TWI477593B - 熱輻射材料，電子裝置及電子裝置之製造方法 - Google Patents

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TWI477593B
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Taisuke Iwai
Daiyu Kondo
Yoshitaka Yamaguchi
Shinichi Hirose
Yukie Sakita
Ikuo Soga
Yohei Yagishita
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Fujitsu Ltd
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Description

熱輻射材料，電子裝置及電子裝置之製造方法
本說明書中所討論之實施例係關於熱輻射材料，更詳而言之，係關於包含碳原子線性結構(linear structures of carbon atoms)之熱輻射材料以及使用此類熱輻射材料之電子裝置和製造該電子裝置之方法。
伺服器和個人電腦等之中央處理單元(CPU)中所使用的電子零件必須有效地輻射(radiate)該等半導體元件所產生之熱能。為了這個目的，所使用之結構係在該半導體元件之上配置有高熱傳導性材料(如銅或其他材料)之散熱器(heat spreader)，且該半導體元件上配置有熱界面材料(thermal interface material)。
該熱界面材料本身必須為高熱傳導性材料並且必須具有能夠與熱產生源和散熱器之表面之細微凹面及凸面大面積接觸的特性。目前，通常使用相變化材料(phase change material；PCM)、銦等作為熱界面材料。
然而，相變化材料能夠與細微凹面及凸面良好接觸，但是具有較低的熱傳導性(大約1[W/m‧K]至5[W/m‧K])。為了使得相變化材料能夠具有有效的熱傳導性，該薄膜厚度必須要薄。在該熱產生源和該散熱器之間，由於熱膨脹係數(thermal expansion coefficient)差異而發生縫隙，且該薄膜薄化(film thinning)過於受限以致無法吸收符合該縫隙的凹面及凸面。
近來對於稀有金屬的需求大量增加，造成銦的價格上漲，並且期待有較銦更為便宜的替代材料。由物理性質的觀點而言，銦的熱傳導性(大約50[W/m‧K])並不夠高。期待有具有較高熱傳導性之材料，以便有效地輻射由該半導體元件所產生之熱能。
在這樣的背景之下，留意到將由奈米碳管(carbon nanotube)所表示之碳原子線性結構作為較相變化材料和銦具有更高熱傳導性之材料。該奈米碳管不僅僅具有非常高的熱傳導性(大約1500[W/m‧K])，也具有優異的可彎曲性(flexibility)和阻熱性(heat resistance)。該奈米碳管具有作為熱輻射材料的高度潛力。
如同已提出之利用奈米碳管的導熱薄片，具有散佈於樹脂中之奈米碳管的導熱薄片以及具有生長於、定向於基板上之奈米碳管的導熱薄片係埋植於樹脂中。
下列係與本發明相關之習知技術：日本特許公開公報第2005-150362號、日本特許公開公報第2006-147801號及日本特許公開公報第2006-290736號。
然而，習知利用奈米碳管的熱輻射材料並未充分地利用該奈米碳管的高熱傳導性。
因此，本發明實施例之一個態樣之目的係提供一種利用碳原子線性結構且具有非常高熱傳導性和導電性之熱輻射材料，以及使用此類熱輻射材料之電子裝置和製造該電子裝置之方法。
根據本發明實施例之一個態樣，提供了包含複數個碳原子線性結構和填充層之熱輻射材料，且該填充層係由熱塑性樹脂(thermoplastic resin)所形成並且配置於該複數個線性結構之間。
根據本發明實施例之另一態樣，提供了包含熱產生器、熱輻射體及熱輻射材料之電子裝置，該熱輻射材料係配置於該熱產生器和該熱輻射體之間，並且包括複數個碳原子線性結構和填充層，該填充層係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間。
根據本發明實施例之又一態樣，提供了一種製造電子裝置之方法，該方法包含於熱產生器和熱輻射體之間配置熱輻射材料，該熱輻射材料包含複數個碳原子線性結構和填充層，該填充層係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間，加熱該熱輻射材料以熔化該熱塑性樹脂，並且冷卻該熱輻射材料以定型該熱塑性樹脂。
根據本發明實施例之又另一態樣，提供了一種熱輻射組件，其係包含熱輻射體及形成於該熱輻射體上之熱輻射材料，並且包含複數個碳原子線性結構和填充層，該填充層係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間。
 [第一實施例]
將參考第1A至第3C圖說明根據本發明第一實施例之奈米碳管薄片和製造該奈米碳管薄片之方法。
第1A及1B圖係根據本實施例描繪奈米碳管薄片之結構之概略剖面圖。第2A至3C圖係根據本實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之剖面圖。
首先，根據本實施例之奈米碳管薄片之結構將參考第1A及1B圖進行說明。第1A圖係根據本實施例描繪該奈米碳管薄片之第一範例之結構之圖式。第1B圖係根據本實施例描繪該奈米碳管薄片之第二範例之結構之圖式。
如第1A及1B圖所示，根據本實施例之奈米碳管薄片包含排列成互相間隔的複數個奈米碳管12。熱塑性樹脂材料之填充層14係形成於該等奈米碳管12之間的縫隙中，並且支撐該等奈米碳管12。根據本實施例之奈米碳管薄片10具有薄片結構，且該等奈米碳管12係定向於該薄片之薄膜厚度方向上(film thickness-wise)，也就是，於貫穿該薄片之表面之方向上。
該等奈米碳管12可為單壁(single-walled)奈米碳管或者多壁(multi-walled)奈米碳管。該等奈米碳管12的密度並未具體限定，但是由熱輻射和導電性的觀點來看，較佳的情況是能夠設定成不小於大約1×1010 管/(公分)2 。
該等奈米碳管12的長度可根據所應用之奈米碳管薄片10而決定。該等奈米碳管12的長度並未具體限定，但是較佳的情況是能夠設定成大約5-500μm的長度。在使用該奈米碳管薄片10作為形成於熱產生源(例如：半導體元件)和熱輻射構件(例如散熱器)之間的熱界面材料的過程中，該等奈米碳管12的長度不宜小於填充至少該熱產生源和該熱輻射構件之凹面和凸面的長度。
如第1A及1B圖所描繪者，根據本實施例之奈米碳管薄片10有至少一端係曝露出來的。第1A圖中所描繪之奈米碳管薄片10所具有之奈米碳管12有一端係曝露出來的。第1B圖中所描繪之奈米碳管薄片所具有之奈米碳管12之兩端均曝露出來。
因此，當該奈米碳管薄片10與該熱輻射體或該熱產生器發生接觸，該等奈米碳管12係與該熱輻射體或該熱產生器直接接觸，藉此能夠大幅地增加熱傳導效率。該等也具有導電性性的奈米碳管12的兩端均曝露出來，以便用以作為通過該薄片之互連本體(interconnection body)。也就是說，根據本實施例之奈米碳管薄片10不僅能夠用以作為導熱薄片(heat conductive sheet)，也能夠用以作為垂直互連薄片(vertical interconnection sheet)。
該填充層14係由熱塑性樹脂所形成。該熱塑性樹脂依據溫度可逆地於液態和固態之間改變狀態。該熱塑性樹脂並未具體地限定成於室溫係固態，而該熱塑性樹脂藉由加熱變化至液態，而藉由冷卻變回固態，並且表現出黏著性(adhesiveness)。
