專利名稱：片結(jié)構(gòu)和制造片結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此披露的各實(shí)施例涉及一種片結(jié)構(gòu)和制造片結(jié)構(gòu)的方法，特別涉及一 種包括碳原子線性結(jié)構(gòu)的片結(jié)構(gòu)和制造所述片結(jié)構(gòu)的方法，以及使用所述片 結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備和制造所述電子設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
用在服務(wù)器、個(gè)人電腦等的CPU (中央處理器)中的電子元器件需要具
有很高的散熱效率，以散發(fā)由半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的熱量。為了有效地散發(fā)半導(dǎo)
體器件產(chǎn)生的熱量，由比導(dǎo)熱率高的材料(例如銅等)制成的散熱器(heat spreader)結(jié)構(gòu)設(shè)置在具有導(dǎo)熱片(例如銦片等)的半導(dǎo)體器件上，所述導(dǎo)熱 片直接設(shè)置在半導(dǎo)體器件之上，且介于散熱器結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體器件之間。
然而，由于近來(lái)對(duì)稀有金屬的大量需求，銦的價(jià)格不斷上漲，因此需要 一種成本低于銦的替代材料。就物理性能來(lái)說(shuō)，銦的比導(dǎo)熱率(50W/nvK) 不是很高。為了更有效地散發(fā)由半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的熱量，需要比導(dǎo)熱率更高 的材料。
在這樣的背景下，作為導(dǎo)熱率高于銦的材料，通常為碳納米管的碳原子 線性結(jié)構(gòu)受到關(guān)注。碳納米管不僅具有很高的導(dǎo)熱率U500W/nrK)，而且 在柔性和耐熱性方面性能優(yōu)越，作為散熱材料具有很高的潛力。
作為使用碳納米管的導(dǎo)熱片，已經(jīng)提出了以下幾種導(dǎo)熱片 一種包括碳 納米管的導(dǎo)熱片，碳納米管散布在樹脂中； 一種包括碳納米管束的導(dǎo)熱片， 該碳納米管束在襯底上定向生長(zhǎng)且嵌有樹脂。
下述專利文獻(xiàn)可作為本發(fā)明的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)日本特開(kāi)專利公報(bào)第 2005-150362號(hào)；日本特開(kāi)專利公報(bào)第2006-147801號(hào)；以及日本特開(kāi)專利 公報(bào)第2006-303240號(hào)。
然而，在提出的導(dǎo)熱片中，不能完全利用碳納米管的較高導(dǎo)熱率沒(méi)有得 到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率很高的使用碳 原子線性結(jié)構(gòu)的片結(jié)構(gòu)，以及一種制造所述片結(jié)構(gòu)的方法，以及提供一種使 用所述片結(jié)構(gòu)的高性能的電子設(shè)備，以及制造所述電子設(shè)備的方法。
根據(jù)實(shí)施例的一個(gè)方案，提供一種片結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)； 填充層，所述填充層填充在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)之間的間隙中并且支承 所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；以及第一涂膜，所述第一涂膜形成在所述多個(gè)碳 原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端，并且形成所述第一涂膜的材料的導(dǎo)熱率高于所述 填充層的構(gòu)成材料的導(dǎo)熱率。
根據(jù)實(shí)施例的另一方案，提供一種片結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)； 以及第一涂膜，所述第一涂膜形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端， 并且形成所述第一涂膜的材料的導(dǎo)熱率至少為1 W/nrK，并且所述第一涂膜 將相鄰的所述碳原子線性結(jié)構(gòu)彼此連接。根據(jù)實(shí)施例的再一方案，提供一種電子設(shè)備，包括發(fā)熱元件；散熱元 件，用于散發(fā)由所述發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量；以及片結(jié)構(gòu)，所述片結(jié)構(gòu)設(shè)置在 所述發(fā)熱元件與所述散熱元件之間，并且包括多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)以及形成 在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端的涂膜。
根據(jù)實(shí)施例的又一方案，提供一種制造片結(jié)構(gòu)的方法，包括在第一襯 底上形成催化金屬膜；借助作為催化劑的所述催化金屬膜，在所述第一襯底 上生長(zhǎng)多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的一端上形成第一 涂膜；將第二襯底粘附至所述第一涂膜，并隨后將所述第一襯底從所述多個(gè) 碳原子線性結(jié)構(gòu)與所述第一襯底之間的界面處分離；將填充材料填充在所述 碳原子線性結(jié)構(gòu)之間以形成填充層；以及移除所述第二襯底。
根據(jù)實(shí)施例的另一方案，提供一種制造片結(jié)構(gòu)的方法，包括在襯底上
形成催化金屬膜；借助作為催化劑的所述催化金屬膜，在所述襯底上生長(zhǎng)多
個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的一端上形成第一涂膜，以
使相鄰的所述碳原子線性結(jié)構(gòu)連接；以及將所述襯底從所述多個(gè)碳原子線性 結(jié)構(gòu)與所述襯底之間的界面處移除。
根據(jù)實(shí)施例的再一方案，提供一種制造電子設(shè)備的方法，包括連接發(fā) 熱元件和散熱元件，所述散熱元件用于通過(guò)設(shè)置在所述發(fā)熱元件與所述散熱元件之間的片結(jié)構(gòu)散發(fā)由所述發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量，所述片結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳 原子線性結(jié)構(gòu)以及形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端的涂膜；以及 在高于所述涂膜的構(gòu)成材料的熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，以回流所述涂膜。
通過(guò)在所附權(quán)利要求中特別指出的元件和組合可以實(shí)現(xiàn)實(shí)施例的目的 并獲得實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該理解的是，前述概況的描述和以下詳細(xì)的描述為示例性和說(shuō)明性 的，而并非用于限制實(shí)施例，所述實(shí)施例的范圍以所附權(quán)利要求書所限定的 范圍為準(zhǔn)。


圖1為示出了根據(jù)第一實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的立體圖； 圖2為示出了模擬給出的涂膜的接觸熱阻與涂布長(zhǎng)度之間的關(guān)系的曲線圖； 圖3為示出了通過(guò)碳納米管片彼此連接的發(fā)熱元件和散熱元件的情況的 示意圖4A至圖4B、圖5A至圖5B、圖6A至圖6B和圖7為示出了根據(jù)第 一實(shí)施例的碳納米管片的制造方法的立體圖8A至圖8B和圖9A至圖9B為示出了根據(jù)第二實(shí)施例的碳納米管片 的制造方法的立體圖IO為示出了根據(jù)第三實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的立體圖11A至圖11B為示出了根據(jù)第三實(shí)施例的碳納米管片的制造方法的立 體圖12A為示出了根據(jù)第四實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的平面圖12B為示出了根據(jù)第四實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的截面示意圖13為示出了根據(jù)第五實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的立體圖14A至圖14B和圖15A至圖15B為示出了根據(jù)第五實(shí)施例的碳納米
管片的制造方法的立體圖16為示出了根據(jù)第六實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的截面示意圖17A至圖17C和圖18A至圖18C為示出了根據(jù)第六實(shí)施例的碳納米
管片的制造方法的截面示意圖19為示出了用于傾斜根據(jù)第六實(shí)施例的碳納米管束的方法的示意圖；圖20為示出了根據(jù)第七實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面示意圖； 圖21為示出了根據(jù)第八實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面示意圖；以及 圖22為示出了根據(jù)第九實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例
以下參照?qǐng)D1至圖7對(duì)根據(jù)第一實(shí)施例的碳納米管片以及所述碳納米管 片的制造方法進(jìn)行描述。
圖1為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2為示出 了模擬給出的涂膜的接觸熱阻與涂布長(zhǎng)度之間的關(guān)系的曲線圖。圖3為示出 了通過(guò)碳納米管片彼此連接的發(fā)熱元件和散熱元件的情況的示意圖。圖4A 至圖4B、圖5A至圖5B、圖6A至圖6B和圖7為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳 納米管片的制造方法的立體圖。
首先，參照?qǐng)Dl對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。
根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10的結(jié)構(gòu)如下如圖1所示，多個(gè)碳納米 管12浸在由樹脂材料、金屬材料等形成的填充層16中，所述碳納米管12 的兩端涂布有由導(dǎo)熱材料和/或?qū)щ姴牧闲纬傻耐磕?4。
