專利名稱：散熱裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱裝置及其制備方法，尤其涉及一種具有碳納米管的散熱裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，電子裝置內(nèi)部所設(shè)的發(fā)熱組件(如中央處理器、顯卡等)處理數(shù)據(jù)能力也愈來愈強(qiáng)。然而，伴隨發(fā)熱組件運(yùn)算速度的提升，其產(chǎn)生的熱量也大幅度增加。為將所述熱量迅速排出，使發(fā)熱組件能于正常工作溫度下運(yùn)行，以確保數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存及傳輸?shù)陌踩?，通常于該發(fā)熱組件的表面設(shè)置一散熱裝置進(jìn)行散熱。
散熱裝置一般包括用以散發(fā)熱量的散熱器，以及介于發(fā)熱組件與散熱器間的熱介面材料。
1991年Iijima于電弧放電的產(chǎn)物中首次發(fā)現(xiàn)碳納米管，發(fā)表于1991年出版的Nature 354，56，Helical Microtubules of Graphitic Carbon。碳納米管具有優(yōu)異的軸向?qū)嵝?，其?dǎo)熱系數(shù)可達(dá)20000W/mK(大約為銅材料的50倍)。近年來，因碳納米管導(dǎo)熱系數(shù)極高，可大大提高發(fā)熱組件與散熱器間的導(dǎo)熱性能，從而提高該散熱裝置的散熱性能，故而成為熱介面材料的研究熱點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)中，散熱器通常采用鋁或銅做為基座材料，為獲得形成于散熱器基座上有序排列的碳納米管，通常是在散熱器基座上沉積鎳、鐵、鈷等催化劑后，再通過化學(xué)氣相沉積法等方法生長碳納米管。而如Ch.Emmenegger等人在文獻(xiàn)Applied Surface Science 162-163、452-456(2000)，Carbon nanotubesynthetisized on metallic substrates中揭示一種于鋁基座上形成碳納米管陣列的方法。他們于鋁基座上涂覆Fe(NO3)3，通過熱處理使Fe(NO3)3涂層形成納米級(jí)Fe2O3顆粒，然后通入碳源氣乙炔與保護(hù)氣體的混合氣體生長碳納米管陣列。
為解決發(fā)熱組件越來越高的散熱需求，現(xiàn)有的散熱器越來越多采用銅做為基座材料(銅導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)401W/mK，而鋁導(dǎo)熱系數(shù)為237W/mK)。然，如果直接于銅基座上沉積鎳、鐵、鈷等催化劑，由于銅原子擴(kuò)散性非常好，所以極易擴(kuò)散到催化劑層而與催化劑反應(yīng)，從而使催化劑失去活性，導(dǎo)致無法順利長出可應(yīng)用于散熱裝置的碳納米管。故，要將碳納米管作為熱介面材料應(yīng)用于以銅材料為基座的散熱器，則如何于銅基座表面形成有序排列的碳納米管成為關(guān)鍵。
為解決銅原子擴(kuò)散而影響碳納米管生長的問題，通常需要于銅板上預(yù)先蒸鍍或?yàn)R鍍一層擴(kuò)散障層(Diffusion Barrier)，以阻止銅擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生。目前提出的擴(kuò)散障層多使用半導(dǎo)體制程中常用的氮化鈦(TiN)材料。如中國大陸專利申請(qǐng)第03114708.9號(hào)公開一種化學(xué)氣相法沉積氮化鈦和銅金屬層大馬士革工藝，該方法是在一臺(tái)多腔體真空設(shè)備中，依次連續(xù)沉積TiN擴(kuò)散障層、Cu金屬薄膜，并在H2-N2氣氛中進(jìn)行快速熱退火，從而得到晶粒大小及電阻分布都很均勻的擴(kuò)散障層及Cu金屬薄膜。
但是，上述方法提供的TiN擴(kuò)散障層，由于TiN的導(dǎo)熱系數(shù)很小，僅為30W/mK，相對(duì)銅(銅導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)401W/mK)及碳納米管(導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)20000W/mK)而言，傳熱速率非常慢，從而成為整個(gè)散熱裝置散熱效率的瓶頸，限制了散熱效率。
有鑒于此，提供一種高散熱效率的散熱裝置及其制備方法實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的散熱裝置的散熱效率低的問題，本發(fā)明的目的是提供一種高散熱效率的散熱裝置及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種散熱裝置，其包括一基座、一形成于所述基座上的擴(kuò)散障層、一形成于所述擴(kuò)散障層上的催化劑層以及形成于所述催化劑層上的多個(gè)碳納米管；其中，所述擴(kuò)散障層為鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供一種散熱裝置的制備方法，其包括下述步驟提供一基座；在所述基座上形成一鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)；在所述鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)上形成一催化劑層；在所述催化劑層上長出多個(gè)碳納米管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)作為擴(kuò)散擴(kuò)散障層，該擴(kuò)散障層避免基座與催化劑直接接觸，不僅可有效防止基座材料擴(kuò)散至催化劑層，與催化劑反應(yīng)而影響碳納米管的生長，且其導(dǎo)熱系數(shù)較高，可確保散熱裝置的高散熱效率。

圖1是本發(fā)明散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明散熱裝置的制備方法流程圖。
