CN107946263A - 一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法 - Google Patents

一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107946263A
CN107946263A CN201711171356.1A CN201711171356A CN107946263A CN 107946263 A CN107946263 A CN 107946263A CN 201711171356 A CN201711171356 A CN 201711171356A CN 107946263 A CN107946263 A CN 107946263A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
graphene
thickness
width
length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711171356.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107946263B (zh
Inventor
曹立强
孙鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Original Assignee
National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Center for Advanced Packaging Co Ltd filed Critical National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Priority to CN201711171356.1A priority Critical patent/CN107946263B/zh
Publication of CN107946263A publication Critical patent/CN107946263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107946263B publication Critical patent/CN107946263B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3738—Semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253—Bump and layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16152—Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯热界面层的散热结构，包括：多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成层叠结构，其中从所述层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述层叠结构，形成柱形螺旋卷，所述螺旋卷的顶面和底面是由多层石墨烯层和多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面。有效的利用石墨烯高面内热导率，实现高效散热封装。

Description

一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法。
背景技术
随着集成电路技术的不断发展，集成电路芯片的性能在不断提升，高集成度、高性能、大功率芯片在工作时散热问题变得越来越重要，芯片温度的升高，会影响器件的工作性能，缩短器件的工作寿命，甚至由于高温导致器件直接损毁。
封装技术中的散热设计直接关系到整体芯片系统的散热效果，其散热设计的目的是获得较低的工作温度及有效的散热效果。封装过程中的散热设计直接影响着芯片技术，尤其对于新一代高密度集成、高速率、大功率集成电路芯片技术的应用和发展，同时在光子技术领域也是一样。
封装技术中的散热设计都是通过散热材料的选择、散热结构的设计来实现的。但实际封装过程中，芯片、热沉及散热器间总不可避免的存在间隙，这些间隙往往会导致较大的界面热阻。为了填补散热间隙，保障通畅的散热通道，业界采用了各种热界面材料，最为传统的树脂基金属颗粒材料由于其较低的室温热导率，一般为1～5W/m·K，越来越不能满足新一代高密度集成、高速率、大功率集成电路的发展要求。新型的，诸如基于碳纳米管或碳纳米纤维的填隙热界面材料，极大受限于其较大的接触热阻，不能根本上解决高效散热的问题。
石墨烯材料具有极高的面内导热系数，可高达5000W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，目前来说，石墨烯是性能最优的导热材料。采用石墨烯作为热界面材料有望获得极佳的散热性能，具有极大的市场潜力。由于石墨烯二维材料的物理性质，要获得良好的散热性能，需要使其垂直位于热源与热沉之间。但截至目前未发现有人很好的设计出石墨烯材料的散热结构用于集成电路封装领域。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种基于石墨烯热界面层的散热结构，包括：多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成层叠结构，其中从所述层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述层叠结构，形成柱形螺旋卷，所述螺旋卷的顶面和底面是由多层石墨烯层和多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面。
在本发明的一个实施例中，所述石墨烯层在宽度方向上具有完整的层状石墨烯结构。
在本发明的一个实施例中，所述粘合层材料为纯铟材料，材料厚度为10微米。该材料亦可选为其他材料，所选材料必须满足以下两点要求：第一，所选材料必须能和羧基形成稳定的化学键，与石墨烯层形成良好界面，提高两种材料界面间的热导率；第二，所选材料必须对石墨烯具有良好的润湿性，从而可以形成较大的界面接触面积，增加材料间的粘附性。
在本发明的一个实施例中，所述石墨烯的单层厚度小于某一特征厚度，该特征厚度为，多层石墨烯材料的拉曼谱与体状石墨材料的拉曼谱明显不同时的厚度。该特征厚度一般小于5微米。
