[发明专利]一种高导热电子封装用基板材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热电子封装用基板材料的制备方法，采用有机聚氨酯泡沫浸渍法烧结成网状多孔氧化铝陶瓷作为环氧树脂基材料的导热骨架，然后经过硅烷偶联剂表面改性后填充环氧树脂灌封，经过高温固化后形成具有良好导热性能的陶瓷/树脂复合基板材料。本发明属于电子封装用基板材料领域，针对当今陶瓷/树脂复合材料在低填料含量下不能形成导热网络的问题，通过有机泡沫浸渍法构造网状多孔结构，再利用表面改性，环氧树脂负压浸渍等技术制得轻质的复合基板材料，达到了在较低陶瓷体积分数的情况下实现复合材料较高的热导率提升和极大降低热膨胀系数的目的，本发明操作简单、成本低且性能优异，适合大面积推广。

技术领域

本发明属于电子封装用基板材料领域，具体是指一种高导热电子封装用基板材料的制备方法。

背景技术

近些年来，随着电子集成技术高速发展，组装密度不断提高，电子元件向轻、薄、小等方向发展，导致电子元件在很小的体积范围内产生大量的热量聚集。高温会影响电子元器件的性能导致其失效，因此开发高导热材料以降低电子元件的工作温度显得尤为重要。聚合物因成本低且具有电气绝缘性、耐腐蚀、可操作性强等特点，使其在电子器件封装中得到了广泛的应用。然而，常规的聚合物是热的不良导体，导热系数一般低于0.4W/(m·K)，在实际应用过程中面临散热困难和易老化变形的问题。此外，聚合物的热膨胀系数远远高于硅片及金属线，作为电子封装用基板材料会产生界面失效的问题。因此有效提高聚合物基复合材料的导热性能并降低其热膨胀系数成为目前电子封装用基板材料领域研究的重点之一。

现有技术表明可通过在聚合物中添加高导热材料（如Al₂O₃、AlN、BN、SiC等）来提高聚合物导热系数，施萍等人在氧化铝粒子填充环氧基复合材料导热性能的研究一文中，以Al₂O₃为导热填料制备了填充型环氧基复合材料，并研究了该复合材料导热系数与Al₂O₃粉体的填充量、粒径和形状之间的关系。研究结果表明：复合材料的导热系数随着氧化铝填充量的增加而增大，当氧化铝填充量较低时，导热系数随Al₂O₃粉体填料粒径的增加而增大；当氧化铝填充量较高时，导热系数随填料粒径的增加而减小，通过上述复配填充的方法最终获得了导热系数大于1.10W/(m·K)且黏度适宜的环氧基复合材料。导热填料掺杂的方法存在两个问题：一是通常在60vol%以上的填充量时才能形成一定的导热网络，这无疑增加了基体的质量并在一定程度上恶化了材料的力学性能，而且纳米级的颗粒无法实现较高的填充量；二是随着导热填料添加量的增大，界面增多，界面处声子散射严重，导致复合材料并不能达到理论的热导率。

发明内容

为解决上述现有技术难题，本发明的目的在于解决现有技术中电子封装用基板材料在较低填料掺杂量下导热系数提升不明显、热膨胀系数大的技术问题；本发明新型高导热电子封装用基板材料不同于传统的粉末直接掺杂，先采用有机聚氨酯泡沫浸渍法烧结成网状多孔氧化铝陶瓷作为环氧树脂基材料的导热骨架，然后经过硅烷偶联剂表面改性后填充环氧树脂灌封，经过高温固化后形成具有良好导热性能的陶瓷/树脂复合基板材料，同时，本发明提供了一种新型的电子封装用基板材料互穿网络结构，通过烧结形成的陶瓷骨架极大地减小了粉体之间的界面热阻并且实现了较低填充量下导热率的迅速提升，因此本发明制得这种特殊的三维网状多孔结构在较少陶瓷填充量的情况下有利于形成连续的导热网络，增强电子元器件封装用材料的散热能力并且限制了聚合物的自由膨胀。

本发明采取的技术方案如下：本发明一种新型高导热电子封装用基板材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）通过有机泡沫浸渍法制备具有孔隙率的网状多孔陶瓷骨架：利用经过NaOH处理、PVA表面改性后的有机泡沫作为模板，然后将以具备高导热率材料粉体为原料制备的陶瓷浆料浸渍到经过预处理后的有机泡沫模板表面进行挂浆，经挤压、干燥后于高温炉中1500℃环境下烧结制备具有连续三维网络结构的网状多孔陶瓷骨架；