专利名称：一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法
技术领域：
本发明属于微电子工艺技术领域，涉及碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法。
背景技术：
随着微电子工艺的发展，微电子器件的集成度越来越高，导致器件内部的功率密度也越来越大。极大的功率密度使得器件的散热成为了一个亟待解决的问题，因此对器件散热的新结构新工艺的需要越来越迫切。碳纳米管具有很高的热导率(>1000W/mK)，是一种很好的散热材料；因此在微电子器件散热装置中具有广阔的应用前景。在微电子工艺中，焊接是一种常见的结构连接方法，但是由于碳纳米管本身的化学性质，很难直接将碳纳米管直接与器件相连。目前已提出的解决方法是在碳纳米管本身的制备过程中调节工艺参数，使碳纳米管自由端顶部成为开口状结构来提高碳纳米管和焊锡之间的浸润性。同时在焊接过程中，需要将带有生长基板的整片碳纳米管与器件采用回流焊方法进行焊接，然后分离碳纳米管与基板，这样就增加了工艺的复杂程度，降低了生产效率。
发明内容
本发明提供一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，该方法通过在碳纳米管阵列自由端沉积金属浸润层，然后在该浸润层上形成焊锡层，再将碳纳米管阵列从生长基片剥离形成散热结构体，最后直接与电子器件上的金属浸润层进行焊接，实现碳纳米管散热结构与电子器件的集成。本发明具体技术方案是:一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，如图1所示，包括以下步骤:步骤1:沉积金属浸润层。采用溅射或蒸发的方法分别在碳纳米管阵列自由端和电子器件上需要集成散热结构的位置沉积一层I 10微米厚的金属，作为浸润层。步骤2:制作焊锡层。将焊锡条铺于碳纳米管阵列自由端沉积好的金属浸润层上方，在230 300°C下加热I 2分钟，待焊锡熔化并覆盖整个金属浸润层后，冷却至室温，形成焊锡层。步骤3:形成散热结构体。固定碳纳米管阵列的生长基板，沿碳纳米管阵列表面焊锡层向上施加拉力，使得碳纳米管阵列与其自身的生长基板分离，形成单独的碳纳米管散热结构。步骤4:集成散热装置。将碳纳米管散热结构的焊锡层与步骤I所得的电子器件上沉积好的金属浸润层相接触，在230 350°C下加热I 2分钟，使得焊锡层与电子器件上的金属浸润层牢固结合；然后冷却至室温，实现碳纳米管散热结构与电子器件的集成。
上述方案中，步骤I所述金属为N1、Cr ;步骤2所述的焊锡条为Sn60/Pb40锡铅合金条。本发明的有益效果是:本发明提供的碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，采用金属作为浸润层，可以利用碳纳米管与金属之间，金属与焊锡之间的较强结合力，使焊锡牢固地与碳纳米管阵列连接，以便碳纳米管散热结构能够与电子器件直接焊接，无需对碳纳米管本身的形态做特定的要求。同时步骤3所获得的单独的碳纳米管散热结构，可以由大面积的碳纳米管阵列制备出大面积散热结构体后，利用机械切割的手段得到不同大小或形状的小散热结构体，克服了传统方法需要制备与器件尺寸一致的碳纳米管阵列的缺点，简化了工艺，也可以提高生产效率；采用条状焊锡通过直接加热扩散的方法形成焊锡层也可以避免使用回流焊工艺带来的工艺复杂化问题。