根据本发明的另一个实施例，提供一种基于石墨烯热界面层的散热结构的制造方法，包括：在刚性衬底上交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜，每层石墨烯二维材料和粘合层具有厚度以及相同的长度和宽度；从所述薄膜的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述薄膜，形成柱形螺旋卷，所述螺旋卷的顶面和底面是由所述薄膜的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面；以及收集获取石墨烯热界面层的高效散热封装结构。
在本发明的另一个实施例中，所述的交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜方法为外延生长和或化学气相沉积法。
在本发明的另一个实施例中，所述的交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜具有压应力或张应力。
在本发明的另一个实施例中，所述的卷曲多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜为采用物理法或化学法剥离衬底后，所述薄膜基于具有压应力或张应力自动卷曲。
根据本发明的又一个实施例，提供一种芯片封装结构，包括：封装基板；附连到所述封装基板上的芯片；固定在所述封装基板上的金属盖板，所述金属盖板包封所述芯片；基于石墨烯热界面层的第一散热结构，所述第一散热结构附连在所述芯片和所述金属盖板之间，其中所述第一散热结构包括：第一多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；第一多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述第一石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成第一层叠结构，其中从所述第一层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述第一层叠结构，形成第一柱形螺旋卷，第一柱形螺旋卷的顶面和底面是由第一多层石墨烯层和第一多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面，所述第一柱形螺旋卷的底面与所述芯片接触，所述第一柱形螺旋卷的顶面与所述金属盖板接触，从而在所述芯片和所述金属盖板之间形成热通道。
在本发明的又一个实施例中，该芯片封装结构还包括：附连到所述金属盖板上的热沉，所述的热沉为叉指型热沉；附连在所述金属盖板和所述热沉之间的基于石墨烯热界面层的第二散热结构，所述第二散热结构包括第二多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；第二多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述第二石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成第二层叠结构，其中从所述第二层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述第二层叠结构，形成第二柱形螺旋卷，第二柱形螺旋卷的顶面和底面是由第二多层石墨烯层和第二多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面，所述第二柱形螺旋卷的底面与所述金属盖板接触，所述第一柱形螺旋卷的顶面与所述热沉接触，从而在所述金属盖板和所述热沉之间形成热通道。
在本发明的又一个实施例中，与所述的基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构接触的所述芯片、所述金属盖板以及所述热沉的对应位置至少一处具有薄铟层。
本发明通过将多层石墨烯与粘合层形成层叠结构后卷曲为螺旋管的方法，从而实现石墨烯作为热界面层垂直立于热源与热沉之间来制备高效散热结构，以应用于芯片封装。该方法能充分发挥石墨烯的高面内导热率的性能，又能形成良好的机械支撑，使其稳定位于热源与热沉间，极大的提高了系统的散热效率，该封装方法将广泛应用于下一代高密度3D集成电路，极大的提高了高速大功率晶体管热管理效率，具有极大的应用价值。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的俯视图。
图2示出根据本发明的一个实施例的一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100沿俯视图所示AA’的剖面示意图。
图3A至图3D示出根据本发明的一个实施例形成一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的过程示意图。
图4示出的是根据本发明的一个实施例形成一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的流程图。
图5示出根据本发明的一个具体实施例应用基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构进行芯片封装的封装结构500的剖面示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明提供的一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构，通过将多层石墨烯与粘合层形成层叠结构后卷曲为螺旋管的方法，从而实现石墨烯作为热界面层垂直立于热源与热沉之间来制备高效散热结构，以应用于芯片封装。该方法能充分发挥石墨烯的高面内导热率的性能，又能形成良好的机械支撑，使其稳定位于热源与热沉间，极大的提高了系统的散热效率，该封装方法将广泛应用于下一代高密度3D集成电路，极大的提高了高速大功率晶体管热管理效率，具有极大的应用价值。
下面结合图1和图2来详细描述根据本发明的一个实施例的一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构。图1示出根据本发明的一个实施例的一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的俯视图；图2示出根据本发明的一个实施例的一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100沿俯视图所示AA’的剖面示意图。如图1所示，该基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100呈螺旋卷曲状。沿着图1所示的中间线AA’切开，其截面的剖视图如图2所示。如图2所示，该基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100由竖直排列的多层石墨烯层101与粘合层102交替形成的层叠结构构成。
