专利名称：热界面材料制造方法
技术领域：
本发明关于一种热界面材料，特别涉及一种具有碳纳米管的热界面材料制造方法。
背景技术：
随着集成电路的密集化及微型化程度越来越高，电子元件变得更小并且以更高速度运行，使其对散热的要求越来越高。因此，为尽快将热量从热源散发出去，在电子元件表面安装一散热装置成为业内普遍的做法，其利用散热装置材料的高热传导性能，将热量迅速向外部散发，但是，散热装置与热源表面的接触经常存在一定间隙，使散热装置与热源表面未能紧密接触，成为散热装置散热之一大缺陷。针对散热装置与热源表面的接触问题，业内应对办法一般是在电子元件与散热装置之间添加一热界面材料。通常即导热胶，利用导热胶的可压缩性和高导热性能使电子元件产生的热量迅速传到散热装置，然后再通过散热装置把热量散发出去。该方法还可在导热胶内添加高导热性材料以增加导热效果。
现有技术揭示一种低温软化导热胶材组合物，其通过在导热胶材中添加氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、石墨、金属粉或纳米粘土等导热剂，以增加导热效果。但是，当电子元件产生热量而达到高温时，导热胶与电子元件表面所发生热变形并不一致，这将直接导致导热胶与电子元件的接触面积降低，从而妨碍其散热效果。而且，这些材料存在一个普遍缺陷是整个材料的导热系数比较小，典型值在1W/mK，这已经越来越不适应当前半导体集成化程度的提高而对散热的需求。
目前，许多热界面材料采用碳纳米管作为增强其导热性能的填充材料，因为碳纳米管在轴向具有极高导热性能，根据理论计算，一个单壁碳纳米管在室温下具有高达6600W/mK的导热系数，一些实验也表明单个离散的多壁碳纳米管在室温下具有约3000W/mK的导热系数。然而，如仅仅将碳纳米管杂乱无序地填充在导热基体中，势必会造成许多碳纳米管的交叠，这种碳纳米管交叠导致碳纳米管导热通道的交叠，并引起整体热阻提升。因而，碳纳米管阵列很自然被人们引入到热界面材料中，利用碳纳米管在轴向的极高导热性能，通过将有序排列的碳纳米管阵列置于热界面之间，以降低界面间热阻。
现有技术揭示一种制造碳纳米管阵列的热界面材料方法，其包括以下步骤先提供一种单分散混合液，包含液态聚合物材料和多个单壁碳纳米管；向该混合液供应一电场，以调整该多个碳纳米管方向与电场方向一致；固化该混合液，形成热界面材料。但是，该热界面材料制造方法相当于将制成的单壁碳纳米管通过电场进行重组，此法会由于电场强度及方向分布不均匀，而造成多个单壁碳纳米管在热界面结构局部密集或局部稀疏的不均匀分布，同样会增加热传界面热阻，使该热界面材料导热效率下降。
有鉴于此，提供一种能保持生长时多个碳纳米管的排列顺序，并能预设热界面材料厚度的热界面材料制造方法实为必要。
发明内容以下，将以实施例说明一种热界面材料制造方法。
为实现上述内容，提供一种热界面材料制造方法，其包括以下步骤提供两相对且间隔预定距离的基底；在所述两基底的一相对表面上生长多个碳纳米管；在所述多个碳纳米管间注入液态基体，形成一复合材料；固化所述复合材料，得到一热界面材料。
其中，至少一基底形成有一通孔；利用所述通孔，在多个碳纳米管间注入液态基体可采用以下方法将液态基体由所述通孔注入多个碳纳米管间。
所述多个碳纳米管间注入液态基体还可采用以下步骤将多个碳纳米管浸入液态基体材料中，使液态基体材料渗透进入所述多个碳纳米管之间。
优选地，所述基体中添加有一硬化剂。
所述固化步骤包括热压及硬化处理。
所述两基底采用一载具固定，并通过载具调整两基底的间距。
所述基底选自硅片或金属基底。
所述生长多个碳纳米管采用以下步骤将欲生长碳纳米管的基底上沉积一催化剂层；通入碳源气，在所述催化剂层上化学气相沉积法生长多个碳纳米管。
所述生长多个碳纳米管过程中，通过控制反应时间，使多个碳纳米管成长至接触或靠近于与其相对的基底。
所述生长的多个碳纳米管包括碳纳米管阵列。
所述多个碳纳米管相互平行且垂直于两基底的两相对表面。
另外，所述复合材料固化后，进一步包括移除两基底的步骤。
所述两基底移除后，进一步对露出的基体表面进行蚀刻处理，使所述多个碳纳米管末端伸出基体表面。
与现有技术相比，本实施例提供的热界面材料制造方法利用两相对且间隔预定距离的基底，然后在两基底间生长多个碳纳米管，可控制碳纳米管的生长高度，同时可预设热界面材料的厚度；并直接在多个碳纳米管生长后即时原位注入基体材料，既能促进多个碳纳米管与基体材料相互均匀混合，又不影响多个碳纳米管的原先排列顺序。另外，由该方法所制得的热界面材料应用时可利用碳纳米管的极高导热性，在导热界面形成一定向导热通道，极大地减小导热界面间的热阻，提高热界面材料的热传效率。
