一种抗辐照多层散热膜结构及其制备方法与流程

本发明属于半导体封装电子材料，进一步来说涉及抗辐照散热膜领域，具体来说，涉及一种抗辐照多层散热膜及其制备方法。

背景技术：

1、在半导体封装过程中，散热胶是fcbga（倒装基板球栅阵列）产品组装过程中常用到的关键材料。散热胶在倒装基板组装中，作为热量传递媒介，点散热胶平铺于芯片背面与盖板之间。在器件封装完成上机运行时，在运行过程中产生的热量通过芯片背面传递至散热胶上，再从散热胶传递至盖板上进行封装系统中的散热。

2、原有技术缺陷：原有的散热胶属于胶类，在点胶过程中采用机械式进行点胶，但是点胶，尤其是散热方面，单位体积的均匀性非常重要，不均匀就会在散热过程中引起局部散热过慢对产品造成热损伤，严重影响器件的功能正常输出。问题①点胶画线，线型之间空间上的间隙固化后形成不完整散热区域的空气层，会阻碍器件的正常散热；②散热胶直接与芯片背面接触，当在高可靠性领域使用时，受到辐照并不能完整的保护芯片，而且由于辐照透过盖板并对散热胶进行照射，散热功能也会大幅衰减，并直接影响芯片功能输出。

3、因此在半导体fcbga封装的过程中，如何赋予产品完整的散热功能层和在高可靠性使用时具备一定的抗辐照功能，一直是该领域人员关注的问题。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：解决现有技术中散热胶点胶均匀性差、有空气层、抗辐照能力差引起散热不均匀、散热能力差的问题。

2、本发明的发明构思是：将散热胶制备成一种的抗辐照多层散热膜，进行芯片背面散热贴装，使封装芯片能均热散热的同时具备可靠的抗辐照性能。

3、为此，本发明提供一种抗辐照多层散热膜结构，如图1-2所示。包括：

4、顶层胶层、顶层光学反射镜层、吸波层、底层光学反射镜层、底层胶层、形状记忆合金丝。

5、所述顶层胶层位于散热膜的顶端，往底层方向依次是顶层光学反射镜层、吸波层、底层光学反射镜层、底层胶层。

6、所述顶层胶层用于粘接芯片，底层胶层用于粘接基板。

7、所述顶层光学反射镜层及底层光学反射镜层的结构为：中间层为石英玻璃，在玻璃两面为银层。其双面均具有太阳吸收率低，热发射率高的特点，即具备双层抗辐照特点。

8、所述吸波层由碳纳米管层、纳米钴层、石英玻璃载体层组成，纳米钴层贯穿于碳纳米管层中，碳纳米管层贯穿于石英玻璃载体层中，碳纳米管垂直于顶层光学反射镜层及底层光学反射镜层。

9、所述形状记忆合金丝为多个（至少两个），分别电绝缘粘接于吸波层的两端。

10、所述一种抗辐照多层散热膜结构的制备方法，包括如下方法：

11、（1）光学反射镜层制备：采用石英玻璃，在石英玻璃的两面分别制备一层光亮性金属层，使石英玻璃成为双面光学太阳反射镜。

12、（2）吸波层制备：采用离子刻蚀技术在光学反射镜上进行离子刻蚀，最终在光学反射镜上刻蚀出阵列通孔，然后在通孔中制备碳纳米管，然后在纳米管中制备纳米钴。

13、（3）双光学反射镜层与吸波层一体化制备：采用离子刻蚀工艺，从光学反射镜上开始进行离子刻蚀,直至将0.5mm厚度的石英玻璃刻蚀完整，再以一端光学反射镜为起点，另一端光学反射镜为终点，刻蚀出阵列通孔，然后在通孔中采用气相沉积工艺制备碳纳米管，最后在纳米管中采用电化学阴极沉积技术沉积纳米钴。

