[发明专利]一种金刚石微通道Cu基CVD金刚石热沉片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石微通道Cu基CVD金刚石热沉片及其制备方法，从下至上依次包括Cu基底、微通孔模板和CVD金刚石薄，Cu基底和微通孔模板之间设置有纳米金刚石颗粒，Cu基底中镶嵌有金刚石微通道阵列，金刚石微通道的直径为0.3～0.5mm，微通道间距2～3mm。本发明散热效果优于Ag、Cu、Al等传统热沉片；微通道Cu基金刚石热沉片散热性能更优；大大提高了微通孔内金刚石的形核密度和生长速率；在微通孔内实现了金刚石薄膜CVD选择生长。

技术领域

本发明属于金刚石材料应用技术领域，具体涉及一种金刚石微通道Cu基CVD金刚石热沉片及其制备方法。

背景技术

随着微电子集成技术和空芯印制板高密度组装技术的飞速进展，电子元部件和电子系统的设计和生产不断向小型化、轻量化、紧凑化、高效化的方向发展。电子元部件和电子系统的功率密度越来越高，导致运行过程中产生大量的热量，这些热量若不及时排除，将会严重影响电子元部件和电子系统的工作稳定性和安全可靠性，因此，散热问题成为电子技术领域一个亟待解决的关键性课题。Ag、Cu、Al等传统的电子封装散热材料由于热膨胀系数大，受热后膨胀容易引发循环热应力损坏电子元器件，显然已不能满足目前先进电子技术对封装散热材料的要求。

金刚石的热导率最高可达2000W/(m·K)，将金刚石和具有高热导率的金属Cu复合，有望可获得高热导、低膨胀、低密度的理想新型电子封装散热材料，室温下其热导率有望达到450W/(m·K)～1200W/(m·K)，热膨胀系数在4×10^-6～6×10^-6K^-1之间，与Si、GaAs等半导体材料相匹配，Cu基金刚石热沉片可以很好地解决现代大功率、高密度电子元部件和电子系统的散热问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种金刚石微通道Cu基CVD金刚石热沉片及其制备方法，利用金刚石的高热导率来现代大功率、高密度电子元部件和电子系统的散热问题。

本发明采用以下技术方案：

一种金刚石微通道Cu基CVD金刚石热沉片，从下至上依次包括Cu基底、微通孔模板和CVD金刚石薄，Cu基底和微通孔模板之间设置有纳米金刚石颗粒，Cu基底中镶嵌有金刚石微通道阵列，金刚石微通道的直径为0.3～0.5mm，微通道间距2～3mm。

具体的，Cu基底的直径为10～20mm，厚度为0.5～1mm。

具体的，金刚石微通道形状包括圆形、正三角形、正方形、正六边形或正八边形。

具体的，纳米金刚石颗粒呈球状结构，平均粒径为2～6nm。

具体的，CVD金刚石薄膜的厚度为0.2～0.3mm。

本发明的另一个技术方案是，一种金刚石微通道Cu基CVD金刚石热沉片的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纯度为99.99％～99.999％，直径10～20mm的无氧铜基体线切割成0.5～1mm的铜片作为Cu基底，并对Cu基底表面清洗；

S2、微通孔模板制作，微通孔模板采用与Cu基底同样规格的无氧铜；

S3、Cu基底表面静电组装纳米金刚石颗粒，提高金Cu基上金刚石的形核密度，纳米金刚石颗粒呈球状，平均粒径2～6nm；

S4、将微通孔模板堆叠Cu基底上，采用模板法CVD选择生长金刚石薄膜，CVD金刚石薄膜厚度0.2～0.3mm；

S5、化学机械抛光金刚石面，使得表面金刚石平整；

S6、Cu基底剥离，用镊子沿着Cu基底和微通孔模板之间的缝隙轻轻将Cu基撬开去除Cu基；或将样品在三氯化铁溶液中浸泡30～60s去除Cu基底。