CN110820023A - 超精密微结构散热片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超精密微结构散热片的制备方法，包括：在硅片表面刻蚀出微结构的凸块或凹孔，得到硅片模具；将硅片模具上的微结构转印至透明基材上；将透明基材上的微结构转印到金属层上，金属层表面得到通过胶层转印的微结构；刻蚀掉微结构底部与金属层接触的胶层；采用电化学沉积的方法在金属层的微结构的凹孔底部沉积与金属层相同材质的金属微结构，除去多余胶层，得到表面具有超精密微结构的金属散热片。制备的微结构一致性好，可有效增加毛细结构的有效面积，减少毛细结构热传导过程中热阻的产生。
Description
技术领域
本发明涉及散热片的生产工艺，具体地涉及一种超精密微结构散热片的制备方法。
背景技术
随着LED、微电子技术的发展，芯片的集成度不断提高，其发热功率不断增加，而在一些半导体制造设备中的大功率发热元件，要有效实现这些高热通量发热器件的散热，不仅需要在相对低温下的高效吸热同时需要将吸收的热量有效地输运至热层，并高效地释放出热量，同时满足这些功能的被动式散热元件就是热管，其中平板热管由于其良好的吸热特性和形状易于与芯片贴合等优点被越来越多地应用于芯片散热中。
公告号为CN 104142087 A的专利公开了一种提高散热器热效率的散热片制造方法，包括下述步骤：用菲林机绘制菲林并输出菲林，在金属材料的两面用印刷机丝网印刷或涂布机涂布感光胶层用烘箱对感光胶层烘干，将菲林及带感光胶层的金属材料放置于曝光机中曝光，形成新感光胶层，将曝光后带新感光胶层的金属材料放入显影溶液显影及喷淋，再去除未感光的感光胶区域，形成微结构纹理，再用烘箱进行烘干，将烘干带微结构纹理的金属材料放入喷淋蚀刻机进行蚀刻或者浸渍蚀刻，蚀刻完成后，形成蚀刻后新结构的金属材料并对其表面阳极氧化或喷涂涂料，形成保护层。该方法做出的散热片虽然增加了表面一倍或以上的表面积，但是现有散热片毛细结构与蒸发腔体接触面积较少，加大了毛细结构热传导过程中热阻的产生。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种超精密微结构散热片的制备方法，制备的微结构一致性好，可有效增加毛细结构的有效面积，减少毛细结构热传导过程中热阻的产生。
本发明的技术方案是：
一种超精密微结构散热片的制备方法，包括以下步骤：
S01：在硅片表面刻蚀出微结构的凸块或凹孔，得到硅片模具；
S02：将硅片模具上的微结构转印至透明基材上；
S03：将透明基材上的微结构转印到金属层上，金属层表面得到通过胶层转印的微结构；
S04：刻蚀掉微结构底部与金属层接触的胶层；
S05：采用电化学沉积的方法在金属层的微结构的凹孔底部沉积与金属层相同材质的金属微结构，除去多余胶层，得到表面具有超精密微结构的金属散热片。
优选的技术方案中，所述步骤S01中硅片模具的制备包括以下步骤：
S11：硅片在清洗、烘培后，在硅片表面制备六甲基二胺烷底膜；
S12：制备具有阵列微结构的掩膜版；
S13：在硅片上旋转涂光刻胶，得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层；
S14：涂完光刻胶后，对硅片进行软烘，除去光刻胶中残余的溶剂；
S15：在硅片表面和掩模版对准并聚焦后，使用紫外光照射，未受掩模版遮挡部分的光刻胶发生曝光反应；
S16：使用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶可溶解区域，使可见图形出现在硅片上，并区分需要刻蚀的区域和受光刻胶保护的区域，显影完成后通过旋转甩掉多余显影液，并用高纯水清洗后甩干；
S17：将显影后的硅片经过热烘处理；
S18：对硅片进行干法刻蚀，刻蚀完成后，去除硅片表面残余的光刻胶，在硅片表面刻蚀出微结构的凸块或凹孔。
优选的技术方案中，所述步骤S02具体包括以下步骤：
S21：将硅片模具放置于平台上，在硅片图案区域上方点上无影胶，然后将PET膜放置于硅片图案区域上方，用橡胶辊轮从点胶侧滚压至另一侧，使无影胶涂覆整个图案区域；
S22：将压印好的硅片模具进行固化；
S23：将固化后的硅片模具上的PET从硅片上撕下，硅片上的图案即转印至PET膜上，得到软膜。
优选的技术方案中，所述步骤S03具体包括以下步骤：
S31：将金属层放置于平台上，在金属层上方点上无影胶，然后将软膜放置于金属层上方，用橡胶辊轮从点胶侧滚压至另一侧，使无影胶涂覆整个图案区域；
S32：将压印好的软膜和金属层进行固化；
S33：将固化后的软膜从金属层上撕下，软膜上的图案即转印至金属层上。
