微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，它包括以下步驟:1）制備一個(gè)由N×M個(gè)微電解導(dǎo)管組成的微電解導(dǎo)管陣列模板；2）控制每個(gè)微電解導(dǎo)管在導(dǎo)電基板上完成由（n×N）×（m×M）個(gè)微納金屬柱組成的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架；3）將步驟2)中制備好的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架置于電鍍液中電鍍1-5μm厚的多孔鎳層，即可制得微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片；本發(fā)明材料利用率高、所制備的散熱片有效散熱面積大、散熱效率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納材料制造領(lǐng)域，具體講是一種微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]微區(qū)電解沉積技術(shù)是一種基于掃描探針技術(shù)(SPT)的微納加工技術(shù)，其原理是采用口徑在微納尺寸的微電解導(dǎo)管作為電解液的補(bǔ)給源，實(shí)現(xiàn)微區(qū)電化學(xué)沉積生長(zhǎng)。微區(qū)電解沉積系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和電路放大器、壓電桿(或精密馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)軸)、微電解導(dǎo)管及充于微電解導(dǎo)管中的電解液組成。計(jì)算機(jī)和電路放大器提供并控制三路電壓輸出，每路電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)壓電桿(或精密馬達(dá))，改變?nèi)冯妷狠敵鲋稻涂梢允构潭ㄓ赬、Y、Z軸的三根壓電桿(或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸)交點(diǎn)處的微電解導(dǎo)管作三維運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制微電解導(dǎo)管中電解液的電位進(jìn)行材料的微區(qū)電沉積，實(shí)現(xiàn)三維微納結(jié)構(gòu)的電沉積生長(zhǎng)；具體可參見(jiàn)專(zhuān)利US7955486。
[0003]微區(qū)電解沉積技術(shù)由于結(jié)合了 SPT類(lèi)似的壓電控制技術(shù)，可以對(duì)材料生長(zhǎng)位置(即微電解導(dǎo)管出口點(diǎn))在三維空間進(jìn)行高精度控制，如:在導(dǎo)電的硅襯底上生長(zhǎng)有序排列的納米金屬柱等。因此，微區(qū)電解沉積技術(shù)是一種新穎的三維直寫(xiě)式微納結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)技術(shù)，可用于制造各種復(fù)雜形狀的微納結(jié)構(gòu)陣列，微納結(jié)構(gòu)陣列是一種微米或納米尺度的排列有序的材料結(jié)構(gòu)，材料可以是金屬、陶瓷、半導(dǎo)體或有機(jī)材料。
[0004]隨著科技的發(fā)展，集成電路的集成度越來(lái)越高，電子產(chǎn)品的體積越來(lái)越小，對(duì)散熱片的要求也不斷提高，目前市場(chǎng)上的散熱片受加工工藝的限制存在體積較大，材料利用率低，有效散熱面積小，散熱效率低的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn):提供一種材料利用率高、有效散熱面積大、散熱效率高的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，它包括以下步驟:
O制備一個(gè)由NXM個(gè)微電解導(dǎo)管組成的微電解導(dǎo)管陣列模板，所述微電解導(dǎo)管陣列為矩形陣列，所述N為微電解導(dǎo)管陣列模板中每一行的微電解導(dǎo)管個(gè)數(shù)，所述M為微電解導(dǎo)管陣列模板中每一列的微電解導(dǎo)管個(gè)數(shù)，所述N和M均為3-500之間的整數(shù)；每一行中相鄰微電解導(dǎo)管的間距為D1，每一列中相鄰微電解導(dǎo)管的間距為D2 ；