石墨烯层101在竖直面上为热界面层，具有完整的层状石墨烯结构，并非粉末状或碎片状石墨烯材料。石墨烯具有二维结构特点，并且其在形成的二维面上具有良好的电传导和热传导特性，完整的层状石墨烯结构才具有良好的热界面层。石墨烯层101的单层厚度一般小于5微米，石墨烯层101一般通过外延生长法或者化学气相沉积(CVD)生长制备形成。在本发明的一个实施例中，所述石墨烯的单层厚度应小于某一特征厚度，该特征厚度为，多层石墨烯材料的拉曼谱与体状石墨材料的拉曼谱明显不同时的厚度。该特征厚度一般小于5微米。
粘合层102可以是铟或其他与石墨烯能形成较好结合力的材料，粘合层102可提供良好的机械强度，增强垂直石墨烯的结构稳定性。粘合层102的材料必须满足以下两点要求：第一，所选材料必须能和羧基形成稳定的化学键，与石墨烯层形成良好材料界面，提高两材料界面间的热导率；第二，所选材料必须对石墨烯具有良好的润湿性，从而可以形成较大的界面接触面积，增加材料间的粘附性。
粘合层102的单层厚度一般为10微米左右，粘合层102一般通过CVD、PVD等方法形成。
石墨烯层101和粘合层102的高度D一般根据封装结构的要求确定，其范围一般为50到500微米之间。
下面结合图3A至图3D以及图4来详细描述形成一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的过程。图3A至图3D示出根据本发明的一个实施例形成一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的过程示意图。图4示出的是根据本发明的一个实施例形成一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构100的流程图400。
首先，在步骤401，如图3A以及图3B所示，在一个刚性衬底上，交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜。
图3A是交替形成的多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜的截面示意图。其中图中深色部分的各层为石墨烯层101，图中浅色部分的各层为石墨烯粘合层102。在本发明的具体实施例中，多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜可以通过交替性的外延层生长、化学气相沉积(CVD)等方法制备。
图3B是交替形成的多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜的立体示意图。其中所形成薄膜的宽度W是受封装结构100的高度D决定的，需要满足W＝D。其中所形成薄膜的长度L受封装结构100的面积(或直径/半径)结合形成的总薄膜厚度决定。
图3A以及图3B中的石墨烯粘合层102的材料可以是铟或其他与石墨烯能形成较好结合力的材料，粘合层102的作用是提供良好的机械强度，增强垂直石墨烯的结构稳定性。
接下来，在步骤402，如图3C所示，卷曲多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜。卷曲的方法可以包括物理的方法或者化学的方法。例如，可以使用一个应力衬底，然后在应力衬底上生长上述薄膜，从而使薄膜具有对应的压应力或者张应力，然后通过物理剥离应力衬底释放薄膜，在薄膜内部的应力作用下，可以自动卷曲形成螺旋状结构。此外，还可以在制作石墨烯粘合层102时，使粘合层102具有特定的张应力或压应力，然后在整个薄膜制作完成后，通过释放衬底获得自动卷曲形成的螺旋状结构。
最后，在步骤403，如图3D所示，收集获取石墨烯热界面层的高效散热封装结构100。
下面，结合图5，来详细描述一下本发明的一个具体实施例应用基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构进行芯片封装的封装结构。图5示出根据本发明的一个具体实施例的应用基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构进行芯片封装的封装结构500的剖面示意图。
应用基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构进行芯片封装的封装结构500进一步包括封装基板501、芯片502、金属封盖503、叉指型热沉504、位于叉指型热沉504与金属封盖503之间和位于芯片502与金属封盖503之间的基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构505。
封装基板501的底部具有焊球507，焊球507作为整个芯片封装体的外接输入输出，在封装基板501的内部具有相应的导电线路(图中未示出)和对应的导电通孔(图中未示出)。
芯片502通过焊球506焊接到封装基板501的对应位置。芯片内部电路通过焊球506与封装基板501形成电及信号连接，在通过封装基板501的焊球507与外部系统形成电及信号连接。
为了使芯片502背面与金属盖板503间形成良好的热传导，使用多个基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构505附连到两者之间。基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构505的高度等于或略大于芯片502背面到封装盖板503底面的距离。同时，为了减小接触热阻，各接触界面可以镀一层导热层，如薄铟层，提供各不同材料间的良好热接触。
金属盖板503通过键合或者焊接的方式附连到封装基板501上。
金属盖板503上附连有叉指型热沉504，从而起到良好的散热效果。为了使叉指型热沉504与金属盖板503间形成良好的热传导，同样使用多个基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构505附连到两者之间，附连方式与上段类似。
在导热效果满足的情况下，上述基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构505可以只置于叉指型热沉504与金属封盖503之间或芯片502与金属封盖503之间。
通过本发明提出上述高效散热的封装结构及方法，该方法采用基于石墨烯的热界面层替代传统的热界面材料，石墨烯采用多层螺线管垂直放置方式，相比于传统封装，具有如下优势：
1、具有高效的散热性能，石墨烯的面内热导率远高于其他材料。
2、具有良好的机械强度，采用多层螺旋管结构增强了垂直石墨烯的结构稳定性。
3、具有极低的界面热阻，垂直石墨烯结构具有更低的界面接触热阻，两端的铟金属可以进一步减小界面热阻，提高散热效率。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种基于石墨烯热界面层的散热结构，包括：
