本發(fā)明涉及微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板及其制備方法。

背景技術(shù)：

基于硅通孔(TSV)互連的三維堆疊封裝以其堆疊密度最大、片間互連線最短、外形尺寸最小和顯著降低功耗、提升芯片速度的潛力而備受重視，被認(rèn)為是引線鍵合堆疊封裝之后最具發(fā)展?jié)摿Φ母呙芏?D封裝技術(shù)，又稱TSV封裝。

TSV轉(zhuǎn)接板是按照設(shè)計(jì)分布的金屬柱陣列和填充其間的絕緣介質(zhì)構(gòu)成，PI、BCB等是目前絕緣介質(zhì)層最常用的聚合物介質(zhì)材料，雖然擁有過程簡(jiǎn)單、效率高、成本低、臺(tái)階覆蓋性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，但熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)偏大、易于被有機(jī)溶劑溶脹，而影響了轉(zhuǎn)接板的性能。納米氮化鋁(AlN)以其熱導(dǎo)率高、與Si的線熱膨脹系數(shù)接近匹配、力學(xué)性能優(yōu)良且無毒的優(yōu)勢(shì)而可以應(yīng)用于增強(qiáng)聚酰亞胺薄膜，進(jìn)而獲得綜合性能優(yōu)良的復(fù)合薄膜。

經(jīng)檢索，103325754A、基于碳納米管增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板及其制備方法，該發(fā)明提供了一種基于碳納米管增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板及其制備方法，包括金屬柱、側(cè)壁絕緣膜、碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚合物，其中：用側(cè)壁絕緣膜包圍金屬柱的側(cè)壁形成金屬柱陣列規(guī)則排布在碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚合物組成的轉(zhuǎn)接板基體中，碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙及碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與金屬柱間的空隙由聚合物填充完整。

但是，碳納米管增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板及制備過程中，側(cè)壁絕緣膜可能存在一定的缺陷，這個(gè)增加了制備工藝的難度。另外，碳納米管的存在可能影響介質(zhì)層的絕緣和介電性能，不利于轉(zhuǎn)接板整體綜合性能的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板及其制備方法，本發(fā)明既能提高轉(zhuǎn)接板的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能，又能顯著降低其熱膨脹系數(shù)，而且工藝成本低，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板，包括轉(zhuǎn)接板基體，在所述轉(zhuǎn)接板基體內(nèi)有金屬柱陣列結(jié)構(gòu)，所述金屬柱陣列間的空隙由納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺薄膜填充，所述金屬柱陣列垂直貫穿于所述轉(zhuǎn)接板基體。

優(yōu)選地，所述的納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺薄膜中，氮化鋁的質(zhì)量含量為8-20％、厚度為100-300微米。

優(yōu)選的，所述的氮化鋁的質(zhì)量含量為15-20％。高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氮化鋁改性聚酰亞胺薄膜可以顯著提高熱導(dǎo)率，顯著降低熱膨脹性能。

優(yōu)選地，所述的金屬柱陣列的金屬為鉻、銅、金、鈦、鎳或合金的一種。

聚酰亞胺具有良好的絕緣能力，優(yōu)異的微加工性能，而使用于轉(zhuǎn)接板中，但是聚酰亞胺的熱導(dǎo)率低，不利于轉(zhuǎn)接板的散熱，而且熱膨脹系數(shù)大，容易產(chǎn)生熱失配，而限制該轉(zhuǎn)接板的應(yīng)用。納米氮化鋁卻具有較高的熱導(dǎo)率，良好的力學(xué)性能，聚酰亞胺和納米氮化鋁兩者形成的復(fù)合材料，納米氮化鋁在聚酰亞胺基體中均勻分布，連接成網(wǎng)狀，形成一個(gè)微導(dǎo)熱的通道，相比于純聚酰亞胺，熱導(dǎo)率顯著提高，熱膨脹性能顯著降低。這無疑對(duì)轉(zhuǎn)接板的性能提高具有重要的意義。