图1是本技术方案的热界面材料制造方法流程图。
图2是本技术方案实施例的热界面材料制造方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本技术方案作进一步详细说明。
请参阅图1，为本技术方案提供的热界面材料制造方法流程图。该制造方法包括步骤提供两相对且间隔预定距离的基底；在所述两基底的一相对表面上生长多个碳纳米管；在所述多个碳纳米管间注入液态基体，形成一复合材料；固化所述复合材料，得到一热界面材料。另外，该制造方法进一步包括一移除两基底的步骤；在移除两基底后，即暴露出基体的两表面，即可进一步对基体表面进行蚀刻处理，使多个碳纳米管末端伸出基体表面。所述两基底的间距范围为1微米～100微米，其可对应于热界面材料厚度，因而具体间距大小可视热界面材料的实际应用厚度而预先设定。
其中，两基底可选自以下材料硅、玻璃或金属，所述玻璃材料可采用石英玻璃，所述金属材料可采用Ta、Ni、Ag、Fe、Cu或其合金；两基底可采用相同或不同的材料。
所述基体可选自一高分子材料或相变材料。所述高分子材料包括硅橡胶、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚碳酸酯、聚甲醛或聚缩醛等，所述相变材料包括石蜡、聚烯烃、低分子量聚酯、低分子量环氧树脂或低分子量丙烯酸等。本实施例采用环氧树脂，并且在该环氧树脂中可添加一硬化剂。
请参阅图2，为本技术方案实施例提供的热界面材料制造方法流程示意图，本实施例的热界面材料制造方法采用在第一基底11表面上沉积生长多个碳纳米管，此时，热界面材料制造方法具体包括以下步骤(1)提供第一基底11以及与其相对且间隔预定距离的第二基底11’，所述两基底11、11’分别具有一相对的第一表面110及第二表面110’。具体地，先提供第一基底11及第二基底11’，然后可利用一载具(图未示)将两基底11、11’固定，并使两基底11、11’相对间隔一定距离，则两基底11、11’各具有一相对的第一表面110与第二表面110’。优选地，第一基底11或第二基底11’具有一通孔112，用于往后面步骤中生长的多个碳纳米管间注入液态基体，本实施例使第二基底11’具有通孔112，两基底11、11’分别为一硅片。
(2)在所述第一基底11的第一表面110上采用化学气相沉积法生长多个碳纳米管12。本步骤可采用以下方法在第一基底11上沉积一催化剂层；通入碳源气，在所述催化剂层上化学气相沉积法生长多个碳纳米管12。上述反应过程中，可通过控制反应时间，控制碳纳米管的生长长度，直至多个碳纳米管12接触或接近于第二表面110’。关于碳纳米管生长方法详细步骤请参考中国公开第1483668号专利申请。本步骤并不限于上述方法，还可采用其他方法，如等离子辅助化学气相沉积法。
其中，所述多个碳纳米管12优选为碳纳米管阵列，并且多个碳纳米管12相互基本平行并垂直于两基底11、11’的第一表面110及第二表面110’，而且碳纳米管阵列中每个碳纳米管两末端分别接触或接近于第一表面110及第二表面110’，从而使得后面制得的热界面材料热传递时可通过该等碳纳米管12在热界面间形成一定向导热通道。
(3)在所述多个碳纳米管12间注入液态基体13，形成一复合材料。本实施例使第二基底11’具有一通孔112，因而可直接由该通孔112将液态基体13注入多个碳纳米管12间。然后静置一段时间，待液态基体13完全渗透注满多个碳纳米管12间之间隙后，即停止注入液态基体13，形成包括液态基体13及多个碳纳米管12的复合材料。优选地，可使多个碳纳米管12的末端未被液态基体13覆盖，从而使得多个碳纳米管12的末端伸出基体13表面。另外，也可在基体13相变温度以上，将所述多个碳纳米管12浸入基体13溶液或熔融液中，使基体13溶液或熔融液渗透到多个碳纳米管12间，同样可形成包括液态基体13及多个碳纳米管12的复合材料，此法可适于基底未设通孔的情况。
(4)固化所述复合材料，得到一热界面材料10。此步骤可通过加热硬化或紫外固化等方法实现，本实施例采用加热硬化方法，包括下列步骤先将经步骤(3)获得的复合材料及基底11、11’放入一热压机中在175℃温度及50Kg/cm2压力条件下热压5分钟，再置入真空烘箱中在180℃温度下硬化6小时，最后将两基底11、11’移除后，即得到具有多个碳纳米管的热界面材料10。
另外，优选地，经过步骤(4)后，还可进一步对基体13表面进行蚀刻处理，可采用干式蚀刻法、湿式蚀刻法或反应离子蚀刻法(Reactive Ion Etching，RIE)，本实施例采用反应离子蚀刻法蚀刻基体13两表面，使多个碳纳米管12两末端分别伸出基体13两表面。
