[发明专利]基于碳纳米管的三维网格式芯片热量传导模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于碳纳米管的三维网格式芯片热量传导模型。碳纳米管因其超高的热传导率，可作为一种有前途的热界面材料，因此本文提出基于碳纳米管的芯片散热的新型结构。在此结构中，通过基于碳纳米管的热通孔改善芯片层和热传导器之间的热量扩散，同时通过水平横向和纵向的碳纳米管网格层来平衡整块芯片上的热量，降低芯片的峰值温度。此结构不仅可以提高芯片的可靠性，而且还可以延长芯片的寿命。

背景技术

随着器件特征尺寸进入纳米级，器件的集成度不断的增加，从而导致芯片的高功耗和高温度问题。高功耗和高温度严重影响着电路性能、可靠性和芯片封装。因此散热成为芯片的性能能否优良的最大绊脚石。而在整个散热问题中，从芯片层到热分散器及散热器层之间的热接触电阻依旧是个很难克服的问题。

为克服上述问题，已有学者提出新型的芯片模型，即在芯片层与热传导器层之间添加一层热界面材料层。新型热界面材料和芯片结构可以填补热量传输面之间的空白，不仅改善了热量性能，而且还增强了电路可靠性，因此还需要继续探索良好的热界面材料和芯片热量传导模型。传统的热界面材料主要是由铜构成，相比于空气具有很高的热传导率，因此相对而言其热接触电阻小，这样才可以将热量交汇处的温度降低。

由于碳纳米管具有特殊结构，电学和热学等性质相比于铜，具有更高的热传导率和较小的热接触电阻，因此碳纳米管更适合作热界面材料的组成材料而加在芯片和热传导器之间。即我们提出的基于碳纳米管模型的热界面材料和热通孔将更有效的解决芯片温度过高的问题。

发明内容

本发明提出一种基于碳纳米管的三维网格式芯片热量传导模型，作为芯片内部热界面材料层来加强芯片的散热性能，从而提高芯片的可靠性。

本发明的构思如下：

本发明通过基于碳纳米管的热通孔改善芯片层和热传导器层之间的热量扩散，同时通过水平横向和纵向的碳纳米管网格层来平衡整块芯片上的热量，减小峰值温度。从而有效的提高了芯片的散热性能。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：一种基于碳纳米管的三维网格式芯片热量传导模型，构成芯片层与热传导器层之间的热界面材料层,其特征在于：所述热界面材料层是基于碳纳米管的热界面材料层，由基于碳纳米管的热通孔和基于碳纳米管的网格层组成，基于碳纳米管的热通孔构成芯片层至基于碳纳米管的网格层的快速传热通道，从而，基于碳纳米管的热通孔将芯片层上的热量快速转移到基于碳纳米管的网格层上，接着，热量经过基于碳纳米管的网格层中的水平横向和纵向的碳纳米管传输到整个芯片层以实现热量的均匀分布。所述碳纳米管的热通孔是由5*5阵列碳纳米管组成的碳纳米管束。所述基于碳纳米管网格层由水平横向碳纳米管叠层和水平纵向碳纳米管叠层组成；水平横向的碳纳米管叠层由两层碳纳米管叠加组成，每一层碳纳米管层由若干根均匀分布的碳纳米管组成，贴置在与芯片层相连的绝缘层之上；水平纵向碳纳米管叠层由两层碳纳米管叠加组成，每一层碳纳米管层由若干根均匀分布的碳纳米管组成，位于水平横向碳纳米管叠层上，在芯片层上面形成基于碳纳米管的网格层,在该基于碳纳米管的网格层中竖直方向插入基于碳纳米管的热通孔。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特征和显著进步：

1.        基于碳纳米管束填充热通孔

通过碳纳米管束通孔将硅衬底上的热量传输到基于碳纳米管网格层上，从而实现更好的热传导。

2.        基于碳纳米管网格层实现芯片均匀散热

通过水平和垂直方向上的碳纳米管束将热源区的热量转移到冷却区域，从而平衡整个芯片的热量，提高了芯片散热效率。

3.        设计和制造简便

本发明由生成水平的碳纳米管孔，垂直的碳纳米管孔及水平横向和纵向的碳纳米管束节点等重要部分来实现，由此可知，本发明设计容易，制造工艺简单。

附图说明

图1是基于碳纳米管的三维网格式芯片热量传导模型图。

图2是在衬底上生长碳纳米管束。

图3是在底下的孔上生长碳纳米管。

图4是碳纳米管节点的不同形式。

图5 是基于碳纳米管热量管理结构产生的Alpha 21364处理器芯片的热量分布。

图6 是是基于碳纳米管热量管理结构产生的OpenSparc T1处理器芯片的热量分布。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：