图1为本发明流程示意图。图2为本发明制备的散热结构散热效果测试数据图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，包括以下步骤:1.将8mmX8mm的带有定向碳纳米管阵列的二氧化娃片以及待集成的具有Au薄膜加热丝的硅片放入射频磁控溅射设备，在Ar气气压0.5Pa，功率100W的工艺条件下，使用Ni金属靶溅射60分钟，从而在碳纳米管自由端顶部及具有Au薄膜加热丝的硅片背部沉积厚度约为5微米的Ni金属浸润层。2.将带有定向碳纳米管阵列的二氧化硅片放置于热台，列取三条8mm长的Sb60/Pb40焊锡条，平铺在碳纳米管阵列的金属浸润层上。设定热台温度为250°C，待热台达到设定温度后等待约两分钟，焊锡即融化并流动至整个金属浸润层表面，此时停止热台加热，自然冷却。3.冷却至室温以后，利用镊子从边缘施加一向上拉力，整片碳纳米管阵列即可与生长基板分尚。4.将已沉积金属浸润层的具有Au薄膜加热丝的硅片放置于热台上。将碳纳米管阵列焊锡层面朝下放置于硅片的金属浸润层上，设定热台温度为250°C，待热台达到设定温度后等待两分钟，停止热台加热，自然冷却，碳纳米管散热结构体即可与硅片实现集成。5.散热效果的测定利用Agilent B2901A精密源表在硅片的薄膜加热丝上通入一定功率的电流，同时利用标准四线法测定该加热丝的电阻。由于Au的温度系数已知，故可通过电阻的变化计算出加热丝温度的变化。图2 (a)为没有集成散热结构的加热丝温升图，图2 (b)所示为具有散热结构的加热丝温升图，由此表明碳纳米管散热结构与电子器件的集成可以有效降低加热丝通电带来的温度上升。本领域技术人员应当知道，上述实施例主要说明本发明技术方案的有效性和可实施性，从而验证本发明的效果，其中具有Au薄膜加热丝的硅片并非是对电子器件的进一步限定。本领域技术人员根据现有技术和本领域公知常识，选用其他的金属材料或薄膜制备技术制备金属浸润层，或选用其他组分的焊锡材料，都能实现散热结构与电子器件的集成。
权利要求
1.一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，包括以下步骤: 步骤1:沉积金属浸润层； 采用溅射或蒸发的方法分别在碳纳米管阵列自由端和电子器件上需要集成散热结构的位置沉积一层I 10微米厚的金属，作为浸润层； 步骤2:制作焊锡层； 将焊锡条铺于碳纳米管阵列自由端沉积好的金属浸润层上方，在230 300°C下加热I 2分钟，待焊锡熔化并覆盖整个金属浸润层后，冷却至室温，形成焊锡层； 步骤3:形成散热结构； 固定碳纳米管阵列的生长基板，沿碳纳米管阵列表面焊锡层向上施加拉力，使得碳纳米管阵列与其自身的生长基板分离，形成单独的碳纳米管散热结构； 步骤4:集成散热装置； 将碳纳米管散热结构的焊锡层与步骤I所得的电子器件上沉积好的金属浸润层相接触，在230 350°C下加热I 2分钟，使得焊锡层与电子器件上的金属浸润层牢固结合；然后冷却至室温，实现碳纳米管散热结构与电子器件的集成。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，其特征在于，步骤I所述金属为Ni或Cr。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，其特征在于，步骤2所述的焊锡条为Sn60/Pb40锡铅合金条。
全文摘要
一种碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法，属于微电子工艺技术领域。本发明提供了一种简单、高效的碳纳米管散热结构与电子器件的集成方法。该方法利用碳纳米管阵列作为散热结构，通过在碳纳米管阵列自由端沉积金属浸润层以及制作焊锡层，再将碳纳米管从生长基板上剥离，形成散热结构体；然后将散热结构体的焊锡层与电子器件上的金属浸润层进行接触加热焊接，实现碳纳米管散热结构与电子器件的集成。本发明能够使一个性能良好的碳纳米管散热结构体直接集成于电子器件上，克服了其他碳纳米管散热结构集成方法中工艺复杂，效率低下的技术问题。
文档编号H01L21/48GK103094125SQ20131001515
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者林媛, 潘泰松, 黄振龙, 曾波, 高敏 申请人:电子科技大学