一种散热结构

摘要

本发明属于微电子器件的散热技术，公开了一种可以降低界面热阻，提高界面热导率的散热结构。包括被散热层，所述被散热层顶表面为第一聚合物材料散热层，第一聚合物材料散热层顶表面为第二聚合物材料散热层；第一聚合物材料包括聚合物胶体、固化剂、导热填料，聚合物胶体与固化剂质量比为5：4，第一聚合物材料中导热填料的质量分数为60％至70％；第二聚合物材料包括聚合物胶体、固化剂、导热填料，聚合物胶体与固化剂质量比为5：4，第二聚合物材料中导热填料的质量分数为40％至50％。本发明提供的散热结构制作简单，降低了被散热层和聚合物层之间的界面接触热阻，提高了界面热导率，提高了整体的散热效率，具有良好应用前景。

权利要求

1.一种散热结构，其特征在于，包括被散热层，所述被散热层顶表面为第一聚合物材料散热层，所述第一聚合物材料散热层顶表面为第二聚合物材料散热层；

所述第一聚合物材料散热层由第一聚合物材料涂覆于被散热层上形成，所述第二聚合物材料散热层由第二聚合物材料涂覆于第一聚合物材料散热层之上形成，然后所述第一聚合物材料散热层和所述第二聚合物材料散热层一并在真空条件下、温度为100～150℃保存

2小时以上，固化得到所述散热结构；所述第一聚合物材料与所述第二聚合物材料的各组分选用同种材料；所述第一聚合物材料散热层与所述第二聚合物材料散热层间无界面层；

所述第一聚合物材料散热层的厚度为3～5微米，所述第二聚合物材料散热层的厚度为

50微米；

所述第一聚合物材料包括聚合物胶体、固化剂、导热填料，所述聚合物胶体与固化剂质量比为5：4，第一聚合物材料中导热填料的质量分数为60％至70％；

所述第二聚合物材料包括聚合物胶体、固化剂、导热填料，所述聚合物胶体与固化剂质量比为5：4，第二聚合物材料中导热填料的质量分数为40％至50％；

所述聚合物胶体选自环氧树脂、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺中任意一种；

所述导热填料选自氮化硼纳米片、碳化硅纳米颗粒、氮化铝纳米颗粒、氧化镁纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、碳纳米管中任意一种；

所述固化剂为改性甲基四氢苯酐。

2.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述涂覆方式包括旋涂、浸渍、喷涂。

3.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，第一聚合物材料是通过将聚合物胶体和固化剂按质量比5：4混合，再加入质量分数为60％～70％的导热填料混合搅拌均匀制得；

第二聚合物材料是通过将聚合物胶体和固化剂按质量比5：4混合，再加入质量分数为40％～50％的导热填料混合搅拌均匀制得。

4.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述被散热层包括高度集成电子线路。

5.根据权利要求4所述的散热结构，其特征在于，所述高度集成电子线路为芯片。

6.根据权利要求1‑5任意一项权利要求所述的散热结构，其特征在于，所述散热结构还包括设置在所述第二聚合物材料散热层顶表面的第三聚合物材料散热层，以及设置在第三聚合物材料散热层顶表面的导热层，所述第一聚合物材料散热层和所述第二聚合物材料散热层间、所述第二聚合物材料散热层和所述第三聚合物材料散热层间均没有界面层。

7.根据权利要求6所述的散热结构，其特征在于，所述第三聚合物材料散热层与第一聚合物材料散热层的材料和厚度保持一致，所述导热层为与外界相连的导热性能好的金属片或者硅片。

说明书

一种散热结构

技术领域

[0001] 本发明属于微电子器件的散热技术，具体的，涉及一种散热结构。

背景技术

[0002] 随着电子技术以及集成化的迅速发展，电子器件的散热问题成为必须解决的难点。由于电子器件对其独特的柔性/延展性要求，针对电子器件的封装材料的热设计也将成
为电子器件设计的关键环节，在保证柔韧性的同时拥有良好的导热性能。高分子聚合材料
具有质量轻、耐腐蚀、价格低廉、易加工成型、电绝缘性优异的多项优点，但其导热性能差和
与电子器件界面接触热阻太大，限制了其在导热领域方面的应用。因此开发具有高热导、低
界面接触热阻的材料至关重要。

