CN108766949A - 一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用 - Google Patents

一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108766949A
CN108766949A CN201810564137.8A CN201810564137A CN108766949A CN 108766949 A CN108766949 A CN 108766949A CN 201810564137 A CN201810564137 A CN 201810564137A CN 108766949 A CN108766949 A CN 108766949A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
chip
heat sink
proximate matter
vacuum
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.)
Pending
Application number
CN201810564137.8A
Other languages
English (en)
Inventor
何斌
罗炜
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.)
Shenzhen Hengchuan Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Hengchuan Laser Technology 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 Shenzhen Hengchuan Laser Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Hengchuan Laser Technology Co Ltd
Priority to CN201810564137.8A priority Critical patent/CN108766949A/zh
Publication of CN108766949A publication Critical patent/CN108766949A/zh
Pending legal-status Critical Current

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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (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)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及芯片散热热沉材料技术领域，尤其涉及一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用，采用特定工艺对石墨进行加工处理，使其用于芯片散热热沉衬底材料，石墨的晶体片层结构决定了其在水平向上的导热系数非常高，热容值非常低，没有热量累积现象，能够将热量快速传导给周围物质，包括空气，且石墨制备工艺加单、成本低廉。

Description

一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用
技术领域
本发明涉及芯片散热热沉材料技术领域，尤其涉及一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用。
背景技术
功率器件核心芯片的热量累计，一直是困扰芯片发展的一个难题，比如通信用波形放大器芯片和半导体激光器芯片，伴随着芯片体积越来越小，注入功率越来越大，比如说在4*2*1mm的芯片体积内，60A*1.5V的功率注入，形成功率密度高、热量集中的现象，影响芯片使用性能及寿命。
现阶段解决这一问题的主要方式为：将芯片粘接或者钎焊焊接在散热热沉材料上，主要采用的热沉材料为砷化镓、紫铜、蓝宝石、氮化铝等材料的热沉衬底，然而，这些材料并不能更好地解决随着芯片注入能量越来越大而带来的热量累积问题，另一方面，现阶段还采用石墨烯来解决芯片的热量累积问题，但是由石墨制备石墨烯工艺复杂且成本昂贵。
因此，有必要进行研究开发，以解决现有散热热沉衬底材料不能解决随着芯片注入能量加大而带来热量累积问题的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用，采用特定工艺对石墨进行加工处理，使其用于芯片散热热沉衬底材料，解决了现有散热热沉衬底材料不能解决随着芯片注入能量加大而带来热量累积问题的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
石墨在制备芯片散热热沉衬底材料中的应用。
进一步地，所述芯片为有源功率芯片。
进一步地，所述石墨的制备工艺如下：
步骤一、真空烧结型材：在真空烧结炉内将石墨碳粉烧结压制成型，所述真空烧结炉烧结压制条件为：真空度≤-75KPa，温度≥2200℃，压力≥600MPa；
步骤二、浸渍：对真空烧结压制成型的石墨型材采用具有粘接性质的填充料和胶料或者金属材料进行浸渍处理，所述浸渍条件为：在惰性气体保护下，温度大于填充料和胶料或者金属材料的熔点温度，压力为280～380KG/CM2；
步骤三、机械加工：将石墨型材通过机械加工的方式加工成所需的形状；
步骤四、粘接面金属化：将机械加工后的石墨型材通过表面镀层金属化工艺对其粘接面进行金属化处理。
进一步地，所述步骤二中，采用紫铜对石墨型材进行浸渍处理。