碳納米管12垂直于片的表面定向。碳納米管12可以為單壁碳納米管或 多壁碳納米管。不特別限制碳納米管12的密度，但出于散熱和導(dǎo)電的考慮， 可以優(yōu)選將密度設(shè)為至少約l X 101Q管/cm2。根據(jù)碳納米管片IO的應(yīng)用確 定碳納米管12的長(zhǎng)度。不特別限制碳納米管12的長(zhǎng)度，但可以優(yōu)選設(shè)為約 5 - 500拜。
不特別限制設(shè)置在碳納米管12兩端上的涂膜14，只要涂膜14由導(dǎo)熱率 高的材料形成即可。為了整體上改進(jìn)碳納米管片10的導(dǎo)熱率，形成涂膜14 的材料的導(dǎo)熱率優(yōu)選高于形成填充層16的材料的導(dǎo)熱率。由于普通樹脂材 料的導(dǎo)熱率約為0.1 (W/m，K)，因此，形成在碳納米管片10的兩個(gè)表面上 的涂膜14由導(dǎo)熱率高(例如至少為1 (W/nvK))的材料形成是有效的。當(dāng) 碳納米管片IO應(yīng)用于導(dǎo)電領(lǐng)域時(shí)，可以使用例如金屬、合金等的導(dǎo)電材料。 例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等可以用作形 成涂膜14的材料。涂膜14并不必須為單層結(jié)構(gòu)，而是可以具有兩層、三層或更多層的多層結(jié)構(gòu)(例如鈦(TO和金(Au)的多層結(jié)構(gòu))。
與沒(méi)有設(shè)置涂膜14的情形相比，通過(guò)在碳納米管12的兩端設(shè)置導(dǎo)熱率 高的涂膜14,可以增大碳納米管片10與安裝體8 (散熱元件或發(fā)熱元件) 的接觸區(qū)域。因此，可以減小在碳納米管12與安裝體之間的接觸熱阻，并 且可以增加碳納米管片10的導(dǎo)熱率。
使用由低熔點(diǎn)材料(例如銦(熔點(diǎn)約157。C))或低熔點(diǎn)焊料)形成涂 膜14，以由此在碳納米管片10與安裝體接觸后使得涂膜14回流(reflow)。 因此，涂膜14的構(gòu)成材料可填充在碳納米管片IO與安裝體之間的接觸部分 的凹部和凸部中，由此可以進(jìn)一步改進(jìn)碳納米管片10與安裝體之間的導(dǎo)熱 率和導(dǎo)電率。
圖2為示出了模擬給出的涂膜14的接觸熱阻與涂布長(zhǎng)度之間的關(guān)系的 曲線圖。橫坐標(biāo)表示的是涂膜14的涂布長(zhǎng)度Lc，縱坐標(biāo)表示接觸熱阻Rth。
圖3為示出了通過(guò)碳納米管片10彼此連接的發(fā)熱元件50和散熱元件60 的情況的示意圖。在圖3中，由一個(gè)碳納米管12表示碳納米管片10。形成 涂膜14以覆蓋碳納米管12的端部區(qū)域。如圖3所示，涂膜14的涂布長(zhǎng)度 U為碳納米管12的覆蓋了涂膜14的區(qū)域的長(zhǎng)度。
在圖2的模擬中，假定碳納米管12的導(dǎo)熱率為1000 W/nrK，長(zhǎng)度為 100pm，且形成的密度為l X 10"管/cm2。還假定，由金形成的涂膜14與碳 納米管12之間的接觸區(qū)域的30%用于熱傳導(dǎo)。
如圖2所述，涂膜14的涂布長(zhǎng)度越長(zhǎng)，碳納米管12的接觸熱阻就越低。 特別當(dāng)涂膜14的涂布長(zhǎng)度Le不大于100nm時(shí)，接觸熱阻的變化相對(duì)于涂布 長(zhǎng)度Le很大，并且在涂布長(zhǎng)度至少為幾十nm時(shí)，接觸熱阻以一個(gè)或多個(gè)級(jí) (by one placement or more )減少。
當(dāng)碳納米管12以約1 X 10"管/cmS的密度生長(zhǎng)時(shí)，涂布長(zhǎng)度U約為在 碳納米管12的端面上沉積的膜的膜厚度的三倍。
當(dāng)碳納米管12以約1 X 10"管/cr^的密度生長(zhǎng)時(shí)，碳納米管12之間的 間隙約為30 - 50nm。在這種情況下，當(dāng)沉積在碳納米管12的端面上的涂膜 14的膜厚度設(shè)定為至少約100 nm時(shí)，形成在相鄰的碳納米管12上的涂膜 14彼此接觸，并且在碳納米管片10的表面上連續(xù)地形成涂膜14。
可以根據(jù)碳納米管片10的所需特性適當(dāng)?shù)卦O(shè)定涂膜14的膜厚度。可以根據(jù)上述接觸熱阻給定涂膜14的最小膜厚度。例如，當(dāng)碳納米管
12以約1 X 10"管/cn^的密度生長(zhǎng)時(shí)，涂膜14的膜厚度優(yōu)選至少為約30nm (涂布長(zhǎng)度U至少為約100nm)。因此，與沒(méi)有設(shè)置涂膜14的情形相比， 接觸熱阻可以改進(jìn)一個(gè)或多個(gè)級(jí)。
可以根據(jù)碳納米管片10的所需導(dǎo)熱率給定涂膜14的最大膜厚度。當(dāng)涂 膜14由金形成時(shí)，其導(dǎo)熱率為約300W/m，K，該導(dǎo)熱率約為碳納米管12的 導(dǎo)熱率的1/10，會(huì)存在如下的危險(xiǎn)，S卩，涂膜14形成得過(guò)厚會(huì)在整體上減 少碳納米管片IO的導(dǎo)熱率。
可以根據(jù)碳納米管片10的應(yīng)用選擇相鄰的碳納米管12是否通過(guò)涂膜14 彼此連接。
當(dāng)相鄰的碳納米管12通過(guò)涂膜14彼此連接時(shí)，每個(gè)碳納米管12彼此 獨(dú)立并且具有很高的柔性。因此，基于碳納米管12與安裝體的接觸可以改 進(jìn)碳納米管12的柔性。
另一方面，在相鄰的碳納米管12通過(guò)涂膜14彼此連接的情況下，即使 當(dāng)一些碳納米管12由于碳納米管12的長(zhǎng)度不一致而沒(méi)有與安裝體直接接觸 時(shí)，通過(guò)涂膜14的橫向熱傳導(dǎo)和導(dǎo)電也可使得所有的碳納米管12都用作導(dǎo) 熱體，并且可以改進(jìn)熱傳導(dǎo)。
在根據(jù)此實(shí)施例的碳納米管片10中，涂膜14的表面沒(méi)有由填充層16 覆蓋。因此，當(dāng)碳納米管片10與散熱元件或發(fā)熱元件接觸時(shí)，碳納米管12 與散熱元件或發(fā)熱元件直接接觸，并且可以顯著改進(jìn)熱傳導(dǎo)效率。
由于碳納米管12的導(dǎo)電性，涂膜14由導(dǎo)電材料形成，由此碳納米管12 還可以用作貫通片的互連件。gP，碳納米管片10不僅可以用作導(dǎo)熱片，還 可以用作豎向互連片。當(dāng)碳納米管片IO用作互連片時(shí)，碳納米管12與安裝 體之間的接觸電阻減少，并且可以增加碳納米管片IO的導(dǎo)電率。
不特別限制填充層16的構(gòu)成材料，只要所述材料的特性為當(dāng)填充碳 納米管之間的空間時(shí)，所述材料是液體狀且可以隨后硬化即可。作為示例， 丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺樹脂等可以用作有機(jī)填充材料。 通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)涂布(例如旋轉(zhuǎn)涂布玻璃(SOG)等)形成的絕緣膜組合物可 以用作無(wú)機(jī)填充材料。也可以使用金屬材料，例如銦、焊料、金屬膏(例如 銀漿)?？梢允褂脤?dǎo)電聚合物，例如聚苯胺、聚噻吩等。當(dāng)形成的碳納米管片10具有彈性或柔性時(shí)，可以使用在固化后成為類橡膠或凝膠化的填充材料。
在填充層16中，可以根據(jù)需要混合分散添加劑。例如可以考慮導(dǎo)熱率 高的物質(zhì)和導(dǎo)電率高的物質(zhì)作為添加劑。將導(dǎo)熱率高的添加劑混合分散到填 充層16的部分中，由此可以改進(jìn)填充層16部分的導(dǎo)熱率，并且可以整體上 改進(jìn)碳納米管片10的導(dǎo)熱率。當(dāng)碳納米管片用作導(dǎo)電片時(shí)，將高導(dǎo)電率的 添加劑混合分散到填充層16的部分中，由此可以整體上改進(jìn)碳納米管片10 的導(dǎo)電率。當(dāng)填充層16由導(dǎo)熱率低的絕緣材料(例如有機(jī)填充材料等)形 成時(shí)這將特別有效。碳納米管、金屬材料、氮化鋁、二氧化硅、氧化鋁、石 墨富勒烯等可以用作導(dǎo)熱率高的材料。碳納米管、金屬材料等可以用作高導(dǎo) 電率的物質(zhì)。
以下參照?qǐng)D4A至圖7描述根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法。 首先，準(zhǔn)備襯底30，以作為用于形成碳納米管片10的基部。半導(dǎo)體襯
底(例如硅襯底等)、氧化鋁(藍(lán)寶石)襯底、MgO襯底、玻璃襯底等可以
用作襯底30。可以在這些襯底上形成薄膜。例如，可以使用在其上形成有厚
度約為300 nm的二氧化硅膜的硅襯底。
在形成碳納米管12后移除襯底30。為此目的，至少襯底30的表面優(yōu)選
地由易于從碳納米管12剝離的材料或能夠相對(duì)于碳納米管片IO被選擇性蝕
刻的材料形成。
隨后，在襯底30上，例如通過(guò)濺射方法形成例如厚度為2.5 nm的Fe(鐵) 膜以形成Fe的催化金屬膜32 (圖4A)。
除了Fe以外，可以使用Co (鈷)、Ni (鎳)、Au (金)、Ag (銀)、 Pt (鉑)或包含這些材料中至少一種的合金作為催化金屬。除了金屬膜，尺 寸預(yù)先通過(guò)DMA (移動(dòng)度分析儀)控制的金屬微粒等可用作催化劑。在這 種情況下，可用的金屬種類與薄膜所用的金屬種類相同。
作為這些催化金屬的基膜(base film)，可使用Mo (鉬)、Ti (鈦)、 Hf (鉿)、Zr (鋯)、Nb (鈮)、V (釩)、TaN (—氮化鉭)、TiSix (硅 化鈦)、Al (鋁)、A1203 (氧化鋁)、TiOx (氧化鈦)、Ta (鉭)、W (鴇)、 Cu (銅)、Au (金)、Pt (鉑)、Pd (鈀)、TiN (氮化鈦)或包含這些材 料中的至少一種的合金的膜。例如可以使用Fe (2.5 nm) /Al (10nm)的層結(jié)構(gòu)，Co (2.6 nm) /TiN (5nm)的層結(jié)構(gòu)等。當(dāng)使用金屬微粒時(shí)，例如可 以使用Co (平均直徑3.8nm) /TiN (5nm)的層結(jié)構(gòu)。
隨后，例如通過(guò)熱絲CVD方法借助作為催化劑的催化金屬膜32在襯底 30上生長(zhǎng)碳納米管。碳納米管的生長(zhǎng)條件例如為乙炔/氬氣的混合氣體(分 壓比為1: 9)作為原料氣，成膜室中的總氣體壓力為lkPa，熱絲溫度為1000 。C，以及生長(zhǎng)周期為20分鐘。(定稿后需合為一段，為了段號(hào)統(tǒng)一暫未動(dòng))
因此，可以生長(zhǎng)壁的數(shù)目為3-6壁(平均約為4壁)、直徑為4-8 nm (平 均為6nm)并且長(zhǎng)度為80 pm (生長(zhǎng)速度為4 pm/min)的多壁碳納米管。除 了熱絲CVD方法之外，例如可以通過(guò)熱CVD方法、遠(yuǎn)程等離子CVD方法 等工藝形成碳納米管。要生長(zhǎng)的碳納米管也可以為單壁碳納米管。除了乙炔 之外，甲烷、乙烯等碳?xì)浠衔?，乙醇、甲醇等醇類也可以用作碳原料?br> 因此，在襯底30上形成以與襯底30正交的方向定向的(豎直定向的) 多個(gè)碳納米管12 (圖4B)。在上述生長(zhǎng)條件下形成的碳納米管12的面密度 (areadensity)約為1 X 10"管/cm2。
隨后，在碳納米管12上，例如通過(guò)濺射方法沉積例如厚度為10 nm的 鈦(Ti)膜以及例如厚度為300 rnn的金(Au)膜。因此，由Au/Ti的層結(jié) 構(gòu)形成的涂膜14a形成在碳納米管12上(圖5A)。此時(shí)，碳納米管12端 部的涂布長(zhǎng)度U約為沉積的膜厚度的三倍。
