專利名稱：具有對準的碳納米管的熱界面材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子系統(tǒng)的冷卻，尤其涉及包含對準的碳納米管的納米復(fù)合熱界面材料的使用。
背景技術(shù)：
諸如微處理器的微電子器件產(chǎn)生熱。熱界面材料用于傳導(dǎo)微電子器件中的熱量。圖1是微處理器和散熱組件100的側(cè)視圖，示出了熱界面材料的各層104、108如何用于將熱量從微處理器管芯110傳導(dǎo)到散熱片102。微處理器和散熱組件100包括附著了微處理器管芯110的基片114。微處理器管芯110和集成散熱片(IHS)106之間有第一熱界面層(TIM1)108，它還通過密封劑層112連接到基片114。TIM1層108通常是諸如銦焊料的材料，具有約80W/mK的體積熱導(dǎo)率。
IHS106和散熱片102之間有第二熱界面層(TIM2)104。當前使用的TIM2層104是硅潤滑油材料，其體積熱導(dǎo)率小于5W/mK。期望TIM2層104使用戶能在沒有專門的焊接知識或設(shè)備的情況下附著散熱片102，或者是可修改的以便能去除和重新附著散熱片102。這通常避免了TIM1層108的焊接材料還被用作TIM2層104，雖然TIM1層108中使用的焊料的熱導(dǎo)率高于TIM2層104中使用的硅酯材料。
操作中，微處理器管芯110產(chǎn)生熱。TIM1層108將該熱量從微處理器管芯110傳導(dǎo)到IHS106。TIM2層104隨后將該熱量從IHS106傳導(dǎo)到散熱片102，后者將熱量轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境并離開微處理器和散熱片組件100。
隨著現(xiàn)代微處理器已變得更快且能力更強，它們也產(chǎn)生更多的熱量。TIM1層108和TIM2層104中當前所使用的熱界面材料的熱導(dǎo)率不足以將足夠多的熱量傳導(dǎo)離開微處理器管芯110以及傳到散熱片102。


在附圖中作為示例而非限制地示出了本發(fā)明的各種實施例，其中相同的標號表示相似的元件，其中圖1是微處理器和散熱片組件的側(cè)視圖，示出了如何將熱界面材料的各層用于將熱量從微處理器管芯傳導(dǎo)到散熱片。
圖2是改進的微處理器和散熱片組件的側(cè)視圖，它包含了根據(jù)本發(fā)明的改進熱界面材料的層。
圖3a是說明如何制造具有對準碳納米管的改進熱界面材料的流程圖。
圖3b和3c是在對準之前(圖3b)和之后(圖3c)的碳納米管和對準材料的側(cè)視圖。
圖4是示出當粘土被用作為對準材料時根據(jù)本發(fā)明實施例如何制造具有對準碳納米管的改良熱界面材料的流程圖。
圖5是更詳細地示出根據(jù)一個實施例的如何制備粘土材料的流程圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖4的組合材料如何經(jīng)受剪切力并被分成墊的側(cè)視圖。
圖7是示出當將液晶樹脂用作對準材料時根據(jù)本發(fā)明實施例的如何制造具有對準碳納米管的改良熱界面材料的流程圖。
圖8a和8b是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的如何將圖7的組合材料在膜上形成層隨后經(jīng)受一個場的側(cè)視圖。
具體實施例方式
貫穿本說明書，對“一個實施例”或“一實施例”的引用表示聯(lián)系本發(fā)明描述的特點、結(jié)構(gòu)、材料或特征包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，本說明書中各處短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”的出現(xiàn)不必都涉及本發(fā)明的同一實施例。此外，這些特點、結(jié)構(gòu)、材料或特征可以在一個或多個實施例中按任何合適的方式組合。
