[发明专利]一种超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法

权利要求书

1.一种超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：超厚CVD金刚石膜的制备；

1.1选用高温钼作为金刚石厚膜沉积衬底，并且钼衬底表面预先镀制复合过渡层，以减少沉积过程中热应力集中，同时提高脱膜成品率；

1.2将处理好的衬底放入高能活化等离子体腔室中制备金刚石膜，设定初始沉积工艺后，每间隔50-100小时，将甲烷浓度在生长流量的基础上增加20-50sccm，短时间增多高能碳原子基团轰击表面，实现二次形核，10-25min后再将甲烷浓度回调至生长浓度；随后辅以氢/氩等离子体刻蚀5-10min，以去除可能形成的非金刚石碳成分；总沉积时间为300～600h，获得厚度为4-6mm的金刚石厚膜；

步骤2：金刚石厚膜的研磨抛光；

采用机械研磨与抛光技术，将所得金刚石厚膜利用研磨抛光机进行抛光至表面粗糙度至0.5-3.2μm之间，使其满足后续微槽道换热面的焊接，同时减少界面热阻；

步骤3：金刚石厚膜的结构成型；

金刚石厚膜内应力较大，激光成型过程中易产生热应力集中导致金刚石厚膜加工过程中随机性裂开；因此，在成型初期，采用低功率、低速率激光切割工艺激光器采用金刚石专用切割器，激光波长1064nm，YAG激光器发生器；

步骤4：利用激光切割在金刚石膜表面构建微流通道；

同样，利用上述激光微束流在金刚石厚膜表面构建微流通道，通过精确控制激光光斑大小、聚焦深度、光束汇聚角度、切割次数以及切割速率；为获得特定的微槽形状及深宽比，可通过调节样品台X-Y方向上的倾斜高度，或小范围调节激光光束的开口角度；

金刚石厚膜材料沉积态厚度大于等于4mm，加工完后微槽厚度大于等于3mm。

2.根据权利要求1所述的超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，其特征在于所述的金刚石厚膜材料采用预镀复合过渡层的高温钼材料为衬底，复合过渡层材质为Ti、Mo、Si或W；采用改进工艺的直流喷射CVD方法制得的超厚金刚石膜。

3.根据权利要求2所述的超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，其特征在于所述的改进工艺的直流喷射CVD方法为：间歇性调整二次形核工艺，并且辅助H₂/Ar等离子体处理技术，实现二次再形核，抑制大的柱状晶异常生长，提高金刚石膜晶粒致密度，从而保证金刚石厚膜有效生长厚度达到4mm以上。

4.根据权利要求1所述的超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，其特征在于所述的微槽道换热器为全金刚石材质，微槽道厚度尺寸大于3mm。

5.根据权利要求1所述的超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，其特征在于所述的微槽道换热器采用金刚石专用激光切割机，实现金刚石的定型；通过调整激光X-Y轴偏角，以及激光开口角度实现不同槽型的加工。

6.根据权利要求1所述的超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，其特征在于所述的微槽换热器，通过机械研磨技术实现热接触面的粗糙度控制，使其满足焊接强度以及热阻最小的效果，所述粗糙度为0.5-3.2μm。