热界面材料及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种热界面材料及其制作方法。该热界面材料包括一基体，其具有一第一表面及与其相对的一第二表面；及分布在基体中的多个纤维；其中，该多个纤维在基体中均匀分布并沿该第一表面向第二表面延伸。该热界面材料中，多个纤维定向排列，并形成大量的导热通道；可获得较佳的导热效果。另外，本发明专利技术还提供其制作方法，其兼容目前成熟的工业制作技术，可适应大规模生产，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其是一种高热导率、低成本、可大规模生产的。
技术介绍
近年来，随着半导体器件集成工艺的快速发展，半导体器件的集成化程度越来越高，器件体积变得越来越小；其散热成为一个越来越重要的问题，其对散热的要求也越来越高。为满足器件的散热需求，各种散热方式被大量运用，如利用风扇散热、水冷辅助散热及热管散热等方式，并取得一定的散热效果。但由于散热器与半导体集成器件的接触界面并不平整，没有一个较理想的接触界面；一般相互接触的只有不到2％面积，其极大的影响了半导体器件向散热器进行热传递的效果，从而在散热器与半导体器件的物理接触界面间增加一导热系数较高的热界面材料来增加该界面的接触程度就显得十分必要。传统的热界面材料是将一些导热系数较高的颗粒填充物(Particle filler)分散到基体材料(Matrix Material)中而形成的复合材料。其中，导热系数较高的颗粒有石墨、钻石、氧化锌、氧化铝、银或其它金属等；基体材料有散热膏(Thermal Greases)、相变材料(Phase Change Materials)，如石蜡、弹性体衬垫(Elastomeric pad)、硅树脂等。由于颗粒填充物随机分布在基体材料中，颗粒不能在其所构成的热界面材料相对的两个面之间形成一散热通道；因此，这种热界面材料的导热性能在很大程度上仍取决于基体材料的导热性能，从而使得整个材料的导热系数比较小，典型值为1W/K·m。因此不能适应半导体集成化程度的提高对散热性能的需求。有鉴于此，有必要提供一种，其具有高热导率等优点。
技术实现思路
下面将以若干实施例说明一种，其可具有高导热率、低成本、可适应大规模生产等优点。为实现以上内容，提供一热界面材料，其包括一基体，具有一第一表面及与其相对的一第二表面；及分布在基体中的多个纤维；其中，该多个纤维在基体中均匀分布并沿该第一表面向第二表面延伸。所述多个纤维基本相互平行且垂直基体的第一表面与第二表面。所述纤维的直径范围为100nm～100μm。所述纤维包括碳纳米管-高分子材料复合纤维、碳纤维、金属-高分子材料复合纤维、陶瓷-高分子材料复合纤维。所述高分子材料包括相变材料、树脂材料、导热胶、或其混合物。优选的，所述相变材料包括石蜡。优选的，所述树脂材料包括环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂。以及，提供一热界面材料的制作方法，其包括以下步骤提供多个纤维；将该多个纤维定向排列；采用一包埋剂将该排列好的纤维包埋，以形成一复合材料；按预定厚度沿与该纤维长度方向的垂直方向切割该复合材料，以形成一热界面材料。所述纤维的直径范围为100nm～100μm。所述纤维的定向排列方法包括植绒法、缠绕法、机械梳理法及手工梳理法。所述植绒法包括静电植绒法、机械植绒法、气动植绒法及其结合。所述包埋剂的材质包括相变材料、树脂材料、导热胶、或其混合物。优选的，所述相变材料包括石蜡。优选的，所述树脂材料包括环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂。相对于现有技术，本技术方案所提供的热界面材料，其采用复合纤维及/或碳纤维与一基体材料复合，复合纤维及/或碳纤维在基体材料中定向排列，其基本相互平行且沿基体的第一表面向第二表面延伸，形成大量的导热通道。因此，该热界面材料可具有较佳导热效果。另外，由于该热界面材料是采用工业中较成熟的技术进行制作，可适应大规模生产，成本较低。附图说明图1是本专利技术第一实施例的碳纳米管-高分子材料复合纤维结构示意图。图2是图1的局部放大图。图3是本专利技术第一实施例提供的一基底示意图。图4是本专利技术第一实施例在基底上形成碳纳米管-高分子材料复合纤维阵列示意图。图5是本专利技术第一实施例将碳纳米管-高分子材料复合纤维阵列用基体材料包埋的示意图。图6是切片后形成一热界面材料的结构示意图。具体实施方式下面结合附图将对本专利技术实施例作进一步的详细说明。参见图6，本专利技术第一实施例提供一种热界面材料10，其包括一基体4，其具有一第一表面41及相对的一第二表面42；及分布在基体4中的多个纤维2；该多个纤维在基体4中成规则阵列(如矩阵)排布并沿该第一表面41向第二表面42延伸。其中，基体4厚度可根据实际应用之需求而定，其材质为石蜡，若将本实施例的热界面材料10应用于电子器件，其能很好的浸润物理接触面，进而获取较小的接触热阻，提升整个器件的散热效果。