专利名称：散热器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种散热器，尤其涉及一种利用碳纳米管导热的散热器及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着半导体器件集成工艺的快速发展，半导体器件集成化程度越来越高，然而，器件体积变得越来越小，其对散热的需求越来越高，已成为一个越来越重要的问题。为满足该需要，风扇散热、水冷辅助散热和热管散热等各种散热方式被广泛运用，并取得了一定的散热效果，但因散热器和热源的接触界面不平整，一般相互接触面积不到2％，没有一个理想的接触界面，从根本上影响了半导体器件向散热器传递热量的效果，因此，传统的散热器通过增加一导热系数较高的热界面材料在散热器和半导体器件之间以增加界面接触面积，提高半导体器件和散热器间的热传递效果。
传统热界面材料是将导热系数较高的颗粒分散于聚合物基体以形成复合材料，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银或其它金属等。此种材料导热性能取决于聚合物基体的性质。其中以油脂、相变材料为基体的复合材料因其使用时为液态，能与热源表面浸润，因此，接触热阻较小，而以硅胶或橡胶为基体的复合材料的接触热阻相对较大。该类材料普遍缺陷是整体材质导热系数较小，典型值为1瓦/米·开尔文(W/mK)，这已经不能适应半导体集成化程度提高对散热的需求。另外，采用增加聚合物基体的导热颗粒含量，使得颗粒和颗粒之间尽量相互接触，可以增加复合材料整体的导热系数，如某些特殊界面材料导热系数因此可达到4-8瓦/米·开尔文(W/mK)，然而，聚合物基体的导热颗粒含量增加至一定程度时，会使聚合物基体失去原本性能，如油脂会变硬，从而浸润效果变差，橡胶会变得较硬，从而失去应有的柔韧性，这都将使热界面材料性能大大降低。
现有技术提供一种散热器，该散热器基座和发热元件接触的表面上生长有碳纳米管阵列，以及包覆所述碳纳米管的聚合物基体，利用碳纳米管的轴向高导热性能，降低散热器和发热元件之间的接触热阻。但是，一般的碳纳米管经和发热元件在压力下接触之后，大多会出现倾倒现象，从而使得碳纳米管的轴向高导热性能不能得到充分利用，从而增大散热器和发热元件间热阻，影响散热器的散热性能。
有鉴于此，提供一种能和热源良好接触，具有优良导热效果的散热器实为必要。
发明内容以下，将以实施例说明一种能和热源良好接触，具有优良导热效果的散热器。
以及通过实施例说明一种散热器的制造方法。
为实现上述内容，提供一种散热器，其包括一基座，其具有一第一表面和一与所述第一表面相对的第二表面；多个散热鳍片，所述散热鳍片从基座第一表面沿远离基座的方向延伸，其中所述散热器进一步包括多个突起，形成在所述基座的第二表面；多个碳纳米管，形成在所述多个突起之间。
以及，一种散热器的制造方法，其包括以下步骤提供一散热器，其包括一基座，其具有一第一表面和一与所述第一表面相对的第二表面；多个散热鳍片，所述多个散热鳍片从基座第一表面沿远离基座的方向延伸；在所述基座的第二表面形成多个突起；在所述多个突起之间形成多个碳纳米管。
相对于现有技术，本实施例提供的散热器，散热器基座第二表面具有多个突起，所述多个突起可在碳纳米管稍有变形时，直接和发热元件接触，提供一支撑力，从而可避免碳纳米管过度变形导致其倾倒，充分发挥碳纳米管的良好轴向导热性能。
图1是本发明实施例所提供的散热器示意图。
图2是本发明实施例所提供的散热器II处放大示意图。
图3是本发明实施例所提供的散热器的制造流程图。
图4(A)是本发明实施例的散热器制造方法中在散热器表面形成多个突起示意图。
图4(B)是本发明实施例的散热器制造方法中在散热器表面沉积催化剂示意图。
图4(C)是本发明实施例的散热器制造方法中在散热器表面生长碳纳米管示意图。
图4(D)是本发明实施例的散热器制造方法中在散热器表面形成导热层示意图。