不特別限制涂膜14a的構(gòu)成材料，只要所述材料的導(dǎo)熱率高于填充層16 構(gòu)成材料的導(dǎo)熱率即可。當(dāng)碳納米管片10應(yīng)用于導(dǎo)電領(lǐng)域時(shí)，可以使用例 如金屬、合金等導(dǎo)電材料。作為涂膜14a的材料，例如可以使用銅(Cu)、 鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等。涂膜14a可以具有由這些 金屬形成的單一結(jié)構(gòu)或者兩層、三層或多層的層結(jié)構(gòu)，例如上述的鈦和金的 層結(jié)構(gòu)等。
在上述的示例中，由于鈦易于粘附至碳納米管12，因此使用Au/Ti的層 結(jié)構(gòu)。在金膜與碳納米管12之間形成鈦膜，由此可以減少碳納米管12與涂 膜14a之間的接觸熱阻和接觸電阻。為了改進(jìn)粘附性，鈦膜的厚度優(yōu)選形成 為至少約10nm。
隨后，準(zhǔn)備不同于襯底30的襯底(或片)40，以作為用于將在襯底30 上形成的碳納米管12轉(zhuǎn)移至其上的襯底。半導(dǎo)體襯底(例如硅襯底等)氧化鋁(藍(lán)寶石)襯底、MgO襯底、玻璃襯底等可以用作襯底40。在這些襯
底上可以形成薄膜。例如，可以使用在其上形成有厚度約為300 nm的二氧 化硅膜的硅襯底。
隨后，在襯底40上形成粘附層42。作為粘附層42的構(gòu)成材料，可使用
臺(tái)匕^^^扭w^rfi古ii始e、i々更恥dV6^+畝六曰k的士"t^士+wA七首 ttts"^/^;i十i工Ku^vjryji乂wi^r安/i乂〃Aiuy;^夕u/石 iu um/j人^j ntf、JT4 T4。 ， 3>具
充層16由非水溶性的硅基樹脂形成時(shí)，粘附層42可以由水溶性的聚乙烯醇
(PVA)形成。
隨后，將形成在襯底30上的碳納米管12轉(zhuǎn)移至在其上形成有粘附層42 的襯底40上(圖5B)。首先，通過(guò)使形成涂膜14a的表面與形成粘附層42 的表面彼此相對(duì)，將襯底30與襯底40彼此結(jié)合。隨后，將襯底30從襯底 30與碳納米管12之間的界面剝離。涂膜14a相對(duì)于粘附層42的粘附力大于 碳納米管12相對(duì)于襯底30的粘附力，這使得襯底30易于從襯底與碳納米 管12的界面處剝離。由此，碳納米管12可以被轉(zhuǎn)移至襯底40上。
隨后，例如通過(guò)濺射方法在轉(zhuǎn)移至襯底40上的碳納米管12上沉積例如 厚度為10nm的鈦(Ti)膜和例如厚度為50nm的金(Au)膜。因此，在碳 納米管12上形成由Au/Ti的層結(jié)構(gòu)形成的涂膜14b (圖6A)。此時(shí)，碳納 米管12端部的涂布長(zhǎng)度Le約為沉積的膜厚度的三倍。
不特別限制涂膜14b的構(gòu)成材料，只要所述材料的導(dǎo)熱率高于填充層16 的構(gòu)成材料的導(dǎo)熱率即可。當(dāng)碳納米管片10應(yīng)用于導(dǎo)電領(lǐng)域時(shí)，可以使用 例如金屬、合金等導(dǎo)電材料。作為涂膜14b的材料，例如可以使用銅(Cu)、 鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等。涂膜14b可以具有這些金 屬的單一結(jié)構(gòu)或者兩層、三層或多層的層結(jié)構(gòu)，例如上述的鈦和金的層結(jié)構(gòu)
隨后，例如通過(guò)浸漬法將用于形成填充層16的填充材料填充在碳納米 管12之間。例如，碳納米管12所轉(zhuǎn)移至的襯底40壓靠在例如在一襯底上 持續(xù)1分鐘，所述襯底是在1000 rpm和20秒的條件下由粘度為800mPa-s 的硅基樹脂旋轉(zhuǎn)涂布的。因此，通過(guò)毛細(xì)現(xiàn)象，作為填充材料的硅基樹脂被 填充在碳納米管12之間直至達(dá)到與碳納米管12的高度近似相同的高度。
不特別限制填充材料，只要所述填充材料為液體狀的并隨后可固化即 可。例如，丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺樹脂等可以用作有機(jī)填充材料。通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)涂布(例如旋轉(zhuǎn)涂布玻璃(SOG)等)形成的絕緣 膜組合物可以用作無(wú)機(jī)填充材料。也可以使用金屬材料，例如銦、焊料、金 屬膏(例如銀漿)等。可以使用導(dǎo)電聚合物，例如聚苯胺、聚噻吩等。
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初始的定向并且發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，例如橫向下伏等。然而，在本實(shí)施例中，由
于在碳納米管12的兩端設(shè)有涂膜14a和14b，因此可防止碳納米管12的結(jié)
構(gòu)發(fā)生變化，并且可以防止粘合。
隨后，固化填充在碳納米管12之間的填充材料以形成填充層16(圖6B )。 例如，當(dāng)使用光敏材料(例如丙烯酸樹脂等)時(shí)，可以通過(guò)光照射固化填充 材料。當(dāng)使用熱固性材料(例如環(huán)氧樹脂、硅基樹脂等)作為填充材料時(shí)， 可以通過(guò)熱處理固化填充材料。環(huán)氧樹脂可以通過(guò)例如在150。C下加熱處理 一小時(shí)進(jìn)行熱固化。硅基樹脂可以通過(guò)例如在200°C下加熱處理一小時(shí)進(jìn)行 熱固化。
在填充層16已經(jīng)固化之后，當(dāng)碳納米管12上的涂膜14b沒(méi)有充分暴露 出或被填充層16覆蓋時(shí)，可以例如通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光或者氧等離子灰化移 除涂膜14b上的填充層16。當(dāng)涂膜14b上存在粘附層42的殘余時(shí)，這可有 效移除涂膜14b上的殘余粘附層42。
隨后，將兩端被涂膜14覆蓋的碳納米管12和填充層16從襯底40剝離， 以得到碳納米管片10 (圖7)。
例如，相對(duì)于填充層16選擇性蝕刻粘附層42，由此可以易于剝離碳納 米管片10。例如，當(dāng)填充層16由硅基樹脂形成并且粘附層42由乙烯醇形成 時(shí)，通過(guò)浸在水中或溫水中使粘附層42溶解，由此來(lái)剝離碳納米管片10。
如上所述，根據(jù)此實(shí)施例，由于碳納米管端部形成了導(dǎo)熱率高的涂膜， 從而可以顯著減小碳納米管與片安裝體之間的接觸熱阻和接觸電阻。因此， 可以改進(jìn)碳納米管片的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。第二實(shí)施例
以下參照?qǐng)D8A至圖9B對(duì)根據(jù)第二實(shí)施例的碳納米管片的制造方法進(jìn)行 說(shuō)明。使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示與圖1至圖7示出的根據(jù)第一實(shí)施例的碳 納米管片及其制造方法中相同的部件，并且對(duì)相同的部件不再贅述，或簡(jiǎn)化對(duì)其的說(shuō)明。
圖8A至圖9B為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法的立體圖。
除了將碳納米管12轉(zhuǎn)移至襯底40上的工藝之外，根據(jù)本實(shí)施例的碳納 米管片的制造方法與根據(jù)第一實(shí)施例的碳納米管片的制造方法相同。各個(gè)部 件的構(gòu)成材料和制造方法的細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例的相同。
首先，以與圖4A至圖5A示出的根據(jù)第一實(shí)施例的碳納米管片的制造 方法相同的方式，在襯底30上形成碳納米管12以及在碳納米管12的端部 形成涂膜14a。
隨后，準(zhǔn)備另一襯底(或片)40，以作為用于將襯底30上形成的碳納 米管12轉(zhuǎn)移至其上的襯底。
隨后，在襯底40上形成犧牲層44和層46，所述層46的材料可以被熱 壓抵靠在涂膜14a上(以下稱為"熱壓層46")。當(dāng)涂膜14a的表面由金形 成時(shí)，可以使用金作為熱壓層46的構(gòu)成材料。相對(duì)于熱壓層46能夠被選擇 性蝕刻的材料可用作犧牲層44的構(gòu)成材料。當(dāng)熱壓層46例如為金時(shí)，犧牲 層44例如可以使用鈦。
隨后，將形成在襯底30上的碳納米管12轉(zhuǎn)移至在其上形成有犧牲層44 和熱壓層46的襯底40上(圖8A)。首先，通過(guò)使形成涂膜14a的表面與 形成熱壓層46的表面彼此相對(duì)，將襯底30與襯底40彼此相互疊置。隨后， 在加熱的同時(shí)在襯底30與襯底40之間施加壓力，由此對(duì)涂膜14a和熱壓層 46進(jìn)行熱壓。隨后將襯底30從襯底30與碳納米管12之間的界面剝離。由 于涂膜14a對(duì)于熱壓層46的粘附力大于碳納米管12對(duì)于襯底30的粘附力， 因此，襯底30易于從該襯底與碳納米管12的界面處剝離。由此，碳納米管 12可以被轉(zhuǎn)移至襯底40上。
隨后，以與第一實(shí)施例相同的方式，例如通過(guò)濺射方法在轉(zhuǎn)移至襯底40 上的碳納米管12上沉積例如厚度為10 nm的鈦(Ti)膜和例如厚度為50 nm 的金(Au)膜。因此，在碳納米管12上形成Au/Ti的層結(jié)構(gòu)的涂膜14b (圖 8B)。
隨后，以與第一實(shí)施例相同的方式，形成填充層16以填充碳納米管12 之間的間隙(圖9A)。隨后，將兩端均由涂膜M覆蓋的碳納米管12和填充層16從襯底40剝 離，從而獲得碳納米管片IO (圖9B)。
通過(guò)相對(duì)于熱壓層46選擇性地蝕刻犧牲層44可以易于剝離碳納米管片 10。例如，當(dāng)熱壓層46由金形成，并且犧牲層44由鈦形成時(shí)，通過(guò)浸在氫 氟酸水溶液中溶解犧牲層44以由此剝離碳納米管片10。第三實(shí)施例
以下參照?qǐng)D10至圖IIB對(duì)根據(jù)第三實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法 進(jìn)行說(shuō)明。使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示本實(shí)施例中的那些與圖1至圖9B示 出的根據(jù)第一和第二實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法中的部件相同的部 件，并且對(duì)相同的部件不再贅述或簡(jiǎn)化對(duì)其的說(shuō)明。
圖IO為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖IIA至 圖11B為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法的立體圖。
首先，參照?qǐng)DIO對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。
如圖10所示，根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10包括在碳納米管12與涂 膜14之間的石墨層20。石墨層20由石墨的層結(jié)構(gòu)形成，所述層結(jié)構(gòu)平行于 片的表面并且形成為直接連接至碳納米管12的一端。石墨層20的厚度約為 幾nm至幾百nm0
