一种散热膜及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种散热膜及其制备方法。

背景技术：

随着智能手机的发展，芯片的主频越来越高，功率越来越大，这样会产生大量的热量，如热量不能够及时到处，会造成频率的降低，同时热源部位热感强烈。手机发热不仅影响舒适感，还会影响手机的性能。手机过度发热还会烧坏硬件，更有可能在充电的时候引起火灾。

手机运行时，电池输出电流，通过各个部件时都会产生热量，所以手机发热是正常的，机器运行产生的热量主要通过背部到处，手机运行时背部没有热度才是不正常的。

一般来说手机运行时的正常温度是30～50度，超过50度不仅持握的舒适感会降低，而且手机的性能也会受到影响。手机过热的原因主要有三个方面：部件电阻过大；导热不充分，散热不合理，导致热量在手机内部聚集，使某一部位过热；长时间运行软件过多，功率增加。

现有的手机散热方法，包括：金属背板导热、石墨散热片导热、导热凝胶散热、热管散热等，然而，这些方法都是被动散热，散热效果一般。

因此，研究对终端设备的有效散热是具有重要意义的。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种散热膜及其制备方法，从而实现散热膜的均匀散热和导热速率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种散热膜，其包括：石墨烯薄膜、位于石墨烯薄膜底部的第一纳米金属层和位于第一纳米金属层底部的第二纳米金属层；其中，第一纳米金属层的空气隙占比大于第二纳米金属层的空气隙占比。

在一实施例中，所述石墨烯薄膜的上表面具有静电荷。

在一实施例中，第一纳米金属层由一维纳米晶粒组成，一维纳米晶粒与石墨烯薄膜的碳原子相键合。

在一实施例中，一维纳米晶粒的曲向与石墨烯薄膜垂直。

在一实施例中，第二纳米金属层的厚度大于第一纳米金属层的厚度。

在一实施例中，所述第二纳米金属层的晶粒尺寸大于第一纳米金属层的晶粒尺寸。

在一实施例中，所述第二纳米金属层的晶粒之间相互接触且不存在空隙，且晶粒之间的界面相互融合。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种散热膜的制备方法，其包括：

步骤01：提供一石墨烯薄膜，并将所述石墨烯薄膜转移至一半导体衬底的平坦表面上；

步骤02：对石墨烯薄膜进行平坦化处理；

步骤03：在石墨烯薄膜上生长第一纳米金属层；

步骤04：在第一纳米金属层上沉积第二纳米金属层；

步骤05：将带有第一纳米金属层和第二纳米金属层的石墨烯薄膜与半导体衬底剥离开来。

在一实施例中，其特征在于，步骤05中，进行剥离之前还包括：将石墨烯薄膜朝上，对石墨烯薄膜暴露的上表面进行静电荷施加工艺。

在一实施例中，所述步骤02中，对石墨烯薄膜进行平坦化处理包括：在半导体衬底中设置有多条管路，石墨烯薄膜下方与多条管路接触，对多条管路进行抽真空处理，使石墨烯薄膜紧贴附于半导体衬底表面而被平坦化处理。

在一实施例中，所述步骤05中还包括：对石墨烯薄膜边缘施加相同的电荷；然后，对石墨烯薄膜边缘周围施加环形电场，环形电场与石墨烯薄膜边缘的电荷相互吸引，从而对石墨烯薄膜产生拉力，使石墨烯薄膜平坦化。

在一实施例中，所述步骤03包括：

步骤031：采用等离子体原子层沉积工艺在石墨烯薄膜的碳原子上进行第一纳米金属的晶粒形核；

步骤032：采用提高反应温度，继续采用等离子体原子层沉积工艺使第一纳米金属的晶粒进一步形核并长大，成为一维纳米晶粒。

在一实施例中，所述步骤04中，沉积第二纳米金属层包括：采用等离子体增强化学气相沉积工艺在第一纳米金属层上继续生长第二纳米金属层。

在一实施例中，所述第二纳米金属层的生长温度大于所述第一纳米金属层的生长温度。

本发明的散热膜及其制备方法，采用石墨烯薄膜-第一纳米金属层-第二纳米金属层的散热膜，利用石墨烯薄膜实现快速散热，利用第一纳米金属层的较高的空气隙占比，实现第一纳米金属层内的短程扩散和快速传输，能够使热量均匀进入第二纳米金属层中；第二纳米金属层具有较低空气隙占比，从从而实现对热量的快速传导，从而使热量从石墨烯薄膜快速有效的传输和发散出去。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的散热膜的截面结构示意图

