CN1841003A - 含有纳米管的热界面 - Google Patents

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Abstract

热界面器件，包括从衬底相对表面伸出的纳米管，用于制造此热界面器件的方法，以及应用此热界面器件至发热器件的方法。纳米管基本上相对于衬底垂直排列。

Description

含有纳米管的热界面
技术领域
本发明通常涉及包括从衬底相对表面伸出的纳米管的热界面器件，用于制造此热界面的方法，以及将此热界面应用于发热表面与散热表面之间的传热方法。
背景技术
有许多在物体间传热的应用。在电子工业中，例如，源自电子组件或其它发热器件的热传至散热器件，如散热片。这些器件之间的热界面控制着多少热量在它们之间传输。
一种热界面由嵌入在结构矩阵中的导热材料组成。碳纤维、纳米管、纳米薄层、纳米纤维及相似材料在排列时具有导热的能力。大家都知道碳纳米管是极好的热导体。从而，使用在结构矩阵中，例如聚合物矩阵排列在一起的纳米管作为导热材料是理想的应用。然而，由于纳米管和矩阵的聚合物分子之间的相互作用产生的纳米管迁移限制，难于得到足以提供理想器件作为热界面应用的纳米管排列。高热导性所需的高浓度纳米管使得聚合物纳米管复合材料具有极大的粘性并难于加工。
因为它们的挠性及小的直径允许它们弯曲及形变以使与极细微粗糙的表面紧密地接触，尤其期望纳米管用来形成热界面。当它们之间没有热界面材料而挤压在一同时，这样的表面不能获得紧密的热接触。然而，常规生产的纳米管不能直接用作热界面材料，这是由于它们不能在两个表面之间排列且保持在固定位置。
本发明提供了包括从衬底两边伸出的排列的纳米管的热界面，以及用于制造此热界面的方法。这种热界面在可以处理的元件中的实施例称为热界面器件。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种制备多个热界面器件的方法，包括：在用于纳米管生长的衬底的相对表面调节多个试样；和在试样的相对表面上生长导热纳米管，纳米管基本上相对于衬底垂直排列；以及其中具有在其相对表面上生长的纳米管的试样包括多个热界面器件。
根据本发明的另一方面，提供一种***，包括：可操作成接收衬底输送、和调节在衬底的相对表面上用于纳米管生长的区域的纳米管调节***；以及可操作成从纳米管调节***接收衬底输送、并在调节后的区域上生长纳米管的纳米管生长***。
根据本发明的另一方面，提供一种热界面器件，包括：在衬底的表面上通过催化化学气相淀积生长第一阵列纳米管；以及在衬底的相对表面上通过催化化学气相淀积生长第二阵列纳米管；其中热量能从与第一阵列纳米管接触的发热装置传输，通过衬底，并进入第二阵列纳米管。
附图说明
当阅读附图时，从下述详细的描述可以更好理解本发明。应强调的是不同的特征没有按照比例画出。现参考图：
图1示出了制备包括排列的纳米管阵列的热界面器件的方法的流程图。
图2示出了根据图1示出的方法用于制备热界面器件的衬底一个例子的顶视图。
图3示出了根据图1示出的方法用于调节纳米管生长的应用***的一个例子。
图4示出了根据图1示出的方法用于调节纳米管生长的应用***的另外一个例子。
图5示出了图2中示出的衬底的横截面，在衬底的相对表面上具有生长的纳米管。
图6示出了图5中示出的衬底的透视图。
图7示出了根据图1示出的方法的用于制备热界面的***。
图8示出了将根据本发明的热界面器件应用到发热器件的***的例子。
具体实施方式
应理解，为了实现所披露技术的不同特征，本发明提供了很多不同的实施例或例子。对元件和装置的具体例子进行描述以简化本发明。当然，这些仅仅是例子并且不试图对其进行限制。此外，本发明可能在不同的例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是出于简化和清晰的目的，其本身并未对所讨论的不同例子和/或结构之间的关系进行规定。
本发明提供了用于制备热界面器件的方法，和用于应用这种热界面器件以提供诸如热源和散热片元件之间的导热性的方法。本方法制造排列的阵列形式的纳米管，以便使传热最大化。该方法包括调节用于纳米管生长的衬底的相对区域(可以替换地称为“试样”)，以及在试样的两面生长导热纳米管。在进一步的例子中，本方法包括在调节之前制备衬底，并在纳米管生长后对衬底进行后继处理以使试样为用作热界面器件而作好准备。
