CN103668367A - 微纳结构阵列散热片的制造方法 - Google Patents

微纳结构阵列散热片的制造方法 Download PDF

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本发明公开了一种微纳结构阵列散热片的制造方法，它包括以下步骤:1）制备一个由N×M个微电解导管组成的微电解导管阵列模板；2）控制每个微电解导管在导电基板上完成由（n×N）×（m×M）个微纳金属柱组成的微纳结构阵列骨架；3）将步骤2)中制备好的微纳结构阵列骨架置于电镀液中电镀1-5μm厚的多孔镍层，即可制得微纳结构阵列散热片；本发明材料利用率高、所制备的散热片有效散热面积大、散热效率高。

Description

微纳结构阵列散热片的制造方法
技术领域
本发明涉及微纳材料制造领域，具体讲是一种微纳结构阵列散热片的制造方法。
背景技术
微区电解沉积技术是一种基于扫描探针技术（SPT）的微纳加工技术，其原理是采用口径在微纳尺寸的微电解导管作为电解液的补给源，实现微区电化学沉积生长。微区电解沉积系统由计算机和电路放大器、压电杆（或精密马达和驱动轴）、微电解导管及充于微电解导管中的电解液组成。计算机和电路放大器提供并控制三路电压输出, 每路电压驱动一个压电杆（或精密马达）,改变三路电压输出值就可以使固定于X、Y、Z轴的三根压电杆（或马达驱动轴）交点处的微电解导管作三维运动，同时控制微电解导管中电解液的电位进行材料的微区电沉积，实现三维微纳结构的电沉积生长；具体可参见专利US7955486。
微区电解沉积技术由于结合了SPT 类似的压电控制技术，可以对材料生长位置（即微电解导管出口点）在三维空间进行高精度控制, 如: 在导电的硅衬底上生长有序排列的纳米金属柱等。因此，微区电解沉积技术是一种新颖的三维直写式微纳结构生长技术，可用于制造各种复杂形状的微纳结构阵列，微纳结构阵列是一种微米或纳米尺度的排列有序的材料结构，材料可以是金属、陶瓷、半导体或有机材料。
随着科技的发展，集成电路的集成度越来越高，电子产品的体积越来越小，对散热片的要求也不断提高，目前市场上的散热片受加工工艺的限制存在体积较大，材料利用率低，有效散热面积小，散热效率低的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种材料利用率高、有效散热面积大、散热效率高的微纳结构阵列散热片的制造方法。
本发明的技术解决方案如下：一种微纳结构阵列散热片的制造方法，它包括以下步骤:
1）制备一个由N×M个微电解导管组成的微电解导管阵列模板，所述微电解导管阵列为矩形阵列，所述N为微电解导管阵列模板中每一行的微电解导管个数，所述M为微电解导管阵列模板中每一列的微电解导管个数，所述N和M均为3-500之间的整数；每一行中相邻微电解导管的间距为D1，每一列中相邻微电解导管的间距为D2；
 2）将步骤1）中制备的微电解导管阵列模板安装在微区电解沉积系统上，微区电解沉积系统通过计算机控制所述微电解导管阵列模板上的每个微电解导管在导电基板上同步电沉积生长微纳金属柱，控制每个微电解导管在导电基板上完成由每一行n个微纳金属柱且相邻微纳金属柱的距离为d1、 每一列m个微纳金属柱且相邻微纳金属柱的间距为d2组成的微纳金属柱矩形阵列单元的电沉积生长，整个N×M微电解导管阵列上的微电解导管同步工作，可制得由（n×N）×（m×M）个微纳金属柱组成的微纳结构阵列骨架，所述n和m均为1-100之间的整数；所述D1是d1的正整数倍，所述D2是d2的正整数倍；所述d1和d2尺度大小为500nm-200μm；
3）将步骤2)中制备好的微纳结构阵列骨架置于电镀液中电镀1-5μm厚的多孔镍层，即可制得微纳结构阵列散热片。
作为优选，所述D1是d1的n倍，所述D2是d2的m倍。
所述微电解导管阵列模板为N×M个微电解导管组装而成或直接一体成型而成，所述微电解导管为毛细玻璃管。
作为优选，所述微电解导管的出口内径为50nm-200μm。
所述d1和d2均大于所述微电解导管的出口内径。
作为优选，所述导电基板为铜或铝的金属片，所述微纳金属柱的金属材料为金、银、铜、镍。
作为优选，所述微纳金属柱的高度为200nm-500μm。
本发明的有益效果为：本发明的微纳结构阵列散热片采用微区电解沉积技术，结构更加规整可控且导热媒质（如冷却气体或液体）的通透性和流动性更好，可大幅提高散热片散热效率，此外，本发明制造的微纳结构阵列散热片的可设计性强、可选择材料多、材料利用率高、散热面积大，能够明显提高电子产品的性能和使用寿命，同时本发明在保证有效散热面积不变的情况下可以大大缩小散热片占用的物理空间，有利于电子产品的微型化。
附图说明
图1为本发明微电解导管的结构示意图。
图2为本发明实施例中安装基板结构示意图。
图3为本发明微电解导管阵列模板结构示意图。
图4为本发明微纳金属柱与导电基板示意图。
图5为本发明微纳结构阵列骨架示意图。
图6为本发明微纳结构阵列散热片的示意图。