石墨的導(dǎo)熱率至少為樹脂材料的導(dǎo)熱率(約為O.l W/nrK)的500倍。 因此，相對(duì)于沒(méi)有使用石墨層20的情形而言，使用石墨層20可以至少500 倍地顯著改進(jìn)平行于片的表面的方向上的散熱。
當(dāng)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10形成在散熱元件與發(fā)熱元件之間時(shí)， 優(yōu)選地，石墨層20側(cè)上的碳納米管12的端部定位在發(fā)熱元件一側(cè)。碳納米 管片10的上述定位使得發(fā)熱元件的熱量可以通過(guò)石墨層20在平行于片表面 的方向上快速地傳導(dǎo)出去。因此，可以通過(guò)碳納米管12改進(jìn)散熱元件的散 熱效率。
以下參照?qǐng)DIIA至圖IIB描述根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法。 各個(gè)部件的構(gòu)成材料和制造方法的細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例相同。
首先，準(zhǔn)備襯底30，以作為用于形成碳納米管片10的基部。在第一實(shí) 施例中描述的多種襯底可以用作襯底30。
隨后，在襯底30上先后沉積例如厚度為5 nm的TiN膜以及例如厚度為2.6nm的Co膜以形成Co/Ti的層結(jié)構(gòu)的催化金屬膜32。除了TiN之外，包 含Ti的材料，例如Ti (鈦)、Ti02 (二氧化鈦)等可以用作催化金屬膜32 的基膜(base film)。
隨后，例如通過(guò)熱CVD方法借助作為催化劑的催化金屬膜32在襯底30 上生K上衷面被石墨層20覆蓋的碳納米管12。
可以通過(guò)在約450-510°C的相對(duì)低溫下以及具有基于碳?xì)浠衔?例如， 乙炔、甲烷、乙烯等)的原料氣的條件下生長(zhǎng)而形成上表面被石墨層20覆 蓋的碳納米管12。例如，可使用乙炔和氬氣的混合氣體(分壓比為1: 9) 作為原料氣，成膜室中的總氣體壓力為1 kPa，溫度為450-510 。C以及生長(zhǎng) 周期為30分鐘。因此，可以生長(zhǎng)壁的數(shù)目為3-6壁(平均約為4壁)、直徑 為4-8 nm (平均為6 nm)并且長(zhǎng)度為20 nm的多壁碳納米管。在碳納米管 12上還形成有厚度為18 nm的石墨層20。
可以通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂拼呋饘倌?2的膜厚度(Co膜的膜厚度)以及成 膜溫度來(lái)形成上表面被石墨層20覆蓋的碳納米管12。本申請(qǐng)的發(fā)明人進(jìn)行 大量研究并發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)將Co膜的膜厚度設(shè)定為2.0至7.0 nm并且成膜 溫度為350至560 °C來(lái)形成上表面被石墨層20覆蓋的碳納米管12。
還可以通過(guò)Co膜的膜厚度和成膜溫度來(lái)控制將要形成的石墨層20的厚 度。例如，通過(guò)將成膜溫度設(shè)定為510 °C，并且Co膜的膜厚度設(shè)定為2.1 nm， 則可以形成厚度為4nm的石墨層。通過(guò)將Co膜的膜厚度設(shè)定為2.6nm，可 以形成厚度為18 nm的石墨層。通過(guò)將Co膜的膜厚度設(shè)定為3.6 nm，可以 形成厚度為30nm的石墨層。通過(guò)將成膜溫度設(shè)定為450 。C，并且Co膜的 膜厚度設(shè)定為3.6nm，則可以形成厚度為20 nm的石墨層。
形成上表面被石墨層20覆蓋的碳納米管12的機(jī)理仍然不清楚，但是本 申請(qǐng)的發(fā)明人進(jìn)行如下考慮。
在本實(shí)施例中，在相對(duì)較低的溫度下實(shí)現(xiàn)碳納米管12的生長(zhǎng)。需要考 慮的是，在初始生長(zhǎng)過(guò)程中，催化金屬膜32的Co膜沒(méi)有完全粘合，這使得 石墨可以在催化金屬膜32上均勻地生長(zhǎng)，隨后，伴隨著Co膜的粘合，碳納 米管12開(kāi)始生長(zhǎng)，并且隨后，形成上表面被石墨層20覆蓋的碳納米管12。
當(dāng)形成上表面被石墨層20覆蓋的碳納米管12時(shí)，在約1秒的初始生長(zhǎng) 過(guò)程中形成石墨層20。通過(guò)控制生長(zhǎng)周期可以任意地控制碳納米管12的長(zhǎng)度。
隨后，以與第一實(shí)施例相同的方式，例如通過(guò)濺射方法沉積例如厚度為
10nm的鈦(Ti)膜和例如厚度為50nm的金(Au)膜。因此，在石墨層上 形成Au/Ti的層結(jié)構(gòu)的涂膜14a (圖11B)。
隨后，以與第一或第二實(shí)施例相同的方式，將碳納米管12轉(zhuǎn)移至襯底 40上，隨后在碳納米管12的另一端形成涂膜14b。
隨后，以與第一實(shí)施例相同的方式，在碳納米管12之間形成填充層16， 隨后，剝離襯底40，并且得到根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，在碳納米管的端部形成由高導(dǎo)熱率材料形成 的涂膜，由此可以顯著減小碳納米管與片安裝體之間的接觸熱阻和接觸電 阻。由于石墨層直接連接至碳納米管的一端，因此可以改進(jìn)平行于片表面的 方向上的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。因此，可以改進(jìn)碳納米管片的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。第四實(shí)施例
以下參照?qǐng)D12A和圖12B對(duì)根據(jù)第四實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法 進(jìn)行說(shuō)明。使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示本實(shí)施例中的那些與圖1至圖IIB示 出的根據(jù)第一至第三實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法中的部件相同的部 件，對(duì)相同的部件不再贅述或簡(jiǎn)化對(duì)其的說(shuō)明。
圖12A為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖12B 為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖12B為沿著圖 12A中的線A-A'的截面圖。
在第一至第三實(shí)施例中，碳納米管12均勻地形成在碳納米管片的全部 表面上。然而，碳納米管12不必形成在全部表面上，并且如圖12A和圖12B 所示，可以設(shè)置碳納米管束22，所述碳納米管束22包含兩端分別由涂膜(未 圖示)覆蓋的多個(gè)碳納米管12。因此，當(dāng)填充層16浸沒(méi)在碳納米管12之間 時(shí)，可以改進(jìn)填充材料的滲透，由此可以有效防止碳納米管12結(jié)構(gòu)的變化， 例如水平下伏等，并且可以易于保持碳納米管12的初始定向。
由于碳納米管束22之間所需的間隙根據(jù)將要形成填充層16的填充材料 的粘性等變化，因此，無(wú)法無(wú)條件地確定碳納米管束22之間所需的間隙。 優(yōu)選地，所述間隙可以比形成每個(gè)碳納米管束22的多個(gè)碳納米管12之間的 間隙寬得多，并且可以設(shè)定為0.1-20(Him。然而，由于碳納米管束22之間的間隙變長(zhǎng)，因此片平面中的碳納米管的面密度減少，即，片的導(dǎo)熱率減小。 片平面中的碳納米管的面密度還取決于碳納米管束22的尺寸而變化。因此
優(yōu)選地，根據(jù)片所需的導(dǎo)熱率并且考慮碳納米管束22的尺寸適當(dāng)?shù)卦O(shè)定碳 納米管束22之間的間隙。
每個(gè)碳納米管束22的平面形狀并不限于圖12A所示的圓形。除了圓形 之外，碳納米管束22的平面形狀可以為多邊形，例如三角形、矩形、六邊 形等。多個(gè)碳納米管束22的排布并不限于圖12A所示圓形的緊密排布。
除了在本實(shí)施例中碳納米管12在襯底30上的指定區(qū)域(將要形成碳納 米管束22的區(qū)域)中選擇性地生長(zhǎng)之外，根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制 造方法與第一至第三實(shí)施例中的制造方法相同。
為了選擇性地生長(zhǎng)碳納米管12，可以在將要形成碳納米管束22的區(qū)域 中選擇性地形成催化金屬膜32。為了選擇性地形成催化金屬膜32，例如可 以使用通過(guò)光致抗蝕劑膜進(jìn)行剝離，通過(guò)由金屬掩膜覆蓋的襯底30的表面 濺射催化金屬等。
在如圖12A所示的形成碳納米管束22的情況中，在形成填充層16的工 藝中，首先沿著碳納米管束22之間的間隙并在全部襯底40的表面上分散填 充材料。隨后，填充材料滲透到碳納米管束22中。已經(jīng)先填充在碳納米管 束22之間的填充材料用作在填充材料滲透到碳納米管束22中時(shí)保持碳納米 管12構(gòu)型的支承物，且防止碳納米管束22結(jié)構(gòu)變化。因此，對(duì)應(yīng)于涂膜14 的上述效果，可以進(jìn)一步有效地防止碳納米管12的粘合。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，在碳納米管的端部形成高導(dǎo)熱率材料的涂膜， 由此可以顯著減小碳納米管與片安裝體之間的接觸熱阻和接觸電阻。多個(gè)碳 納米管束彼此間隔地形成，由此當(dāng)形成填充層時(shí)可以防止碳納米管束的結(jié)構(gòu) 變化。因此，可以改進(jìn)碳納米管片的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。第五實(shí)施例
參照?qǐng)D13至圖15B對(duì)根據(jù)第五實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法進(jìn)行 說(shuō)明。使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示本實(shí)施例中的那些與圖1至圖12B示出的 根據(jù)第一至第四實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法中的部件相同的部件，并 且不再對(duì)其進(jìn)行贅述或簡(jiǎn)化對(duì)其的說(shuō)明。
圖13為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖14A-圖14B和圖15A-圖15B為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法的立 體圖
首先，參照?qǐng)D13對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。 根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片IO包括兩端由涂膜14涂布的多個(gè)碳納米管 12，所述涂膜14由具有導(dǎo)熱率和/或?qū)щ娐实牟牧闲纬?。形成在相鄰的碳納 米管12的端部的涂膜14是連續(xù)的。即，在碳納米管片10的兩個(gè)表面的全 部表面上連續(xù)地形成涂膜14。
