CN103219250A - 石墨烯散热片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯散热片的制备及转移技术。首先，使用电子束蒸发法在二氧化硅表面沉积铜层；随后，通过化学气相沉积方法在二氧化硅表面的铜层上生长石墨烯，通过转移技术，将石墨烯转移到目标芯片上。从而得到具有极高的比表面积、高热导率和热稳定性、高弹性、清洁超薄的散热材料。

Description

石墨烯散热片的制备方法
技术领域
本发明专利属于微电子封装领域，本发明专利的主要目提供一种石墨烯散热片的制备及转移技术，得到具有极高的比表面积、高热导率和热稳定性、高弹性、超薄清洁的散热材料。
背景技术
随着电子产品的小型化、微型化、高性能以及低成本的发展要求，大规模集成电路的集成度不断提高、器件特征尺寸不断缩小。在芯片集成度提高、性能增强的同时，也带来了大功率。由于单位体积上功耗急剧增加，而功耗大部分转换为热能，由此带来的过高温度将降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形成的热应力会直接影响到芯片的电性能、机械强度及可靠性。
石墨烯的化学成分主要是单一的碳(C)元素，碳元素是非金属元素，但石墨烯却有金属材料的导电、导热性能，并且还有特殊的热性能，化学稳定性，能涂敷在固体表面的等一些良好的工艺性能，因此，在电子、照明、通信、航空及国防军工等许多领域都有广泛的应用前景。石墨散热片通过在减轻器件重量的情况下提供更优异的导热散热性能，能有效的解决电子设备的热设计难题，广泛的应用场效应晶体管、集成电路、平板显示器、印刷电路板、发光二极管等电子产品。
典型的热学管理系统是由外部冷却装置，散热器和热力截面组成。而散热片的重要功能是创造出最大的有效表面积，在这个表面上热力被转移并由外界冷却媒介带走。石墨烯散热片就是通过将热量均匀的分布在二维平面从而有效的将热量转移，保证电子器件或组件在所能承受的温度下工作。
发明内容
本发明专利的主要目提供一种石墨烯散热片的制备及转移技术，得到具有极高的比表面积、高热导率和热稳定性、高弹性、清洁超薄的散热材料。此材料应用于热流密度较高的集成电路芯片表面，形成高散热表面，达到功率器件的热点散热。
本发明人为了达成上述目的而进行了专门研究，通过常规电子束蒸发法在二氧化硅表面沉积1微米厚的铜，随后，通过化学气相沉积方法在沉积有铜的二氧化硅表面生长石墨烯，通过转移技术，将石墨烯转移到目标芯片上，可以解决上述课题，从而完成了本发明。
即，首先，通过常规电子束蒸发法，在二氧化硅表面沉积一层1微米厚的铜。接下来，在爱思强Black Magic沉积系统中使用乙炔，氢气和氩气保护，通过化学气相沉积的方法在二氧化硅上的铜层表面生长石墨烯。将氢气、乙炔和氩气通入反应腔，乙炔和氢气的流量比为1：2到1：4，乙炔的流量为5~10标准立方厘米每分钟（sccm），在900摄氏度下反应5-10分钟。经过冷却处理之后，在生长有石墨烯的铜表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯，然后使用30%质量浓度的三氯化铁侵蚀铜20分钟，将铜去除后，将石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯一起转移到目标芯片上。最后，用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯，最终制得石墨烯散热片。石墨烯通过范德华力和目标芯片结合。使用拉曼光谱进行材料性能表证。
附图说明
    图１为本发明的转移一次之后的透射电子显微镜的成像图，这是石墨烯散热片转移到目标芯片上的证据。
图2 为本发明单层石墨烯散热片在不同的热通量下对芯片的散热效果图。
具体实施方式
　　下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例1
（1）通过常规电子束蒸发法，在二氧化硅表面沉积一层1微米厚的铜，铜的纯度为99.9%。
（2）将乙炔、氢气和氩气通入爱思强Black Magic沉积系统反应室中，于900摄氏度下反应5-10分钟，通过化学气相沉积法在沉积有铜的二氧化硅表面生长石墨烯，乙炔和氢气的流量比为1：2到1：4，乙炔的流量为5~10标准立方厘米每分钟（sccm）。
（3）经过冷却处理之后，在铜表面旋涂一层300纳米聚甲基丙烯酸甲酯。
（4）使用30%质量浓度的三氯化铁侵蚀铜20分钟。
（5）将旋涂有聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯转移到目标芯片上。
（6）用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯，最终制得石墨烯散热片。

Claims (1)

1.一种石墨烯散热片的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
（a）通过常规电子束蒸发法，在二氧化硅表面沉积一层1微米厚的铜，铜的纯度为99.9%；
（b）将乙炔、氢气和氩气通入爱思强Black Magic沉积系统反应室中，于900摄氏度下反应5-10分钟，通过化学气相沉积法在二氧化硅的表面生长石墨烯；乙炔和氢气的流量比为1：2到1：4，乙炔的流量为5~10标准立方厘米每分钟（sccm）；
（c）经过冷却处理之后，在铜层上旋涂一层300nm聚甲基丙烯酸甲酯；
（d）使用30%质量浓度的三氯化铁侵蚀铜20分钟；
（e）将旋涂有聚甲基丙烯酸甲酯的石墨烯转移到目标芯片上；
（f）用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯，最终制得石墨烯散热片。
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