图2为本发明的一个较佳实施例的散热膜的制备方法的流程示意图

图3～7为本发明的图2的散热膜的制备方法的各步骤示意图

图8为本发明的一个较佳实施例的第一纳米金属层在石墨烯薄膜的碳原子上行形核的示意图

图9为本发明的一个较佳实施例的在石墨烯薄膜的碳原子上的曲向生长的第一纳米金属层的晶粒的示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的一种散热膜，包括：石墨烯薄膜、位于石墨烯薄膜底部的第一纳米金属层和位于第一纳米金属层底部的第二纳米金属层。并且，第一纳米金属层的空气隙占比大于第二纳米金属层的空气隙占比。

以下结合附图1～9和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图1，本实施例的一种散热膜包括：石墨烯薄膜g、位于石墨烯薄膜g底部的第一纳米金属层01和位于第一纳米金属层01底部的第二纳米金属层02；其中，第一纳米金属层01的空气隙占比大于第二纳米金属层02的空气隙占比，也就是说，第一纳米金属层01较为疏松，第二纳米金属层02为致密薄膜。

本实施例中，石墨烯薄膜g的上表面具有静电荷，从而使散热膜能够与待散热物体表面充分贴合，例如，电子终端设备内的电池、电路板等，或电子终端设备的壳体，例如手机壳体。

本实施例中，采用的第一纳米金属层01由一维纳米晶粒组成，如图8～9所示，一维纳米晶粒的晶核h与石墨烯薄膜g的碳原子c相键合。第一纳米金属层01的空气隙较大，这样，由于一维纳米晶粒与碳原子键合生长，热量直接从碳原子传递给一维纳米晶体，可以提高石墨烯薄膜g散发出来的热量的快速传递，并且，第一纳米金属层01中的空气隙，能够使从石墨烯薄膜g散发出来的热量在第一纳米金属层01中具有一个短程扩散，使得热量能够均匀快速进入第二纳米金属层02。这里，第一纳米金属层01中的空气隙与第二纳米金属层02的空气隙的比例大于1，较佳的，为了更好实现短程扩散和均匀进入，第一纳米金属层01中的空气隙与第二纳米金属层02的空气隙的比例大于100。

这里，还可以设置一维纳米晶粒的曲向与石墨烯薄膜g垂直，从而使得石墨烯薄膜g散发出来的热量更加快速地传输。基于上述第一纳米金属层01的结构，更好地实现第一纳米金属层01的热量快速传递和有效均匀扩散，可以设置第一纳米金属层01的厚度小于第二纳米金属层02的厚度，较佳的，第一纳米金属层01的厚度不大于20nm，从而确保第一纳米金属层01的短程扩散和传导到第二纳米金属层02的速度。

本实施例中，第二纳米金属层02的晶粒之间相互接触且不存在空隙，且晶粒之间的界面相互融合，从第一纳米金属层01扩散进入到第二纳米金属层02中的热量，从第二纳米金属层02快速传递到外界，这里，可以设置第二纳米金属层02的晶粒尺寸大于第一纳米金属层01的晶粒尺寸，第二纳米金属层02的晶粒尺寸较大且相互融合，减小了第二纳米金属层02中的晶界阻碍，可以使进入第二纳米金属层02的热量利用第二纳米金属层02作为介质快速传递。

此外，本实施例中，第一纳米金属层01的材料可以采用铜纳米晶粒或铝纳米晶粒等热扩散系数大且导热性能好的金属材料的纳米晶粒，这里需要说明的是，纳米晶粒的粒径不大于1000nm。这里，第二纳米金属层02的材料可以与第一纳米金属层01的材料相同。这里，石墨烯薄膜g采用单原子层石墨烯薄膜，从而提高散热效率。