圖2是微處理器和散熱片組件200的側(cè)視圖，它包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的改進熱界面材料層202、204。該熱界面材料包括在傳熱方向上對準的碳納米管。因此，該熱界面材料是納米復(fù)合熱界面材料(NTIM)，并可以具有比先前使用的熱界面材料更高的熱導(dǎo)率。通過使用熱界面材料層202、204，圖2的微處理器和散熱片組件200可更好地將熱量從微處理器管芯110中去除。
微處理器和散熱片組件200包括附著了微處理器管芯110的基片114。微處理器管芯110和集成散熱片(HIS)106之間有第一熱界面層(TIM1)204，它通過密封劑層112連接到基片114。本發(fā)明一實施例的TIM1層204包括與一種或多種其它材料組合的碳納米管。TIM1層204將熱量從微處理器110傳遞到IHS106。在一個實施例中，該熱量可以基本在z軸206的方向上傳遞。為了傳熱，可對準TIM1層204內(nèi)的碳納米管以形成傳熱方向上的熱傳導(dǎo)路徑，它在所示的實施例中是z軸206的方向。對準碳納米管以在期望的傳熱方向上形成熱傳導(dǎo)路徑改進了沿著該方向206的改良熱界面材料層204的熱導(dǎo)率。改良熱界面材料層204的熱導(dǎo)率可大于約100W/mK，與現(xiàn)有技術(shù)的熱界面材料相比它提供了改進的傳熱性能。
IHS106和散熱片102之間有第二熱界面層(TIM2)202。在圖2所示的實施例中，TIM2層202也包括與一種或多種其它材料組合的碳納米管。TIM2層202將熱量從IHS106傳遞到散熱片102。在一個實施例中，該熱量基本在z軸206的方向上傳遞。為傳遞該熱量，可對準TIM2層202內(nèi)的碳納米管以形成傳熱方向上的熱傳遞路徑，它在所示實施例中是z軸206的方向。如同TIM1層204一樣，對準TIM2層202中的碳納米管以在期望的傳熱方向上形成熱傳導(dǎo)路徑可改善沿著方向206的改良熱界面材料層202的熱導(dǎo)率。如同TIM1層204一樣，具有對準的碳納米管的改良熱界面材料層202的熱導(dǎo)率可大于約100W/mK，提供了改進的傳熱性能。
如圖2的以上討論所示，微處理器管芯110可以是熱源。第一改良熱界面材料層204可以基本沿著z軸206將微處理器管芯110產(chǎn)生的熱量傳遞到IHS106。IHS106可以是受熱器，用于接收從熱源(微處理器管芯110)傳導(dǎo)出來的熱量。隨后，該熱量基本沿著z軸206行進，從IHS106通過第二改良熱界面材料層202到達散熱片102，它將熱量傳到周圍環(huán)境并離開微處理器和散熱片組件200。采用TIM2層202，IHS106可用作熱源，且散熱片102可用作受熱器。通過對準熱界面材料層202、204中的碳納米管以形成傳熱方向(在這種情況下沿著z軸206)上的熱傳導(dǎo)路徑，可以實現(xiàn)大于約100W/mK的改良熱導(dǎo)率。
雖然圖2的微處理器和散熱片組件200已被描述為具有包含對準的碳納米管的熱界面層202、204，但這不是必要條件?？梢允褂脙H在熱界面層202、204之一中具有在傳熱方向上對準的碳納米管以改善該層熱導(dǎo)率的NTIM。微處理器和散熱片組件200以外的應(yīng)用也可利用一層或多層熱界面材料。這種應(yīng)用包括在諸如管芯110的熱源和諸如散熱片102、蒸氣腔、熱管或其它受熱器或除熱器的受熱器或除熱器之間。在這種應(yīng)用中，具有對準的碳納米管的改良熱界面材料可用作熱界面材料，用于從不同類型的熱源到不同類型的受熱器的改進的傳熱。
圖3a是說明一實施例中如何制造具有對準的碳納米管的改良熱界面材料的流程圖300。碳納米管可與一種對準材料組合(302)以獲得組合材料。對準材料幫助在傳熱的方向上對準改良熱界面材料內(nèi)的碳納米管。納米管和對準材料也可與一種或多種其它材料組合(302)以獲得組合材料。這些其它材料可以是基質(zhì)材料或填充材料，或者是其它材料。在一個實施例中，碳納米管占組合材料的大于約5重量％，盡管在一些實施例中使用達到約25重量％的碳納米管，且再一些實施例使用更大量的碳納米管。一般，碳納米管的量越大就獲得越高的熱導(dǎo)率。在一些實施例中，所使用的碳納米管具有大于約10nm的平均長度。在另一實施例中，所使用的碳納米管具有大于約100nm的平均長度。一般，碳納米管的平均長度越長，一旦將碳納米管對準，就會獲得更好的熱傳導(dǎo)路徑。在各種實施例中，使用具有單壁或多壁的納米管。在一些實施例中，用表面改性來處理碳納米管以改善NTIM材料中的潤濕和/或分散，或者用于其它用途。
