一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板的制作方法

1.本实用新型涉及电子元器件散热领域的技术领域，尤其是一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板。


背景技术：

2.覆铜陶瓷基板由于其机械应力强，绝缘性佳、导热率高、强度高以及良好的热循环性能和较宽的使用温度范围等优点，并且可以像pcb板一样蚀刻各种电路图形，在汽车电子、航空航天等领域有着广泛的应用。随着芯片集成化程度的增高，向小型化、轻薄化、智能化方向发展，以及5g的大规模商业应用，在消费电子、通信基站、动力电池等领域，大功率半导体模块和电子元器件有着非常大的散热需求，目前的覆铜陶瓷基板散热效果已无法满足需求。
3.石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯的导热系数高达5300 w/m
·
k，常温下电子迁移率超过15000 cm2/v
·
s。作为目前发现的厚度最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，在半导体器件、太阳能光伏、汽车、新能源等领域有着广阔的应用前景，尤其是作为目前导热性能最好的材料，在热管理领域已有初步的应用且发展潜力巨大。目前将石墨烯应用到热管理方向的方式之一是先制作成石墨烯散热膜，再通过导热胶将石墨烯散热膜与基板粘接到一起，这种方式会使得石墨烯散热膜的散热性能受到导热胶的影响，且石墨烯散热膜与基板的结合强度会随着时间的延长而降低。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的问题，本实用新型的目的提供一种通过将硅基键合石墨烯涂层生长在所述的陶瓷层的下表面，避免了通过导热胶将石墨烯散热膜与基板粘接到一起，大大的提高了基板的散热能力。
5.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
6.一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板，包括从上到下依次设置的铜箔层、陶瓷层和硅基键合石墨烯涂层，所述的硅基键合石墨烯涂层设在所述的陶瓷层的下表面，所述的铜箔层覆在所述的陶瓷层的上表面。
7.所述的铜箔层的厚度为10~600μm。
8.所述的铜箔层的表面负载电子元器件。
9.所述的陶瓷层为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷和氟化物陶瓷其中的任一种。
10.本实用新型的有益效果：
11.1.本实用新型采用化学气相沉积（cvd）工艺，以含硅化合物作为硅源催化剂，碳氢化合物作为碳源前驱体，在覆铜的陶瓷层表面生长沉积硅基键合的石墨烯涂层，可迅速的将铜箔层上刻蚀的电路或负载的电子器件产生的热量依次通过陶瓷基板和硅基键合的石
墨烯涂层散出去，同时由于硅基键合的存在，提高了硅基键合的石墨烯涂层与陶瓷层的结合强度，不会随着时间的延长而降低。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构示意图。
13.图2为依照本实用新型制作的以硅基键合的石墨烯覆铜陶瓷基板为散热结构的厚膜热敏电阻器件示意图。
14.附图3为有硅基键合的石墨烯散热涂层和无硅基键合的石墨烯散热涂层的厚膜热敏电阻工作时的红外热像图。
具体实施方式
15.参见图1、图2和图3，图中：1为铜箔层、2为陶瓷层、3为硅基键合的石墨烯涂层、4为厚膜热敏电阻器件。
16.本实用新型的一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板,包括从下到上依次设置的铜箔层、陶瓷层和硅基键合石墨烯涂层，硅基键合石墨烯涂层生长在所述的陶瓷层的下表面，铜箔层覆在述的陶瓷层的上表面，硅基键合石墨烯涂层为采用化学气相沉积（cvd）工艺，以含硅化合物为催化剂，碳氢化合物为碳源生长而成的具有共价键结合的硅基键合石墨烯涂层。
17.铜箔层的厚度为10~600μm，铜箔层可以负载电子元器件及刻蚀各种电路图形，陶瓷层为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷和硫化物陶瓷等陶瓷材料其中的任一种，硅基键合的石墨烯涂层的厚度为可根据工艺条件的不同生长从纳米到微米级的任何厚度；含硅化合物为硅橡胶、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷等含有硅元素的有机化合物中的任一种或几种的组合物，碳氢化合物为烷烃、烯烃、炔烃、酮类、脂类、醇类、醛类等含有碳氢元素的有机化合物中的任一种或几种的组合物。
18.制作方法：首先，采用丝网印刷、直接覆铜（dbc）、直接镀铜（dpc）、活性金属钎焊（amb）等工艺，在陶瓷层上表面覆铜箔层；然后采用化学气相沉积（cvd）工艺，以含硅化合物为硅源催化剂，碳氢化合物为碳源前驱体，在覆铜箔层的陶瓷层的下表面生长沉积硅基键合的石墨烯涂层。化学气相沉积（cvd）可以为常压化学气相沉积（apcvd）、低压化学气相沉积（lpcvd）、等离子体化学气相沉积（pecvd）、有机金属化学气相沉积（mocvd）或者激光化学气相沉积（lcvd）工艺。
19.做图3的对比试验的时候，选用具有硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板的厚膜热敏电阻为：铜箔层覆在所述的陶瓷层的上表面，用化学气相沉积（cvd）工艺，以含硅化合物为硅源催化剂，碳氢化合物为碳源前驱体，在陶瓷层的下表面生长沉积硅基键合的石墨烯涂层，使用的含硅化合物为四乙氧基硅烷（teos），碳氢化合物为甲烷（ch4），使用的化学气相沉积（cvd）工艺为常压化学气相沉积（apcvd），覆铜工艺为dbc工艺，铜箔层厚度为300μm，陶瓷层2为厚度0.635mm的96%氧化铝陶瓷，硅基键合的石墨烯涂层的厚度为5μm，铜箔层上负载厚膜热敏电阻4，厚膜热敏电阻4为电阻值10ω，功率100w的to247封装的电阻器。
20.无硅基键合的石墨烯涂层的厚膜热敏电阻：硅基键合石墨烯涂层的厚膜热敏电阻
为厚度0.635mm的96%氧化铝陶瓷的陶瓷层，陶瓷层上表面上覆铜箔层，覆铜工艺为dbc工艺，铜箔层厚度为300μm，然后在铜箔层上负载厚膜热敏电阻4，厚膜热敏电阻4为电阻值10ω，功率100w的to247封装的电阻器。
21.将依据上述要求形成的具有硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板的厚膜热敏电阻和无硅基键合的石墨烯散热涂层的厚膜热敏电阻在相同的实验条件下进行散热对比试验，使用红外热像仪记录两个厚膜热敏电阻器件的散热情况，从红外热像图中可以看出具有硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板的厚膜热敏电阻能够将厚膜热敏电阻产生的热量及时的通过硅基键合的石墨烯涂层传递出去，避免了热量在电子器件部位聚集而造成失效的问题，而无硅基键合的石墨烯散热涂层的厚膜热敏电阻产生的热量不能及时的传递出去。
22.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。


