專利名稱：散熱裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種散熱裝置及其制備方法，尤其是涉及一種高散熱效率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)熱元件(如中央處理器及顯卡發(fā)熱元件)的處理數(shù)據(jù)能力也愈來愈強(qiáng)。然而，伴隨發(fā)熱元件運(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)熱元件在正常工作溫度下運(yùn)行，以確保數(shù)據(jù)處理、儲存及傳輸?shù)馁|(zhì)量，通常在所述發(fā)熱元件的表面設(shè)置一散熱裝置。
現(xiàn)有技術(shù)中的散熱裝置基座多采用銅材料制作(銅導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)402W/mK)，并將碳納米管作為導(dǎo)熱元件應(yīng)用于發(fā)熱元件與散熱裝置基座間，由于碳納米管是碳原子形成的石墨層卷曲而成的無縫、中空管狀物，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)，可大大提高發(fā)熱元件與散熱裝置基座間的導(dǎo)熱性能，從而提高整體散熱裝置的散熱性能。
為獲得形成在散熱裝置上的碳納米管，通常是在銅板上沉積鎳、鐵、鈷等催化劑粒子后，再通過化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管。但是，如果直接在銅板上沉積鎳、鐵、鈷等催化劑粒子，由于銅原子擴(kuò)散性非常好，極易擴(kuò)散到催化劑層而與其中的催化劑粒子反應(yīng)，導(dǎo)致無法順利長出可應(yīng)用于散熱裝置的碳納米管。
為解決銅原子擴(kuò)散而影響碳納米管生長的問題，需要在銅板上預(yù)先蒸鍍或?yàn)R鍍一層阻擋層以阻止銅原子擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生，目前提出的阻擋層多使用半導(dǎo)體制程中常用的氮化鈦(TiN)材料。如中國專利申請第03114708.9號中揭示化學(xué)氣相法沉積氮化鈦和銅金屬層大馬士革工藝，所述方法是在一臺多腔體真空設(shè)備中，依次連續(xù)沉積TiN阻擋層、Cu金屬薄膜，并在H2-N2氣氛中進(jìn)行快速退火，從而得到晶粒大小及電阻分布都很均勻的阻擋層及Cu金屬薄膜。
但是，上述方法提供的TiN阻擋層，由于TiN的導(dǎo)熱系數(shù)僅為30W/mK，相對銅(銅導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)402W/mK)及碳納米管(導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)20000W/mK)而言，傳熱速度慢，從而在散熱裝置整體上限制其散熱效率。
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)中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。
本發(fā)明的另一目的是提供上述散熱裝置的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種散熱裝置，其包括基座，形成于所述基座一面的氮化鋁層，形成于所述氮化鋁層上的催化劑層，形成于所述催化劑層上的碳納米管。
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包括相對兩面的基座；在所述基座的一面形成一氮化鋁層；在所述氮化鋁層上形成一催化劑層；在所述催化劑層上長出碳納米管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明是以氮化鋁層作為擴(kuò)散阻擋層，所述阻擋層不僅可有效防止基座中的銅原子擴(kuò)散到催化劑層，與催化劑粒子反應(yīng)而影響碳納米管的生長，且氮化鋁導(dǎo)熱系數(shù)較高也可確保散熱裝置的高散熱效率。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中氮化鋁層的形成方法示意圖。
圖3是本發(fā)明的散熱裝置的使用示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例中散熱裝置的制備方法流程圖。
具體實(shí)施方式請先參閱圖1，是本發(fā)明較佳實(shí)施例的散熱裝置5的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括基座1，形成于基座1一面的氮化鋁層2，形成于氮化鋁層2上的催化劑層3，形成于催化劑層3上的碳納米管4。
請一并參閱圖2及圖4，對本發(fā)明較佳實(shí)施例所提供的散熱裝置5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5的制備方法包括以下步驟步驟11，提供一基座1；步驟12，在基座1的一面形成一氮化鋁層2；步驟13，在氮化鋁層2上形成一催化劑層3；步驟14，在催化劑層3上長出碳納米管4。
步驟11，提供一基座1。本實(shí)施例中選用銅板作為基座1，其包括相對兩面。
步驟12，在基座1上形成一氮化鋁層2。首先，在基座1一面通過濺射法或蒸鍍法沉積一層鋁膜6，其厚度小于100埃；然后，通過氮?dú)饣虬睔鈱︿X膜6進(jìn)行等離子處理，將鋁膜6轉(zhuǎn)化為氮化鋁層2。
步驟13，在氮化鋁層2上形成一催化劑層3。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射法等方法形成在基座1上的氮化鋁層2表面；然后，將沉積有催化劑金屬的基座1放置于空氣中，在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，將所述催化劑氧化物顆粒用還原性氣體還原成納米級催化劑粒子，從而在氮化鋁層2表面形成一由納米級催化劑粒子組成的催化劑層3。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，以5納米為較佳；還原性氣體可為氫氣或氨氣等。