此類熱塑性樹脂係例如敘述如下的熱熔性樹脂。可應用例如來自Henkel Japan Ltd.之“Micromelt 6239”(軟化點溫度：140℃)作為聚醯胺基熱熔性樹脂(polyamide-based hot melt resin)。可應用例如來自Nogawa Chemical Co.,Ltd.之“DH598B”(軟化點溫度：133℃)作為聚酯基熱熔性樹脂(polyester-based hot melt resin)。可應用例如來自Nogawa Chemical Co.,Ltd.之“DH722B”作為聚胺酯基熱熔性樹脂(polyurethane-based hot melt resin)。可應用例如來自Matsumura Oil Co.,Ltd.之“EP-90”(軟化點溫度：148℃)作為聚烯基熱熔性樹脂(polyolefin-based hot melt resin)。可應用例如來自Nogawa Chemical Co.,Ltd.之“DA574B”(軟化點溫度：105℃)作為乙烯共聚合物熱熔性樹脂(ethylene copolymer hot melt resin)。可應用例如來自Yokohama Rubber Co.,Ltd.之“M-6250”(軟化點溫度：125℃)作為苯乙烯丁二烯橡膠基熱熔性樹脂(SBR-based hot melt resin)。可應用例如來自Sumitomo 3M Ltd.之“3747”(軟化點溫度：104℃)作為乙烯-醋酸乙烯共聚物基熱熔性樹脂(EVA-based hot melt resin)。可應用例如來自Yokohama Rubber Co.,Ltd.之“M-6158”作為丁基橡膠基熱熔性樹脂(butyl rubber-based hot melt resin)。
依據奈米碳管薄片10之使用能夠基於該熱塑性樹脂之熔化溫度而選擇形成該填充層14之熱塑性樹脂。較佳的情況是，該熱塑性樹脂之熔化溫度之下限值係高於操作過程中加熱溫度之上限值。這是因為，當該熱塑性樹脂於操作過程中熔化時，該奈米碳管薄片10可能有變形的風險，該等奈米碳管12之定向(orientation)可能受損，並且可能因此造成熱傳導性降低。該熱塑性樹脂之熔化溫度之上限值係低於該熱產生器和該熱輻射體之熱阻溫度(thermal resistance temperature)之下限值。根據本實施例之奈米碳管薄片10宜在與該熱輻射體和該熱產生器發生接觸之後重熔(reflow)。這是因為，當該熱塑性樹脂之熔化溫度高於該熱阻溫度時，難以在不損害該熱產生器及/或該熱輻射體而進行重熔。該奈米碳管薄片10之重熔將於稍後詳述。
舉例而言，當該奈米碳管薄片10係用於電子裝置(如CPU等)之熱輻射，考量到該CPU於操作過程中之加熱溫度之上限係125℃且CPU電子構件之熱阻溫度係大約250℃，故適合使用熔化溫度大約125℃至250℃之熱塑性樹脂。舉例而言，對於汽車發動機等排氣系統(exhaust system)的使用而言，考量到該加熱溫度係大約500℃至800℃(取決於零件)，故適合使用熔化溫度大約600℃至900℃之熱塑性樹脂。
在該填充層14中，依需求可分散混和添加物。作為添加物，例如，可考慮高熱傳導性之物質及高導電性之物質。高熱傳導性之添加物係分散混和於該填充層14部份，藉此能夠改善該填充層14部份之熱傳導性，而能夠改善整體奈米碳管薄片10之熱傳導性。當該奈米碳管薄片係用以作為導電性薄片時，高導電性之添加物係分散混和於該填充層14部份中，藉此能夠改善整體奈米碳管薄片10之導電性。可使用奈米碳管、金屬材料、氮化鋁、二氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina)、石墨(graphite)和全碳分子(fullerene)等作為高熱傳導性材料。
接下來，根據本實施例之奈米碳管薄片之製造方法將參考第2A至3C圖進行說明。
首先，製備作為用以形成該奈米碳管薄片10之基底之基板30(第2A圖)。該基板30可為半導體基板(如矽基板或其他材料)、絕緣基板(如氧化鋁(藍寶石(sapphire))基板)、氧化鎂(MgO)基板、玻璃基板或其他材料、金屬基板或其他材料。該基板30可為形成有薄膜於其上之此類基板。舉例而言，可使用具有大約300奈米厚度之氧化矽薄膜之矽基板。
該基板30在生長該等奈米碳管12之後被去除掉。為了此目的，較佳的情況是，該基板30於該等奈米碳管12之生長溫度不會發生變形。再者，較佳的情況是，至少該基板30的表面(其係與該等奈米碳管12發生接觸)係由允許該表面易於自該等奈米碳管12被去除掉之材料所形成。再者，較佳的情況是，該基板30係由能夠相對於該等奈米碳管12選擇性蝕刻之材料所形成。
接著，於該基板30上方，厚度2.5奈米之Fe(鐵)薄膜係藉由例如噴濺方法(sputtering method)形成，以形成Fe的催化劑金屬薄膜32(第2B圖)。該催化劑金屬薄膜32實質上可能無法完全形成於該基板30上方，而可能藉由例如抬起方法(lift-off method)選擇性地形成於該基板30之規定區域上方。
該催化劑金屬除了Fe之外，可為Co(鈷)、Ni(鎳)、Au(金)、Ag(銀)、Pt(鉑)或含有此等金屬之至少一者之合金。作為催化劑，除了該金屬薄膜外，也能夠使用製備成預先以差分遷移率分析器(differential mobility analyzer；DMA)或其他方式控制之尺寸之金屬粒子。
作為這些催化劑金屬之基底薄膜，可形成Mo(鉬)、Ti(鈦)、Hf(鉿)、Zr(鋯)、Nb(鈮)、V(釩)、TaN(氮化鉭)、TiSix (矽化鈦)、Al(鋁)、Al2 O3 (氧化鋁)、TiOx (氧化鈦)、Ta(鉭)、W(鎢)、Cu(銅)、Au(金)、Pt(鉑)、Pd(鈀)、TiN(氮化鈦)等及含有此等金屬之至少一者之合金。舉例而言，可使用Fe(2.5奈米)/Al(10奈米)、Co(2.6奈米)/TiN(5奈米)等層結構。當使用該等金屬粒子時，可使用例如Co(平均直徑：3.8奈米)/TiN(5奈米)等層結構。
接著，於該基板30上方，該等奈米碳管12藉由例如熱燈絲化學氣相沉積方法(hot filament CVD method)生長有催化劑金屬薄膜32作為催化劑。該等奈米碳管12之生長條件係例如混和有氬化乙炔之氣體(acetylene-argon mixed gas)(局部壓力比例：1：9)作為原料氣體、薄膜形成室(film forming chamber)中總氣體壓力係1kPa、1000℃的熱燈絲溫度、25分鐘的生長時間週期。因此，能夠生長3至6層(平均：大約4壁)、直徑4至8奈米(平均：6奈米)之多壁奈米碳管。可藉由其他薄膜形成製程(如熱化學氣相沉積、引控式電漿化學氣相沉積或其他方法)來生長奈米碳管。該等奈米碳管可生長成單壁的。作為碳原料，除了乙炔以外，可使用碳氫化合物(如甲烷、乙烯等)或者酒精(如乙醇、甲醇等)。
該等奈米碳管12的長度可根據所應用之奈米碳管薄片10而決定，且該等奈米碳管12的長度並未具體限定，但是較佳的情況是能夠設定成大約5至500μm的長度。在使用該奈米碳管薄片10作為形成於熱產生源(例如：半導體元件)和熱輻射構件(例如散熱器)之間的熱界面材料的過程中，該等奈米碳管12宜具有填充至少該熱產生源和該熱輻射構件之表面中之凹面和凸面的長度。
因此，於該基板30上方，形成有複數個奈米碳管12，並定向於該基板之法線方向(垂直定向)(如第2C圖)。在上述生長條件下，該等奈米碳管12的表面密度係大約1×1010 管/(公分)2 。這樣與奈米碳管12係形成於面積為該基板30之表面積10%之區域中相符合。
接下來，於生長於該基板30上方的奈米碳管12上接置有經過薄膜處理之熱塑性樹脂(熱塑性樹脂薄膜34)(第3A圖)。該熱塑性樹脂薄膜之薄膜厚度係根據該等奈米碳管12之長度而適當地設定。舉例而言，當形成第1A圖之奈米碳管薄片10時，該熱塑性樹脂薄膜34係形成為大約等於該等奈米碳管12長度之厚度，例如大約5至500μm。當形成第1B圖之奈米碳管薄片10時，該熱塑性樹脂薄膜34宜形成為稍微小於該等奈米碳管12長度之厚度，例如大約4至400μm。
