一種導電導熱復合材料及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種導電導熱復合材料及其應用，該復合材料由以下重量份的組份制成：高分散性導電銀粉200～600份、高導電銅金屬400～800份、聚硅氧烷樹脂100～200份、酸酐類固化劑10～100份、甲基咪唑10～50份。原料經(jīng)高速混合及擠出固化得到導電導熱復合材料。本發(fā)明的導電導熱復合材料具有加工成形性好、導熱導電性能突出等優(yōu)點；尤其在PCB加工工藝中，與錫膏/錫片進行復配混合后，可以極大的減少SMT焊接中產(chǎn)生的空洞問題，使芯片與PCB的接地信號完整性、芯片與PCB散熱金屬基的高導熱性有大幅度的提升，從而提高了電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】一種導電導熱復合材料及其應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子印刷線路板加工技術，尤其是應用于高頻芯片與印刷線路板(PCB)以及金屬散熱基的焊接中的導電導熱復合材料。

【背景技術】
[0002]隨著電子技術的發(fā)展，產(chǎn)品的小型化、集約化已經(jīng)成為趨勢。尤其在通信、微波、航空航天、智能手機等領域，系統(tǒng)的工作頻率逐步提聞，芯片的處理能力逐步提升，如何提聞電子系統(tǒng)的信號靈敏度、可靠性與散熱成為熱點。
[0003]為解決該課題，在PCB行業(yè)，普遍采用芯片嵌入金屬基焊接的技術來解決接地與散熱問題。目前的芯片焊接技術，主要是芯片與金屬散熱基之間采用錫片焊接，成本高，效率低，工藝復雜，普遍存在占焊接面積45~35%的空氣泡，導致芯片的接地與散熱功效大為降低，而且在高頻領域容易造成信號完整性問題，大大降低了系統(tǒng)整體可靠性。
[0004]隨著材料科學技術的不斷突破，一些專門應用與電子印刷線路板的導電導熱材料產(chǎn)品應運而生。目前市場上的產(chǎn)品以及解決方案，還只能處理金屬基到散熱器的外圍非關鍵點的導熱導電問題，而沒有涉及芯片側的核心【技術領域】。因此，研制可以在芯片側應用的導熱導電材料，不但是材料技術方面的突破，而且在應用層面解決了 PCB行業(yè)的關鍵點與創(chuàng)新性，促進了 PCB產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，具有非常重要的經(jīng)濟價值和實用價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對PCB行業(yè)現(xiàn)有材料技術與應用方案的不足，提供一種導電導熱復合材料及在芯片側的解決方案，在保證系統(tǒng)的信號完整性和散熱性基礎上，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]一種導電導熱復合材料，所述復合材料包括以下重量份的組分:
[0008]高分散性導電銀粉200~600份；
[0009]高導電性銅金屬400~800份；
[0010]聚硅氧烷樹脂100~200份；
[0011]酸酐類固化劑10~100份；
[0012] 甲基咪唑10~50份。
[0013]所述高分散性導電銀粉的粒徑為50~500納米，體積電阻率為1.0~1.6n Qm0
[0014]所述高導電性銅金屬的體積電阻率為1.0~1.6ηΩπι，平均粒徑為8.0~10.0 μ mD
[0015]所述聚硅氧烷樹脂的固化溫度為80~100°C。
[0016]所述酸酐類固化劑的固化時間是15~30分鐘。
[0017]所述甲基咪唑的密度是0.5~L 06g/ml。
[0018]上述任一所述的導電導熱復合材料的應用，將所述導電導熱復合材料的各組分混合均勻后用于4G通信基站、智能手機、高頻通信系統(tǒng)、軍工射頻通信。
[0019]所述應用方法如下:
[0020]在芯片金屬的法蘭底部用所述導電導熱復合材料進行涂覆固化(在后續(xù)的高溫環(huán)境下，材料的化學鍵產(chǎn)生變化，與焊錫材料在分子級別融合，從而使系統(tǒng)的導電接地功能，散熱功能有量級的提升)，隨后該芯片金屬與錫膏/錫片一起嵌入至PCB印刷線路板的散熱金屬基的凹槽內(nèi)，隨后進入SMT工藝流程。
[0021]又，所述應用方法如下:
[0022]在芯片側翼的輸入輸出端口用所述導電導熱復合材料進行涂覆固化，隨后該芯片與錫膏/錫片一起嵌入PCB印刷線路板的輸入輸出端子位置(避免焊錫材料的無控制流動性，提高系統(tǒng)的絕緣可靠性)，隨后進行SMT工藝流程。
[0023]進一步地，所述應用方法如下:
[0024]在PCB的散熱金屬基底部用所述導電導熱復合材料進行涂覆固化(提升系統(tǒng)接地導電、導熱性能，大大提高目前的生產(chǎn)效率，降低制造成本)，然后該金屬基與錫膏/錫片一起與系統(tǒng)的散熱片進行焊接工藝流程。
[0025]所述涂覆固化方法如下:
[0026]將各組分加入高速混合機進行混合，混合溫度為30~150°C，混合時間為3~30分鐘；然后，將混合物加入雙螺桿擠出機進行擠出，涂覆在材料需結合的部分，進行固化。
[0027]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0028](I)本發(fā)明采用目前常用的成型加工技術及設備，制備了導電導熱復合材料。在所制得的導電導熱復合材料體系中，起導電導熱效果的是多元組合的導電導熱填充物:其中，銀銅導電填料既保證了電氣性能，又在成本方面做到了優(yōu)化處理。復合材料在高溫環(huán)境中，與錫膏/錫片材料進行復配組合，進一步優(yōu)化了導電導熱的均一性，使系統(tǒng)的性價比突出，特別適合大批量生產(chǎn)。
[0029](2)采用該復合材料，在不影響后續(xù)流程的情況下，空氣泡減低至8%以內(nèi)，大幅提高了系統(tǒng)的導熱與接地性能。與錫膏/錫片進行復配組合，成本低，效率高，大大提高了高頻電路系統(tǒng)的電氣性能與可靠性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是現(xiàn)有的錫膏/錫片焊接方案，經(jīng)過SMT后X射線測試圖；
[0031]圖2是本發(fā)明的添加復合材料后的焊接方案，經(jīng)過SMT后X射線測試圖。
[0032]具體的實現(xiàn)方法
[0033]下面結合附圖和具體實例對本發(fā)明做進一步的描述:
[0034]對比例I
[0035]現(xiàn)有的焊接方案:在金屬基凹槽內(nèi)部鋼網(wǎng)印刷錫膏，或者放置錫片后，將芯片至于凹槽上方，施加一定壓力后進入SMT (回流焊)工序，標準為IPC DRM-SMT-1999 (surfacemount solder joint evaluat1n)。處理效果:35%的芯片底面積產(chǎn)生空洞。
[0036]實施例1
[0037]高分散性導電銀粉400份；
[0038]高導電性銅金屬700份；
[0039]聚硅氧烷樹脂150份；
[0040]酸酐類固化劑20份；
[0041]甲基咪唑15份。
[0042]將成型的導電導熱復合材料與芯片底部金屬法蘭表面進行涂覆固化；
[0043]涂覆固化方法如下:將各組分加入高速混合機進行混合，混合溫度為30~150°C，混合時間為3~30分鐘；然后，將混合物加入雙螺桿擠出機進行擠出，涂覆在芯片需結合的部位。
[0044]隨后將該芯片，與錫膏/錫片一同植入PCB的金屬散熱基凹槽內(nèi)，同時在芯片頂部施加一定的壓力；
[0045]進行SMT 工序，標準為 IPC DRM-SMT-1999 (surface mount solder jointevaluat1n)。效果如圖2所示,空洞面積與芯片面積的比例在8%以內(nèi)。與對比例I對比可知，實施例1中芯片底部金屬法蘭側氣泡明顯減少，由空洞導致的不能充分接地引發(fā)的信號完整性問題，已經(jīng)空洞造成的導熱效率大大降低等問題均得到解決。
[0046]實施例2
