CN101662894B - 封装基板以及封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种封装基板，其依次包括导电层、复合材料层以及金属基板，所述导电层具有导电图形，所述复合材料层具有第一表面和第二表面，所述第一表面与金属基板接触，所述第二表面与第一表面相对，复合材料层包括聚合物基体以及埋设于聚合物基体的碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列的生长方向与第一表面的夹角为80~100度之间。本发明还提供一种包括上述封装基板的封装结构。本发明的封装基板以及封装结构具有较佳的散热性能。

Description

封装基板以及封装结构
技术领域
本发明涉及电路板技术，尤其涉及一种封装基板以及具有该封装基板的封装结构。
背景技术
在信息、通讯及消费性电子产业中，电路板是所有电子产品不可或缺的基本构成要件。随着电子产品往小型化、高速化方向发展，电路板也从单面电路板往双面电路板、多层电路板方向发展。多层电路板由于具有较多的布线面积和较高的装配密度而得到广泛的应用，请参见Takahashi，A.等人于1992年发表于IEEE Trans.on Components，Packaging，andManufacturing Technology的文献“High density multilayer printed circuit boardfor HITAC M~880”。
布线面积的增加、导电线路的细化使得电路板导电线路的线宽越来越细，线路的电阻越来越大，产生的热量也越来越多。而装配密度的增加极大地增加了封装在电路板上的封装元件如集成芯片、电阻的数量，也极大地增加了封装元件产生的热量。也就是说，现有技术的电路板产生了较多的热量。但是，现有技术的电路板并不能较快地散热。这是因为，一方面，电路板导电线路的电阻越来越大，导热性能也越来越弱；另一方面，电路板的绝缘层具有较低的导热系数，不能有效地导热，更不能有效散热。
因此，有必要提供一种具有较佳散热性能的封装基板以及封装结构。
发明内容
以下将以实施例说明一种封装基板以及封装结构。
一种封装基板，依次包括导电层、复合材料层以及金属基板，所述导电层具有导电图形，所述复合材料层具有第一表面和第二表面，所述第一表面与金属基板接触，所述第二表面与第一表面相对，复合材料层包括聚合物基体以及埋设于聚合物基体的碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列的生长方向与第一表面的夹角为80~100度之间。
一种封装结构，包括封装元件以及如上所述的封装基板，所述封装元件电连接于所述导电图形。
本技术方案的封装基板以及封装结构中具有金属基板以及与金属基板接触的复合材料层，并且所述复合材料层具有生长方向基本垂直于第一表面碳纳米管阵列，从而复合材料层具有优良的导热性能，可以较快地将导电图形以及封装元件散发的热量传导至金属基板，并由金属基板快速散发至外界。
附图说明
图1为本技术方案第一实施例提供的封装基板的示意图。
图2为本技术方案第一实施例提供的基底的示意图。
图3为本技术方案第一实施例提供的在基底上形成催化剂层的示意图。
图4为本技术方案第一实施例提供的在催化剂层上生长碳纳米管阵列的示意图。
图5为本技术方案第一实施例提供的聚合物基体包覆碳纳米管阵列的第二端部的示意图。
图6为本技术方案第一实施例提供的去除基底和催化剂层的示意图。
图7为本技术方案第一实施例提供的聚合物基体包覆碳纳米管阵列的第一端部的示意图。
图8为本技术方案第二实施例提供的封装基板的示意图。
图9为本技术方案第三实施例提供的封装基板的示意图。
图10为本技术方案提供的包括如图9所示的封装基板的封装结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及多个实施例，对本技术方案提供的封装基板以及封装结构作进一步的详细说明。
请参阅图1，本技术方案第一实施例提供的封装基板10依次包括导电层11、复合材料层12以及金属基板13。所述导电层11具有导电图形111，所述导电图形111用于与封装元件电连接以实现信号传输与处理。所述复合材料层12位于导电层11和金属基板13之间，具有相对且平行的第一表面1201和第二表面1202。所述第一表面1201与金属基板13接触，所述第二表面1202与导电层11相接触。复合材料层12用于将第一表面1201的热量较快地传导至第二表面1202，从而将来自导电图形111和封装元件的热量较快地传导至金属基板13。所述金属基板13由铝、铜等具有较好导热性能的金属材料制成，用于将复合材料层12传导的热量快速散发至外界。