步驟14，在催化劑層3上長出碳納米管4。首先，將帶有氮化鋁層2及催化劑層3的基座1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，所述保護(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；所述預(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)，碳納米管4從催化劑層3上長出。其中，碳源氣為碳?xì)浠衔?，包括乙炔、乙烯等，本?shí)施例中選用乙炔。
金屬本身為結(jié)晶結(jié)構(gòu)，存在有晶界，而晶界對于銅原子而言是一種極好的擴(kuò)散途徑，再加上銅本身是一種高擴(kuò)散系數(shù)的金屬，因此便很輕易的在低溫下溶入催化劑金屬層中。本發(fā)明是以氮化鋁層2作為基座中銅原子的擴(kuò)散阻擋層，其是在金屬鋁中通過等離子處理法加入氮原子，氮原子破壞金屬鋁的結(jié)晶構(gòu)造，從而消除晶界，有效阻擋銅原子的擴(kuò)散。且，氮化鋁具有高熔點(diǎn)(其熔點(diǎn)可達(dá)2450℃)，即使在高溫下也不與銅互溶，導(dǎo)熱系數(shù)為80～260W/mK，可確保散熱裝置5的高散熱效率。另，氮化鋁在1000℃下抗氧化而保持其固有性能，即使在催化劑層3的形成過程中，在氮化鋁層2上生成氧化鋁薄層，氧化鋁在高溫下也屬于穩(wěn)定相，且為一能有效阻隔原子移動的阻礙層，故能減少基座中銅原子擴(kuò)散到催化劑層3而與其中的催化劑粒子反應(yīng)，同時(shí)也可防止催化劑層3中的催化劑粒子擴(kuò)散出來與基座中銅原子結(jié)合而被反應(yīng)掉；氧化鋁的導(dǎo)熱性能也較佳，其導(dǎo)熱系數(shù)在30W/mK以上。從而，本實(shí)施例的散熱裝置5的氮化鋁層2不僅可有效防止基座中的銅原子擴(kuò)散，且可確保散熱裝置5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散熱鰭片，其斷面可為U字形、L字形等形狀，所述多個散熱鰭片可通過沖壓方式形成于基座1的另一面。
請參閱圖3，是本發(fā)明的散熱裝置9的使用示意圖。發(fā)熱元件8所產(chǎn)生的熱量經(jīng)碳納米管4、催化劑層3及氮化鋁層2傳遞到基座1，再由基座1傳遞到散熱鰭片7上，最終由基座1及散熱鰭片7將熱量散發(fā)到周圍流動的空氣中，從而完成散熱裝置9的散熱效能。且，由于碳納米管4、催化劑層3及氮化鋁層2均具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可確保發(fā)熱元件8所產(chǎn)生的熱量及時(shí)被排出，使發(fā)熱元件8在正常工作溫度下運(yùn)行，以確保數(shù)據(jù)處理、儲存及傳輸?shù)馁|(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種散熱裝置，包括基座，其特征在于所述散熱裝置還包括形成于所述基座的一面的氮化鋁層，形成于所述氮化鋁層上的催化劑層，形成于所述催化劑層上的碳納米管。
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)一步包括多個散熱鰭片，所述散熱鰭片位于基座的另一面。
3.如權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于所述基座和散熱鰭片是由銅制成。
4.如權(quán)利要求1所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于包括下述步驟提供一包括相對兩面的基座；在所述基座的一面形成一氮化鋁層；在所述氮化鋁層上形成一催化劑層；在所述催化劑層上長出碳納米管。
5.如權(quán)利要求4所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于在所述基座的一面形成一氮化鋁層的步驟包括在基座的一面沉積一層鋁膜；對所述鋁膜進(jìn)行等離子處理，將鋁膜轉(zhuǎn)化為氮化鋁層。
6.如權(quán)利要求4所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于在所述氮化鋁層上形成一催化劑層的步驟包括將催化劑金屬形成于氮化鋁層表面；將沉積有催化劑金屬的基座放置于空氣中熱處理后，使催化劑金屬氧化成催化劑氧化物顆粒；將所述催化劑氧化物顆粒用還原性氣體還原成納米級催化劑粒子。
7.如權(quán)利要求4所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于在所述催化劑層上長出碳納米管的步驟包括將基座放入反應(yīng)室中，向反應(yīng)室內(nèi)通入碳源氣進(jìn)行反應(yīng)，碳納米管從催化劑層上長出。
8.如權(quán)利要求4所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于在所述基座的另一面形成有多個散熱鰭片。
9.如權(quán)利要求8所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于所述多個散熱鰭片是通過沖壓方式形成于基座的另一面。
10.如權(quán)利要求8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和散熱鰭片是由銅制成。
全文摘要
本發(fā)明提供的散熱裝置包括基座，形成于所述基座一面的氮化鋁層，形成于所述氮化鋁層上的催化劑層，形成于所述催化劑層上的碳納米管。另，本發(fā)明還提供上述散熱裝置的制備方法，其包括提供一包括相對兩面的基座；在所述基座的一面形成一氮化鋁層；在所述氮化鋁層上形成一催化劑層；在所述催化劑層上長出碳納米管。本發(fā)明是以氮化鋁層作為擴(kuò)散阻擋層，所述阻擋層不僅可有效防止基座中的銅原子擴(kuò)散到催化劑層，與催化劑粒子反應(yīng)而影響碳納米管的生長，且氮化鋁導(dǎo)熱系數(shù)較高也可確保散熱裝置的高散熱效率。
文檔編號H01L23/34GK1632947SQ200310117658
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者顏士杰 申請人: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