[发明专利]一种使用金属基纳米纤维复合散热材料封装大尺寸芯片的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到一种能替代导热脂和导热膏应用于大尺寸芯片上的纳米级界面散热材料的封装工艺，具体就是那通过电纺技术和高冲压技术制备的金属基纳米纤维复合材料做成界面散热材料，进行回流焊接技术固定大尺寸芯片到印制电路基板上，从而使芯片有更好的散热性能。

背景技术

界面散热材料是一类应用相当广泛而且非常重要的材料，主要用于填补两种材料接触面间的空隙，在接触面之间来形成一种三明治结构有效的减小接触热阻、降低热阻抗。随着超大规模集成电路和高密度封装的出现，电子元器件发热量越来越高，对散热的要求越来越高，界面散热材料也越发显得重要，其扮演的角色也越来越关键。

在当今的微电子封装领域，为了提高由芯片到热沉的散热，已广泛应用了各种界面散热材料，其中包括导热油脂，导热胶，散热垫，散热胶带，相变材料和导热膏等。但是这些材料往往不能达到大尺寸高功率密度芯片迫切的散热要求。于是还有一些界面散热材料是通过在聚合物等基体材料中加入高导热率的金属材料或者碳纳米管材料进行提高导热性能。然而，这样的复合材料往往不能像导热脂、导热膏那么柔软或者有流动性，导致了在应用于大尺寸芯片工艺上往往会出现很多问题，比如孔隙率升高、和芯片的热膨胀系数不匹配产生界面裂痕等，都造成了界面热阻的升高，反而不利于高功率密度芯片的散热。本专利通过对大尺寸芯片粘结面进行表面处理，溅射金属层，并通过优化的回流焊接技术，可以把不同厚度的金属基纳米纤维复合薄片键合到基板，并有着高效的导热效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种能广泛应用与超大尺寸芯片上的界面散热材料工艺技术，达到较低空隙率，无界面裂痕的键合技术，从而使起超大规模集成电路上产生的热量高效散出。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明一种使用金属基纳米纤维复合散热材料封装大尺寸芯片的方法，其特征在于方法具有以下的工艺过程和步骤：

a.把聚酰亚胺PI和二甲基乙酰胺进行以1:5配比配成溶液，在高压18KV下进行电纺工艺形成纳米纤维网，然后再进行高压把熔融状态下的铟金属冲进纳米纤维网格里，形成金属基纳米纤维界面散热材料；

b.把切割成一定尺寸的芯片放入丙酮溶液中，进行超声清洗3分钟，然后用去离子水超声清

洗3分钟；

c.把芯片放入干法刻蚀机中，对芯片背面进行刻蚀1-2分钟；

d.然后将芯片放入磁空溅射仪器腔内，对芯片刻蚀面进行先溅射厚度为20nm的Ti，再溅射100nm的Au；

e.分别涂助焊剂Tacflux012到芯片背面和基板焊盘上，此处焊盘是镀镍寖金工艺制作；

f.然后把上述的金属基纳米纤维散热材料薄片夹在芯片和印制电路基板中间，均匀加压；

g.样品放到回流炉里，进行回流焊接，回流条件设定：最高温度：180摄氏度，回流时间180s。

附图说明

图1 为本发明封装样品的结构示意图。

图2 为本发明完成封装后的样品的X-RAY检测图片。

图3 为本发明完成封装后的样品导热性能测试结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例中的封装工艺步骤如下：

1.    把聚酰亚胺PI和二甲基乙酰胺进行以1:5配比配成溶液，在高压18KV下进行电纺工艺形成纳米纤维网，然后再进行高压把熔融状态下的铟金属冲进纳米纤维网格里，形成金属基纳米纤维界面散热材料。

2.    把切割成30cm*30cm的芯片放入丙酮溶液中，进行超声清洗3分钟，然后用去离子水超声清洗3分钟。 

3.    把芯片放入干法刻蚀机中，对芯片背面进行刻蚀2分钟，以达到芯片表面无污染。

4.    然后将芯片放入磁空溅射仪器腔内，对芯片刻蚀面进行先溅射厚度为20nm的Ti，再溅射100nm的Au. Ti是半导体和金属之间很好的过渡层，从而使后续溅射的金属不剥落。

5.    利用手工网版印刷技术分别涂助焊剂Tacflux012到芯片背面和基板焊盘上，此处焊盘是镀镍寖金（ENIG：Electroless Nickel and Immersion Gold）制作。

6.    然后把纳米级界面散热材料薄片夹在芯片和基板中间，均匀加压1-5psi。