具体地，所述复合材料层12包括聚合物基体121和碳纳米管阵列122。所述聚合物基体121可以为绝缘的硬性树脂，如环氧、玻纤布等，也可以为绝缘的柔性树脂，例如聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephtalate，PET)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚硫胺(Polyamide)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate)、聚碳酸酯(Polycarbonate)或聚酰亚胺-聚乙烯-对苯二甲酯共聚物(Polyamide polyethylene-terephthalate copolymer)等。所述碳纳米管阵列122包括多根排列方向一致的碳纳米管，所述多根碳纳米管的轴向即碳纳米管阵列122的生长方向与第一表面1201之间的夹角为80~100度之间，也就是说，碳纳米管阵列122的生长方向基本垂直于第一表面1201和第二表面1202。
碳纳米管阵列122具有相对的第一端部1221和第二端部1222，所述第一端部1221和第二端部1222之间的距离小于第一表面1201与第二表面1202之间的距离，即，碳纳米管阵列122的高度小于复合材料层12的厚度。优选地，所述碳纳米管阵列的高度为复合材料层厚度的2/3~4/5之间。
所述碳纳米管阵列122埋设于聚合物基体121。本实施例中，所述第一端部1221和第二端部1222均埋设于聚合物基体121内。所述第一端部1221靠近第一表面1201且不与第一表面1201相接触，所述第二端部1222靠近第二表面1202且不与第二表面1202相接触。并且，所述第一端部1221与第一表面1201之间的距离等于第二端部1222与第二表面1202之间的距离，第一端部1221与第一表面1201之间的距离可以为碳纳米管阵列122高度的1/4-1/8。
由于碳纳米管阵列122不与第一表面1201接触，因此碳纳米管阵列122与导电图形111之间是绝缘的。也就是说，导电图形111与金属基板13之间并不电导通。另外，由于碳纳米管阵列122的第一端部1221与第一表面1201之间的距离、第二端部1222与第二表面1202之间的距离均较小，而碳纳米管阵列122的生长方向即多根碳纳米管的轴向具有良好的导热性能，因此，复合材料层12在碳纳米管阵列122的生长方向上具有良好的导热性能，可以较快地将导电图形111以及电连接于导电图形111的封装元件的热量传导至金属基板13，并进一步由金属基板13散发至外界。
本技术方案第一实施例提供的封装基板10可以通过如下步骤制备：
第一步，请参阅图2，提供基底100。基底100可为铜层、铝层或镍层等金属层。基底100的厚度可为2~200微米之间。
第二步，请参阅图3，以电镀、蒸镀、溅镀或者气相沉积方法在基底100上形成催化剂层14，催化剂层14为铁、钴、镍或及合金等可以生长碳纳米管阵列的材料。
第三步，请参阅图4，通过切割法、过滤法、溶胶-凝胶法、激光腐蚀法、掩膜法、化学气相沉积法等方法在催化剂层14上生长碳纳米管阵列122。
以化学气相沉积法制备时，可将形成有催化剂层14的基底100放入反应炉中，在700~1000摄氏度下，通入乙炔、乙烯等碳源气，从而在催化剂层14上生长出碳纳米管阵列122。碳纳米管阵列122的生长高度可通过生长时间来控制，一般生长高度为1~30微米。碳纳米管阵列122中多根碳纳米管的排列方向较为一致，均基本垂直于催化剂层14。也就是说，多根碳纳米管的轴向与催化剂层14的夹角均大致在80~100度之间。
第四步，形成复合材料层12。
首先，请参阅图5，以浸涂、涂布、压合或其它方式将聚合物基体121施加在碳纳米管阵列122中，使聚合物基体121充分填充碳纳米管阵列122中多个碳纳米管之间的空隙，并包覆碳纳米管阵列122的第二端部1222。
其次，请参阅图6，去除基底100以及催化剂层14，从而露出碳纳米管阵列122的第一端部1221。
去除基底100及催化剂层14的方法可以为蚀刻法。例如当基底100为铜、催化剂层14为三氧化二铁时，可用三氯化铁溶液蚀刻基底100及催化剂层14，从而露出碳纳米管阵列122的第一端部1221。当然，采用其它的基底材料及催化剂层材料时采用相应的蚀刻剂即可。
再次，请参阅图7，以浸涂、涂布、压合或其它方式使聚合物基体121包覆碳纳米管阵列122的第一端部1221，从而获得碳纳米管阵列122埋设于聚合物基体121内的复合材料层12。
第五步，将导电层11、金属基板13分别压合于复合材料层12的两侧，从而获得封装基板10，如图1所示。