优选的技术方案中，所述步骤S04中采用各向异性方法刻蚀掉微结构底部与金属层接触的胶层。
优选的技术方案中，所述步骤S05中将得到的超精密微结构的金属散热片放入碱性溶液中浸泡，除去多余胶层。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明工艺制备的微结构一致性好，此工艺制作可多样性的微结构，更好的改善散热片的散热效能，可有效增加毛细结构的有效面积，减少毛细结构热传导过程中热阻的产生。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明超精密微结构散热片的制备方法的流程图；
图2为本发明超精密微结构散热片的剖面图；
图3为本发明超精密微结构散热片的示意图；
图4为硅片模具的结构示意图；
图5为硅片模具的剖视图；
图6为软膜制作的压印示意图；
图7为软膜制作的分膜示意图；
图8为铜箔转印的压印示意图；
图9为铜箔转印的分膜示意图；
图10为UV胶刻蚀工艺示意图；
图11为电铸铜箔工艺示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，一种超精密微结构散热片的制备方法，包括以下步骤：
S01：在硅片表面刻蚀出微结构的凸块或凹孔，得到硅片模具；
S02：将硅片模具上的微结构转印至透明基材上；
S03：将透明基材上的微结构转印到金属层上，金属层表面得到通过胶层转印的微结构；
S04：刻蚀掉微结构底部与金属层接触的胶层；
S05：采用电化学沉积的方法在金属层的微结构的凹孔底部沉积与金属层相同材质的金属微结构，除去多余胶层，得到表面具有超精密微结构的金属散热片。
微结构为凸块体积很小或凹孔的容积很小；凸块之间的间隙很窄；凹孔与凹孔之间壁板很薄。形状可以为三角型或圆型或多边型等等。本实施例以圆型为例进行说明，金属层可以为不锈钢、铜、锡等等，本实施例以铜箔为例进行说明。制备得到的具有超精密微结构的金属散热片的散热片100如图2、3所示。制作的微结构孔径为3±0.5um，两孔径之间的距离为5±0.5um，精度超高。
本发明的主要通过结合硅片模具制备、软膜制备、UV转印、等离子刻蚀和电镀工艺，具体工艺如下：
一、硅片模具制作
1、硅片气相成底膜
硅片在清洗、烘培后首先通过浸泡、喷雾或化学气相沉积（CVD）等工艺用六甲基二胺烷成底膜，底膜使硅片表面疏离水分子，同时增强对光刻胶的结合力。底膜的本质是作为硅片和光刻胶的连接剂，与这些材料具有化学相容性。
2、制作掩膜版
根据需要制作的微结构的形状制作正片掩膜版，例如微结构孔径为3±0.5um，两孔径之间的距离为5±0.5um。
3、硅片旋转涂胶
形成底膜后，要在硅片表面均匀覆盖光刻胶。将硅片放置在旋涂设备真空吸盘上，吸盘底部与转动电机相连。在硅片静止或旋转的非常缓慢时，将光刻胶分滴在硅片上。随后加速硅片旋转到一定的转速，光刻胶借助离心作用伸展到整个硅片表面，并持续旋转甩去多余的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层，旋转一直到溶剂挥发，光刻胶膜几乎干燥后停止。
4、软烘
涂完光刻胶后，对硅片进行软烘，除去光刻胶中残余的溶剂，提高光刻胶的粘附性和均匀性。未经软烘的光刻胶易发粘并受颗粒污染，粘附力会不足，还会因溶剂含量过高导致显影时存在溶解差异，难以区分曝光和未曝光的光刻胶。
5、曝光
在硅片表面和制作的掩膜版（石英掩模）对准并聚焦后，使用紫外光照射，未受掩模遮挡部分的光刻胶发生曝光反应，实现从掩模到硅片上的转移。
6、显影
使用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶可溶解区域，使可见图形出现在硅片上，并区分需要刻蚀的区域和受光刻胶保护的区域。显影完成后通过旋转甩掉多余显影液，并用高纯水清洗后甩干。
7、坚膜
将显影后的硅片经过热烘处理，温度比软烘更高，目的是蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬，提高光刻胶对硅片表面的粘附性，这一步对光刻胶的稳固，对后续的刻蚀等过程非常关键。
8、干法刻蚀
将硅片表面暴露在惰性气体中，通过气体产生的等离子体轰击光刻胶开出的窗口，与硅片发生反应去掉沟槽里的光刻胶。
9、去胶
刻蚀完成后，通过去胶液浸泡，去除硅片表面残余的光刻胶，得到的硅片模具10结构如图4和5所示，硅片11表面制备有阵列的圆柱孔12。
二、软膜制作（将硅片上的图案转印至PET膜上的过程，实现软膜制备）
1、压印