多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；
多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成层叠结构，
其中从所述层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述层叠结构，形成柱形螺旋卷，所述螺旋卷的顶面和底面是由多层石墨烯层和多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面。
2.如权利要求1所述的基于石墨烯热界面层的散热结构，其特征在于，所述石墨烯层在宽度方向上具有完整的层状石墨烯结构。
3.如权利要求1所述的基于石墨烯热界面层的散热结构，其特征在于，所述粘合层材料为纯铟材料，材料厚度为10微米。
4.如权利要求1所述的基于石墨烯热界面层的散热结构，其特征在于，所述石墨烯的单层厚度小于特征厚度，所述特征厚度为多层石墨烯材料的拉曼谱与体状石墨材料的拉曼谱明显不同时的厚度。
5.一种基于石墨烯热界面层的散热结构的制造方法，包括：
在刚性衬底上交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜，每层石墨烯二维材料和粘合层具有厚度以及相同的长度和宽度；
从所述薄膜的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述薄膜，形成柱形螺旋卷，所述螺旋卷的顶面和底面是由所述薄膜的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面；以及
收集获取石墨烯热界面层的高效散热封装结构。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜方法为外延生长和或化学气相沉积法。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的交替形成多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜具有压应力或张应力。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的卷曲多层石墨烯二维材料和石墨烯粘合层材料的薄膜为采用物理法或化学法剥离衬底后，所述薄膜基于具有压应力或张应力自动卷曲。
9.一种芯片封装结构，包括：
封装基板；
附连到所述封装基板上的芯片；
固定在所述封装基板上的金属盖板，所述金属盖板包封所述芯片；
基于石墨烯热界面层的第一散热结构，所述第一散热结构附连在所述芯片和所述金属盖板之间，其中所述第一散热结构包括：第一多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；第一多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述第一石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成第一层叠结构，其中从所述第一层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述第一层叠结构，形成第一柱形螺旋卷，第一柱形螺旋卷的顶面和底面是由第一多层石墨烯层和第一多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面，所述第一柱形螺旋卷的底面与所述芯片接触，所述第一柱形螺旋卷的顶面与所述金属盖板接触，从而在所述芯片和所述金属盖板之间形成热通道。
10.如权利要求9所述的芯片封装结构，其特征在于，还包括：
附连到所述金属盖板上的热沉，所述的热沉为叉指型热沉；
附连在所述金属盖板和所述热沉之间的基于石墨烯热界面层的第二散热结构，所述第二散热结构包括第二多层石墨烯层，每层石墨烯层具有厚度以及相同的长度和宽度；第二多层粘合层，每层粘合层具有厚度以及与所述第二石墨烯层相同的长度和宽度，并且与所述石墨烯层交替形成第二层叠结构，其中从所述第二层叠结构的一端开始以宽度方向为轴沿长度方向螺旋卷曲所述第二层叠结构，形成第二柱形螺旋卷，第二柱形螺旋卷的顶面和底面是由第二多层石墨烯层和第二多层粘合层的相对的两个厚度面螺旋卷曲形成的平面，所述第二柱形螺旋卷的底面与所述金属盖板接触，所述第一柱形螺旋卷的顶面与所述热沉接触，从而在所述金属盖板和所述热沉之间形成热通道。
CN201711171356.1A 2017-11-22 2017-11-22 一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法 Active CN107946263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711171356.1A CN107946263B (zh) 2017-11-22 2017-11-22 一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711171356.1A CN107946263B (zh) 2017-11-22 2017-11-22 一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107946263A true CN107946263A (zh) 2018-04-20
CN107946263B CN107946263B (zh) 2019-08-30

Family

ID=61929706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711171356.1A Active CN107946263B (zh) 2017-11-22 2017-11-22 一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107946263B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108899413A (zh) * 2018-07-06 2018-11-27 江苏心磁超导体有限公司 石墨烯tes超导器件及其制作方法
CN110564376A (zh) * 2019-08-27 2019-12-13 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种用于热管理的复合材料及其制备方法
CN111987052A (zh) * 2020-03-26 2020-11-24 上海兆芯集成电路有限公司 半导体封装
