微型散热器制造技术

本实用新型专利技术公开一种微型散热器，包括碳纳米管阵列、金属锚区，与碳纳米管垂直的碳纳米管阵列端面与金属锚区相接触，在金属锚区与碳纳米管接触的表面设有与碳纳米管阵列端面润湿的金属浸润层。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。本实用新型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，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，从而进一步降低碳纳米管与热源之间的接触热阻。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种散热器，尤其涉及一种微型散热器。
技术介绍
由于集成电路芯片工作时在非常小的空间内进行运算处理，必将产生相当多的热 量，因此所产生的热量必须通过适当的方式散出，以避免集成电路芯片因过热导致运算处 理错误，甚至严重时造成硬件电路的损毁。因此，封装中的散热问题就越发关键。随着半导 体集成电路不断改进、发展，其功能不断提高的同时，体积不断减小，密集程度不断增加，封 装尺寸也不断变小。采用金属热沉或者热管散去微处理器中的热量，取得了较好的效果。然而现有的 散热器，如金属散热翅片、热管等，体积较大，容易导致整个封装体的体积增大，难以适应对 于要求更小封装体积场合的需求。因此迫切需要一种封装体积更小，散热效率更高的散热ο电流的传递通常通过量子隧道效应，对于传递介质之间的距离要求较低；而热量 的传递在碳纳米管中通常主要通过声子传递。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)，现有技术在生长片上沉积金属催化剂(铁、钴、 镍，同时作为碳纳米管生长的催化剂)生长出碳纳米管阵列，同时将生长出的碳纳米管用 作热沉，然而由于碳纳米管阵列与金属催化剂之间结合的机械强度较低，因而实质上碳纳 米管阵列难以作为散热器直接应用，另一方面，由于较弱的结合同时导致较高的接触热阻， 使得热源的热量难以通过生长片传递到碳纳米管阵列上；现有技术还运用聚合物或者焊剂 将碳纳米管固定在衬底上，然而聚合物的热导率较低，导致界面热阻较高；焊剂在加热过程 中往往容易被碳化而形成一层无定型碳，大大增加了界面热阻，从而使得热源的热量无法 传递到碳纳米管阵列上；碳纳米管在于流体换热时容易脱离生长片。
技术实现思路
本技术提供一种体积小、散热效率高、界面热阻小的碳纳米管阵列微型散热ο本技术的采用如下技术方案一种微型散热器，包括碳纳米管阵列、金属锚 区，与碳纳米管垂直的碳纳米管阵列端面与金属锚区相接触，在金属锚区与碳纳米管接触 的表面设有与碳纳米管阵列端面润湿的金属浸润层。上述技术方案中，金属浸润层为钛、钨、铝或铬中的一种；为进一步降低金属浸润 层与碳纳米管之间的界面热阻，所述金属浸润层与碳纳米管之间具有金属碳化物。金属锚 区的另外一个表面为金层。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. 01-0. 3微米。 所述金属浸润层的厚度0. 05-0. 1微米。所述金属锚区包括镍层和金层，镍层的厚度为0. 05 微米-0. 3微米，金层厚度为0. 02微米-0. 4微米，其中镍层与金属浸润层邻接。本技术获得如下技术效果1.本技术因为碳纳米管具有较小的尺寸从而使得最后散热器整体的尺寸较 小；碳纳米管阵列具有较大的比表面积和高的热导率使其具有散热效率高的特点。由于声 子或者电子为热载流子在界面处产生较大的散射，该散射随着界面失配度的增加而增大， 从而导致接触热阻变大。本技术在金属锚区与碳纳米管阵列的一个端面的界面上采用 金属浸润层由于与碳纳米管具有很好的润湿性，使得该界面具有较好的匹配性且接触面积 较大，因而该散热器具有较低的界面接触热阻和良好的导热性能。金属锚区的另一面与热 源接触。采用金属锚区与金属浸润层配合使得碳纳米管阵列与热源之间能够产生更好的热 接触，使得接触热阻较小，因而热量更能快速传导到碳纳米管阵列上。然后利用微流体与碳 纳米管的换热作用带走热量。2.