进一步地，所述芯片充胶封装时，所述石墨的制备工艺省略所述步骤二。
进一步地，所述芯片不需要焊接时，所述石墨的制备工艺省略所述步骤四。
相较于现有技术，本发明采用特定工艺对石墨进行加工处理，使其用于芯片散热热沉衬底材料，石墨的晶体片层结构决定了其在特定方向上的导热系数非常高，热容值非常低，没有热量累积现象，能够将热量快速传导给周围物质，包括空气，且石墨制备工艺简单、成本低廉。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
本发明提供一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用，用石墨作为芯片的散热热沉衬底材料，石墨的晶体片层结构决定了其在特定方向上的导热系数非常高，热容值非常低，没有热量累积现象，能够将热量快速传导给周围物质，包括空气，具体地，所述石墨对比现阶段主要散热热沉衬底材料的性能列表如下：
具体地，本发明石墨主要用于注入功率高、体积小、热量集中的芯片散热热沉衬底材料，比如说有源功率芯片，例如通信用波形放大器芯片、半导体激光器芯片、电力系统控制芯片等，另外，本发明石墨也用于有散热需求的特殊场合使用的芯片。
具体地，本发明所述石墨的制备工艺如下：
步骤一、真空烧结型材：在真空烧结炉内将石墨碳粉烧结压制成型，所述石墨碳粉烧结压制成的石墨型材，在热力学宏观性能上表现为各向同性；具体地，所述真空烧结炉烧结压制条件为：真空度≤-75KPa，温度≥2200℃，压力≥600MPa；
步骤二、浸渍：针对石墨型材的易剥离即掉粉的特点，以及石墨碳粉压制形成的微小空隙，为了保证芯片器件的气密性，对石墨型材进行浸渍处理，具体采用具有粘接性质的填充料和胶料或者金属材料对石墨型材进行浸渍处理，在本实施例中，采用金属材料或者合成树脂对石墨型材进行浸渍，优选采用紫铜对石墨型材进行浸渍，浸渍条件为：在惰性气体保护下，温度大于紫铜的熔点温度，压力为280～380KG/CM2；需要说明的是，在不考虑石墨型材掉粉的芯片应用场景下，所述石墨型材无需进行浸渍处理，比如说在芯片充胶封装的情形下，所述石墨型材无需浸渍处理；
步骤三、机械加工：将浸渍后的石墨型材通过机械加工的方式加工成所需的形状，满足不同类型芯片热沉衬底材料的需求；
步骤四、粘接面金属化：将机械加工后的石墨型材通过表面镀层金属化工艺对其粘接面进行金属化处理，在本实施例中，所述表面镀层金属化工艺采用真空高温蒸腾的工艺，所述镀层材料为单元素金属材料，本实施例优选采用黄金作为镀层材料。
需要说明的是，真空高温蒸腾工艺是现有技术，故其具体工艺流程在本实施例中不再赘述，本实施例的技术点是在于以石墨型材为基体材料实施金属镀层工艺，使其粘接面金属化，方便后续钎焊工艺要求。
具体地，所述步骤四中对石墨型材表面镀层金属化是为了满足需要芯片焊接的应用场景，当所述芯片不需要焊接时，可以直接用粘胶将芯片粘接在石墨型材上，即步骤四在所述芯片不需要焊接时可以省略。
本发明石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用与现阶段用于芯片散热热沉衬底材料相比，导热系数高、热容值低；另一方面，本发明石墨在制备芯片用热沉材料中的应用与现有前沿技术石墨烯用于芯片散热材料相比，其易加工性及成本优势巨大。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.石墨在制备芯片散热热沉衬底材料中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述芯片为有源功率芯片。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述石墨的制备工艺如下：
步骤一、真空烧结型材：在真空烧结炉内将石墨碳粉烧结压制成型，所述真空烧结炉烧结压制条件为：真空度≤-75KPa，温度≥2200℃，压力≥600MPa；
步骤二、浸渍：对真空烧结压制成型的石墨型材采用具有粘接性质的填充料和胶料或者金属材料进行浸渍处理，所述浸渍条件为：在惰性气体保护下，温度大于填充料和胶料或者金属材料的熔点温度，压力为280～380KG/CM2；
步骤三、机械加工：将石墨型材通过机械加工的方式加工成所需的形状；
步骤四、粘接面金属化：将机械加工后的石墨型材通过表面镀层金属化工艺对其粘接面进行金属化处理。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述步骤二中，采用紫铜对石墨型材进行浸渍处理。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述芯片充胶封装时，所述石墨的制备工艺省略所述步骤二。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述芯片不需要焊接工艺时，所述石墨的制备工艺省略所述步骤四。
CN201810564137.8A 2018-06-04 2018-06-04 一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用 Pending CN108766949A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810564137.8A CN108766949A (zh) 2018-06-04 2018-06-04 一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810564137.8A CN108766949A (zh) 2018-06-04 2018-06-04 一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108766949A true CN108766949A (zh) 2018-11-06

