CN111477601B - 高散热半导体浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高散热半导体浆料及其制备方法，本发明通过“烷基聚氧乙烯醚、改性氢化蓖麻油、石油氢化树脂”制成浆料膏体，通过混入“碳化硼粉末、立方氮化硼粉末、二氧化锆粉末、类多晶金刚石粉末”，通过一定的工艺加工，制成一种具有高散热功能的半导体浆料，导热率可达到650‑950W/m.K，其散热率基本能达到铜银铝等基材的两倍或两倍以上的参数，既具有半导体常规性能，也具有一定的机械强度，还具有较高的散热功能，从而既保证了产品质量，又避免了因为热负荷对产品寿命的不良影响。本发明所获得的高散热半导体浆料，在一定程度上既满足了当前电子产品对半导体材料散热效果的强烈需求，也填补了电子散热材料方面的技术空白。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，具体的说是涉及一种高散热半导体浆料及其制备方法。
背景技术
随着电子行业的发展，电子器件微型化、功率增大、集成化程度越来越高，在实际应用过程中，大功率电子产品或元器件，热负荷越来越大，散热问题日亦突显。在半导体芯片或大功率器件散热方面，目前比较集中的做法是在器件外部增加散热阻件，通常以铜铝基材料主为，这样的工艺设计，不仅造成产品成本增加、也造成了产品体积加大，限制了产品的微型化、集成化发展。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高散热半导体浆料及其制备方法，以本发明制备的产品，既具备半导体常规性能外，还具有较高的散热功能，可以有效解决目前半导体芯片、大功率器件的散热需求。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
1、一种高散热半导体浆料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部份：
(1)烷基聚氧乙烯醚8-15％；
(2)改性氢化蓖麻油6-12％；
(3)石油氢化树脂5-9％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末5-8％；
(5)立方氮化硼粉末2-6％；
(6)二氧化锆粉末3-8％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部份：
(1)烷基聚氧乙烯醚11.5％；
(2)改性氢化蓖麻油9％；
(3)石油氢化树脂7％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末6.5％；
(5)立方氮化硼粉末4％；
(6)二氧化锆粉末5.5％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部份：
(1)烷基聚氧乙烯醚10％；
(2)改性氢化蓖麻油8％；
(3)石油氢化树脂6％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末7.5％；
(5)立方氮化硼粉末5％；
(6)二氧化锆粉末7％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部份：
(1)烷基聚氧乙烯醚12％；
(2)改性氢化蓖麻油10％；
(3)石油氢化树脂8％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末5.5％；
(5)立方氮化硼粉末3％；
(6)二氧化锆粉末4％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部份：
(1)烷基聚氧乙烯醚8％；
(2)改性氢化蓖麻油12％；
(3)石油氢化树脂5％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末8％；
(5)立方氮化硼粉末2％；
(6)二氧化锆粉末8％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
作为本发明的进一步改进，所述碳化硼粉末的颗粒度为1-3微米，中值为2微米。
作为本发明的进一步改进，所述立方氮化硼粉末的颗粒度为2-4微米，中值为3微米。
作为本发明的进一步改进，所述二氧化锆粉末其颗粒度为5微米。
作为本发明的进一步改进，所述类多晶金刚石粉末的颗粒度为2-4微米，中值为3微米。
本发明还提供一种如上所述的高散热半导体浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述组份一膏体部份中的各物料：烷基聚氧乙烯醚、改性氢化蓖麻油、石油氢化树脂分别称重后混合，并加热至80-90℃，边加热边搅拌，设定转速为320-350转/分钟，待其中固态物料全部热熔后，乳化分散设定转速为1600-2000转/分钟，乳化时间设定为50-70分钟，制得第一部分浆料膏体；
步骤2，将所述组份二半导体粉末中的各物料：碳化硼粉末、立方氮化硼粉末、二氧化锆粉末、类多晶金刚石粉末分别称重后混合，并投入造料机，完全出料干燥后，制得第二部分半导体混匀粉末；
步骤3，将所述第二部分半导体混匀粉末混入所述第一部分浆料膏体中，保持室温开启搅拌，搅拌速度设定为70-80转/分钟，搅拌时间设定为110-130分钟，即制得本发明所述的一种高散热半导体浆料。
