[發明專利]定向生長碳納米管的電磁對準工藝

無效

• 申請號: 201410043094.0
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN104803368A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 甘志銀;呂強
• 申請（專利權）人: 甘志銀
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 李平

技術領域

本發明涉及一種半導體工藝技術的碳納米管生長工藝,特別涉及一種定向生長碳納米管的電磁對準工藝。

背景技術

半導體技術的發展一直沿著微型化、集成化的方向發展。電子元件的超微型化和高集成化，對其系統散熱性能提出了新的挑戰，微納器件與系統在運動時產生的高熱流密度，極易導致散熱不良，成為制約其發展的首要問題；另一方面，隨著封裝集成度的不斷提高，特別是采用系統封裝（簡稱SiP）和芯片堆疊等三維集成技術，使單位體積內的發熱量大大增加，系統溫度也隨之升高，直接影響到器件性能與可靠性，甚至導致器件熱損壞。由于電子器件通常工作在高熱流密度和小溫差的環境下，系統散熱已成為直接影響元器件工作性能、使用壽命，以及阻礙芯片微型化和系統集成化的關鍵問題。

熱界面材料(ThermalInterfaceMaterials，TIMs)作為一種廣泛用于IC封裝和電子散熱的材料，主要用于填充材料界面接觸時產生的微小間隙，增強界面熱傳導。隨著芯片發熱量和封裝集成度的提高，熱流量不斷增加，如何有效降低芯片到襯底或熱沉的熱阻變得極為重要，熱界面材料在電子封裝散熱方面所扮演的角色也越來越突出。現普遍使用的熱界面材料大略可以分為導熱硅脂(導熱膏)、導熱凝膠(導熱彈性膠)、相變材料、顆粒填充的高分子基復合熱界面材料和金屬熱界面材料等。

導熱硅脂是一種傳統的散熱材料，這種熱界面材料具有優異的導熱性能，厚度可以非常薄，能有效地降低熱阻。但是硅脂非常容易溢出，污染電路板，進而引起短路等故障，且經過多次冷熱循環后會流失、變干，反而增加熱阻。另外，在制造或者使用過程中非常容易污染環境。

導熱凝膠具有良好的彈性和變形性，能緊密地與固體表面結合，實現熱阻的降低，也不會污染電路板和環境。缺點是需要增加固化交聯反應步驟，且其與固體表面相互之間的粘結力較弱。

相變熱界面材料能吸收集成電路工作時產生的熱量，促進固體界面之間的熱傳導。缺點是傳統相變熱界面材料的熱導率通常比導熱膏稍低，接觸熱阻比導熱膏大。另外，相變材料從液態轉變成固態時容易殘留熱應力。

顆粒填充的高分子基復合熱界面材料能充分地發揮基體材料和填充材料各自的優點。缺點是粒子易發生團聚，難于均勻分散，從而造成熱導率的不均勻性，阻礙熱的傳輸。金屬熱界面材料通常具有較高的熱導率，目前己經廣泛應用于電子封裝，但是將其應用于熱界面材料的還比較少見。

近年來隨著納米技術的發展，特別是碳納米管（簡稱CNT）在電子封裝和互聯中的深入研究，學術界和工業界都投入了大量的精力和經費，開展新型低熱阻封裝材料和技術研究。較之傳統的熱界面材料，碳納米管具有高導熱、高化學穩定性、熱膨脹系數小、密度低等綜合性能優勢，可以用來改善基體介質的熱傳導性能，實現對熱量的高效率傳遞，同時還可以利用其特殊納米碳層結構特性，克服傳統金屬粒子熱界面材料的形變能力差的缺點，有效地解決熱接觸的問題，同時還改善了金屬的抗腐蝕性能，降低導熱層重量，因而有助于克服現有熱界面材料的不足而成為性能優越的納米導熱材料。2007年11月，歐盟正式啟動投資總額為1100萬歐元的大型合作項目“NANOPACK”，研究滿足低熱阻封裝和互聯的新材料和技術；2008年5月，美國國防部高級研究計劃署（DARPA）也正式發布了“納米熱界面的項目指南，重點研究降低界面熱阻的新材料和技術。

碳納米管用于熱界面材料也有相關報道，但都存在一個問題，就是由于垂直生長的碳納米管的高度存在不一致性，在應用中造成實際用于熱傳導的碳納米管的整體效率較低，如何使盡量多的碳納米管參與熱傳導是需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術中存在的缺陷,提供一種定向生長碳納米管的電磁對準工藝。本發明通過電磁場輔助對準，使得碳納米管盡可能多的呈現垂直排布，并通過施加一定的壓力使碳納米管與襯底間的接觸幾率大幅度提高，提高參與熱傳導的碳納米管的比例和效率，從而降低界面熱阻。

由于生長機理的不同，定向生長CNT頂部無磁性或磁性很弱。為便于利用電磁場對CNT進行有效對準，必須首先對CNT進行改性和磁化，然后在電磁力作用下實現對準。

本發明的工藝特征包括下列步驟：