隨后對準碳納米管(304)。這可以通過對準對準材料來進行。對準材料具有可對準結(jié)構(gòu)。當對準對準材料內(nèi)的可對準結(jié)構(gòu)時，它們使得碳納米管也變得對準。在各種實施例中，使用不同的對準材料，且使對準材料對準碳納米管的方法基于所使用的對準材料而不同。通過使用對準材料，使得碳納米管的對準更容易，這允許形成對于更多應(yīng)用來說更廉價、更實用的具有對準的碳納米管的熱界面材料。
圖3b和3c是在對準之前(圖3b)和之后(圖3c)包括碳納米管和對準材料的組合材料的實施例的側(cè)視圖。圖3b和3c示出了對準碳納米管如何能改善組合材料的熱導(dǎo)率。在圖3b和3c所示的示例中，期望將熱量沿著z軸206從組合材料的底部傳導(dǎo)到其頂部。注意，在其它應(yīng)用中，可以期望在不同的方向上傳導(dǎo)熱量，因此可以不同地對準碳納米管。一般，沿著碳納米管本身出現(xiàn)通過組合材料的大部分熱傳導(dǎo)。由對準的碳納米管形成的路徑可提供更高的熱導(dǎo)率，其中熱量可以沿著該路徑從材料的一側(cè)行進到另一側(cè)。
圖3b示出了具有未對準的碳納米管306的未對準的組合材料308。未對準的納米管306，在材料308內(nèi)具有基本隨機的取向。只存在未對準碳納米管306形成的很少的路徑能使熱量沿著z軸206從材料底部行進到頂部。因此，圖3b的未對準材料308的熱導(dǎo)率相對較低。
圖3c示出了在根據(jù)圖3a對準了組合材料(304)之后對準的組合材料312的一實施例。碳納米管良好地傳導(dǎo)熱量。如上所述，對準材料可包括使得碳納米管在對準該對準材料時變得對準的結(jié)構(gòu)。在組合材料的對準(304)之后，對準的碳納米管310提供路徑314、316、318，熱量可以沿著這些路徑從對準材料312的底部行進到頂部。這些路徑314、316、318可以大大地改善材料的熱導(dǎo)率。
通過對準(304)材料可能形成的一種類型的路徑是直路徑314。在直路徑314中，碳納米管310基本沿著z軸206完全對準，且一個或多個納米管接觸以形成直接從對準材料312的底部到對準材料312的頂部的直路徑314。該直路徑314提供了傳遞熱量的直接的、完整的、短路徑，提供了很高的熱導(dǎo)率。
通過對準(304)材料形成的另一種路徑是彎曲路徑316。碳納米管未沿z軸206完美地對準，但仍相互接觸使得形成從對準材料312的底部到對準材料312的頂部的完全的彎曲路徑316。彎曲路徑316不像直路徑314那樣短，因此熱導(dǎo)率不如沿直路徑那樣高。但是，沿該彎曲路徑316流動的熱量可由對準的碳納米管310傳導(dǎo)，因此具有這種彎曲路徑的材料的熱導(dǎo)率仍相當高。
通過對準(304)材料形成的第三種路徑是具有一個或多個間隙320的彎曲路徑。在這種有間隙的彎曲路徑318中，在由碳納米管傳導(dǎo)時熱量不能一路上從對準材料312的下表面行進到對準材料312的上表面。但是，對準材料312中的這種有間隙的彎曲路徑318中的間隙320會小于未對準材料308中存在的間隙，使得具有這種有間隙的彎曲路徑318的材料的熱導(dǎo)率仍高于未對準材料308中的。在材料的對準304后，也可存在有間隙的直路徑。較長的碳納米管減少了一路上跨對準材料所需的納米管數(shù)，因此較長的納米管可減少納米管之間的間隙數(shù)并提升對準材料312的熱導(dǎo)率。
圖4是示出根據(jù)一實施例在將粘土用作對準材料時如何制造具有對準碳納米管的熱界面材料的流程圖400。制備粘土(402)供在改良熱界面材料中使用。在一些實施例中，所使用的粘土可以是單個片晶(platelet)顆粒的結(jié)塊，它們像卡一樣緊密地堆疊在一起進入稱作類晶團聚體的域。在一個實施例中，粘土的個別片晶顆粒通常具有小于約2nm的厚度且直徑通常在約10nm到約3000nm的范圍之內(nèi)。可以選擇粘土以使粘土片晶的直徑近似于碳納米管的長度。本發(fā)明的一些實施例中使用的粘土是可膨脹的自由流動粉末，其陽離子交換能力從約0.3到約3.0毫當量每克粘土材料(meq/g)。一些實施例使用可膨脹自由流動粉末，其陽離子交換能力從約0.90meq/g到約1.5meq/g。