也描述了用于制备热界面器件和用于在发热器件和散热器件之间应用这种热界面器件的***。这一***包括纳米管调节子***和纳米管生长子***。在纳米管调节子***中，通过掩模的应用、催化剂的应用、或衬底局部激活中的一种或更多在衬底的相对表面上调节纳米管的生长区域。在纳米管生长子***中，通过对被限定在衬底上的纳米管生长区域的每个相对表面化学气相淀积生长纳米管。热界面器件包含有纳米管生长在其上的纳米管生长区域的相对表面。可选择地，热界面制备***包括后继处理子***，在该***中纳米管生长区域被更进一步处理以便用作热界面器件。此外，该***也可以可选择地包括衬底制备子***，该***先于纳米管调节子***，在该***中限定了衬底的表面特征。
在此也披露了热界面器件包括在衬底的相对表面上生长的纳米管阵列。根据在此示出的例子，以阵列生长的纳米管相对密集，因而具有高传热能力。纳米管基本上相对于衬底垂直方向排列生长，以便热量沿管的方向充分传输。而且，根据在此示出的例子生长的排列的纳米管长度基本相同，这与在引进主基体(matrir)期间排列不同长度的纳米管的方法相反。通过在此所描述的在衬底的相反面上生长纳米管，导致具有优越散热能力的热界面器件。因而，根据本例子制备的热界面器件沿所期望的热流方向具有高的导热性。
热界面器件能够具有导电性和电绝缘性，取决于衬底和纳米管的类型。根据本例子，衬底由有一个或多个经受高温能力的材料组成，诸如大约比300C更高的温度，更适宜大约600C以上的温度，和高能力的导热性。在某些例子中，衬底是金属，诸如钢、不锈钢或镍，而在其它的例子中，衬底是非金属材料如玻璃和陶瓷。根据一些例子，衬底由能够导电的材料组成，而在其它的例子中，衬底由电绝缘的材料组成。根据另一个例子，衬底是导电和电绝缘材料的夹层。所选择的用于衬底的材料是否为导电或电绝缘取决于期望的热界面器件的应用。例如，一些应用可能需要导热性，但具有高电阻。这种应用或许可以通过在导热但电绝缘的衬底上生长纳米管来满足。
另外一个方法将是在不同的表面生长不同类型的纳米管以使两个表面具有不同机械、电子或热特性。尽管现有的例子被描述为在衬底的两个侧面上生长碳纳米管，可以通过在此描述的方法和***来实现在衬底的相对表面上生长不同类型的纳米管。例如，通过对相对表面应用大小不同的催化剂微粒，可以使不同尺寸的纳米管生长在衬底的相对表面上。催化剂微粒的直径影响管子的尺寸。在另外的例子中，不同的催化剂材料能够在衬底的相对表面上优先催化不同类型的管子。在另外的一个例子中，不同的气体在每个表面上的撞击能够生长不同类型管子。但是在另外的一个例子中，不同的条件应用于每个表面，例如在一侧为RF等离子，可以导致不同类型的管子。
多层纳米管(MWNTs)与单层纳米管(SWNTs)都适合使用本发明。用于经化学气相淀积(CVD)催化生长碳MWNTs和碳SWNTs的方法，是那些本领域的普通技术技术人员所熟知的，该方法通常需要催化活性表面，该表面可以是衬底本身或应用于衬底的催化剂、碳原料和热量。适合用作催化剂或用于促进MWNTs或SWNTs生长的形成催化活性衬底的材料包括但不限于镍、钴或铁。适合用于MWNTs或SWNTs生长的碳原料包括但不限于乙炔、乙烯、苯、一氧化碳和二氧化碳。本发明所描述的纳米管不需要限定于碳纳米管。尤其是，众所周知碳纳米管可以通过后继处理步骤被转化为硼碳化物纳米管，并且这种管子是电绝缘的。
本发明也介绍了其它的例子，所描述的不同的特征可以形成用于设计或更改其它工艺和结构为实现同等目的和/或取得在此介绍的例子的同等优势的基础。
现在参照图1，示出了根据本发明的制备包括阵列排列的纳米管的热界面的示例方法。在操作100中，制备一衬底，这一制备包括在衬底上创建期望的表面特征。图2中示出了在示例操作100中制备衬底的一个例子。
现在参照图2，已经制备衬底210以限定多个纳米管生长区域220，在此称其为在衬底上的“试样”。拥有一个或多个沿衬底长度形成的试样220的衬底在此也称其为“带子”250。在一个例子中，操作100提供了切割或蚀刻衬底的工艺以移去它的一部分，以便至少限定试样区域220。根据一个例子，金属衬底被模切割或激光切割。根据另外一个例子，金属衬底被化学或电化学蚀刻。根据另外一个例子，通过激光或喷水器蚀刻、铸型或切割陶瓷或玻璃衬底。根据另外一个例子，在限定了特征的模子里电镀衬底。有关切割、蚀刻、镀覆和铸塑的工艺对本领域的普通技术人员来说是众所周知的。上述描述的任何方法都适合限定多个试样220作为衬底上的表面特征。