2)將步驟1)中制備的微電解導(dǎo)管陣列模板安裝在微區(qū)電解沉積系統(tǒng)上，微區(qū)電解沉積系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制所述微電解導(dǎo)管陣列模板上的每個(gè)微電解導(dǎo)管在導(dǎo)電基板上同步電沉積生長(zhǎng)微納金屬柱，控制每個(gè)微電解導(dǎo)管在導(dǎo)電基板上完成由每一行η個(gè)微納金屬柱且相鄰微納金屬柱的距離為dl、每一列m個(gè)微納金屬柱且相鄰微納金屬柱的間距為d2組成的微納金屬柱矩形陣列單元的電沉積生長(zhǎng)，整個(gè)NXM微電解導(dǎo)管陣列上的微電解導(dǎo)管同步工作，可制得由(nXN) X (mXM)個(gè)微納金屬柱組成的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架，所述η和m均為1-100之間的整數(shù)；所述Dl是dl的正整數(shù)倍，所述D2是d2的正整數(shù)倍；所述dl和d2尺度大小為500nm-200 μ m ；
3)將步驟2)中制備好的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架置于電鍍液中電鍍1-5 μ m厚的多孔鎳層，即可制得微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片。
[0007]作為優(yōu)選，所述Dl是dl的η倍，所述D2是d2的m倍。
[0008]所述微電解導(dǎo)管陣列模板為NXM個(gè)微電解導(dǎo)管組裝而成或直接一體成型而成，所述微電解導(dǎo)管為毛細(xì)玻璃管。
[0009]作為優(yōu)選，所述微電解導(dǎo)管的出口內(nèi)徑為50ηηι-200μηι。
[0010]所述dl和d2均大于所述微電解導(dǎo)管的出口內(nèi)徑。
[0011]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電基板為銅或鋁的金屬片，所述微納金屬柱的金屬材料為金、銀、銅、鎳。
[0012]作為優(yōu)選，所述微納金屬柱的高度為200nm-500 μ m。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片采用微區(qū)電解沉積技術(shù)，結(jié)構(gòu)更加規(guī)整可控且導(dǎo)熱媒質(zhì)(如冷卻氣體或液體)的通透性和流動(dòng)性更好，可大幅提高散熱片散熱效率，此外，本發(fā)明制造的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、可選擇材料多、材料利用率高、散熱面積大，能夠明顯提高電子產(chǎn)品的性能和使用壽命，同時(shí)本發(fā)明在保證有效散熱面積不變的情況下可以 大大縮小散熱片占用的物理空間，有利于電子產(chǎn)品的微型化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明微電解導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中安裝基板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明微電解導(dǎo)管陣列模板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明微納金屬柱與導(dǎo)電基板示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明微納結(jié)構(gòu)陣列骨架示意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的示意圖。
[0020]如圖所示:1、微電解導(dǎo)管，1.1、微電解導(dǎo)管出口，2、安裝基板，3、安裝孔，4、導(dǎo)電基板，5、微納金屬柱。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不僅局限于以下具體實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例一
I)如圖2所示，提供一個(gè)具有矩形陣列安裝孔的安裝基板2，所述矩形陣列安裝孔中安裝孔3的數(shù)量等于NXM，所述N為矩形陣列安裝孔中每一行的安裝孔3的個(gè)數(shù)，所述M為矩形陣列安裝孔中每一列的安裝孔3的個(gè)數(shù)，所述N和M均為3-500之間的整數(shù)；每一行中相鄰安裝孔3的間距為D1，每一列中相鄰安裝孔3的間距為D2 ;所述安裝基板2的厚度為10 μ 所述安裝基板2可由現(xiàn)有技術(shù)的精密機(jī)械加工方法或者微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)加工的方式制備得到，所述Dl是dl的η倍，所述D2是d2的m倍；提供NXM個(gè)微電解導(dǎo)管I，所述微電解導(dǎo)管出口 1.1內(nèi)徑為5nm_200 μ m ;在每個(gè)安裝孔3中垂直插入微電解導(dǎo)管1，調(diào)節(jié)所有微電解導(dǎo)管I使得所有微電解導(dǎo)管的出口端處于同一水平面，并粘結(jié)固定微電解導(dǎo)管I和安裝基板2制成一個(gè)由NXM個(gè)微電解導(dǎo)管組成的微電解導(dǎo)管陣列模板，作為改進(jìn)，也可采用精密機(jī)械加工方法或微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)加工方式直接加工制得微電解導(dǎo)管陣列模板。