該熱塑性樹脂薄膜34之熱塑性樹脂可為例如下述之熱熔性樹脂。可應用例如來自Henkel Japan Ltd.之“Micromelt 6239”(軟化點溫度：140℃)作為聚醯胺基熱熔性樹脂。可應用例如來自Nogawa Chemical Co.,Ltd.之“DH722B”作為聚胺酯基熱熔性樹脂。可應用例如來自Matsumura Oil Co.,Ltd.之“EP-90”(軟化點溫度：148℃)作為聚烯基熱熔性樹脂。可應用例如來自Nogawa Chemical Co.,Ltd.之“DA574B”(軟化點溫度：105℃)作為乙烯共聚合物熱熔性樹脂。可應用例如來自Yokohama Rubber Co.,Ltd.之“M-6250”(軟化點溫度：125℃)作為苯乙烯丁二烯橡膠基熱熔性樹脂。可應用例如來自Sumitomo 3M Ltd.之“3747”(軟化點溫度：104℃)作為乙烯-醋酸乙烯共聚物基熱熔性樹脂(EVA-based hot melt resin)。可應用例如來自Yokohama Rubber Co.,Ltd.之“M-6158”作為丁基橡膠基熱熔性樹脂(butyl rubber-based hot melt resin)。
在此，將說明一個範例，其中該熱塑性樹脂薄膜34係使用來自Henkel Japan Ltd.之“Micromelt 6239”，其處理厚度係100微米。“Micromelt 6239”係一種熱熔性樹脂，其熔化溫度係135℃至145℃，且當其熔化時，其黏性係5.5Pa.s至8.5Pa.s(225℃)。
接下來，形成有熱塑性樹脂薄膜34於其上之基板30係加熱至例如195℃。因此，該熱塑性樹脂薄膜34之熱塑性樹脂被熔化且漸漸地被穿透進入該等奈米碳管12之間的縫隙。因此，該熱塑性樹脂薄膜34穿透至該熱塑性樹脂薄膜34無法到達的該基板30之表面的程度。
該熱塑性樹脂係預先經過薄膜處理，藉此可藉由該薄膜之厚度控制填充量(filling quantity)。因此，藉由控制加熱溫度和加熱時間週期，可控制該填充材料不會向下穿透至該基板30。
該熱塑性樹脂薄膜34之穿透係停止於該熱塑性樹脂薄膜34無法到達該基板30的程度，使得該奈米碳管薄片10能夠輕易地自該基板30被去除掉。在該奈米碳管薄片10能夠輕易地自該基板30被去除掉的情況下，該熱塑性樹脂薄膜34可向下穿透至該基板30。
可藉由熱處理(heat processing)時間週期控制穿透該等奈米碳管12之間的縫隙之熱塑性樹脂薄膜34之薄膜厚度。舉例而言，對於在上述條件下生長且長度為100μm之奈米碳管12，該熱處理係於195℃下持續達1分鐘，藉此能夠穿透該熱塑性樹脂薄膜34至該熱塑性樹脂薄膜34無法到達該基板30的程度。
較佳的情況是，該熱塑性樹脂薄膜34之加熱時間週期係適當地設定成對應該等奈米碳管12之長度、經熔化之熱塑性樹脂之黏性(viscosity)、該熱塑性樹脂薄膜34之薄膜厚度等，使得該熱塑性樹脂薄膜34穿透至該熱塑性樹脂薄膜34無法到達該基板30的程度。
較適當的情況是，該熱塑性樹脂之形狀係預先經過薄膜處理，且該熱塑性樹脂可經過顆粒狀(pellet)或者桿狀(rod)處理。
接下來，在該熱塑性樹脂薄膜34被穿透至規定位置之後，冷卻該熱塑性樹脂薄膜34至室溫，以設定該熱塑性樹脂薄膜34。因此，形成該熱塑性樹脂薄膜34之熱塑性樹脂所形成之填充層14，並且該填充層14係填充於該等奈米碳管12之間的縫隙中。
接下來，該等奈米碳管12和該填充層14係自該基板30被去除掉，而得到根據本實施例之奈米碳管薄片(第3C圖)。如上所述，所形成之填充層14(該熱塑性樹脂薄膜34)無法到達該基板30，因此該等奈米碳管12和該基板30之間的接面(junction)相當脆弱，且該等奈米碳管12和該填充層14能夠輕易地自該基板30被去除掉。
當製造如第1B圖所描繪之奈米碳管薄片時，所使用之熱塑性樹脂薄膜34之厚度小於使用之該等奈米碳管12的長度，且該熱塑性樹脂薄膜34係被穿透直到該等奈米碳管12之上側端曝露出來。
如上所述，根據本實施例，使用熱塑性樹脂作為支撐該等奈米碳管之填充層材料，藉此能夠輕易地形成具有能夠重熔之填充層且具有較低接觸熱阻(thermal contact resistance)之填充層的奈米碳管薄片。藉由該熱處理溫度和熱處理時間週期能夠輕易地控制該填充材料之穿透量。因此，能夠輕易地曝露該等奈米碳管之端點。再者，能夠輕易地自該基板去除掉該薄片。
[第二實施例]
將參考第4至8圖說明根據本發明第二實施例之奈米碳管薄片和製造該奈米碳管薄片之方法。本實施例與根據第1A至3C圖所描繪之第一實施例之奈米碳管薄片和奈米碳管薄片製造方法相同的構件係以相同的參考編號表示，以簡化或者避免重複說明。
第4圖係根據本實施例描繪奈米碳管薄片之結構之概略剖面圖。第5A至5C圖係根據本實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之剖面圖。第6至8圖係根據本實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖。
首先，將參考第4圖說明根據本實施例之奈米碳管薄片之結構。
如第4圖中所描繪，除了本實施例中有塗覆薄膜(coating film)16形成於該等奈米碳管12之一端上以外，根據本實施例之奈米碳管薄片10係相同於根據第1圖所描繪之第一實施例之奈米碳管薄片10。
形成該塗覆薄膜16之材料並未具體限定，只要該材料具有較該填充層14之組成材料更高之熱傳導性。對於用於導電之奈米碳管薄片10，可使用導電性材料(例如：金屬、合金等)。例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)等可用以作為該塗覆薄膜16之組成材料。
該塗覆薄膜16可能無法具有實質的單層結構，且可能具有兩層或三層或更多層之多層結構，如鈦(Ti)和金(Au)等層結構。
該塗覆薄膜16之厚度並未具體限定，只要該塗覆薄膜16不會在製造過程中妨礙穿透該熱塑性樹脂薄膜34。較佳的情況是，該塗覆薄膜16之薄膜厚度係適當地根據該熱塑性樹脂薄膜34之滲透性(permeability)、該奈米碳管薄片10所需要之特性、該塗覆薄膜16之組成材料等而決定。
設置具有高熱傳導性之塗覆薄膜16，如此一來，相較於未設置有該塗覆薄膜16的情況而言能夠增加該奈米碳管薄片10與經接置本體(mounted body)(熱輻射體、熱產生器)之接觸面積。如此一來，能夠降低該等奈米碳管12與該經接置本體之間的接觸熱阻，並且能夠增進該奈米碳管薄片10之熱傳導性。當使用該奈米碳管薄片10作為導電薄片時，能夠增進導電性。
在第4圖中，該塗覆薄膜16係形成於第1A圖所描繪之奈米碳管薄片10之奈米碳管12之一端上。於該等奈米碳管12的另一端上，也可形成該塗覆薄膜16。該塗覆薄膜16係形成於第1B圖所描繪之奈米碳管薄片10之奈米碳管12之一端上或者兩端上。
接下來，將參考第5A至8圖說明根據本實施例之奈米碳管薄片製造方法。
首先，以相同於例如根據第2A至2C圖所描繪之第一實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，該等奈米碳管12係生長於該基板30上方。
在第1至5圖中，該等奈米碳管12係描繪成簡單的圓柱形，以便簡化圖式，但是由於早期生長的分散(dispersion)等原因造成該等奈米碳管12並非總是生長成完美的圓柱形。該等奈米碳管12一般而言係定向於薄膜厚度方向，但是如第6圖所描繪者，該等奈米碳管12之上側端可傾斜自該基板30之法線方向，且該等奈米碳管12的長度可能並非一致的。
接下來，於該等奈米碳管12上方，藉由例如蒸鍍法(evaporation method)沉積厚度大約300奈米之金(Au)薄膜，以形成金的塗覆薄膜16(第5A圖)。除非會損害該等奈米碳管12，否則可藉由其他薄膜形成方法(例如噴濺或其他方法)形成該塗覆薄膜16。
形成該塗覆薄膜16之材料並未具體限定，只要該材料具有較該填充層14之組成材料更高之熱傳導性。當該奈米碳管薄片10係用以導電時，可使用導電性材料(例如：金屬、合金等)。例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)等可用以作為該塗覆薄膜16之組成材料。該塗覆薄膜16可能無法具有實質的單層結構，且可能具有兩層或三層或更多層之多層結構，如鈦(Ti)和金(Au)等層結構。