Family

ID=64002400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810564137.8A Pending CN108766949A (zh) 2018-06-04 2018-06-04 一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108766949A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113696024A (zh) * 2021-07-22 2021-11-26 杨方勇 热沉片用石墨衬底型材的打磨浸渍装置
CN114237368A (zh) * 2021-12-13 2022-03-25 大连大学 一种中央处理器的散热方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006298687A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Ngk Insulators Ltd ヒートシンク材及びその製造方法
CN102290704A (zh) * 2011-08-02 2011-12-21 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体激光器to封装结构及方法
CN105236982A (zh) * 2015-09-14 2016-01-13 西安交通大学 氮化铝增强的石墨基复合材料及制备工艺
CN105399083A (zh) * 2015-11-19 2016-03-16 江西宁新碳素有限公司 铝-石墨复合材料制备工艺
CN106636989A (zh) * 2017-01-09 2017-05-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高强度、高导热石墨‑铜复合材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006298687A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Ngk Insulators Ltd ヒートシンク材及びその製造方法
CN102290704A (zh) * 2011-08-02 2011-12-21 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体激光器to封装结构及方法
CN105236982A (zh) * 2015-09-14 2016-01-13 西安交通大学 氮化铝增强的石墨基复合材料及制备工艺
CN105399083A (zh) * 2015-11-19 2016-03-16 江西宁新碳素有限公司 铝-石墨复合材料制备工艺
CN106636989A (zh) * 2017-01-09 2017-05-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高强度、高导热石墨‑铜复合材料的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113696024A (zh) * 2021-07-22 2021-11-26 杨方勇 热沉片用石墨衬底型材的打磨浸渍装置
CN113696024B (zh) * 2021-07-22 2023-08-11 山东卓越高新材料科技有限公司 热沉片用石墨衬底型材的打磨浸渍装置
CN114237368A (zh) * 2021-12-13 2022-03-25 大连大学 一种中央处理器的散热方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suganuma et al. Low-temperature low-pressure die attach with hybrid silver particle paste
CN205211734U (zh) 硅微通道散热GaN微波功率器件
CN108847395B (zh) 一种用于低温快速连接的预烧结纳米网络银膜制备及封装方法
CN104388725B (zh) 一种性能高的电子封装用SiC／Al复合材料的制备方法
CN104178048B (zh) 一种超薄型导热胶带
CN110387217A (zh) 一种高性能复合型热界面材料及其制备方法
CN105514059B (zh) 一种石墨烯复合材料/氮化硅/硅芯片高效散热系统
CN107546131B (zh) 一种用于封装电子组件的金属外壳的制作方法
CN108766949A (zh) 一种石墨在制备芯片散热热沉材料中的应用
CN109791918A (zh) 电路装置的散热结构
CN107892576B (zh) 碳化硅陶瓷及其制备方法和散热片及其应用
CN108925108A (zh) 一种石墨烯基复合材料基板内镶嵌铝合金的导热结构及其制造方法
Mou et al. Enhanced heat dissipation of high-power light-emitting diodes by Cu nanoparticle paste
Fujimoto et al. Joining of pure copper using Cu nanoparticles derived from CuO paste
CN104588905A (zh) Ag-Cu-Ti/Sn纳米颗粒焊膏及其制备方法
Yan et al. Pressureless sintering multi-scale Ag paste by a commercial vacuum reflowing furnace for massive production of power modules
CN103692085B (zh) 一种用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法
US20150183063A1 (en) Method of joining silver paste
CN104241372B (zh) 宽禁带半导体器件及其制备方法
CN106119667A (zh) 熔点为60℃的低熔点金属粘接膏及其制备方法和应用
CN108364923A (zh) 采用碳纳米管微通道散热器的氮化镓基功率器件及其制备方法
CN103633550B (zh) 一种半导体激光器bar条垂直阵列的封装方法
CN111909520A (zh) 低密度定向高导热垫片及其制备方法
CN107602915A (zh) 一种复合导热硅脂
Hu et al. Rapid formation of Cu–Cu joints with high shear strength using multiple-flocculated Ag nanoparticle paste

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181106