一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝。電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層為納米銀線通過(guò)燒結(jié)制成。一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，步驟為：1）在散熱器表面形成Ni/Au層或Ni/Ag層；2）在電路基板背面電鍍銅，再形成Ni/Au層或Ni/Ag層；3）在形成了Ni/Au層或Ni/Ag層后的散熱器和電路基板間填充納米銀線；4）燒結(jié)即可。本發(fā)明也公開(kāi)了燒結(jié)納米銀線層作為熱界面層在電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連中的應(yīng)用。本發(fā)明的熱界面層的氣孔率低，可以實(shí)現(xiàn)散熱器和電路基板的高導(dǎo)熱互連。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，電子產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，各種高功率的電子元件層出不窮，線路板上元件的密度也越來(lái)越大。這使得在能耗增加的同時(shí)，產(chǎn)生的熱量也大大增加。若不能及時(shí)將熱量轉(zhuǎn)移，會(huì)對(duì)元件的性能產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的工藝使用環(huán)氧樹(shù)脂制造的絕緣基板，其熱阻大，遠(yuǎn)不能滿足大功率器件散熱的需求；使用陶瓷材料制成的基板，雖然其導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)氧樹(shù)脂，但基板與散熱器之間的連接需要用到導(dǎo)熱膠，而導(dǎo)熱膠的熱阻仍然很大，同樣限制了其散熱能力，形成了散熱瓶頸，而金屬基板由于可以與散熱器一體化，使散熱效果大大提高，所以近年來(lái)高導(dǎo)熱的金屬基板得到了空前的發(fā)展。
[0003]作為連接散熱器和基板的熱界面層，其對(duì)散熱結(jié)構(gòu)的整體散熱性能起著關(guān)鍵作用，如前所述，導(dǎo)熱膠往往成為整體散熱結(jié)構(gòu)的散熱瓶頸，人們尋求其他熱界面材料，如采用銀漿或銀焊膏。例如CN 1870310 A公開(kāi)了:以納米銀焊膏低溫?zé)Y(jié)封裝連接大功率LED的方法，其先制備納米銀焊膏，再利用絲網(wǎng)印刷或點(diǎn)膠機(jī)將納米銀焊膏注射于基板上連接發(fā)光二極管，然后放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，改善了 LED封裝材料在導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率、粘接強(qiáng)度、耐高溫方面的不足。CN 102290117 A公開(kāi)了:一種低溫?zé)Y(jié)納米銀漿及其制備方法，該納米銀漿尤其適合應(yīng)用于電子封裝領(lǐng)域中作為功率型芯片互連的新型熱界面材料。
[0004]然而，銀漿或銀焊膏中存在溶劑或其他易揮發(fā)性組分，在燒結(jié)的過(guò)程中，其中的溶劑或其他揮發(fā)組分從銀漿或銀焊膏中揮發(fā)出來(lái)，在燒結(jié)銀層中形成大量孔洞，因此，造成散熱結(jié)構(gòu)的實(shí)際導(dǎo)熱率仍然非常低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層，所述的熱界面層為納米銀線通過(guò)燒結(jié)制成。
[0007]納米銀線的長(zhǎng)度為40-70 μ m,直徑為l_20nm。
[0008]所述的熱界面層的厚度為5-200 μ m。
[0009]所述的熱界面層的氣孔率為0-5%。
[0010]一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，步驟如下:
1)在散熱器表面形成Ni/Au層或Ni/Ag層；
2)在電路基板背面電鍍銅，再形成Ni/Au層或Ni/Ag層；
3)在形成了Ni/Au層或Ni/Ag層后的散熱器和電路基板間填充納米銀線；
4)燒結(jié)即可；
經(jīng)過(guò)燒結(jié)后，納米銀線層形成了熱界面層。
[0011]燒結(jié)的溫度為250-260°C。
[0012]所述的散熱器為金屬材質(zhì)的散熱器。