纤维选用碳纳米管-高分子材料复合纤维2。优选的，第一表面41与第二表面42基本平行，多个碳纳米管-高分子材料复合纤维2相互平行且基本垂直第一表面41及第二表面42。本实施例中，该多个碳纳米管-高分子材料复合纤维2，由高分子材料及定向排列于高分子材料中的大量碳纳米管复合而成，有利于形成导热通道；碳纳米管-高分子材料复合纤维2的直径范围为100nm～100μm；碳纳米管-高分子材料复合纤维2中的碳纳米管的体积含量大于1％，甚至可达到50％及以上，其具有较好的机械性能，且可获取大量具有高导热系数的碳纳米管导热通道。因此，该热界面材料10具有优异的导热性能。下面将详细说明第一实施例所述热界面材料的制作方法。该热界面材料的制作方法包括以下步骤第一步，提供一碳纳米管-高分子材料复合纤维。具体的，可采用方法一及方法二两种实施方式。方法一直接获取碳纳米管-高分子材料复合纤维。其可采用纺丝技术，具体操作为向一盛有20ml乙酸乙脂的烧杯中加入6滴(约0.2毫升)聚氨脂胶(101胶)，再加入碳纳米管2毫克，形成一混合液。将盛有该混合液的烧杯在KQ-500B型超声清洗机中超声分散5分钟。然后立即用注射用针管抽取该混合液，并向不锈钢盘装的去离子水中滴入6-10滴(约0.2-0.3毫升)混合液，水温约30摄氏度。约20～30秒后，用医用针头蘸液面拉出丝来，绕到步进电机带动的塑料轴上，步进电机转动带动拉丝，约12cm/sec。即可获得直径约1微米的碳纳米管-乙酸乙脂复合纤维20，其由碳纳米管21及乙酸乙脂22复合而成(参见图1及图2)。并且，通过控制混合液的浓度及步进电机的转速可获得不同碳纳米管含量的复合纤维。另外，也可采取其它方式获取各种不同的直径在100nm～100μm范围内的碳纳米管-高分子材料复合纤维，参见文献Science，Vol.290(5495)，Page1331-1334 Nov 17 2000“Macroscopic Fibers and Ribbons of Oriented Carbon Nanotubes”。该方法一利用目前可大规模生产的杂乱的碳纳米管(Carbon Nanotube，简称CNT)获取碳纳米管-高分子复合纤维；由于杂乱生长的碳纳米管已达到15千克/小时生产技术，价格很便宜，在10元/克以下，因此通过该方法一获取碳纳米管-高分子复合纤维成本相对较低，可适应大规模生产，具有较佳的机械性能及导热性能；且复合纤维中，碳纳米管的含量可人为控制。方法二先获取碳纳米管绳(Carbon Nanotube Yarn)，然后将该碳纳米管线与高分子(Polymer)溶液进行复合以形成碳纳米管-高分子材料复合纤维结构。具体操作为在一平滑硅基底上生长一碳纳米管束(Carbon NanotubesBundle)阵列；然后，从上述碳纳米管束阵列中选定一包括多个碳纳米管束的碳纳米管束片段，采用一拉伸工具(如镊子)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热界面材料，其包括：一基体，其具有一第一表面及相对的一第二表面；及分布在基体中的多个纤维；其特征在于，该多个纤维在基体中均匀分布并沿该第一表面向第二表面延伸。

【技术特征摘要】
1.一种热界面材料，其包括一基体，其具有一第一表面及相对的一第二表面；及分布在基体中的多个纤维；其特征在于，该多个纤维在基体中均匀分布并沿该第一表面向第二表面延伸。2.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于所述多个纤维基本相互平行且垂直基体的第一表面与第二表面。3.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于所述纤维的直径范围为100nm～100μm。4.如权利要求1所述的热界面材料，其特征在于所述纤维包括碳纳米管-高分子材料复合纤维、金属-高分子材料复合纤维、陶瓷-高分子材料复合纤维、碳纤维。5.如权利要求4所述的热界面材料，其特征在于所述高分子材料包括相变材料、树脂材料、导热胶、或其混合物。6.如权利要求5所述的热界面材料，其特征在于所述相变材料包括石蜡。7.如权利要求5所述的热界面材料，其特征在于所述树脂材料包括环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂。8.一种热界面材料的制作方法，其包括以下步骤提供多个纤维；将该多个纤维定向排列；采用一包埋剂将该排列好的纤维包埋，以形成一复合材料；按预定厚度沿与该纤维长度方向的垂直方向切割该复合材料，以形成一热界面材料。9.如权利要求8所述的热界面材料的制作方法，其特征在于所述纤维的定向排列...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄华，刘长洪，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]