一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410598620.X	申请日：	2014.10.29
公开号：	CN104362134A	公开日：	2015.02.18
当前法律状态：	实审	有效性：	审中
法律详情：	实质审查的生效IPC(主分类):H01L 23/373申请日:20141029\|\|\|公开
IPC分类号：	H01L23/373; H01B1/22; H01B13/00	主分类号：	H01L23/373
申请人：	广州丰江微电子有限公司; 中山大学
发明人：	林图强; 崔国峰
地址：	511475广东省广州市南沙区东涌镇太石工业区
优先权：
专利代理机构：	广州嘉权专利商标事务所有限公司44205	代理人：	郑莹
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内容摘要

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。

权利要求书

权利要求书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40-70μm，直径为1-20nm。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5-200μm。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℃。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。

说明书

说明书一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
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
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。
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。
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
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。
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。
纳米银线的长度为40-70μm，直径为1-20nm。
所述的热界面层的厚度为5-200μm。
所述的热界面层的气孔率为0-5%。
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。
烧结的温度为250-260℃。
所述的散热器为金属材质的散热器。
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。
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。
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。
附图说明
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
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。
纳米银线的长度为40-70μm，直径为1-20nm。
所述的热界面层的厚度为5-200μm；所述的热界面层的气孔率为0-5%。
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。
步骤1）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5-20μm。
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20-200μm；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。
步骤4）中，烧结的温度为250-260℃；烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为5-200μm，形成的烧结纳米银线层的气孔率在0-1%。
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。
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。
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1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）。
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5μm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8μm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40-70μm，直径为1-20nm）；
5）260℃下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为5μm。
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12μm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20μm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40-70μm，直径为1-20nm）；
5）260℃下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为80μm。
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20μm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5μm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40-70μm，直径为1-20nm）；
5）260℃下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为200μm。
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。
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℃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%。
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℃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%。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 104362134 A(43)申请公布日 2015.02.18CN104362134A(21)申请号 201410598620.X(22)申请日 2014.10.29H01L 23/373(2006.01)H01B 1/22(2006.01)H01B 13/00(2006.01)(71)申请人广州丰江微电子有限公司地址 511475 广东省广州市南沙区东涌镇太石工业区申请人中山大学(72)发明人林图强崔国峰(74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司 44205代理人郑莹(54) 发明名称一种电路基板与散热器间低孔洞的纳米银线烧结工艺(57) 摘要本发明公开了。

2、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。(51)Int.Cl.权利要求书1页说明书3页附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(。

3、12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页(10)申请公布号 CN 104362134 ACN 104362134 A1/1页21.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40-70m，直径为1-20nm。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5-200m。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。

4、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。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。权利。

5、要求书CN 104362134 A1/3页3一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。

6、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。

7、，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40-70m，直径为1-20nm。0008 所述的热界面层的厚度为5-200m。0009 所述的热界面层的气。

8、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。说明书CN 104362134 A2/3页40011 烧结的温度为250-260。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。

9、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。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40-70m，直径为1-20nm。0019 所述的热界面层的厚度为5-2。

10、00m；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1）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5-20m。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。

11、后形成的铜层的厚度为20-200m；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；烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为5-200m，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1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、。

12、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）。说明书CN 104362134 A3/3页50027 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5m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8m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。

13、度为40-70m，直径为1-20nm）；5）260下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为5m。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12m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20m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40-70m，直径为1-20nm）；5）260下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度。

14、为80m。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20m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5m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40-70m，直径为1-20nm）；5）260下进行烧结即可，烧结后，形成的烧结纳米银线层的厚度为200m。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%。说明书CN 104362134 A1/1页6图1说明书附图CN 104362134 A。

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