[发明专利]热界面材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热界面材料及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管热界 面材料及其制备方法。

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，器件体积变得越来越小，其对散热的需求越来越高，高效率散 热已成为一个越来越重要的问题。为满足散热需要，通常在散热器与半导体 器件之间，增加一导热系数较高的热界面材料，可使散热器与半导体器件之 间接触更加紧密，增强半导体器件与散热器之间的热传导效果。

现有的热界面材料将导热系数较高的颗粒分散于聚合物基体以形成复合 材料，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银或其它金属等。该类材料的普 遍缺陷是整体材质导热系数较小，一般为1W/m·K，这已经不能适应半导体集 成化程度的提高对散热的需求。增加聚合物基体的导热颗粒含量，使颗粒与 颗粒之间尽量相互接触，可以增加整个复合材料的导热系数，如某些特殊的 界面材料因此可达到4-8W/m·K，然而，聚合物基体的导热颗粒含量增加至一 定程度时，会使聚合物基体的性能发生改变，如油脂会变硬，从而浸润效果 变差，橡胶亦会变得较硬，失去应有的柔韧性，大大降低热界面材料界面接 触性能，从而使散热器与半导体器件之间的热阻增大。

为改善热界面材料的导热性能，提高导热系数，各种材料被广泛试验。 碳纳米管的长径比大，长度可为直径的几千倍；碳纳米管的强度高，为钢的 100倍，但重量只有钢的六分之一；碳纳米管的韧性与弹性极佳，且具有优异 的径向导热性能，因此，将碳纳米管作为导热粒子分散于聚合物基体中以形 成碳纳米管热界面材料，成为热界面材料研究的一重要方向。但，这种分散 法制备的碳纳米管热界面材料中的碳纳米管杂乱排列，不利于充分利用碳纳 米管的径向导热性能，使得该碳纳米管热界面材料的导热性能提高有限。

为充分利用碳纳米管的径向导热性能，业界通常将碳纳米管阵列包埋在 基体材料中。但，由于碳纳米管阵列的高度小，通常不超过毫米量级，在包 埋的过程中，碳纳米管的端部很容易被埋在基体材料中，无法达到和热源及 散热部件之间的良好接触，从而使得碳纳米管热界面材料的表面存在很大的 接触热阻，降低了其实际导热性能。

为了克服上述缺陷，通常会使用摩擦或者刻蚀的方法使埋在基体材料中 的碳纳米管“露头”。如2003年6月26日于美国公开的，名称为“Carbon Nanotube Thermal Interface Structures”、公开号为20030117770A1的专利申请 揭示了一种热界面材料及其制备方法。所述热界面材料包括至少一碳纳米管 (束)阵列及一填充于该至少一碳纳米管(束)阵列之间的聚合物。该至少一碳纳 米管(束)阵列中的碳纳米管之间互相平行，且至少一碳纳米管(束)阵列的排列 方向与其热传导的方向平行。该热界面材料的制备方法为：将聚合物注入碳 纳米管(束)阵列周围，以支撑碳纳米管(束)阵列，通过机械研磨或化学腐蚀去 除生长碳纳米管(束)阵列的基底，以及通过化学机械抛光或机械研磨去除多 余的聚合物，形成热界面材料。

使用上述专利申请中所采用的方法制备的热界面材料，采用化学机械抛 光或机械研磨的方法去除多余的聚合物，使得碳纳米管露出聚合物的表面， 其导热效率有较大的提高，但由于化学机械抛光或机械研磨过程会造成热界 面材料的表面平整度下降，使得该热界面材料与热源的接触热阻较大，降低 了散热效率。另外，采用化学机械抛光或机械研磨处理工艺，使得其生产成 本较高。

发明内容

有鉴于此，实有必要提供一种可使碳纳米管与热源接触良好、导热率高 的热界面材料及其制造方法。

一种热界面材料，其包括一碳纳米管阵列及设置于所述碳纳米管阵列至 少一端的基体，其中，所述热界面材料进一步包括分布于所述基体中的多个 导热粒子，该多个导热粒子与所述碳纳米管阵列相接触。

一种热界面材料的制备方法，其包括下述步骤：提供一碳纳米管阵列； 将一基体设置于所述碳纳米管阵列的至少一端；以及添加多个导热粒子于上 述基体中，使该多个导热粒子与所述碳纳米管阵列的至少一端接触，形成该 热界面材料。

与现有技术相比较，本发明的热界面材料中，由于多个导热粒子与碳纳 米管阵列相接触，增加了该热界面材料与热源的实际热接触面积，避免因热 界面材料的平整度下降，而造成的接触热阻较大，从而提高了导热效率。