如第7圖中所例示者，所形成之塗覆薄膜16係於生長的早期階段中覆蓋個別奈米碳管12之前端。當所生長的薄膜增加時，形成於互相鄰近的個別奈米碳管12之前端上的塗覆薄膜16係接合在一起。因此，如第8圖中所例示，所形成之塗覆薄膜16係將複數個奈米碳管12之前端捆在一起。當所生長的塗覆薄膜16之薄膜厚度增加時，該塗覆薄膜16係於平行於該薄片之表面之二維方向上完全地接合在一起，且該塗覆薄膜16變成為不具有縫隙之均勻薄膜。
較佳的情況是，考量用於形成該填充層14等之熱塑性樹脂薄膜34之滲透性，該塗覆薄膜16之薄膜厚度係適當地設定成符合該等奈米碳管12之直徑和密度。
舉例而言，當該等奈米碳管12之直徑係10奈米且表面密度係1×1010 (公分)-2 時，互相鄰近之奈米碳管12之間的縫隙係大約50奈米。在此情況下，藉由該塗覆薄膜16接合互相鄰近之奈米碳管12，所形成之塗覆薄膜16之厚度至少超過該縫隙的一半或更多，也就是說，所形成之塗覆薄膜之厚度宜大約25奈米或更多。當該塗覆薄膜16太厚時，該塗覆薄膜變成不具有縫隙的完美薄膜，降低該熱塑性樹脂薄膜34之滲透性。較佳的情況是，該塗覆薄膜16之薄膜厚度上限係依據該熱塑性樹脂薄膜34之滲透性而設定。有鑑於此，對於上述條件之奈米碳管12，該塗覆薄膜16之薄膜厚度宜設定在大約25至1000奈米。
接下來，以相同於例如根據第3A及3B圖所描繪之第一實施例之奈米碳管薄片製造方法的方式，該熱塑性樹脂薄膜34係於該等奈米碳管12之縫隙中穿透，並且形成該填充層14(第5B圖)。
該塗覆薄膜16可能無法實質形成足夠接合互相鄰近之奈米碳管12的薄膜厚度，但是具有將複數個奈米碳管12捆在一起的效果(如第8圖所示)。因此，當該熱塑性樹脂薄膜34穿透進入該等奈米碳管12之間的縫隙時，避免該等奈米碳管12互相分離。再者，使得熱能能夠橫向地傳導。
接下來，該等奈米碳管12、該塗覆薄膜16及該填充層14係自該基板30被去除掉，並且得到根據本實施例之奈米碳管薄片(第5C圖)。
接下來，依照需求，與該塗覆薄膜16相同之塗覆薄膜(未描繪)係形成於該等奈米碳管12之端點上，該基板30係自該塗覆薄膜被去除掉。
如上所述，根據本實施例，熱塑性樹脂係用以作為支撐該等奈米碳管之填充層材料，藉此能夠輕易地形成具有能夠重熔之填充層並且具有較小接觸熱阻之奈米碳管薄片。能夠輕易地藉由熱處理溫度和熱處理時間週期控制該填充材料之穿透量。因此，能夠輕易地曝露出該等奈米碳管之端點。再者，該薄片能夠輕易地自該基板被去除掉。熱傳導性高於該填充層之塗覆薄膜係形成於該等奈米碳管之端點上，藉此能夠大幅地降低至於經接置本體之接觸熱阻。
[第三實施例]
將參考第9至14圖說明根據本發明第三實施例之奈米碳管薄片和製造該奈米碳管薄片之方法。本實施例與根據第1A至8圖所描繪之第一和第二實施例之奈米碳管薄片和奈米碳管薄片製造方法相同的構件係以相同的參考編號表示，以簡化或者避免重複說明。
第9A及9B圖係根據本實施例描繪奈米碳管薄片之結構之透視圖。第10A至13圖係根據本實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖。第14圖係根據本實施例之另一範例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖。
首先，將參考第9A及9B圖說明根據本實施例之奈米碳管薄片之結構。第9A圖係描繪根據本實施例之奈米碳管薄片之第一範例，而第9B圖係描繪根據本實施例之奈米碳管薄片之第二範例。
根據本實施例之奈米碳管薄片10係相同於根據第9A及9B圖所描繪之第一和第二實施例之奈米碳管薄片，複數個奈米碳管12係互相間隔，且熱塑性樹脂填充層14係埋植於該等縫隙中。
根據本實施例之奈米碳管薄片10包含複數個奈米碳管12a和複數個奈米碳管12b。該複數個奈米碳管12a於其端點上具有塗覆薄膜16a，該塗覆薄膜16a係於該奈米碳管薄片10之一側之表面上(如圖中所示，係上側表面)。另一方面，該複數個奈米碳管12b於其端點上具有塗覆薄膜16b，該塗覆薄膜16a係於該奈米碳管薄片10之另一側之表面上(如圖中所示，係下側表面)。
第9A圖中所描繪之第一範例之奈米碳管薄片10與第9B圖中所描繪之第二範例之奈米碳管薄片10彼此不同之處在於該等塗覆薄膜16a、16b的厚度。也就是說，於第9A圖所描繪之第一範例之奈米碳管薄片10中，如同已參考第7圖進行說明者，所形成之塗覆薄膜16a、16b分別覆蓋該等奈米碳管12a之端點以及該等奈米碳管12b之端點。於第9B圖所描繪之第二範例之奈米碳管薄片10中，如同已參考第8圖進行說明者，所分別形成之塗覆薄膜16a、16b捆住複數個奈米碳管12a之端點以及複數個奈米碳管12b之端點。
該填充材料14和該塗覆薄膜16之組成材料係與根據該第一和第二實施例之奈米碳管薄片之該填充材料14和該塗覆薄膜16之組成材料相同。
接下來，將參考第10A至13圖說明根據本實施例製造奈米碳管薄片之方法。在本文中，將說明製造第9B圖中所描繪之第二範例之奈米碳管薄片之方法，但是除了該塗覆薄膜16之厚度不同以外，製造第9A圖中所描繪之第一範例之奈米碳管薄片之方法係相同於製造第二範例之奈米碳管薄片之方法。
首先，以相同於例如根據第2A至2C圖所描繪之第一實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，複數個奈米碳管12a係生長於該基板30a上方(如第10A圖所示)。
接下來，以相同於例如根據第5A圖所描繪之第二實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，該塗覆薄膜16a係形成於該等奈米碳管12a上(如第10B圖所示)。
接下來，以相同於例如根據第5B圖所描繪之第二實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，該熱塑性樹脂薄膜34係於該等奈米碳管12a之間穿透，以形成該熱塑性樹脂材料之填充層14a(如第11A圖所示)。於第11A圖中，該熱塑性樹脂薄膜34(該填充層14)係向下穿透至該基板30，但是如同該第一和第二實施例，可穿透該熱塑性樹脂薄膜34至其無法到達該基板30a的程度。
接下來，該等奈米碳管12a上形成有該塗覆薄膜16a，而該填充層14a係自該基板30a被去除掉，並且形成該奈米碳管薄片10a(第11B圖)。該奈米碳管薄片10a係相同於根據該第二實施例之奈米碳管薄片10。
藉由上述程序，除了該奈米碳管薄片10a以外，製備了奈米碳管薄片10b，該奈米碳管薄片10b包含形成有塗覆薄膜16b於其上並且埋植於該填充層14b中之奈米碳管12b。
接下來，該奈米碳管薄片10a和該奈米碳管薄片10b係以未形成有塗覆薄膜16a、16b之表面互相堆疊碰觸(第12圖)。
接下來，該奈米碳管薄片10a和該奈米碳管薄片10b之層本體(layer body)係於負載情況下加熱。舉例而言，當使用來自Henkel Japan Ltd.之“Micromelt 6239”作為形成該填充層14a、14b之熱塑性樹脂時，該層本體係於10牛頓/(公分)2 之壓力下於195℃下加熱。因此，該填充層14a、14b係熔化且液化成為均勻的，該等奈米碳管12a係嵌入該等奈米碳管12b之間的縫隙中，而該等奈米碳管12b係嵌入該等奈米碳管12a之間的縫隙中。
接下來，將該層本體冷卻至室溫，以定型該等填充層14a、14b(於下文中稱作該填充層14)。
因此，形成奈米碳管薄片10，該奈米碳管薄片10具有形成有塗覆薄膜16a於其上且埋植於該填充層14中之奈米碳管12a以及形成有塗覆薄膜16b於其上且埋植於該填充層14中之奈米碳管12b(第13圖)。
該等奈米碳管12a、12b之表面密度係根據該等奈米碳管之生長條件而變化。舉例而言，甚至當奈米碳管12係以大約1×1012 (公分)-2 的表面密度形成時，能夠藉由根據本實施例之奈米碳管薄片製造方法使得該等奈米碳管12之表面密度加倍。因此，能夠大幅地改善該奈米碳管薄片之熱傳導性和熱輻射效率。
使更多奈米碳管薄片互相堆疊碰觸，能夠藉此進一步增加該等奈米碳管之表面密度。