碳納米管12垂直于片的表面定向。碳納米管12可以為單壁碳納米管或 多壁碳納米管。出于散熱和導(dǎo)電的考慮，碳納米管12的密度可以優(yōu)選為至 少1 X 101Q管/cm2。根據(jù)碳納米管片10的應(yīng)用確定碳納米管12的長(zhǎng)度，并 且不特別限制碳納米管12的長(zhǎng)度。但碳納米管12的長(zhǎng)度可以優(yōu)選設(shè)為約5 -500 ,。
不特別限制形成在碳納米管片10的兩個(gè)表面上的涂膜14的材料，只要 所述材料具有高導(dǎo)熱率，例如至少為1 (W/m，K)即可。材料的導(dǎo)熱率至少 為1 (W/nvK)是基于如下考慮形成涂膜14的材料的導(dǎo)熱率顯著地高于通 常樹脂材料的導(dǎo)熱率(約為O.l (W/nvK))。當(dāng)碳納米管片IO用于導(dǎo)電時(shí)， 可以使用例如金屬、合金等導(dǎo)電材料。例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、 銦(In)、低烙點(diǎn)焊料等可以用作形成涂膜14的材料。涂膜14不一定為單 層結(jié)構(gòu)，而是可以具有兩層、三層或更多層的多層結(jié)構(gòu)(例如鈦(TO和金 (Au)等的多層結(jié)構(gòu))。
因?yàn)樵谔技{米管12的端部設(shè)置導(dǎo)熱率高的涂膜14，可以增加碳納米管 片10對(duì)于安裝體(散熱元件或發(fā)熱元件)的接觸面積。由此，減小碳納米 管12對(duì)于安裝體的接觸電阻，并且可以改進(jìn)碳納米管片10的導(dǎo)熱率。
當(dāng)碳納米管12以約1 X 10"管/cn^的密度生長(zhǎng)時(shí)，碳納米管12之間的 間隙約為30 - 50 nm。在這種情況下，當(dāng)沉積在碳納米管12的端面上的涂膜 14的膜厚度設(shè)定為大于約100 nm時(shí)，形成在相鄰的碳納米管12上的涂膜 14彼此連接，并且在碳納米管片10的表面上連續(xù)地形成涂膜14。
相鄰的碳納米管12通過(guò)涂膜14彼此連接，由此即使碳納米管12的長(zhǎng) 度變得不一致，并導(dǎo)致一些碳納米管12與安裝體不接觸，由于通過(guò)涂膜14 的橫向傳熱和導(dǎo)電，所有的碳納米管12均可以用作導(dǎo)熱體，從而仍然可以改進(jìn)導(dǎo)熱率。
通過(guò)形成導(dǎo)電材料的涂膜14，具有導(dǎo)電率的碳納米管12可以用作穿過(guò)
所述片的互連物。即，根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片io不僅可以用作導(dǎo)熱片，
還可以用作豎直互連片。當(dāng)碳納米管片IO用作互連片時(shí)，碳納米管12與安
裝體之問(wèn)的接觸電阻減小，以及碳納米管片io的導(dǎo)屯率可以增加。
在碳納米管片IO與安裝體接觸后，由于涂膜14由低熔點(diǎn)材料(例如銦、 低熔點(diǎn)焊料等)形成，碳納米管片IO可以被回流。因此，碳納米管片10與 安裝體之間的接合處的凹部和凸部均可以由涂膜14填充，由此可以進(jìn)一步 改進(jìn)碳納米管片IO與安裝體之間的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。
與根據(jù)第一至第四實(shí)施例的碳納米管片不同，根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管 片10沒(méi)有包括填充層16。這是因?yàn)樾纬傻耐磕?4覆蓋所有表面，由此碳納 米管12可以由涂膜14支承。填充層16的主要目的在于支承碳納米管12， 保持碳納米管12的定向。因此，在根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片IO中通過(guò)涂 膜14支承碳納米管12的前提下，填充層16并非必要的。然而，也可以在 根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片中形成填充層16。
可以根據(jù)碳納米管片IO所需的特性適當(dāng)?shù)卦O(shè)定涂膜14的膜厚度。為了 支承碳納米管12，涂膜14的膜厚度優(yōu)選至少為幾nm。
以下，參照?qǐng)D14A至圖15B對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法進(jìn) 行說(shuō)明。各個(gè)部件的構(gòu)成材料和制造方法的細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例的相同。
首先，以與圖4A至圖4B示出的根據(jù)第一實(shí)施例的碳納米管片的制造方 法相同的方式，在襯底30上形成碳納米管12 (圖14A)。以與第三實(shí)施例 相同的方式，可以形成上端具有石墨層的碳納米管12。
隨后，例如通過(guò)蒸發(fā)法在碳納米管12上沉積例如厚度為幾pm的銦(In) 膜。因此，在碳納米管12上沉積In膜，并且在相鄰的碳納米管12上形成的 In膜彼此連接，并且在全部表面上形成連續(xù)的In的涂膜14a (圖14B)。
不特別限制涂膜14a的構(gòu)成材料，只要所述材料具有高導(dǎo)熱率即可。當(dāng) 碳納米管片10用于導(dǎo)電時(shí)，可以使用例如金屬、合金等的導(dǎo)電材料。例如 銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等可以用作涂膜 14a的材料。涂膜14a可以具有這些金屬的單一結(jié)構(gòu)或者兩層、三層或多層 的層結(jié)構(gòu)，例如上述的鈦和金的層結(jié)構(gòu)等。隨后，將碳納米管12和涂膜14a從襯底30上剝離(圖15A)。 隨后，例如通過(guò)蒸發(fā)法在已經(jīng)從襯底30剝離的碳納米管12的表面上沉 積厚度為幾Hm的銦(In)膜。因此，在碳納米管12上沉積In膜，并且在 相鄰的碳納米管12上形成的In膜彼此連接，并且在全部表面上連續(xù)地形成 In的涂膜14b。
不特別限制涂膜14b的構(gòu)成材料，只要所述材料具有高導(dǎo)熱率即可。當(dāng) 碳納米管片10用于導(dǎo)電時(shí)，可以使用例如金屬、合金等的導(dǎo)電材料。例如 銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等可以用作涂膜 14b的材料。涂膜14b可以具有這些金屬的單一結(jié)構(gòu)或者兩層、三層或多層 的層結(jié)構(gòu)，例如上述的鈦和金的層結(jié)構(gòu)等。
由此，得到根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10 (圖15B)。 如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，在碳納米管的端部形成高導(dǎo)熱率材料的涂膜， 由此可以顯著減小碳納米管與片安裝體之間的接觸熱阻和接觸電阻。因此， 可以改進(jìn)碳納米管片的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。第六實(shí)施例
參照?qǐng)D16至圖19對(duì)根據(jù)第六實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法進(jìn)行說(shuō) 明。使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示本實(shí)施例中的那些與圖1至圖15B示出的根 據(jù)第一至第五實(shí)施例的碳納米管片及其制造方法中的部件相同的部件，不再 贅述所述相同的部件，或簡(jiǎn)化對(duì)其的說(shuō)明。
圖16為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖17A 至圖18C為示出了根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法的截面示意圖。圖 19為示出了用于傾斜碳納米管束的方法的示意圖。
首先，參照?qǐng)D16對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。
如圖16所示，根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10包括多個(gè)碳納米管束22， 并且在碳納米管片10的兩端形成有涂膜14。形成在相鄰的碳納米管束22的 端部的涂膜14彼此連接。即，在全部碳納米管片10的兩個(gè)表面上連續(xù)地形 成涂膜14。
碳納米管束22從一個(gè)表面?zhèn)?圖中的下表面)朝向另一個(gè)表面?zhèn)?圖 中的上表面)定向，且在與垂直于片表面的方向相交的同一方向上傾斜。沿 傾斜方向彼此相鄰的碳納米管束22至少在一端附近(圖中的上側(cè))彼此接觸。
每個(gè)碳納米管束22包括多個(gè)在碳納米管束22的定向方向上定向的碳納 米管(未示出)。包含在每個(gè)碳納米管束22中的碳納米管可以為單壁碳納 米管或多壁碳納米管。出于散熱和導(dǎo)電的考慮，包含在每個(gè)碳納米管束22 中的碳納米管的密度優(yōu)選大于l X 101Q管/cm2。碳納米管12的長(zhǎng)度根據(jù)碳 納米管片IO的應(yīng)用而確定，并且沒(méi)有特別限制。碳納米管12的長(zhǎng)度可以優(yōu) 選設(shè)為約5 -500 pim。
不特別限制碳納米管12的端部上形成的涂膜14的材料，只要所述材料 具有高導(dǎo)熱率，例如至少為KW/m《)即可。材料的導(dǎo)熱率至少為KW/nvK) 是基于如下考慮形成涂膜14的材料的導(dǎo)熱率顯著高于普通樹脂材料的導(dǎo) 熱率(約為O.l (W/nvK))。當(dāng)碳納米管片IO用于導(dǎo)電時(shí)，可以使用例如 金屬、合金等導(dǎo)電材料。例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、 低熔點(diǎn)焊料等可以用作形成涂膜14的材料。涂膜14不必為單層結(jié)構(gòu)，而是 可以具有兩層、三層或更多層的多層結(jié)構(gòu)(例如鈦(Ti)和金(Au)的多層 結(jié)構(gòu))。
如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10中，碳納米管束22如此定
向S卩，從片的一個(gè)表面?zhèn)瘸蚱牧硪粋€(gè)表面?zhèn)?。因此，可以?shí)現(xiàn)完全呈
現(xiàn)碳納米管性能的碳納米管片，即，在定向的方向上具有高的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電 率，并且該碳納米管片沿片的膜厚度方向具有優(yōu)良的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。碳納 米管還具有導(dǎo)電性，因此還可以用作貫穿片的互連物。即，根據(jù)本實(shí)施例的 碳納米管不僅可以用作導(dǎo)熱片，還可以用作豎直互連片。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10中，定向的碳納米管束22在與 垂直于片表面的方向相交的方向上傾斜，沿傾斜方向相鄰的碳納米管束22 至少在一端附近彼此接觸。因此，可以進(jìn)一步改進(jìn)垂直于片表面的方向上的 導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率，并且還可以改進(jìn)平行于片表面的方向上的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。
