本发明专利技术公开一种散热界面材料的制备方法，包括以下步骤：第一步，在生长片上制备定向排列的碳纳米管阵列，第二步，在碳纳米管的自由端部先后沉积金属浸润层和金属过渡层，第三步，转移碳纳米管阵列，使得碳纳米管阵列与生长片接触的生长片端面暴露出来，第四步，在碳纳米管阵列生长片端面沉积与前述相同的金属浸润层和金属过渡层，从而得到两个端面均沉积金属的碳纳米管阵列，第五步，在碳纳米管阵列之间填充低熔点金属，且使碳纳米管阵列填充于低熔点金属之中，凝固后获得散热界面材料。本发明专利技术还公开其使用方法和制备装置。本发明专利技术通过在金属浸润层与碳纳米管之间反应形成金属碳化物，进一步降低碳纳米管与热源之间的接触热阻。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微电子材料的制备方法、使用方法及制备装置，尤其涉及一种散热界面材料的制备方法、使用方法及制备装置。
技术介绍
微电子领域中通常采用散热器对高功率部件等热源进行热管理。散热器与高功率 部件之间的接触界面成为热源的散热通道。但是，由于热源与散热器件的各自表面具有较 大的粗糙度，它们的实际微观接触的面积很小，未接触部分为空气，而空气的散热系数比导 热较好的散热器或者芯片材料低得多。因此，界面上的热阻较大，难以有效将芯片的热量散 去，尤其是功率密度到100W/cm2，这种情况更为严重。目前用于散热界面的热界面材料有导 热硅胶、相变材料、金属等。有机导热硅胶在使用时，容易从界面中溢出，不仅使得界面热阻 增加，而且会污染器件；相变材料的安装及使用有较大的难度，在高功率密度时，其热阻较 大；金属作为热界面材料虽具有较低的热阻，但是它与现有的硅芯片以及铜制作的热沉之 间，具有较大的热失配；金属中的扩散现象容易在金属内部形成空洞，热界面材料与铜热沉 之间形成的金属间化合物在服役过程中容易长大并因热失配而开裂，这些因素都易于降低 热界面材料的性能，增加热界面材料引入的热阻。此外，由于微系统电路上通常由于电路引 起的局部过热情况经常会导致整个电路性能的下降，因此，如何有效散去这些"热点"上的 热量，使其处于一定的温度之下，成为人们关心的问题。 碳纳米管具有较高的热导率(缺陷较少的碳纳米管的热导率可望达到3000W/m. k 以上)。人们尝试了采用碳纳米管作为散热界面材料。然而，现有的碳纳米管的末端与热源 以及散热器之间的接触较差，往往是范德华力接触，使得界面热阻较大，局部"热点"的温度 也难以控制。实际碳纳米管阵列的长度不一，使得碳纳米管与散热器或者热源之间的接触 面积较小，导致界面热阻的进一步加大。
技术实现思路
本专利技术提供一种方法简单、可靠、界面热阻低的散热界面材料的制备方法。本专利技术还提供该散热界面材料的使用方法和制备装置。 本专利技术采用如下技术方案 —种散热界面材料的制备方法，包括以下步骤第一步，在生长片上制备定向排列 的碳纳米管阵列，第二步，在碳纳米管的自由端部先后沉积金属浸润层和金属过渡层，第三 步，转移碳纳米管阵列，使得碳纳米管阵列与生长片接触的生长片端面暴露出来，第四步， 在碳纳米管阵列生长片端面沉积与前述相同的金属浸润层和金属过渡层，从而得到两个端 面均沉积金属的碳纳米管阵列，第五步，在碳纳米管阵列之间填充低熔点金属，且使碳纳米 管阵列填充于低熔点金属之中，凝固后获得散热界面材料。 上述技术方案中，所述定向排列的碳纳米管阵列中碳纳米管的被压縮前长度为 1-150微米，碳纳米管为多壁碳纳米管。所述碳纳米管阵列中碳纳米管的体积为碳纳米管阵列所占有的总空间的百分比为5_20%。金属浸润层为钛、钨、铝中的一种。对第四步得到的 两个断面均沉积金属的碳纳米管阵列进行热处理，使所述金属浸润层与碳纳米管阵列之间 反应形成金属碳化物。将第四步所述的所述两个端面均沉积金属的碳纳米管阵列进行微波 处理，所述反应条件为微波加热微波频率4-8GHz，作用时间为200-500秒，功率500瓦，使 所述金属浸润层与碳纳米管阵列之间反应形成金属碳化物。所述金属浸润层为钨，所述金 属碳化物对应为碳化钨。所述金属浸润层为钛，所述金属碳化物对应为碳化钛。所述金属浸 润层的厚度为0. 05-0. 3微米。低熔点金属为锡铅合金、锡铋合金、锡银铜合金、锡锌合金。 低熔点金属为牌号为SAC305的合金。金属过渡层为镍，镍的厚度为O. l-1.5微米。第五步 填充低熔点金属的方法为液相浇铸法，采用负压将低熔点金属填入碳纳米管阵列中。第一 步和第四步所述的沉积方法均为磁控溅射方法。 —种散热界面材料的使用方法，将上述方法制备的散热界面材料置于热源与散热 器之间，加热熔化低熔点金属，施加不超过0. 13MPa的压强，使得所述散热界面材料的总厚 度不超过100微米，且碳纳米管处于弹性弯曲状态，再冷却凝固。 上述技术方案中，在热源与散热器上制备用于与散热器以及低熔点金属均浸润的 金属过渡层，所述金属过渡层的厚度不超过O. 2微米。该金属过渡层一次为Ti、 Ni、 Au，厚 度分别对应为0. 05微米，O. 05微米，O. 1微米。 —种散热界面材料的制备装置，其特征在于，包括容器、上孔板、下孔板、空腔、负压抽吸装置，两端带有所述的金属浸润层和金属过渡层的碳纳米管阵列处于上孔板和下孔板之间，并全部处于容器内，上孔板和下孔板与容器的内壁密封连接，下孔板上设有通孔，上孔板上设有通孔，下端为空腔，空腔通过阀门与负压抽吸装置相连。 本专利技术获得如下技术效果 1.本专利技术首先在碳纳米管两端形成金属浸润层以降低碳纳米管和热沉或者热源 之间的热接触，从而降低界面热阻。本专利技术还在碳纳米管之间填充低熔点金属，增加了导热 面积，从而进一步降低了热界面材料的热阻。本专利技术采用低熔点金属，使得热界面材料能够 在较低的温度下方便的操作，从而降低工艺的复杂程度和成本。采用液相浇铸法，具体采用 负压将低熔点金属吸入碳纳米管阵列中，能够使碳纳米管与低熔点金属复合良好，相对于 采用气相沉积法，具有较低的成本和较高的效率。 2.本专利技术所述金属浸润层的厚度为0.05-0. 3微米。这种厚度的金属浸润层在碳 纳米管阵列端面不容易形成致密的金属层，能够让气体通过，因而不影响采用负压力将低 熔点金属吸入碳纳米管阵列中。 3.本专利技术优选采用磁控溅射沉积方法，其产生的原子簇具有较高的冲击动能，作 用于碳纳米管端部，容易使得碳纳米管与其结合较好，沉积的薄膜附着力强，而且由于碳纳 米管端部长短不一，相对于电子束蒸发形成薄膜(具有较慢的沉积速度，效率较低)，溅射 的方法更容易快速且均匀的沉积在碳纳米管端部。而电子束蒸发更容使得金属填充到碳纳 米管阵列的管壁上，难以快速在碳纳米管端部快速沉积金属，因而效率较低，此外，碳纳米 管金属本身表面可能吸附有小分子，较高的冲击动能容易将这些小分子剥离从而使得金属 原子更容易沉积在上面。本专利技术采用使用热界面材料时，加热使低熔点金属熔化，再采用不 超过0. 13MPa的压强，压縮热界面材料，使得所述散热界面材料的总厚度不超过100微米， 处于弹性弯曲状态的碳纳米管的端部与热源以及散热器的界面能够紧密贴合。对于散热器5和热源的表面通常也沉积相应的金属过渡层，与低熔点金属润湿，从而降低界面热阻，且更 方便热界面材料的使用。使用较薄的Ti/Ni/Au作为金属过渡层，能够与低熔点金属具有更 好的润湿性，工艺方法也更简单。 4.本专利技术由于在碳纳米管末端采用了与碳纳米管润湿良好的金属浸润层(例如 采用钛、铝、钨、铬、钯等)，相对于范德华力接触更加紧密，因而产生的接触热阻更小。即采 用了金属浸润层降低了碳纳米管与热源或者散热器之间接触热阻。 6.本专利技术通过在金属浸润层与碳纳米管之间反应形成金属碳化物(附图小角度衍射实验证实了碳化物的形成)，从而使得金属浸润层与碳纳米管之间具有更好的过渡晶 体结构，与润湿状态的金属浸润层与碳纳米管之间的界面相比，能够进而进一步降低声子和电子等热载流子的散射，进一步降低碳纳米管与热源之间的接触热阻。晶体结构的碳化 物本身具有较好的导热性。 7.本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种散热界面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在生长片上制备定向排列的碳纳米管阵列，第二步，在碳纳米管的自由端部先后沉积金属浸润层和金属过渡层，第三步，转移碳纳米管阵列，使得碳纳米管阵列与生长片接触的生长片端面暴露出来，第四步，在碳纳米管阵列生长片端面沉积与前述相同的金属浸润层和金属过渡层，从而得到两个端面均沉积金属的碳纳米管阵列，第五步，在碳纳米管阵列之间填充低熔点金属，且使碳纳米管阵列浸没于低熔点金属之中，凝固后获得散热界面材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尚金堂，张迪，陈波寅，徐超，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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