舉例而言，如第14圖所描繪，於上述奈米碳管薄片10a、10b之間，可將具有埋植於該填充層14c中之奈米碳管12c之奈米碳管薄片10c以及具有埋植於該填充層14d中之奈米碳管12d之奈米碳管薄片10d夾在中間。因此，能夠使得該等奈米碳管之表面密度變成四倍。能夠對應所需求之熱傳導性和熱輻射效率，適當地設定互相堆疊之奈米碳管薄片數量。
當三個或更多的奈米碳管薄片互相堆疊時，所有的薄片可能無法立即均勻。舉例而言，於第14圖之範例中，該奈米碳管薄片10a和該奈米碳管薄片10c、該奈米碳管薄片10b和該奈米碳管薄片10d分別係均勻的，並且接著該兩個均勻的薄片可以被均勻化。此外，能夠均勻該奈米碳管薄片10a和該奈米碳管薄片10c，接著隨即均勻該奈米碳管薄片10d，並進一步隨著均勻該奈米碳管薄片10b。
該等奈米碳管10c、10d之端點上可能不具有塗覆薄膜，以便幫助將該等奈米碳管12c、12d嵌入其他薄片之奈米碳管之間的縫隙中。能夠藉由相同於根據該第一實施例製造奈米碳管薄片之方法之程序來製造該等奈米碳管薄片10c、10d。
如上所述，根據本實施例，具有支撐由熱塑性樹脂所形成之奈米碳管之填充層之複數個奈米碳管薄片係互相堆疊並且藉由熱處理而均勻化，藉此能夠大幅地改善該等奈米碳管之表面密度。因此，能夠大幅地改善該薄片之熱傳導性。
[第四實施例]
將參考第15A至19圖說明根據本發明第四實施例之奈米碳管薄片和製造該奈米碳管薄片之方法。本實施例與根據第1A至14圖所描繪之第一至第三實施例之奈米碳管薄片和奈米碳管薄片製造方法相同的構件係以相同的參考編號表示，以簡化或者避免重複說明。
第15A及15B圖係根據本實施例描繪奈米碳管薄片之結構之透視圖。第16A至16B、17A至17B、18A至18B及19圖係根據本實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖。
首先，將參考第15A及15B圖說明根據本實施例之奈米碳管薄片之結構。第15A圖係描繪根據本實施例之奈米碳管薄片之第一範例，而第15B圖係描繪根據本實施例之奈米碳管薄片之第二範例。
如第15A及15B圖中所描繪，根據本實施例之奈米碳管薄片10係相同於根據該第一至第三實施例之奈米碳管薄片，其中複數個奈米碳管12係互相間隔，且熱塑性樹脂填充層14係埋植於該等縫隙中。
於根據本實施例之奈米碳管薄片10中，該填充層14係由該等填充層14A、14B及14C之層本體所形成。該塗覆薄膜16係形成於該等奈米碳管12之兩端上。
該等填充層14A、14C係由相同於根據該第一至該第三實施例形成該奈米碳管薄片之填充層14之熱塑性樹脂所形成。該塗覆薄膜16之組成材料係相同於根據該第一至該第三實施例之奈米碳管薄片之塗覆薄膜16。
該填充層14B之材料並未具體限定，只要當埋植該等奈米碳管12時，該材料表現出液態性質(liquid property)。舉例而言，可使用如有機填充材料(organic filling material)、壓克力樹脂(acryl resin)、環氧樹脂(epoxy resin)、矽氧烷樹脂(silicone resin)、聚醯亞胺樹脂(polyimide)等。可使用如無機填充材料、旋塗式絕緣薄膜(例如：旋塗式玻璃(Spin On Glass；SOG))之成分等。也可使用如銦(indium)、焊錫(solder)、金屬膠(例如：銀膠(silver paste))等金屬材料。也可使用例如聚苯胺(polyaniline)、聚烯烴(polyolefine)等導電性聚合物。
在該填充層14B中，依需求可分散混和添加物。作為添加物，例如，可考慮高熱傳導性之物質及高導電性之物質。高熱傳導性之添加物係分散混和於該填充層14B部份，藉此能夠改善該填充層14B部份之熱傳導性，而能夠改善整體奈米碳管薄片10之熱傳導性。當該奈米碳管薄片係用以作為導電性薄片時，高導電性之添加物係分散混和於該填充層14B部份中，藉此能夠改善整體奈米碳管薄片10之導電性。可使用奈米碳管、金屬材料、氮化鋁、二氧化矽、氧化鋁、石墨和全碳分子等作為高熱傳導性材料。
該填充層14係由高導熱性材料所形成，藉此能夠改善整體薄片之導熱性。然而，該熱塑性樹脂之導熱性一般而言不大於0.1[W/m‧K]，且由該熱塑性樹脂所形成之整體填充層14並未對熱傳導有實質的貢獻。該填充層14B係由一些高熱傳導性材料所形成(例如：取代熱塑性樹脂之導電性聚合物)，而考量到操作過程中之黏著性和界面熱阻(interface heat resistance)，該等填充層14A、14C係由該熱塑性樹脂所形成，藉此能夠提升整體薄片之熱傳導性。
第15A圖中所描繪之第一範例之奈米碳管薄片與第15B圖中所描繪之第二範例之奈米碳管薄片10彼此不同之處在於該等塗覆薄膜16的厚度。也就是說，於第15A圖所描繪之第一範例之奈米碳管薄片10中，如同已參考第7圖進行說明者，所形成之塗覆薄膜16覆蓋個別奈米碳管12之端點。於第15B圖所描繪之第二範例之奈米碳管薄片10中，如同已參考第8圖進行說明者，所形成之塗覆薄膜16將複數個奈米碳管12之前端捆在一起。
接下來，將參考第16A至19圖說明根據本實施例製造奈米碳管薄片之方法。在本文中，將說明製造第15B圖中所描繪之第二範例之奈米碳管薄片之方法，但是除了該塗覆薄膜16之厚度不同以外，製造第15A圖中所描繪之第一範例之奈米碳管薄片之方法係相同於製造第二範例之奈米碳管薄片之方法。
首先，以相同於例如根據第2A至2C圖所描繪之第一實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，複數個奈米碳管12係形成於該基板30上方(如第16A圖所示)。
接下來，以相同於例如根據第5A圖所描繪之第二實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，該塗覆薄膜16係形成於該等奈米碳管12之一端上(如第16B圖所示)。
接下來，除了該基板30，製備了另一基板40。
接下來，藉由例如旋轉塗佈法(spin coating method)施加例如厚度6μm之光阻薄膜於該基板40。該基板40並未特別限定，但是可為例如藍寶石或其他基板。可形成對該填充層14B有蝕刻選擇性(etching selective)之其他材料薄膜，以取代該光阻薄膜42。
接下來，於已施加有光阻薄膜42之基板40之表面上方，該基板30設置有該等奈米碳管12之表面，該塗覆薄膜16係形成於該基板30之相對側，並且定型該光阻薄膜42。因此，由該塗覆薄膜16所覆蓋之奈米碳管12之端點係由該光阻薄膜42所覆蓋。
接下來，該基板30係自該等奈米碳管12被去除掉。因此，具有塗覆薄膜16形成於其上之奈米碳管12係轉換至該基板40(第17A圖)。
接下來，以相同於例如根據第5A圖所描繪之第二實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，該塗覆薄膜16係形成於該等奈米碳管12之其他端點上(如第17B圖所示)。
接下來，藉由例如旋轉塗佈法施加作為該填充層14B之填充材料。於此時，適當地設定該塗佈溶液(coating solution)的黏性和旋轉塗佈器(spin coater)的轉動數(rotation number)，使得該塗覆薄膜16上之填充材料之厚度變得不大於數十奈米。
作為該填充層14B之填充材料並未特別限定，只要之後能夠定型該填充材料。舉例而言，可使用如有機填充材料、壓克力樹脂、環氧樹脂、矽氧烷樹脂、聚醯亞胺樹脂等。可使用如無機填充材料、旋塗式絕緣薄膜(例如SOG：旋塗式玻璃)之成分等。也可使用如銦、焊錫、金屬膠(例如：銀膠)等金屬材料。也可使用例如聚苯胺、聚烯烴等導電性聚合物。此處係使用矽氧烷基樹脂(silicone-based resin)作為該填充層14B之填充材料。
接下來，藉由熱處理、紫外線輻射或其他方式將該填充材料定型，並且形成該填充層14B(第18A圖)。
接下來，藉由例如有機溶劑(organic solvent)選擇性地移除該光阻薄膜42，使其自該基板40被去除掉，該等奈米碳管12係埋植於該填充層14B中，且其端點上形成有該塗覆薄膜16(第18B圖)。於此時，該等奈米碳管12由該光阻薄膜42所覆蓋之一端並非由該填充層14B所覆蓋。
