另一个实施方式，金属层、或第一金属层和/或第二金属层的沉积使得它们的层厚度小于碳纤维的直径，例如，充分小于碳纤维的直径，例如，处于约IOnm至约500nm的范围内。根据其他实施方式，也可采用其他值。
[0040]根据另一个实施方式，金属层、或第一金属层和/或第二金属层的电镀可通过脉冲电镀(也称为脉振电镀、脉冲电化或电化脉冲沉积)进行。本文使用的术语“脉冲电镀”可理解为指可在可预定期间和/或高度的一个或多个脉冲中提供电镀电流的电镀(电解沉积)技术。
[0041]根据其他实施方式，金属层、或第一金属层和/或第二金属层的电镀可通过其他适当电镀技术实现。
[0042]碳纤维织物和金属层的退火可用于在碳与金属层之间的界面和/或金属层之间的界面上形成公共相。
[0043]根据另一个实施方式，如106所示，可对碳纤维织物进行烧结。换言之，可对碳纤维织物施加高温和高压。
[0044]烧结是一个可选处理，可在用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行电镀之后进行。
[0045]根据另一个实施方式，在用金属对碳纤维织物进行电镀之后(可能地，对碳纤维织物进行烧结之后)，可将碳纤维织物布置在半导体元件上，使碳纤维织物的第一侧朝向半导体元件；并且可通过电镀处理将碳纤维织物结合到半导体元件，其中，将金属电解质(例如，铜电解质)通过多个开口提供到碳纤维织物的第一侧与半导体元件之间的界面。
[0046]半导体元件(例如)可包括或可为芯片或晶片，例如，硅芯片或晶片。根据其他实施方式，半导体元件，例如，芯片或晶片可包含除硅之外的其他半导体材料或由其构成，包括化合物半导体。碳纤维织物例如可结合在芯片或晶片的背面。
[0047]示例性地，预电化的碳纤维织物可通过在碳纤维织物与半导体元件之间电化形成金属层(例如，铜层)而以电化方式结合或附着到半导体元件。在本文中，从碳纤维织物的第一侧延伸到第二侧的至少一个连续路径(由织物中的开口形成)可用于向碳纤维织物的第一侧与半导体元件之间的界面提供或输送金属电解质(例如，铜电解质)。因此，电解质可在多个或不同位置处与织物和半导体元件之间的界面接触。
[0048]根据另一个实施方式，通过电镀处理将碳纤维织物结合在半导体元件上可包括在多个开口的第一部分中填充金属(例如，铜)，并且可将半导体元件和碳纤维织物焊接到载体，其中，可在多个开口的剩余部分中填充焊接金属(例如，锡焊料)。
[0049]载体例如可为引线框架。
[0050]图2示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法200。
[0051]如202所示，可提供碳金属复合物，例如，碳铜复合物。碳金属复合物(例如，碳铜复合物)可具有多个金属涂覆碳纤维(例如，铜涂覆碳纤维)。
[0052]碳金属复合物还可具有多个开口(本文也称为孔隙)，开口从碳金属复合物的第一侧延伸到碳金属复合物的第二侧。
[0053]根据一个实施方式，开口在碳金属复合物第一侧的部分可比在碳金属复合物第二侧的部分窄。换言之，开口在碳金属复合物第一侧的直径可小于在第二侧的直径。
[0054]如204所示，可将碳金属复合物布置在半导体元件上，使得碳金属复合物的第一侧朝向半导体元件。
[0055]如206所示，可通过电镀处理将碳金属复合物(例如，碳铜复合物)结合在半导体元件上，其中，将金属电解质(例如，铜电解质)通过多个开口提供到碳金属复合物的第一侧与半导体元件之间的界面。
[0056]开口可形成从碳金属复合物的第一侧到碳金属复合物的第二侧的至少一个连续路径。碳金属复合物的第一侧和第二侧例如可为复合物的相反侧。
[0057]根据另一个实施方式，半导体元件可包括或可为芯片或晶片，例如，硅芯片或晶片。根据其他实施方式，半导体元件，例如，芯片或晶片可包含除硅之外的其他半导体材料或由其构成，包括化合物半导体。
[0058]根据另一个实施方式，碳金属复合物可布置在芯片或晶片的背面上，或者可结合到芯片或晶片的背面。
