热传导模块及制备方法和应用、电子产品技术

本公开涉及热传导模块及制备方法和应用、电子产品，属于散热技术领域。该热传导模块的制备方法包括：对金刚石晶片和衬底依次进行清洗处理和活化处理，得到预处理金刚石晶片和预处理衬底；在预处理金刚石晶片上依次沉积第一金属粘合层和第一金属键合层，以及，在预处理衬底上依次沉积第二金属粘合层和第二金属键合层；通过原子扩散工艺，使第一金属键合层和第二金属键合层进行键合，得到热传导模块。该方法操作工艺简单可靠，利于放宽对金刚石晶片的表面粗糙度的要求，成本更低，成品率高，便于规模化推广应用。所制备得到的热传导模块，利用金刚石高导热特性实现局部“热点”的快速降温，利用金刚石各向同性导热特性实现均温。利用金刚石各向同性导热特性实现均温。利用金刚石各向同性导热特性实现均温。

【技术实现步骤摘要】
热传导模块及制备方法和应用、电子产品


[0001]本公开涉及散热
，特别涉及热传导模块及制备方法和应用、电子产品。

技术介绍

[0002]随着电子产品微型化和高频化发展，电子器件的功率密度不断提高，其热通量也随之显著增大。金刚石作为一种超高导热材料，使用金刚石晶片能够对高功率器件的电子芯片进行高效散热。
[0003]相关技术中，在高功率器件的芯片衬底表面和金刚石晶片表面分别溅射一层硅纳米层，采用表面活化键合工艺，使金刚石晶片和芯片衬底上的硅纳米层进行键合，实现金刚石晶片与芯片衬底之间的紧密贴合。
[0004]然而，表面活化键合工艺对键合材料的表面粗糙度要求极高，需要将金刚石晶片的表面抛光至小于1nm的粗糙度，抛光技术难度极大，操作复杂，成本较高，不利于规模化应用。
[0005]公开内容
[0006]鉴于此，本公开提供了热传导模块及制备方法和应用、电子产品，能够解决上述技术问题。
[0007]具体而言，包括以下的技术方案：
[0008]一方面，本公开实施例提供了一种热传导模块的制备方法，所述热传导模块的制备方法包括：
[0009]分别对金刚石晶片和衬底依次进行清洗处理和活化处理，得到预处理金刚石晶片和预处理衬底；
[0010]在所述预处理金刚石晶片上依次沉积第一金属粘合层和第一金属键合层，以及，在所述预处理衬底上依次沉积第二金属粘合层和第二金属键合层；
[0011]通过原子扩散工艺，使所述第一金属键合层和所述第二金属键合层进行键合，得到所述热传导模块。
[0012]本公开实施例提供的热传导模块的制备方法，通过对金刚石晶片和衬底进行清洗处理，以除去金刚石晶片和衬底表面的杂质，然后通过活化处理，不仅能够进一步清除杂质，还能增加金刚石晶片和衬底表面的表面活性，利于增加它们与各自金属粘合层之间的结合力。通过在金刚石晶片和衬底分别沉积第一金属粘合层和第二金属粘合层，利用金属粘合层使得金刚石晶片和衬底分别与各自对应的金属键合层建立连接。在金属粘合层和金属键合层沉积形成之后，利用原子扩散工艺，使第一金属键合层和第二金属键合层进行键合，得到热传导模块。利用原子扩散工艺能够使得第一金属键合层和第二金属键合层之间发生金属原子扩散和晶粒生长，形成强稳定性的金属键，最终使得金刚石晶片和衬底之间能够紧密结合，避免出现缝隙等缺陷而造成界面之间的热阻，实现金刚石与衬底之间的良好热传导，最终能够对高功率密度的电子芯片实现高效散热。
[0013]本公开实施例提供的热传导模块的制备方法，操作工艺简单可靠，通过金属粘合
层和金属键合层的设计，在增加了活化处理步骤以及改进相应的沉积工艺和键合工艺条件下，利于放宽对金刚石晶片的表面粗糙度的要求。因为放宽了对金刚石晶片的表面粗糙度的要求，不仅成本更低，且成品率高，使得该制备方法便于规模化推广应用。由本公开实施例提供的热传导模块的制备方法制备得到的热传导模块，由于使用了超高导热材料金刚石，利用金刚石作为散热介质，能够对电子芯片进行高效快速地散热，利用金刚石高导热特性实现局部“热点”的快速降温，并利用金刚石各向同性导热特性，实现均温。
[0014]在一些可能的实现方式中，对金刚石晶片和衬底进行清洗处理，包括：
[0015]利用有机溶剂和水依次对所述金刚石晶片进行清洗，以及，利用有机溶剂和水依次对所述衬底进行清洗；
[0016]利用硫酸和双氧水的混合物对所述金刚石晶片和所述衬底进行表面处理，然后利用水进行清洗。
[0017]通过有机溶剂能够除去金刚石晶片和衬底表面的大部分杂质，诸如，无机杂质、油污等有机杂质等，待使用有机溶剂清洗完毕之后，再利用水进行清洗，以除去残留的有机溶剂，使得金刚石晶片和衬底的表面干净整洁。
[0018]在一些示例中，该有机溶剂包括但不限于：丙酮溶液、乙醇溶液、汽油等，例如，分别用丙酮溶液和乙醇溶液分别进行一次或者多次清洗。
[0019]利用硫酸和双氧水的混合物进行表面处理，不仅能够进一步除去金刚石晶片和衬底表面的有机物杂质等，而且还能增强金刚石晶片和衬底表面的亲水性，利于增强后续与金属粘合层的结合力。
[0020]在一些可能的实现方式中，利用氢等离子体，分别对所述金刚石晶片和所述衬底进行所述活化处理。
[0021]氢离子与金刚石具有天然结合性好的特点，利用氢等离子体对金刚石晶片进行活化处理，至少具有以下优点：在不会造成金刚石晶片表面粗糙度增大的情况下，有效地清除其表面的污染物，进一步利于金刚石表面的粘附性；氢离子处理后，还能够在金刚石晶片表面附着氢原子，在一定压力下，待氢氢键断裂后，能够提高界面之间的结合力度。
[0022]对于第一金属键合层的材质的选择，使相应的键合金属原料满足以下条件：具有较高的热导率(以便于保持热传导模块的高热传导性能)，具有较高的自扩散系数(以便于提高原子扩散键合效果，实现快速键合)。进一步地，还可以使键合金属原料具有较高的延展性，这样能够进一步降低键合工艺复杂度，增加产品良率和制备成本；以及，还可以使键合金属原料具有较高的稳定性，例如热稳定性和化学稳定性，以保持热传导模块的热传导稳定性
