CN2672867Y - 散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种散热器，其包括：一基体；多个散热鳍片，该散热鳍片从基体一表面沿远离基体的方向延伸；及多个碳纳米管，该碳纳米管形成于散热鳍片表面，其中该多个碳纳米管彼此基本平行且基本垂直于散热鳍片。由于碳纳米管具有很大的表面积，极高的导热系数，能有效地增大散热器的散热面积，改善散热器的散热效果。

Description

散热器

【技术领域】

本实用新型涉及一种散热器，尤其涉及一种基于碳纳米管的散热器。

【背景技术】

近年来，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，然而，器件体积变得越来越小，其对散热的需求就越来越高，这已成为一越来越重要的问题。为满足该需要，风扇散热、水冷辅助散热及热管散热等各种散热方式被广泛运用，并取得一定的散热效果。

散热器中最重要的两个热传机制是热传导及热对流。热传导指分子间的能量交换。能量较少的分子在与能量较多的分子接触后获得能量(通过物理性的直接接触)。如果两者间不存在温差(如一片独立的散热片)，则无法实现热传导。热传导是散热片从CPU吸取热量的最主要途径。传统之散热器通常会在散热片与热源(半导体集成器件，如CPU)之间增加一导热系数较高的热界面材料，即TIM(Thermal Interface Material)，使CPU所产生的热能更有效地被传导到散热片上。然而，想要降低温度，热对流则占有很大的影响因素。热对流是指透过物质运动来实现热传递，热能来自于被气体或液体所包围的热源，并且透过分子移动来实现热能传递。在散热器中，CPU所产生的热量最终会通过散热鳍片传递到空气中，由流体依靠对流现象带走。目前的散热器多采用风扇通过强迫对流的方式来进行散热。

散热效果与散热片的表面积即散热鳍片与空气的接触面积有关，热交换面积越大，散热效果就越好。一般散热器在强迫对流与有限空间的条件限制下，欲发挥最大散热能力，都想方设法地改进设计以增大散热面积，目前广泛使用的为鳍片式设计，鳍片式散热器使重量及散热面积都达到相当理想的状态。

目前市场上的鳍片式散热器主要包括长条形鳍片散热器与圆柱形鳍片散热器。长条形鳍片散热器大部分用压铸成型制造，即将金属高温熔融后压入模具铸成铸件的金属成型方法，该方法工艺简单，可根据不同需要将散热片做成多种形状。然而，这种加工方法受到制造工艺的制约，其散热鳍片的密度较小，导致其散热面积受到一定限制。圆柱型鳍片散热器由于其散热鳍片呈圆柱状，具有较高的密度，因而具有相对较大的散热面积。另外，在圆柱型鳍片周围，因为流体的阻力较小，流体容易流动，也因此容易带走在圆柱中的能量，加强了对流的效果，因此在相同面积的散热鳍片里，圆柱型鳍片都会比长条型鳍片有着更好的热传效果。然而，圆柱形散热鳍片对制作工艺要求较高，其制作上难度较大，因而成本较高。而且，圆柱形散热鳍片密度虽然较长条形散热鳍片大，仍然受到一定的限制，进一步增大只能依靠增大整个散热器的体积。

有鉴于此，提供一种不受制作工艺限制，散热面积较大，具有良好散热性能的散热器实为必要。

【实用新型内容】

为解决现有技术中的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种散热面积较大的散热器。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种散热器，其包括：一基体；多个散热鳍片，该散热鳍片从基体一表面沿远离基体的方向延伸，其中，该散热器进一步包括多个碳纳米管，该碳纳米管形成于散热鳍片表面，该多个碳纳米管彼此基本平行且基本垂直于散热鳍片。

与现有技术相比较，本实用新型提供的基于碳纳米管的散热器具有以下优点：其一，碳纳米管具有很大的表面积(120～300平方米/克)，且在纵向方向有极高的热导系数，因而能够有效地增大散热器的散热面积，改善散热器的散热性能；其二，碳纳米管的高度可通过控制其生长时间来控制，根据傅立叶热传导定律，高度越小，相当于从另一方面增加了散热器的导热系数，同时不影响散热器体积及重量，利于整个器件安装向小型化方向发展的需要；其三，由于碳纳米管基本垂直于散热器鳍片，使得碳纳米管的纵向导热特性得到最大限度的发挥，此外，由于碳纳米管分布均匀，使得导热更加一致；其四，本实用新型提供的散热器，可通过控制催化剂的分布形状来生长出各种面形之碳纳米管阵列，不受散热鳍片形状的限制。