[0013]納米銀線燒結(jié)層作為熱界面層在電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連中的應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明的熱界面層為低孔洞的納米銀線燒結(jié)層，可以實(shí)現(xiàn)散熱器和電路基板的高導(dǎo)熱互連。
[0015]具體來(lái)說(shuō):
本發(fā)明采用納米燒結(jié)銀線層作為電路基板和散熱器之間的熱界面層，和銀漿或銀焊膏相比，并不存在溶劑、分散劑或其他易揮發(fā)組分，可以實(shí)現(xiàn)較低溫度的燒結(jié)，且在燒結(jié)后，燒結(jié)層中基本無(wú)氣孔，即經(jīng)過(guò)本發(fā)明的納米銀線燒結(jié)工藝，在電路基板與散熱器間形成了低孔洞的熱界面層，從而可以實(shí)現(xiàn)散熱器和基板的高導(dǎo)熱連接。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是包含本發(fā)明熱界面層的散熱結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層，其中，所述的熱界面層為納米銀線通過(guò)燒結(jié)制成。
[0018]納米銀線的長(zhǎng)度為40-70 μ m,直徑為l_20nm。
[0019]所述的熱界面層的厚度為5-200 μ m ;所述的熱界面層的氣孔率為0_5%。
[0020]一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，步驟如下:
1)在散熱器表面形成Ni/Au層或Ni/Ag層；
2)在電路基板背面電鍍銅，再形成Ni/Au層或Ni/Ag層；
3)在形成了Ni/Au層或Ni/Ag層后的散熱器和電路基板間填充納米銀線；
4)燒結(jié)即可；
經(jīng)過(guò)燒結(jié)后，納米銀線層形成了熱界面層。
[0021]步驟I)和2)中，形成Ni/Au層或Ni/Ag層的方法為公知常識(shí)，如化學(xué)鍍鎳浸金或化學(xué)鍍鎳后再電鍍銀；優(yōu)選的，所述的Ni/Au層或Ni/Ag層的厚度為5-20 μ m。
[0022]步驟2)中，電路基板背面(相對(duì)于正面而言，基板正面上布設(shè)電子元件)電鍍銅之后形成的銅層的厚度為20-200μπι ;所述的電路基板為金屬化處理后的氧化鋁或氮化鋁陶瓷基板；氧化鋁或氮化鋁陶瓷基板的金屬化方法為現(xiàn)有技術(shù)。
[0023]步驟4)中，燒結(jié)的溫度為250_260°C ;燒結(jié)后，形成的燒結(jié)納米銀線層的厚度為5-200 μ m,形成的燒結(jié)納米銀線層的氣孔率在0-1%。
[0024]所述的散熱器為金屬材質(zhì)的散熱器；優(yōu)選的，為鋁散熱器或銅散熱器。
[0025]燒結(jié)納米銀線層作為熱界面層在電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連中的應(yīng)用。
[0026]如圖1所示，為包含本發(fā)明熱界面層的散熱結(jié)構(gòu)示意圖，在散熱器I的表面上設(shè)有第一鍍層2 (所述的第一鍍層為Ni/Au層或Ni/Ag層)，電路基板6的背面依次形成有電鍍銅層5、第二鍍層4 (所述的第二鍍層為Ni/Au層或Ni/Ag層)，在第一鍍層2和第二鍍層4之間形成有熱界面層3 (納米銀線燒結(jié)制成)。
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:
實(shí)施例1:
一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，步驟如下:
1)將鋁散熱器表面進(jìn)行表面化學(xué)鍍鎳防護(hù)處理；
2)再于鍍鎳層表面進(jìn)行浸金處理，從而在散熱器表面形成厚度為5μ m的Ni/Au層；
3)在氧化鋁陶瓷基板背面電鍍銅，再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳浸金處理，從而得到厚度為8μ m的Ni/Au 層；
4)在形成了Ni/Au層之后的散熱器和形成了 Ni/Au層之后陶瓷基板間填充納米銀線(納米銀線的長(zhǎng)度為40-70 μ m，直徑為l-20nm)；
5)260°C下進(jìn)行燒結(jié)即可，燒結(jié)后，形成的燒結(jié)納米銀線層的厚度為5 μ m。
[0028]實(shí)施例2:
一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，步驟如下:
1)將銅散熱器表面進(jìn)行表面化學(xué)鍍鎳防護(hù)處理；