圖3是本發(fā)明散熱裝置于基座與催化劑層之間形成擴(kuò)散障層的示意圖。
圖4是本發(fā)明散熱裝置的使用示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
請(qǐng)先參閱圖1，為本發(fā)明較佳實(shí)施例的散熱裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括基座10，一形成于基座10上的擴(kuò)散障層20，一形成于所述擴(kuò)散障層20上的催化劑層30，以及形成于催化劑層30上的多個(gè)碳納米管50；其中，所述擴(kuò)散障層20為鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)。
較佳的，所述多個(gè)碳納米管50相互平行，且垂直于基座10。
請(qǐng)一并參閱圖2及圖3，對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例所提供的散熱裝置100的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明較佳實(shí)施例的散熱裝置100的制備方法包括以下步驟步驟11，提供一基座10；步驟12，于基座10上形成一鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)20；步驟13，于鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)20上形成一催化劑層30；步驟14，于催化劑層30上長出多個(gè)碳納米管50。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)各步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。
步驟11，提供一基座10。本實(shí)施例中選用銅板作為基座10。
步驟12，在所述基座10上形成一鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)20。如圖3所示，鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)20可以通過蒸鍍或?yàn)R鍍法形成，厚度范圍為10納米至100納米。本實(shí)施例選用直流濺鍍法于室溫下沈積形成氮化鈦鎢層(TiWN)20，厚度為20納米。
步驟13，在所述氮化鈦鎢層(TiWN)20上形成一催化劑層30。首先，將催化劑金屬利用電子束蒸發(fā)沉積法、熱沉積法或?yàn)R射法等方法形成于基座10上的氮化鈦鎢層(TiWN)20表面；然后，將沉積有催化劑金屬的基座10放置于空氣中，于300～400℃熱處理約10小時(shí)，使催化劑金屬氧化成催化劑氧化物顆粒；最后，將該催化劑氧化物顆粒用還原性氣體還原成納米級(jí)催化劑粒子，從而在氮化鈦鎢層(TiWN)20表面形成一由納米級(jí)催化劑粒子組成的催化劑層30。其中，催化劑金屬包括鎳、鐵、鈷及其合金中一種或幾種，本實(shí)施例中選用鐵；所述催化劑金屬的沉積厚度為幾納米到幾百納米，本實(shí)施例中為5納米；還原性氣體可為氫氣或氨氣等。
步驟14，在所述催化劑層30上長出碳納米管50。首先，將帶有氮化鈦鎢層(TiWN)20及催化劑層30的基座10放入反應(yīng)室(圖未示)中，向反應(yīng)室內(nèi)通入保護(hù)氣體并加熱至一預(yù)定溫度。其中，該保護(hù)氣體可為氬氣、氦氣等惰性氣體或氮?dú)?，本?shí)施例中選用氬氣；該預(yù)定溫度因催化劑材料的不同而不同，當(dāng)選用金屬鐵為催化劑金屬時(shí)，則一般加熱到500～700℃，以650℃為較佳。然后，向反應(yīng)室內(nèi)通入碳源氣進(jìn)行反應(yīng)，從催化劑層30上長出多個(gè)碳納米管50。其中，碳源氣為碳?xì)浠衔铮ㄒ胰?、乙烯等，本?shí)施例中選用乙炔；所述多個(gè)碳納米管50相互平行，且垂直于基座10。
由于單層金屬的擴(kuò)散阻障層為結(jié)晶結(jié)構(gòu)，有晶界的存在，而晶界對(duì)于銅原子而言是一種很快的擴(kuò)散途徑，再加上銅本身是一種高擴(kuò)散系數(shù)的金屬，因此很容易于低溫下溶入催化劑金屬層中。本發(fā)明以鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)作為銅原子的擴(kuò)散障層20，由于鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)中的鎢與銅完全不互溶，可有效減少銅原子擴(kuò)散。其中，氮化鈦鎢層(TiWN)中還具有氮原子，氮原子破壞金屬鈦及金屬鎢的結(jié)晶構(gòu)造，造成擴(kuò)散障層變成細(xì)晶或非晶質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而消除晶界，如此，原本的快速擴(kuò)散路徑被打亂，銅原子的擴(kuò)散也就被更有效的阻隔。且，鈦鎢層(TiW)或氮化鈦鎢層(TiWN)具有高熔點(diǎn)，即使在高溫下也不與銅互溶，其導(dǎo)熱系數(shù)較高，可確保散熱裝置的高散熱效率。從而，本實(shí)施例散熱裝置100的擴(kuò)散障層20不僅可有效防止銅原子擴(kuò)散，且可確保散熱裝置100的高散熱效率。
另，本發(fā)明的散熱裝置也可包括由銅、鋁等金屬制成的多個(gè)散熱鰭片，其斷面可為U字形、L字形等形狀，該多個(gè)散熱鰭片可通過沖壓方式形成于基座10的另一面。
