[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

摘要

本发明涉及一种超高热流密度散热用金刚石微通道热沉的制备方法，属于半导体器件散热领域。通过特殊的衬底技术，以及改进的CVD制备工艺，实现高品质、无裂纹、超厚金刚石自支撑膜的制备；并根据热接触界面要求通过机械研磨抛光控制金刚石超厚膜的表面粗糙度；然后采用独特的激光加工工艺实现对金刚石超厚膜的结构尺寸定型，并利用激光微束流在表面进行微槽雕刻，获得尺寸及槽型合格的金刚石微槽道换热器，使其满足用于排散高热流密度换热器的设计要求。这种微通道热沉可用于相控阵雷达、卫星、大型航天器等空间载荷的高功耗电子器件的热排散。

主权项

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多层，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。