在一些實施例中，可以通過使可膨脹分層粘土與一種或多種有機陽離子(在一些實施例中是銨化合物)反應(yīng)來實現(xiàn)粘土的制備(402)，引起部分或完全的陽離子交換?？梢允褂迷S多方法來實現(xiàn)。
圖5是更詳細地示出如何根據(jù)一個實施例可以制備(402)粘土材料的流程圖500。將粘土分散(502)入溫度約50攝氏度到約80攝氏度的熱水。隨后，將單獨或溶解于水或酒精的有機陽離子鹽添加(504)到粘土中。接著，將鹽和粘土混合(506)一時間周期，該時間周期對于有機陽離子來說足以交換粘土各層之間的通道中存在的多數(shù)金屬陽離子。這使得粘土與將與其組合的諸如聚合物的某些基質(zhì)材料更相容。其它方法也可用于提升相容性以替代陽離子交換。隨后，離析(508)粘土，這可以通過過濾、離心分離、噴霧干燥和其它方法或這些方法的組合來實現(xiàn)。隨后，通常通過諸如打磨、研磨、磨碎、錘磨、噴射研磨和其它方法或這些方法的組合的方法將粘土的顆粒大小減小(510)到小于100微米的平均大小。任選地，可以對該粘土執(zhí)行(512)進一步的處理。這些處理可以包括有助于剝落組合入粘土的NTIM材料的處理，以改善粘土組合入的NTIM材料的聚酰胺粘土界面的強度，和/或其它處理。這種處理的一個示例是添入水溶或不水溶聚合物、有機試劑或單體、硅烷化合物、金屬或金屬有機化合物和/或其它合適的材料或它們的組合。
返回圖4，隨后，可以將碳納米管與所制備的粘土組合(404)。也可將粘土和碳納米管與一個或更多其它材料組合(404)。與之組合的碳納米管和其它材料形成組合材料。在本發(fā)明的一個實施例中，粘土占組合材料的小于約25重量％。在另一實施例中，粘土占組合材料的小于約5重量％，且在又一實施例中，粘土占組合材料的小于約2重量％?？梢允褂米銐虻恼惩烈蕴峁┳銐虻钠Ш皖惥F聚體結(jié)構(gòu)，以便在對準粘土材料時對準碳納米管。改良的熱界面材料中所使用的粘土可以是天然粘土、合成粘土、改性的頁硅酸鹽或者其它粘土或粘土混合物。天然粘土包括蒙脫石粘土，諸如蒙脫石、皂石、鋰蒙脫石、云母、蛭石、膨潤土、綠脫石、貝得石、鉻嶺石、碼伽迪特(magadite)、水羥硅鈉石及其它。合成粘土包括合成云母、合成皂石、合成鋰蒙脫石及其它。改性的頁硅酸鹽粘土包括氟化的蒙脫石、氟化的云母及其它。
在一些實施例中，可將較寬種類的基質(zhì)材料中的一種或多種與碳納米管和所制備的粘土組合(404)以形成組合材料。例如，可針對其良好的潤濕性能和/或其與碳納米管的較低界面阻力來選擇基質(zhì)材料。這些基質(zhì)材料可包括諸如聚硅氧烷、環(huán)氧樹脂、聚酯和烯烴的聚合物，諸如銦、錫及其合金的焊料，聚合物—焊料混合物，或者其它基質(zhì)材料。烯烴樹脂是有用的，因為它們具有良好的潤濕性和與碳納米管的較低界面阻力。本發(fā)明的一些實施例中可以使用的烯烴樹脂的一些示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和石蠟。其它基質(zhì)材料也可用于提供附加的期望屬性。
在一些實施例中，也可將熱傳導(dǎo)或其它填充材料與碳納米管和所制備的粘土組合以形成組合材料。通過改善沿著具有間隙的碳納米管路徑的傳熱，熱傳導(dǎo)填料可幫助改善組合的對準材料的熱導(dǎo)率。導(dǎo)熱填料可改善間隙320的熱導(dǎo)率一些實施例中使用的這些填料包括諸如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁及其它的陶瓷，諸如鋁、銅、銀及其它的金屬，諸如銦及其它的焊料，以及其它填充材料。
在組合404后，可將粘土分散于組合材料中，使得大部分粘土作為單個的片晶顆粒、小類晶團聚體和類晶團聚體的小聚集體存在，在一個實施例中具有小于約20nm的高度尺寸，這意味著在粘土厚度約2nm的實施例中大部分粘土作為具有小于約15個堆疊片晶的片晶或類晶團聚體存在。在一些實施例中，期望具有更多數(shù)量的粘土的單個片晶顆粒和更少的類晶團聚體或類晶團聚體的聚集體。