當(dāng)生長(zhǎng)多個(gè)碳納米管束22時(shí)，所有的碳納米管束22總是不具有一致的 長(zhǎng)度。當(dāng)碳納米管束22的長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，僅較長(zhǎng)的碳納米管束22接觸安 裝體，因此存在其他的碳納米管束22不可以用作導(dǎo)熱體和導(dǎo)電體的風(fēng)險(xiǎn)。
相鄰的碳納米管束22彼此接觸，由此使得那些沒(méi)有與安裝體直接接觸隨后將進(jìn)行描述的制造方法，可以改進(jìn)傾斜碳納米管束22的高度的不一致
性，并且可以增加與安裝體的接觸區(qū)域。將碳納米管束22傾斜的效果在于，可改進(jìn)碳納米管束22的密度。由于這些效果，可以進(jìn)一步改進(jìn)垂直于片表
面的方向上的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。
相鄰的碳納米管束22彼此接觸，由此還在平行于片表面的方向上通過(guò)碳納米管束22形成了導(dǎo)熱和導(dǎo)電的路徑，并且還可以改進(jìn)平行于片表面的方向上的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。
在碳納米管片10的兩個(gè)表面上設(shè)置導(dǎo)熱率高的涂膜14，由此與沒(méi)有涂膜14的接觸區(qū)域相比，可以增加碳納米管片IO相對(duì)于安裝體(發(fā)熱元件或散熱元件)的接觸區(qū)域。因此，減少了碳納米管束22與安裝體之間的接觸熱阻，并且可以增加碳納米管片10的導(dǎo)熱率。
涂膜14的效果在于，增加碳納米管束22與安裝體之間的接觸區(qū)域，以及確保相鄰的碳納米管束22之間的連接。因此，通過(guò)設(shè)置涂膜14可以減少碳納米管片與安裝體之間的接觸熱阻和接觸電阻。
通過(guò)將低熔點(diǎn)材料(例如銦、低熔點(diǎn)焊料等)用作涂膜14，在碳納米管片10接觸至安裝體之后涂膜14可以回流。因此，在碳納米管片10與安裝體之間接合處的凹部和凸部可以由涂膜14填充，并且可以進(jìn)一步改進(jìn)碳納米管片與安裝體之間的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。
與第五實(shí)施例中沒(méi)有填充層一樣，在根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10中，也沒(méi)有形成填充層16。這是因?yàn)樵谌勘砻嫔闲纬捎兴鐾磕?4，由此碳納米管束22 (碳納米管)可以由涂膜14支承。填充層16的主要目的在于支承碳納米管束，保持定向。因此，在本實(shí)施例中填充層16并非必要的，其中可以通過(guò)涂膜14支承碳納米管束22 (碳納米管)。然而，在根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片中也可以形成填充層16。
可以根據(jù)碳納米管片IO所需的特性等適當(dāng)?shù)卦O(shè)定涂膜14的膜厚度。為了支承碳納米管束22，膜厚度優(yōu)選至少為幾]Lim。
以下，參照?qǐng)D17A至圖19對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。各個(gè)部件的構(gòu)成材料和制造方法的細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例的相同。
首先，準(zhǔn)備襯底30，以作為用于形成碳納米管片10的基部。
隨后，在襯底30上，例如通過(guò)使用光致抗蝕劑膜的剝離方法選擇性地形成催化金屬膜32。形成催化金屬膜32的區(qū)域?yàn)橛糜谠谄渖闲纬商技{米管束22的區(qū)域(圖17A)。形成催化金屬膜32的方法不必限于剝離方法。例如，可以使用具有開(kāi)口的金屬掩膜，所述開(kāi)口位于用于形成碳納米管束22的區(qū)域中。借助表面覆蓋有該金屬掩膜的襯底30，濺射催化金屬以在用于形成碳納米管束22的區(qū)域中選擇性地形成催化金屬膜32。
不特別限制催化金屬膜32的平面布局。例如，如圖12A所示，可以使用在用于形成碳納米管束22的圓形區(qū)域中緊密排布的布局。
隨后，例如通過(guò)熱絲CVD方法借助作為催化劑的催化金屬膜32在襯底30上生長(zhǎng)碳納米管。因此，在襯底30的形成催化金屬膜32的區(qū)域上，選擇性地形成碳納米管束22 (圖17B)，所述碳納米管束22包含在襯底30的正交方向(豎直方向)上定向的多個(gè)碳納米管。
隨后，這樣生長(zhǎng)的碳納米管束22在與垂直于片表面的方向相交的方向上傾斜(圖17C)。
在本實(shí)施例中，為了傾斜碳納米管束22，可以使用對(duì)襯底30的表面施加均勻壓力并且在壓力下可以使襯底30在水平方向上偏移的裝置。不特別限制該裝置，但是例如可以使用倒裝焊接機(jī)(flip chip bonder)。此處通過(guò)使用倒裝焊接機(jī)作為實(shí)例來(lái)解釋用于傾斜碳納米管束22的方法。
首先，將在其上生長(zhǎng)有碳納米管束22的襯底30放置在倒裝焊接機(jī)的載物臺(tái)50 (見(jiàn)圖19)上。
隨后，通過(guò)倒裝焊接機(jī)的壓力頭52，從碳納米管束22的上方，沿垂直于襯底30的表面的方向(在圖中為向下)施加約幾N/cm2的第一壓力(見(jiàn)圖19)。壓力頭52的表面平行于圖19中示例性示出的襯底30。
隨后，在第一壓力施加至碳納米管束22上的情況下，壓力頭52在平行于襯底30的表面的第一方向(在圖中為向右)上偏移約幾十微米，例如30)am(見(jiàn)圖19)。
隨后，壓力頭52施加的壓力從第一壓力增加至第二壓力，所述第二壓力比第一壓力高出約10-50N/cm2。此時(shí)，為了將第一壓力變化至第二壓力，第一壓力可以間歇地增加至第二壓力，或者可以步進(jìn)式逐漸地增加至第二壓力。
隨后，在第二壓力施加至碳納米管束22上的情況下，壓力頭52在平行隨后，在第二壓力施加至碳納米管束22上的情況下，壓力頭52在平行于襯底30的表面的第一方向上偏移幾毫米，例如2 mm。
由此實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管束22施加壓力以及偏移壓力頭52，由此碳納米管束22在第一方向上傾斜以使得相鄰的碳納米管束22彼此接合。
在上述方法中，向碳納米管束22上施加壓力以及使壓力頭偏移是以兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)。這是為了在使碳納米管束22傾斜成所需結(jié)構(gòu)的同時(shí)，防止碳納米管束22被損壞。
當(dāng)與垂直定向的碳納米管束22垂直地施加壓力時(shí)，如果施加的壓力太大，碳納米管束22通常會(huì)損壞或斷裂。因此，在第一階段中，以不會(huì)損壞碳納米管束22的壓力將壓力頭52壓靠在碳納米管束22的頂端上，以與碳納米管束22緊密接觸。然后，在此狀態(tài)下，使壓力頭52水平地偏移以由此使碳納米管束22輕微地傾斜。由于壓力頭52接觸碳納米管束22的頂端，因此傾斜碳納米管束22的效果在于，使得高度不同的碳納米管束22變均勻。
當(dāng)傾斜碳納米管束22時(shí)，施加至碳納米管束22的壓力分散開(kāi)，從而可以施加較高的壓力而不會(huì)使碳納米管束22損壞。然后，在第二階段中，在高于第一壓力的第二壓力下，壓力頭52壓靠在碳納米管束22的頂端上，并且在此狀態(tài)下，壓力頭52水平地偏移以由此使碳納米管束22傾斜成指定的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)通過(guò)倒裝焊接機(jī)進(jìn)行監(jiān)視時(shí)可以控制施加至碳納米管束22的壓力，以及壓力頭52的偏移方向和偏移距離。
本申請(qǐng)的發(fā)明人對(duì)試樣進(jìn)行了測(cè)試，所述試樣包括由碳納米管形成的長(zhǎng)度為100 pm、面密度為l X IO"管/cn^的碳納米管束22，所述碳納米管束22形成在尺寸為2 X 3 0112的襯底30的63%的表面上。適當(dāng)?shù)牡谝粔毫閹譔/cm2，例如3N/cm2。適當(dāng)?shù)牡诙毫閹资甆/cm2，例如40N/cm2。
優(yōu)選地，根據(jù)碳納米管束22的長(zhǎng)度、碳納米管束22中碳納米管的面密度、碳納米管束22的面密度等適當(dāng)?shù)卦O(shè)定施加至碳納米管束22的第一壓力和第二壓力，從而不會(huì)損壞碳納米管束22。優(yōu)選地，根據(jù)壓力頭52的水平偏移距離、碳納米管束22的長(zhǎng)度、所需的碳納米管束傾斜角度等適當(dāng)?shù)卦O(shè)定壓力頭52的水平偏移距離。
在上述說(shuō)明中，為了傾斜碳納米管束22，使壓力頭52偏移，但是壓力物臺(tái)50可以偏移而壓力頭52為固定，或者載物臺(tái)50和壓力頭52可以沿彼此相對(duì)的方向偏移。
然后，在碳納米管束22已經(jīng)如此傾斜后，例如通過(guò)蒸發(fā)法在碳納米管束22上沉積例如厚度為幾pm的銦(In)膜。因此，In膜沉積在碳納米管束22上，同時(shí)相鄰的碳納米管束22上形成的In膜彼此連接，并且在全部表面上形成In的涂膜14a (圖18A)。
不特別限制涂膜14a的構(gòu)成材料，只要所述材料具有高導(dǎo)熱率即可。當(dāng)碳納米管片IO應(yīng)用于導(dǎo)電領(lǐng)域時(shí)，可以使用例如金屬、合金等的導(dǎo)電材料。例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等可以用作涂膜14a的構(gòu)成材料。涂膜14a可以具有這些金屬的單一結(jié)構(gòu)或者兩層、三層或多層的層結(jié)構(gòu)，例如上述的鈦和金的層結(jié)構(gòu)等。
隨后，將碳納米管束22和涂膜14a從襯底30上剝離(圖18B)。
隨后，例如通過(guò)蒸發(fā)法在已經(jīng)從襯底30上剝離的碳納米管束22的表面上沉積例如厚度為幾Jiim的銦(In)膜。因此，在碳納米管束22上沉積In膜，并且在相鄰的碳納米管束22上形成的In膜彼此連接，并且在全部表面上連續(xù)地形成In的涂膜14b。
不特別限制涂膜14b的構(gòu)成材料，只要所述材料具有高導(dǎo)熱率即可。當(dāng)碳納米管片10用于導(dǎo)電時(shí)，可以使用例如金屬、合金等的導(dǎo)電材料。例如銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銦(In)、低熔點(diǎn)焊料等可以用作涂膜14b的構(gòu)成材料。涂膜14b可以具有這些金屬的單層結(jié)構(gòu)，或者具有兩層、三層或多層的層結(jié)構(gòu)，例如上述的鈦和金的層結(jié)構(gòu)等。
由此，得到根據(jù)本實(shí)施例的碳納米管片10。
