一种金刚石内部流道加工方法技术

本发明专利技术提供了一种金刚石内部流道加工方法，用于解决现有金刚石内部流道加工方法无法加工芯片所需的纳米级甚至微纳米级规格散热流道的技术问题。本发明专利技术的金刚石内部流道加工方法为：通过激光束在金刚石表面制备纳米级及纳米级以上规格的表面流道；在制备了表面流道的金刚石表面镀膜，使表面流道内部填充满膜层，且金刚石表面布满膜层；磨剖去除掉金刚石表面的膜层，并保留表面流道内部的膜层；在金刚石表面生长金刚石，形成成品金刚石；采用酸溶液腐蚀并清除成品金刚石内部的膜层，形成金刚石内部流道。本发明专利技术采用“表面流道加工+镀膜保护+金刚石生长”的方法实现金刚石内部流道的加工，可以广泛应用在金刚石芯片散热底板的生产中。生产中。生产中。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石内部流道加工方法


[0001]本专利技术涉及金刚石，尤其涉及一种金刚石内部流道加工方法。

技术介绍

[0002]金刚石晶体具备极高的硬度和导热率，且化学稳定性表现优异，因此在机械制造、半导体等行业被广泛使用。金刚石主要可以划分为天然与人工合成两大类，天然单晶金刚石也就是钻石，在自然界中含量极为稀少，而且十分昂贵，工业应用较少，主要加工成首饰；人工合成金刚石又可以分为单晶和多晶金刚石，主要用于工业应用。
[0003]金刚石拥有着卓越的散热性能，在金刚石内部加工散热流道并通入冷却水，采用沸腾换热的机理，可至少增大一倍的材料导热率，因此，金刚石被认为是最理想的芯片散热基底材料。目前，金刚石的内部流道作为半导体芯片散热基底的一种新型技术手段，在部分领域实现了应用。但传统的加工方法，如自组装法、水热法、模板法、化学气相沉积法、电化学刻蚀法等，均无法满足金刚石内部流道的加工需求。自组装法、水热法以及电化学刻蚀法由于原理限制，只能加工金刚石表面流道，无法加工内部流道。模板法和化学气相沉积法加工制造的内部流道尺度在毫米级以上，无法用于芯片的纳米级甚至微纳米级尺度。
[0004]激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工；同时激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小且可以加工各种材料，因此激光加工可以满足芯片的纳米级甚至微纳米级尺度的要求。但由于金刚石的化学性质非常稳定，传统的激光加工方法可以对金刚石内部进行加工，但激光加工后的残渣物无法排出形成通道，因此金刚石内部纳米级甚至微纳米级的流道加工是制约金刚石芯片散热底板应用的一大瓶颈，是目前亟待解决的一个难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有金刚石内部流道加工方法在激光加工后的残渣物无法排出形成通道，难以在金刚石内部加工出芯片所需的纳米级甚至微纳米级规格散热流道的技术问题，从而提供一种金刚石内部流道加工方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种金刚石内部流道加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]1】通过激光束在准备好的金刚石表面制备纳米级及纳米级以上规格的表面流道；
[0009]2】在制备了表面流道的金刚石表面镀膜，使表面流道内部填充满膜层，同时使金刚石表面布满膜层；所述膜层为不与金刚石材料发生物理化学反应的金属材料；
[0010]3】对金刚石表面进行磨剖，去除掉金刚石表面的膜层，并保留表面流道内部的膜层；
[0011]4】在步骤3】去除掉表面膜层的金刚石表面向上生长金刚石，形成成品金刚石；
[0012]5】采用酸溶液腐蚀成品金刚石内部的膜层，并清除腐蚀掉的膜层，所述表面流道形成内部流道，完成金刚石内部流道的加工。
[0013]进一步地，步骤2】中，所述膜层为银材料或铜材料。
[0014]进一步地，步骤2】中，表面流道对应处的膜层厚度大于表面流道的深度，用于保证镀膜的膜层填充满表面流道。
[0015]进一步地，步骤4】中生长的金刚石类型与步骤1】中准备的金刚石类型相同；
[0016]步骤1】中准备的金刚石的厚度为0.01
‑
10mm；
[0017]步骤4】中形成成品金刚石的厚度为0.02
‑
20mm。
[0018]进一步地，步骤2】中，在金刚石表面镀膜具体为：
[0019]采用真空镀膜法在金刚石表面镀膜，可以覆盖纳米级甚至微纳米级的流道，保证了膜层在表面流道内的完全覆盖。
