一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺。电路基板与散热器高导热互连的热界面层为纳米银线通过烧结制成。一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，步骤为：1）在散热器表面形成Ni/Au层或Ni/Ag层；2）在电路基板背面电镀铜，再形成Ni/Au层或Ni/Ag层；3）在形成了Ni/Au层或Ni/Ag层后的散热器和电路基板间填充纳米银线；4）烧结即可。本发明也公开了烧结纳米银线层作为热界面层在电路基板与散热器高导热互连中的应用。本发明的热界面层的气孔率低，可以实现散热器和电路基板的高导热互连。
【专利说明】—种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺。
【背景技术】
[0002]近年来，电子产业蓬勃发展，各种高功率的电子元件层出不穷，线路板上元件的密度也越来越大。这使得在能耗增加的同时，产生的热量也大大增加。若不能及时将热量转移，会对元件的性能产生影响。传统的工艺使用环氧树脂制造的绝缘基板，其热阻大，远不能满足大功率器件散热的需求；使用陶瓷材料制成的基板，虽然其导热性能远远大于环氧树脂，但基板与散热器之间的连接需要用到导热胶，而导热胶的热阻仍然很大，同样限制了其散热能力，形成了散热瓶颈，而金属基板由于可以与散热器一体化，使散热效果大大提高，所以近年来高导热的金属基板得到了空前的发展。
[0003]作为连接散热器和基板的热界面层，其对散热结构的整体散热性能起着关键作用，如前所述，导热胶往往成为整体散热结构的散热瓶颈，人们寻求其他热界面材料，如采用银浆或银焊膏。例如CN 1870310 A公开了:以纳米银焊膏低温烧结封装连接大功率LED的方法，其先制备纳米银焊膏，再利用丝网印刷或点胶机将纳米银焊膏注射于基板上连接发光二极管，然后放入烧结炉中烧结，改善了 LED封装材料在导电率、导热率、粘接强度、耐高温方面的不足。CN 102290117 A公开了:一种低温烧结纳米银浆及其制备方法，该纳米银浆尤其适合应用于电子封装领域中作为功率型芯片互连的新型热界面材料。
[0004]然而，银浆或银焊膏中存在溶剂或其他易挥发性组分，在烧结的过程中，其中的溶剂或其他挥发组分从银浆或银焊膏中挥发出来，在烧结银层中形成大量孔洞，因此，造成散热结构的实际导热率仍然非常低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺。
[0006]本发明所采取的技术方案是:
电路基板与散热器高导热互连的热界面层，所述的热界面层为纳米银线通过烧结制成。
[0007]纳米银线的长度为40-70 μ m,直径为l_20nm。
[0008]所述的热界面层的厚度为5-200 μ m。
[0009]所述的热界面层的气孔率为0-5%。
[0010]一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，步骤如下:
1)在散热器表面形成Ni/Au层或Ni/Ag层；
2)在电路基板背面电镀铜，再形成Ni/Au层或Ni/Ag层；
3)在形成了Ni/Au层或Ni/Ag层后的散热器和电路基板间填充纳米银线；
4)烧结即可；
经过烧结后，纳米银线层形成了热界面层。
[0011]烧结的温度为250-260°C。
[0012]所述的散热器为金属材质的散热器。
[0013]纳米银线烧结层作为热界面层在电路基板与散热器高导热互连中的应用。
[0014]本发明的有益效果为:
本发明的热界面层为低孔洞的纳米银线烧结层，可以实现散热器和电路基板的高导热互连。
[0015]具体来说:
本发明采用纳米烧结银线层作为电路基板和散热器之间的热界面层，和银浆或银焊膏相比，并不存在溶剂、分散剂或其他易挥发组分，可以实现较低温度的烧结，且在烧结后，烧结层中基本无气孔，即经过本发明的纳米银线烧结工艺，在电路基板与散热器间形成了低孔洞的热界面层，从而可以实现散热器和基板的高导热连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是包含本发明热界面层的散热结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]电路基板与散热器高导热互连的热界面层，其中，所述的热界面层为纳米银线通过烧结制成。
[0018]纳米银线的长度为40-70 μ m,直径为l_20nm。
[0019]所述的热界面层的厚度为5-200 μ m ;所述的热界面层的气孔率为0_5%。
[0020]一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，步骤如下:
1)在散热器表面形成Ni/Au层或Ni/Ag层；
2)在电路基板背面电镀铜，再形成Ni/Au层或Ni/Ag层；
3)在形成了Ni/Au层或Ni/Ag层后的散热器和电路基板间填充纳米银线；
4)烧结即可；
经过烧结后，纳米银线层形成了热界面层。
[0021]步骤I)和2)中，形成Ni/Au层或Ni/Ag层的方法为公知常识，如化学镀镍浸金或化学镀镍后再电镀银；优选的，所述的Ni/Au层或Ni/Ag层的厚度为5-20 μ m。
[0022]步骤2)中，电路基板背面(相对于正面而言，基板正面上布设电子元件)电镀铜之后形成的铜层的厚度为20-200μπι ;所述的电路基板为金属化处理后的氧化铝或氮化铝陶瓷基板；氧化铝或氮化铝陶瓷基板的金属化方法为现有技术。