当然，将导电层11、金属基板13压合于复合材料层12的两侧之前或之后，还可以包括将导电层11形成导电图形111的步骤。将导电层11形成导电图形111的步骤可以通过图像转移法以及蚀刻工序实现。
请参阅图8，本技术方案第二实施例提供的封装基板20与第一实施例提供的封装基板10大致相同，其不同之处在于：所述碳纳米管阵列222的第一端部2221与第一表面2201相、齐平，而第二端部2222则埋设于聚合物基体221内且与第二表面2202有一定距离。从而，导电图形211与金属基板23之间绝缘并具有良好的导热性能。
另外，也可以使得碳纳米管阵列222中的第二端部2222与第二表面2202齐平，而第一端部2221埋设于聚合物基体221内且与第一表面2201有一定距离，同样可以获得良好的绝缘和导热效果。
请参阅图9，本技术方案第三实施例提供的封装基板30与第一实施例提供的封装基板20大致相同，其不同之处在于：所述封装基板30还包括位于导电层31与复合材料层32之间的绝缘层35，所述复合材料层32的第一表面3201与金属基板33相接触，第二表面3202与绝缘层35相接触。所述绝缘层35具有一个与导电图形311相对应的通孔351，所述通孔351用于放置封装元件，以便于在封装基板30上封装封装元件。
本技术方案还提供一种包括上述封装基板的封装结构。
请参阅图10，本技术方案提供的封装结构4包括如第三实施例所示的封装基板30、封装元件36以及封装树脂37。
所述封装元件36为用于实现特定处理功能的器件，其可以为集成电路芯片，也可以为电容电感元件，还可以为存储器或其它器件。将封装元件36封装于封装基板30的方法也不限，可以为表面贴装、覆晶构装或其它方法。
本实施例中，所述封装元件36通过封装树脂37固定于通孔351内，与复合材料层32接触，并通过金属导线361与导电图形311连接，从而实现封装元件36与封装基板30之间的信号传输与处理。
所述封装元件36工作时，封装元件36以及导电图形311产生的热量可以通过复合材料层32中的碳纳米管阵列较快地传输至金属基板33，并由金属基板33快速散发至外界。
当然，封装结构4除如本实施例所示包括如图9所示的封装基板30外，也可以包括如图1或图8所示的封装基板，同样可以具有较好的散热效果。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种封装基板，其依次包括导电层、绝缘层、复合材料层以及金属基板，所述导电层具有导电图形，所述绝缘层设置于导电层与复合材料层之间，所述绝缘层具有一个通孔，所述通孔用于放置电连接于所述导电图形的封装元件，所述复合材料层具有第一表面和第二表面，所述第一表面与金属基板接触，所述第二表面与第一表面相对，且与所述绝缘层接触，所述复合材料层包括聚合物基体以及埋设于聚合物基体的碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的轴向与第一表面的夹角为80～100度之间。
2.如权利要求1所述的封装基板，其特征在于，所述碳纳米管阵列的高度为复合材料层厚度的2/3～4/5之间。
3.如权利要求1所述的封装基板，其特征在于，所述碳纳米管阵列具有相对的第一端部和第二端部，所述第一端部和第二端部均位于第一表面和第二表面之间。
4.如权利要求3所述的封装基板，其特征在于，所述第一端部和第二端部均埋设于聚合物基体内，所述第一端部靠近第一表面，所述第二端部靠近第二表面，所述第一端部与第一表面之间的距离等于第二端部与第二表面之间的距离。
5.如权利要求3所述的封装基板，其特征在于，所述第一端部与第一表面相齐平，所述第二端部埋设于聚合物基体内。
6.如权利要求3所述的封装基板，其特征在于，所述第二端部与第二表面相齐平，所述第一端部埋设于聚合物基体内。
7.一种封装结构，包括封装元件以及封装基板，所述封装基板依次包括导电层、绝缘层、复合材料层以及金属基板，所述导电层具有导电图形，所述绝缘层设置于导电层与复合材料层之间，所述绝缘层具有一个通孔，所述复合材料层具有第一表面和第二表面，所述第一表面与金属基板接触，所述第二表面与第一表面相对，且与所述绝缘层接触，所述复合材料层包括聚合物基体以及埋设于聚合物基体的碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的轴向与第一表面的夹角为80～100度之间，所述封装元件固定放置于所述通孔内，并电连接于所述导电图形。
8.如权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述封装元件通过封装树脂固定于封装基板的通孔内，并通过金属导线与导电图形连接。
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