隨后，使組合材料受到(406)剪切力。該剪切力對準粘土內(nèi)的結(jié)構(gòu)，諸如片晶、類晶團聚體和類晶團聚體的聚集體。當它們對準時，片晶、類晶團聚體和類晶團聚體的聚集體使得碳納米管也對準，從而該NTIM具有改善的熱導(dǎo)率?？墒褂迷S多方法使組合材料受剪切(406)，包括模制組合材料、擠出組合材料和其它方法。在一些實施例中，已受剪切(406)的NTIM材料隨后被分成(408)適用于期望應(yīng)用的選定厚度的墊。接著，這些墊可在較寬種類的裝置中用以傳熱。例如，墊可用作以上參考圖2描述的TIM1和TIM2層202、204。具有對準的碳納米管的墊可用作TIM2層202，因為NTIM墊允許散熱片102被去除和替換，并允許用戶在沒有專門的焊接知識或設(shè)備的情況下附著散熱片102。因此，NTIM材料適合于用作TIM2層202且其熱導(dǎo)率多倍于當前用作TIM2層104的硅酯材料的熱導(dǎo)率。
在本發(fā)明的一個實施例中，制備(402)10克的硅石粘土。隨后，通過將材料在雙軌道混合器中以80攝氏度的溫度混合三個小時，將該粘土與30克的單壁碳納米管以及60克的阿爾法烯烴樹脂基質(zhì)材料組合(404)。隨后，通過將組合材料擠出成直徑約1英寸的一股材料，使該組合材料受到(406)剪切力。隨后，將該股材料408分成約0.25毫米厚的墊。接著，這些墊被測試和查明以具有大于約100W/mK的熱導(dǎo)率。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖4的組合材料如何受到(406)剪切力并被分成(408)墊的側(cè)視圖。組合的未對準材料602被放入擠出器604。該擠出器604隨后擠出一股對準材料606。在其它實施例中，可把未組合材料放入擠出器604，它組合(602)并擠出(604)該材料。因為擠出過程向材料施加了剪切力，所以該股材料被對準。該剪切力使粘土的各種可對準結(jié)構(gòu)對準，它們是片晶、類晶團聚體和類晶團聚體的聚集體。這些可對準結(jié)構(gòu)的對準反過來引起碳納米管的對準。如圖6所示，對準材料606的對準沿著z軸206。為了按更可用的形式形成對準材料606，擠出一股材料被置入切片器608，它將該股材料切片成適合在期望應(yīng)用中使用的選定高度的對準墊610。注意“高度”是沿著z軸206的，以使這種情況下的“高度”在圖6中從左向右進行測量。隨后，這些墊例如可用作圖2的TIM1和/或TIM2層204、202之一或兩者，或者應(yīng)用于其它應(yīng)用中。
圖7是示出在將液晶樹脂用作對準材料時如何根據(jù)本發(fā)明實施例制造具有對準碳納米管的改良熱界面材料的流程圖700。將碳納米管與液晶樹脂組合(702)。在本發(fā)明的一個實施例中，液晶樹脂占組合材料的大于約20重量％，且組合材料可包括碳納米管和液晶樹脂。在其它實施例中，液晶樹脂占組合材料的約15重量％或以上。液晶樹脂包括可對準結(jié)構(gòu)。可用使用許多不同的液晶樹脂，包括棒狀液晶樹脂，其中棒是可對準結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，使用熔點小于約200攝氏度和/或可溶于溶劑或稀釋劑的液晶樹脂。此外，液晶樹脂可以用諸如環(huán)氧樹脂、乙烯基、羥基或其它單元的可聚合單元功能化，以允許組合液晶樹脂的固化。
在一些實施例中，可將一個或多個基質(zhì)材料與碳納米管和液晶樹脂組合(702)，以獲得組合材料。這種其它基質(zhì)材料可包括諸如聚硅氧烷、環(huán)氧樹脂、聚酯和烯烴的聚合物，諸如銦、錫及其合金的焊料，聚合物-焊料混合物，以及其它基質(zhì)材料中的一種或多種。其它基質(zhì)材料也可用于提供附加的期望屬性。
在一些實施例中，可將導(dǎo)熱或其它填充材料與碳納米管和液晶樹脂組合(702)，以獲得組合材料。導(dǎo)熱填料可通過改善沿著具有間隙的碳納米管路徑的傳熱來幫助改善組合的對準材料的熱導(dǎo)率。傳導(dǎo)填料可改善間隙320的熱導(dǎo)率。一些實施例中使用的這種填料包括諸如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁等的陶瓷，諸如鋁、銅、銀及其它的金屬，諸如銦及其它的焊料，以及其它填充材料。也可以對組合材料進行其它處理。