接下來，以相同於例如根據第5B圖所描繪之第二實施例製造奈米碳管薄片之方法的方式，熱塑性樹脂材料之填充層14A、14C係形成於該填充層14B之兩側表面上。
因此，根據本實施例之奈米碳管薄片10具有形成有塗覆薄膜16於其上並且埋植於該填充層14A、14B、14C之層本體之填充層14中之奈米碳管12(如第19圖所示)。
如上所述，根據本實施例，該熱塑性樹脂層係設置於支撐奈米碳管之填充層之表面上，藉此能夠製造出至接置本體之接觸熱阻較小之奈米碳管薄片。
[第五實施例]
將參考第20至22B圖說明根據本發明第五實施例之電子裝置和製造該電子裝置之方法。本實施例與根據第1A至19圖所描繪之第一至第四實施例之奈米碳管薄片和奈米碳管薄片製造方法相同的構件係以相同的參考編號表示，以簡化或者避免重複說明。
第20圖係根據本實施例描繪電子裝置之結構之概略剖面圖。第21A至21D圖係根據本實施例描繪製造該電子裝置之方法之剖面圖。第22A及22B圖係根據第五實施例描繪電子零件結構之概略剖面圖。
於本實施例中，將說明使用根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片作為導熱薄片之電子裝置，以及該電子裝置之製造方法。
首先，將參考第20圖說明根據本實施例之電子裝置之結構。
於電路基板50(如多層次互連基板(multi-level interconnection substrate)等)上方，接置有如中央處理器(CPU)等之半導體元件54。該半導體元件54係經由如銲錫凸塊(solder bump)等之突出電極(projected electrode)52電性連接至該電路基板50。
於該半導體元件54上方，形成有覆蓋該半導體元件54之散熱器58，用於為該半導體元件54散熱。於該半導體元件54和該散熱器58之間，形成有根據該第一至該第四實施例任何一者之奈米碳管薄片56。該散熱器58係利用例如有機密封劑(organic sealant)60而黏著至該電路基板50。
因此，於根據本實施例之電子裝置中，於該半導體元件54和該散熱器58之間，也就是該熱產生器和該熱輻射體之間，設置有根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片。
如上所述，根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片具有定向於該薄片之厚度方向上之奈米碳管12，而垂直於該平面之熱傳導性非常高。根據該第二至該第四實施例之奈米碳管薄片於該等奈米碳管12之一端或者兩端上具有塗覆薄膜16，藉此能夠大幅地降低該接觸熱阻。
因此，上述之奈米碳管薄片係用以作為形成於該半導體元件54和該散熱器58之間的導熱薄片，藉此能夠有效地將產生自該半導體元件54之熱能垂直地傳導至該散熱器58，並且能夠增進熱輻射效率。因此，能夠改善該電子裝置之可靠度(reliability)。
該奈米碳管薄片56具有至少支撐該奈米碳管12之填 充層表面，該填充層由熱塑性樹脂材料所形成。因此，能夠改善該奈米碳管薄片56黏著至該半導體元件54和該散熱器58之黏著性，而且能夠改善該奈米碳管薄片56之熱傳導性。
接下來，將參考第21A至21D圖說明根據本實施例之電子裝置之製造方法。
於該電路基板50上方，經由該突出電極52接置該半導體元件54(第21A圖)。於本實施例之圖式中，為了使得根據本實施例之電子裝置的效果能夠被了解，而強調互相相對的該半導體元件54和該散熱器58之表面之凹面和凸面。
接下來，於接置於該電路基板50上方之半導體元件54上方，接置有該第一至該第四實施例之任何一者所描述之奈米碳管薄片56(第21B圖)。於本實施例之圖式中，係使用根據該第一實施例之奈米碳管薄片，但是也可使用根據該第二至該第四實施例之奈米碳管薄片。
接下來，將用於固定該散熱器58之有機密封劑60施加於該電路基板50，而該散熱器58係接置於該半導體元件54上，該半導體元件54上接置有奈米碳管薄片56。
接下來，利用於負載情況下設定該散熱器58，進行熱處理以重熔該奈米碳管薄片56。對於具有以例如來自Henkel Japan Ltd.之“Micromelt 6239”所形成之填充層14之奈米碳管薄片56而言，該熱處理係於例如0.25MPa之負載下於195℃下進行達10分鐘。
此熱處理將形成該奈米碳管薄片56之熱塑性樹脂熔化且液化，以沿著該半導體元件和該散熱器58之表面中的凹面和凸面將該奈米碳管薄片56變形。該奈米碳管薄片54中之奈米碳管12較不受該填充層14所限制，且該等奈米碳管12之端點直接與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸。於此時，該等奈米碳管12(其材料係可彎曲且柔軟的)能夠依據該半導體元件54和該散熱器58的凹面和凸面而彎曲。因此，更多個奈米碳管12直接與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸，藉此能夠大幅地降低該奈米碳管薄片56及該半導體元件54和該散熱器58之間的接觸熱阻。
此時的負載可能係於負載範圍中，於該負載範圍中該奈米碳管薄片56沿著該半導體元件54和該散熱器58之表面所存在之凹面和凸面而變形，以充分地與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸。該熱處理之溫度和時間週期可於某種範圍內選定，而該範圍係該半導體元件54和該散熱器58之間的界面中所存在之熱塑性樹脂熔化且流動形成該等奈米碳管12之端點直接與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸之表面狀態(surface state)。
接下來，將該電子裝置冷卻至室溫，以定型該填充層14之熱塑性樹脂，同時利用有機密封劑60將該散熱器58固定至電路基板50。於此時，該熱塑性樹脂表現出黏著性，並且能夠藉由該奈米碳管薄片56牢牢地將該半導體元件54和該散熱器58互相黏著。因此，即使在該電子裝置已被冷卻至室溫之後，仍然能夠保持該奈米碳管薄片56及該半導體元件54和該散熱器58之間的低接觸熱阻。
該奈米碳管薄片具有填充層14，該填充層14係以除了無法表現出對於已經定型的填充層14之黏著性之材料以外之材料所形成，並且僅僅藉由按壓接觸(press contact)黏著該奈米碳管薄片以及該半導體元件54和該散熱器。即使當該半導體元件54和該散熱器58係經按壓接觸，該等奈米碳管12之端點無法直接與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸。有一種構想是預先曝露該奈米碳管12之端點，但是很難充分確定能單單利用該等奈米碳管12和該填充層14之間的選擇性，蝕刻該填充層14。因此，無法充分地降低該半導體元件54和該散熱器58之間的接觸熱阻。
於上述範例中，該奈米碳管薄片56和該散熱器58係製備作為獨立的電子零件，但是該奈米碳管薄片56可預先形成於該散熱器58之內側表面。在此情況下，如第22A圖所例示，該奈米碳管薄片56的表面具有填充層14形成於其上而可黏著至該散熱器58之內側表面。此外，如第22B圖所例示，該奈米碳管薄片56曝露出該等奈米碳管12之表面可黏著至該散熱器58之內側表面。
製造如第22A圖所例示之電子零件可藉由獨立地製造該奈米碳管薄片56和該散熱器58而製造，接著於該散熱器58之內側表面上接置奈米碳管薄片56，依需求施加負載進行熱處理以黏著該奈米碳管薄片56。第22A圖之電子零件(如該奈米碳管薄片56)不僅可應用於根據該第一或該第二實施例之奈米碳管薄片，也可應用於根據該第三和該第四實施例之奈米碳管薄片。
第22B之電子零件能夠以相同於例如根據利用該散熱器58作為該基板30之該第一或該第二實施例之奈米碳管薄片製造方法的方式而製造。