在本實(shí)施例的附圖中，生長(zhǎng)時(shí)使用的催化金屬膜32示出在碳納米管束22的下端。在碳納米管生長(zhǎng)期間催化金屬膜32粘合以被帶入到碳納米管中。實(shí)際上，催化金屬膜32并非保持在示出的狀態(tài)，并且碳納米管束22在片的下表面露出。通常在剝離襯底30的同時(shí)移除催化金屬膜32。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，在碳納米管束的端部形成導(dǎo)熱率高的涂膜，.由此可以顯著減小碳納米管束與片安裝體之間的接觸熱阻和接觸電阻。因此，可以改進(jìn)碳納米管片的導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率。碳納米管束從片的一個(gè)表面朝向片的另一表面定向，并且相鄰的碳納米管束連接，由此可以制造在垂直于片表面的方向上和平行于片表面的方向上的導(dǎo)熱高且導(dǎo)電高的片。第七實(shí)施例
以下參照?qǐng)D20對(duì)根據(jù)第七實(shí)施例的電子設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明。
圖20為示出了根據(jù)本實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
在本實(shí)施例中，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明，其中根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任 意之一的碳納米管片用作導(dǎo)熱片。
在電路板IOO (例如多層互連電路板等)上安裝半導(dǎo)體器件106等，例 如CPU等。半導(dǎo)體器件106通過(guò)焊接凸塊102電連接至電路板100，并且在 電路板100與半導(dǎo)體器件106之間填充有填充物104。
在半導(dǎo)體器件106上形成用于散發(fā)半導(dǎo)體器件106熱量的散熱器(heat spreader) 110，所述散熱器覆蓋所述半導(dǎo)體器件。在半導(dǎo)體器件106與散熱 器IIO之間形成根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任意之一的碳納米管片108。
在散熱器110上形成用于散發(fā)傳導(dǎo)至散熱器110的熱量的熱沉(heat sink) 114。在散熱器110與熱沉114之間形成根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任意 之一的碳納米管片112。
如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的電子設(shè)備中，根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任 意之一的碳納米管片108、 112分別設(shè)置在半導(dǎo)體器件106與散熱器110之 間，以及散熱器110與熱沉114之間，即在發(fā)熱單元與散熱單元之間。
如上所述，在根據(jù)第一至第六實(shí)施例的碳納米管片中，碳納米管垂直于 片的膜表面定向并且具有很好的垂直熱傳導(dǎo)。根據(jù)第五和第六實(shí)施例的碳納 米管片具有形成在兩個(gè)表面上的涂膜14，并且可以顯著減少接觸熱阻。
因此，所述碳納米管片用作半導(dǎo)體器件106與散熱器IIO之間以及散熱 器IIO與熱沉114之間的導(dǎo)熱片，由此半導(dǎo)體器件106產(chǎn)生的熱量可以有效 地水平分散并同時(shí)垂直傳導(dǎo)至散熱器110和熱沉114，從而可以改進(jìn)散熱效 率。因此，可以改進(jìn)電子設(shè)備的可靠性。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，根據(jù)第一至第六實(shí)施例的碳納米管片設(shè)置在 半導(dǎo)體器件與散熱器之間以及散熱器與熱沉之間，由此可以顯著改進(jìn)在半導(dǎo) 體器件與散熱器之間以及散熱器與熱沉之間的熱傳導(dǎo)。因此可以增加半導(dǎo)體 器件產(chǎn)生的熱量的散熱效率，并且可以改進(jìn)電子設(shè)備的可靠性。第八實(shí)施例以下參照?qǐng)D21對(duì)根據(jù)第八實(shí)施例的電子設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明。
圖21為示出了根據(jù)本實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
在本實(shí)施例中，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明，其中根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任意之一的碳納米管片用作導(dǎo)熱片。
在印刷電路板130上安裝電路板100 (例如多層互連電路板等)。電路板100通過(guò)焊接凸塊132電連接至印刷電路板130。
在電路板100上安裝半導(dǎo)體器件106，例如CPU等。半導(dǎo)體器件106通過(guò)焊接凸塊102電連接至電路板100。
在半導(dǎo)體器件106上形成用于散發(fā)半導(dǎo)體器件106熱量的散熱器110，所述散熱器覆蓋所述半導(dǎo)體器件。在半導(dǎo)體器件106與散熱器110之間形成根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任意之一的碳納米管片108。散熱器IIO例如通過(guò)有機(jī)密封劑116附著至電路板100。
如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的電子設(shè)備中，根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任意之一的碳納米管片108設(shè)置在半導(dǎo)體器件106與散熱器110之間，即設(shè)置在發(fā)熱單元與散熱單元之間。
如上所述，在根據(jù)第一至第六實(shí)施例的碳納米管片中，碳納米管垂直于片的膜表面定向，并且在兩端形成有用于減少接觸熱阻的涂膜14。垂直于表面的熱傳導(dǎo)非常好。
因此，所述碳納米管片用作半導(dǎo)體器件106與散熱器110之間的導(dǎo)熱片，由此半導(dǎo)體器件106產(chǎn)生的熱量可以有效地水平分散并同時(shí)垂直傳導(dǎo)至散熱器110和熱沉114，從而可以改進(jìn)散熱效率。因此，可以改進(jìn)電子設(shè)備的可靠性。
作為形成在片的兩個(gè)表面上的涂膜14，使用例如銦和低熔點(diǎn)焊料的材料，所述材料的熔點(diǎn)低于電子設(shè)備的其他組成部件(例如焊接凸塊102、 132和有機(jī)密封劑116)的材料的熔點(diǎn)，由此可以進(jìn)一步增加散熱效率。
艮P，例如由低熔點(diǎn)材料(例如銦、低熔點(diǎn)焊料或不同于形成電子設(shè)備的其他組成部件的材料)形成涂膜14，由此可以在不損壞其他組成部件的情況下使涂膜回流。因此，半導(dǎo)體器件106與碳納米管片108之間的界面處的凸部和凹部，以及碳納米管片108與散熱器110之間的界面處的凸部和凹部可以由涂膜14的構(gòu)成材料填充，并且可以進(jìn)一步降低半導(dǎo)體器件106與碳納米管片108之間以及碳納米管片108與散熱器110之間的接觸熱阻。
例如在散熱器110已經(jīng)附著在電路板100上之后，或電路板100已經(jīng)安
裝在印刷電路板130上之后，可以進(jìn)行用于回流涂膜14的熱處理步驟。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任意之一的碳納米
管片112設(shè)置在半導(dǎo)體器件與散熱器之間，由此可以顯著改進(jìn)在半導(dǎo)體器件
與散熱器之間的熱傳導(dǎo)。因此可以增加半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的熱量的散熱效率，
以及可以改進(jìn)電子設(shè)備的可靠性。第九實(shí)施例
以下參照?qǐng)D22對(duì)根據(jù)第九實(shí)施例的電子設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明。 圖22為示出了根據(jù)本實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的立體圖。 在本實(shí)施例中，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行說(shuō)明，其中根據(jù)第一至第六實(shí)施例中任 意之一的碳納米管片的用作導(dǎo)熱片，并且還用作導(dǎo)電片。
如圖22所示，用在無(wú)線電通信站中的HPA (高功率放大器)120等整 合在封裝122中，熱沉124連接至封裝122的下側(cè)。HPA 120產(chǎn)生的熱量通 過(guò)封裝122的下側(cè)散發(fā)至熱沉124。封裝122還用作電接地并且必須電連接 至熱沉124。為了連接封裝122與熱沉124，優(yōu)選使用優(yōu)良的導(dǎo)電且導(dǎo)熱的 導(dǎo)體。
如圖22所示，在封裝122與熱沉124的連接處，使用根據(jù)第一至第六 實(shí)施例中任意之一的碳納米管片126，以由此電連接封裝122與熱沉124。 由HPA 120產(chǎn)生的熱量可以有效地被傳導(dǎo)至熱沉124，并且可以改進(jìn)散熱效 率。因此，可以改進(jìn)電子設(shè)備的可靠性。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，在HPA的封裝與熱沉之間設(shè)置碳納米管片， 所述碳納米管片具有在片的膜厚度方向定向的碳納米管，由此可以顯著改進(jìn) 封裝與熱沉之間的熱傳導(dǎo)。因此，可以改進(jìn)對(duì)于由HPA產(chǎn)生的熱量的散熱， 并且可以增加電子設(shè)備的可靠性。HPA與作為接地的熱沉可以電連接。實(shí)施例變型
上述實(shí)施例可以包括其他多種變型。
例如，在上述實(shí)施例中，通過(guò)使用碳納米管的碳納米管片舉例說(shuō)明了使 用碳原子線性結(jié)構(gòu)的片結(jié)構(gòu)，但是使用碳原子線性結(jié)構(gòu)的片結(jié)構(gòu)不限于此。 除了碳納米管，碳納米絲、碳棒和碳纖維也可作為碳原子線性結(jié)構(gòu)。除了與碳納米管尺寸不同之外，這些線性結(jié)構(gòu)與碳納米管相同。上述實(shí)施例可以應(yīng)用于使用這些線性結(jié)構(gòu)的片結(jié)構(gòu)。
在上述的第一至第六實(shí)施例中，在碳納米管片10的兩個(gè)表面上設(shè)置涂
膜14，但是涂膜14也可以只形成在碳納米管片10的一個(gè)表面上。在涂膜14僅形成在碳納米管片10的一個(gè)表面上的情況下，當(dāng)碳納米管片10用作導(dǎo)熱片時(shí)，優(yōu)選通過(guò)將形成有涂膜14的表面定位在發(fā)熱元件的側(cè)面上來(lái)設(shè)置碳納米管片10。可以通過(guò)在圖5A的步驟之后填充填充層16并將片從襯底剝離而形成涂膜14僅形成在一個(gè)表面上的碳納米管片10。
