专利名称：用于焊接材料的钻石颗粒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于焊接材料的钻石颗粒，尤其是应用于微电子封装及散热 结构中含有钻石颗粒的焊接材料。
背景技术：
一般电子组件的封装或将电子组件如(LED，CPU，GPU等)结合于金属散热器上，通 常需要利用焊接技术使焊接材料作为连接层，将高功率的电子组件产生的热量传到金属散 热器进行散热。焊接材料中含有锡，锡的热导率为66. 6ff/(m ，远低于铜的401W/(m -K)， 因此在热传的过程中，低导热率的焊锡层会造成很大的热阻，降低热传效率。美国专利US6，365，973，揭示一种填充焊锡材料，包括一焊锡材料内含有多个 镀膜填充颗粒，其中该镀膜填充颗粒改变填充焊锡材料的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion) 0镀膜填充颗粒是由具有低热膨胀系数的材料涂布一层可与焊锡材 料产生润湿作用的涂布层所制成；填充颗粒的材料如石墨(graphite)、碳纤维(carbon fiber)、钻石(diamond)、氮化硼(boron nitride)、氮化招(aluminum nitride)、碳化娃 (silicon carbide)、氮化娃(silicon nitride)、氧化锋(zinc oxide)、招(alumina)、二硼 化钛(titanium diboride)和氧化硅(silica)等；涂布层的材料如钴，铜，氧化铜、镍、铁、 锡、二氧化锡、锌和其合金等。上述美国专利揭示的填充焊锡材料虽含有钻石颗粒，可以增加其导热效率，但钻 石颗粒若直接涂布一层可与焊锡材料润湿作用的金属材料，钻石无法与金属产生化学键结 结合，该金属材料很难牢固附着于钻石颗粒的表面，经过多次循环的升温及降温，因为两者 的热膨胀系数差异太大，很容易造成金属材料与钻石颗粒产生脱离，降低焊接强度及增加 热阻，使填充焊锡材料失去焊接的功能。
发明内容为改善已知用于焊接材料的钻石颗粒，使钻石颗粒与焊锡材料的结合更稳固，并 藉由选择钻石颗粒的大小及占有的比率，制作适合各种用途的焊接材料，而提出本实用新 型。一种用于焊接材料的钻石颗粒，其中多个镀膜钻石颗粒分别包括—钻石颗粒，其表面具有一金属碳化物涂层；至少一层金属镀层，结合于该金属碳化物涂层表面。本实用新型的主要目的，在提供一种用于焊接材料的钻石颗粒，其中的钻石颗粒 与润湿作用的金属镀层之间具有一金属碳化物涂层，金属镀层因此可与钻石颗粒与金属 焊料稳固结合，使镀膜钻石颗粒可均勻的混合焊锡材料中。本实用新型的另一目的，在提供一种用于焊接材料的钻石颗粒，藉由调整镀膜钻 石颗粒的大小及占有的体积比率，制作不同性质的焊接材料，使含有钻石颗粒的焊接材料 可适合不同的用途。[0011]本实用新型的优点为由于钻石颗粒表面的金属碳化物涂层帮助钻石颗粒与金属 镀层稳定结合，较不会因为经过多次循环的升温及降温而产生脱离失去结合作用，使镀膜 钻石颗粒可均勻的混合在焊锡材料中；并藉由调整镀膜钻石颗粒的大小及占有的比率，制 作不同性质的焊接材料，使含有钻石颗粒的焊接材料可适合不同的用途如焊接材料的稳定 性。本实用新型的其它目的、功效，请参阅图及实施例，详细说明如下。
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新 型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一 步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用 新型，并不构成对本实用新型的不当限定，其中图1为本实用新型用于焊接材料的钻石颗粒图2为本实用新型镀膜钻石颗粒的示 意图。图3为本实用新型钻石颗粒的应用例的示意图。(主要组件符号说明)用于焊接材料的钻石颗粒1 ；焊锡材料11 ；镀膜钻石颗粒12 ；钻石颗粒121 ；金属 碳化物涂层122 ；金属镀层123 ；电子组件2 ；金属散热器3。
具体实施方式
参照图1至图3对本实用新型的实施例进行说明。如图1、2、3所示，本实用新型是在焊锡材料11中加入一定体积比例及一定大小的 镀膜钻石颗粒12，由于钻石颗粒121的热导率为1200-2000W/(m ，远大于锡的热导率为 66. 6ff/(m -K)，因此可以大幅增加焊接材料11的热导率。但是因为钻石颗粒121与焊锡材 料11之间没有润湿作用，所以当焊锡材料11受热融化时，比重较轻的钻石颗粒121会被焊 锡材料11中的助焊剂带走，飘浮在焊锡材料11的表面而无法使用，因此需要在钻石颗粒 121的表面镀上一层可与焊锡材料11产生润湿作用的金属镀层123。