具体实施方式请参阅图1和图2，为本实施例提供的散热器1，其包括一基座10，其具有一第一表面11和一与所述第一表面11相对的第二表面12；多个散热鳍片20，所述多个散热鳍片20从基座10第一表面11沿远离基座10的方向延伸，其中所述散热器1进一步包括多个突起30，所述多个突起30形成在所述基座10的第二表面12；多个碳纳米管40，形成在所述多个突起30之间。
所述散热鳍片20可为各种形状的散热鳍片，其和基座10可为一体结构，也可通过焊接连接，本实施例中使用片状散热鳍片，且所述基座10和散热鳍片20为一体结构，其材料可选自铝、铜或铝铜合金。所述多个突起30和基座10的材料相同，其高度为10纳米～10微米，所述多个突起30的形状可选自金字塔形、圆柱体、环形体以及网格阵列中的一种或几种的混合。本实施例中的突起30形状为金字塔形。所述多个碳纳米管40基本平行且基本垂直于第二表面12，其高度为10纳米～10微米，优选地，所述多个碳纳米管40稍高于或等于所述多个突起30的高度，其可为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，也可两者都包含。所述散热器1可进一步包括一包覆所述多个碳纳米管40的导热层50，优选地，所述多个碳纳米管40远离散热器1的一端伸出导热层50，以便能直接于热源接触。所述导热层50主要由有机物组成，其内可填充一些导热粉末，所述有机物可为石腊、硅油等，本实施例中使用硅油，所述导热粉末材料可为银、氧化锌、氮化硼、铜及氧化铝等，本实施例中使用铜粉。
使用时，该散热器1的第二表面12可和发热元件接触，所述多个突起30可在碳纳米管40稍有变形时，直接和发热元件表面接触，提供一支撑力，从而可避免碳纳米管40过度变形导致其倾倒，因此可充分发挥碳纳米管的良好轴向导热性能。
请参阅图1、图3及图4，本实施例提供的散热器1的制造方法包括以下步骤步骤100提供一散热器，其包括一基座10，其具有一第一表面11和一与所述第一表面11相对的第二表面12；多个散热鳍片20，所述多个散热鳍片20从基座第一表面11沿远离基座10的方向延伸。所述散热鳍片20可为各种形状的散热鳍片，其和基座10可为一体结构，也可通过焊接连接，本实施例中使用片状散热鳍片，且所述基座10和散热鳍片20为一体结构，其材料可选自铝、铜或铝铜合金。
步骤200在所述基座10的第二表面12形成多个突起30。所述多个突起30和基座10的材质相同，其可通过微影蚀刻或纳米压印的方法形成，本实施例中使用纳米压印方法形成多个突起30。为提高纳米压印的效果，也可在本步骤实施前，对基座10的第二表面12进行抛光处理。所述多个突起30的高度为10纳米～10微米，本实施例中突起30高度约1微米。所述多个突起30的形状可选自金字塔形、圆柱体、环形体以及网格阵列中的一种或几种的混合。本实施例中的突起30形状为金字塔形。
步骤300在所述多个突起30之间形成多个碳纳米管40。所述多个碳纳米管40的形成方法包括直接生长，移植以及静电吸附等，其中直接生长法包括化学气相沉积法、电弧放电法等。本实施例中使用化学气相沉积法，其包括以下步骤首先，沉积催化剂301在所述基座10的第二表面。催化剂301层的厚度为5～30纳米，催化剂301层沉积的方法可选用真空热蒸镀挥发法，也可选用电子束蒸发法。催化剂301的材料可选用铁、钴、镍或其合金，本实施例中选用铁作为催化剂301材料，其沉积的厚度为10纳米。然后，通入碳源气，在基座10的第二表面12生长碳纳米管40。具体地，将带有催化剂301层的散热器置于空气中，在300℃下退火，以使催化剂301层氧化、收缩成为纳米级的催化剂301颗粒。待退火完毕，再将分布有催化剂301颗粒的散热器接触底面置于反应室(图未示)内，通入碳源气乙炔，利用化学气相沉积法，在上述催化剂颗粒上生长碳纳米管40，碳源气也可选用其它含碳的气体，如乙烯等。采用上述方法形成的多个碳纳米管40基本平行且基本垂直于第二表面12，其高度为10纳米～10微米，优选地，所述多个碳纳米管40稍高于或等于所述多个突起30的高度，其可为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，也可两者都包含，所述多个碳纳米管40的生长高度可通过反应时间来控制，反应时间越长生长出的碳纳米管40越高，反应时间越短生长出的碳纳米管40越矮。本实施例生长的碳纳米管的高度为1微米，为多壁碳纳米管。