在衬底制备的操作100期间能够形成的衬底210的其它表面特征包括凹槽212、接头(tab)214、狭槽216和突起的边缘230。凹槽212示出了在操作100时诸如通过上述描述的切割和蚀刻方法，移去的衬底210的一部分。接头214是未被移去的凹槽212之间的衬底的那一部分。在经由接头214制造热界面期间，试样220保持与衬底210的连接。制造完成后，可以通过分离接头214从衬底210释放热界面。图2在试样220的4个角示出了接头214。然而，在其它的例子中，接头214可以沿试样220的周长形成在任何地方，试样本身可以是不同于图2示出的正方形的形状。可以选择的狭槽216，也通过诸如切割或蚀刻的方法形成，是允许衬底精确处理和提升的链轮齿孔，当热界面用作连续工艺制备时是有好处的。在操作100执行的制备工艺创造了具有在外形上基本上相同的相对表面的衬底。因而，在图2示出的例子中，试样220、凹槽212、接头214和狭槽216形成在衬底210的第一表面上转换为衬底210的相对表面。
突起的边缘230也可以在操作100期间形成，并且，如将在关于图5中所描述的那样，在此提供了能够防止相应的试样220之间接触的表面特征。突起的边缘230能够通过模压、折叠或电镀形成。根据另外的例子，突起的边缘230能够从除去加于衬底210边缘的带材料形成。
再参照图1，衬底的相对侧面受在操作100纳米管生长条件的限制。在一些例子中，纳米管生长调节110包括在期望纳米管生长的区域局部激活无活性的催化衬底，诸如试样220。
在其它的例子中，纳米管生长调节110包括应用无活性的催化剂于基本上衬底的整个区域，然后在期望纳米管生长的那些区域局部激活催化剂，诸如试样220。
仍然在其它的例子中，纳米管生长调节110包括应用掩模于基本上催化活性衬底的整个区域，除了期望纳米管生长的那些区域。
仍然在其它的例子中，纳米管生长调节110包括应用活性或无活性的催化剂于基本上催化无活性衬底的整个区域，并遮挡基本上全部区域，但除了期望纳米管生长的那些区域外。如果将无活性的催化剂用于这种例子中，催化剂能够在遮挡之前或之后激活。
仍然在其它的例子中，纳米管生长调节110包括基本上只是在那些期望纳米管生长的催化无活性衬底区域应用活性或无活性的催化剂。这种选择性的应用通过诸如图3示出的印刷***500的器件来实现。如果无活性的催化剂用于这种例子中，催化剂能够在被淀积的地方局部激活。
在另外的例子中，纳米管生长调节110包括激活基本上无活性的催化衬底的整个区域，并遮挡除了期望纳米管生长的那些区域外的基本上全部区域。
仍然在其它的例子中，衬底在制造期间具有淀积在相对表面的基本上所有区域的纳米管生长催化剂。在这种例子中，由于催化剂先于操作110被淀积，因而催化剂被称为“淀积前的”生长催化剂。淀积前的生长催化剂被遮挡，例如通过在衬底制造期间钝化材料的淀积，以便催化剂在操作120的纳米管生长开始前不被暴露。纳米管生长调节110包括通过移去掩模，在试样区域上暴露淀积前的生长催化剂，这可根据本领域普通的技术人员周知方法来做到。
仍然根据其它的例子，纳米管生长调节110包括至少在试样220上，并且在一些例子中，基本上在带250的相对表面的整个区域上应用活性催化剂。在后来的纳米管生长操作120中，即使更多的衬底暴露了活性催化剂，纳米管只在期望的区域选择生长，诸如在试样220上。例如，局部的热源诸如辐射加热或激光加热能够被集中在试样220上，这将成为足够热以生长纳米管的衬底上的唯一区域。在这样的例子中，通过接头214提供的热绝缘足够限制试样220区域的加热区域。而且，构图淀积或催化剂的激活在这种例子中不是必要的。
激活无活性的催化衬底或无活性应用的催化剂通常包括驱赶化合物的非金属部分，例如，通过在化学还原环境中加热。在这些实现局部激活的例子中，局部激活可以通过仅仅对要激活的区域局部加热来实现，如通过辐射加热、激光加热或其它本领域技术人员所熟知的局部加热技术。无活性催化剂未激活的区域将不生长纳米管，因而局部的激活能够代替明确的遮挡。
在那些活性或无活性的催化剂应用于受遮挡的衬底的那些例子中，可以应用催化剂，例如，通过喷射或浸渍以采用催化剂覆盖除了受遮挡区域外的基本上所有区域。根据另外的一个例子，掩模可以不实体应用于衬底，而可以作为遮盖掩模(shadow mask)，也公知为模版掩模(stencil mask)，催化剂通过其应用到衬底。遮盖掩模被本领域的技术人员所熟知，并且通过实体阻挡模版喷射覆盖材料的通路起作用。
如在每个前述的例子中提到的遮挡是本领域普通技术人员所熟知的技术，被设计成防止在被遮挡的衬底部分上淀积材料或暴露。众多的遮挡技术是本领域的技术人员所熟知的，并且任何这种方法均可以适用于衬底掩模的应用。例如，基于光刻法的掩模技术是适合的。用于与现有例子一起使用的一个适合的掩模是抗蚀剂掩模。如果掩模用于控制催化剂淀积和随后的移除，它不需要是耐用的。然而，如果在纳米管的CVD生长期间掩模用于覆盖催化活性衬底，掩模必须由足够耐用的材料组成以经受得住纳米管生长条件。