但是，钻石颗粒121 的表面无法直接电镀金属镀层123，所以需要先利用微蒸镀或真空蒸镀或溅射沉积，然后经 过高温程序反应等方法在钻石颗粒121的表面生成一层金属碳化物涂层122，再于碳化物 涂层122表面镀上所需的金属镀层123，才能与焊锡材料11产生润湿作用。如图1、2、3所示，本实用新型用于焊接材料的钻石颗粒1，包括一焊锡材料 11 (solder material)及与其相混合的多个镀膜钻石颗粒12 ；该镀膜钻石颗粒12包括在钻 石颗粒121表面的金属碳化物涂层122表面结合至少一层金属镀层123 ；藉由钻石颗粒121 表面的金属碳化物涂层122帮助钻石颗粒121与金属镀层123稳定结合。金属碳化物涂层 122的热膨胀系数介于钻石颗粒121的热膨胀系数与金属镀层123的热膨胀系数之间。本实用新型镀膜钻石颗粒12的钻石颗粒121与金属镀层123之间具有缓冲的金 属碳化物涂层122，虽经过多次循环的升温及降温，较不会因为钻石颗粒121与金属镀层 123两者的热膨胀系数差异太大，而造成金属镀层123与钻石颗粒121产生脱离而失去结合 作用，使含有钻石颗粒1具有较稳固的焊接功能。[0022]本实用新型镀膜钻石颗粒121的体积为焊锡材料11的体积的5%至30%，其中以 10%至20%为最佳，当超过30%时，会降低焊接强度。钻石颗粒121的大小为0.001mm(毫 米)至0.2mm，其中以0.005至0.02mm为最佳。钻石颗粒121的种类可为高温高压(HTHP)
人造钻石。如图1、2、3所示，本实用新型含有钻石颗粒1的制法，包括如下步骤1.将钻石颗粒121以微蒸镀或真空蒸镀或溅射沉积程序涂布一层可与钻石颗粒 121形成碳化物的金属材料，如含有铬、钼、钨、钛、钒、钽、锆、硅(Cr, Mo,ff, Ti，V，Ta, Zr, Si) 等材料，然后经过高温程序反应后，上述涂布的金属材料会与钻石颗粒121的碳反应形成 金属碳化物涂层 122，如 CrC，MoC，WC, TiC，VC，TaC，ZrC, SiC 等。2.将上述具有金属碳化涂层122的钻石颗粒121以化学镀或电镀的程序，镀上一 层金属镀层123形成镀膜钻石颗粒12 ；该金属镀膜层123的金属包含但不限于下列材料 金、银、铜、铁、铝、镍、钴、钛、钨、铬、锡、锌或其合金等材料。3.将镀膜钻石颗粒12与焊锡材料11均勻混合形成钻石颗粒1 ；其中镀膜钻石颗 粒12的金属镀层123可以与焊锡材料11产生润湿作用以利均勻混合；焊锡材料11的材料 包含但不限于下列材料锡、银、铜、铋或铅等。如图3所示，本实用新型含有镀膜钻石颗粒1，用以使如LED、CPU、GPU等电子组件 2焊接于金属散热器3上；含有镀膜钻石颗粒1具有较佳的导热功能，能将电子组件2产生 的热量快速的传导至金属散热器3进行散热作用；且含有钻石颗粒1能稳固的结合电子组 件2焊接于金属散热器3。本实用新型钻石颗粒，其镀膜钻石颗粒的钻石颗粒与润湿作用的金属镀层之间具 有一金属碳化物涂层，金属镀层因此可与钻石颗粒稳固结合，较不会因为经过多次循环的 升温及降温而脱离失去结合作用，并使镀膜钻石颗粒可均勻的混合于焊锡材料中；并藉由 调整镀膜钻石颗粒的大小及占有的体积比率，制作不同性质的焊接材料，使含有钻石颗粒 的焊接材料可适合不同的用途。如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离 本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见 的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种用于焊接材料的钻石颗粒，其特征在于其中多个镀膜钻石颗粒分别包括一钻石颗粒，其表面具有一金属碳化物涂层；至少一层金属镀层，结合于该金属碳化物涂层表面。
2.根据权利要求1所述的用于焊接材料的钻石颗粒，其特征在于其中该钻石颗粒的大 小为0. 001毫米至0.2毫米。
3.根据权利要求1所述的用于焊接材料的钻石颗粒，其特征在于其中该钻石颗粒的大 小为0. 005毫米至0. 02毫米。
专利摘要本实用新型公开了一种用于焊接材料的钻石颗粒，钻石颗粒包括在钻石颗粒表面形成一金属碳化物涂层及于金属碳化物涂层表面结合有至少一层金属镀层；藉由钻石颗粒表面的金属碳化物涂层帮助钻石颗粒与金属镀层稳定结合，较不会因为经过多次循环的升温及降温而产生脱离失去结合作用，使镀膜钻石颗粒可均匀的混合在焊锡材料中；并藉由调整镀膜钻石颗粒的大小及占有的比率，制作不同性质的焊接材料，使含有钻石颗粒的焊接材料可适合不同的用途。
文档编号H01L23/373GK201766072SQ20102013570
公开日2011年3月16日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者陈伟恩, 陈盈同 申请人:陈盈同;陈伟恩