如图所示：1、微电解导管，1.1、微电解导管出口，2、安装基板，3、安装孔，4、导电基板，5、微纳金属柱。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例一
1）如图2所示，提供一个具有矩形阵列安装孔的安装基板2，所述矩形阵列安装孔中安装孔3的数量等于N×M，所述N为矩形阵列安装孔中每一行的安装孔3的个数，所述M为矩形阵列安装孔中每一列的安装孔3的个数，所述N和M均为3-500之间的整数；每一行中相邻安装孔3的间距为D1，每一列中相邻安装孔3的间距为D2；所述安装基板2的厚度为10μm-5mm，所述安装基板2可由现有技术的精密机械加工方法或者微电子机械系统（MEMS）加工的方式制备得到，所述D1是d1的n倍，所述D2是d2的m倍；提供 N×M个微电解导管1，所述微电解导管出口1.1内径为5nm-200μm；在每个安装孔3中垂直插入微电解导管1，调节所有微电解导管1使得所有微电解导管的出口端处于同一水平面，并粘结固定微电解导管1和安装基板2制成一个由N×M个微电解导管组成的微电解导管阵列模板，作为改进，也可采用精密机械加工方法或微电子机械系统（MEMS）加工方式直接加工制得微电解导管阵列模板。
2）结合图4-图5，将步骤1）中制备的微电解导管阵列模板安装在微区电解沉积系统上，微区电解沉积系统通过计算机控制所述微电解导管阵列模板上的每个微电解导管在导电基板上同步电沉积生长微纳金属柱5，控制每个微电解导管1在导电基板4上完成由每一行n个微纳金属柱5且相邻微纳金属柱5的距离为d1、 每一列m个微纳金属柱5且相邻微纳金属柱5的间距为d2组成的微纳金属柱矩形阵列单元的电沉积生长，即对于单个微电解导管1来说，它仅需要完成一个n×m的微纳金属柱矩形阵列的电沉积，整个N×M微电解导管阵列上的微电解导管1同步工作，可制得由（n×N）×（m×M）个微纳金属柱5组成的微纳结构阵列骨架，所述n和m均为1-100之间的整数；所述D1是d1的正整数倍，所述D2是d2的正整数倍；所述d1和d2尺度大小为500nm-200μm；所述微纳金属柱的高度为200nm-500μm。
3）将步骤2)中制备好的微纳结构阵列骨架置于电镀液中电镀1-5μm厚的多孔镍层，即可制得微纳结构阵列散热片。
电镀多孔镍层可以增强微纳结构陈列散热片的散热效果,采用的电镀工艺为常规工艺，以微纳结构阵列骨架为阴极、镍金属板为阳极，在硫酸镍与氯化镍的摩尔比为8.5︰1的电镀液中电镀镍层，控制电镀时的极距为60mm、电流密度为300A/m2、电解液温度为40-50℃、PH值4.5-5、阴极添加剂十二烷基硫酸钠的浓度为0.1-0.2g/L和Ni2+浓度为10-20g/L,得到具有多孔特性的镍层，上述电镀工艺具体可参见期刊论文“镍质多孔材料的电镀修饰”，《金属功能材料》，2008年第4期第29页-第33页 。
实施例二
1）结合图1-图5所示，制备一个由3×3（即9个）个微电解导管组成的微电解导管阵列模板，具体制备方法同实施例一，所述微电解导管阵列为矩形阵列，每一行的微电解导管数量为3个，每一列的微电解导管数量为3个，每一行中相邻微电解导管的间距（相邻微电解导管的轴与轴之间的距离）为15μm，每一列中相邻微电解导管的间距（相邻微电解导管的轴与轴之间的距离）为5μm；所述微电解导管出口1.1的内径为1μm；
 2）将步骤1）中制备的微电解导管阵列模板安装在微区电解沉积系统上，微区电解沉积系统通过计算机控制所述微电解导管阵列模板上的每个微电解导管在铜金属片上同步电沉积生长微纳金属柱（铜金属柱），首先在铜金属片上同步电沉积出一个与微电解导管阵列模板相对应的3×3微纳金属柱矩形阵列（如图4所示），其次通过压电驱动方式精密控制微电解导管阵列模板横向偏移5μm的距离后，又在导电基板上同步电沉积生长出一个与微电解导管阵列模板相对应的3×3微纳金属柱矩形阵列，最后继续控制微电解导管阵列模板保持与上次偏移方向一致，再次偏移5μm的距离，在导电基板上同步电沉积生长出一个与微电解导管阵列模板相对应的3×3微纳金属柱矩形阵列，最终制得每一列相邻微纳金属柱的间距为5μm，每一行相邻微纳金属柱的间距为5μm的由（3×3）×（1×3）个（即27个）微纳金属柱组成的微纳结构阵列骨架（如图5所示）。
3）将步骤2)中制备好的微纳结构阵列骨架置于电镀液中，以微纳结构阵列骨架为阴极、镍金属板为阳极，在硫酸镍与氯化镍的摩尔比为8.5︰1的电镀液中电镀镍层，控制电镀时的极距为60mm、电流密度为300A/m2、电解液温度为40℃、PH值4.5-5、阴极添加剂十二烷基硫酸钠的浓度为0.15g/L和Ni2+浓度为20g/L,电镀厚度为1μm的多孔镍层，即可制得微纳结构阵列散热片。
本实施例只是简单的举例说明，并不代表所述微电解导管阵列模板只限于横向偏移，其还能结合纵向偏移制作出具有更大规模微纳金属柱阵列的微纳结构阵列散热片以满足不同需求，采用本发明的制备方法制备的微纳结构阵列散热片可以直接用于电子产品的外包装，提高电子产品散热性能。