如果掩模被应用于衬底，该掩模在纳米管生长之前在任何一点都可以被移去，或在纳米管生长期间和之后留在衬底上。如将在图8中做进一步的描述，如果应用了一个掩模，则掩模的移除对于使用和操作热界面器件700来说不是必须的，因为即使掩模被应用，试样区域220也不被遮挡。此外，如将在图8中做进一步的描述，应用于元件的部分带子250，诸如发热器件或散热器件，是热界面器件700。热界面器件包括有纳米管260生长其上的试样区域220。不管掩模是否应用于衬底的其余部分，试样区域不被遮挡且纳米管是暴露的。
现在参照图3，可操作以在带状或试样的相对表面应用掩模或催化剂的的纳米管调节***的一个例子是是印刷***500。印刷***500包括上部和下部的印刷轮505，在每个上面有印刷标记510和相应的上部和下部的材料轮515。上部和下部的印刷轮505彼此互相沿逆时针方向并且以相同的速度旋转。
在每个印刷轮上的印刷标记510与掩模或催化剂的构图有相应的区域，无论是活性或无活性的，都可应用于带子250或试样220。如果印刷***500用于应用掩模，那么印刷标记510具有由掩模覆盖衬底基本上所有区域的构图，除了那些期望纳米管生长的区域，如试样区域220。如果印刷***500用于应用催化剂，那么印刷标志510有覆盖那些期望纳米管生长的衬底的区域，如试样区域220。当印刷标记510用于应用催化剂，催化剂能够被基本上应用于仅是期望纳米管生长的衬底区域，而不管衬底是否被遮挡或未遮挡。
上部和下部的材料轮515可操作成提供材料(即：活性或无活性催化剂，或掩模)到相应的上部和下部的印刷轮505的印刷标记510。印刷轮旋转时，上部和下部的材料轮515被定位，以便与相应的上部和下部的印刷轮505的印刷标记510相接触。上部和下部的材料轮可以是对于印刷轮505的材料固定的分配者或它们是可以旋转的。
提供带子250，诸如通过发动机驱动的传送带或被尾部的卷轴拖动，以便在上部和下部的印刷轮505之间通过。因而，带状开始与每个轮的印刷标记510接触。印刷轮505可以由狭槽216标记以便当印刷轮旋转时试样区域220可以与印刷标记510对齐。在另外的一个方法中，这种排列可利用光学方法完成，通过认识带子250的特征和与印刷标记510对齐。除了这种标记以外，上部和下部的印刷轮505以相同的速度旋转，因而，它们各自的印刷标记510同时沿带子250的长度在相同的点接触带子250的两个表面。用这种方法，基本上同样的掩模构图用于带子250的相对表面。
可操作成在衬底的相对表面应用催化剂的纳米管调节***的另一个例子是喷射***，诸如图4中示出的喷射***600。带子250被输送到喷射***600中，诸如通过发动机驱动的传送带或被尾部的卷轴拖动。催化剂，包括以盐的形式含金属的催化剂的液体溶液的方式或以金属的纳米粒子悬浮于流体中的形式，在衬底通过喷射***时通过喷嘴610喷射在衬底的相对表面。在底部的喷嘴有足够的喷射速率以致液体克服了重力覆盖在衬底上。以盐的形式含金属的催化剂的液体溶液的方式制备催化剂对本领域的技术人员来说是熟知的。
在使用喷射***600的一些例子中，不期望生长纳米管的那些衬底区域先于衬底进入到喷射***600被遮挡。例如，根据本领域所知的或在此描述的任一遮挡技术，诸如遮盖或模版掩模，完成掩模以在衬底上限定试样区域220。由于掩模，只有试样区域220被暴露以用催化剂进行喷涂，并且当掩模在催化剂淀积之后和CVD生长之前被移去时，被掩模覆盖的区域不是抵制催化剂，就是被覆盖和接着移去。在其它的例子中，当使用喷射***600时，无活性的催化剂被应用于衬底的基本上所有区域，并且在随后的步骤只有在那些期望纳米管生长的区域中所应用的无活性的催化剂被激活。
除了上述描述的基于轧辊的印刷外，对本领域的技术人员来说熟知的其它的印刷技术，诸如版印(block print)，是适合用于在此描述的纳米管生长调节的。除了上述描述的喷射和印刷外，其它的应用催化剂于衬底的方法是适合用于本例子的。这种方法包括但不限于电化学淀积、物理气相淀积和漂浮催化剂淀积。另一方面，可以金属盐形式或金属纳米颗粒的干粉应用催化剂。另一方面，用所有本领域众所周知的多种方法，诸如溅射或热蒸发，可以金属纳米簇淀积催化剂。通过应用这样的方法，催化剂可以应用到如这里所述的衬底的相对表面。
淀积时，金属纳米颗粒通常是活性的，而金属盐通常需要激活，诸如通过化学还原。通过去除化合物的非金属部分，无活性的催化剂被激活以促进纳米管的生长，例如通过在化学还原环境中加热催化剂，诸如通过在氢气中加热。
