[发明专利]散热结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热结构及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的 散热结构及其制备方法。

背景技术

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，半导体集成器件（如CPU）的运行频率也越来越高，其单位时 间内产生的热量增加，热量的累积将引起温度的升高，从而导致半导体集成 器件的运行性能包括稳定性下降，因此，必需及时地将其产生的热量散发出 去，目前，散热已经成为半导体集成工艺中必须解决的问题。

随着器件体积的减小，其对散热需求的提高，器件散热已成为一个重要 的问题。请参见图1，目前应用于器件散热的散热结构100通常包括一散热器 102和一热界面材料层104。该散热器102包括一基体106和设置在该基体106 表面上的散热鳍片108。该热界面材料层104通常设置于散热器102的基体106 与散热鳍片108相对的表面上，用于增加散热结构100与半导体器件之间的散 热面积，改善半导体器件与散热结构100的热传递效果。传统热界面材料为 将导热系数较高的颗粒分散于聚合物基体中形成的复合材料，导热系数较高 的材料包括石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银或其它金属等。该类复合材 料的普遍缺陷是整体材质导热系数较小，典型值为1W/mK，这已经不能适应 半导体集成化程度的提高对散热的需求。且，由热界面材料层的存在，使得 这种散热结构的体积受到限制，很难满足微小半导体器件的需求。另，传统 的散热鳍片的材料常采用金属、金属合金或导热系数较高的的颗粒分散于聚 合物基体中形成的复合材料，这些材料制备的散热鳍片同样存在着导热系数 较小的缺点，难以满足半导体集成化程度的提高对散热的需求。

1991年，日本科学家Iijima在电弧放电试验中发现了碳纳米管（请参见 “Helical microtubules of graphitic carbon”,Nature,Sumio Iijima,vol354, p56(1991)）。因碳纳米管具有长径比大，长度可为直径的几千倍；强度高， 为钢的100倍，但重量只有钢的六分之一；韧性与弹性极佳的特性，且碳纳 米管沿其纵向方向有极高的热导系数，使其成为最具潜力的热界面材料之 一。美国物理学会上发表一篇名为“碳纳米管显著热导性”的文章指出对于 “Z”字形(10,10)碳纳米管在室温下其导热系数可达6600W/mK。碳纳米管的 这一性质使其在半导体集成器件中的散热结构中的应用中具有广阔的发展 前景，成为人们的研究热点。

现有技术中，将碳纳米管应用于散热结构中时，通常是将碳纳米管本身 或碳纳米管的复合材料作为热界面材料应用。但是，由于碳纳米管在热界面 材料中一般为无序排列，未能充分利用碳纳米管纵向导热的优势，因此，这 种散热结构的散热效率并未得到明显提高。同时，由于这种散热结构同样需 要同时包括热界面材料与散热器，散热结构的体积受到限制，无法满足微小 器件的要求。

因此，确有必要提供一种散热结构及其制备方法，该散热结构散热效率 高，体积小，可方便应用于各种领域。

发明内容

一种散热结构，该散热结构固定设置于一发热元件表面，其中，该散热 结构包括一图形化的碳纳米管阵列与一固定层，该散热结构通过该固定层固 定于该发热元件上，该发热元件的熔点高于该固定层的熔点，所述图形化的 碳纳米管阵列包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管暴露出固定层的长度不相 等，形成预定图形。

一种散热结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一发热元件，该发热 元件具有一表面；设置一熔融态固定层于发热元件的表面，该发热元件的熔 点高于该固定层的熔点；制备一碳纳米管阵列形成于一基底，该碳纳米管阵 列具有一第一端及与第一端相对的第二端，第二端与基底连接；将上述碳纳 米管阵列的第一端插入该固定层中，冷却该固定层至其凝固；除去碳纳米管 阵列的基底；以及将碳纳米管阵列图形化，在发热元件的表面上形成一散热 结构。

相对于现有技术，本技术方案所提供的散热结构存在以下优点：其一， 该散热结构直接固定于发热元件上，无需热界面材料，体积较小，可方便应 用于各种领域；其二，该散热结构中的碳纳米管以阵列形式存在，充分利用 了碳纳米管的纵向导热性能，因此，该散热结构的散热效率高。

附图说明

图1为现有技术中的散热结构的结构示意图。