将硅片模具10放置于平台上，在硅片图案区域上方点上UV胶21，然后将PET膜22放置于硅片图案区域上方，用橡胶辊轮从点胶侧滚压至另一侧，使UV胶21涂覆整个图案区域，如图6所示。
2、固化
将压印好的硅片模具放在UV灯下照射，待UV胶固化后拿出。
3、分膜
将固化后的硅片模具10上的PET，从硅片上撕下，硅片上的图案即转印至PET膜上，得到的软膜20如图7所示。
三、铜箔压印（将软膜上的图案转印至铜箔上，得到具有微结构的铜箔）
1、压印
将铜箔30放置于平台上，在铜箔30上方点上UV胶31，然后将PET膜32放置于铜箔30上方，用橡胶辊轮从点胶侧滚压至另一侧，使UV胶涂覆整个图案区域，如图8所示。
2、固化
将压印好的铜箔和软膜放在UV灯下照射，待UV胶固化后取出。
3、分膜
将固化后的铜箔和软膜，从铜箔上撕下，软膜上的图案即转印至铜箔上，得到铜箔表面UV胶层转印的密集圆柱小孔33，如图9所示。
四、等离子去胶工艺
进行等离子刻蚀，采用各向异性方法刻蚀掉圆柱孔底层的UV胶31，如图10所示。
五、电镀
将铜片放入电镀槽中，采用电化学沉积方法通过控制电镀条件从铜箔40圆孔的地方长出铜圆柱41，如图11所示。
六、电镀完后将铜片丢进碱性溶液中浸泡，去掉表面和电镀长出铜柱101之间的UV胶42，然后即可得到表面覆盖超精密铜柱的铜箔散热片100，底部为铜基底102，如图11、2、3所示。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落出所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种超精密微结构散热片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：在硅片表面刻蚀出微结构的凸块或凹孔，得到硅片模具；
S02：将硅片模具上的微结构转印至透明基材上；
S03：将透明基材上的微结构转印到金属层上，金属层表面得到通过胶层转印的微结构；
S04：刻蚀掉微结构底部与金属层接触的胶层；
S05：采用电化学沉积的方法在金属层的微结构的凹孔底部沉积与金属层相同材质的金属微结构，除去多余胶层，得到表面具有超精密微结构的金属散热片。
2.根据权利要求1所述的超精密微结构散热片的制备方法，其特征在于，所述步骤S01中硅片模具的制备包括以下步骤：
S11：硅片在清洗、烘培后，在硅片表面制备六甲基二胺烷底膜；
S12：制备具有阵列微结构的掩膜版；
S13：在硅片上旋转涂光刻胶，得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层；
S14：涂完光刻胶后，对硅片进行软烘，除去光刻胶中残余的溶剂；
S15：在硅片表面和掩模版对准并聚焦后，使用紫外光照射，未受掩模版遮挡部分的光刻胶发生曝光反应；
S16：使用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶可溶解区域，使可见图形出现在硅片上，并区分需要刻蚀的区域和受光刻胶保护的区域，显影完成后通过旋转甩掉多余显影液，并用高纯水清洗后甩干；
S17：将显影后的硅片经过热烘处理；
S18：对硅片进行干法刻蚀，刻蚀完成后，去除硅片表面残余的光刻胶，在硅片表面刻蚀出微结构的凸块或凹孔。
3.根据权利要求1所述的超精密微结构散热片的制备方法，其特征在于，所述步骤S02具体包括以下步骤：
S21：将硅片模具放置于平台上，在硅片图案区域上方点上无影胶，然后将PET膜放置于硅片图案区域上方，用橡胶辊轮从点胶侧滚压至另一侧，使无影胶涂覆整个图案区域；
S22：将压印好的硅片模具进行固化；
S23：将固化后的硅片模具上的PET从硅片上撕下，硅片上的图案即转印至PET膜上，得到软膜。
4.根据权利要求3所述的超精密微结构散热片的制备方法，其特征在于，所述步骤S03具体包括以下步骤：
S31：将金属层放置于平台上，在金属层上方点上无影胶，然后将软膜放置于金属层上方，用橡胶辊轮从点胶侧滚压至另一侧，使无影胶涂覆整个图案区域；
S32：将压印好的软膜和金属层进行固化；
S33：将固化后的软膜从金属层上撕下，软膜上的图案即转印至金属层上。
5.根据权利要求1所述的超精密微结构散热片的制备方法，其特征在于，所述步骤S04中采用各向异性方法刻蚀掉微结构底部与金属层接触的胶层。
6.根据权利要求1所述的超精密微结构散热片的制备方法，其特征在于，所述步骤S05中将得到的超精密微结构的金属散热片放入碱性溶液中浸泡，除去多余胶层。
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