基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法，包括以下步骤：制备高深宽比微米孔阵列模具；制备高深宽比的柔性微米散热柱阵列；制备顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；制备表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；制备石墨烯大比表面积柔性散热部件；制备基于石墨烯大比表面积柔性散热器。本发明专利技术获得的石墨烯大比表面积柔性散热器具有散热方式简单、直接、性能高效可靠，通过磁性叶片风扇转动提供周期变化的磁场，磁场驱动石墨烯多孔柔性微米散热柱阵列旋转以增强热量的排放；同时磁性叶片风扇转动过程中会产生气流，气流进而会加强石墨烯多孔柔性微米散热柱阵列的旋转，进一步实现热量的排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳制造及半导体散热制造领域，特别是涉及一种基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法。
技术介绍
随着计算机技术的发展，中央处理器以及芯片的运算速度越来越高，且其集成度越来越高，体积越来越小，发热量猛增，电子设备的失效55%是由于过热引起。因此，提高其散热性能已经成为电子制造领域中亟需解决的关键问题之一。目前主流的散热方式包括风冷，水冷，半导体和热管散热等。其中，风冷散热方式利用散热风扇将中央处理器或芯片热量通过空气强制对流带走；水冷散热系统体积大，安装繁琐，有漏水和结露现象，成本较高；半导体散热工艺不成熟、价格高、耗电量大、易因制冷面温度过低而出现结露导致短路现象；热管散热器主要利用热管内快速导热的材质，达到带走热量的目的，其热管的制造工艺复杂，生产与使用成本较高。相比而言，风冷散热具有简单实用、价格低廉，但是为了提高散热性能，散热片和风扇体积越来越大，风扇转速也越来越高，产生极大的噪声。此外，风冷散热采用铝制散热片因其复杂的截面形状给模具设计和制造带来很大难度，这制约了其迅速发展。石墨烯具有优良的热导率、电导率以及力学性能，使其具备巨大的应用潜力。目前石墨烯在风冷散热领域的主要研究有：石墨烯与其他材料混合制备成复合材料做为散热片；石墨烯涂料涂覆在需要冷却器件的表面；石墨烯直接沉积在散热片表面等。现有的基于石墨烯散热器件属于静止被动式散热，其散热性能还有很大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法，解决了铝制散热片难以制造以及现有石墨烯散热片静态被动的散热方式，该石墨烯大比表面积柔性散热器具有散热方式简单、直接、性能高效可靠，体积小、质量轻，同时散热可动态调控。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法，包括以下步骤：1）制备高深宽比微米孔阵列模具：首先对基底进行表面活化处理，然后基底表面沉积一层导电薄膜；通过多次匀胶、前烘、再匀胶、再前烘获得光刻胶涂层；通过多次紫外曝光达到曝光剂量；后烘处理，然后进行显影获得图形化的光刻胶；对基底和图形化的光刻胶进行清洗以及烘干得到高深宽比微米孔阵列模具；2）制备高深宽比的柔性微米散热柱阵列：首先使用表面修饰剂处理高深宽比柔性微米孔阵列模具上未被光刻胶掩蔽的导电薄膜，获得具有亲水性微结构或基团的导电薄膜；以高深宽柔性比微米孔阵列模具的导电薄膜做为阴极，以金属板为阳极，通过微细电铸金属材料使得高深宽比柔性微米孔被电铸液中还原的金属粒子填充，获得与光刻胶互补的高深宽比柔性微米散热柱阵列；去除与光刻胶互补的高深宽比柔性微米散热柱阵列的顶部；然后使用去胶液去除光刻胶，退火处理获得高深宽比柔性微米散热柱阵列；3）制备顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列：首先配制磁性聚合物浆料，然后将磁性聚合物浆料涂覆在衬底表面；通过高深宽比柔性微米散热柱阵列顶端浸没蘸取磁性聚合物浆料，然后加热固化磁性聚合物浆料获得顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；4）制备表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列：将顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列浸没在腐蚀溶液中获得表面布满微纳米级孔的表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；5）制备石墨烯大比表面积柔性散热部件：首先在高真空的环境下，对表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列整个表面溅射沉积一层铜薄膜；然后保持真空度不变，加热表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列至800~1200℃，然后利用石墨靶原位溅射进行石墨烯生长，通过改变沉积时间控制薄膜形貌和厚度，最后匀速降温至500~650℃后自然冷却，获得表面沉积一层石墨烯薄膜的石墨烯大比表面积柔性散热部件；6）制备基于石墨烯大比表面积柔性散热器：首先制备具有磁性叶片的风扇，然后安装固定具有磁性叶片的风扇于石墨烯大比表面积柔性散热部件正上方；具有有转速可调的磁性叶片的风扇和石墨烯大比表面积柔性散热部件构成基于石墨烯大比表面积柔性散热器。