本实施例提供的热界面材料制造方法利用两相对且间隔预定距离的基底11、11’，然后在其间生长多个碳纳米管12，可控制多个碳纳米管12的生长高度，同时可预设热界面材料10的厚度；并直接在多个碳纳米管12生长后实时原位注入基体13，既能促进多个碳纳米管12与基体13相互均匀混合，又不影响多个碳纳米管12的原先排列顺序。另外，由该方法所制得的热界面材料应用时可利用碳纳米管的极高导热性，在导热界面形成一定向导热通道，极大地减小导热界面间热阻，因而，本实施例提供的热界面材料制造方法可获得界面热阻小、导热效率高的热界面材料。
权利要求
1.一种热界面材料制造方法，其包括以下步骤提供两相对且间隔预定距离的基底；在所述两基底的一相对表面上生长多个碳纳米管；在所述多个碳纳米管间注入液态基体，形成一复合材料；固化所述复合材料，得到一热界面材料。
2.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于至少一基底形成有一通孔。
3.如权利要求2所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述多个碳纳米管间注入液态基体采用下列方法将液态基体由所述通孔注入多个碳纳米管间。
4.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述多个碳纳米管间注入液态基体采用下列方法将多个碳纳米管浸入液态基体中，使液态基体渗透进入所述多个碳纳米管间。
5.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述基体中添加有一硬化剂。
6.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述固化步骤包括热压及硬化处理。
7.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述两基底采用一载具固定，并通过所述载具调整两基底的间距。
8.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述基底选自硅片或金属基底。
9.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述生长多个碳纳米管采用以下步骤将欲生长碳纳米管的基底上沉积一催化剂层；通入碳源气，在所述催化剂层上化学气相沉积法生长多个碳纳米管。
10.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述生长多个碳纳米管过程中，通过控制反应时间，使多个碳纳米管成长接触或靠近于与其相对的基底。
11.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述生长的多个碳纳米管包括碳纳米管阵列。
12.如权利要求1所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述多个碳纳米管相互平行且垂直于两基底的两相对表面。
13.如权利要求1至12任一项所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述复合材料固化后，进一步包括移除两基底的步骤。
14.如权利要求13所述的热界面材料制造方法，其特征在于所述两基底移除后，进一步对暴露出的基体表面进行蚀刻处理，使所述多个碳纳米管末端伸出基体表面。
全文摘要
本发明提供一种热界面材料制造方法，其包括下列步骤提供两相对且间隔预定距离的基底；在所述两基底的一相对表面生长多个碳纳米管；在所述多个碳纳米管间注入液态基体，形成一复合材料；固化所述复合材料，得到一热界面材料。本发明提供的热界面材料制造方法通过在两相对且间隔预定距离的基底之间生长多个碳纳米管，可控制碳纳米管的生长高度，同时可预设热界面材料的厚度；并且直接在多个碳纳米管生长后即时原位注入基体材料，这样既能促进多个碳纳米管与基体材料相互均匀混合，又不影响多个碳纳米管的原先排列顺序。
文档编号C23C16/00GK1893040SQ20051003566
公开日2007年1月10日 申请日期2005年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者萧博元 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司