[0023]2)結(jié)合圖4-圖5，將步驟I)中制備的微電解導(dǎo)管陣列模板安裝在微區(qū)電解沉積系統(tǒng)上，微區(qū)電解沉積系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制所述微電解導(dǎo)管陣列模板上的每個(gè)微電解導(dǎo)管在導(dǎo)電基板上同步電沉積生長(zhǎng)微納金屬柱5，控制每個(gè)微電解導(dǎo)管I在導(dǎo)電基板4上完成由每一行η個(gè)微納金屬柱5且相鄰微納金屬柱5的距離為dl、每一列m個(gè)微納金屬柱5且相鄰微納金屬柱5的間距為d2組成的微納金屬柱矩形陣列單元的電沉積生長(zhǎng)，即對(duì)于單個(gè)微電解導(dǎo)管I來(lái)說(shuō)，它僅需要完成一個(gè)nXm的微納金屬柱矩形陣列的電沉積，整個(gè)NXM微電解導(dǎo)管陣列上的微電解導(dǎo)管I同步工作，可制得由(nXN) X (mXM)個(gè)微納金屬柱5組成的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架，所述η和m均為1-100之間的整數(shù)；所述Dl是dl的正整數(shù)倍，所述D2是d2的正整數(shù)倍；所述dl和d2尺度大小為500nm-200 μ m ;所述微納金屬柱的高度為 200nm_500 μ m。
[0024]3)將步驟2)中制備好的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架置于電鍍液中電鍍1-5 μ m厚的多孔鎳層，即可制得微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片。
[0025]電鍍多孔鎳層可以增強(qiáng)微納結(jié)構(gòu)陳列散熱片的散熱效果，采用的電鍍工藝為常規(guī)工藝，以微納結(jié)構(gòu)陣列骨架為陰極、鎳金屬板為陽(yáng)極，在硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為8.5: I的電鍍液中電鍍鎳層，控制電鍍時(shí)的極距為60mm、電流密度為300A/m2、電解液溫度為40-50°C、PH值4.5-5、陰極添加劑十二烷基硫酸鈉的濃度為0.1-0.2g/L和Ni2+濃度為10-20g/L,得到具有多孔特性的鎳層，上述電鍍工藝具體可參見(jiàn)期刊論文“鎳質(zhì)多孔材料的電鍍修飾”，《金屬功能材料》，2008年第4期第29頁(yè)-第33頁(yè)。
[0026]實(shí)施例二
I)結(jié)合圖1-圖5所示，制備一個(gè)由3X3 (即9個(gè))個(gè)微電解導(dǎo)管組成的微電解導(dǎo)管陣列模板，具體制備方法同實(shí)施例一，所述微電解導(dǎo)管陣列為矩形陣列，每一行的微電解導(dǎo)管數(shù)量為3個(gè)，每一列的微電解導(dǎo)管數(shù)量為3個(gè)，每一行中相鄰微電解導(dǎo)管的間距(相鄰微電解導(dǎo)管的軸與軸之間的距離)為15 μ m，每一列中相鄰微電解導(dǎo)管的間距(相鄰微電解導(dǎo)管的軸與軸之間的距離)為5 μ m ;所述微電解導(dǎo)管出口 1.1的內(nèi)徑為I μ m ;
2)將步驟I)中制備的微電解導(dǎo)管陣列模板安裝在微區(qū)電解沉積系統(tǒng)上，微區(qū)電解沉積系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制所述微電解導(dǎo)管陣列模板上的每個(gè)微電解導(dǎo)管在銅金屬片上同步電沉積生長(zhǎng)微納金屬柱(銅金屬柱)，首先在銅金屬片上同步電沉積出一個(gè)與微電解導(dǎo)管陣列模板相對(duì)應(yīng)的3 X 3微納金屬柱矩形陣列(如圖4所示)，其次通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)方式精密控制微電解導(dǎo)管陣列模板橫向偏移5 μ m的距離后,又在導(dǎo)電基板上同步電沉積生長(zhǎng)出一個(gè)與微電解導(dǎo)管陣列模板相對(duì)應(yīng)的3X3微納金屬柱矩形陣列，最后繼續(xù)控制微電解導(dǎo)管陣列模板保持與上次偏移方向一致，再次偏移5 μ m的距離，在導(dǎo)電基板上同步電沉積生長(zhǎng)出一個(gè)與微電解導(dǎo)管陣列模板相對(duì)應(yīng)的3X3微納金屬柱矩形陣列，最終制得每一列相鄰微納金屬柱的間距為5μπι，每一行相鄰微納金屬柱的間距為5μπι的由(3X3) X (1X3)個(gè)(即27個(gè))微納金屬柱組成的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架(如圖5所示)。