本发明的有益效果是：本发明采用“烷基聚氧乙烯醚、改性氢化蓖麻油、石油氢化树脂”制成浆料膏体，通过混入“碳化硼粉末、立方氮化硼粉末、二氧化锆粉末、类多晶金刚石粉末”，通过一定的工艺加工，制成一种具有高散热功能的高散热半导体浆料。导热率可达到650-950W/m.K，其散热率基本能达到铜银铝等基材的两倍或两倍以上的参数。既具有半导体常规性能，也具有一定的机械强度，还具有较高的散热功能，从而既保证了产品质量，又避免了因为热负荷对产品寿命的不良影响。本发明所述高散热半导体浆料，使用窗口比较宽，及据产品对硬度强度方面的要求不同，既可在190-220℃进行热固化，也可适用于800℃以下烧结。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明的技术方案作详细说明。
实施例1：
一种具有高散热功能的半导体浆料及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，称量组份一“膏体部份”各物料：“烷基聚氧乙烯醚11.5kg、改性氢化蓖麻油9kg、石油氢化树脂7kg”并混合，然后加热至85℃，边加热边搅拌，设定转速为330转/分钟，待其中固态物料全部热熔后，乳化分散设定转速为1800转/分钟，乳化时间设定为60分钟，制得第一部分“浆料膏体”；
步骤2，称量组份二“半导体粉末”各物料：“碳化硼粉末6.5kg、立方氮化硼粉末4kg、二氧化锆粉末5.5kg、类多晶金刚石粉末56.5kg”并混合均匀，投入“造料机”，完全出料干燥后，制得第二部分“半导体混匀粉末”；
步骤3，将上述第二部分“半导体混匀粉末”混入第一部分“浆料膏体”中，保持室温开启搅拌，搅拌速度设定为75转/分钟，搅拌时间设定为120分钟。以上工序结束后，即制得本发明所述的高散热半导体浆料。
步骤4，将上述步骤3制得的高散热半导体浆料，通过施加1.5MPa压力制成长宽为5*5cm，厚度为1mm样件；
步骤5，将上述步骤4制得的半成品样件，放入烧结炉，设置炉内均衡温度为220℃，设定热固化时间为45min,制得实施例1待测样件。
实施例2：
一种具有高散热功能的半导体浆料及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，称量组份一“膏体部份”各物料：“烷基聚氧乙烯醚10kg、改性氢化蓖麻油8kg、石油氢化树脂6kg”并混合，然后加热至80℃，边加热边搅拌，设定转速为320转/分钟，待其中固态物料全部热熔后，乳化分散设定转速为1600转/分钟，乳化时间设定为50分钟，制得第一部分“浆料膏体”；
步骤2，称量组份二“半导体粉末”各物料：“碳化硼粉末7.5kg、立方氮化硼粉末5kg、二氧化锆粉末7kg、类多晶金刚石粉末55.5kg”并混合均匀，投入“造料机”，完全出料干燥后，制得第二部分“半导体混匀粉末”；
步骤3，将上述第二部分“半导体混匀粉末”混入第一部分“浆料膏体”中，保持室温开启搅拌，搅拌速度设定为70转/分钟，搅拌时间设定为110分钟。以上工序结束后，即制得本发明所述的高散热半导体浆料。
步骤4，将上述步骤3制得的高散热半导体浆料，通过施加1.5MPa压力制成长宽为5*5cm，厚度为1mm样件；
步骤5，将上述步骤4制得的半成品样件，放入烧结炉，设置炉内均衡温度为400℃，设定热固化时间为65min,制得实施例2待测样件。
实施例3：
一种具有高散热功能的半导体浆料及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，称量组份一“膏体部份”各物料：“烷基聚氧乙烯醚12kg、改性氢化蓖麻油10kg、石油氢化树脂8kg”并混合，然后加热至90℃，边加热边搅拌，设定转速为350转/分钟，待其中固态物料全部热熔后，乳化分散设定转速为2000转/分钟，乳化时间设定为70分钟，制得第一部分“浆料膏体”；
步骤2，称量组份二“半导体粉末”各物料：“碳化硼粉末5.5kg、立方氮化硼粉末3kg、二氧化锆粉末4kg、类多晶金刚石粉末57.5kg”并混合均匀，投入“造料机”，完全出料干燥后，制得第二部分“半导体混匀粉末”；
步骤3，将上述第二部分“半导体混匀粉末”混入第一部分“浆料膏体”中，保持室温开启搅拌，搅拌速度设定为75转/分钟，搅拌时间设定为120分钟。以上工序结束后，即制得本发明所述的高散热半导体浆料。
步骤4，将上述步骤3制得的高散热半导体浆料，通过施加1.5MPa压力制成长宽为5*5cm，厚度为1mm样件；
步骤5，将上述步骤4制得的半成品样件，放入烧结炉，设置炉内均衡温度为560℃，设定热固化时间为55min,制得实施例3待测样件。
实施例4：
一种具有高散热功能的半导体浆料及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，称量组份一“膏体部份”各物料：“烷基聚氧乙烯醚8kg、改性氢化蓖麻油12kg、石油氢化树脂5kg”并混合，然后加热至85℃，边加热边搅拌，设定转速为340转/分钟，待其中固态物料全部热熔后，乳化分散设定转速为1900转/分钟，乳化时间设定为60分钟，制得第一部分“浆料膏体”；
步骤2，称量组份二“半导体粉末”各物料：“碳化硼粉末8kg、立方氮化硼粉末2kg、二氧化锆粉末8kg、类多晶金刚石粉末57kg”并混合均匀，投入“造料机”，完全出料干燥后，制得第二部分“半导体混匀粉末”；
步骤3，将上述第二部分“半导体混匀粉末”混入第一部分“浆料膏体”中，保持室温开启搅拌，搅拌速度设定为80转/分钟，搅拌时间设定为130分钟。以上工序结束后，即制得本发明所述的高散热半导体浆料。
步骤4，将上述步骤3制得的高散热半导体浆料，通过施加1.5MPa压力制成长宽为5*5cm，厚度为1mm样件；
步骤5，将上述步骤4制得的半成品样件，放入烧结炉，设置炉内均衡温度为730℃，设定热固化时间为35min,制得实施例4待测样件。
通过以上实施例，将本发明所获得的高散热半导体浆料，分别制成长宽为5*5cm，厚度为1mm样件，并对上述实施例样件进行以下测试，测试结果见表1：
表1：实施例测试数据表