[0059]根据另一个实施方式，提供碳金属复合物可包括:提供具有多个碳纤维和多个开口(本文还称为孔隙)的碳纤维织物，开口从碳纤维织物的第一侧延伸到碳纤维织物的第二侧；以及用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行电镀。
[0060]碳纤维织物的第一侧可与碳金属复合物的第一侧对应，并且碳纤维织物的第二侧可与碳金属复合物的第二侧对应。
[0061]通常，碳纤维织物中碳纤维的数量可以是任意的。碳纤维例如可按束设置，其中，每束可具有一个或多个碳纤维。通常，每束的碳纤维的数量可随机确定，每束的数量可相同，或不同束具有不同数量。根据一个或多个实施方式，一个或多个(例如，所有)碳纤维可包括石墨。
[0062]根据一个实施方式，至少一个(例如，多个，例如，所有)碳纤维的长度可在毫米范围，例如，几毫米。根据其他实施方式，也可采用其他值，例如，更大的值。
[0063]根据另一个实施方式，至少一个(例如，多个，例如，所有)碳纤维的直径范围可为约Iym至约50μπι。根据其他实施方式，也可采用其他值。
[0064]根据另一个实施方式，碳纤维织物的开口(孔隙)可位于碳纤维织物的交叉点处，例如，根据某些实施方式，位于两个或多个碳纤维束之间，例如，根据某些实施方式，位于两个或多个纤维束互相交叉的位置。
[0065]根据另一个实施方式，碳纤维织物的开口(孔隙)和/或碳金属复合物的开口的直径范围可为约10 μ m至约100 μ m。根据其他实施方式，也可采用其他值。在本文中，开口的“直径”例如可指与碳纤维织物或碳金属复合物的第一侧和/或第二侧平行的开口的截面的直径。
[0066]根据另一个实施方式，进行用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行电镀使得金属在碳纤维织物的第一侧的沉积速率高于在碳纤维织物的第二侧的沉积速率。因此，开口在碳纤维织物第一侧的部分可比在第二侧的部分窄。换言之，碳纤维织物可用金属进行不对称电镀。换言之，碳纤维织物可通过碳纤维织物的第一侧上生长的金属比碳纤维织物的第二侧上的多的方式来用金属预电化。再换言之，可对金属进行沉积，使碳纤维织物的第一侧涂覆的金属层比第二侧厚。这例如可通过建立扩散控制电镀处理，例如，采用在工件(即，碳纤维织物)与阳极之间的较短距离，以及相对稀释的电解质而实现。
[0067]根据另一个实施方式，提供碳铜复合物可包括:用与碳形成至少一个公共相、与铜形成至少一个公共相的金属对碳纤维织物进行电镀；并且在用金属对碳纤维织物进行电镀之后、在用铜对碳纤维织物进行电镀之前，对碳纤维织物和金属进行退火(换言之，加热或回火)。金属例如可为铬(Cr)或锰(Mn)。
[0068]根据另一个实施方式，提供碳铜复合物可包括:用包含与碳形成至少一个公共相、与铜形成至少一个公共相的金属或由该金属构成的第一金属层对碳纤维织物进行电镀；在用第一金属层对碳纤维织物进行电镀之后用第二金属层对碳纤维织物进行电镀，第二金属层包含镍或由镍构成；并在用第二金属层对碳纤维织物进行电镀之后，且在用铜对碳纤维织物进行电镀之前，对碳纤维织物、第一金属层和第二金属层进行退火。第一金属层的金属例如可为铬(Cr)或锰(Mn)。
[0069]根据另一个实施方式，提供碳金属复合物(例如，碳铜复合物)可包括:在用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行电镀之后，对碳纤维织物进行烧结。
[0070]根据另一个实施方式，将碳金属复合物(例如，碳铜复合物)结合在半导体元件上可包括:用金属(例如，铜)填充碳金属复合物的开口的第一部分，并且可在将碳金属复合物结合到半导体元件之后将半导体元件和碳金属复合物焊接到载体(例如，引线框架)，其中，可用焊接金属(例如，锡)填充碳金属复合物的开口的剩余部分。