[0023]步骤4)中，烧结的温度为250_260°C ;烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为5-200 μ m,形成的烧结纳米银线层的气孔率在0-1%。
[0024]所述的散热器为金属材质的散热器；优选的，为铝散热器或铜散热器。
[0025]烧结纳米银线层作为热界面层在电路基板与散热器高导热互连中的应用。
[0026]如图1所示，为包含本发明热界面层的散热结构示意图，在散热器I的表面上设有第一镀层2 (所述的第一镀层为Ni/Au层或Ni/Ag层)，电路基板6的背面依次形成有电镀铜层5、第二镀层4 (所述的第二镀层为Ni/Au层或Ni/Ag层)，在第一镀层2和第二镀层4之间形成有热界面层3 (纳米银线烧结制成)。
[0027]下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明:
实施例1:
一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，步骤如下:
1)将铝散热器表面进行表面化学镀镍防护处理；
2)再于镀镍层表面进行浸金处理，从而在散热器表面形成厚度为5μ m的Ni/Au层；
3)在氧化铝陶瓷基板背面电镀铜，再进行化学镀镍浸金处理，从而得到厚度为8μ m的Ni/Au 层；
4)在形成了Ni/Au层之后的散热器和形成了 Ni/Au层之后陶瓷基板间填充纳米银线(纳米银线的长度为40-70 μ m，直径为l-20nm)；
5)260°C下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为5 μ m。
[0028]实施例2:
一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，步骤如下:
1)将铜散热器表面进行表面化学镀镍防护处理；
2)再于镀镍层表面进行电镀银处理，从而在散热器表面形成厚度为12μ m的Ni/Ag
层；
3)在氮化铝陶瓷基板背面电镀铜，再进行化学镀镍浸金处理，从而得到厚度为20μ m的Ni/Au层；
4)在形成了Ni/Ag层之后的散热器和形成了 Ni/Au层之后陶瓷基板间填充纳米银线(纳米银线的长度为40-70 μ m，直径为l-20nm)；
5)260°C下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为80μπι。
[0029]实施例3:
一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，步骤如下:
1)将铝散热器表面进行表面化学镀镍防护处理；
2)再于镀镍层表面电镀银处理，从而在散热器表面形成厚度为20μ m的Ni/Ag层；
3)在氮化铝陶瓷基板背面电镀铜，再进行化学镀镍浸金处理，从而得到厚度为5μ m的Ni/Au 层；
4)在形成了Ni/Ag层之后的散热器和形成了 Ni/Au层之后陶瓷基板间填充纳米银线(纳米银线的长度为40-70 μ m，直径为l-20nm)；
5)260°C下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为200 μ m。
[0030]经过检测，烧结纳米银线层，其导热率在200-230 W/mK，且气孔率在0_5%之间；整体散热结构的导热率大于180 W/mK。
[0031]作为对比，采用CN 102290117 A【具体实施方式】一至三中制备的银浆代替本发明的纳米银线，在260°C下进行烧结，且烧结后的银层的导热率在170-180 W/mK，气孔率> 10%。
[0032]采用CN 1870310 A【具体实施方式】中制备的银焊膏代替本发明的纳米银线，需要在290°C下进行烧结，且烧结后的银层的导热率在175-190 W/mK，气孔率> 8%。
【权利要求】
1.电路基板与散热器高导热互连的热界面层，其特征在于:所述的热界面层为纳米银线通过烧结制成。
2.根据权利要求1所述的电路基板与散热器高导热互连的热界面层，其特征在于:纳米银线的长度为40-70 μ m，直径为l-20nm。
3.根据权利要求1所述的电路基板与散热器高导热互连的热界面层，其特征在于:所述的热界面层的厚度为5-200 μ m。
4.根据权利要求1所述的电路基板与散热器高导热互连的热界面层，其特征在于:所述的热界面层的气孔率为0-5%。
5.一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，其特征在于:步骤如下: 1)在散热器表面形成Ni/Au层或Ni/Ag层； 2)在电路基板背面电镀铜，再形成Ni/Au层或Ni/Ag层； 3)在形成了Ni/Au层或Ni/Ag层后的散热器和电路基板间填充纳米银线； 4)烧结即可； 经过烧结后，纳米银线层形成了权利要求1所述的热界面层。
6.根据权利要求3所述的一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，其特征在于:烧结的温度为250-260°C。
7.根据权利要求3所述的一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺，其特征在于:所述的散热器为金属材质的散热器。
8.纳米银线烧结层作为热界面层在电路基板与散热器高导热互连中的应用。
【文档编号】H01B13/00GK104362134SQ201410598620
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】林图强, 崔国峰 申请人:广州丰江微电子有限公司, 中山大学