[发明专利]一种高导热电子封装复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高导热电子封装复合材料及其制备方法，所述复合材料由绝缘纳米颗粒和聚合物组成，所述绝缘纳米颗粒与聚合物的体积比为0.1‑0.3；所述绝缘纳米颗粒为包覆有二氧化硅绝缘层的纳米铜颗粒，所述二氧化硅绝缘层的厚度为10‑100nm，所述纳米铜颗粒的粒径为50‑500nm。所述制备方法包括先用制备出绝缘纳米铜颗粒，再将绝缘纳米铜颗粒与聚合物混合制成高导热电子封装复合材料。本发明提供的复合材料在满足封装绝缘的同时还能封装填充对导热性和流动性的要求，将其进行纳米复合填充能显著提高器件的散热性能、降低热膨胀系数、提高玻璃化温度，大幅提升电迁移失效时间。

技术领域

本发明涉及电子封装材料技术领域，特别涉及一种高导热电子封装复合材料及其制备方法。

背景技术

摩尔定律自1965年被戈登·摩尔提出以来，一直指导着世界半导体行业向更低成本、更高集成度以及更大经济效益的发展。随着微电子芯片制造的特征尺寸逐渐逼近物理极限，摩尔定律将不再适用。然而，这并不意味着进步的结束，不依赖特征尺寸缩减的多芯片三维集成封装具有缩短互连、集成度提高、附加更多新功能以及快速进入市场的优势，其处理速度、传输速率、存储容量等均提高10³倍，体积降低至1/1000，三维集成将是‘后摩尔’时代的重要发展方向。

通过微凸点倒装互连的多芯片三维集成器件在同一个空间进行更多更大的计算，在单芯片功率密度增加的同时，多芯片集成的热将随芯片堆叠而进一步叠加；微凸点尺寸的缩减、芯片间填充间隙的减小、芯片厚度的薄化等空间尺寸的改变导致大的热梯度，温度分布上也产生“热点”。现有多芯片间的填充材料不能有效地处理越来越多的热点，这些热量最终限制了它们的有效性、实施范围或整体可行性。芯片间填充材料将要释放更多的热能和应力，现在比以往任何时候都更需要新的材料来满足这些迫切的热管理挑战。

氧化物或氮化物陶瓷等非金属材料的导热系数低很多，为了提高导热率需要尽可能提高填充料的添加量。中国专利CN201610377344.3公开了一种有机硅三元封装材料及其制备方法，实施例对制备得到的二氧化硅含量不同的封装材料进行导热系数分析，随着掺杂二氧化硅含量的提高整体导热系数逐渐提高。但是，添加量的增加必然导致封装材料流动性的下降。

因此，有必要提供一种具有高导热、高绝缘性和满足封装填充流动性的封装材料。

发明内容

本发明目的是提供一种高导热电子封装复合材料及其制备方法，使复合材料具有高导热性和绝缘性的同时满足封装填充流动性的要求。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高导热电子封装复合材料，所述复合材料由绝缘纳米颗粒和聚合物组成，所述绝缘纳米颗粒与聚合物的体积比为0.1-0.3；

所述绝缘纳米颗粒为包覆有二氧化硅绝缘层的纳米铜颗粒，所述二氧化硅绝缘层的厚度为10-100nm，所述纳米铜颗粒的粒径为50-500nm。

优选地，所述聚合物包括环氧树脂、丙烯酸酯或酚醛树脂。

本发明还提供一种高导热电子封装复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：向草酸铜溶液中加入聚乙烯聚吡咯烷酮和硼氢化钠，搅拌后得到混合物；其中，草酸铜、聚乙烯聚吡咯烷酮和硼氢化钠的摩尔比为2:(1.0-1.2): (1.2-1.4)；

步骤二：将步骤一所得混合物进行加热和过滤，得到滤渣A，清洗所得滤渣A，得到中间产物A；

步骤三：将步骤二所得中间产物A溶解分散后得到混合溶液，向所得混合溶液中加入氨水和正硅酸乙酯，再进行搅拌和过滤，得到滤渣B，将所得滤渣B进行清洗和干燥处理，得到粉末B；

步骤四：将步骤三所得粉末B在氩气和氢气的混合气体中进行烧结处理，得到绝缘纳米铜颗粒；