碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于一種轉接板，具體是用于微電子系統中芯片和PCB基板互聯的碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板，屬于集成電路或分立器件封裝技術領域。
【背景技術】
[0002]在集成電路技術領域，需要將芯片與PCB基板連接，隨著封裝技術的發展，具有高導熱系數、高介電常數、低熱膨脹系數、高密度、高剛度等特性的轉接板孕育而生。其中TSV轉接板是目前比較主流的發展方向，其具有可實現精細線寬和線間距，可滿足高密度的轉接能力，但是由于一些工藝難點，比如通孔形成較難，介電層沉積困難，通孔金屬填充困難，因而這種方法的形成效率較低，目前還不具備大規模生產的能力。
[0003]為了克服TSV轉接板工藝中存在的問題，實用新型專利CN201994289U采用包封金屬柱陣列的聚合物作為轉接板。這種結構的轉接板與TSV轉接板相比，雖然降低了工藝難度，但由于聚合物的導熱性能以及機械強度均弱于硅，限制了轉接板的性能。
[0004]為增強聚合物的導熱性能及力學性能，中國發明專利103325754A公開了一種基于碳納米管增強的聚合物復合材料轉接板及其制備方法，該專利是通過碳納米管增強聚合物轉接板的導熱和力學性能。而本發明則提出了以碳化硅晶須增強聚合物轉接板的導熱和力學性能，由于屬于兩種不同的增強材料，轉接板的制備工藝也存在差異。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對聚合物轉接板的不足，提出一種碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板及其制備方法，由于傳統聚合物材料的導熱性能較差，而發明的碳化硅晶須/聚合物復合材料具有較高的導熱性能，同時具有較好的機械性能，有望實現產業化應用。
[0006]本發明提供一種碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板，包括金屬柱陣列以及碳化硅晶須/聚合物復合材料薄膜，其中，通過旋涂或電泳的方法制備的碳化硅晶須/聚合物復合材料薄膜構成轉接板的基體，金屬柱陣列規則分布在碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板基體中，并豎直貫穿其中。
[0007]優選地，所述金屬柱的直徑為10?150 μ m，高度為100?300 μ m。
[0008]優選地，構成金屬柱陣列的金屬為銅、鎳、鈦、鉻或合金的一種。
[0009]優選地，所述的碳化硅晶須/聚合物復合薄膜作為轉接板基體，其高度與金屬柱的高度基本保持一致，為100?300 μ m。
[0010]優選地，所述的聚合物采用電泳漆、聚酰亞胺、環氧樹脂、SU-8中的一種。
[0011]優選地，所述碳化硅晶須包括氣相碳源法、固相碳源法以及液相碳源法制備得到的碳化硅晶須。
[0012]本發明提供一種碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板的制備方法，包括如下步驟:
[0013]步驟一，金屬柱陣列的制備
[0014]在玻璃基片上旋涂一層光刻正膠、烘干作為犧牲層，在犧牲層上濺射種子層Cr/Cu，然后再在種子層上甩一層光刻膠并烘干，或在Cr/Cu種子層上貼一層干膜，通過光刻、顯影對光刻膠或干膜進行圖形化，露出直徑為10?150 μ m的圓形Cr/Cu種子層區域，再通過恒流電鍍形成金屬柱陣列，高度為100?300 μ m，然后去除Cr/Cu種子層上的多余光刻膠或干膜，并用去離子水超聲清洗金屬柱陣列，在100-250°C烘干；
[0015]步驟二，碳化硅晶須/聚合物復合薄膜的制備
[0016]通過電泳和旋涂的方式，將碳化硅晶須/聚合物復合材料均勻覆蓋在上述帶金屬柱陣列的基底上，保證復合涂層的厚度與金屬柱陣列的高度相近，然后在100-250°C進行烘干；對轉接板的頂端進行拋光處理，將金屬柱頂端從碳化硅晶須/聚合物復合材料中露出。
[0017]步驟三，碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板的形成
[0018]去除犧牲層，將帶有金屬柱陣列的轉接板與玻璃基片脫離，對轉接板底端拋光，去除種子層，露出金屬柱，從而最終得到碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板。
[0019]所述的金屬柱陣列由多個金屬柱規則地排布，豎直貫穿于由碳化硅/聚合物復合材料轉接板基體。
[0020]為增強聚合物的導熱性能及強度，本發明提出了一種碳化硅晶須/聚合物復合材料轉接板。碳化硅晶須是一種直徑為納米級至微米級的單晶纖維，晶體結構與金剛石相類似，晶體內化學雜質少，無晶粒邊界，晶體結構缺陷少，結晶相成分均一，具有高導熱系數(83.6ff/m.K)、低熱膨脹率(4.4X 10_6°C ―1)、高熔點(溫度高達2700°C )、低密度(3.21g/cm3)、高強度(抗拉強度為2100kg/cm2)、高彈性模量(彈性模量9 X 104kg/cm2)以及耐磨、耐腐蝕、抗高溫氧化能力強等特性。利用碳化硅晶須可以提高轉接板中聚合物的導熱性能和機械性能，提高轉接板的導熱能力和機械強度。
[0021]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0022]本發明采用碳化硅晶須/聚合物復合材料作為轉接板，與采用純聚合物材料或玻璃介質作為轉接板相比，由于碳化硅晶須的引入使聚合物的導熱性能和機械性能有了顯著地提高，但又沒有增加工藝難度，因而使轉接板的整體性能得到提高，有望用于工業化生產。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0024]實施例1
[0025]用本發明的方法制備碳化硅晶須/電泳漆復合材料轉接板，包括以下步驟:
[0026]1.銅柱陣列的制備
[0027]在玻璃基片上旋涂一層厚約5?10 μ m的光刻正膠作為犧牲層，烘干，在犧牲層上濺射種子層Cr/Cu，然后將250?300 μ m厚的干膜貼在種子層Cr/Cu上，光刻、顯影，使干膜圖形化，露出直徑為120?180 μ m的圓形Cr/Cu區域。以帶圖形化種子層的玻璃基底為陰極，以銅板為陽極，在兩電極之間施加5?lOmA/cm2的恒流電源，在室溫下電鍍形成高度為250?300 μ m的銅柱陣列；然后去除Cr/Cu種子層上的干膜，并用去離子水超聲清洗銅柱陣列，在100?150°C供干30?40min ；
[0028]2.碳化硅晶須/電泳漆復合材料的電泳沉積
[0029]配置碳化硅晶須/電泳漆混合電泳液:將10g電泳漆黑漿、500g電泳漆乳液和600g去離子水加入燒杯，在室溫下利用磁力攪拌器攪拌24h，使電泳液發生熟化，然后加入一定量經過處理的帶有電荷的碳化硅晶須懸浮液，攪拌混合均勻。
[0030]把上述帶銅柱陣列的基底作為陰極，以不銹鋼或鈦片作為陽極，將