[发明专利]基于垂向碳纳米管阵列的非转移式热界面材料及其方法

说明书

本发明公开了一种基于垂向碳纳米管阵列的非转移式热界面材料及其方法。该热界面材料结构上从内而外依次分为生长基底层、固定层、垂向碳纳米管阵列三部分。通过在碳管阵列表面制备牺牲层，作为对阵列表面部分碳管的保护，在其内部填充固定层材料后，通过溶解或热熔等方式除去牺牲层，使表面部分的阵列碳管裸露出来用作高导热界面接触。本发明避免了转移碳纳米管阵列的繁琐步骤及碳管损伤，工艺简易，成本低廉，在整体上兼顾填充性及高导热性的同时，实现了碳纳米管阵列与基底的强结合。

技术领域

本发明涉及一种非转移式热界面材料，尤其涉及一种基于垂向碳 纳米管阵列的非转移式热界面材料及其方法，属于导热散热领域。

背景技术

现今，人们的生活已经离不开各类电子产品和器件。随着电子器 件愈来愈向小型化和高集成化发展，其发热量和热流密度也愈来愈 大，“热障”问题日益严峻。研究表明电子芯片温度每升高2℃，系 统稳定性将下降10％，超过50％的电子器件失效是由温度过高引起的。 高性能芯片的热管理问题已经成为制约芯片工作效率的关键难题之 一。

目前人们普遍使用热界面材料解决多余热量扩散的问题。传统的 热界面材料一般由聚合物和导热填料构成，其往往具有一定的柔性， 可以很好地适应各种凹凸不平的接触界面，充分填充以减少空气热 阻。然后，由于聚合物本身的导热系数一般，即使加掺高导热系数的 导热填料，如：金属纳米颗粒、氮化硼纳米片、石墨烯纳米片等，其 总体的导热系数也并不高，通常小于10W/(m·K)。因此，十分有必 要寻找一种具有高导热系数，且能适应各种凹凸平面的热界面材料。

鉴于此，碳纳米管阵列被考虑用作于新型热界面材料上。一方面， 碳纳米管有着极其出色的导热系数，理论上可以高达几千W/(m·K)， 另一方面，碳纳米管阵列有着优良的柔韧性以及界面粘附性，可以很 好地实现同粗糙界面的紧密接触。

基于碳纳米管阵列的热界面材料，其结构上一般包括中间的基底 层以及基底两侧的垂向碳纳米管阵列层，然而，为了使碳纳米管与基 底之间形成强结合，往往需要对生长出来的碳纳米管阵列进行转移处 理。例如对生长有垂向碳纳米管阵列的硅片先进行碳纳米管切割，获 得高平整度的碳纳米管阵列，随后通过蒸发沉积使其表面覆盖一层几 百纳米薄的金属膜(如Al)，借助热压键合工艺，将其键合到金属 衬底或蒸镀有金属膜的硅片上，凭借键合后的强结合性使原生长衬底 与碳纳米管阵列分离，并重复该步骤，使另一侧同样键合上碳纳米管 阵列，进而获得具有双面垂向碳纳米管阵列的强结合热界面材料。该工艺不仅制备繁琐，成本高昂，并且在转移时极容易引起碳纳米管阵 列的损坏与缺陷等问题，造成其导热性能的下降。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种基于垂向碳 纳米管阵列的非转移式热界面材料及其制备方法，引入牺牲层处理工 艺，避免了转移步骤的繁琐操作以及可能的碳纳米管阵列损伤，同时 保证了碳纳米管阵列型热界面材料的高导热性能以及高度界面填充 性的基于垂向碳纳米管阵列的非转移式热界面材料及其方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于垂向碳纳米管阵列的非转移式热界面材料结构，包括生 长基底层，所述的生长基底层的上部与底部分别设有固定层，所述的 固定层中设有均匀分布的垂向碳纳米管阵列，所述的生长基底层与固 定层间设有催化剂层，所述的垂向碳纳米管阵列的上部设有牺牲层。

作为优选，所述的生长基底层的上部与底部分别设有阻挡层，所 述的阻挡层的上部设有与催化剂层相贴合的支撑层。

作为优选，所述的阻挡层的材质为钛，所述的支撑层的材质为氧 化铝，所述的催化剂层的材质为铁。

作为优选，所述的生长基底层为金属箔层。

作为优选，所述的金属箔层为铜箔。

作为优选，所述的固定层上部的高度低于垂向碳纳米管阵列的高 度；所述的牺牲层的材质为聚乙烯醇。