[发明专利]一种石墨基新型电子电路板及其制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电子电路板，特别是一种为产生高热量电子组件设计的石墨基新型电子电路板及其制作工艺。

技术背景

随着电子工业的飞速发展，电子产品的体积尺寸越来越小，功率密度越来越大，解决散热的问题已经被提到了一个新的高度，这是对电子工业设计的一个巨大的挑战。

面对电子产品越做越小，电子电路板上的组件日趋复杂；也产生越多不必要的热量。随着电子技术的迅速发展，为提高元器件和设备的热可靠性以及对各种恶劣环境条件的适应能力，使电子元器件和设备的热控制和热分析技术得到了普遍的重视和发展。

自1948年半导体器件问世以来，电子元器件的小型化、微小型化和集成技术的不断发展，使每个集成电路所包含的元器件数超过了250000个，由于超大规模集成电路(VLSIC)、专门集成电路(ASIC)、超高速集成电路(VHSIC)等微电子技术的不断发展，微电子器件和设备的组装会造成热量难以扩散而产生相对极端的温度。

研究表明，芯片级的热流密度高达100W/cm²，它仅比太阳表面的热流密度低两个数量级，太阳表面的温度可达6000℃，而半导体集成电路芯片的结温应低于100℃，如此高的热流密度，若不采取合理的热控制技术，必将严重影响电子元器件和设备的热可靠性。这些热量都是造成产品寿命变短、甚至无法使用的元凶。

电子设备热控制的目的是要为芯片级、组件级、组件级和系统级提供良好的热环境，保证它们在规定的热环境下，能按预定的方案正常、可靠的工作。热控制系统必须在规定的使用期内，完成所规定的功能，并以最少的维护保证其正常工作的功能。

防止电子元器件的热失效是热控制的主要目的。热失效是指电子元器件直接由于热因素而导致完全失去其电气功能的一种失效形式。严重的失效，在某种程度上取决于局部温度场、电子元器件的工作过程和形式，因此，就需要正确地确定出现热失效的温度，而这个温度应成为热控制系统的重要判据，在确定热控制方案时，电子元器件的最高允许温度和最大功耗应作为主要的设计参数。

传统的电子电路板对于高热组件难以提供其散热。金属基电子电路板由于具有良好的导热性(导热系数大约为0.5～12W/m·k)、电气绝缘性能和机械加工性能而越来越得到广泛应用。金属基电子电路板主要由导电金属薄膜(如金、银、铜、铝、铂等)、导热绝缘层及金属基板三层组成，导电金属薄膜为线路板层，金属基板多采用铝或铜等导热材料(铝的导热系数：270W/m·k，铜的导热系数380W/m·k)，导热绝缘层多采用进口陶瓷基聚合物材料。

但是金属电子电路板也有一些不可克服的缺点：

(1)金属基板铜、铝价格居高不下。对于电子电路板加工制造业，技术已不是企业的核心竞争力，成本成为制约每个企业的瓶颈。

(2)金属基板铜、铝重量。金属的重量过大容易引起电路板破裂。尤其当散热组件的散热面积显著大于电子器件的面积时，如纯铜重8.96g/cm³，纯铝重2.70g/cm³，在许多应用中，散热部件需要设置在电路板(或类此的组件)上，以散发来自板上各个组件的热量。如果使用金属散热部件，板上金属的重量会增加板破裂的机会，并且也增加组件自身的重量，这对于便携式电子装置及顺应目前电子器件小型化和轻量化的趋势，尤其重要。

(3)绝缘层一般为聚合物材料，进口的陶瓷聚合物材料导热系数2.2W/m·k，可以耐回焊温度7～8次不起泡，国产陶瓷聚合物材料导热系数1.5W/m·k，可以耐回焊温度1～2次不起泡，由于高分子的老化现象而不能保证电路板及产品的问题。

目前如何增加电子电路板的导热系数，稳定性能、降低重量、降低成本以满足不同热管理系统的需要，已成为一个急待解决的课题。

发明内容

本发明目的是克服现有电子电路板的缺点，顺应电子产业需求，提供了一种以石墨为导热材料的新型电子电路板。

石墨是一种很好的散热材料，其导热系数高，可达100～1000W/m·k。在相同面积下，石墨的导热系数比铜、铝高3～5倍，而重量却是铜的1/8，是铝的1/2，尤其符合电子行业的发展方向——轻薄短小高功能产品的散热要求。

国内石墨资源丰富，开采工艺简单，耗费较少。石墨原料与铜铝性能、价格对比见下表。

由表中可以看出，在同等体积下，以石墨为原料来制作散热材料，具有重量最小、原料价格便宜，导热性能好的优点。