如上所述，根據本實施例，根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片係配置於該半導體元件和該散熱器之間，藉此能夠大幅地改善兩者間的熱傳導性。因此，能夠改善由該半導體元件所產生之熱能之熱輻射效率，並且能夠改善該電子裝置之可靠度。
[第六實施例]
將參考第23至24B圖說明根據本發明第六實施例之電子裝置和製造該電子裝置之方法。根據第1至19圖所描繪之第一至第四實施例之奈米碳管薄片和奈米碳管薄片製造方法與根據第20至22B圖所描繪之第五實施例之電子裝置和製造該電子裝置之方法係以相同的參考編號表示，以簡化或者避免重複說明。
第23圖係根據本實施例描繪電子裝置之結構之概略剖面圖。第24A至24B圖係根據本實施例描繪製造該電子裝置之方法之剖面圖。
首先，將參考第23圖說明根據本實施例之電子裝置之結構。
如第23圖所描繪，根據本實施例之電子裝置對應至根 據該第五實施例之電子裝置，根據該第五實施例之電子裝置具有根據該第三實施例配置於該半導體元件54和該散熱器58之間的奈米碳管薄片56。
接下來，將參考第24A及24B圖說明根據本實施例之電子裝置製造方法。
首先，以相同於例如根據第10A至第11B圖所描繪之第三實施例之奈米碳管薄片製造方法的方式，該奈米碳管薄片10a具有形成有塗覆薄膜16a於其上並且埋植於該填充層14a中之奈米碳管12a，而該奈米碳管薄片10b具有形成有塗覆薄膜16b於其上並且埋植於該填充層14b中之奈米碳管12b。
接下來，以相同於例如根據第21A圖所描繪之第五實施例之電子裝置製造方法的方式，該半導體元件54係利用該突出電極52而接置於該電路基板50上。
接下來，該奈米碳管薄片10b係黏著至該半導體元件54之上側表面。該奈米碳管薄片10a係黏著至該散熱器58之內側表面。藉由於該半導體元件54和該散熱器58上接置該等奈米碳管薄片10a、10b，可將該等奈米碳管薄片10a、10b黏著至該半導體元件54和該散熱器58，並且接著依需求於負載下進行熱處理。
接下來，將用於固定該散熱器58之有機密封劑60施加於該電路基板50，而該散熱器58係接置於該半導體元件54上方，該散熱器58黏著有該奈米碳管薄片10a，該奈米碳管薄片10b黏著至該半導體元件54(第24A圖)。
接下來，以相同於例如根據第12及13圖所描繪之第三實施例之奈米碳管薄片製造方法的方式，利用該散熱器58於負載下進行熱處理。因此，該填充層14a、14b係熔化和液化，並且均勻化，而奈米碳管12a和奈米碳管12b係互相嵌入該等奈米碳管12b之間的縫隙中以及該等奈米碳管12a之間的縫隙中。因此，根據該第三實施例之奈米碳管薄片56係形成於該半導體元件54和該散熱器58之間。
所形成之奈米碳管薄片56同時依據該半導體元件54和該散熱器58之表面之凹面和凸面變形。再者，該奈米碳管薄片54中之奈米碳管12a、12b較不受該填充層14所限制，且該等奈米碳管12之端點直接與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸(此情況相同於形成有塗覆薄膜16a、16b之情況)。因此，能夠大幅地降低該奈米碳管薄片56及該半導體元件54和該散熱器58之間的接觸熱阻。
此時的負載可能係於負載範圍中，於該負載範圍中該奈米碳管薄片10a、10b係均勻的，該奈米碳管薄片56係沿著該半導體元件54和該散熱器58之表面所存在之凹面和凸面而變形，以充分地與該半導體元件54和該散熱器58發生足夠接觸。該熱處理之溫度和時間週期可於某種範圍內選定，而該範圍係該半導體元件54和該散熱器58之間的界面中所存在之熱塑性樹脂熔化並流動使得該等奈米碳管12之端點直接與該半導體元件54和該散熱器58發生接觸。
接下來，將該電子裝置冷卻至室溫，以定型該填充層14之熱塑性樹脂，同時利用有機密封劑60將該散熱器58固定至該電路基板50。於此時，該熱塑性樹脂表現出黏著性，並且能夠藉由該奈米碳管薄片56牢牢地將該半導體元件54和該散熱器58互相黏著。因此，即使在該電子裝置已被冷卻至室溫之後，仍然能夠保持該奈米碳管薄片56及該半導體元件54和該散熱器58之間的低接觸熱阻。
如上所述，根據本實施例，根據該第三實施例之奈米碳管薄片係配置於該半導體元件和該散熱器之間，藉此能夠大幅地改善兩者間的熱傳導性。因此，能夠增進由該半導體元件所產生之熱能之熱輻射效率，並且能夠改善該電子裝置之可靠度。
[第七實施例]
將參考第25圖說明根據本發明第七實施例之電子裝置。
第25圖係根據本實施例描繪電子裝置之結構之透視圖。
於本實施例中，將說明使用根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片作為導熱薄片之電子裝置，該奈米碳管薄片也具有導電薄片之功能。
如第25圖所描繪，用於例如無線通訊基地臺(radio communication station)之高功率放大器(High Power Amplifier；HPA)120係建置於封裝件122中，並且接合至該封裝件122背面之散熱片(heat sink)124。該高功率放 大器120所產生之熱能係透過該封裝件122之背面輻射至該散熱片124。該封裝件122也用以作為電性接地(接地表面)並且必須電性連接至該散熱片124。為了此目的，該封裝件122與該散熱片124之間的接合宜使用導電性和熱傳導性良好之導體。
如該第一至該第四實施例所述，根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片允許該等奈米碳管12或者形成有塗覆薄膜16於其上之奈米碳管12直接與熱產生器或熱輻射體發生接觸。也就是說，根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片不僅能夠用以作為熱輻射薄片(heat radiation sheet)，也能夠用以作為導電薄片。
因此，如第25圖所描繪，根據該第一至該第四實施例之任何一者之奈米碳管薄片126係使用於該封裝件122與該散熱片124之間的接合，藉此能夠將該封裝件122與該散熱片124互相電性連接。該高功率放大器120所產生之熱能能夠有效率地傳導至該散熱片124，藉此能夠增進熱輻射效率。因此，能夠改善該電子裝置之可靠度。
根據本實施例之電子裝置能夠以相同於例如根據該第五或該第六實施例製造電子裝置之方法製造。
如上所述，根據本實施例，根據該第一至該第四實施例之奈米碳管薄片係配置於該高功率放大器之封裝件和該散熱片之間，藉此能夠大幅地改善兩者間的熱傳導性。因此，能夠增進由該高功率放大器所產生之熱能之熱輻射效率。因此，能夠增進該電子裝置之可靠度。作為接地之高 功率放大器和散熱片能夠互相電性連接。
[變化實施例]
上述實施例可涵蓋其他多種不同的變化。
舉例而言，於上述實施例中，使用碳原子線性結構之薄片結構係由使用奈米碳管之奈米碳管薄片所例示，但是使用碳原子線性結構之薄片結構並不限定於此。作為碳原子線性結構，除了奈米碳管以外，也列出碳奈米線(carbon nanowire)、碳棒(carbon rod)及碳纖維。除了尺寸上與奈米碳管不同以外，這些線性結構均相同於該等奈米碳管。這些實施例可應用於使用這些線性結構之薄片結構。
上述實施例中所述之組成材料和製造條件並非必要的，且能夠依據目的而適當地變化。
奈米碳管薄片之用途並不限定於上述實施例所描述之用途。上述之奈米碳管薄片可應用於例如中央處理器之熱輻射薄片、無線通訊基地臺之高功率放大器、用於無線通訊終端(terminal)之高功率放大器、電機馬達之高功率開關、伺服器、個人電腦等作為導熱薄片。基於該等奈米碳管可容許之高電流密度，該等奈米碳管薄片可應用於垂直互連薄片及多種使用垂直互連薄片之不同應用。
本說明書所陳述之所有範例和有條件的語言均係以教示之目的意圖幫助讀者更進一步了解本發明以及發明人所貢獻之概念，且本發明係理解為並非限定於所陳述的這些特定範例和條件，本說明書之範例組織並非關於本發明之優點與缺點。儘管本發明之實施例已經詳細描述，但是應了解到本發明可進行各種不同的變化、替換及變更，而不悖離本發明之精神與範疇。
10．．．奈米碳管薄片
10a．．．奈米碳管薄片
