[发明专利]一种导热材料及其制备方法

说明书

本申请提供一种导热材料，所述导热材料从下至上依次包括硅片层、散热层、硅烷自组装层、以及导热硅凝胶层；所述散热层采用磁控溅射工艺形成于所述硅片上；所述硅烷自组装层由活性硅烷分子在所述散热层上自组装形成。本申请通过在金属散热层和导热硅凝胶层之间设置硅烷自组装层，通过硅烷分子中易于与金属发生化学键合的基团与金属散热层之间形成化学键，在界面处建立声子共振通道，从而提高了本申请中的导热材料的热传输性能。

技术领域

本申请涉及电子元器件散热技术领域，具体涉及一种导热材料及其制备方法。

背景技术

随着微电子科技行业的迅速发展，人们对电子产品的各项性能的要求也越来越高，各种电子产品在向更小、更轻、更薄及多功能化发展，对集成电路器件的集成度的要求也越来越高。大规模的集成电路需要极高密度的电子器件，这必然会引起器件在工作时发热量的上升，从而使整个系统的工作温度较高。而长期的高温工作状态将会极大的降低电子元器件(例如芯片)的稳定性、可靠性及寿命。为了使电子元器件发挥最优性能并保证其可靠性，器件产生的热量必须及时排出。因此，电子元器件散热性能的优劣将成为影响其性能和寿命的关键因素。如何解决电子元器件的散热问题将是实现未来高速发展电子产业的关键技术之一。

电子元器件散热，尤其是电子元器件结构中金属材料/高分子聚合物的界面散热，是直接影响到电子元器件的稳定性、可靠性和寿命的核心问题。现有的技术通常是将高导热的填充材料与聚合物进行复合，提高聚合物的导热性。然而，这些研究获得的热导率有限，原因在于聚合物基复合材料与无机金属材料之间仍然难于形成互通良好的导热网络，其界面高热阻效应仍未得到有效的解决。

发明内容

本申请提供一种导热材料以解决现有的导热材料中金属材料/高分子聚合物的界面因存在高热阻效应导致其导热效果不理想的问题。

本申请一方面提供一种导热材料，所述导热材料从下至上依次包括硅片层、金属散热层、硅烷自组装层、以及导热硅凝胶层；

所述散热层采用磁控溅射工艺形成于所述硅片上；

所述硅烷自组装层由活性硅烷分子在所述散热层上自组装形成，所述活性硅烷分子中包括易于与金属发生化学键合的基团和不易于与金属发生化学键合的基团。

在本申请一种可实现的方式中，所述金属散热层为铜层或金层。

在本申请一种可实现的方式中，所述金属散热层的厚度为10-100nm。

在本申请一种可实现的方式中，所述活性硅烷为3-巯基丙基三甲氧基硅烷，所述硅烷自组装层的厚度为0.1-1nm。

在本申请一种可实现的方式中，所述导热凝胶层的厚度为1.8-2.2mm，所述导热凝胶层的导热系数为4.5-5.2w/(m·℃)。

本申请另一方面提供一种导热材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1清洗硅片表面的油污，并真空干燥；

S2采用磁控溅射工艺在硅片上形成金属散热层；

S3将具有散热层的硅片置于活性硅烷溶液中，并在散热层表面形成硅烷自组装层，所述活性硅烷分子中包括易于与金属发生化学键合的基团和不易于与金属发生化学键合的基团；

S4取出具有硅烷自组装层的硅片，在硅烷自组装层上涂覆导热凝胶层得到导热材料。

在本申请一种可实现的方式中，所述步骤S2中的金属散热层为铜层或金层。

在本申请一种可实现的方式中，所述步骤S3中活性硅烷溶液中包括3-巯基丙基三甲氧基硅烷。

在本申请一种可实现的方式中，所述步骤S3中溶液还包括三乙胺，所述溶液中3-巯基丙基三甲氧基硅烷与三乙胺的摩尔比为2:3。