如何開發(fā)一套復(fù)合材料制備工藝并且使之兼容于轉(zhuǎn)接板的微加工工藝，成為業(yè)內(nèi)一個(gè)重要的問題。目前，在制備復(fù)合材料過程中，納米氮化鋁容易團(tuán)聚，這樣使得納米氮化鋁的含量不高，一般為10％以下，而不宜于發(fā)揮復(fù)合材料的綜合性能。

本發(fā)明通過利用硅烷偶聯(lián)劑(優(yōu)選為KH550)處理過的納米氮化鋁，可以有效阻止了納米氮化鋁的團(tuán)聚，并且使用了高速球磨工藝，可以獲得高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氮化鋁改性聚酰亞胺薄膜。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板的制備方法，所述方法通過在聚酰亞胺基體中引入納米氮化鋁增強(qiáng)體，獲得納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺復(fù)合懸浮液，進(jìn)而通過旋涂工藝制備納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺復(fù)合薄膜并應(yīng)用于轉(zhuǎn)接板中，從而得到基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板。

優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟：

第一步、用偶聯(lián)劑對(duì)納米氮化鋁進(jìn)行改性，通過超聲和高速球磨分散工藝，將改性后的納米氮化鋁分散于聚酰亞胺涂層膠中，獲得含有納米氮化鋁的聚酰亞胺懸浮液；

第二步、在玻璃基片上甩正膠作為犧牲層，并在犧牲層上濺射種子層，甩膠再光刻，對(duì)玻璃基片表面進(jìn)行圖形化處理，通過電鍍形成金屬柱陣列；去除圖形化留下的光刻膠，去除裸露的種子層，得到暴露的金屬柱陣列；

第三步、通過旋涂工藝將第一步制備得到的含有納米氮化鋁的聚酰亞胺懸浮液填充到金屬柱陣列，升溫固化；然后表面研磨處理使金屬柱頂端從聚酰亞胺復(fù)合薄膜中露出，去犧牲層光刻膠，將轉(zhuǎn)接板釋放出來，從而得到基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板。

更優(yōu)選地，第一步中：

對(duì)納米氮化鋁進(jìn)行預(yù)處理，用親水性溶劑配成氮化鋁懸浮液，經(jīng)超聲分散和球磨后加入聚酰亞胺涂層膠，再通過球磨工藝得到含有納米氮化鋁的聚酰亞胺懸浮液。

更優(yōu)選地，所述高速球磨工藝，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為450-600轉(zhuǎn)每分鐘。

更優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。

更優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明先通過光刻顯影工藝進(jìn)行圖形化，電鍍形成金屬柱陣列，然后以旋涂方式在金屬柱陣列間隙內(nèi)填充入氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，表面研磨處理使金屬柱頂端從聚合物中露出，從而形成一種納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板。本發(fā)明所述制備方法工藝流程簡(jiǎn)單、成本較低，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明通過納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜代替了傳統(tǒng)的聚酰亞胺作為絕緣介質(zhì)，使聚合物轉(zhuǎn)接板的熱導(dǎo)率、力學(xué)強(qiáng)度有很大的提升，同時(shí)熱膨脹系數(shù)顯著下降，擴(kuò)大了轉(zhuǎn)接板的使用范圍，延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)接板的使用壽命。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的轉(zhuǎn)接板的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為平面圖，(b)為縱截面圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的制備方法流程圖。

圖中：轉(zhuǎn)接板基體1，金屬柱陣列2，納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺薄膜3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種基于納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板，包括轉(zhuǎn)接板基體1，在所述轉(zhuǎn)接板基體內(nèi)有金屬柱陣列2，所述金屬柱陣列2間的空隙由納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺薄膜3填充，所述金屬柱陣列2垂直貫穿于所述轉(zhuǎn)接板基體1。

本實(shí)施例中，所述納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺薄膜3中，氮化鋁的質(zhì)量含量為8-20％、厚度為100-300微米。

