本发明专利技术公开一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜及其制备方法。用介电材料将垂直取向的碳纳米管阵列横向连接起来，然后脱离原生长衬底成为各向异性导电膜。垂直的碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，碳管之间有介电材料隔离彼此不导通，所以导电膜无横向导电通路。具有很好的各向异性导电性，应用在芯片与目标衬底之间能够很好的形成垂直方向电气通路，和水平方向电气绝缘。不仅对紧固性（粘附性）要求很低，而且由于碳管具有良好的导热能力，可以帮助芯片散热，以保证芯片正常地工作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路封装领域，涉及。
技术介绍
目前随着电子产品向微型化、便携化和柔性化发展，传统的封装工艺都是基于焊接来保证电气连接。但是由于电极间步长的进一步缩小，焊接工艺越来越不能满足要求。由于面阵列结构的倒装芯片(fip chip)互连技术具有高的I/O密度，已成为高端器件及高密度封装领域中主流的封装形式。各向异性导电膜(ACF)的出现为这种倒装芯片的封装提供了很好的解决之道。但是，目前ACF是基于胶体中的导电粒子在加压加热过程中团聚而实现导电的原理，首先需要在加热加压条件下才能把芯片很好的封装到目标电极点上，并且需要长期保证这种粘附性才能保证芯片与基底的很好接触。其次，芯片的散热也是一个亟待解决的问题，ACF整体的导热性很差，芯片在ACF的包围下热量更加无法尽快散去，会有损器件的长期稳定性。最后一点，ACF对于新兴的柔性电子器件的封装也不适用，加热加压会导致柔性电子器件的损坏。我们提出的基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜能够很好的解决这一系列问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是，提出一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜的制备方法。从而为高端器件及高密度封装技术提供一种新型的基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜及其制备方法。有利于高密度芯片的封装和散热。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜，其特征在于:包括碳纳米管阵列和包覆碳纳米管的介电材料，其中，所述介电材料将各个独立的碳纳米管连接起来，保证碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，而导电膜横向绝缘，所述碳纳米管伸出介电材料。相邻两根碳纳米管的距离在IOOnm以下。所述介电材料至少包括选自PDMS，PMMA，PI中的一种或多种的混合物。一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜的制备方法，(I)碳纳米管阵列在衬底上的生长；(2)在碳纳米管表面包裹介电材料，保证碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，而导电膜横向绝缘；(3)把碳纳米管顶端包裹的多余介电材料去除，使碳管顶端暴露出来；(4)把碳纳米管阵列脱离衬底成为独立的各向异性导电膜。生长碳纳米管的具体方法为:将衬底和催化剂放置在同一石英舟上，推入石英管，在氩气氛围中，加热，当温度达到900°C时，通过氢气，将石英舟逐渐向加热炉中心移动，使催化剂开始升华，发生还原生长，生长完毕后，停氢气，停止加热，在氩气氛围中将至室温即可。将石英舟推入石英管后 ，石英基片与催化剂的距离为f 2cm，防止加热时使得催化剂提如升华。生长碳纳米管的具体方法为:在衬底上用匀胶机旋涂催化剂Ni (NO3)2溶液，然后在恒温100°C真空烘烤，得到表面含有Ni (NO3)2催化剂的衬底；将制备好的衬底放入热丝和射频等离子体复合化学气相沉积系统，将反应室抽真空至10_3Pa，通入N2，在氮气气氛下将衬底加热至500°C,加热30min后再通入H2进行还原，H2和N2比例为1:4，还原时间为60min ;随后在保持500°C的衬底温度下，通入CH4，使气体比例为CH4 =H2:N2=5:1:1，反应气压为28Pa，开启射频电源，功率设置为150W，反应45min后在N2中降温至常温即可。包裹介电材料的具体方法为:用质量比为10:1的主剂和硬化剂混合均匀后，静置直至混合液中的气泡浮至表面并破裂，然后将PDMS液体涂覆到碳纳米管阵列的衬底上，最后在50°C下固化即可。包裹介电材料的具体方法为:用摩尔比为1.015 1.020: I的四羧酸二酐与芳香二胺进行开环缩聚，反应温度20°C，反应时间为3h，生成高分子量的聚酰胺酸；将聚酰胺酸溶液涂于生长有垂直定向碳纳米管的衬底上，放入烘箱中，在温度为200°C烘烤0.5小时，脱水环化即可。包裹介电材料的具体方法为:将介电材料溶液用匀胶机旋涂到带有碳纳米管阵列的衬底上，然后在100°C的环境里烘烤2min即可。本专利在本身具有各向异性导电的碳纳米管阵列之间加入介电材料，把各个独立的碳纳米管连接起来，然后脱离原生长衬底成为各向异性导电膜。垂直的碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，碳管之间有介电材料隔离彼此不导通，所以导电膜无横向导电通路。具有很好的各向异性导电性，应用在芯片与目标衬底之间能够很好的形成垂直方向电气通路，和水平方向电气绝缘。可以很好地应用在贴片封装技术中，不仅对紧固性(粘附性)要求很低，而且由于碳管具有良好的导热能力，可以帮助芯片散热，以保证芯片正常地工作。