在上述的第一至第四實(shí)施例中，在碳納米管12之間或在碳納米管束22之間形成填充層16，但是并非必須形成填充層16。填充層16主要用于支承多個(gè)碳納米管12或多個(gè)碳納米管束22以保持片的狀態(tài)。因此，例如，當(dāng)在片的表面上連續(xù)形成涂膜14，并且涂膜14可以充分支承碳納米管12時(shí)，不必形成填充層16。
在上述的第六實(shí)施例中，碳納米管束22是傾斜的。此外，在碳納米管12形成在整個(gè)表面的碳納米管片10中，例如在第一至第三實(shí)施例和第五實(shí)施例中，碳納米管12也可以是傾斜的。可以例如通過(guò)在第六實(shí)施例中描述的方法使碳納米管12傾斜。
上述在各實(shí)施例中描述的構(gòu)成材料和制造條件不是必需的，而是可以根據(jù)目的等適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行變化。
碳納米管片的用途不限于上述在實(shí)施例中描述的那些用途。所述碳納米管片作為導(dǎo)熱片例如可用于CPU的散熱片，無(wú)線電通信站的高功率放大器的散熱片，用于無(wú)線通信終端的高功率放大器的散熱片，用于電機(jī)、服務(wù)器、個(gè)人電腦等的大功率開(kāi)關(guān)的散熱片。通過(guò)利用碳納米管的可容許較高電流密度的特性，碳納米管片可以用于豎直互連片和各種使用豎直互連片的場(chǎng)合。
此處描述的所有示例和條件性的描述語(yǔ)言是用于教示的目的以幫助讀者理解本發(fā)明和由本發(fā)明提供的內(nèi)容以區(qū)別現(xiàn)有技術(shù)，并且被解釋為不是用
以限制這些特別描述的示例和條件，在說(shuō)明書中這些示例的組合也不涉及本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。即使已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)該理解的是可以在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化、置換
和修改。
權(quán)利要求
1.一種片結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；填充層，所述填充層填充在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)之間的間隙中，并且支承所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；以及第一涂膜，所述第一涂膜形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端，并且形成所述第一涂膜的材料的導(dǎo)熱率高于所述填充層的構(gòu)成材料的導(dǎo)熱率。
2. 如權(quán)利要求1所述的片結(jié)構(gòu)，其中所述第一涂膜將相鄰的所述碳原 子線性結(jié)構(gòu)彼此連接。
3. —種片結(jié)構(gòu)，包括 多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；以及第一涂膜，所述第一涂膜形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端， 并且形成所述第一涂膜的材料的導(dǎo)熱率至少為1 W/m，K，并且所述第一涂膜 將相鄰的所述碳原子線性結(jié)構(gòu)彼此連接。
4. 如前述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的片結(jié)構(gòu)，還包括石墨層，所 述石墨層形成在所述第一涂膜與所述碳原子線性結(jié)構(gòu)之間。
5. 如前述權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的片結(jié)構(gòu)，還包括第二涂膜， 所述第二涂膜形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的另一端。
6. 如前述權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的片結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)碳原 子線性結(jié)構(gòu)設(shè)置成彼此間隔第一間隙，并且形成多個(gè)線性結(jié)構(gòu)束，所述多個(gè) 線性結(jié)構(gòu)束設(shè)置成彼此間隔第二間隙，所述第二間隙大于所述第一間隙。
7. 如前述權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的片結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)碳原 子線性結(jié)構(gòu)定向在所述片的膜厚度方向上。
8. 如前述權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的片結(jié)構(gòu)，其中各所述碳原子 線性結(jié)構(gòu)均相對(duì)于所述片的膜厚度方向傾斜，并且相鄰的所述碳原子線性結(jié) 構(gòu)彼此接觸。
9. 如權(quán)利要求5所述的片結(jié)構(gòu)，其中所述第二涂膜的導(dǎo)熱率至少為1 W/m.K。
10. —種電子設(shè)備，包括 發(fā)熱元件；散熱元件，用于散發(fā)由所述發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量；以及片結(jié)構(gòu)，所述片結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述發(fā)熱元件與所述散熱元件之間，并包括 多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)以及形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端的涂膜。
11. 如權(quán)利要求10所述的電子設(shè)備，其中所述片結(jié)構(gòu)還包括填充層， 所述填充層填充在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)之間的間隙中并且支承所述多 個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求10所述的電子設(shè)備，其中所述涂膜形成為使相鄰的所 述碳原子線性結(jié)構(gòu)彼此連接，以及通過(guò)所述涂膜支承多個(gè)所述碳原子線性結(jié)構(gòu)。
13. —種制造片結(jié)構(gòu)的方法，包括 在第一襯底上形成催化金屬膜；借助作為催化劑的所述催化金屬膜，在所述第一襯底上生長(zhǎng)多個(gè)碳原子 線性結(jié)構(gòu)；在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的一端上形成第一涂膜； 將第二襯底粘附至所述第一涂膜，并且隨后將所述第一襯底從所述多個(gè) 碳原子線性結(jié)構(gòu)與所述第一襯底之間的界面處分離；將填充材料填充在所述碳原子線性結(jié)構(gòu)之間以形成填充層；以及 移除所述第二襯底。
14. 如權(quán)利要求13所述的制造片結(jié)構(gòu)的方法，還包括在移除所述第 一襯底之后，在由于移除所述第一襯底而露出的所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的 另一端上形成第二涂膜。
15. —種制造片結(jié)構(gòu)的方法，包括 在襯底上形成催化金屬膜；借助作為催化劑的所述催化金屬膜，在所述襯底上生長(zhǎng)多個(gè)碳原子線性 結(jié)構(gòu)；在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的一端上形成第一涂膜，以使相鄰的所述碳 原子線性結(jié)構(gòu)連接；以及將所述襯底從所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)與所述襯底之間的界面處移除。
16. 如權(quán)利要求15所述的制造片結(jié)構(gòu)的方法，還包括，在移除所述襯 底之后，在由于移除所述襯底而露出的所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的另一端上 形成第二涂膜。
17. 如前述權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的制造片結(jié)構(gòu)的方法，其中 在生長(zhǎng)所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)期間，生長(zhǎng)出的碳原子線性結(jié)構(gòu)的端部被石墨層覆蓋。
18. —種制造電子設(shè)備的方法，包括連接發(fā)熱元件和散熱元件，所述散熱元件用于通過(guò)設(shè)置在所述發(fā)熱元件 與所述散熱元件之間的片結(jié)構(gòu)散發(fā)由所述發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量，所述片結(jié)構(gòu) 包括多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)以及形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端 的涂膜；以及在高于所述涂膜的構(gòu)成材料的熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，以回流所述涂膜。
19. 如權(quán)利要求18所述的制造電子設(shè)備的方法，其中所述片結(jié)構(gòu)還包 括填充層，所述填充層填充在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)之間的間隙中，并且 支承所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)。
20. 如權(quán)利要求18所述的制造電子設(shè)備的方法，其中所述涂膜形成為 使相鄰的所述碳原子線性結(jié)構(gòu)連接，以及通過(guò)所述涂膜支承所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種片結(jié)構(gòu)和制造片結(jié)構(gòu)的方法，其中該片結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；填充在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)之間的間隙中的填充層，用于支承所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)；以及形成在所述多個(gè)碳原子線性結(jié)構(gòu)的至少一端的涂膜，并且所述涂膜的導(dǎo)熱率至少為1W/m·K。
文檔編號(hào)H01L23/36GK101540302SQ20091012802
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者山口佳孝, 巖井大介, 廣瀨真一, 曾我育生, 近藤大雄 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社