[0003] 通过外加填料改善高分子聚合物导热能力，方法简单，易于工业化生产，是目前获得导热高分子材料的主要方法。随着纳米技术不断发展，多种低维纳米材料如氧化物，纳米
线，纳米带，特别是纳米碳管，石墨烯等材料的发现为高分子聚合物导热填料提供能信的方
法与途径。其中纳米填料是近几年内兴起的一种新型填料，利用低维纳米材料特殊的纳米
效应具有极高的导热系数，目前获得了广泛的关注与研究。0维纳米颗粒如金属、氧化物、氮
化物纳米颗粒具有优良的导热率，在一定填料比例下可以在不改变高分子聚合物材料的柔
性性基础上大幅提高材料的导热率，而一维纳米材料如碳纳米管，二维纳米材料如石墨烯
本身具有良好的柔韧性，同时具有很高的轴向强度，优异的导电、导热、耐高温等物理性能。

[0004] 现有技术中，对芯片散热通过将含有一定比例的纳米导热填料加入高分子聚合物中，搅拌均匀后，再对芯片进行胶体封装，最后固化聚合物。这种方法对于热导率有一定提
高，但在芯片与聚合物界面层仍然有很大的界面热阻。

发明内容

[0005] 基于上述被散热层与聚合物界面层仍然有很大的界面热阻的问题，为了降低界面热阻，本发明提出了一种降低界面接触热阻的散热结构。

[0006] 本发明使用聚合物纳米复合材料给被散热层(芯片等高度集成电子线路)做封装材料，并提出了一种新的结构，有效的降低了界面热阻，提高了被散热层的散热效率。

[0007] 本发明提供了一种散热结构，包括被散热层，所述被散热层顶表面为第一聚合物材料散热层，所述第一聚合物材料散热层顶表面为第二聚合物材料散热层；

[0008] 所述第一聚合物材料包括聚合物胶体、固化剂、导热填料，所述聚合物胶体与固化剂质量比为5：4，导热填料的质量比例为60％至70％；

[0009] 所述第二聚合物材料包括聚合物胶体、固化剂、导热填料，所述聚合物胶体与固化剂质量比为5：4，导热填料的质量比例为40％至50％。

[0010] 进一步的，将第一聚合物材料涂覆于被散热层上形成第一聚合物材料散热层，再将第二聚合物材料涂覆第一聚合物材料散热层之上，形成第二聚合物材料散热层，然后一
并在真空条件下、温度为100～150℃保存2小时以上，固化得到散热结构。

[0011] 进一步的，所述涂覆方式包括旋涂、浸渍、喷涂。

[0012] 进一步的，第一聚合物材料散热层的厚度为3～5微米，第二聚合物材料散热层的厚度为50微米。

[0013] 进一步的，所述聚合物胶体选自环氧树脂、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺中任意一种；

[0014] 所述导热填料选自氮化硼纳米片、碳化硅纳米颗粒、氮化铝纳米颗粒、氧化镁纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、碳纳米管中任意一种；

[0015] 所述固化剂为改性甲基四氢苯酐，改性甲基四氢苯酐购买自常州市润翔化工有限公司。

[0016] 进一步的，第一聚合物材料是通过将聚合物胶体和固化剂按质量比5：4混合，再加入质量分数为60％～70％的导热填料混合搅拌均匀制得；第二聚聚合物材料是通过将聚合
物胶体和固化剂按质量比5：4混合，再加入质量分数为40％～50％的导热填料混合搅拌均
匀制得。

[0017] 进一步的，所述被散热层包括高度集成电子线路，优选为芯片。

[0018] 进一步的，所述散热结构还包括设置在所述第二聚合物材料散热层顶表面的第三聚合物材料散热层，以及设置在第三聚合物材料散热层顶表明的导热层。

[0019] 进一步的，所述第三聚合物材料散热层与第一聚合物材料散热层的材料和厚度保持一致，所述导热层为与外界相连的导热性能好的金属片或者硅片。

[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0021] 本发明提供的散热结构增加了导热填料在聚合物复合材料和被散热层之间纳米导热填料浓度，一方面，增加了纳米导热填料和被散热层间的有效接触面积，另一方面，完
善了聚合物纳米复合材料和被散热层界面处纳米填料形成的网络，降低了被散热层和聚合
物层之间的界面接触热阻，提高了整体的散热效率。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例1的结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。下述实施例中固化剂采用改性甲基四氢苯酐，购买自常州市润翔化工有限公司。

