用于填充热导通孔的纳米铜焊料的制作方法
【专利说明】用于填充热导通孔的纳米铜焊料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于35U.S.C.§ 119 (e)要求2013年10月28日提交的申请号为61/896592、名称为“用于填充热导通孔的纳米铜焊料”的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入于此。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于电子电路的热管理方法及结构。更具体地，本发明涉及印刷电路板(PCB)中的导通孔填充。
【背景技术】
[0004]典型地，钻出并镀出金属化导通孔阵列从而在z轴方向上以热方式将热从PCB的一面传递到PCB的另一面。然而，这费时并且镀一层厚度大于小部分导通孔厚度的铜通常是不可靠的。为此，典型地，将导热树脂填充物放置在导通孔中。然而，由于导热树脂填充物的导热性大大小于铜材料，其对整体导热性的影响通常可以忽略不计。使用传统的焊料填充导通孔不仅会带来比铜材料更低的导热性，还会在后续的热处理中流出。
【发明内容】
[0005]在一些实施例中，纳米铜焊料包括分散在溶剂中的铜纳米颗粒。纳米铜焊料在大约200°C时熔化，这要远低于铜块体1085°C的熔点。使用纳米铜焊料填充导通孔的方法也已被公开。在本发明的一些实施例中，纳米铜焊料用于填充热镀导通孔，使得这些导通孔的导热性提高，这有利于散热或传热。
[0006]在一些实施例中，在此公开的纳米铜焊料具有高的导热性，使得其能够大大提高导通孔整体的导热性。另外，纳米铜焊料的熔点(在焊料回流工艺后)防止在后续无铅焊料回流循环期间的溢出。在一些实施例中，纳米铜焊料包括不同尺寸/混合尺寸的颗粒(例如，尺寸以钟形曲线分布；例如I?1nm)，使得纳米铜焊料具有高的颗粒包裹密度，该密度要大于仅具有单一均匀尺寸的颗粒的包裹密度。在一些实施例中，纳米铜焊料的溶剂是挥发性有机溶剂，例如己烷、甲醇、异丙醇和丙酮。在一些实施例中，纳米铜焊料的溶剂是无机溶剂，例如离子液体。
[0007]在一些实施例中，通过使用模版錯纸印刷机(stencil printer)和/或可选的真空台将纳米铜焊料推入导通孔中。在另一些实施例中，徒手或以机械方式将纳米铜焊料推入/放入导通孔中。在一些其它实施例中，通过使用挤压装置(sequeegee)和/或利用真空台将纳米铜焊料推入导通孔中。其他任何从PCB上导通孔的一面将材料(例如纳米铜焊料)推入和/或从导通孔的相对面将材料吸入(pull in)的方法或装置都包含在本发明的范围内。在一些实施例中，在焊料回流工艺之前或之后应用覆盖层(例如电镀铜)。
[0008]一方面，在电子板上形成填充孔的方法包括在电子板上形成一个或多个孔，在一个或多个孔中放置纳米材料，以及在电子板上形成一个或多个填充孔。在一些实施例中，电子板包括印刷电路板。在另一些实施例中，纳米材料包括纳米铜。在一些其他实施例中，该一个或多个孔包括导通孔。在一些实施例中，所述方法进一步包括在一个或多个孔上镀金属。在一些实施例中，所述方法进一步包括回流工艺。在另一些实施例中，所述方法进一步包括蒸发溶剂。在一些其他实施例中，所述溶剂包括酒精。在一些实施例中，所述放置包括推入纳米材料。在另一些实施例中，所述推入包括使用挤压装置。在一些其他实施例中，所述放置包括使用模版蜡纸印刷机。在另一些实施例中，所述放置包括吸入纳米材料。在一些其他实施例中，所述吸入包括使用真空台。
[0009]另一方面，电子板包括纳米颗粒填充导通孔。在一些实施例中，所述导通孔包括主体，所述主体具有贯穿所述主体的纳米颗粒。在另一些实施例中，纳米颗粒包括混合尺寸的纳米颗粒。在一些其他实施例中，导通孔被覆盖层封闭。
[0010]另一方面，一种填充金属化导通孔的方法包括在PCB板上形成导通孔，使用化学溶液或等离子体清洁导通孔，在导通孔的外表面上形成金属覆层，在导通孔内放置纳米材料焊料，以及执行回流工艺。在一些实施例中，使用机械或激光钻孔机形成所述导通孔。在另一些实施例中，使用无电镀铜镀溶液形成所述金属覆层。在一些其他实施例中，所述方法进一步包括将铜电镀到导通孔中。在一些实施例中，纳米材料焊料包括纳米铜焊料。在另一些实施例中，所述放置包括推入。在一些其他实施例中，所述放置包括吸入。在一些实施例中，所述回流包括通过无铅焊料回流炉传送所述PCB板以熔化或熔合纳米材料焊料。