通过上述实验数据可以看出，采用本发明制得的高散热半导体浆料，通过实施例制成长宽为5*5cm，厚度为1mm样件，通过均衡温度为220℃-730℃热固化或烧结，然后参照ASTM D 5470相关标准进行导热系数测试显示，本发明制作的产品具有超高的散热系数。
由此可见，本发明所述的高散热半导体浆料及其制备方法，通过“烷基聚氧乙烯醚、改性氢化蓖麻油、石油氢化树脂”制成浆料膏体，通过混入“碳化硼粉末、立方氮化硼粉末、二氧化锆粉末、类多晶金刚石粉末”，通过一定的工艺加工，制成一种具有高散热功能的半导体浆料。导热率可达到650-950W/m.K，其散热率基本能达到铜银铝等基材的两倍或两倍以上的参数。既具有半导体常规性能，也具有一定的机械强度，还具有较高的散热功能，从而既保证了产品质量，又避免了因为热负荷对产品寿命的不良影响。本发明高散热半导体浆料，使用窗口比较宽，根据产品对硬度强度方面的要求不同，既可在190-220℃进行热固化，也可适用于800℃以下烧结。本发明所获得的高散热半导体浆料，在一定程度上既满足了当前电子产品对半导体材料散热效果的强烈需求，也填补了电子散热材料方面的技术空白。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种高散热半导体浆料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部分：
(1)烷基聚氧乙烯醚8-15％；
(2)改性氢化蓖麻油6-12％；
(3)石油氢化树脂5-9％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末5-8％；
(5)立方氮化硼粉末2-6％；
(6)二氧化锆粉末3-8％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
2.根据权利要求1所述高散热半导体浆料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部分：
(1)烷基聚氧乙烯醚11.5％；
(2)改性氢化蓖麻油9％；
(3)石油氢化树脂7％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末6.5％；
(5)立方氮化硼粉末4％；
(6)二氧化锆粉末5.5％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
3.根据权利要求1所述高散热半导体浆料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部分：
(1)烷基聚氧乙烯醚10％；
(2)改性氢化蓖麻油8％；
(3)石油氢化树脂6％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末7.5％；
(5)立方氮化硼粉末5％；
(6)二氧化锆粉末7％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
4.根据权利要求1所述高散热半导体浆料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部分：
(1)烷基聚氧乙烯醚12％；
(2)改性氢化蓖麻油10％；
(3)石油氢化树脂8％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末5.5％；
(5)立方氮化硼粉末3％；
(6)二氧化锆粉末4％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
5.根据权利要求1所述高散热半导体浆料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
组份一，膏体部分：
(1)烷基聚氧乙烯醚8％；
(2)改性氢化蓖麻油12％；
(3)石油氢化树脂5％；
组份二，半导体粉末：
(4)碳化硼粉末8％；
(5)立方氮化硼粉末2％；
(6)二氧化锆粉末8％；
(7)类多晶金刚石粉末：余量。
6.根据权利要求1所述的高散热半导体浆料，其特征在于：所述碳化硼粉末的颗粒度为1-3微米，中值为2微米。
7.根据权利要求1所述的高散热半导体浆料，其特征在于：所述立方氮化硼粉末的颗粒度为2-4微米，中值为3微米。
8.根据权利要求1所述的高散热半导体浆料，其特征在于：所述二氧化锆粉末其颗粒度为5微米。
9.根据权利要求1所述的高散热半导体浆料，其特征在于：所述类多晶金刚石粉末的颗粒度为2-4微米，中值为3微米。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的高散热半导体浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将所述组份一膏体部分中的各物料：烷基聚氧乙烯醚、改性氢化蓖麻油、石油氢化树脂分别称重后混合，并加热至80-90℃，边加热边搅拌，设定转速为320-350转/分钟，待其中固态物料全部热熔后，乳化分散设定转速为1600-2000转/分钟，乳化时间设定为50-70分钟，制得第一部分浆料膏体；
步骤2，将所述组份二半导体粉末中的各物料：碳化硼粉末、立方氮化硼粉末、二氧化锆粉末、类多晶金刚石粉末分别称重后混合，并投入造料机，完全出料干燥后，制得第二部分半导体混匀粉末；
步骤3，将所述第二部分半导体混匀粉末混入所述第一部分浆料膏体中，保持室温开启搅拌，搅拌速度设定为70-80转/分钟，搅拌时间设定为110-130分钟，即制得本发明所述的一种高散热半导体浆料。
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