本技术方案提供的散热器1的制造方法，可进一步包括形成一导热层50包覆所述多个碳纳米管40。可将一导热层50通过直接涂布的方法形成在碳纳米管40上。所述导热层50主要由有机物组成，其内可填充一些导热粉末，所述有机物可为石腊、硅油等，本实施例中使用硅油，所述导热粉末材料可为银、氧化锌、氮化硼、铜及氧化铝等，本实施例中使用铜粉。
相对于现有技术，本实施例提供的散热器，散热器基座第二表面具有多个突起，所述多个突起可在碳纳米管稍有变形时，直接和发热元件接触，提供一支撑力，从而可避免碳纳米管过度变形导致其倾倒，充分发挥碳纳米管的良好轴向导热性能。
可以理解的是，对在本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其它各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属在本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种散热器，其包括一基座，其具有一第一表面和一与所述第一表面相对的第二表面；多个散热鳍片，所述多个散热鳍片从基座第一表面沿远离基座的方向延伸，其特征在于所述散热器进一步包括多个突起，其形成在所述基座的第二表面；多个碳纳米管，形成在所述多个突起之间。
2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于所述多个突起高度为10纳米～10微米。
3.如权利要求1所述的散热器，其特征在于所述多个碳纳米管高度为10纳米～10微米。
4.如权利要求1所述的散热器，其特征在于所述多个碳纳米管彼此基本平行且垂直于第二表面。
5.如权利要求1所述的散热器，其特征在于所述多个碳纳米管高于所述多个突起或和所述多个突起等高。
6.如权利要求1所述的散热器，其特征在于所述散热器进一步包括一包覆所述多个碳纳米管的导热层。
7.如权利要求6所述的散热器，其特征在于所述多个碳纳米管远离散热器的一端伸出所述导热层。
8.一种散热器的制造方法，其包括以下步骤提供一散热器，其包括一基座，其具有一第一表面和一与所述第一表面相对的第二表面；多个散热鳍片，所述多个散热鳍片从基座第一表面沿远离基座的方向延伸；在所述基座的第二表面形成多个突起；在所述多个突起之间形成多个碳纳米管。
9.如权利要求8所述的散热器的制造方法，其特征在于所述多个突起的形成方法选自微影蚀刻或纳米压印。
10.如权利要求8所述的散热器的制造方法，其特征在于所述形成的多个碳纳米管彼此基本平行且垂直于第二表面。
11.如权利要求8所述的散热器的制造方法，其特征在于所述散热器的制造方法进一步包括形成一导热层包覆所述多个碳纳米管。
全文摘要
本发明提供一种散热器，该散热器包括一基座，其具有一第一表面和一与所述第一表面相对的第二表面；多个散热鳍片，所述散热鳍片从基座第一表面沿远离基座的方向延伸；多个突起，形成在所述基座的第二表面；多个碳纳米管，形成在所述多个突起之间。本发明提供的散热器可避免碳纳米管倾倒，能充分发挥碳纳米管良好轴向导热性能。
文档编号H01L23/34GK1929118SQ20051003713
公开日2007年3月14日 申请日期2005年9月5日 优先权日2005年9月5日
发明者张仁淙 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