本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，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，从而进一步降低 碳纳米管与热源之间的接触热阻。3.本技术选用的金属浸润层包括钛、钨、铝或铬，它们具有与碳纳米管较好的 润湿性，同时具有与碳纳米管反应形成碳化物的能力。其中钨作为金属浸润层与碳纳米管 阵列的润湿效果最好，能够有效降低热阻。此外，在反应形成碳化物的条件下，形成碳化钨 的速度较慢，反应形成碳化物的厚度最容易控制，不至于因为碳化物的完全消耗而导致与 金属锚区脱离引起界面失配，进而导致更大的界面热阻。此外，碳化钨的导热系数最大，为 121ff/m. k，而碳化钛只有31. 8ff/m. k，因而相对于其它金属碳化物，由材料碳化钨本身造成 的热阻也最小。4.控制金属浸润层的厚度为0. 01-0. 3微米。厚度越大，材料本身造成的热阻越 高。但是由于沉积金属时难以保证厚度均勻，一部分金属甚至沉积进入碳纳米管阵列内部， 因此沉积厚度如果太小，金属难以将碳纳米管阵列的端部全部覆盖，不利于利用浸润金属 降低碳纳米管阵列与热源的接触热阻。5.本技术利用金属锚区对碳纳米管阵列进行机械固定，由于金属锚区本身 是导热率较高的材料，因而造成的热阻较低。另外，金属锚区还与热源相接触，因此金属锚 区的表面应该具有抗氧化的效果。金属锚区的金层具有最好的抗氧化的效果，从而避免了 使用其他金属导致形成氧化物而增加额外的热阻。此外，在使用低熔点金属将本技术 的微型散热器安装于热源表面时，金层的使用可以使得安装时避免因使用助焊剂而形成污 染。金属锚区与金属浸润层接触的含有镍层，在金层被低熔点金属如锡合金(譬如锡银铜 合金，牌号为SAC305)消耗以后，能够与低熔点金属具有较慢的反应速度，从而避免因反应 速度过快而导致低熔点金属从碳纳米管表面剥离。6.本技术散热器所使用碳纳米管及金属锚区都是高导热材料，因而散热效果 较好。附图说明图1本技术结构示意图图2本技术具有反应形成的碳化物层的结构示意图图3本技术的反应形成碳化物后的XRD图(小角度衍射，慢扫描)具体实施方式实施例1一种微型散热器，包括碳纳米管阵列4、金属锚区1，与碳纳米管垂直的碳纳米管 阵列4端面与金属锚区1相接触，在金属锚区与碳纳米管接触的表面设有与碳纳米管阵列 端面润湿的金属浸润层2。上述技术方案中，金属浸润层为钛、钨或铬中的一种，这些金属与碳纳米管阵列端 面的润湿性较好。为进一步降低金属浸润层与碳纳米管阵列端面之间的界面热阻，所述金 属浸润层与碳纳米管之间具有金属碳化物3。碳纳米管阵列中碳纳米管的纵向平均长度为 1-200微米，例如可以选取为1微米，10微米，25微米，40微米，50微米，75微米，90微米， 100微米，115微米，120微米，150微米，165微米，170微米，180微米，190微米，195微米， 可以为单壁或者两壁以上的多壁碳纳米管；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. 01-0. 3微米，例如可以选取为0. 02微米，0. 04微米，0. 05微米，0. 08微米，0. 1微米，0. 15 微米，0. 2微米。所述金属浸润层的厚度0. 05-0. 1微米。所述金属锚区包括镍层和金层5， 镍层的厚度为0. 05微米-0.3微米，镍层厚度可以选取为0. 08微米，0. 10微米，0. 15微米， 0. 2微米，0. 25微米，金层厚度为0. 02微米-0. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种微型散热器，其特征在于，包括碳纳米管阵列（４）、金属锚区（１），与碳纳米管垂直的碳纳米管阵列（４）端面与金属锚区（１）相接触，在金属锚区与碳纳米管接触的表面设有与碳纳米管阵列（４）端面润湿的金属浸润层（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尚金堂，陈波寅，张迪，徐超，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：32