[發明專利]一種高導熱絕緣復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110448617.6
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN103187131A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 郭宏;韓媛媛;尹法章;張習敏;范葉明
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01B17/62
• 分類號: H01B17/62;H01B19/00;H01L23/29
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術領域

本發明專利涉及一種高導熱絕緣復合材料及其制備方法，屬于電子封裝材料技術領域。

背景技術

近年來，微電子器件正向高性能、高集成度的方向發展，與之伴隨的是電子元件的發熱功率不斷提高，各類微電子技術應用領域也對熱管理材料產生了進一步的需求和依賴。盡管金剛石/銅、SiC/Al等復合材料作為新一代的熱管理材料，具有較高的熱導率和適宜的熱膨脹系數，但由于金屬基體的存在，并不能用于要求特定絕緣或介電性能的應用場合。例如集成電路基板除了要有電絕緣性外，還要求材料具有高的熱導率，以便將熱量及時散發出去，滿足大功率的要求。與此同時，集成電路封裝基板存在分布電容，對超高頻信號產生延遲，其延遲時間(L為信號傳送距離，ε為基片或絕緣層的介電常數，c為真空中的光速)，這就要求基板材料應具有低的介電系數。因而，在此應用場合下，高導熱復合材料已不能滿足低介電系數、電絕緣性良好的性能要求。

發明內容

目前集成電路基板除了要有電絕緣性外，還要求材料具有高的熱導率，以便將熱量及時散發出去，滿足大功率的要求。與此同時，集成電路封裝基板存在分布電容，對超高頻信號產生延遲，這就要求基板材料應具有低的介電系數。因而，在此應用場合下，需要一種兼具高導熱與絕緣性能的復合材料。本發明為了解決現有高導熱復合材料不適于具有高熱導率、低介電常數、電絕緣性的特定應用場合的需求，提供了一種高導熱絕緣復合材料。

本發明的高導熱絕緣復合材料由高導熱復合材料及鍍于其上的絕緣層組成，所述的高導熱復合材料為增強顆粒或纖維與基體的復合材料，所述基體為銅、鋁或銀等，所述的絕緣層為的金剛石、氮化鋁或氮化硼等陶瓷膜，或者金剛石與氮化鋁或氮化硼的復合膜。

所述的增強體或纖維為金剛石、碳纖維、金剛石混雜顆粒、碳纖維混雜顆粒及其他顆粒或纖維，與基體銅、鋁或銀形成高導熱、低膨脹的復合材料。

優選的，所述高導熱復合材料中，所述的增強顆粒或纖維與所述基體的體積百分比為(25％～70％)∶1，即兩者的體積比為(25～70)∶100。

優選的，所述的絕緣層的厚度范圍為50μm～400μm。

本發明還提供了一種上述高導熱絕緣復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備高導熱復合材料；

(2)對高導熱復合材料進行粗磨、精磨、粗拋、精拋；

(3)在高導熱復合材料上沉積碳化物形成元素或離子注入碳層；

(4)采用化學氣相沉積技術(CVD)或磁控濺射技術在高導熱復合材料表面沉積絕緣膜。

所述的高導熱復合材料為金剛石/銅、碳纖維/銅、金剛石混雜顆粒/銅、碳纖維混雜顆粒/銅、金剛石/鋁、金剛石/銀及其他顆粒或纖維增強的銅、鋁或銀高導熱、低膨脹的復合材料，增強顆粒或纖維與基體的體積百分比優選為(25％～70％)∶100％。

所述的絕緣層為金剛石、氮化鋁、氮化硼等其他陶瓷膜，或者金剛石與氮化鋁或氮化硼的復合膜。

優選的，所述絕緣膜的厚度范圍為50μm～400μm。

優選的，所述化學氣相沉積的速率超過10μm/小時。本發明的高導熱絕緣復合材料采用CVD技術在高導熱復合材料表面沉積絕緣薄膜，得到具有絕緣薄膜包覆的高導熱復合材料。

本發明在高導熱復合材料表面沉積絕緣薄膜，一方面高導熱復合材料具有較高的導熱率，能夠將電子器件中的熱量快速散發出去，另一方面，絕緣薄膜作為微結構材料，除了具有高熱導率、低密度、高強度、耐磨損、抗腐蝕的優良性能外，還擁有電絕緣性和低介電系數等性質。因此采用CVD技術在高導熱復合材料表面沉積絕緣薄膜，得到具有絕緣薄膜包覆的高導熱復合材料可用于同時要求具有高熱導率、低介電常數、電絕緣性的應用場合。本發明中的高導熱絕緣復合材料解決了高導熱復合材料在特定絕緣性能要求的應用場合的高導熱絕緣的問題，適用于集成電路系統、高功率或高功率密度器件等。

下面通過具體實施方式對本發明做進一步說明，但并不意味著對本發明保護范圍的限制。

具體實施方式

實施例1

高導熱絕緣復合材料的制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一：制備金剛石/銅復合材料試樣，金剛石與銅的體積比為65％∶1，將其加工成的圓柱體，一般而言，復合材料試樣的形狀不限定，且不限于任何厚度，但以3mm以上為較佳的厚度；

步驟二：對高導熱復合材料試樣進行粗磨、精磨、粗拋、精拋；