[发明专利]一种高导热铜基电子封装基板的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子封装铜基复合材料，属于电子电气、集成电路领域。特别是提供了一种利用石墨的导热率各向异性的电子封装基板制备技术，解决了集成电路基板导热性差，线膨胀系数不匹配，材料力学性能差等问题。

技术背景

集成电路板的散热性能是保证各类仪器、生活电器电子设备正常运行的重要指标之一，作为集成电路依靠板的基板则是核心部件。集成电路在运作过程产生的热量极大，未能及时散开会导致集成电路工作效率降低甚至烧毁，集成电路基板通过与电子元件线膨胀系数的良好匹配以及优异的散热性能，保证集成电路持续稳定的运作并稳固固定电子元件。

随着电子工业迅猛发展，电子信息技术对电子产品的小型化、便携化、多功能、低成本提出了更高要求，这需要集成电路的更密集化，为满足此要求，电子封装起着决定性作用。传统意义上，基板材料主要分为陶瓷基板、金属基板和有机树脂基板，而金属基板可将高导热率和较低热膨胀系数的材料结合起来，通过改变增强相的种类、体积分数、排列方式等来制备出实际应用的电子封装基板，因而具有极大发展空间。

铜基复合材料中的基体铜，有优良的导热性能，但其热膨胀系数高，为满足基板与电子元件线膨胀系数匹配的要求，在铜中添加如石墨烯、鳞片石墨、石墨纤维等碳材料，可显著降低材料的线膨胀系数，同时，通过工艺使碳材料在铜基体中定向排列，可极大增强某一单向的导热性。在实际应用中，该工艺可极大提高材料利用率。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种高导热电子封装基板，通过加压工艺与烧结工艺的改进，设计出一种区别于常规冷压烧结工艺(图1)的热压烧结工艺(图2)，生产出一种具有石墨烯微片平行散热方向取向性的电子封装基板，如图2(b)所示。原工艺的冷压压制与普通管式炉烧结的成品中，石墨烯微片在铜基体中排列不规则，无明显取向性(图1(b))；而采用双向压制工艺与热压烧结工艺后，可得到铜基体中的石墨烯微片取向排列的材料(图2(b))；该石墨烯微片取向排列的电子封装基板，不仅与电子元件线膨胀系数匹配，还能够使电子封装基板的导热提高2～3倍，甚至更高，大大提高材料集成电路板的使用寿命，并降低制备成本，这将会引领电子封装研究领域的历史性变革。

本发明通过以下技术方案得以实现：

一种高导热电子封装基板的制备方法，其特征在于：通过双向压制热压烧结使石墨烯微片定向排列，使得具有导热系数的各向异性的石墨烯微片呈平行于散热方向取向分布。

具体制备方法是：原料混合粉由50～60vol％铜粉70μm和40～50vol％石墨烯微片50μm组成。

将上述各组分按比例配料，加入机油为润滑剂，在滚动球磨机中混合成为均匀粉体，在室温下冷压双向压制成为坯体，如图2(a)所示，之后经750～850℃双向热压烧结2～2.5h，得到高导热电子封装基板原材料。

本发明的优点

1.采用高压热压工艺使石墨烯微片在铜基体中定向排列，增强基板材料在石墨烯微片排列方向的导热性。

2.采用高压热压烧结工艺进一步减弱石墨烯微片与铜基体之间的热阻，可使材料的导热性提高2～3倍，甚至更高。

3.热压法制备复合材料基板，使石墨烯微片定向排列更好，可快速工业化生产，节约生产时间。

附图说明

图1常规冷压方法及烧结后的电子封装基板中石墨烯微片排列方式

图1a常规压制方法，

图1b电子封装基板中石墨烯微片的排列方式；

1.上冲头；2.石墨烯微片；3.基体；4.基板表面；

图2为垂直于导热面压制方式及基板中石墨烯微片的排列方式示意图

图2a)垂直于导热面压制烧结方法，

图2b电子封装基板中石墨烯微片的排列方式；

1.上冲头；2.石墨烯微片；3.铜基体；4.基板表面；5.下冲头

具体实施方式

实施例1

一种高导热电子封装复合材料基板，原料混合粉由60vol％铜粉70μm和40vol％石墨烯微片50μm组成。

将上述各组分按比例配料，加入机油为润滑剂，在滚动球磨机中混合成为均匀粉体，在室温下冷压双向压制成为坯体，之后经800℃双向热压烧结2h，得到石墨烯微片取向排列的高导热电子封装基板原材料。沿平行于石墨烯微片方向的导热系数达400w/m·k。

实施例2

一种高导热电子封装复合材料基板，原料混合粉由55vol％铜粉70μm和45vol％石墨烯微片50μm组成。