14、（4）多层散热膜制备：然后将一体化制备的双光学反射镜层与吸波层的石英玻璃结构平铺粘于两个胶面之间，从而得到初期多层散热膜。

15、（5）最终产品散热膜制备：采用金刚石切割机，将完整的散热膜切割成需要尺寸的芯片或基片的散热膜。

16、（6）形状记忆合金的粘接：采用绝缘胶在吸波层端面上粘接形状记忆合金。得到最终的抗辐照多层散热膜。

17、如图3所示，所述抗辐照多层散热膜的抗辐照技术原理如下：

18、当辐照照射在该类封装的产品上时，辐照穿透产品外壳（该过程辐照在穿透过程中有一定的衰减），然后进入抗辐照多层散热膜系统中，首先在第一块抗辐照散热膜上先进行太阳光反射镜层的反射，该反射过程使得一部分入产品中的辐照反射回去，而一部分未反射的辐照则继续穿入吸波层中；在吸波层中，辐照因为碳纳米管的吸波效应从而吸收部分穿过光学反射镜层的辐射，碳纳米管中纳米钴则对辐照中的部分射线进行反射损耗，从而进一步减少辐照在吸波层中的穿透；当射入的辐照即将穿透吸波层时，双面光学反射镜层对剩余的辐照再次进行反射入吸波层纳米管与纳米钴中继续进行反射损耗，从而导致辐照在吸波层中进行来回反射损耗，直至辐照在吸波层中来回反射损耗致不能在反射损耗中产生热量为止；辐照在吸波层中因反射产生的热量，当超过记忆温度时，形状记忆合金丝，通过变形，将热量导入芯片封装腔体中的散热基板上，从而避免极端情况下吸波层因为吸波而产生的过高温度，使得器件长期服役而失效。

19、所述抗辐照多层散热膜的散热技术原理如下：

20、器件运行时产生热量，通过fc（倒装芯片）背面传热至多层散热膜上，通过多层散热膜上的胶面和光学反射镜层将热传输到吸波层的纳米管通道中，然后利用纳米管通道快速的将热量传输至盖板端的反射镜层和胶面，最后通过盖板将热量传送至外界，从而完成大部分的散热功能。另外，当器件的内在运行环境温度超过记忆温度时，形状记忆合金的导热功能也能同时开启，将一部分热量传输至散热基板上进行散热。

21、本发明技术效果：

22、改变传统的点胶散热方式，转变成贴膜散热，且散热膜属于多层膜，通过对多层膜的结构修饰，将其赋予抗辐照功能，使得该多层散热膜在散热的同时具备抗辐照功能。

23、发明的优点：通过抗辐照多层散热膜的制备，使散热膜在满足散热功能下，还具备了抗辐照的功能。将传统的散热点胶转变成抗辐照多层散热膜贴装，使得辐照在透过封装外壳的情况下，表层fc芯片背面也有散热膜进行大部分辐照衰减，其中辐照在多层散热膜中反射损耗产生的热量致膜吸波层的温度超过记忆温度时会激发形状记忆合金变形并连通散热基板进行导热，从而保障芯片电性能的正常输出。

24、本发明可广泛应用于具有抗辐照要求的封装产品中。

技术特征：

1.一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于,包括：

2.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于，所述金属层为银层或铝层。

3.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于，所述石英玻璃的厚度为0.5mm-2mm。

4.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于，所述金属层厚度为150纳米-300纳米。

5.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于，所述碳纳米管的直径为50纳米-100纳米。

6.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于，所述纳米钴的形状为球形，材料纯度为99.9%。

7.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构，其特征在于，所述形状记忆合金丝为2个，分别电绝缘粘接于吸波层的两端，所述记忆合金丝的材料为tini合金，记忆合金的平衡温度为50℃。

8.如权利要求1所述的一种抗辐照多层散热膜结构的制备方法，其特征在于, 包括如下方法：

9.如权利要求8所述的一种抗辐照多层散热膜结构的制备方法，其特征在于： 所述金属层是采用热蒸发或磁控溅射的方法进行制备；所述通孔是采用离子刻蚀技术在光学反射镜上进行离子刻蚀，刻蚀过程采用氯气等离子刻蚀，通孔直径为50-100纳米。

10.如权利要求8所述的一种抗辐照多层散热膜结构的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管是采用气相沉积技术进行制备，采用20%乙炔、40%乙烯混合40%氮气，通过催化剂，在通孔中长出碳纳米管；所述纳米钴是在碳纳米管中采用电化学法阴极沉积技术沉积。

技术总结
一种抗辐照多层散热膜结构及其制备方法，属于半导体封装电子材料技术领域。结构包括顶层胶层、顶层及底层光学反射镜层、吸波层、底层胶层、形状记忆合金丝。顶层胶层位于散热膜的顶端，往底层方向依次是顶层光学反射镜层、吸波层、底层光学反射镜层、底层胶层；光学反射镜层的结构为：中间层为石英玻璃，在玻璃两面为银层；吸波层由碳纳米管层、纳米钴层、石英玻璃载体层组成；形状记忆合金丝分别粘接于吸波层的两端。所述方法包括光学反射镜层、吸波层、双光学反射镜层与吸波层一体化、多层散热膜、最终产品散热膜、形状记忆合金的粘接等工艺。解决了现有散热胶点胶工艺抗辐照能力及散热能力差的问题。广泛应用于具有抗辐照要求的封装技术领域。

技术研发人员：张超超,谌帅业,陈建波,贺京峰,熊涛,肖遥遥,黄家友
受保护的技术使用者：贵州振华风光半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17