[0023]相应地，对于第一金属粘合层的选择，使相应的粘合金属原料满足以下条件：粘合金属与相结合的键合金属之间具有良好的浸润性，即两者之间具有良好的结合性，同时，粘合金属的热导率也尽可能地高。
[0024]在一些可能的实现方式中，所述第一金属粘合层的材质选自钛、钼、铬、钨、铁、钴、镍中的至少一种；
[0025]所述第一金属键合层的材质选自金、银、铜中的至少一种。
[0026]在一些可能的实现方式中，所述第一金属粘合层的厚度为5nm
‑
10nm；
[0027]所述第一金属键合层的厚度为50nm
‑
200nm。
[0028]通过使用厚度更大的第一金属键合层来填平金刚石晶片表面的粗糙结构，以平衡金刚石晶片的高粗糙度所带来的不利影响。同时，通过增加第一金属键合层厚度的方式，还不会影响热传导模块的热传导性能。
[0029]在一些可能的实现方式中，所述在所述预处理金刚石晶片上依次沉积第一金属粘合层和第一金属键合层，包括：
[0030]通过高功率脉冲磁控溅射技术，在所述预处理金刚石晶片上依次沉积所述第一金属粘合层和所述第一金属键合层。
[0031]利用高功率脉冲磁控溅射技术能够在表面粗糙度更大的表面上容易且有效地成膜，即使得膜层更容易形成在具有凹凸不平结构的表面上，对于高粗糙度的金刚石来说获得高品质键合。
[0032]在一些可能的实现方式中，所述第二金属粘合层的材质选自钛、钼、铬、钨、铁、钴、镍中的至少一种；
[0033]所述第二金属键合层的材质选自金、银、铜中的至少一种。
[0034]在一些可能的实现方式中，所述第二金属粘合层的厚度为5nm
‑
10nm；
[0035]所述第二金属键合层的厚度为50nm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热传导模块的制备方法，其特征在于，所述热传导模块的制备方法包括：分别对金刚石晶片(1)和衬底(2)依次进行清洗处理和活化处理，得到预处理金刚石晶片(1a)和预处理衬底(2a)；在所述预处理金刚石晶片(1a)上依次沉积第一金属粘合层(31)和第一金属键合层(41)，以及，在所述预处理衬底(2a)上依次沉积第二金属粘合层(32)和第二金属键合层(42)；通过原子扩散工艺，使所述第一金属键合层(41)和所述第二金属键合层(42)进行键合，得到所述热传导模块。2.根据权利要求1所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，对金刚石晶片(1)和衬底(2)进行清洗处理，包括：利用有机溶剂和水依次对所述金刚石晶片(1)进行清洗，以及，利用有机溶剂和水依次对所述衬底(2)进行清洗；利用硫酸和双氧水的混合物对所述金刚石晶片(1)和所述衬底(2)进行表面处理，然后利用水进行清洗。3.根据权利要求1所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，利用氢等离子体，分别对所述金刚石晶片(1)和所述衬底(2)进行所述活化处理。4.根据权利要求1所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述第一金属粘合层(31)的材质选自钛、钼、铬、钨、铁、钴、镍中的至少一种；所述第一金属键合层(41)的材质选自金、银、铜中的至少一种。5.根据权利要求4所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述第一金属粘合层(31)的厚度为5nm
‑
10nm；所述第一金属键合层(41)的厚度为50nm
‑
200nm。6.根据权利要求5所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述在所述预处理金刚石晶片(1a)上依次沉积第一金属粘合层(31)和第一金属键合层(41)，包括：通过高功率脉冲磁控溅射技术，在所述预处理金刚石晶片(1a)上依次沉积所述第一金属粘合层(31)和所述第一金属键合层(41)。7.根据权利要求1所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述第二金属粘合层(32)的材质选自钛、钼、铬、钨、铁、钴、镍中的至少一种；所述第二金属键合层(42)的材质选自金、银、铜中的至少一种。8.根据权利要求7所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述第二金属粘合层(32)的厚度为5nm
‑
10nm；所述第二金属键合层(42)的厚度为50nm
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200nm。9.根据权利要求8所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述在所述预处理衬底上依次沉积第二金属粘合层(32)和第二金属键合层(42)，包括：通过高功率脉冲磁控溅射技术，在所述预处理金刚石晶片(1a)上依次沉积所述第二金属粘合层(32)和所述第二金属键合层(42)。10.根据权利要求1所述的热传导模块的制备方法，其特征在于，所述通过原子扩散工艺使所述第一金属键合层(41)和所述第二金属键合层(42)进行键合，包括：使沉积有所述第一金属粘合层(31)和所述第一金属键合层(41)的金刚石晶片(1)和沉
积有所述第二金属粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏潇赟，代兵，赵继文，赵柯臣，杨勇，邓抄军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：