散热装置及其制备方法

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【技术领域】\n本发明是涉及一种散热装置及其制备方法，尤其是涉及一种高散热效率 的散热装置及其制备方法。\n【背景技术】\n随着信息产业的迅速发展，电子装置内部所设的发热元件(如中央处理器 及显卡发热元件)的处理数据能力也愈来愈强。然而，伴随发热元件运算速度 的提升，其产生的热量也大幅度增加。为将所述热量迅速排出，使发热元件 在正常工作温度下运行，以确保数据处理、储存及传输的质量，通常在所述 发热元件的表面设置一散热装置。\n现有技术中的散热装置基座多采用铜材料制作(铜导热系数可达402 W/mK)，并将碳纳米管作为导热元件应用于发热元件与散热装置基座间，由 于碳纳米管是碳原子形成的石墨层卷曲而成的无缝、中空管状物，具有优异 的轴向导热性，其导热系数可达20000W/mK(大约为铜材料的50倍)，可大 大提高发热元件与散热装置基座间的导热性能，从而提高整体散热装置的散 热性能。\n为获得形成在散热装置上的碳纳米管，通常是在铜板上沉积镍、铁、钴 等催化剂粒子后，再通过化学气相沉积法生长碳纳米管。但是，如果直接在 铜板上沉积镍、铁、钴等催化剂粒子，由于铜原子扩散性非常好，极易扩散 到催化剂层而与其中的催化剂粒子反应，导致无法顺利长出可应用于散热装 置的碳纳米管。\n为解决铜原子扩散而影响碳纳米管生长的问题，需要在铜板上预先蒸镀 或溅镀一层阻挡层以阻止铜原子扩散现象的发生，目前提出的阻挡层多使用 半导体制程中常用的氮化钛(TiN)材料。如中国专利申请第03114708.9号中 揭示化学气相法沉积氮化钛和铜金属层大马士革工艺，所述方法是在一台多 腔体真空设备中，依次连续沉积TiN阻挡层、Cu金属薄膜，并在H2-N2气氛 中进行快速退火，从而得到晶粒大小及电阻分布都很均匀的阻挡层及Cu金 属薄膜。\n但是，上述方法提供的TiN阻挡层，由于TiN的导热系数仅为30W/mK， 相对铜(铜导热系数可达402W/mK)及碳纳米管(导热系数可达20000W/mK) 而言，传热速度慢，从而在散热装置整体上限制其散热效率。\n有鉴于此，提供一种高散热效率的散热装置及其制备方法实为必要。\n【发明内容】\n为解决现有技术中的散热装置的散热效率低的问题，本发明的目的是提 供一种高散热效率的散热装置。\n本发明的另一目的是提供上述散热装置的制备方法。\n为实现本发明的目的，本发明提供一种散热装置，其包括：铜基座，形 成于所述铜基座一面的氮化铝层，形成于所述氮化铝层上的催化剂层，形成 于所述催化剂层上的碳纳米管。\n为实现本发明的另一目的，本发明提供一种散热装置的制备方法，其包 括下述步骤：提供一包括相对两面的铜基座；在所述铜基座的一面形成一氮 化铝层；在所述氮化铝层上形成一催化剂层；在所述催化剂层上长出碳纳米 管。\n与现有技术相比较，本发明是以氮化铝层作为扩散阻挡层，所述阻挡层 不仅可有效防止基座中的铜原子扩散到催化剂层，与催化剂粒子反应而影响 碳纳米管的生长，且氮化铝导热系数较高也可确保散热装置的高散热效率。\n【附图说明】\n图1是本发明实施例中散热装置的结构示意图。\n图2是本发明实施例中氮化铝层的形成方法示意图。\n图3是本发明的散热装置的使用示意图。\n图4是本发明实施例中散热装置的制备方法流程图。\n【具体实施方式】\n请先参阅图1，是本发明较佳实施例的散热装置5的结构示意图，其包括 基座1，形成于基座1一面的氮化铝层2，形成于氮化铝层2上的催化剂层3，形 成于催化剂层3上的碳纳米管4。