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)：
近年來，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)能力亦愈來愈強。然而，伴隨發(fā)熱元件運算速度的提升，其產(chǎn)生的熱量亦大幅度增加。為將所述熱量迅速排出，使發(fā)熱元件能在正常工作溫度下運行，以確保數(shù)據(jù)處理、儲存及傳輸?shù)馁|(zhì)量，通常在該發(fā)熱元件的表面設(shè)置一散熱裝置進行散熱。
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)熱元件與散熱器間的熱界面材料。
近年來，因碳納米管導熱系數(shù)極高，故而成為熱界面材料的研究熱點。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?，其導熱系?shù)可達20000W/mK(大約為銅材料的50倍)，可大大提高發(fā)熱元件與散熱器之間的導熱性能，從而提高該散熱裝置的散熱性能。
但是，現(xiàn)有散熱器的基座大多采用銅材料制成(銅導熱系數(shù)可達402W/mK)，要將碳納米管作為熱界面材料應(yīng)用散熱器，則如何在銅基底表面形成有序排列的碳納米管成為關(guān)鍵。
現(xiàn)有技術(shù)中，為獲得形成于散熱器基底上有序排列的碳納米管，通常是在銅板上沉積鎳、鐵、鈷等觸媒粒子后，再通過化學氣相沉積法生長碳納米管。然而，如果直接于銅板上沉積鎳、鐵、鈷等觸媒粒子，由于銅原子擴散性非常好，所以極易擴散到觸媒層，從而與觸媒粒子發(fā)生反應(yīng)，導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)先蒸鍍或濺鍍一層阻擋層以阻止銅擴散現(xiàn)象的發(fā)生，目前提出的阻擋層多使用半導體制程中常用的氮化鈦(TiN)材料。如中國專利申請第03114708.9號公開一種化學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氣氛中進行快速熱退火，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的導熱系數(shù)很小，僅為30W/mK，相對銅(銅導熱系數(shù)可達402W/mK)及碳納米管(導熱系數(shù)可達20000W/mK)而言，傳熱速度非常慢，因而從整體上限制了散熱裝置的散熱效率。

發(fā)明內(nèi)容為解決先前技術(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。
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，形成于該基座上的氮化鋁鈦層，形成于該氮化鋁鈦層上的觸媒層，形成于該觸媒層上的碳納米管。
為實現(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；于該基座上形成一氮化鋁鈦層；于該氮化鋁鈦層上形成一觸媒層；于該觸媒層上長出碳納米管。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明是以氮化鋁鈦層作為擴散阻擋層，該阻擋層不僅可有效防止銅原子擴散到觸媒層與觸媒粒子反應(yīng)而影響碳納米管的生長，而且氮化鋁鈦導熱系數(shù)較高，亦可確保散熱裝置的高散熱效率。

圖1是本發(fā)明實施例中散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例中散熱裝置的制備方法流程圖。
圖3是本發(fā)明實施例中氮化鋁鈦層的形成方法示意圖。
圖4是本發(fā)明的散熱裝置的使用示意圖。
具體實施方式請先參閱圖1，是本發(fā)明較佳實施例的散熱裝置5的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括基座1，形成于基座1上的氮化鋁鈦層2，形成于氮化鋁鈦層2上的觸媒層3，形成于觸媒層3上的碳納米管4。
請一起參閱圖2及圖3，對本發(fā)明較佳實施例所提供的散熱裝置5的制備方法進行詳細說明。
本發(fā)明較佳實施例的散熱裝置5的制備方法包括以下步驟步驟11，提供一基座1；步驟12，于基座1上形成一氮化鋁鈦層2；步驟13，于氮化鋁鈦層2上形成一觸媒層3；步驟14，于觸媒層3上長出碳納米管4。
下面結(jié)合實施例對各步驟進行詳細說明。
步驟11，提供一基座1。本實施例中選用銅板作為基座1。
步驟12，于基座1上形成一氮化鋁鈦層2。如圖3所示，氮化鋁鈦(TiAlN)可以通過蒸鍍或濺鍍法形成。蒸鍍法是于高真空條件下，將欲沉積材料(即Ti及Al金屬)加熱至高溫，使其蒸發(fā)，并于氮氣環(huán)境中沉積于基底表面，從而形成TiAlN蒸鍍層。濺鍍法是利用電漿產(chǎn)生的離子轟擊靶材(即Ti及Al金屬)，使靶材的原子受激，逸出并沉積于基底表面，同時通入氮氣，即可形成TiAlN濺鍍層。
