[发明专利]碳纳米管复合热界面材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热界面材料的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管复合热界面材料的制备方法。

背景技术

随着微电子产业的蓬勃发展，电子芯片的主频越来越高，线宽越来越窄，导致芯片产生的热量越来越大，因此，散热问题逐渐成为束缚芯片性能的一大障碍。研究发现，散热元件与芯片之间以及散热元件之间的界面热阻是制约散热模组散热效率的重要因素。目前，通常采用热界面材料来减小界面热阻，以提高散热元件的散热效率。

热界面材料通常是导热率相对较高，而且比较柔软的材料，用来填充芯片与散热元件之间的界面。通常的热界面材料包括导热膏和相变片，其组成通常是在有机基体中混合了高导热的金属或者陶瓷材料，从而得到较好的填隙效果和传热效果。然而，自从日本科学家Iijima于1991年发现碳纳米管，请参见“Helical microtubulesof graphitic carbon”，S Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)，由于具备良好机械、导热及导电特性等，碳纳米管成为制备热界面复合材料的优选。以碳纳米管为填充物得到的热界面复合材料，可以显著增强热界面复合材料的机械强度及韧性，提高导热率和导电率。因此，有关碳纳米管复合材料的技术成为当前纳米技术领域的一个研究热点。

目前，使用定向排列的碳纳米管阵列的复合热界面材料是作为热界面材料的一个优选方案。对于计算机芯片及其散热模组系统来说，热量主要沿着垂直于芯片表面的方向传播，定向排列的碳纳米管可以有效利用其轴向高热导率，使得相对较少的碳纳米管数量可以达到相对较高的传热效率。

现有技术中，碳纳米管复合热界面材料的制备方法包括注入法和沉积法。注入法是将熔化的金属直接注入到碳纳米管阵列的空隙中，冷凝后金属便将碳纳米管包裹起来得到碳纳米管复合热界面材料。由于碳纳米管之间的空气很难在注入过程中排出去，因此，这种方法虽然操作简单，但是很容易在复合材料中掺杂很多空气泡，不利于金属和碳纳米管之间的紧密结合。

沉积法分物理沉积法和化学沉积法。物理沉积法是直接将金属蒸汽或者溅射出来的金属颗粒沉积在碳纳米管阵列上面，这种方法效率比较低，而且要在真空环境中进行，制作成本高。化学沉积法一般利用电镀或者化学镀的方法，利用电化学或者还原反应将金属沉积在碳纳米管阵列的空隙中，化学沉积可靠性高，但必须使用金属盐溶液作为电解或者化学反应的对象，限制了用于复合的金属的种类，而且化学废液的处理会带来环保问题。

有鉴于此，有必要提供一种操作简单、成本低的碳纳米管复合材料的制备方法。

以下，将以实施例说明一种碳纳米管复合热界面材料的制备方法。

一种碳纳米管复合热界面材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底，其上形成有碳纳米管阵列；将熔化的第一填充材料填充入碳纳米管阵列的空隙中，该第一填充材料为石蜡，凝固第一填充材料与碳纳米管阵列得到第一复合材料；提供一第二填充材料，该第二填充材料为金属材料，第二填充材料的熔点高于第一填充材料的熔点，将熔化的第二填充材料注入到第一复合材料的表面，待第一填充材料被熔化的第二填充材料完全熔化，第二填充材料排挤第一填充材料而使得第一填充材料从碳纳米管阵列的空隙中流出后，凝固第二填充材料与碳纳米管阵列，从而得到由碳纳米管与第二填充材料复合的碳纳米管复合热界面材料。

本技术方案的碳纳米管复合热界面材料制备方法，相对于现有 技术来说具有以下优点：首先，第一填充材料在填充碳纳米管阵列的空隙过程对空隙中的空气进行了初步排挤，第二填充材料对第一填充材料排挤的过程同时会对残留的空气进行二次驱除，因此，最终制得的碳纳米管复合热界面材料中基本不会存在气泡。其次，整个制备工艺简单、成本低，并适合大量制备碳纳米管复合热界面材料。

图1～图5为本技术方案制备碳纳米管复合热界面材料的工艺流程示意图。

图6为本技术方案用于制备碳纳米管复合热界面材料的制备装置示意图。

图7～图10为利用本技术方案的制备装置制备碳纳米管复合热界面材料的示意图。

以下将结合附图及实施例对本技术方案的碳纳米管复合热界面材料的制备方法进行详细说明。