[0027]3)將步驟2)中制·備好的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架置于電鍍液中，以微納結(jié)構(gòu)陣列骨架為陰極、鎳金屬板為陽(yáng)極，在硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為8.5: I的電鍍液中電鍍鎳層，控制電鍍時(shí)的極距為60mm、電流密度為300A/m2、電解液溫度為40°C、PH值4.5_5、陰極添加劑十二烷基硫酸鈉的濃度為0.15g/L和Ni2+濃度為20g/L，電鍍厚度為I μ m的多孔鎳層，即可制得微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片。[0028]本實(shí)施例只是簡(jiǎn)單的舉例說(shuō)明，并不代表所述微電解導(dǎo)管陣列模板只限于橫向偏移，其還能結(jié)合縱向偏移制作出具有更大規(guī)模微納金屬柱陣列的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片以滿(mǎn)足不同需求，采用本發(fā)明的制備方法制備的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片可以直接用于電子產(chǎn)品的外包裝，提高電子產(chǎn)品散熱性能。
【權(quán)利要求】
1.一種微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，其特征在于:它包括以下步驟: O制備一個(gè)由NXM個(gè)微電解導(dǎo)管組成的微電解導(dǎo)管陣列模板，所述微電解導(dǎo)管陣列為矩形陣列，所述N為微電解導(dǎo)管陣列模板中每一行的微電解導(dǎo)管個(gè)數(shù)，所述M為微電解導(dǎo)管陣列模板中每一列的微電解導(dǎo)管個(gè)數(shù)，所述N和M均為3-500之間的整數(shù)；每一行中相鄰微電解導(dǎo)管的間距為D1，每一列中相鄰微電解導(dǎo)管的間距為D2 ； 2)將步驟I)中制備的微電解導(dǎo)管陣列模板安裝在微區(qū)電解沉積系統(tǒng)上，微區(qū)電解沉積系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制所述微電解導(dǎo)管陣列模板上的每個(gè)微電解導(dǎo)管在導(dǎo)電基板上同步電沉積生長(zhǎng)微納金屬柱，控制每個(gè)微電解導(dǎo)管在導(dǎo)電基板上完成由每一行η個(gè)微納金屬柱且相鄰微納金屬柱的距離為dl、每一列m個(gè)微納金屬柱且相鄰微納金屬柱的間距為d2組成的微納金屬柱矩形陣列單元的電沉積生長(zhǎng)，整個(gè)NXM微電解導(dǎo)管陣列上的微電解導(dǎo)管同步工作，可制得由(nXN) X (mXM)個(gè)微納金屬柱組成的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架，所述η和m均為1-100之間的整數(shù)；所述Dl是dl的正整數(shù)倍，所述D2是d2的正整數(shù)倍；所述dl和d2尺度大小為500nm-200 μ m ； 3)將步驟2)中制備好的微納結(jié)構(gòu)陣列骨架置于電鍍液中電鍍1-5 μ m厚的多孔鎳層，即可制得微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，其特征在于:所述Dl是dl的η倍，所述D2是d2的m倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，其特征在于:所述微電解導(dǎo)管陣列模板為NXM個(gè)微電解導(dǎo)管組裝而成或直接一體成型而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，其特征在于:所述微電解導(dǎo)管的出口內(nèi)徑為50nm-200 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，其特征在于:所述dl和d2均大于所述微電解導(dǎo)管的出口內(nèi)徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)陣`列散熱片的制造方法，其特征在于:所述導(dǎo)電基板為銅或鋁的金屬片，所述微納金屬柱的金屬材料為金、銀、銅、鎳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的微納結(jié)構(gòu)陣列散熱片的制造方法，其特征在于:所述微納金屬柱的高度為200nm_500 μ m。
【文檔編號(hào)】F28F3/04GK103668367SQ201310656925
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】俞敏莉, 鄭建紅, 李立峰 申請(qǐng)人:寧波微極電子科技有限公司