用于纳米管生长的将调节的衬底区域的尺寸至少部分地依赖期望生长纳米管区域的尺寸。期望生长纳米管区域至少部分地依赖期望的热界面器件的尺寸。例如，在某些应用中，想要得到的热界面器件与将要被应用的元件有大约近似的尺寸。而在其它应用中，有可能期望拥有热界面器件尺寸比将要应用的元件尺寸小，因而除开外部周围，诸如元件和热界面器件之间的纳米管生长的地方。那些本领域的普通技术人员不经过度的试验可以确定热界面器件需要的尺寸，反过来纳米管生长限定的区域也确定下来。
在纳米管调节之后，通过催化化学蒸汽淀积(CVD)纳米管生长在操作120中的试样上，因此形成基本上完成的热界面。经CVD催化剂生长碳MWNTs和碳SWNTs的方法对本领域的技术人员是众所周知的，这种人员能够在没有过度的试验的情况下，确定合适的淀积温度和速率，和催化剂层的厚度。然而，经CVD的碳纳米管的生长通常需要催化活性表面(或许可以是衬底本身或上述的应用于衬底的催化剂)、碳原料和加热。
参照图5，示出了纳米管260的生长高度小于衬底210边缘230的高度。突起的边缘230的出现使得能够更进一步地处理衬底210，诸如对于图7中所描述的，没有危害到在试样区域220的纳米管260的完整性。例如，如果带子缠绕在卷轴上或在纳米管生长之后堆叠多重的带子。突起的边缘提供一个缓冲高度能够防止纳米管由于接触而受损伤。
参照图6，示出了纳米管生长至小于衬底210的边缘230高度的另一个例子。如这里的其它图一样，图6也没按比例画出，并且为了清楚的目的其中的某些示出可以夸大。根据本例子热界面器件700包括具有生长在相对表面的纳米管260的试样区域220。如图6所示，带子250的突起的边缘230比在试样220上的纳米管260的高度厚，并提供一个高度缓冲防止纳米管由于接触而受损伤。
根据某个例子，在衬底上纳米管生长的密度为纳米管提供了充足的支持以保持基本上相对于衬底垂直排列。在这种例子中，热界面器件的带子继续封装以发送给终端用户(end user)，或直接应用于发热器件。然而，根据其它的例子，在后继处理130期间，支持材料270(图5)在衬底的一个或两个相对表面上应用在纳米管260的周围。支撑270有助于保持纳米管基本垂直排列并防止纳米管破裂、进行侧向相互粘接、或剥离衬底。如果采用，支撑优选弹性材料，诸如聚异戊二烯、聚丁二烯、聚异丁(乙)烯或聚亚胺酯。那些本领域的普通技术人员能够通过日常的实验，选择适合用于本例子的弹性材料。适合使用与本例子的典型的支撑方法包括喷涂或浸渍衬底的一个或两个侧面。例如可以实施喷涂、喷射***如上述的喷射***600对衬底的相对表面应用支撑。如果应用，支撑不应被用于比纳米管更高的高度，反之，支撑应被应用成使远离衬底的纳米管的尾部露出。
在可选的后继处理130的例子中，导电纳米管，诸如碳纳米管，被转换成为电绝缘材料，诸如碳化硼纳米管。将碳纳米管转换成碳化硼纳米管的技术对本领域的普通技术人员是公知的。
依照一系列单独的步骤，或结合如关于图7在此更进一步描述的连续的工艺，执行图1示出的制备热界面器件的方法。
现在参照图7，示出了用于热界面器件的制备***400。热界面制备***400包括纳米管调节子***408和纳米管生长***416。在图7示出的例子中，纳米管调节子***408包括遮挡***(masking system)410、催化剂应用***412和催化剂激活***414。在图7示出的典型***也包括后继处理***418。输送衬底通过这些***的每一个以获得带状的热界面器件。
在图7示出的典型***400中。纳米管调节包括发生在遮挡***410中的遮挡，发生在催化剂应用***412中的无活性催化剂的应用，和发生在催化剂激活***414中的催化剂激活。然而，如同对于上述的操作110所述的那样，可以使用或可以不使用掩模，可以应用催化剂或催化衬底，并且催化剂或催化衬底可以需要或可以不需要全面或局部激活。因而，在***400的其它例子中，纳米管调节子***408可以不包括每一个遮挡***410、催化剂应用***412和催化剂激活***414。诸如印刷***500或喷射***600的***能在遮挡***410中和催化剂应用***412中被实现以对衬底应用掩模或催化剂。激活***414实现应用于衬底的激活活性催化剂或激活无活性的催化剂的调节，诸如通过在化学还原环境中加热。例如通过辐射加热或激光加热来加热。