隨后，組合材料在諸如Mylar或其它薄膜或可釋放襯底(release liner)的膜上形成層(704)。該膜支承組合材料并使組合材料的處理和加工更容易。形成層704可通過在膜上澆注組合材料、將組合材料印制于膜上或者通過其它方法而進行。隨后，可以在組合材料上將第二膜或可釋放襯底形成層，使得材料的兩側(cè)都由膜蓋滿。將溶劑或稀釋劑與材料組合702可使材料在膜上形成層704更容易。
隨后，組合材料經(jīng)受(706)某種場的作用。該場對準液晶樹脂。在各種實施例中，磁場、電場、電磁場或其它場都可用于對準液晶樹脂。液晶樹脂中的諸如棒狀結(jié)構(gòu)的可對準結(jié)構(gòu)反過來使得碳納米管也對準，從而獲得具有改良熱導(dǎo)率的NTIM。選擇場的定向，以使碳納米管在期望的方向上對準。該場還直接作用于碳納米管上以幫助對準這些碳納米管。但是，與嘗試直接通過場對準碳納米管而沒有對準材料相比，通過包含液晶樹脂的對準材料，可以用更小的場強引起碳納米管的對準。將溶劑或稀釋劑與材料組合(702)可使材料的對準更容易。注意諸如通過擠出施加的并參考以上粘土作為對準材料的實施例所描述的剪切力也可用于對準其中液晶樹脂是對準材料的組合材料，以代替所述場或附加于所述場。
任選地，可固化(708)組合和對準的材料。在一些實施例中，固化708發(fā)生于對準碳納米管之后，而在其它實施例中，在組合材料經(jīng)受706磁場時，固化708發(fā)生于對準過程期間。固化材料可在以后使用期間保持該碳納米管對準。
隨后，將NTIM材料分成(710)墊以供使用。通常，在將墊作為熱界面材料應(yīng)用時，諸如在圖2所示的示例中將TIM2層202施加于IHS106上時，去除膜，盡管它也可以在不同的時間被去除。隨后，可以將這些墊用于較寬種類的傳熱裝置中。例如，墊可用作以上參考圖2描述的TIM1和TIM2層202、204。具有對準碳納米管的墊可用作TIM2層202，因為NTIM墊允許將散熱片102去除和替換。因此，NTIM材料適合于用作TIM2層202且其熱導(dǎo)率多倍于當前用作TIM2層104的硅酯材料的熱導(dǎo)率。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過將它們添加到軌道混合器中加熱到約80攝氏度并以50rpm混合約1個小時來組合(702)軟化點為59攝氏度的30克的阿爾法烯烴樹脂、30克的單壁碳納米管、40克的2，2’-二甲基芪(Tm＝83攝氏度)和100克的甲苯。隨后，使混合物在約80攝氏度下兩次通過3-滾軋機。隨后，通過澆注在40微米厚的Mylar膜上將組合材料形成層(704)。隨后，具有組合材料的膜經(jīng)受(706)約0.3特斯拉的磁場約30分鐘，以提供碳納米管的期望的對準方向。隨后，通過在約100攝氏度下使其變干而固化(708)具有組合材料的膜，同時仍受到(706)磁場作用。將膜分成(710)墊。從墊上去除(712)膜，它們隨后被測試并查明以具有約100W/mK的熱導(dǎo)率。
圖8a和8b是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的如何將圖7的組合材料在膜上形成層(704)并隨后經(jīng)受(706)某種場作用的側(cè)視圖。如圖8a所示，組合的未對準材料808通過擠出器802在膜804上形成層(704)。組合材料808的厚度可選擇為適合于將使用對準材料的應(yīng)用。在該示例中，碳納米管將沿其對準的z軸206基本垂直于膜804的平面。膜804上的組合材料808隨后經(jīng)受(706)某種場810的作用，如圖8b所示。該場810使組合材料808中的液晶樹脂對準，它反過來使得碳納米管對準。