技术特征：
1.一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板，其特征在于：包括从上到下依次设置的铜箔层、陶瓷层和硅基键合石墨烯涂层，所述的硅基键合石墨烯涂层设在所述的陶瓷层的下表面，所述的铜箔层覆在所述的陶瓷层的上表面。2.根据权利要求1所述的一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板,其特征在于：所述的铜箔层的厚度为10~600μm。3.根据权利要求2所述的一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板,其特征在于：所述的铜箔层的表面负载电子元器件。4.根据权利要求1所述的一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板,其特征在于：所述的陶瓷层为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷和氟化物陶瓷其中的任一种。

技术总结
本实用新型涉及电子元器件散热领域的技术领域，尤其是一种硅基键合的石墨烯散热覆铜陶瓷基板，包括从上到下依次设置的铜箔层、陶瓷层和硅基键合石墨烯涂层，所述的硅基键合石墨烯涂层设在所述的陶瓷层的下表面，所述的铜箔层覆在所述的陶瓷层的上表面。本实用新型采用化学气相沉积（CVD）工艺，以含硅化合物作为硅源催化剂，碳氢化合物作为碳源前驱体，在覆铜的陶瓷层表面生长沉积硅基键合的石墨烯涂层，可迅速的将铜箔层上刻蚀的电路或负载的电子器件产生的热量依次通过陶瓷基板和硅基键合的石墨烯涂层散出去。合的石墨烯涂层散出去。合的石墨烯涂层散出去。


技术研发人员：阮诗伦 张光辉 杨华龙 孙秀洁 吴昕哲 贾甜 梁晓颖
受保护的技术使用者：郑州大工高新科技有限公司
技术研发日：2021.05.12
技术公布日：2022/1/28