在能够在衬底的相对表面上生长纳米管的条件下，纳米管生长***416更适宜CVD腔室操作。在本例中可选的后继处理***418包括用于在纳米管周围施加支撑材料的喷射***，如喷射***600。喷射器、吹风机、干燥剂和其它器件也能够被放置在任何的子***里，以对经由其输送的衬底进行更进一步的处理。纳米管460生长在衬底区域的相对面，更适宜的高度是小于突起的边缘230的厚度。
如图7所示出的，带子250通过热界面制备***400从送料卷轴402进行传送，尽管在其它的例子中，带子250被直接从完成了制备工艺的衬底制备***输送，如同对操作100所描述的那样。带子250到***400和通过***400的输送方法是所周知的，并包括在发动机驱动的传送带上传送带子250或通过***400经由紧线卷轴404拖动它。
因而，根据一个例子，随着带子脱离***400，带子缠绕在紧线卷轴、轧轴、轮子或链轮齿上，如图7中提及的紧线卷轴404。根据这种例子，如同对操作100所述那样狭槽216形成在衬底里，以及带子250最初通过紧线卷轴404的轮齿与紧线卷轴404啮合。紧线卷轴404的轮齿最初与输送进的带子250的狭槽216进行啮合。通过传统的方法引起紧线卷轴404的旋转，诸如发动机驱动。如同对操作130所述那样，纳米管260的最适宜的生长高度是小于衬底突起的边缘230的厚度。因而，如果衬底被缠绕在诸如紧线卷轴404的卷轴上，突起的边缘230提供了阻止纳米管由于接触受损的高度缓冲。衬底被缠绕在紧线卷轴404上能被进一步加工为多个运送和供应终端用户的带子。终端用户从带子到元件应用热界面器件700，藉此热界面器件700向元件或从元件传热。例如，热界面器件700可以被应用于发热器件或散热器件。
根据另外的一个例子，带子250不缠绕在紧线卷轴上，而是直接从***400处输送到切割和包装带子250的包装置里，或是将热界面器件700应用到发热器件和/或散热片的***。
现在参照图8，示出了发热或散热器件应用热界面器件***的例子。图8示出的带子250包括多个与放置在多个元件812的平面之上的衬底传送器814相啮合的热界面器件700，元件812被配置在元件传送器810上。元件812可以为发热器件或散热器件。
根据一个例子，带子250与衬底传送器814通过狭槽216啮合。衬底传送器814垂直于元件传送器810运作的方向而运作。通过这一结构，每个相应的热界面器件700分别与相应的元件812相对齐。当热界面器件通过移动接头部分214越过元件812时，单个热界面器件700应用在元件812上，因此从衬底210分离试样区域220。移除接头部分214能够通过不同的装置和方法来完成。根据一个方法，接头部分214通过管芯冲压形成，因而，从衬底210分离热界面器件700。一旦分离，热界面器件700保持在它的相应的元件812的位置上，直到由于表面的粘合力更进一步处理。在元件812是发热器件的进一步处理中，热界面器件700被覆以散热片。在元件812为散热片的另外一个例子中，热界面器件700被覆以发热器件。在两个例子中的任何一个例子里，热界面器件700提供了发热器件和散热器件之间的导热。
根据一个例子，在***400示出的工艺线的末端，带子250从紧线卷轴404提供与衬底传送器814的啮合。根据另外一个例子，带子250不缠绕在紧线卷轴盘上。反之，由于带子250退出***400，将它输送到用于将热界面器件应用到元件的***，如上述的图8所示。又根据另外一个例子，终端用户只从紧线卷轴404接收带子的一部分，因此通过提供带子与衬底传送器814的啮合的那一部分来供应自己的器件。本领域的普通技术人员已知确定和操作适当的器件为衬底提供应用元件的***诸如发热器件和散热器件的方式。当器件诸如衬底传送器814在衬底退出***400后使用时，而不管衬底传送器814是否从紧线卷轴404输送，衬底传送器被称为在***400之后配置。
根据本例子的热界面器件制备的应用包括，但不限于使用半导体管芯和散热片之间、或微处理器和散热片之间的热传输器件。根据一个例子，热界面器件可以是在封装成集成电路时适合充当盖的作用的金属部件。根据这个例子，在盖的里面的纳米管接触在封装里面的发热元件，在盖的外面的纳米管直接接触散热元件。其它应用包括使用热界面器件以将热从集成电路传导走。其实质是，在期望的热传导方面，根据本例子制备的热界面器件有非常广泛的应用。
本例子已经描述了关于示例性的构成和方法。在阅读了本发明之后，对于本领域的普通的技术人员，相信在申请的精神和范围内的改进或修改是显而易见的。可以理解在前述发明中所期望的修改、变化和替换。因此，对所附权利要求的广泛解释以及在某种意义上与本发明范围一致是恰如其分的。

Claims (57)