【附图说明】
[0011]现在将参考附图以示例性方式描述本发明的实施例，所述附图是示意性的而非限制性的。对于这里提及的所有附图，全文中相同的附图标记代表相同的部件。
[0012]图1显示了根据本发明一些实施例的纳米材料填充PCB板；
[0013]图2显示了根据本发明一些实施例的纳米材料填充PCB的制造方法；
[0014]图3显示了根据本发明一些实施例的PCB ；
[0015]图4显示了根据本发明一些实施例的PCB形成方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]现在将详细参考本发明的各实施例，在附图中示出了这些实施例的示例。虽然结合以下实施例描述了本发明，但应理解，其并不旨在将本发明限制于这些实施例和示例。正相反，本发明旨在覆盖能够被包含在所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围内的替换、修改和等效方案。此外，在本发明的以下详细描述中，许多具体细节是为了更充分地说明本发明而提出的。然而，对于得益于此公开的本领域技术人员而言，显而易见地，本发明无需这些具体细节就能够实施。在另一些例子中，已知的方法、步骤、组件和工艺未作详细描述，以免不必要地模糊本发明的各方面。当然，在任何这样的实际设计中，可以做出多个具体的实际执行决策以达成设计者的具体目标，比如，符合应用和商业相关的约束，而且这些具体目标随实际执行和设计者的不同而不同。此外，应意识到，这种设计所花费的努力可能是复杂和费时的，但它仍然是得益于此公开的、作为本领域技术人员的工程师的日常事务。
[0017]在此公开的方法和装置可用于制造散热结构，例如PCB (印刷电路板)上的一个或多个导通孔。
[0018]图1显示了根据本发明一些实施例的一种纳米材料填充PCB板100。在一些实施例中，PCB 100包括主体102。主体102包括一个或多个纳米颗粒填充导通孔104。在另一些实施例中，PCB 106包括一个或多个具有镀壁110的纳米颗粒填充导通孔108。视图112显示了根据本发明一些实施例的PCB板100、主体102，导通孔104与108以及镀壁110的顶视图。在一些实施例中，导通孔104与108包括纳米铜焊料。在一些实施例中，壁110包括电镀铜。
[0019]图2显示了根据本发明一些实施例的纳米材料填充PCB板的制造方法200。步骤202中，在PCB的主体202上形成一个或多个孔或穴，该PCB形成钻孔PCB 206。在一些实施例中，孔是导通孔208。在一些其他实施例中，孔是凹槽210(非导通孔)。本领域技术人员知晓形成在PCB 200的主体202上的孔的任何形状、深度、角度或几何特性。可以使用机械钻孔、刻蚀或激光切割、笔直地或呈角度地形成所述孔。例如，可形成与主体202的顶表面呈倾斜45度角的凹槽。本领域技术人员知晓可以使用其他任何切割或钻孔设备和方法来形成所述孔和/或凹槽。步骤213中，钻孔PCB 206可被传送给电镀工艺以在使用纳米材料填充孔之前在孔208和210上形成镀壁211和212。在一个可选择的工艺中，钻孔PCB206被直接传送给纳米材料填充工艺220而无须进行镀壁。
[0020]步骤220和214包括将具有一种或多种纳米材料的溶液分配到孔208、210、224和226内。在一些实施例中，使用含有纳米材料分散溶液218的滴管216分配该溶液。在一些实施例中，纳米材料包括铜纳米颗粒250。本领域技术人员知晓其他任何纳米材料、纳米颗粒、量子点、纳米金属材料都落入本发明的范围内。滴管216可以将溶液推入一个或多个孔208和210中。可在主体202下方放置阻断器222以防止填充纳米材料的泄漏。
[0021]在步骤228中，使用加热器232加热主体202。所述加热使溶剂蒸发，使得孔中的纳米颗粒(例如纳米铜焊料颗粒)互相熔合并且与导通孔柱体(barrel)上的镀铜211熔合形成填充纳米材料234和236。
[0022]图3显示了根据本