步驟13，于氮化鋁鈦層2上形成一觸媒層3。首先，將觸媒金屬利用電子束蒸發(fā)沉積法、熱沉積法或濺射法等方法形成于基座1上的氮化鋁鈦層2表面；然后，將沉積有觸媒金屬的基座1放置于空氣中，于300～400℃熱處理約10小時，使觸媒金屬氧化成觸媒氧化物顆粒；最后，將該觸媒氧化物顆粒用還原性氣體還原成納米級觸媒粒子，從而在氮化鋁鈦層2表面形成一由納米級觸媒粒子組成的觸媒層3。其中，觸媒金屬包括鎳、鐵、鈷及其合金中一種或幾種，本實施例中選用鐵；所述觸媒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，于觸媒層3上長出碳納米管4。首先，將帶有氮化鋁鈦層2及觸媒層3的基座1放入反應(yīng)室(圖未示)中，向反應(yīng)室內(nèi)通入保護氣體并加熱至一預(yù)定溫度。其中，該保護氣體可為氬氣、氦氣等惰性氣體或氮氣，本實施例中選用氬氣；該預(yù)定溫度因觸媒材料的不同而不同，當選用金屬鐵為觸媒金屬時，則一般加熱到500～700℃，以650℃為較佳。然后，向反應(yīng)室內(nèi)通入碳源氣進行反應(yīng)，碳納米管4從觸媒層3上長出。其中，碳源氣為碳氫化合物，包括乙炔、乙烯等，本實施例中選用乙炔。
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散途徑，再加上銅本身是一種高擴散系數(shù)的金屬，因此很容易在低溫下溶入觸媒金屬層中。本發(fā)明是以氮化鋁鈦層2作為銅原子的擴散阻擋層，其是在金屬鋁及鈦中通過等離子處理法加入氮原子，氮原子破壞金屬鋁及鈦金屬的結(jié)晶構(gòu)造，從而消除晶界，有效阻擋銅原子的擴散。而且，氮化鋁鈦具有高熔點，即使在高溫下亦不與銅互溶，導熱系數(shù)較高，可確保散熱裝置5的高散熱效率。另外，氮化鋁鈦在1000℃下抗氧化而保持其固有性能，即使在觸媒層3的形成過程中，于氮化鋁鈦層2上生成氧化鋁薄層，氧化鋁在高溫下亦屬于穩(wěn)定相，且為一能有效阻隔原子移動的阻礙層，故能減少銅原子擴散到觸媒層3而與其中的觸媒粒子反應(yīng)，同時亦可防止觸媒層3中的觸媒粒子擴散出來與銅原子結(jié)合而被反應(yīng)掉；氧化鋁的導熱性能亦較佳，其導熱系數(shù)在30W/mK以上。從而，本實施例的散熱裝置5的氮化鋁鈦層2不僅可有效防止銅原子擴散，且可確保散熱裝置5的高散熱效率。
另，本發(fā)明的散熱裝置亦可包括由銅、鋁等金屬制成的散熱鰭片，其斷面可為U字形、L字形等形狀，該散熱鰭片可利用沖壓方式形成于基座1的另一面。
請參閱圖4，為本發(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、觸媒層3及氮化鋁鈦層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。而且，由于碳納米管4、觸媒層3及氮化鋁鈦層2均具有優(yōu)良的導熱性能，可確保發(fā)熱元件8所產(chǎn)生的熱量及時被排出，使發(fā)熱元件8能在正常工作溫度下運行，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，其包括一散熱基座，其包括相對二表面；其特征在于該基座其中一表面形成有一氮化鋁鈦層；該氮化鋁鈦層上沉積有一觸媒層；及該觸媒層上生長有碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述散熱裝置進一步包括有散熱鰭片，該散熱鰭片形成于基座的另一表面。
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，其包括下述步驟提供一基座；于該基座一表面形成一氮化鋁鈦層；于該氮化鋁鈦層上形成一觸媒層；于所述觸媒層上長出碳納米管。
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，在該基座的一表面形成一氮化鋁鈦層的步驟是利用濺鍍法或蒸鍍法形成。
6.如權(quán)利要求5所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，該濺鍍法或蒸鍍法是在氮氣環(huán)境中進行。
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，在該氮化鋁鈦層上形成觸媒層的步驟包括將觸媒金屬形成于氮化鋁鈦層表面；將沉積有觸媒金屬的基座放置于空氣中，于300～400℃熱處理約10小時，使觸媒金屬氧化成觸媒氧化物顆粒；將該觸媒氧化物顆粒用還原性氣體還原成納米級觸媒粒子。
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，所述觸媒金屬包括鎳、鐵、鈷及其合金中一種或幾種。
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，所述觸媒金屬的沉積方法包括電子束蒸發(fā)沉積法、熱沉積法或濺射法。
10.如權(quán)利要求4所述的散熱裝置的制備方法，其特征在于，在該觸媒層上長出碳納米管是通過化學氣相沉積法實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供的散熱裝置包括基座，形成于該基座上的氮化鋁鈦層，形成于該氮化鋁鈦層上的觸媒層，形成于該觸媒層上的碳納米管。另外，本發(fā)明還提供上述散熱裝置的制備方法，其包括步驟提供一基座；于該基座上形成一氮化鋁鈦層；于該氮化鋁鈦層上形成一觸媒層；于該觸媒層上長出碳納米管。本發(fā)明是以氮化鋁鈦層作為擴散阻擋層，該阻擋層不僅可有效防止銅原子擴散到觸媒層，與觸媒粒子反應(yīng)而影響碳納米管的生長，且可確保散熱裝置的高散熱效率。另外，利用本發(fā)明提供的制備方法，可制備高散熱效率的散熱裝置。
文檔編號G06F1/20GK1681111SQ200410026819
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8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