[发明专利]垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料及其制备方法。本发明复合材料由垂直碳纳米管阵列与纳米银浆组成，碳纳米管致密化后在其间隙内填充纳米银浆，利用纳米银浆的高导热率降低碳纳米管的界面热阻，制备方法是使用热释放胶带，在纳米银浆的辅助下，实现碳纳米管的两次转移，制备出阵列碳纳米管与纳米银浆复合互连材料。将垂直碳纳米管阵列实际用于芯片互连结构中，在具有良好导热率，优异的机械强度的纳米银浆基础上加入垂直碳纳米管阵列，对于高密度大功率的芯片级互连结构的散热性能意义重大。

技术领域

本发明涉及一种具有银导热层结构的电子器件及其封装方法，特别是涉及一种银基复合导热层结构的电子器件及其封装方法，应用于电子封装技术领域。

背景技术

碳纳米管作为一种具有前景的界面散热材料。以其优异的导热性能，良好的机械性能得到广泛地研究，并提出用于许多新型封装解决方案。实验表明单根单臂碳纳米管的导热率高达5800W/m K，多壁碳纳米管也可超过3000W/m K。碳纳米管的排列状态对其导热能力有较大影响，垂直定向排列的碳纳米管阵列其导热能力优于随机排列的碳纳米管。然而碳纳米管的缺点也制约着其应用范围。较高的生长温度超出了大部分的芯片的受热能力，所以碳纳米管需进行转移后使用。碳纳米管通常也需要在其他材料如高分子，金属等的帮助下才能用于芯片互连。此外，较高的界面热阻也是限制碳纳米管界面散热材料的导热率无法提高的主要原因。纳米银浆作为无铅焊料时代下，应用前景非常广阔的芯片互连材料。主要优势是高温使用，低温制备，无焊点重熔现象，高导电导热能力，且具有优异的机械性能。但目前采用碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料替代传统银基复合导热层结构的电子器件还未见报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料及其制备方法，使用热释放胶带，在纳米银浆的辅助下，完成垂直碳纳米管阵列从生长衬底向芯片的二次转移，实现垂直碳纳米管阵列与纳米银浆的复合互连材料的制备，得到垂直碳纳米管阵列与纳米银浆互连复合结构。将碳纳米管用于芯片互连结构中，形成垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料，包括基体材料和基体材料中均匀分布的碳纳米管阵列材料，形成垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料的复合材料，碳纳米管为定向排布的垂直陈列，基体材料采用银浆凝固后制成，碳纳米管在材料中，每簇碳纳米管之间的间隙填充纳米银浆凝固填料。

优选上述碳纳米管进行致密化处理形成致密化微结构阵列。

优选上述纳米银浆填充厚度高于碳纳米管高度。

一种本发明垂直碳纳米管阵列与纳米银浆复合互连材料制备方法，其步骤如下：

步骤1.在带有图形化催化剂的硅片上生长垂直碳纳米管阵列；优选碳纳米管生长高度为100-1000μm；

步骤2.将碳纳米管转移至热释放胶带上，除去硅片，并对碳纳米管进行致密化处理，获得具有致密化微结构的垂直碳纳米管阵列；或者先对硅片上碳纳米管进行致密化处理，获得具有致密化微结构的垂直碳纳米管阵列，然后将具有致密化微结构的垂直碳纳米管阵列转移至热释放胶带上，再除去硅片，获得结合热释放胶带的具有致密化微结构的垂直碳纳米管阵列；优选进行致密化处理的时间为15-120s，优选致密化处理的时间根据碳纳米管转移和碳纳米管致密化处理的先后顺序进行调整；