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（1）中所述的导电薄膜的厚度为300~1000nm；选用SU-8负性光刻胶，通过多次匀胶、前烘、再匀胶、再前烘获得厚度为500~50000μm的光刻胶涂层；每次紫外曝光的时间为50~1500秒，采用间隔5~15℃阶梯升温、降温完成光刻胶的后烘；然后在功率为15~50W的超声波环境中使用显影液进行显影获得图形化的光刻胶。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（1）中所述的高深宽比微米孔阵列模具的高深宽比微米孔直径D=50~500μm，深度H=500~50000μm，间距K=100~10000μm。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（2）中所述的高深宽比柔性微米散热柱阵列的直径d=50~500μm，高度h=400~50000μm，间距k=100~10000μm。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（3）中所述的磁性聚合物浆料中聚合物与磁性颗粒重量比10:1~10:4，聚合物为PDMS、PU或SU-8负性光刻胶，其中PDMS为聚二甲基硅氧烷的缩写，PU为聚氨酯的缩写；磁性颗粒为镍粉、钴粉、铁粉或氧化铁粉磁性粉末；聚合物浆料固化的加热温度为80~150℃。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（4）中顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列在腐蚀溶液中浸没5~60秒获得表面布满微纳米级孔的表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列。在本专利技术一个较佳实施例中，步骤（5）中铜薄膜的厚度为100~1000nm。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的基底为铝材料、铜材料或石墨板；导电薄膜为金、银、铂或铜导电性好的金属薄膜或ITO薄膜；表面活化处理采用表面等离子体进行处理或采用硫酸和双氧水的混合溶液进行处理，硫酸和双氧水体积比为2:1-5:1。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的表面修饰剂为氢氟酸稀释液或盐酸稀释液；金属板为铜板或镍板；微细电铸金属材料为铜或镍。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的腐蚀溶液为重量百分比浓度为2%-6%的氢氟酸稀释液或三氯化铁、盐酸和去离子水的混合溶液，三氯化铁、盐酸和去离子水重量配比为4:0.5:10-4:1:30。本专利技术的有益效果是：本专利技术获得的石墨烯大比表面积柔性散热器具有散热方式简单、直接、性能高效可靠，通过磁性叶片风扇转动提供周期变化的磁场，磁场驱动石墨烯多孔柔性微米散热柱阵列旋转以增强热量的排放；同时磁性叶片风扇转动过程中会产生气流，气流进而会加强石墨烯多孔柔性微米散热柱阵列的旋转，进一步实现热量的排放。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是制备高深宽比微米孔阵列模具流程图，图1(a)是对基底进行表面活化处理示意图；图1(b)是沉积导电薄膜示意图；图1(c)第一次匀胶示意图；图1(d)是第一次对光刻胶前烘示意图；图1(e)是多次匀胶前烘后得到的样品示意图；图1(f)是紫外曝光示意图；图1(g)是超声环境中显影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制备高深宽比微米孔阵列模具：首先对基底进行表面活化处理，然后基底表面沉积一层导电薄膜；通过多次匀胶、前烘、再匀胶、再前烘获得光刻胶涂层；通过多次紫外曝光达到曝光剂量；后烘处理，然后进行显影获得图形化的光刻胶；对基底和图形化的光刻胶进行清洗以及烘干得到高深宽比微米孔阵列模具；2）制备高深宽比的柔性微米散热柱阵列：首先使用表面修饰剂处理高深宽比柔性微米孔阵列模具上未被光刻胶掩蔽的导电薄膜，获得具有亲水性微结构或基团的导电薄膜；以高深宽柔性比微米孔阵列模具的导电薄膜做为阴极，以金属板为阳极，通过微细电铸金属材料使得高深宽比柔性微米孔被电铸液中还原的金属粒子填充，获得与光刻胶互补的高深宽比柔性微米散热柱阵列；去除与光刻胶互补的高深宽比柔性微米散热柱阵列的顶部；然后使用去胶液去除光刻胶，退火处理获得高深宽比柔性微米散热柱阵列； 