[发明专利]一种气刀刮膜设备、高导热界面材料制备方法和刮膜方法

说明书

本发明公开了一种微孔气刀刮膜设备，包括测距用三个激光测距仪、气刀室、载样传送带和胶桶。本设备使用气刀刮膜法对碳纳米管阵列进行灌胶复合加工，利用气刀上多个可控流量和方向的气孔以及实时监测灌胶厚度的光学传感器控制灌胶的厚度和均匀性，实现碳纳米管阵列中聚合物胶体灌胶厚度的精确控制。本发明还公开了采用上述微孔气刀刮膜设备制备芯片用高导热界面材料的方法。本发明的微孔气刀刮膜设备具有结构简单、成本低、稳定性强、能够实现精确控制碳纳米管阵列聚合物胶体复合加工厚度的特点。该方法实现了对于聚合物胶体灌胶量的精确管控，可实现大面积芯片用高导热界面材料的制作。采用该方法制作得到的高导热界面材料具有优秀的导热性能。

技术领域

本发明涉及一种微孔气刀刮膜设备，尤其涉及一种气刀刮膜设备、高导热界面材料制备方法和刮膜方法。

背景技术

芯片的功率密度迅速增大，其内部的热流密度也随之增加，从而使芯片散热面临严峻的考验，芯片热管理的需求急剧增加。低热阻、高热导率的散热材料能有效地将芯片产生的热量快速导出并耗散掉。同时，半导体集成电路制造工艺从100纳米级别制程发展到目前的10纳米级制程，芯片功率密度急剧升高，越来越接近供认的150W/cm²的极限，高性能芯片的热问题已经成为制约芯片工作效率的关键难题之一。

集成电路芯片的散热材料主要包括散热片用材料、热界面材料和聚合物基外围封装散热材料三类，其中散热片用材料主要是铜铝等高导热金属材料，用于制备封装外围的被动散热片，并与其它组件如风冷、液冷装置耦合；热界面材料则用于连接芯片和散热片等以形成主要的导热通路，将热量从芯片有效传导至外围散热设施；外围封装散热材料则主要是含有高导热粒子的聚合物基复合材料，在封装结构中起辅助散热作用。通用性散热技术是将芯片热量直接或通过均热片间接传递至具有强散热能力的散热片上。虽然液体冷却、微流道冷却等散热冷却技术具有较高散热能力，但上述方法主要依靠固-固接触方法连接芯片与散热片，接触表面存在微米级的粗糙度和弯曲，实际界面接触面积少，仅占名义接触面积的1-2%左右。大部分界面间充斥着热传递性能极差的空气(热导率为0.023W/mK)或其它介质（如散热油），界面热阻过大，使得芯片工作时产生的大量热量不能经由封装外壳有效的传递出去，反而累积起来最终造成器件内部温度大幅提高。因此，固体-固体间的热量传递实际应用效果很差，使整个散热系统的散热效率大大降低，即便使用了液态金属、液冷等高性能散热材料也无法发挥其应有的作用。

用于固体-固体之间填充空隙的导热介质称为热界面材料，热界面材料作用就是依靠其本身的流动性对固体界面凹凸不平的空隙进行填充，挤出界面上残余空气或其他低导热系数介质，增加散热通道，减小系统整体热阻和降低电子产品工作温度，使芯片能够长期稳定的运行。通常热界面材料需具备两个方面的性能：第一，材料本身需要拥有良好的导热性能；第二，该材料具有优异的粘结性能和浸润性能，包括热界面材料的粘附力学，润湿性能以及流体性能等，保证能够充填界面空隙，减少接触热阻。高性能热界面材料已经成为芯片的核心功能材料之一，对芯片性能的完全发挥起到关键作用

传统的热界面材料由于其导热系数不高，不利于大规模热量传输，当芯片内部热量在芯片基底内积累到一定程度时，其晶体管材料间会发生微观位移，进一步导致出现孔洞、裂纹、乃至最后的脱落，原本设计的结构遭到破坏，导致最终失效。并且，传统的热界面材料采用的是导热硅脂和导热垫片，存在长期使用过程中容易固化变质，导热系数低、且完全无法应用于液态导热介质等问题因此，研究高导热系数、低接触热阻的基底与界面导热材料变得尤为迫切。