10b．．．奈米碳管薄片
10c．．．奈米碳管薄片
10d．．．奈米碳管薄片
12．．．奈米碳管
12a．．．奈米碳管
12b．．．奈米碳管
12c．．．奈米碳管
12d．．．奈米碳管
14．．．填充層
14a．．．填充層
14b．．．填充層
14c．．．填充層
14d．．．填充層
14A．．．填充層
14B．．．填充層
14C．．．填充層
16．．．塗覆薄膜
16a．．．塗覆薄膜
16b．．．塗覆薄膜
30．．．基板
30a．．．基板
32．．．催化劑金屬薄膜
32a．．．催化劑金屬薄膜
34．．．熱塑性樹脂薄膜
40．．．基板
42．．．光阻薄膜
50．．．電路基板
52．．．突出電極
54．．．半導體元件
56．．．奈米碳管薄片
58．．．散熱器
60．．．有機密封劑
70．．．高功率放大器
72．．．封裝件
74．．．散熱片
76．．．奈米碳管薄片
第1A圖及第1B圖係根據本發明第一實施例描繪奈米碳管薄片之結構之概略剖面圖；
第2A圖至第2C圖及第3A圖至第3C圖係根據本發明第一實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之剖面圖；
第4圖係根據本發明第二實施例描繪奈米碳管薄片之結構之概略剖面圖；
第5A圖至第5C圖係根據本發明第二實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之剖面圖；
第6圖至第8圖係根據本發明第二實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖；
第9A圖至第9B圖係根據本發明第三實施例描繪奈米碳管薄片之結構之透視圖；
第10A圖及第10B圖、第11A圖及第11B圖、第12圖以及第13圖係根據本發明第三實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖；
第14圖係根據本發明第三實施例之另一範例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖；
第15A圖及第15B圖係根據本發明第四實施例描繪奈米碳管薄片之結構之透視圖；
第16A圖及第16B圖、第17A圖及第17B圖、第18A圖及第18B圖以及第19圖係根據本發明第四實施例描繪製造該奈米碳管薄片之方法之透視圖；
第20圖係根據本發明第五實施例描繪電子裝置之結構之概略剖面圖；
第21A圖至第21D圖係根據本發明第五實施例描繪製造該電子裝置之方法之剖面圖；
第22A圖及第22B圖係根據本發明第五實施例描繪電子零件結構之概略剖面圖；
第23圖係根據本發明第六實施例描繪電子裝置之結構之概略剖面圖；
第24A圖及第24B圖係根據本發明第六實施例描繪製造該電子裝置之方法之剖面圖；以及
第25圖係根據本發明第七實施例描繪電子裝置之結構之透視圖。
120‧‧‧高功率放大器
122‧‧‧封裝件
124‧‧‧散熱片
126‧‧‧奈米碳管薄片

Claims (16)

  1. 一種熱輻射材料，係包括：複數個碳原子線性結構；填充層，係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間；以及塗覆薄膜，係形成於該複數個線性結構之至少一端上，並且由相較於該熱塑性樹脂具有更高熱傳導性之材料所形成，該塗覆薄膜係與該鄰近之線性結構互相接合，其中，該填充層包含第一層、第二層及第三層，該第一層係由該熱塑性樹脂所形成，該第二層係配置於該第一層上並且係由不同於該熱塑性樹脂之材料所形成，該第三層係配置於該第二層上並且係由該熱塑性層所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之熱輻射材料，其中，該熱塑性樹脂依據溫度於液態和固態之間改變狀態。
  3. 如申請專利範圍第2項之熱輻射材料，其中，當該熱塑性樹脂之狀態自液態改變至固態時，該熱塑性樹脂表現出黏著性。
  4. 如申請專利範圍第1項之熱輻射材料，其中，該複數個線性結構係定向於該填充層之薄膜厚度方向上。
  5. 如申請專利範圍第1項之熱輻射材料，其中，該複數個線性結構之至少一端係曝露自該填充層。
  6. 一種電子裝置，係包括：熱產生器； 熱輻射體；熱輻射材料，係配置於該熱產生器和該熱輻射體之間，並且包括：複數個碳原子線性結構；填充層，係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間；以及塗覆薄膜，係形成於該複數個線性結構之至少一端上，並且由相較於該熱塑性樹脂具有更高熱傳導性之材料所形成，該塗覆薄膜係與該鄰近之線性結構互相接合，其中，該填充層包含第一層、第二層及第三層，該第一層係由該熱塑性樹脂所形成，該第二層係配置於該第一層上並且係由不同於該熱塑性樹脂之材料所形成，該第三層係配置於該第二層上並且係由該熱塑性層所形成。
  7. 如申請專利範圍第6項之電子裝置，其中，該熱塑性樹脂之熔點溫度係高於該熱輻射體之熱產生溫度並且低於該熱產生器和該熱輻射體之熱阻溫度。
  8. 如申請專利範圍第6項之電子裝置，其中，該複數個線性結構係定向於該填充層之薄膜厚度方向上。
  9. 如申請專利範圍第6項之電子裝置，其中，該熱產生器和該熱輻射體係利用該熱塑性樹脂而黏著至該熱輻射材料。
  10. 一種電子裝置之製造方法，係包括：於熱產生器和熱輻射體之間配置熱輻射材料，該熱 輻射材料包含複數個碳原子線性結構、填充層和塗覆薄膜，該填充層係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間，而該塗覆薄膜係形成於該複數個線性結構之至少一端上，並且由相較於該熱塑性樹脂具有更高熱傳導性之材料所形成，該塗覆薄膜係與該鄰近之線狀結構互相接合，其中，該填充層包含第一層、第二層及第三層，該第一層係由該熱塑性樹脂所形成，該第二層係配置於該第一層上並且係由不同於該熱塑性樹脂之材料所形成，該第三層係配置於該第二層上並且係由該熱塑性層所形成；加熱該熱輻射材料以熔化該熱塑性樹脂；以及冷卻該熱輻射材料以定型該熱塑性樹脂。
  11. 如申請專利範圍第10項之電子裝置之製造方法，其中，在熔化該熱塑性樹脂的過程中，係藉由以高於該熱產生器之熱產生溫度並且低於該熱產生器和該熱輻射體之熱阻溫度之溫度加熱該熱輻射材料而熔化該熱塑性樹脂。
  12. 如申請專利範圍第10項之電子裝置之製造方法，其中，當該熱塑性樹脂的材料之狀態自液態改變至固態時，該熱塑性樹脂的材料表現出黏著性，並且當該熱輻射材料冷卻時，該熱塑性樹脂之材料將該熱輻射材料黏著至該熱產生器或該熱輻射體。
  13. 如申請專利範圍第10項之電子裝置之製造方法，其中，於該熱產生器和該熱輻射體之間配置該熱輻射材料 係包含於該熱輻射體上長成該複數個線性結構，並且穿透該複數個線性結構之間之該熱塑性樹脂，以形成該填充層。
  14. 如申請專利範圍第10項之電子裝置之製造方法，其中，在配置該熱輻射材料於該熱產生器和該熱輻射體之間的過程中，複數個熱輻射材料係配置於該熱產生器和該熱輻射體之間，以及在熔化該熱塑性樹脂的過程中，該複數個熱輻射材料之複數個線性結構係互相嵌插於該複數個線性結構之間。
  15. 如申請專利範圍第14項之電子裝置之製造方法，其中，該複數個熱輻射材料之至少一者係預先黏著至該熱產生器或該熱輻射體。
  16. 一種熱輻射組件，係包括：熱輻射體；以及熱輻射材料，係形成於該熱輻射體上，並且包含複數個碳原子線性結構、填充層和塗覆薄膜，該填充層係由熱塑性樹脂所形成並且配置於該複數個線性結構之間，而該塗覆薄膜係形成於該複數個線性結構之至少一端上，並且由相較於該熱塑性樹脂具有更高熱傳導性之材料所形成，該塗覆薄膜係與該鄰近之線狀結構互相接合，其中，該填充層包含第一層、第二層及第三層，該第一層係由該熱塑性樹脂所形成，該第二層係配置於該第一層上並且係由不同於該熱塑性樹脂之材料所形成，該第三層係配置於該第二層上並且係由該熱塑性層 所形成。
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