\n请一并参阅图2及图4，对本发明较佳实施例所提供的散热装置5的制备方 法进行详细说明。\n本发明较佳实施例的散热装置5的制备方法包括以下步骤：步骤11，提供 一基座1；步骤12，在基座1的一面形成一氮化铝层2；步骤13，在氮化铝层2 上形成一催化剂层3；步骤14，在催化剂层3上长出碳纳米管4。\n步骤11，提供一基座1。本实施例中选用铜板作为基座1，其包括相对两 面。\n步骤12，在基座1上形成一氮化铝层2。首先，在基座1一面通过溅射法或 蒸镀法沉积一层铝膜6，其厚度小于100埃；然后，通过氮气或氨气对铝膜6 进行等离子处理，将铝膜6转化为氮化铝层2。\n步骤13，在氮化铝层2上形成一催化剂层3。首先，将催化剂金属利用电 子束蒸发沉积法、热沉积法或溅射法等方法形成在基座1上的氮化铝层2表面； 然后，将沉积有催化剂金属的基座1放置于空气中，在300～400℃热处理约10 小时，使催化剂金属氧化成催化剂氧化物颗粒；最后，将所述催化剂氧化物 颗粒用还原性气体还原成纳米级催化剂粒子，从而在氮化铝层2表面形成一由 纳米级催化剂粒子组成的催化剂层3。其中，催化剂金属包括镍、铁、钴及其 合金中一种或几种，本实施例中选用铁；所述催化剂金属的沉积厚度为几纳 米到几百纳米，以5纳米为较佳；还原性气体可为氢气或氨气等。\n步骤14，在催化剂层3上长出碳纳米管4。首先，将带有氮化铝层2及催化 剂层3的基座1放入反应室(图未示)中，向反应室内通入保护气体并加热至一 预定温度。其中，所述保护气体可为氩气、氦气等惰性气体或氮气，本实施 例中选用氩气；所述预定温度因催化剂材料的不同而不同，当选用金属铁为 催化剂金属时，则一般加热到500～700℃，以650℃为较佳。然后，向反应室 内通入碳源气进行反应，碳纳米管4从催化剂层3上长出。其中，碳源气为碳 氢化合物，包括乙炔、乙烯等，本实施例中选用乙炔。\n金属本身为结晶结构，存在有晶界，而晶界对于铜原子而言是一种极好 的扩散途径，再加上铜本身是一种高扩散系数的金属，因此便很轻易的在低 温下溶入催化剂金属层中。本发明是以氮化铝层2作为基座中铜原子的扩散阻 挡层，其是在金属铝中通过等离子处理法加入氮原子，氮原子破坏金属铝的 结晶构造，从而消除晶界，有效阻挡铜原子的扩散。且，氮化铝具有高熔点(其 熔点可达2450℃)，即使在高温下也不与铜互溶，导热系数为80～260W/mK， 可确保散热装置5的高散热效率。另，氮化铝在1000℃下抗氧化而保持其固有 性能，即使在催化剂层3的形成过程中，在氮化铝层2上生成氧化铝薄层，氧 化铝在高温下也属于稳定相，且为一能有效阻隔原子移动的阻碍层，故能减 少基座中铜原子扩散到催化剂层3而与其中的催化剂粒子反应，同时也可防止 催化剂层3中的催化剂粒子扩散出来与基座中铜原子结合而被反应掉；氧化铝 的导热性能也较佳，其导热系数在30W/mK以上。从而，本实施例的散热装 置5的氮化铝层2不仅可有效防止基座中的铜原子扩散，且可确保散热装置5 的高散热效率。\n另，本发明的散热装置也可包括由铜、铝等金属制成的多个散热鳍片， 其断面可为U字形、L字形等形状，所述多个散热鳍片可通过冲压方式形成于 基座1的另一面。\n请参阅图3，是本发明的散热装置9的使用示意图。发热元件8所产生的热 量经碳纳米管4、催化剂层3及氮化铝层2传递到基座1，再由基座1传递到散热 鳍片7上，最终由基座1及散热鳍片7将热量散发到周围流动的空气中，从而完 成散热装置9的散热效能。且，由于碳纳米管4、催化剂层3及氮化铝层2均具 有优良的导热性能，可确保发热元件8所产生的热量及时被排出，使发热元件 8在正常工作温度下运行，以确保数据处理、储存及传输的质量。