1.一种制备多个热界面器件的方法，包括：
在用于纳米管生长的衬底的相对表面调节多个试样；和
在试样的相对表面上生长导热纳米管，纳米管基本上相对于衬底垂直排列；以及
其中具有在其相对表面上生长的纳米管的试样包括多个热界面器件。
2.权利要求1的方法，进一步包括：
通过对衬底的模切、激光切、喷水切、化学蚀刻、电化学蚀刻、机械加工、模制、电镀、无电镀以及铸塑中的至少一种方法形成多个试样。
3.权利要求2的方法，进一步包括：
在衬底上形成凹槽、接头、狭槽和突起的边缘中的至少一种。
4.权利要求1的方法，进一步包括在衬底上限定多个接头，其中试样与衬底通过接头连接。
5.权利要求1的方法，其中衬底包括无活性催化衬底，并且用于纳米管生长的调节包括在还原环境中通过加热试样局部激活试样中的无活性催化衬底，以实现无活性催化剂化学还原成为催化活性形式。
6.权利要求1的方法，其中用于纳米管生长的调节包括
至少对在衬底的相对表面上的试样应用无活性催化剂；以及
激活无活性催化剂。
7.权利要求1的方法，其中衬底包括催化活性衬底，并且用于纳米管生长的调节包括：
除试样之外，应用掩模到催化活性衬底相对表面的基本上所有区域。
8.权利要求1的方法，其中衬底包括催化无活性衬底，并且用于纳米管生长的调节包括：
应用活性催化剂到衬底相对表面的基本上所有区域；以及
除试样之外，遮挡衬底的基本上所有区域。
9.权利要求1的方法，其中衬底包括催化无活性衬底，并且用于纳米管生长的调节包括：
应用无活性催化剂到衬底相对表面的基本上所有区域；
除试样之外，遮挡衬底的基本上所有区域，和
激活在试样上剩下的末遮挡的无活性催化剂。
10.权利要求1的方法，其中用于纳米管生长的调节包括：
基本上只对衬底相对表面上的试样应用活性催化剂。
11.权利要求1的方法，其中用于纳米管生长的调节包括：
基本上只对衬底相对表面上的试样应用无活性催化剂；以及
局部激活无活性催化剂。
12.权利要求1的方法，其中衬底包括无活性催化衬底，并且纳米管生长调节包括：
激活无活性催化衬底的相对表面的基本上所有区域；以及
除试样之外，遮挡衬底的相对表面的基本上所有区域。
13.权利要求1的方法，其中用于纳米管生长的调节包括：
在暴露之前通过钝化材料覆盖催化剂，在衬底制造期间，暴露淀积在衬底上的催化剂。
14.权利要求1的方法，其中：
用于纳米管生长的调节包括至少在试样上应用活性催化剂；以及
纳米管的生长包括仅对试样局部应用生长条件以便纳米管只生长在试样上。
15.权利要求14的方法，其中生长条件的局部应用包括基本上仅对试样加热。
16.权利要求1的方法，进一步包括：
控制纳米管相对于衬底的垂直高度，使得第一衬底能堆叠在第二衬底上，第一衬底上的纳米管没有与第二衬底上的纳米管接触。
17.权利要求1的方法，进一步包括：在生长纳米管前，在除试样区域外的衬底的相对表面应用掩模。
18.权利要求17的方法，其中遮挡包括：
在包含遮挡材料的上层印刷标记和相应的包含遮挡材料的下层印刷标记之间输送衬底；以及
使衬底的相对表面分别与上层印刷标记和下层印刷标记接触，藉此使遮挡材料被淀积在衬底的接触区域上。
19.权利要求17的方法，其中遮挡包括通过遮盖掩模和模版掩模至少之一淀积遮挡材料。
20.权利要求1的方法，其中用于纳米管生长的调节包括：
在包含催化剂的上层印刷标记和相应的包含催化剂的下层印刷标记之间输送衬底；以及
使衬底的相对表面分别与上层印刷标记和下层印刷标记接触，藉此使催化剂被淀积在衬底的接触区域上。
21.权利要求1的方法，其中用于纳米管生长的调节包括：
输送衬底通过具有喷射器的喷射***，所述喷射器可操作成在衬底的每个相对表面上喷射催化剂和遮挡材料中的一种；以及
当输送衬底通过喷射***时，喷射衬底的两面。
22.权利要求21的方法，其中喷射是通过遮盖掩模和模版掩模中的至少一种来完成，以便催化剂或遮挡材料基本上只应用于衬底上的试样。
23.权利要求1的方法，其中纳米管生长包括催化化学气相淀积工艺。
24.权利要求23的方法，其中催化剂从由镍、钴和铁组成的组中选择。
25.权利要求1的方法，进一步包括在试样上生长纳米管之后后继处理衬底，以进一步处理用作热界面器件的试样。
26.权利要求25的方法，其中后继处理包括：
在衬底的相对表面的至少一个上生长的纳米管周围上应用弹性支撑。
27.权利要求1的方法，其中衬底包括从由金属、玻璃和陶瓷组成的组中选择的一种材料。
28.权利要求27的方法，其中衬底包括从由钢、不锈钢、铜和镍组成的组中选择的一种金属。
29.利利要求1的方法，其中纳米管生长包括生长多层碳纳米管。