[0047]高分散性導電銀粉300份；
[0048]高導電性銅金屬600份；
[0049]聚硅氧烷樹脂250份；
[0050] 酸酐類固化劑35份；
[0051]甲基咪唑20份。
[0052]將成型的導電導熱復合材料與芯片側翼輸入輸出端子表面進行涂覆固化，涂覆固化方法如實施例1 ;
[0053]隨后將該芯片，與錫膏/錫片一同植入PCB的芯片輸入輸出金屬端子上，同時在芯片頂部施加一定的壓力；
[0054]進行SMT 工序，標準為 IPC DRM-SMT-1999 (surface mount solder jointevaluat1n)。
[0055]實施例3
[0056]高分散性導電銀粉400份；
[0057]高導電性銅金屬6700份；
[0058]聚硅氧烷樹脂180份；
[0059]酸酐類固化劑28份；
[0060]甲基咪唑14份。
[0061]將成型的導電導熱復合材料與金屬散熱基底部進行涂覆固化，涂覆固化方法如實施例I ;
[0062]隨后將該散熱基，與錫膏/錫片一同與系統(tǒng)的散熱片進行對位，同時在芯片頂部施加一定的壓力；
[0063]進行SMT 工序，標準為 IPC DRM-SMT-1999 (surface mount solder jointevaluat1n)。
[0064]本申請的復合材料可應用于4G通信基站設備、微波廣播通信系統(tǒng)、智能手機、航空航天等電子【技術領域】中，能滿足系統(tǒng)的信號靈敏度、可靠性、散熱要求對材料的要求。
[0065]前述對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種導電導熱復合材料，其特征在于，所述復合材料包括以下重量份的組分: 高分散性導電銀粉200~600份； 高導電性銅金屬400~800份； 聚硅氧烷樹脂100~200份； 酸酐類固化劑10~100份； 甲基咪唑10~50份。
2.根據(jù)權利要求1所述的導電導熱復合材料，其特征在于，所述高分散性導電銀粉的粒徑為50~500納米，體積電阻率為1.0~1.6ηΩπι。
3.根據(jù)權利要求1所述的導電導熱復合材料，其特征在于，所述高導電性銅金屬的體積電阻率為1.0~1.6ηΩπι，平均粒徑為8.0~10.0 μ m。
4.根據(jù)權利要求1所述的導電導熱復合材料，其特征在于，所述聚硅氧烷樹脂的固化溫度為80~100°C。
5.根據(jù)權利要求1所述的導電導熱復合材料，其特征在于，所述酸酐類固化劑的固化時間是15~30分鐘。
6.根據(jù)權利要求1所述的導電導熱復合材料，其特征在于，所述甲基咪唑的密度是0.5 ~1.06g/ml ο
7.—種權利要求1~6中任一所述的導電導熱復合材料的應用,其特征在于,將所述導電導熱復合材料的各組分混合均勻后用于4G通信基站、智能手機、高頻通信系統(tǒng)、軍工射頻通信。
8.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，所述應用方法如下: 在芯片金屬的法蘭底部用所述導電導熱復合材料進行涂覆固化，隨后該芯片金屬與錫膏/錫片一起嵌入至PCB印刷線路板的散熱金屬基的凹槽內(nèi)，隨后進入SMT工藝流程。
9.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，所述應用方法如下: 在芯片側翼的輸入輸出端口用所述導電導熱復合材料進行涂覆固化，隨后該芯片與錫膏/錫片一起嵌入PCB印刷線路板的輸入輸出端子位置，隨后進行SMT工藝流程。
10.根據(jù)權利要求7所述的應用，其特征在于，所述應用方法如下: 在PCB的散熱金屬基底部用所述導電導熱復合材料進行涂覆固化，然后該金屬基與錫膏/錫片一起與系統(tǒng)的散熱片進行焊接工藝流程。
【文檔編號】C08K13/02GK104177833SQ201410394573
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權日:2014年8月12日
【發(fā)明者】柳珩 申請人:上海柯金電子科技有限公司