[發明專利]散熱結構及其制備方法和散熱裝置

有效

• 申請號: 201711437642.8
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108122870B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 張學驁;李新華;王廣;張森;喬帥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;C01B32/162
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 黃曉慶

一種散熱結構及其制備方法和散熱裝置，該制備方法包括步驟：在基底上依次沉積過渡層和催化劑層，再于保護氣體氛圍下通入還原性氣體和碳源氣體于700～800℃保溫5～30min，以在催化劑層上垂直生長碳納米管陣列，得到散熱結構；其中過渡層為Al₂O₃層，催化劑層為過渡金屬的金屬單質層或合金層；催化劑層的厚度為0.8～10nm；控制還原性氣體和碳源氣體通入的體積流量比為1:1～10，保溫處理的條件為于700～900℃保溫5～30min。該制備方法制得的碳納米管陣列非常整齊、具有典型的石墨烯結構、不含無定型碳、缺陷非常少；使得沿碳納米管陣列的生長方向的熱傳導快速有效，因此制得的散熱結構導熱性能顯著提高，導熱性能優良。

技術領域

本發明涉及散熱技術領域，特別是涉及一種散熱結構及其制備方法和散熱裝置。

背景技術

隨著微電子技術的迅速發展，電子元器件的特征尺寸已縮小至納米量級，同時系統能量密度不斷增大，有研究表明未來芯片的功率可能會達到510W。而芯片上熱流分布不均勻導致芯片上存在“熱點”，致使芯片局部功率密度超過1000W/cm²。因此電子元器件的熱管理問題變得相當重要。為保證電子元器件穩定工作，須將電子元器件的工作過程中產生的熱量迅速排出，又要保證能在電子元器件芯片工作時產生的高溫惡劣環境中具有較好的穩定性，并能承受住芯片安裝與系統封裝時的機械壓力和剪切力等，因此需要尋找具有高導熱能力并適合用于微納米尺寸電子元器件制備的導熱材料。

目前，國內外主要采用有機類熱界面材料、低熔點合金焊料和相變材料等三類熱界面材料。雖然有機類熱界面材料粘結性高、柔性好、易操作、成本低，但導熱性能較差，并且有機物易降解，致使材料改性。低熔點合金焊料導熱系數較高，柔性好，但其具有熱膨脹系數高、熱疲勞強度低和易形成空洞等缺點，容易帶來界面分層等失效問題。相變材料吸熱量大，但安裝和工作過程易發生泄漏，可操作性差。

自1991年日本NEC公司基礎研究實驗室的電子顯微鏡專家飯島發現碳納米管以來，開辟了全世界的科學家對碳納米管的研究熱潮。隨著研究的科學家的研究發現，碳納米管雖然具有良好的穩定性、機械性和導熱性等優點，但是由于其制備的可控性及缺陷等因素限制了碳納米管的應用，從而使得碳納米管的研究也慢慢沉寂了。目前，對碳納米管的導熱研究，一般都是采用先在硅片上生長碳納米管陣列，然后在把長好的碳納米管陣列轉移到金屬銅基底上，為了使碳納米管陣列能與金屬銅基底結合得很好，通常要用到有機膠水，因此導致制成的碳納米管陣列散熱結構的導熱性能較差。

發明內容

基于此，有必要提供一種基于碳納米管陣列且導熱性能優良的散熱結構及其制備方法和散熱裝置。

一種散熱結構的制備方法，包括以下步驟：

在基底上依次沉積過渡層和催化劑層，再于保護氣體氛圍下通入還原性氣體和碳源氣體，于700～900℃保溫5～30min，以在所述催化劑層上垂直生長碳納米管陣列，得到所述散熱結構；

其中所述過渡層為Al₂O₃層，所述催化劑層為過渡金屬的金屬單質層或合金層；所述催化劑層的厚度為0.8～10nm；所述還原性氣體和所述碳源氣體通入的體積流量比為1:1～10。