[0071]图3示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法300。
[0072]如302所示，可提供碳纤维织物。碳纤维织物可具有多个碳纤维和位于织物的交叉点的多个开口。碳纤维织物还可根据本文所述的一个或多个实施方式进行配置。
[0073]如304所示，金属(例如，铜)可电解沉积到碳纤维上，以形成碳金属复合物(例如，碳铜复合物)。金属的沉积应使多个开口中的至少某些保持至少部分没有金属，并形成从碳金属复合物的第一侧延伸到第二侧的至少一个连续路径。碳金属复合物还可根据本文所述的一个或多个实施方式进行配置。
[0074]如306所不,可将碳金属复合物与半导体兀件相邻放置，使碳金属复合物的第一侧朝向半导体元件。
[0075]如308所示，可用金属(例如，铜)电解填充至少一个连续路径，以将碳金属复合物(例如，碳铜复合物)附着(换言之，结合)到半导体元件。
[0076]根据一个或多个实施方式，一个或多个(例如，所有)碳纤维可包括石墨。根据另一个实施方式，半导体元件可包括或可为芯片(例如，硅芯片)或晶片(例如，硅晶片)。根据其他实施方式，半导体元件，例如，芯片或晶片可包含其他半导体材料或由它们构成，包括化合物半导体。半导体元件还可根据本文所述的一个或多个实施方式进行配置。
[0077]根据另一个实施方式，可将碳金属复合物与芯片或晶片的背面相邻放置，使碳金属复合物的第一侧朝向芯片或晶片的背面。
[0078]根据另一个实施方式，将金属(例如，铜)沉积在碳纤维上可以通过使沉积之后开口在碳金属复合物的第一侧(或附近)的直径小于碳金属复合物的第二侧(或附近)的直径的方式来进行。
[0079]示例性地，碳纤维织物可用金属(例如，铜)进行不对称电镀。换言之，金属(例如，铜)在织物一侧的沉积速率可比在织物另一侧的沉积速率高。这例如可通过建立扩散控制电镀处理，例如，采用工件(即，碳纤维织物)与阳极之间的较短距离并采用相对稀释的电解质而实现。
[0080]根据另一个实施方式，可在将碳金属复合物与半导体元件相邻放置之前，对碳金属复合物(例如，碳铜复合物)进行烧结。
[0081]根据另一个实施方式，填充至少一个连续路径包括用金属(例如，铜)填充开口的第一部分，并且可将半导体元件和碳金属复合物(例如，碳铜复合物)焊接到载体(例如，弓丨线框架)，其中，开口的剩余部分中填充焊接金属(例如，锡)。
[0082]图4示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法400。
[0083]如402所示，可用金属(例如，铜)对碳纤维织物进行预电化，以形成具有多个开口的碳金属复合物(例如，碳铜复合物)，所述多个开口从碳金属复合物的第一侧延伸到碳金属复合物的第二侧。碳纤维织物和/或碳金属复合物还可根据本文所述的一个或多个实施方式进行配置。
[0084]如404所示，可通过电化处理将碳金属复合物(例如,碳铜复合物)的第一侧结合到芯片或晶片，其中，将金属电解质(例如，铜电解质)从第二侧通过多个开口提供到芯片或晶片与第一侧之间的界面。电化处理例如可根据本文所述的一个或多个实施方式进行。
[0085]根据一个实施方式，对碳纤维织物进行预电化，使得碳金属复合物的开口在碳金属复合物第一侧的直径小于在碳金属复合物的第二侧的直径。
[0086]图5示出了根据另一个实施方式的散热器的制造方法500。
[0087]如502所示，可提供碳金属复合物(例如，碳铜复合物)，所述碳金属复合物具有多个开口，所述开口从碳金属复合物的第一侧延伸到碳金属复合物的第二侧。碳金属复合物例如还可根据本文所述的一个或多个实施方式进行配置。
[0088]如504所不,可将碳金属复合物布置在半导体兀件上,使碳金属复合物的第一侧朝向半导体元件。半导体元件例如还可根据本文所述的一个或多个实施方式进行配置。
[0089]如506所不,可在多个开口中电化填充金属(例如,铜)，以在碳金属复合物的第一侧与半导体元件之间形成电化结合。开口的电化填充可根据(例如)本文所述的一个或多个实施方式进行。