请参阅图2～7，本实施例的上述散热膜的制备方法，可以采用如下过程：

步骤01：请参阅图3，提供一石墨烯薄膜g，并将石墨烯薄膜g转移至一半导体衬底00的平坦表面上；

具体的，可以但不限于采用化学气相沉积工艺来制备单原子层石墨烯薄膜，然后，将利用pmma等有机材料将单原子层石墨烯薄膜粘附并转移至半导体衬底表面，再将pmma去除。

步骤02：请参阅图4，对石墨烯薄膜g进行平坦化处理；

具体的，对石墨烯薄膜g进行平坦化处理可以采用如下过程：在半导体衬底00中设置有多条管路，石墨烯薄膜g下方与多条管路接触，对多条管路进行抽真空处理，使石墨烯薄膜g紧贴附于半导体衬底00表面而被平坦化处理。

步骤03：请参阅图5，在石墨烯薄膜g上生长第一纳米金属层01；

具体的，请结合图8～9，本步骤03可以采用如下过程：

步骤031：请参阅图8，采用等离子体原子层沉积工艺在石墨烯薄膜g的碳原子c上进行第一纳米金属层01的晶粒形核h；这里，采用低温等离子体原子层沉积工艺进行形核，可以避免晶粒形核h过大以及发生晶粒形核h之间的团聚，使得所形成的晶核h能够与石墨烯薄膜g上的碳原子c进行精确对准并充分键合，较佳的，反应温度在150℃以下。

步骤032：请参阅图9，提高反应温度，继续采用等离子体原子层沉积工艺使第一纳米金属层01的晶粒形核h进一步长大，成为一维纳米晶粒。这里，提高反应温度，可以使晶粒形核h快速长大并曲向生长，由于反应温度提高，为后续晶粒形核h长大提供了充足的热动力学条件，然而，还要避免温度过高晶粒间的空气隙占比减小，较佳的，反应温度提高到不大于200℃。

步骤04：请参阅图6，在第一纳米金属层01上沉积第二纳米金属层02；

具体的，沉积第二纳米金属层02的过程可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺在第一纳米金属层01上继续生长第二纳米金属层02。第二纳米金属层02采用等离子体化学气相沉积工艺所得到的晶粒比第一纳米金属层01所得到的晶粒较大，并且，致密度较高，因等离子体化学气相沉积工艺的温度较高，可以为第二纳米金属层02的晶粒提供更加充足的热动力学条件，使得第二纳米金属层02的晶粒快速长大并发生融合，较佳的，第二纳米金属层02的生长温度大于第一纳米金属层01的生长温度，从而使第二纳米金属层02的晶粒大于第一纳米金属层01的晶粒。第二纳米金属层02的晶粒尺寸较大且发生融合，使得第二纳米金属层02内的空气隙占比减小甚至没有，第二纳米金属层02的晶界减小，降低了对第二纳米金属层02内部的热量传动的阻碍，使第二纳米金属层02这一热传导媒介具有更高的热传导速率。

步骤05：请参阅图7，将带有第一纳米金属层01和第二纳米金属层02的石墨烯薄膜g与半导体衬底00剥离开来。

具体的，在剥离之前还可以包括：将石墨烯薄膜0g上，对石墨烯薄膜g暴露的上表面进行静电荷施加工艺，从而使得石墨烯薄膜表g面具有静电荷，能够使石墨烯薄膜g更好地与待散热物体的良好紧密贴附，提高散热效果。

然后，进行剥离。剥离可以采用机械剥离方法、化学剥离方法等，本实施例中，采用如下方式：对石墨烯薄膜g边缘施加相同的电荷；然后，对石墨烯薄膜g边缘周围施加环形电场，环形电场与石墨烯薄膜g边缘的电荷相互吸引，从而使石墨烯薄膜g受到各个方向的拉力，拉力使石墨烯薄膜g与半导体衬底00之间的附着力减小，从而实现对石墨烯薄膜g与半导体衬底00之间的剥离，同时，石墨烯薄膜g受到各个方向的拉力，还使得石墨烯薄膜g得到平坦化处理，进一步提高散热层的平坦程度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。