[0025] 实施例1

[0026] 用芯片或其他高度集成电子线路作为被散热层，规格长和宽在1‑2cm，厚度在0.5‑1mm，，再将质量为5g聚合物胶体和质量为4g固化剂加入烧杯，质量比为5：4，再将质量为
13.5g的导热填料加入烧杯后高速搅拌均匀，在被散热层上涂覆一层厚度为3～5微米，此为
第一聚合物材料散热层。然后，再将质量为5g环氧树脂E54胶体和质量为4g固化剂加入烧
杯，质量比为5：4，再将质量为6g的导热填料加入烧杯后高速搅拌均匀，在第一聚合物材料
散热层上涂覆一层厚度为50微米，此为第二聚合物材料散热层。在真空条件下，温度为100
摄氏度时固化2小时。

[0027] 具体的包括以下步骤：

[0028] ①用芯片或其他被散热层(高度集成电子线路)作为基底，规格长和宽在1‑2cm，厚度在0.5‑1mm，此为被散热层。

[0029] ②取5g环氧树脂E54胶体或5g其他高分子聚合物聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺等聚合物中的一种胶体和4g固化剂，质量为21g氮化铝纳米导热填料
或相同质量比例其他的纳米导热填料氮化硼纳米片、碳化硅纳米颗粒、氧化镁纳米颗粒、氧
化锌纳米颗粒、碳纳米管高导热纳米填料中的一种加入烧杯中，高速搅拌均匀，在被散热层
上涂覆一层厚度为3～5微米，此为第一聚合物材料散热层。

[0030] ③取5g环氧树脂E54胶体或5g其他高分子聚合物聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺等聚合物中的一种胶体和4g固化剂，质量为9g氮化铝纳米导热填料
或相同质量比例其他的纳米导热填料氮化硼纳米片、碳化硅纳米颗粒、氧化镁纳米颗粒、氧
化锌纳米颗粒、碳纳米管高导热纳米填料中的一种加入烧杯中，高速搅拌均匀，在第一聚合
物材料散热层上涂覆一层厚度为50微米，此为第二聚合物材料散热层。

[0031] ④将基底被散热层放入匀胶机中，利用真空吸住，将第一聚合物材料散热层滴在被散热层表面，利用较高的转速旋涂一层厚度为3～5微米的第一聚合物材料散热层，再利
用较低的转速在上面旋涂一层厚度为50微米的第二聚合物材料散热层。

[0032] ⑤将旋涂好的样品放在真空条件下，100摄氏度固化2小时，待固化结束，芯片的散热层结构就制作好了。

[0033] 如图1所示，这是整个散热结构示意图，基底为被散热层，在被散热层上为第一聚合物材料散热层，第一聚合物材料散热层上为第二聚合物材料散热层，第一聚合物材料散
热层和第二聚合物材料散热层间没有界面层。

[0034] 实施例2

[0035] 本实施例散热结构同实施例1相同，不同之处在于进一步对散热结构做了改进，如图2所示，这是改进后的散热结构示意图，基底为被散热层被散热层，在被散热层被散热层
上为第一聚合物材料散热层，第一聚合物材料散热层上为第二聚合物材料散热层，第二聚
合物材料散热层上为第三聚合物材料散热层(与第一聚合物材料散热层材料、厚度一致)，
第一聚合物材料散热层和第二聚合物材料散热层间、第二聚合物材料散热层和第三聚合物
材料散热层间没有界面层，第三聚合物材料散热层上为与外界相连的导热性能极好的金属
片或者硅片等。

[0036] 本实施例散热结构的制作同实施例1，不同的是散热结构还包括设置在第二聚合物材料散热层顶表面的第三聚合物材料散热层，以及设置在第三聚合物材料散热层顶表明
的导热层。

[0037] 第三聚合物材料散热层与第一聚合物材料散热层的材料和厚度保持一致，所述导热层为与外界相连的导热性能好的金属片或者硅片。

[0038] 具体的，将基底被散热层放入匀胶机中，利用真空吸住，将第一聚合物材料散热层滴在被散热层表面，利用较高的转速旋涂一层厚度为3～5微米的第一聚合物材料散热层，
再利用较低的转速在上面旋涂一层厚度为50微米的第二聚合物材料散热层，再在厚度为
0.5～1mm金属片或硅片上涂覆一层厚度为3～5微米的第三聚合物材料散热层，将金属片或
硅片在上第三聚合物材料散热层在下，轻轻压在第二聚合物材料散热层上。

[0039] 将旋涂好的样品放在真空条件下，120摄氏度固化2小时，待固化结束，芯片的散热层结构就制作好了。

[0040] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

[0041] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。