3）制备顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列：首先配制磁性聚合物浆料，然后将磁性聚合物浆料涂覆在衬底表面；通过高深宽比柔性微米散热柱阵列顶端浸没蘸取磁性聚合物浆料，然后加热固化磁性聚合物浆料获得顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；4）制备表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列：将顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列浸没在腐蚀溶液中获得表面布满微纳米级孔的表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；5）制备石墨烯大比表面积柔性散热部件：首先在高真空的环境下，对表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列整个表面溅射沉积一层铜薄膜；然后保持真空度不变，加热表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列至800~1200℃，然后利用石墨靶原位溅射进行石墨烯生长，通过改变沉积时间控制薄膜形貌和厚度，最后匀速降温至500~650℃后自然冷却，获得表面沉积一层石墨烯薄膜的石墨烯大比表面积柔性散热部件；6）制备基于石墨烯大比表面积柔性散热器：首先制备具有磁性叶片的风扇，然后安装固定具有磁性叶片的风扇于石墨烯大比表面积柔性散热部件正上方；具有有转速可调的磁性叶片的风扇和石墨烯大比表面积柔性散热部件构成基于石墨烯大比表面积柔性散热器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制备高深宽比微米孔阵列模具：首先对基底进行表面活化处理，然后基底表面沉积一层导电薄膜；通过多次匀胶、前烘、再匀胶、再前烘获得光刻胶涂层；通过多次紫外曝光达到曝光剂量；后烘处理，然后进行显影获得图形化的光刻胶；对基底和图形化的光刻胶进行清洗以及烘干得到高深宽比微米孔阵列模具；2）制备高深宽比的柔性微米散热柱阵列：首先使用表面修饰剂处理高深宽比柔性微米孔阵列模具上未被光刻胶掩蔽的导电薄膜，获得具有亲水性微结构或基团的导电薄膜；以高深宽柔性比微米孔阵列模具的导电薄膜做为阴极，以金属板为阳极，通过微细电铸金属材料使得高深宽比柔性微米孔被电铸液中还原的金属粒子填充，获得与光刻胶互补的高深宽比柔性微米散热柱阵列；去除与光刻胶互补的高深宽比柔性微米散热柱阵列的顶部；然后使用去胶液去除光刻胶，退火处理获得高深宽比柔性微米散热柱阵列；3）制备顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列：首先配制磁性聚合物浆料，然后将磁性聚合物浆料涂覆在衬底表面；通过高深宽比柔性微米散热柱阵列顶端浸没蘸取磁性聚合物浆料，然后加热固化磁性聚合物浆料获得顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；4）制备表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列：将顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列浸没在腐蚀溶液中获得表面布满微纳米级孔的表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列；5）制备石墨烯大比表面积柔性散热部件：首先在高真空的环境下，对表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列整个表面溅射沉积一层铜薄膜；然后保持真空度不变，加热表面多孔的顶端带有磁性聚合物微磁头的柔性微米散热柱阵列至800~1200℃，然后利用石墨靶原位溅射进行石墨烯生长，通过改变沉积时间控制薄膜形貌和厚度，最后匀速降温至500~650℃后自然冷却，获得表面沉积一层石墨烯薄膜的石墨烯大比表面积柔性散热部件；6）制备基于石墨烯大比表面积柔性散热器：首先制备具有磁性叶片的风扇，然后安装固定具有磁性叶片的风扇于石墨烯大比表面积柔性散热部件正上方；具有有转速可调的磁性叶片的风扇和石墨烯大比表面积柔性散热部件构成基于石墨烯大比表面积柔性散热器。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯大比表面积柔性散热器的制造方法，其特征在于，步骤（1）中所述的导电薄膜的厚度为300~1000nm；选用...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红忠，雷彪，尹磊，史永胜，陈邦道，
申请(专利权)人：常州瑞丰特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32