[0090]图6A和图6B不出了根据另一个实施方式的散热器600。图6A为平面图，图6B为散热器600的截面的截面图。
[0091]散热器600可包括预制CCu织物601 (本文也称为碳铜复合物，或半成品或半成材料)，如图所示。
[0092]织物601可具有多个碳纤维束602。碳纤维束602可互相交叉，如图所示。通常，碳纤维束602的数量可以是任意的。
[0093]每束602可具有多个碳纤维603。对于所有束602,每束602的碳纤维603的数量可相同或不同。根据一个或多个实施方式，一个或多个(例如，所有)碳纤维可包括石墨。
[0094]碳纤维603例如可具有根据本文所述的一个或多个实施方式的长度和/或直径。
[0095]碳纤维603例如可根据本文所述的一个或多个实施方式用铜进行电镀。换言之，碳纤维603可用铜涂覆。换言之，织物601可用铜预电化。
[0096]根据某些实施方式，可在用铜对碳纤维603进行电镀之后对织物601进行烧结。
[0097]织物601还可具有多个开口 604 (本文也称为孔隙)，如图所示。
[0098]根据某些实施方式，开口 604可位于织物601的交叉点处。
[0099]开口 604 (或至少某些开口)可从织物601的第一侧605延伸到织物601的第二侧606，如图6B所示。第一侧605和第二侧606可为织物601的相反侧，如图6B所示。第一侧605例如可为织物601的上侧(或下侧)，并且第二侧606例如可为织物601的下侧(或上侧)，如图6B所示。
[0100]根据某些实施方式，散热器600可通过电解处理(本文还称为电化结合)附着或结合到半导体元件(例如，附着或结合在芯片或晶片，例如，硅片或晶片的背面)。在本文中，电解质可经由多个开口 604进入半导体元件(例如，芯片或晶片背面)与半成品(即，预电化织物601)之间的界面。换言之，电解质可经由开口 604形成的至少一个连续路径通过开口604到达半导体元件与织物601之间的界面。
[0101]根据某些实施方式，开口 604在织物601的第一侧605的部分可比在织物601的第二侧606的部分窄。换言之，开口 604在织物601的第一侧605 (或附近)的直径可小于在织物601的第二侧606 (或附近)的直径。根据某些实施方式，例如这可通过用铜对碳纤维603进行不对称预电化而实现，在该过程中，铜在织物601的第一侧605的沉积速率可高于在第二侧606的沉积速率。
[0102]示例性地，图6A和图6B示出了散热器600，散热器600具有多个碳纤维603和多个开口 604，碳纤维603设为束602，以形成织物601，并用铜进行预电化，多个开口 604保持于预电化束602之间(例如，位于织物601的交叉点)。开口 604可具有以下效果:当散热器600以电化方式结合在半导体元件(例如，芯片或晶片)时，电解质例如可以周期性和/或以最小可能距离前进到(换言之，通到)半导体元件与散热器600之间的界面的所有位置。示例性地，多个开口 604可用作电解质可与半导体元件和散热器600之间的界面接触的多个接触位置。图6A和图6B示出了包括用铜进行预电化的碳纤维织物的散热器的示例。根据其他实施方式，本文所述的碳纤维织物可用除铜之外的金属进行预电化，例如，金、银等。
[0103]根据某些实施方式的散热器的制造方法可包括:将预电化的碳纤维织物电化结合到衬底晶片的表面。表面例如可为镀镍表面。晶片的厚度例如可在微米范围内，例如，几百微米，例如，约120 μ m，可替代地，厚度也可具有不同值。将碳纤维织物电化结合到晶片的步骤可包括例如以机械方式将织物保持在晶片表面上的适当位置，并使用铜电解质。电化结合例如可通过普通硫酸铜电解质和脉冲电化沉积实现，例如，采用几百赫兹(Hz)的脉冲频率，例如，采用约700Hz的频率。在一个示例中，出于晶片掩模技术的原因，晶片的边缘部分(例如，晶片约Icm宽的边缘)可保持在未覆盖状态下，使晶片可在另一侧电连接。