30.权利要求1的方法，其中纳米管生长包括生长单层碳纳米管。
31.权利要求1的方法，其中生长的碳纳米管随后进行后继处理成为另一形式的纳米管。
32.权利要求1的方法，其中不同类型的纳米管生长在衬底的每一个相对表面上。
33.权利要求1的方法，其中纳米管生长包括生长导热碳纳米管，以及进一步包括：
对衬底进行后继处理以将碳纳米管转变为导热和电绝缘材料。
34.一种***，包括：
可操作成接收衬底输送、和调节在衬底的相对表面上用于纳米管生长的区域的纳米管调节***；以及
可操作成从纳米管调节***接收衬底输送、并在调节后的区域上生长纳米管的纳米管生长***。
35.权利要求34的***，更进一步包括：
可操作成从纳米管生长***接收衬底输送、以及进一步处理用作热界面器件的其上具有生长的纳米管的调节后的区域的后继处理***。
36.权利要求34的***，其中纳米管调节***包括遮挡***、催化剂应用***和催化剂激活***中的至少一种。
37.权利要求36的***，其中纳米管调节***包括遮挡***，该遮挡***包括印刷***和喷射***中的一种。
38.权利要求37的***，其中遮挡***包括印刷***，该印刷***包括含有遮挡材料的上层印刷标记和相应的包含有遮挡材料的下层印刷标记，该上层印刷标记和下层印刷标记与衬底的相对表面接触从而引起遮挡材料淀积在衬底的接触区域上。
39.权利要求37的***，其中遮挡***包括喷射***，该喷射***包括当衬底通过喷射***输送时，可操作成在衬底的相对表面上喷射遮挡材料的喷射器。
40.权利要求36的***，其中纳米管调节***包括催化剂应用***，该催化剂应用***包括印刷***和喷射***中的一种。
41.权利要求40的***，其中催化剂应用***包括印刷***，该印刷***包括含有催化剂的上层印刷标记和相应的含有催化剂的下层印刷标记，该上层印刷标记和下层印刷标记与衬底的相对表面接触从而引起催化剂淀积在衬底的接触区域上。
42.权利要求40的***，其中催化剂应用***包括喷射***，该喷射***包括当衬底通过喷射***输送时，可操作成在衬底的相对表面上喷射催化剂的喷射器。
43.权利要求36的***，其中催化剂激活***包括热源，该热源可操作成引起在衬底上应用的催化剂激活和无活性催化衬底激活中的至少一个。
44.权利要求34的***，进一步包括：
在纳米管调节***前的衬底制备***，该衬底制备***通过模切、激光切、喷水切、化学蚀刻、电化学蚀刻、机械加工、模制、电镀、无电镀以及铸塑中的至少一种形成用于纳米管的生长区域。
45.权利要求34的***，进一步包括：
可操作成接收来自纳米管生长***的衬底传输、以及在衬底的至少一个表面上生长的纳米管周围应用弹性体的后继处理***。
46.权利要求34的***，进一步包括：
配置在纳米管生长***之后的衬底传送器；
在衬底传送器的上方或下面的平面中配置的元件传送器，其中衬底传送器在与元件传送器传送元件的方向垂直的方向上传送衬底；以及
当通过衬底传送器传送衬底时使其上具有生长的纳米管的衬底的区域与衬底分离、和应用衬底的分离区域到元件传送器上传送的相应一个元件的装置。
47.一种热界面器件，包括：
在衬底的表面上通过催化化学气相淀积生长第一阵列纳米管；以及
在衬底的相对表面上通过催化化学气相淀积生长第二阵列纳米管；
其中热量能从与第一阵列纳米管接触的发热装置传输，通过衬底，并进入第二阵列纳米管。
48.权利要求47的热界面器件，其中在第一阵列和第二阵列中的纳米管基本上相对于衬底垂直排列。
49.权利要求47的热界面器件，进一步包括：
在衬底的相对表面的至少一个上的纳米管周围配置的支撑。
50.权利要求47的热界面器件，其中衬底包括从由金属、非金属、玻璃和陶瓷组成的组中选择的一种材料。
51.权利要求50的热界面器件，其中衬底包括从由钢、不锈钢、铜和镍组成的组中选择的一种金属。
52.权利要求47的热界面器件，其中衬底包括电绝缘材料。
53.权利要求47的热界面器件，其中纳米管阵列的至少一个包括多层碳纳米管。
54.权利要求47的热界面器件，其中纳米管阵列的至少一个包括单层碳纳米管。
55.权利要求47的热界面器件，其中纳米管阵列的至少一个包括导热和电绝缘纳米管。
56.权利要求47的热界面器件，其中包括第一阵列的纳米管与包括第二阵列的纳米管是不同的类型。
57.权利要求47的热界面器件，其中在第一和第二阵列中每一个中的纳米管具有小于周围衬底高度的高度。
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