請(qǐng)參閱圖4，為本發(fā)明的散熱裝置200的使用示意圖。發(fā)熱組件80所產(chǎn)生的熱量經(jīng)碳納米管50、催化劑層30及擴(kuò)散障層20傳遞到基座10，再由基座10傳遞到散熱鰭片60上，最終由基座10及散熱鰭片60將熱量散發(fā)到周圍流動(dòng)的空氣中，從而完成散熱裝置200的散熱效能。且，由于碳納米管50、催化劑層30及擴(kuò)散障層20均具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可確保發(fā)熱組件80所產(chǎn)生的熱量及時(shí)被排出，使發(fā)熱組件80能在正常工作溫度下運(yùn)行，以確保數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存及傳輸?shù)陌踩?br> 可以理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思做出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種散熱裝置，其包括一基座，其包括相對(duì)二表面、形成于所述基座一表面的擴(kuò)散障層、形成于所述擴(kuò)散障層上的催化劑層以及形成于該催化劑層上的多個(gè)碳納米管；其特征在于，所述擴(kuò)散障層為鈦鎢層或氮化鈦鎢層。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述散熱裝置進(jìn)一步包括多個(gè)散熱鰭片，該散熱鰭片位于基座的另一表面。
3.如權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述基座及散熱鰭片由銅制成。
4.如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層的厚度為幾納米到幾百納米。
5.如權(quán)利要求4所述的散熱裝置，其特征在于，所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層的厚度為20納米。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的散熱裝置，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管相互平行，且垂直于所述基座。
7.一種散熱裝置的制備方法，其包括下述步驟提供一基座；在所述基座一表面形成一鈦鎢層或氮化鈦鎢層；在所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層上形成一催化劑層；在所述催化劑層上長出多個(gè)碳納米管。
8.如權(quán)利要求7所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，在所述基座的一表面形成一鈦鎢層或氮化鈦鎢層的步驟為采用濺鍍法或蒸鍍法。
9.如權(quán)利要求7所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層的厚度為幾納米到幾百納米。
10.如權(quán)利要求7所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層的厚度為20納米。
11.如權(quán)利要求7所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，在所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層上形成一催化劑層的步驟包括將催化劑金屬形成于所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層表面；將沉積有催化劑金屬的基座放置于空氣中，于300～400℃熱處理約10小時(shí)，使催化劑金屬氧化成催化劑氧化物顆粒；將該催化劑氧化物顆粒用還原性氣體還原成納米級(jí)催化劑粒子。
12.如權(quán)利要求11所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述催化劑金屬包括鎳、鐵、鈷及其合金中一種或幾種。
13.如權(quán)利要求11所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述催化劑金屬的沉積方法包括電子束蒸發(fā)沉積法、熱沉積法或?yàn)R射法。
14.如權(quán)利要求11所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述催化劑金屬的沉積厚度為幾納米到幾百納米。
15.如權(quán)利要求11所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述催化劑金屬的沉積厚度為5納米。
16.如權(quán)利要求11所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述還原性氣體包括氫氣或氨氣。
17.如權(quán)利要求7所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述基座的另一表面形成有多個(gè)散熱鰭片。
18.如權(quán)利要求17所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)散熱鰭片通過沖壓方式形成于基座的另一面。
19.如權(quán)利要求17所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述散熱裝置基座及散熱鰭片由銅制成。
20.如權(quán)利要求7至19中任意一所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)碳納米管相互平行，且垂直于所述基座。
全文摘要
本發(fā)明提供一種散熱裝置，其包括基座，形成于該基座上的擴(kuò)散障層，形成于該擴(kuò)散障層上的催化劑層，形成于該催化劑層上的碳納米管；所述擴(kuò)散障層為鈦鎢層或氮化鈦鎢層。本發(fā)明還提供上述散熱裝置的制備方法，其包括提供一基座；于該基座上形成一鈦鎢層或氮化鈦鎢層；在所述鈦鎢層或氮化鈦鎢層上形成一催化劑層；在所述催化劑層上長出碳納米管。
文檔編號(hào)H01L23/34GK1784135SQ20041005243
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者顏士杰 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司