[0020]步骤3】中，对金刚石表面进行磨剖具体为：
[0021]采用机械磨剖法对金刚石表面进行磨剖，且磨剖刀具的硬度大于膜层的硬度，小于金刚石的硬度，用于保证膜层被磨剖去除的同时不会对金刚石的表面产生影响，使金刚石的表面保持不变。
[0022]步骤4】中，在金刚石表面继续生长金刚石具体为：
[0023]采用化学气相沉积法或高温高压法在金刚石表面继续生长金刚石。
[0024]进一步地，步骤1】中，所述激光束为高斯光束；
[0025]制备表面流道时，激光束的焦点聚焦于金刚石表面，其聚焦光斑大小为：0.1～100um。
[0026]进一步地，步骤1】中，所述激光束的激光类型为连续激光或脉冲激光；
[0027]通过激光束在准备好的金刚石表面制备表面流道时，激光束的激光功率设置为0.1～1000W，激光频率设置为0～10MHz。
[0028]进一步地，步骤1】中，表面流道的加工形状为任意形状，表面流道的宽度为0.1
‑
1000μm。
[0029]进一步地，步骤1】中，制备表面流道时，采用多道并行加工的方式加工，具体的，通常在制备较宽的表面流道时采用多道并行加工的方式。
[0030]本专利技术相比于现有技术的有益效果如下：
[0031]1、本专利技术提供的一种金刚石内部流道加工方法，采用“表面流道加工+镀膜保护+金刚石生长”相结合的方法实现金刚石内部流道加工，避免了激光直接加工内部流道残渣无法清除的问题，整套方法工艺简单，操作方便，实用性强，可以广泛应用在金刚石芯片散热底板的工业生产中。
[0032]2、本专利技术提供的一种金刚石内部流道加工方法，利用表面流道生成内部流道的方法，具有表面流道加工的优势，可简单实现不同形状和尺寸的内部流道的制造。
[0033]3、本专利技术提供的一种金刚石内部流道加工方法，利用激光加工的方式可实现表面流道的柔性加工，实现任意可编程的形状，且流道的宽度可达到最小0.1μm的微纳级。
[0034]4、本专利技术提供的一种金刚石内部流道加工方法，相比于传统方法难以对微纳级的流道宽度进行覆盖的缺陷，本专利技术采用真空镀膜的方法覆盖流道和金刚石表面，可以实现微纳级的流道宽度的覆盖。
附图说明
[0035]图1为本专利技术一种金刚石内部流道加工方法的流程图；
[0036]图2为本方法步骤1】的示意图；
[0037]图3为本方法步骤2】的示意图；
[0038]图4为本方法步骤3】的示意图；
[0039]图5为本方法步骤4】的示意图；
[0040]图6为本方法步骤5】的示意图。
[0041]具体附图标记如下：
[0042]1‑
激光束；2
‑
金刚石；3
‑
表面流道；4
‑
膜层；5
‑
成品金刚石。
具体实施方式
[0043]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0044]一种金刚石内部流道加工方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石内部流道加工方法，其特征在于，包括以下步骤：1】通过激光束(1)在准备好的金刚石(2)表面制备纳米级及纳米级以上规格的表面流道(3)；2】在制备了表面流道(3)的金刚石(2)表面镀膜，使表面流道(3)内部填充满膜层(4)，同时使金刚石(2)表面布满膜层(4)；所述膜层(4)为不与金刚石材料发生物理化学反应的金属材料；3】对金刚石(2)表面进行磨剖，去除掉金刚石(2)表面的膜层(4)，并保留表面流道(3)内部的膜层(4)；4】在步骤3】去除掉表面膜层(4)的金刚石(2)表面，向上生长金刚石，形成成品金刚石(5)；5】采用酸溶液腐蚀成品金刚石(5)内部的膜层(4)，并清除腐蚀掉的膜层(4)，所述表面流道(3)形成内部流道，完成金刚石内部流道的加工。2.根据权利要求1所述的一种金刚石内部流道加工方法，其特征在于：步骤2】中，所述膜层(4)为银材料或铜材料。3.根据权利要求2所述的一种金刚石内部流道加工方法，其特征在于：步骤2】中，表面流道(3)对应处的膜层厚度大于表面流道(3)的深度。4.根据权利要求3所述的一种金刚石内部流道加工方法，其特征在于：步骤4】中生长的金刚石类型与步骤1】中准备的金刚石(2)类型相同；步骤1】中准备的金刚石(2)的厚度为0.01
‑
10mm；步骤4】中形成成品金刚石(5)的厚度为0.02
‑
20mm。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，赵华龙，赵卫，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：