[0104]下文中，将对各实施方式的各个方面和潜在效果进行说明。[0105]根据各实施方式，包括碳纤维金属复合物(例如，根据某些实施方式的碳纤维铜复合物(CCu))或由其制成的散热器，可以电化方式结合到半导体元件，例如，芯片或晶片，例如，芯片或晶片的背面。
[0106]在常规方法中，将整块Cu块作为散热器以电化方式结合到芯片。在该方法中，可提供从块的中心开始逐渐变宽的间隙，以在电化结合期间避免边缘区域生长过度，以及中心保留大孔隙。但是，间隙几何形状，例如，相对于角度精度的容差可能非常窄。
[0107]根据本文所述的各个实施方式，可通过使用碳纤维金属复合物，例如，CCu (碳纤维铜复合物)的半成品散热器避免或大大减少常规方法的上述问题。半成品CCu散热器上可具有互相连接的大密度的开口(或孔隙)，一旦将半成品散热器放置到半导体元件的表面上(例如，硅片或晶片的硅表面上)，在各处电解质都可通过这些开口到达半导体元件(例如，硅片或晶片)与半成品之间的界面。
[0108]根据各个实施方式，半成品CCu散热器的制造可包括对碳纤维织物，例如，飞机构造中使用的碳纤维织物进行预电化。因此，织物中碳纤维(例如，纤维束的纤维)互相非常接近的部分可以电化方式互相连接，而开口或孔隙可仍保持于织物的交叉点。为了使电化连接碳纤维(或碳纤维束)与交叉点之间在剩余孔隙上的差别更大，剩余微小孔隙可通过烧结(热压)进行密封，而位于碳纤维织物的交叉点上的大孔隙(开口 )可保持以进行进一步处理。电解质正好可通过这些(大)孔隙到达预电化的散热器与晶片背面之间的界面。如果现在将晶片在另一侧上电连接，则剩余孔隙(开口)可用铜以电化方式回填(也称为孔隙或开口的电化回填)，其中，铜可在“散热器-晶片”界面开始生长。换言之，开口更靠近界面的部分的填充应早于开口远离的部分。
[0109]根据某些实施方式，为了避免电解质侧的开口在电化回填期间较早过度生长(换言之，密封)，可对碳纤维织物进行预电化，使织物一侧生长的铜比另一侧多。换言之，碳纤维织物可以不对称镀铜速率进行预电化。这例如可通过建立扩散控制过程，通过采用在工件与阳极之间(即，散热器与晶片之间)的较短距离、以及采用相对稀释的电解质而实现。
[0110]根据某些实施方式，进行电化回填使得仅一部分开口填充有铜。换言之，可在将散热器电化结合到晶片上之后使一个或多个开口保持。可在将半导体元件(例如，芯片)焊接到载体(例如，弓I线框架)的期间通过例如真空焊接处理在剩余开口中填充焊料(例如,锡)。
[0111]根据各实施方式，可通过将由碳纤维铜复合物材料制成的半成品电化结合到晶片背面上、通过以电化方式回填半成品中的多个开口而制造用于超薄晶片或芯片(例如，超薄硅晶片或芯片)的散热器。根据某些实施方式，可对半成品进行不对称预电化，以将在电化结合处理之后可保持不变的开口的尺寸保持尽可能小。根据某些实施方式，半成品的电化结合可以是部分(换言之，不完全)，可在焊接芯片(包括其散热器)时在焊接处理(例如，真空焊接处理)中在可到处连接的剩余开口或孔隙中填充焊料(例如，锡)。
[0112]根据各实施方式，可避免在超薄硅与散热器之间的过渡位置使用金属焊料阻挡层(其热性质会阻碍热脉冲的传播)。
[0113]虽然已根据【具体实施方式】对本发明进行了具体例示和说明，但本领域的技术人员应理解的是，只要不脱离所附权利要求限定的本发明的主旨和范围，可对形式和细节进行各种改变。因此，本发明的范围如所附权利要求所表示，因此，只要符合权利要求等同物的意义和范围，可进行所有这些改变。
【权利要求】
1.一种散热器的制造方法，包括: 提供具有多个碳纤维和多个开口的碳纤维织物，所述开口从所述碳纤维织物的第一侧延伸到所述碳纤维织物的第二侧；并且 用金属对所述碳纤维织物进行电镀，其中，所述金属在所述碳纤维织物的所述第一侧的沉积速率高于在所述碳纤维织物的所述第二侧的沉积速率。
2.根据权利要求1所述的方法， 其中，所述金属包括铜。
