CN100377340C - 散热模组及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种散热模组，其包括一发热元件；一散热装置，该散热装置包括一基底及自该基底延伸的若干散热鳍片；位于所述散热装置的基底与发热元件之间的热界面材料；以及设置于所述热界面材料周围的多孔薄膜；所述热界面材料被密封于所述基底、多孔薄膜及发热元件形成的密闭空间内。从而防止热界面材料挥发或溢出，使基底与发热元件之间接触热阻稳定，并确保散热安全。所述多孔薄膜孔洞中长有碳纳米管，碳纳米管优异的导热性能可帮助降低散热鳍片基底与发热元件之间的接触热阻。本发明还提供上述散热模组的制备方法。

Description

散热模组及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种散热模组及其制备方法，尤其涉及一种发热元件与散热器间有热界面材料的散热模组及其制备方法。
【背景技术】
现阶段，半导体器件如CPU等发热元件的现有散热方法主要使用空气对流的冷却方式，其中具有散热鳍片的散热器使用最为广泛。
最初，散热器与发热元件的接触方式多以散热鳍片的基底与发热元件直接接触。1997年4月30日公告的公告号为CN2253493Y的中国大陆专利揭示一种散热装置，其主要由具有风扇的散热鳍片制成，利用散热鳍片的导热性将热量由发热元件带离，并借由风扇形成空气对流，将热量由散热鳍片传导至外围空气中，以提高散热效率。
随着半导体器件集成工艺的快速发展，半导体器件的集成化程度越来越高，器件体积变得越来越小、产生的热量愈来愈多，对散热的要求亦越来越高。由于散热器的散热鳍片的基底与发热元件接触界面不平整，一般相互接触面积不到2％，未有一个理想的接触界面，从根本上影响发热元件向散热鳍片传递热量的效果。2002年12月25日公告的公告号为CN1097220C的中国大陆专利即提供一种散热体组合件，在散热鳍片的基底与发热元件之间增加一层热界面材料以增加界面的接触程度，以减少接触间隙所形成的热阻。
常见热界面材料包括导热胶、导热脂及相变材料，随着散热过程对热界面材料热阻要求的提升，常见热界面材料已经不能满足需求。公开于2002年9月17日的第6,451,422号美国专利揭示一种包括相变材料及热传导填充物的热界面材料，通过添加金属粉末、硼氮化合物等具有较佳导热性能的填充物，进一步降低热界面材料热阻，提高导热性能。然而此类热界面材料在使用过程中可能出现挥发或溢出等现象，从而在散热鳍片的基底与发热元件的接触界面之间出现间隙，接触热阻增加，导致导热性能恶化，溢出的热界面材料还可能引起电路板或其它电路故障。
因此，有必要提供一种散热鳍片的基底与发热元件之间接触热阻稳定、散热安全的散热模组。
【发明内容】
为解决现有技术散热装置的散热鳍片的基底与发热元件之间接触热阻不稳定、散热不安全的问题，本发明的目的在于提供一种散热鳍片的基底与发热元件之间接触热阻稳定、散热安全的散热模组。本发明的另一目的在于提供所述散热模组的制备方法。
为实现本发明的第一目的，本发明提供一种散热模组，其包括：一发热元件；一散热装置，该散热装置包括一基底及自该基底延伸的若干散热鳍片；位于所述散热装置的基底与发热元件之间的热界面材料及多孔薄膜；其中，所述多孔薄膜位于所述热界面材料周围，且所述多孔薄膜孔洞中长有碳纳米管。
为实现本发明的第二目的，本发明散热模组的制备包括以下步骤：
1)在所述发热元件的接触界面中部涂覆一层热界面材料；
2)以长有碳纳米管的多孔薄膜覆盖在所述热界面材料周围，从而将所述发热元件的接触界面完全覆盖；
3)将所述散热装置通过扣具与发热元件相扣接，使热界面材料及多孔薄膜被紧压于所述散热装置的基底与发热元件之间。
为进一步实现本发明的第二目的，所述长有碳纳米管的多孔薄膜的制备包括以下步骤：
1)通过电解液对一金属膜片进行阳极处理，使其形成一多孔氧化层及一未氧化层；
2)将所述多孔氧化层与未氧化层分离；
3)在所述多孔氧化层的孔洞中填充凝胶；
4)去除所述多孔氧化层底部的障壁层，形成一填充凝胶的多孔薄膜；
5)在所述多孔薄膜一侧附着一层金属催化剂；
6)去除所述多孔薄膜孔洞中填充的凝胶；
7)在所述多孔薄膜孔洞中生长碳纳米管；
8)去除所述多孔薄膜一侧附着的金属催化剂。
相对于现有技术，本发明所提供的散热模组，其基底与发热元件之间通过热界面材料及多孔薄膜连接，所述热界面材料被密封在所述基底、多孔薄膜及发热元件形成的密闭至间内，从而有效降低热界面材料的挥发，防止热界面材料溢出，使基底与发热元件之间接触热阻稳定，并确保散热安全。所述多孔薄膜的孔洞中生长具有优异导热性能的碳纳米管，使基底与发热元件之间接触热阻显著降低。
【附图说明】
图1是本发明的散热模组示意图；
图2是沿图1中II-II线的剖视图；
图3至图10表示长有碳纳米管的多孔薄膜形成过程。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2，本发明提供的散热模组包括：发热元件10；包括一基底51及自该基底51延伸的若干散热鳍片52的散热装置50；位于所述基底51与发热元件10之间的热界面材料30及多孔薄膜20；其中，所述多孔薄膜20设置于所述热界面材料30周围，且所述多孔薄膜20的孔洞23中长有碳纳米管28。
