[发明专利]一种高导热绝缘层状复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别涉及一种高导热绝缘层状复合材料及其制备方法。

背景技术

在电子产业中，基板的生产是重要的组成部分。基板在电子设备中有如下功能：(1)它提供集成电路等各种电子元器件固定、组装的机械制成，可实现元器件的自动安装；(2)它实现集成电路等各种电子原件之间的电气连接或电绝缘，提供所要求的电器特性，如特性阻抗等。随着电子产品向高集成度、高可靠性等方向发展，对基板的绝缘与散热性能要求越来越高。一方面要求基板材料具有更高的热导率，以便将热量及时散发出去，以满足大功率的要求，另一方面集成电路封装基板存在分布电容，对超高频信号产生延迟，其延迟时间 (L为信号传送距离，ε为基片或绝缘层的介电常数，c为真空中的光速)，这就要求基板材料应具有低的介电系数。

AlN具有较高的热导率（200W/m·K），且其热膨胀系数与半导体Si相近，有助于将芯片粘贴到AlN陶瓷上，且AlN的介电常数较低，能应用于高频率电路基板。AlN陶瓷基板的缺点在于它在高温气氛下表面易氧化成Al₂O₃。由于Al₂O₃层热导率低、热膨胀系数高，与AlN基板之间存在热膨胀错配应力，使基板上易形成微裂纹，从而降低了基板的热学性能。金属基板具有陶瓷基板无法比拟的散热性能，能更好地满足于高密度集成电路、大功率器件对基板的散热性能的要求，但是金属基板无法实现应用于对绝缘性能有要求的场合。因此，为了同时兼具高导热与良好的绝缘性能，满足电子设备的高性能要求，寻找一种新型的高导热绝缘复合材料的制备方法显得尤为重要。

发明内容

本发明为了解决现有高导热复合材料不能满足低介电系数、电绝缘性良好的特定应用场合的需求，提供了一种高导热绝缘层状复合材料。

本发明提供的高导热绝缘层状复合材料，其特征在于：高导热复合材料经化学镀Ni处理，与介电材料再经焊接处理即得高导热绝缘层状复合材料，所述的高导热复合材料为颗粒或纤维增强的铜、铝或银的复合材料，该复合材料为高导热、低膨胀的复合材料，增强颗粒或纤维的体积分数为25%~70%，所述的介电材料为氮化铝、氮化硼或CVD金刚石（化学气相沉积方法制备的金刚石）等绝缘性能良好的介电材料，或者为氮化铝、氮化硼或CVD金刚石中至少两种形成的复合介电材料，介电材料的厚度范围为1~3mm。

高导热复合材料可为金刚石/铜、碳纤维/铜、金刚石混杂颗粒/铜、碳纤维混杂颗粒/铜、金刚石/铝、金刚石/银及其他颗粒或纤维增强的铜、铝或银高导热、低膨胀的复合材料，金刚石混杂颗粒/铜、碳纤维混杂颗粒/铜的增强体是金刚石或碳纤维与其他颗粒如SiC颗粒等两种混合而成的颗粒混合体，其他颗粒或纤维增强的铜、铝或银高导热、低膨胀的复合材料包含如SiC颗粒或SiC纤维等在内的增强体。

一种高导热绝缘层状复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：制备颗粒或纤维增强的铜、铝或银的高导热、低膨胀的复合材料试样，增强颗粒或纤维的体积分数为25%~70%；

步骤二：制备介电材料，介电材料的厚度范围为1~3mm；

步骤三：对高导热复合材料及介电材料试样进行粗磨、精磨；

步骤四：采用化学镀的方法对高导热复合材料试样进行金属化镀Ni，镀Ni层厚度为10μm~100μm；

步骤五：采用真空钎焊方法对金属化后的高导热复合材料试样及介电材料进行焊接，焊接层厚度为0.1mm~0.5mm。

上述方法中，所述的高导热复合材料为颗粒或纤维增强的铜、铝或银的复合材料，该复合材料为高导热、低膨胀的复合材料，增强颗粒或纤维的体积分数为25%~70%。

上述方法中，高导热复合材料可为金刚石/铜、碳纤维/铜、金刚石混杂颗粒/铜、碳纤维混杂颗粒/铜、金刚石/铝、金刚石/银及其他颗粒或纤维增强的铜、铝或银高导热、低膨胀的复合材料，金刚石混杂颗粒/铜、碳纤维混杂颗粒/铜的增强体是金刚石或碳纤维与其他颗粒如SiC颗粒等两种混合而成的颗粒混合体，其他颗粒或纤维增强的铜、铝或银高导热、低膨胀的复合材料包含如SiC颗粒或SiC纤维等在内的增强体。