為說明和描述的目的而給出了本發(fā)明實施例的以上描述。這不是窮盡性的或者將本發(fā)明限制于所揭示的精確形式。相關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以理解，根據(jù)以上教導(dǎo)，許多修改和變型都是可能的。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將認識到圖中所示的各種組件的各種等效組合、定位和替換。因此，本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求書而非該詳細描述加以限定。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括至少組合碳納米管和對準材料以獲得組合材料；以及使所述對準材料對準所述碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述對準材料對準所述碳納米管包括向所述組合材料施加剪切力。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述對準材料對準所述碳納米管包括向所述組合材料施加某種場。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述場包括電場、磁場或電磁場中的至少一個。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所獲得的組合材料包含大于5重量％的碳納米管。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將基質(zhì)材料和碳納米管與對準材料組合以獲得所述組合材料。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述基質(zhì)材料包括聚硅氧烷聚合物、環(huán)氧聚合物、烯烴聚合物、銦焊料或錫焊料中的至少一個。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將填充材料和碳納米管與對準材料組合以獲得所述組合材料。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述填充材料是導(dǎo)熱材料，它包括氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、鋁、銅、銀或銦焊料中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對準材料包括粘土材料。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括制備所述粘土材料，其中制備所述粘土材料包括將粘土材料分散于溫度從約50攝氏度到約80攝氏度的熱水中；將陽離子鹽添加到在熱水中分散的所述粘土中；混合所述陽離子鹽和粘土；離析所述粘土；以及將粘土顆粒大小減小到小于約100微米的平均大小。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括將阿爾法烯烴樹脂基質(zhì)材料和碳納米管與所制備的粘土組合以獲得所述組合材料，所述組合材料具有約30重量％的碳納米管，約10重量％的制備粘土，和約60重量％的阿爾法烯烴樹脂基質(zhì)材料；其中使得所述制備的粘土對準材料對準所述碳納米管包括擠出所述組合材料；以及將所述擠出的組合材料分成選定大小的墊。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述粘土材料包括可膨脹自由流動粉末，它具有從約0.3到約3.0毫當量每克粘土材料的陽離子交換能力。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述粘土材料包括平均厚度小于約2納米且平均直徑從約10納米到約3000納米的片晶顆粒。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對準材料包括液晶樹脂材料。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括使所述組合材料在膜上形成層；以及在使得所述對準材料對準所述碳納米管后固化所述組合材料。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，至少將碳納米管和對準材料組合以獲得組合材料包括組合阿爾法烯烴樹脂、碳納米管、二甲基芪和甲苯，所述組合材料具有約15重量％的阿爾法烯烴樹脂、約15重量％的碳納米管、約20重量％的二甲基芪以及約50重量％甲苯；以及使得所述對準材料對準所述碳納米管包括向形成層的組合材料施加約0.3特斯拉的磁場。