3.根据权利要求1所述的方法， 其中，所述开口位于所述碳纤维织物的交叉点处。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括: 用金属对所述碳纤维织物进行电镀，所述金属与碳形成至少一个公共相，与铜形成至少一个公共相；并且 在用所述金属对所述碳纤维织物进行电镀之后，并且在用铜对所述碳纤维织物进行电镀之前，对所述碳纤维织物和所述金属进行退火。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括: 用第一金属层对所述碳纤维织物进行电镀，所述第一金属层包括与碳形成至少一个公共相、与镍形成至少一个公共相的金属； 在用所述第一金属层对所述碳纤维织物进行电镀之后用第二金属层对所述碳纤维织物进行电镀，所述第二金属层包括镍；并且 在用所述第二金属层对所述碳纤维织物进行电镀之后，并且在用铜对所述碳纤维织物进行电镀之前，对所述碳纤维织物、所述第一金属层和所述第二金属层进行退火。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在用金属对所述碳纤维织物进行电镀之后，对所述碳纤维织物进行烧结。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在用金属对所述碳纤维织物进行电镀之后，将所述碳纤维织物布置在半导体元件上，使所述碳纤维织物的第一侧朝向所述半导体元件；并且 通过电镀处理将所述碳纤维织物结合到所述半导体元件，其中，通过所述多个开口将金属电解质提供到所述碳纤维织物的第一侧与所述半导体元件之间的界面。
8.根据权利要求7所述的方法， 其中，所述半导体元件包括芯片或晶片。
9.根据权利要求7所述的方法， 其中，通过所述电镀处理将所述碳纤维织物结合到所述半导体元件包括用金属填充所述多个开口的第一部分，所述方法还包括: 将所述半导体元件和所述碳纤维织物焊接到载体，由此用焊接金属填充所述多个开口的剩余部分。
10.一种 散热器的制造方法，包括: 提供具有多个金属涂覆碳纤维和多个开口的碳金属复合物，所述开口从所述碳金属复合物的第一侧延伸到所述碳金属复合物的第二侧； 将所述碳金属复合物布置在半导体元件上，使所述碳金属复合物的所述第一侧朝向所述半导体元件；并且 通过电镀处理将所述碳金属复合物结合到所述半导体元件，其中，通过所述多个开口将金属电解质提供到所述碳金属复合物的第一侧与所述半导体元件之间的界面。
11.根据权利要求10所述的方法， 其中，提供具有多个金属涂覆碳纤维的碳金属复合物包括:提供具有多个金属涂覆碳纤维的碳铜复合物；并且 其中，所述金属电解质包括铜电解质。
12.根据权利要求10所述的方法， 其中，所述开口在所述碳金属复合物所述第一侧的部分比在所述碳金属复合物的所述第二侧的部分窄。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述碳金属复合物包括: 提供具有多个碳纤维和多个开口的碳纤维织物，所述开口从所述碳纤维织物的第一侧延伸到所述碳纤维织物的第二侧； 用金属对所述碳纤维织物 进行电镀。
14.根据权利要求13所述的方法， 其中，所述碳纤维织物的开口位于所述碳纤维织物的交叉点处。
15.根据权利要求13所述的方法， 其中，用金属对所述碳纤维织物进行电镀，使得所述金属在所述碳纤维织物的第一侧的沉积速率高于在所述碳纤维织物的第二侧的沉积速率。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述碳铜复合物包括: 提供具有多个碳纤维和多个开口的碳纤维织物，所述开口从所述碳纤维织物的第一侧延伸到所述碳纤维织物的第二侧； 用铜对所述碳纤维织物进行电镀。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，提供所述碳铜复合物还包括: 用金属对所述碳纤维织物进行电镀，所述金属与碳形成至少一个公共相，并且与铜形成至少一个公共相；并且 在用所述金属对所述碳纤维织物进行电镀之后，并且在用铜对所述碳纤维织物进行电镀之前，对所述碳纤维织物和所述金属进行退火。