文章来源：中国机械工程
金刚石微通道热沉激光加工
为研究雷达功率组件金刚石微通道热沉的加工难题，开展了飞秒激光加工多晶金刚石微流道的工艺研究，仿真模拟了飞秒激光作用于金刚石表面的温度场分布，以及诱导去除过程，理论与实验研究了金刚石的烧蚀阈值，系统研究了激光能量?扫描速度?扫描次数?焦点位置等参量及其优化工艺参数对金刚石微槽尺寸的影响规律?结果表明:当飞秒激光功率大于0.3W时，激光作用于金刚石的最高温度超过材料去除的气化温度，温度最高位置处于光斑中心，功率不会改变温度场的分布情形;飞秒激光加工金刚石的烧蚀阈值为1.80J/cm2，金刚石微槽深度与激光功率?扫描次数正相关，与扫描速度负相关，与正负离焦量基本成对称分布关系，而金刚石微槽表面宽度则变化不明显;在激光功率为5W，扫描速度为mm/s，扫描次数为30，离焦量为-0.5mm的优化参数下，加工出的金刚石微槽结构形状规则，截面侧壁锥度控制在3°以内，表面无残渣?裂纹?崩边等缺陷，且内部也无裂纹等缺陷，加工一致性较高，实现了微通道的“冷”加工，可满足雷达功率组件金刚石热沉对微通道的高质量加工要求?
关键词:飞秒激光;金刚石;微通道热沉;微通道尺寸;截面形貌
0引言
随着雷达体制和技术不断朝着“极大极小两极化”方向发展，构成雷达系统基础的功能模块，如T/R等微波功率组件，呈现出多功能?高集成?大热流密度的发展趋势[1-3]?尤其是氮化镓(GaN)芯片的广泛应用，雷达功率组件的热流密度很快突破W/cm2，未来将超过1kW/cm2?然而，目前功率组件散热技术在架构体系及工艺实现方面，仍局限在W/cm2之内，高效散热技术发展越来越跟不上雷达系统的发展速度，已成为技术瓶颈?
金刚石微通道热沉[4-7]采用了热导率高达2kW/(m·K)的金刚石膜材料，通过设计高效微通道的结构形式，采用直接与功率芯片封焊和热扩展的架构体系，可满足热流密度大于1kW/cm2功率组件的散热需求?然而，金刚石热沉材料的莫氏硬度为10，新莫氏硬度为15，显微硬度为10GPa，显微硬度比石英高0倍，比刚玉高倍?由于金刚石硬度最高，金刚石的加工只能依赖于聚焦离子束和激光束加工，而激光凭借极高的峰值功率?精确的损伤阈值?极小的热影响区?高的加工精度，以及适合于各种难加工超硬材料的特点，成为科研人员
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