作為優(yōu)選的，所述氮化鋁的質(zhì)量含量為15-20％。更為優(yōu)選的，所述氮化鋁的質(zhì)量含量為20％。

本實(shí)施例中，所述金屬柱陣列2為鉻、銅、金、鈦、鎳或合金的一種。

本實(shí)施例所述轉(zhuǎn)接板通過納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜代替了傳統(tǒng)的聚酰亞胺作為絕緣介質(zhì)。既能提高轉(zhuǎn)接板的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能，又能顯著降低其熱膨脹系數(shù)。

如圖2所示，一種基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板的制備方法，所述方法包括如下步驟：

首先，納米氮化鋁增強(qiáng)的聚酰亞胺薄膜的制備，具體包括如下步驟：

第一步、先把硅烷偶聯(lián)劑KH550和溶劑丙酮混合，加入氮化鋁納米粉，超聲分散20-30min，在空氣中使丙酮自然揮發(fā)，然后放人到真空干燥箱中于150℃，反應(yīng)2h，然后對(duì)將納米氮化鋁改性成功，然后加到分散劑(NMP)中，超聲分散15min；

第二步、將第一步得到的分散液，加入球磨罐中，然后在球磨機(jī)中強(qiáng)力球磨分散2h,球磨轉(zhuǎn)速設(shè)置為450-600轉(zhuǎn)每分鐘；

第三步、在第二步的分散液中加入質(zhì)量為10g的聚酰亞胺涂層膠，納米氮化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)該保持8-20％左右，該組分的復(fù)合材料性能提高明顯，并且含有納米氮化鋁的聚酰亞胺懸浮液成膜性強(qiáng)，仍然兼容于微加工工藝；然后接著球磨10h；

第四步、將第三步得到的分散液置于真空箱，真空保持30min，得到了納米氮化鋁/聚酰亞胺的復(fù)合懸濁液。

接著，轉(zhuǎn)接板金屬柱陣列的制備，具體包括如下步驟：

第五步、在玻璃基片上甩5微米厚的光刻膠作為犧牲層，在光刻膠表面濺射Cr/Cu種子層，其中：Cr厚度20納米，Cu厚度80納米；

第六步、在第五步的Cr/Cu種子層表面旋涂光刻膠并圖形化，在常規(guī)的電鍍工藝條件下電鍍Cu，厚度為100-300微米；

第七步、去除第六步圖形化留下的光刻膠，去除暴露的種子層，露出裸露的金屬柱陣列。

最后，納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板的制備，具體包括如下步驟：

第八步、利用旋涂工藝將第四步得到的納米氮化鋁/聚酰亞胺的復(fù)合懸濁液旋涂到第七步得到的金屬柱陣列，并升溫固化,固化曲線為1分鐘升溫1℃，然后在90℃，140℃，160℃，190℃,220℃,250℃分別保溫1小時(shí)，最后隨爐冷卻；

第九步、利用機(jī)械方法進(jìn)行磨削，使金屬柱頂端從復(fù)合薄膜中露出，去犧牲層光刻膠，將轉(zhuǎn)接板釋放出來，從而得到基于納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板。

本發(fā)明先通過光刻顯影工藝進(jìn)行圖形化，電鍍形成金屬柱陣列，然后以旋涂方式在金屬柱陣列間隙內(nèi)填充入氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，表面研磨處理使金屬柱頂端從聚合物中露出，從而形成一種納米氮化鋁/聚酰亞胺復(fù)合材料轉(zhuǎn)接板。本發(fā)明所述制備方法工藝流程簡(jiǎn)單、成本較低，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。

需要指出的是，上述實(shí)施例采用微加工方法只是本發(fā)明的一實(shí)施例，還可以，金屬結(jié)構(gòu)的尺寸及種類，不僅僅局限于上述實(shí)例的描述，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。

以上實(shí)例描述了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及微加工方法，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種改進(jìn)和優(yōu)化，這些改進(jìn)和優(yōu)化都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。