[發明專利]微系統散熱裝置的制備方法

有效

• 申請號: 200910263296.5
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN101794753A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 尚金堂;張迪;陳波寅;徐超;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;C23C14/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種散熱器的制備方法，尤其涉及一種微系統散熱裝置的制備方法。

背景技術

隨著半導體集成電路不斷改進、發展，其功能不斷提高的同時，體積不斷減小，密集程度不斷增加，封裝尺寸也不斷變小。集成電路芯片工作時在非常小的空間內進行運算處理，必將產生相當多的熱量，因此所產生的熱量必須通過適當的方式散出，以避免集成電路芯片因過熱導致運算處理錯誤，甚至嚴重時造成硬件電路的損毀。因此，封裝中的散熱問題就越發關鍵。

采用金屬熱沉或者熱管散去微處理器中的熱量，取得了較好的效果。然而現有的散熱器，如金屬散熱翅片、熱管等，體積較大，容易導致整個封裝體的體積增大，難以適應對于要求更小封裝體積場合的需求。因此迫切需要一種封裝體積更小，散熱效率更高的散熱器。

碳納米管具有較高的熱導率(缺陷較少的碳納米管的熱導率可望達到3000W/m.k以上)，現有技術在生長片上沉積金屬催化劑(鐵、鈷、鎳，同時作為碳納米管生長的催化劑)生長出碳納米管陣列，同時將生長出的碳納米管用作熱沉，然而由于碳納米管陣列與金屬催化劑之間結合的機械強度較低，因而實質上碳納米管陣列難以作為散熱器直接應用，另一方面，由于較弱的結合同時導致較高的接觸熱阻，使得熱源的熱量難以通過生長片傳遞到碳納米管陣列上；現有技術還運用聚合物或者焊劑將碳納米管固定在襯底上，然而聚合物的熱導率較低，導致界面熱阻較高；焊劑在加熱過程中往往容易被碳化而形成一層無定型碳，大大增加了界面熱阻，從而使得熱源的熱量無法傳遞到碳納米管陣列上，碳納米管作為熱沉的作用難以發揮，碳納米管在與流體換熱時容易脫離生長片。因此急需要一種使得碳納米管與熱源之間具有良好熱接觸的技術方案，從而發揮碳納米管的高導熱作用。

發明內容

本發明提供一種方法簡單、低界面熱阻、總體體積小的微系統散熱裝置的制備方法。

一種微系統散熱裝置的制備方法，其特征在于，第一步，在生長片上制備碳納米管陣列，第二步，在碳納米管陣列的自由端面上沉積金屬錨區，其中金屬錨區由多層金屬構成，與所述碳納米管陣列自由端面鄰接的金屬錨區表面設有金屬浸潤層，金屬錨區的其它部分為高導熱金屬，從而獲得所述微系統散熱裝置。

上述技術方案中，為獲得均勻的厚度和較好的附著性，第二步制備所述沉積金屬錨區的方法為電子束蒸發沉積或者磁控濺射沉積，其中尤以磁控濺射沉積的效果最好，其產生的原子簇具有較高的沖擊動能，作用于碳納米管端部，容易使得碳納米管與其結合較好，沉積的薄膜附著力強，而且由于碳納米管端部長短不一，相對于電子束蒸發薄膜(具有較慢的沉積速度，效率較低)，濺射的方法更容易均勻的沉積在碳納米管端部。而電子束蒸發更容使得金屬填充到碳納米管陣列的管壁上，難以快速在碳納米管端部快速沉積金屬，因而效率較低，此外，碳納米管金屬本身表面可能吸附有小分子，較高的沖擊動能容易將這些小分子剝離從而使得金屬原子更容易沉積在上面。碳納米管陣列中碳納米管的長度為1-500微米，碳納米管為多壁碳納米管。較長的碳納米管作為熱沉，具有較大的散熱面積，因而散熱效果較好，但是過長的長度容易導致散熱器的體積過大，不滿足需要小體積散熱器的場合。所述金屬浸潤層為鈦、鎢、鋁或鉻中的一種。這些金屬與碳納米管的潤濕性好，從附圖中的SEM形貌圖中也可以看出，因而可以顯著降低金屬錨區與碳納米管之間的接觸熱阻。可將所述微系統散熱裝置進行熱處理，金屬浸潤層與碳納米管陣列之間反應形成金屬碳化物，熱處理溫度為800-1000℃，熱處理時間為5-20小時，采用真空熱處理或者氮氣保護熱處理。所述反應條件為微波加熱方法：微波頻率4-8GHz，作用時間為200-500秒，功率為500瓦。該頻率的微波能夠與碳納米管產生較強的相互作用，從而產生較大的熱量。所述金屬浸潤層為鎢，所述金屬碳化物對應為碳化鎢。所述金屬浸潤層為鈦，所述金屬碳化物對應為碳化鈦。所述碳納米管陣列中碳納米管的體積為碳納米管陣列所占有的總空間的百分比為5-20％。金屬錨區的正面為金層(5)。所述金屬浸潤層的厚度為0.01-0.3微米。所述金屬浸潤層的厚度0.05-0.1微米。所述和金層和金屬浸潤層之間的金屬為鎳，鎳層的厚度為0.05微米-0.3微米，金層厚度為0.02微米-0.4微米，其中鎳層與金屬浸潤層鄰接。

本發明獲得如下技術效果：