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，提供所述碳铜复合物还包括: 用第一金属层对所述碳纤维织物进行电镀，所述第一金属层包括与碳形成至少一个公共相并且与镍形成至少一个公共相的金属； 在用所述第一金属层对所述碳纤维织物进行电镀之后用第二金属层对所述碳纤维织物进行电镀，所述第二金属层包括镍；并且 在用所述第二金属层对所述碳纤维织物进行电镀之后，并且在用铜对所述碳纤维织物进行电镀之前，对所述碳纤维织物、所述第一金属层和所述第二金属层进行退火。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，提供所述碳金属复合物还包括: 在用铜对所述碳纤维织物进行电镀之后，对所述碳纤维织物进行烧结。
20.根据权利要求10所述的方法， 其中，所述半导体元件包括芯片或晶片。
21.根据权利要求10所述的方法， 其中，将所述碳金属复合物结合到半导体元件包括用金属填充所述多个开口的第一部分，所述方法还包括: 将所述碳金属复合物结合到所述半导体元件之后，将所述半导体元件和所述碳金属复合物焊接到载体，使得所述多个开口的剩余部分填充有焊接金属。
22.—种散热器的制造方法，包括: 提供碳纤维织物，所述碳纤维织物具有多个碳纤维和位于所述织物的交叉点处的多个开口 ； 将金属电解地沉积到所述碳纤维上，以形成碳金属复合物，其中，沉积所述金属以使得所述多个开口中的至少一些保持至少部分没有金属，并形成从所述碳金属复合物的第一侧延伸到第二侧的至少一个连续路径； 将所述碳金属复合物与半导体元件相邻放置，使所述碳金属复合物的所述第一侧朝向所述半导体元件；并且 用金属电解地填充所述至少一个连续路径，以将所述碳铜复合物附着到所述半导体元件。
23.根据权利要求22所述的方法， 其中，所述半导体元件包括芯片或晶片。
24.根据权利要求22所述的方法，` 其中，进行所述金属到所述碳纤维上的沉积，以使得所述沉积之后，所述开口在所述碳金属复合物的所述第一侧的直径小于在所述碳金属复合物的所述第二侧的直径。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括: 在将所述碳金属复合物与所述半导体元件相邻放置之前，对所述碳金属复合物进行烧结。
26.根据权利要求22所述的方法， 其中，填充所述至少一个连续路径包括用金属填充所述开口的第一部分，所述方法还包括: 将所述半导体元件和所述碳金属复合物焊接到载体，其中，用焊接金属填充所述开口的剩余部分。
27.一种散热器的制造方法，包括: 用金属对碳纤维织物进行预电化，以形成具有多个开口的碳金属复合物，所述多个开口从所述碳金属复合物的第一侧延伸到所述碳金属复合物的第二侧；并且 通过电化处理将所述碳金属复合物的所述第一侧结合到芯片或晶片，其中，将金属电解质从所述第二侧通过所述多个开口提供到所述芯片或晶片与所述第一侧之间的界面。
28.根据权利要求27所述的方法， 其中，进行用金属对所述碳纤维织物进行预电化，以使得所述开口在所述碳金属复合物的所述第一侧的直径小于在所述碳金属复合物的所述第二侧的直径。
29.—种散热器,包括: 用金属电化并且具有多个开口的碳纤维织物，所述开口从所述织物的第一侧延伸到所述织物的第二侧；其中，所述开口在所述织物的所述第一侧的部分比在所述第二侧的部分窄。
30.根据权利要求29所述的散热器，其中，所述开口位于所述碳纤维织物的交叉点处。
31.根据权利要求29所述的散热器，其中，所述金属包 括铜。
【文档编号】H05K7/20GK103635066SQ201310370172
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】弗里德里克·克勒纳 申请人:英飞凌科技股份有限公司