2)再于鍍鎳層表面進(jìn)行電鍍銀處理，從而在散熱器表面形成厚度為12μ m的Ni/Ag
層；
3)在氮化鋁陶瓷基板背面電鍍銅，再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳浸金處理，從而得到厚度為20μ m的Ni/Au層；
4)在形成了Ni/Ag層之后的散熱器和形成了 Ni/Au層之后陶瓷基板間填充納米銀線(納米銀線的長(zhǎng)度為40-70 μ m，直徑為l-20nm)；
5)260°C下進(jìn)行燒結(jié)即可，燒結(jié)后，形成的燒結(jié)納米銀線層的厚度為80μπι。
[0029]實(shí)施例3:
一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，步驟如下:
1)將鋁散熱器表面進(jìn)行表面化學(xué)鍍鎳防護(hù)處理；
2)再于鍍鎳層表面電鍍銀處理，從而在散熱器表面形成厚度為20μ m的Ni/Ag層；
3)在氮化鋁陶瓷基板背面電鍍銅，再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳浸金處理，從而得到厚度為5μ m的Ni/Au 層；
4)在形成了Ni/Ag層之后的散熱器和形成了 Ni/Au層之后陶瓷基板間填充納米銀線(納米銀線的長(zhǎng)度為40-70 μ m，直徑為l-20nm)；
5)260°C下進(jìn)行燒結(jié)即可，燒結(jié)后，形成的燒結(jié)納米銀線層的厚度為200 μ m。
[0030]經(jīng)過(guò)檢測(cè)，燒結(jié)納米銀線層，其導(dǎo)熱率在200-230 W/mK，且氣孔率在0_5%之間；整體散熱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱率大于180 W/mK。
[0031]作為對(duì)比，采用CN 102290117 A【具體實(shí)施方式】一至三中制備的銀漿代替本發(fā)明的納米銀線，在260°C下進(jìn)行燒結(jié)，且燒結(jié)后的銀層的導(dǎo)熱率在170-180 W/mK，氣孔率> 10%。
[0032]采用CN 1870310 A【具體實(shí)施方式】中制備的銀焊膏代替本發(fā)明的納米銀線，需要在290°C下進(jìn)行燒結(jié)，且燒結(jié)后的銀層的導(dǎo)熱率在175-190 W/mK，氣孔率> 8%。
【權(quán)利要求】
1.電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層，其特征在于:所述的熱界面層為納米銀線通過(guò)燒結(jié)制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層，其特征在于:納米銀線的長(zhǎng)度為40-70 μ m，直徑為l-20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層，其特征在于:所述的熱界面層的厚度為5-200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連的熱界面層，其特征在于:所述的熱界面層的氣孔率為0-5%。
5.一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，其特征在于:步驟如下: 1)在散熱器表面形成Ni/Au層或Ni/Ag層； 2)在電路基板背面電鍍銅，再形成Ni/Au層或Ni/Ag層； 3)在形成了Ni/Au層或Ni/Ag層后的散熱器和電路基板間填充納米銀線； 4)燒結(jié)即可； 經(jīng)過(guò)燒結(jié)后，納米銀線層形成了權(quán)利要求1所述的熱界面層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，其特征在于:燒結(jié)的溫度為250-260°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電路基板與散熱器間低孔洞的納米銀線燒結(jié)工藝，其特征在于:所述的散熱器為金屬材質(zhì)的散熱器。
8.納米銀線燒結(jié)層作為熱界面層在電路基板與散熱器高導(dǎo)熱互連中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK104362134SQ201410598620
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】林圖強(qiáng), 崔國(guó)峰 申請(qǐng)人:廣州豐江微電子有限公司, 中山大學(xué)