18.一種裝置，包括熱源；受熱器，用于從所述熱源接收熱量；以及納米復(fù)合熱界面材料，用于將熱量從所述熱源傳遞到所述受熱器，所述納米復(fù)合熱界面材料包括對準的碳納米管；以及包括可對準結(jié)構(gòu)的對準材料，當對準所述結(jié)構(gòu)時所述對準材料用于對準所述碳納米管。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述對準材料包括粘土，所述可對準結(jié)構(gòu)包括片晶、類晶團聚體和類晶團聚體的聚集體，且所述納米復(fù)合熱界面材料還包括聚合物基質(zhì)材料。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述對準材料包括液晶樹脂。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述熱源包括微處理器管芯且所述受熱器包括集成的散熱片。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，還包括除熱器；以及第二納米復(fù)合熱界面材料，用于將熱量從所述集成的散熱片傳遞到所述除熱器，所述第二納米復(fù)合熱界面材料包括對準的碳納米管；以及包括可對準結(jié)構(gòu)的對準材料，在對準所述結(jié)構(gòu)時所述對準材料用于對準所述碳納米管。
23.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述熱源包括集成的散熱片且所述受熱器是除熱器。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述除熱器包括散熱片、蒸氣腔或熱管中的至少一個。
25.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述熱源包括微處理器管芯且所述受熱器包括除熱器。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述除熱器包括散熱片、蒸氣腔或熱管中的至少一個。
27.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述熱源包括集成電路。
28.一種熱界面材料，包括對準的碳納米管；以及包括可對準結(jié)構(gòu)的對準材料，當對準所述結(jié)構(gòu)時所述對準材料用于對準所述碳納米管。
29.如權(quán)利要求28所述的熱界面材料，其特征在于，所述納米復(fù)合熱界面材料包含大于5重量％的碳納米管。
30.如權(quán)利要求29所述的熱界面材料，其特征在于，所述納米復(fù)合熱界面材料包含達25重量％的碳納米管。
31.如權(quán)利要求28所述的熱界面材料，其特征在于，所述碳納米管具有大于約10nm的平均長度。
32.如權(quán)利要求28所述的熱界面材料，其特征在于，所述碳納米管具有大于約100nm的平均長度。
33.如權(quán)利要求28所述的熱界面材料，其特征在于，所述對準材料包括包含可對準的片晶結(jié)構(gòu)的粘土材料，且所述熱界面材料還包括基質(zhì)材料。
34.如權(quán)利要求33所述的熱界面材料，其特征在于，所述粘土材料占所述熱界面材料的小于25重量％。
35.如權(quán)利要求34所述的熱界面材料，其特征在于，所述粘土材料占所述納米復(fù)合熱界面材料的小于5重量％。
36.如權(quán)利要求28所述的熱界面材料，其特征在于，所述對準材料包括液晶樹脂材料。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了熱界面材料。在一個實施例中，將碳納米管與對準材料組合。對準所述對準材料，它使得碳納米管對準并有效地傳導(dǎo)熱量。例如，對準材料可以是粘土材料或液晶材料。
文檔編號H01L23/373GK1853268SQ200480027143
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者小J·馬塔雅巴斯 申請人:英特爾公司