[发明专利]一种可压缩金属热界面材料的制作方法

说明书

本申请公开一种可压缩金属热界面材料的制作方法，其中所述可压缩金属热界面材料的制作方法包括以下步骤：首先加工直径为0.005～0.1mm的金属纤维，再通过纺纱工艺把金属纤维纺制为截面纤维根数为5～40根的金属纱线，采用编织或针织工艺，把金属纱线织造为厚度为0.2～1.6mm的金属织造布热界面材料，或者采用气流成网、针刺加固的工艺把长度为30～80mm、直径为0.005～0.05mm的短金属纤维加工为厚度为0.05～2.0mm的无纺金属布热界面材料，其中所述金属织造布和无纺布热界面材料的横截面方向上所包含的金属纤维根数为5～40根。

技术领域

本发明涉及用于电子封装的热界面材料，尤其涉及一种金属热界面材料的制作方法。

背景技术

5G网络是指第五代无线网络。目前，5G网络传输速率已成功在28GHz波段下达到了1Gbps，未来5G网络的传输速率甚至可达10Gbps，其数据处理量是4G的10～100倍，如此海量数据的接收、处理和发射都使射频芯片、基带芯片、CPU、GPU和神经网络芯片等各类芯片的运算量急剧增大，导致芯片功耗激增。芯片功耗的激增直接导致其发热量剧增，这就对芯片封装热管理材料的散热性能要求越来越高，可以说，热管理材料是制约5G发展的瓶颈之一。又如，半导体激光芯片是一种功率芯片，功率从500W～8000W不等，芯片发热量大，也需要高效的热管理材料。

热界面材料(Therm Interface Materials，TIM)是热管理材料的一种，具体是指填充在芯片和散热器之间，或者散热器与热沉之间的界面连接材料，其主要作用是减小界面热阻，提高传热效率。填充在芯片和散热器之间的热界面材料一般称为TIM1，填充在散热器和散热器之间的热界面材料称为TIM2。散热器与芯片均为刚体，二者直接接触时，由于表面平整度和粗糙度等问题，其接触部分仅为少数凸起位置的接触，大部分表面之间存在间隙，这些间隙中间充满空气，而空气的热导率极低，只有0.02W/(m·K)左右，由此，间隙使得热量难以从芯片充分传导至散热器，很容易导致芯片过热。

而芯片的最佳工作温度一般要求低于70℃，实验表明，温度每升高10℃，芯片的失效率就会翻一倍。因此，随着5G芯片和功率芯片的发展，市场迫切需要一种高热导率、低界面热阻的热界面材料。

传统热界面材料主要有导热膏(Thermal Grease)、导热垫(Thermal Pad)、相变导热材料(Phase Change Materials)、导热凝胶(Thermal Gel)、导热黏胶(ConductiveAdhesive)、钎焊料(Solder)和导热带(Thermal Tapes)等。

导热膏这是一种粘稠状液体，具有较强的粘性，其基材主要成分是硅油或者非硅质的高分子聚合物，为提高热导率，在其中填充AlN、ZnO、Al₂O₃、SiC、铝粉、银粉、石墨粉甚至金刚石粉末等，市售导热膏热导率一般在0.4～4W/(m·K)之间，导热膏厚度一般为20～100微米。其缺点是使用过程中会产生溢出和相分离，有严重的泵出效应(Pump-out Effect)，所谓泵出效应，是指在温度变化过程中，由于热胀冷缩效应，散热器和芯片会产生微小的往复变形，这种微小的往复变形会导致导热膏被挤出，从而导致散热器和芯片之间接触不充分，散热能力下降，热阻升高，随着使用时间的延长，泵出效应会导致导热膏的可靠性大幅度下降，另一方面，因为导热膏是液体，会玷污基体，且导热膏不能重复使用。

导热垫是另外一种常用的热界面材料，它以柔软的聚合物(例如聚硅氧烷橡胶化合物)为基体，再添加高导热填料(例如BN、SiC、Al₂O₃等)，形成具有一定柔软性的固态导热垫，热导率一般为0.8～3W/(m·K)，安装后的厚度一般为200～1000微米。导热垫需要在一定的封装压力才能与基底结合紧密，故柔软性对于导热垫能否填充空气间隙至关重要，但填充材料增加了导热垫的刚性，降低了其柔软性，如果填充材料的填充率过低，其界面热阻又太大，热导率和填充率之间的矛盾严重限制了其整体性能。