所述发热元件10包括中央处理器(CPU)、功率晶体管、视频图形数组芯片(VGA)、射频芯片等电子器件，本实施例中所述发热元件10为中央处理器(CPU)。
所述散热装置50包括风冷式散热器、水冷式散热器、热管散热器等，本实施例中所述散热装置50为风冷式散热器，其基底51及散热鳍片52可为一体成型的铝制散热鳍片，亦可为铜基底与射出成型的铝制散热鳍片通过锻压、熔接、软焊、硬焊、扩散接合、滚轧、激光焊接、塑性变形、金属粉末烧结等技术接合或通过中间物如导热胶、导热脂等方式连接。
所述热界面材料30包括导热胶、导热脂、相变材料或填充有如金属粉末、碳纳米管等高导热物质的上述材料。
请参阅图1及图2，本发明散热模组的制备包括以下步骤：
1)在所述发热元件10的接触界面中部涂覆一层热界面材料30；
2)以长有碳纳米管的多孔薄膜20覆盖在所述热界面材料30周围，从而将所述发热元件10的接触界面完全覆盖；
3)将所述散热装置50通过扣具(图未示)与发热元件10相扣接，使热界面材料30及多孔薄膜20被紧压于所述基底51与发热元件10之间。
本发明散热模组的制备方法中，所述长有碳纳米管的多孔薄膜20的制备包括以下步骤：
1)请参阅图3，在15℃±1℃，浓度为0.4mol/L的草酸中，以铝片为阳极进行阳极处理，室温下通以电流密度为72mA/cm2的电流3小时，形成具有多个孔洞23的氧化铝膜22及铝基片21，所述氧化铝膜22厚度为200μm，所述孔洞23的孔径为100nm；
2)请参阅图4，采用氯化汞或盐酸使铝基片21与氧化铝膜22分离，形成独立的氧化铝膜22，所述氧化铝膜22的孔洞23一端封闭，该封闭端为障壁层25；
3)请参阅图5，以凝胶26填充氧化铝膜22的孔洞23；
4)请参阅图6，通过硫酸或磷酸对氧化铝膜22底部的障壁层25腐蚀，将障壁层25去除，形成由凝胶26填充的多孔薄膜20；
5)请参阅图7，在多孔薄膜20底部，即原障壁层25一侧镀上一层金属催化剂27，从而使多孔薄膜20的孔洞23一端由金属催化剂27封闭，所述金属催化剂27可选用铁、钴、镍或其合金，其厚度范围为1～99nm；
6)请参阅图8，将在多孔薄膜20的孔洞23中填充的凝胶26去除；
7)请参阅图9，通过化学气相沉积法在一端镀有金属催化剂27的孔洞23中生长碳纳米管28，本实施例中，所述化学气相沉积过程所采用碳源气为乙炔，金属催化剂27为铁，碳纳米管28生长温度为650℃～700℃；
8)请参阅图10，将多孔薄膜20附着的一层金属催化剂27通过干蚀刻或湿蚀刻去除。
相对于现有技术，本发明所提供的散热模组，其基底51与发热元件10之间通过热界面材料30及多孔薄膜20连接，所述热界面材料30被密封在所述基底51、多孔薄膜20及发热元件10形成的密闭空间内，从而有效降低热界面材料30的挥发，防止热界面材料30溢出，使基底51与发热元件10之间接触热阻稳定，并确保散热安全。所述多孔薄膜20的孔洞23中生长具有优异导热性能的碳纳米管28，使基底51与发热元件10之间接触热阻显著降低。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种散热模组，其包括：
一发热元件；
一散热装置，该散热装置包括一基底及自该基底延伸的若干散热鳍片；以及位于所述散热装置的基底与发热元件之间的热界面材料；
其特征在于，所述热界面材料周围设有一层将其密封于所述基底与发热元件之间的多孔薄膜，且所述多孔薄膜的孔洞中长有碳纳米管。
2.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述发热元件与散热装置通过扣具扣接。
3.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述多孔薄膜包括金属氧化物多孔膜。
4.一种散热模组制备方法，该方法包括：
在发热元件的接触界面中部涂覆一层热界面材料；
以长有碳纳米管的多孔薄膜覆盖在所述热界面材料周围，从而将所述发热元件的接触界面完全覆盖；
将散热装置通过扣具与所述发热元件相扣接，将所述热界面材料及所述多孔薄膜紧压于所述散热装置的基底与所述发热元件之间。
5.如权利要求4所述的散热模组制备方法，其特征在于，所述多孔薄膜的制备方法包括：
通过电解液对一金属膜片进行阳极处理，使其形成一多孔氧化层及一未氧化层；
将所述多孔氧化层与未氧化层分离；
于所述多孔氧化层的孔洞中填充凝胶；
去除所述多孔氧化层底部的障壁层，形成一填充凝胶的多孔薄膜；
于所述多孔薄膜一侧附着一层金属催化剂；
去除所述多孔薄膜孔洞中填充的凝胶；
于所述多孔薄膜孔洞中生长碳纳米管；以及
去除所述多孔薄膜一侧附着的金属催化剂。
6.如权利要求5所述的散热模组制备方法，其特征在于，所述电解液是草酸。
7.如权利要求5所述的散热模组制备方法，其特征在于，所述金属膜片包括铝片。
8.如权利要求5所述的散热模组制备方法，其特征在于，所述多孔薄膜的厚度范围为200μm。
9.如权利要求5所述的散热模组制备方法，其特征在于，所述金属催化剂厚度范围为1～99nm。
10.如权利要求5所述的散热模组制备方法，其特征在于，所述金属催化剂包括铁、钴或镍。
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