Claims (7)

1. 一种微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤:
1）制备一个由N×M个微电解导管组成的微电解导管阵列模板，所述微电解导管阵列为矩形阵列，所述N为微电解导管阵列模板中每一行的微电解导管个数，所述M为微电解导管阵列模板中每一列的微电解导管个数，所述N和M均为3-500之间的整数；每一行中相邻微电解导管的间距为D1，每一列中相邻微电解导管的间距为D2；
 2）将步骤1）中制备的微电解导管阵列模板安装在微区电解沉积系统上，微区电解沉积系统通过计算机控制所述微电解导管阵列模板上的每个微电解导管在导电基板上同步电沉积生长微纳金属柱，控制每个微电解导管在导电基板上完成由每一行n个微纳金属柱且相邻微纳金属柱的距离为d1、 每一列m个微纳金属柱且相邻微纳金属柱的间距为d2组成的微纳金属柱矩形阵列单元的电沉积生长，整个N×M微电解导管阵列上的微电解导管同步工作，可制得由（n×N）×（m×M）个微纳金属柱组成的微纳结构阵列骨架，所述n和m均为1-100之间的整数；所述D1是d1的正整数倍，所述D2是d2的正整数倍；所述d1和d2尺度大小为500nm-200μm；
3）将步骤2)中制备好的微纳结构阵列骨架置于电镀液中电镀1-5μm厚的多孔镍层，即可制得微纳结构阵列散热片。
2. 根据权利要求1所述的微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：所述D1是d1的n倍，所述D2是d2的m倍。
3. 根据权利要求1所述的微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：所述微电解导管阵列模板为N×M个微电解导管组装而成或直接一体成型而成。
4. 根据权利要求1所述的微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：所述微电解导管的出口内径为50nm-200μm。
5. 根据权利要求1或4所述的微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：所述d1和d2均大于所述微电解导管的出口内径。
6. 根据权利要求1所述的微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：所述导电基板为铜或铝的金属片，所述微纳金属柱的金属材料为金、银、铜、镍。
7. 根据权利要求1或6所述的微纳结构阵列散热片的制造方法，其特征在于：所述微纳金属柱的高度为200nm-500μm。
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