CN112397465A (zh) * 2020-12-21 2021-02-23 希烽光电科技(南京)有限公司 一种芯片散热结构
CN113383440A (zh) * 2018-10-11 2021-09-10 种子资本有限公司 用于能量生成应用的新型碳纳米结构
CN115666109A (zh) * 2022-11-28 2023-01-31 荣耀终端有限公司 导热膜及制备方法、电子元器件、电路板组件、电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012173631A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 Ipg Photonics Corporation Semiconductor unit with submount for semiconductor device
CN106910725A (zh) * 2016-05-09 2017-06-30 苏州能讯高能半导体有限公司 一种半导体芯片的封装结构
CN106997873A (zh) * 2016-10-27 2017-08-01 上海大学 一种封装结构及封装方法
CN107017213A (zh) * 2015-10-27 2017-08-04 长春石油化学股份有限公司 散热铜箔及石墨烯复合材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012173631A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 Ipg Photonics Corporation Semiconductor unit with submount for semiconductor device
CN107017213A (zh) * 2015-10-27 2017-08-04 长春石油化学股份有限公司 散热铜箔及石墨烯复合材料
CN106910725A (zh) * 2016-05-09 2017-06-30 苏州能讯高能半导体有限公司 一种半导体芯片的封装结构
CN106997873A (zh) * 2016-10-27 2017-08-01 上海大学 一种封装结构及封装方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108899413A (zh) * 2018-07-06 2018-11-27 江苏心磁超导体有限公司 石墨烯tes超导器件及其制作方法
CN113383440A (zh) * 2018-10-11 2021-09-10 种子资本有限公司 用于能量生成应用的新型碳纳米结构
CN113383440B (zh) * 2018-10-11 2024-03-12 可持续节能设计建筑有限公司 用于能量生成应用的新型碳纳米结构
CN110564376A (zh) * 2019-08-27 2019-12-13 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种用于热管理的复合材料及其制备方法
CN111987052A (zh) * 2020-03-26 2020-11-24 上海兆芯集成电路有限公司 半导体封装
CN112397465A (zh) * 2020-12-21 2021-02-23 希烽光电科技(南京)有限公司 一种芯片散热结构
CN115666109A (zh) * 2022-11-28 2023-01-31 荣耀终端有限公司 导热膜及制备方法、电子元器件、电路板组件、电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN107946263B (zh) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107946263B (zh) 一种基于石墨烯热界面层的高效散热封装结构及其制造方法
CN207081357U (zh) 热管
JP5568289B2 (ja) 放熱部品及びその製造方法
JP5356972B2 (ja) 放熱用部品及びその製造方法、半導体パッケージ
CN101001515B (zh) 板式散热管及其制造方法
CN104900611B (zh) 基于柔性基板的三维封装散热结构及其制备方法
US20120118537A1 (en) Flattened heat pipe and manufacturing method thereof
CN109786259A (zh) 含有嵌入式散热结构的微电子系统及其制造方法
TW200406569A (en) Flat plate heat transfer device and manufacturing method thereof
US20050082043A1 (en) CTE-matched heat pipe
US20080174963A1 (en) Heat spreader with vapor chamber defined therein
US20070044308A1 (en) Heat pipe and manufacturing method for the same
TW200926953A (en) Vapor chamber structure and method for manufacturing the same
CN107782189A (zh) 耐正压、大功率平板蒸发器及其加工方法以及基于该蒸发器的平板环路热管
TWM330736U (en) Heat-conduction pipe
CN1836146A (zh) 传热设备及其制造方法
CN101515628A (zh) 热电装置及其制造方法
US20120305223A1 (en) Thin heat pipe structure and manufacturing method thereof
TW200532158A (en) Heat-dissipating module
JP2004198096A (ja) 優れた毛細管力を有する扁平型ヒートパイプおよびそれを用いた冷却装置
US20140165401A1 (en) Thin heat pipe structure and manufacturing method thereof
US20140345137A1 (en) Method for manufacturing flat heat pipe with sectional differences
CN106356341A (zh) 一种半导体装置及制造方法
TW201403016A (zh) 熱管
JP3175383U (ja) 熱管放熱構造

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant