[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱銅基電子封裝基板的制備方法

在審

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• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105728719A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝俊杰;崔倩月;趙翔;郭志猛;羅驥;邵慧萍;趙磊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F3/02
• 分類號: B22F3/02;B22F3/14;C22C9/00;C22C1/05
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電子封裝銅基復(fù)合材料，屬于電子電氣、集成電路領(lǐng)域。特別是提供了一種利用石墨的導(dǎo)熱率各向異性的電子封裝基板制備技術(shù)，解決了集成電路基板導(dǎo)熱性差，線膨脹系數(shù)不匹配，材料力學(xué)性能差等問題。

技術(shù)背景

集成電路板的散熱性能是保證各類儀器、生活電器電子設(shè)備正常運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，作為集成電路依靠板的基板則是核心部件。集成電路在運(yùn)作過程產(chǎn)生的熱量極大，未能及時散開會導(dǎo)致集成電路工作效率降低甚至燒毀，集成電路基板通過與電子元件線膨脹系數(shù)的良好匹配以及優(yōu)異的散熱性能，保證集成電路持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)作并穩(wěn)固固定電子元件。

隨著電子工業(yè)迅猛發(fā)展，電子信息技術(shù)對電子產(chǎn)品的小型化、便攜化、多功能、低成本提出了更高要求，這需要集成電路的更密集化，為滿足此要求，電子封裝起著決定性作用。傳統(tǒng)意義上，基板材料主要分為陶瓷基板、金屬基板和有機(jī)樹脂基板，而金屬基板可將高導(dǎo)熱率和較低熱膨脹系數(shù)的材料結(jié)合起來，通過改變增強(qiáng)相的種類、體積分?jǐn)?shù)、排列方式等來制備出實(shí)際應(yīng)用的電子封裝基板，因而具有極大發(fā)展空間。

銅基復(fù)合材料中的基體銅，有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，但其熱膨脹系數(shù)高，為滿足基板與電子元件線膨脹系數(shù)匹配的要求，在銅中添加如石墨烯、鱗片石墨、石墨纖維等碳材料，可顯著降低材料的線膨脹系數(shù)，同時，通過工藝使碳材料在銅基體中定向排列，可極大增強(qiáng)某一單向的導(dǎo)熱性。在實(shí)際應(yīng)用中，該工藝可極大提高材料利用率。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱電子封裝基板，通過加壓工藝與燒結(jié)工藝的改進(jìn)，設(shè)計出一種區(qū)別于常規(guī)冷壓燒結(jié)工藝(圖1)的熱壓燒結(jié)工藝(圖2)，生產(chǎn)出一種具有石墨烯微片平行散熱方向取向性的電子封裝基板，如圖2(b)所示。原工藝的冷壓壓制與普通管式爐燒結(jié)的成品中，石墨烯微片在銅基體中排列不規(guī)則，無明顯取向性(圖1(b))；而采用雙向壓制工藝與熱壓燒結(jié)工藝后，可得到銅基體中的石墨烯微片取向排列的材料(圖2(b))；該石墨烯微片取向排列的電子封裝基板，不僅與電子元件線膨脹系數(shù)匹配，還能夠使電子封裝基板的導(dǎo)熱提高2～3倍，甚至更高，大大提高材料集成電路板的使用壽命，并降低制備成本，這將會引領(lǐng)電子封裝研究領(lǐng)域的歷史性變革。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：

一種高導(dǎo)熱電子封裝基板的制備方法，其特征在于：通過雙向壓制熱壓燒結(jié)使石墨烯微片定向排列，使得具有導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性的石墨烯微片呈平行于散熱方向取向分布。

具體制備方法是：原料混合粉由50～60vol％銅粉70μm和40～50vol％石墨烯微片50μm組成。

將上述各組分按比例配料，加入機(jī)油為潤滑劑，在滾動球磨機(jī)中混合成為均勻粉體，在室溫下冷壓雙向壓制成為坯體，如圖2(a)所示，之后經(jīng)750～850℃雙向熱壓燒結(jié)2～2.5h，得到高導(dǎo)熱電子封裝基板原材料。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

1.采用高壓熱壓工藝使石墨烯微片在銅基體中定向排列，增強(qiáng)基板材料在石墨烯微片排列方向的導(dǎo)熱性。

2.采用高壓熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)一步減弱石墨烯微片與銅基體之間的熱阻，可使材料的導(dǎo)熱性提高2～3倍，甚至更高。

3.熱壓法制備復(fù)合材料基板，使石墨烯微片定向排列更好，可快速工業(yè)化生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)時間。

附圖說明

圖1常規(guī)冷壓方法及燒結(jié)后的電子封裝基板中石墨烯微片排列方式

圖1a常規(guī)壓制方法，

圖1b電子封裝基板中石墨烯微片的排列方式；

1.上沖頭；2.石墨烯微片；3.基體；4.基板表面；

圖2為垂直于導(dǎo)熱面壓制方式及基板中石墨烯微片的排列方式示意圖

圖2a)垂直于導(dǎo)熱面壓制燒結(jié)方法，

圖2b電子封裝基板中石墨烯微片的排列方式；

1.上沖頭；2.石墨烯微片；3.銅基體；4.基板表面；5.下沖頭

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種高導(dǎo)熱電子封裝復(fù)合材料基板，原料混合粉由60vol％銅粉70μm和40vol％石墨烯微片50μm組成。

將上述各組分按比例配料，加入機(jī)油為潤滑劑，在滾動球磨機(jī)中混合成為均勻粉體，在室溫下冷壓雙向壓制成為坯體，之后經(jīng)800℃雙向熱壓燒結(jié)2h，得到石墨烯微片取向排列的高導(dǎo)熱電子封裝基板原材料。沿平行于石墨烯微片方向的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)400w/m·k。

實(shí)施例2

一種高導(dǎo)熱電子封裝復(fù)合材料基板，原料混合粉由55vol％銅粉70μm和45vol％石墨烯微片50μm組成。