相邻两根碳管的距离大约在IOOnm以下，这大大的增加了芯片电极的集成密度。另外除了作为导电通路 的碳纳米管外，多余的碳纳米管由于碳管高的导热性能，可以帮助芯片及时的把热量散给底座，对于保证芯片合适的温度和高性能很有好处。本专利专利技术的各向异性导电膜相比传统的各向异性导电膜具有更好的各向异性，更为简单的封装工艺。具体优势如下:[I],电导率高:和传统各向异性导电薄膜的导电粒子的接触式导电先比，碳纳米管弹道输运的导电原理保证了超高的导电性能。[2],集成密度得到了很大提高:由于碳纳米管阵列中碳管之间的距离在百纳米一下，那么该各向异性导电膜可以完成更加密集的电极阵列、引线。[3],稳定性高:由于我们设计的各向异性导电膜的导电材料是碳纳米管，基于碳纳米管优异的物理化学稳定性，无论压力、温度、湿度、机械磨损等外界环境如何变化:本专利技术的碳纳米管都能保证很高的导电率，为芯片和衬底电极间提供很好的导电通路。并且未作为导电通路的碳纳米管能够起到散热的作用，很好的增加了芯片的散热渠道。[4],本专利技术的各向异性导电膜的制作及应用都很简单，不需要复杂苛刻的加工条件:如高温高压的固化环境。只需把该薄膜铺在芯片和基底之间，加上适量的压力使芯片的电极点和基底的电极点与碳纳米管接触即可。 [5].本专利技术的各向异性导电膜不含金属，无污染，绿色环保。对未来绿色电子的发展提供了封装支持。下一代微电子封装必将是朝着微型化、集成化、环保化发展。随着电子封装集成度的增加，作为传统封装的锡/铅材料由于其封装密度只能在0.65mm以上使用，已经不能满足市场需求。而且世界各国对电子产品无铅化的法律规定已经出台好几年，锡/铅焊料早已被禁止使用。市场上广泛使用的作为锡/铅材料的替代材料的各向异性导电膜(ACF)由于其工作原理也是由包含有贵金属、或金属材料，这样的各向异性导电膜不仅导电的稳定性得不到保证，而且贵金属的存在也说明了这种ACF仅仅是一种权宜之计。高集成、超稳定、低成本、绿色环保型的新型各向异性导电膜必将是未来封装的主流技术。我们专利技术的这种由介电材料包裹碳纳米管阵列的各向异性导电膜具有这些特点，必将在今后的封装中得到广泛应用。附图说明图1本专利技术的各向异性导电膜在芯片封装中的应用示意图；图2在衬底上生长的碳纳米管阵列结构示意图；图3包裹有介电材料的碳纳米管阵列结构示意图；图4包裹有介电材料并且顶端碳纳米管裸露出来的碳纳米管阵列示意图；图5脱离了衬底的各向异性导电膜结构示意图；其中:1为芯片；2为芯片的电极阵列；3为基板；4为碳纳米管；5为基板电极；6为介电材料;7为生长碳管的衬底。具体实施方式下面结合附图 对本专利技术做进一步详细描述:参考图1-图5，本专利技术提供了一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜，其特征在于:包括碳纳米管阵列和包覆碳纳米管的介本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜，其特征在于：包括碳纳米管阵列和包覆碳纳米管的介电材料，其中，所述介电材料将各个独立的碳纳米管连接起来，保证碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，而导电膜横向绝缘，所述碳纳米管伸出介电材料。
【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜，其特征在于:包括碳纳米管阵列和包覆碳纳米管的介电材料，其中，所述介电材料将各个独立的碳纳米管连接起来，保证碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，而导电膜横向绝缘，所述碳纳米管伸出介电材料。2.如权利要求1所述的基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜，其特征在于:相邻两根碳纳米管的距离在IOOnm以下。3.如权利要求1所述的基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜，其特征在于:所述介电材料至少包括PDMS，PMMA, PI中的一种。4.一种基于碳纳米管阵列的各向异性导电膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)碳纳米管阵列在衬底上的生长； (2)在碳纳米管表面包裹介电材料，保证碳纳米管作为导电膜的纵向导电通路，而导电膜横向绝缘； (3)把碳纳米管顶端 包裹的多余介电材料去除,使碳管顶端暴露出来； (4)把碳纳米管阵列脱离衬底成为独立的各向异性导电膜。5.如权利要求4所述的各向异性导电膜的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，生长碳纳米管的具体方法为:将衬底和催化剂放置在同一石英舟上，推入石英管，在氩气氛围中，加热，当温度达到900°C时，通过氢气，将石英舟逐渐向加热炉中心移动，使催化剂开始升华，发生还原生长，生长完毕后，停氢气，停止加热，在氩气氛围中将至室温即可。6.如权利要求5所述的各向异性导电膜的制备方法，其特征在于:将石英舟推入石英管后，石英基片与催化剂的距离为广2cm，防止加热时使得催化剂提前升华。7.如权利要求4所述的各向异性导电膜的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，赵登超，刘卫华，庞俊超，王小力，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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