【附图说明】

图1是未形成有碳纳米管的散热器的示意图；

图2是本实用新型形成有碳纳米管的散热器的示意图；

图3是图2的散热器的侧视图；

图4是本实用新型散热器应用的示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

请参阅图1、图2和图3，本实用新型提供一种散热器10，其包括：一长形平板状基体11，多个片状散热鳍片13从基体11一表面沿远离基体11之方向延伸，及多个碳纳米管15形成于散热鳍片13表面。其中，基体11与散热鳍片13一体成型，其材料包括铝、铜或其合金。多个散热鳍片13彼此平行且与基体11垂直。该散热器10中央形成有一沟槽17将散热鳍片13分隔成两对称区域，用于收容一散热器扣合装置(图未示)。多个碳纳米管15基本相互平行，且与散热鳍片13基本垂直，该碳纳米管15的直径为3～40纳米，高度为1～100微米，间距为100纳米。

本实用新型散热器的制备方法包括以下步骤：

提供一散热器，该散热器包括一基体及多个从基体一表面垂直延伸的散热鳍片；

在散热器的散热鳍片表面作一化学机械研磨抛光处理(ChemicalMechanical Polish，CMP)，使散热鳍片之表面粗糙度降低至5～10埃；

在已处理的散热器的散热鳍片表面沉积一催化剂层，催化剂层的厚度为5～30纳米，沉积催化剂层的方法可选用真空热蒸镀挥发法或电子束蒸发法。催化剂的材料可选用铁、钴、镍或其合金，本实施方式选用铁作为催化剂材料，其催化剂层的厚度为10纳米；

将带有催化剂层的散热器置于空气中，在300℃下退火，以使催化剂层氧化、收缩成为纳米级的催化剂颗粒。待退火完毕，再将分布有催化剂颗粒的散热器置于反应室内(图未示)，通入碳源气乙炔，利用低温热化学气相沉积法，在上述催化剂颗粒上生长碳纳米管，碳源气亦可选用其它含碳气体，如乙烯等。目前，碳纳米管的生长方法已较为成熟，具体可参阅文献Science，1999，Vol.283，P.512-514与文献J.Am.Chem.Soc，2001，Vol.123，P.11502-11503。此外，美国专利第6,350,488号公开一种生长大面积碳纳米管阵列的方法。本实施方式生长的碳纳米管的直径为20纳米，高度为50微米，间距为100纳米。

请参阅图4，为本实用新型散热器应用的示意图。将本实用新型的散热器10置于电子器件31上，散热器10接触底面(未标示)与电子器件相接触，通过散热器扣合装置33将散热器固定于电子器件31。依照本实用新型的方法制得的生长有碳纳米管的散热器，其利用相互平行的碳纳米管作为导热材料，碳纳米管垂直于散热鳍片有序排列，充分利用碳纳米管的轴向导热性，因而具有较佳的导热系数。其次，由于碳纳米管具有很大的表面积(120～300平方米/克)，因而能有效地增大散热器的散热面积，改善散热器的散热效果，可广泛应用于包括中央处理器(CPU)、功率晶体管、视频图形阵列芯片(VGA)，射频芯片在内的电子器件中。另外，本实用新型制得的碳纳米管高度仅在微米级，根据傅立叶热传导定律，相当于从另一方面增加了散热器的导热系数，同时不影响散热器体积及重量，利于整个器件安装向小型化方向发展的需要。

本领域所属技术人员应明白，本实用新型基于碳纳米管的散热器可不受散热鳍片形状的限制，只需形成多个碳纳米管于散热鳍片的表面，即可有效地增加散热器的散热面积，改善散热器的散热性能。

Claims (7)

1.一种散热器，其包括：一基体；多个散热鳍片，该散热鳍片从基体一表面沿远离基体之方向延伸，其特征在于该散热器进一步包括多个碳纳米管，该碳纳米管形成于散热鳍片表面，该多个碳纳米管彼此基本平行且与散热鳍片基本垂直。

2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于该散热器基体与多个散热鳍片一体成型。

3.如权利要求2所述的散热器，其特征在于该基体与散热鳍片材料包括铝、铜或其合金。

4.如权利要求1所述的散热器，其特征在于该多个散热鳍片彼此平行且垂直于散热器基体。

5.如权利要求1所述的散热器，其特征在于该碳纳米管的高度为1～100微米。

6.如权利要求1所述的散热器，其特征在于该碳纳米管的直径为3～40纳米。

7.如权利要求1所述的散热器，其特征在于该碳纳米管的间距为100纳米。

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