本發(fā)明屬于激光加工制備微流道裝置，具體涉及一種調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法。

背景技術(shù)：

1、面對(duì)信息時(shí)代的海量需求，半導(dǎo)體器件正在以高性能、小型化和高集成度的趨勢(shì)集成于芯片中。相應(yīng)地，高密度的器件排布會(huì)帶來(lái)更大的散熱需求，微型器件的集成需要匹配高效的冷卻部件。

2、目前，微流道裝置作為一種有效的散熱技術(shù)，已在電子、能源、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，微流道裝置可選擇多種材料。在一些需要耐高壓以達(dá)到極低溫的應(yīng)用場(chǎng)景下，玻璃材料因其表面穩(wěn)定性、堅(jiān)硬耐用、漏熱小等特點(diǎn)，作為微流道散熱裝置的襯底材料被成熟應(yīng)用于微流道的制備工藝。

3、在制備玻璃微流道散熱裝置時(shí)，研究者們普遍采用傳統(tǒng)的微納加工方法，比如光刻、深離子刻蝕、化學(xué)刻蝕等方法。其加工流程中仍面臨效率低下和流程復(fù)雜的問(wèn)題。比如當(dāng)裝置中需要不同層級(jí)、不同深度的微流道時(shí)，在光刻環(huán)節(jié)需要多次勻膠及光刻，多次之間需要精密對(duì)準(zhǔn)以完成套刻，流程復(fù)雜，加工難度高，且多次對(duì)準(zhǔn)之間易產(chǎn)生偏差。比如使用深離子刻蝕或化學(xué)刻蝕時(shí)，由于玻璃材料自身的強(qiáng)穩(wěn)定性，刻蝕速率緩慢，加工效率低下。另外，玻璃作為透明的硬脆材料，其硬度高、脆性大的特性會(huì)在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生微裂紋等損傷，其熱導(dǎo)率低的特點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致加工時(shí)存在集中高溫度的熱影響區(qū)。這些都是制備微流道裝置時(shí)亟待解決的問(wèn)題。

4、在制備玻璃微流道散熱裝置時(shí)，還采用激光對(duì)玻璃材料進(jìn)行改性，然后采用化學(xué)腐蝕的方式對(duì)改性部位進(jìn)行刻蝕了來(lái)得到玻璃微流道散熱裝置。如公開(kāi)號(hào)為cn117727636a的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)一種石英基底微流道制備方法，對(duì)石英玻璃采用激光打孔后，使用濕法腐蝕制備縱深方向的微流道。再如公開(kāi)號(hào)為cn114678280a的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種芯片微流道制備方法，其在芯片內(nèi)部使用激光雕出預(yù)設(shè)微流道結(jié)構(gòu)，利用氟化氫溶液刻蝕所述損傷結(jié)構(gòu)，在所述芯片內(nèi)形成沿所述預(yù)設(shè)路徑布置的微流道。但是這種技術(shù)方案每次只能采用一條激光光線對(duì)玻璃進(jìn)行改性，加工效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，通過(guò)引入空間光調(diào)制器使用調(diào)制過(guò)的超短脈沖激光對(duì)玻璃襯底材料進(jìn)行高效率誘導(dǎo)，來(lái)實(shí)現(xiàn)微流道散熱芯片的高效率制備。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，實(shí)施例提供的一種調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的制備方法，包括以下步驟：

3、控制激光光源組件輸出激光束，該激光束經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制后輸出形成圖案的多條激光束，該多條激光束經(jīng)過(guò)振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)聚焦后形成光斑對(duì)襯底玻璃進(jìn)行對(duì)應(yīng)圖案陣列的改性，其中改性圖案陣列與微流道結(jié)構(gòu)相關(guān)；

4、對(duì)襯底玻璃上的改性圖案陣列進(jìn)行濕法刻蝕，得到微流道散熱芯片。

5、本發(fā)明提出使用經(jīng)過(guò)調(diào)制的超短脈沖激光，對(duì)制備微流道散射芯片的襯底玻璃材料誘導(dǎo)改性，超短脈沖激光在飛秒或皮秒的時(shí)間尺度內(nèi)集中了高能量密度，轟擊材料晶格，容易誘導(dǎo)材料發(fā)生改性。由于超短脈沖的時(shí)間尺度極短，熱影響區(qū)域小，所以極大程度避免了產(chǎn)生微裂紋等缺陷。在激光加工階段，通過(guò)使用空間光調(diào)制器得到調(diào)制光斑，移動(dòng)光斑陣列在襯底上實(shí)現(xiàn)改性的陣列圖案。不同于傳統(tǒng)光刻需要定制掩膜版，調(diào)制激光的優(yōu)勢(shì)在于，通過(guò)改變光斑形狀即可實(shí)現(xiàn)微流道結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)微流道結(jié)構(gòu)時(shí)具有極大的自由度。同時(shí)，通過(guò)聯(lián)合使用振鏡和場(chǎng)鏡組成掃描系統(tǒng)，在襯底表面高速移動(dòng)光斑，快速對(duì)襯底材料完成改性，提升加工效率。振鏡掃描系統(tǒng)對(duì)激光有聚焦作用，但由于其焦深長(zhǎng)，激光功率密度隨深度變化的梯度較小，所以當(dāng)激光聚焦于材料表面時(shí)，激光對(duì)襯底表面以下一定深度的材料都有改性作用。通過(guò)調(diào)節(jié)激光聚焦位置深度，可相應(yīng)調(diào)控材料改性的深度范圍，即通過(guò)該方法得到微流道的不同層級(jí)和深度。將激光加工后的襯底材料浸入溶液中做濕法刻蝕，受激光改性的材料容易被溶液刻蝕，未受改性的材料則難被刻蝕，刻蝕速率的大對(duì)比差別，最后完成制備微流道散射芯片。

6、本發(fā)明中，空間光調(diào)制器的作用：通過(guò)電腦和相應(yīng)軟件在顯示面板上加載經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的相位圖，改變顯示面板上不同區(qū)域的液晶材料性質(zhì)，從而在入射激光束經(jīng)空間光調(diào)制器的顯示面板反射時(shí)，通過(guò)不同區(qū)域液晶材料對(duì)激光的調(diào)制作用，有目的地改變光的偏振、相位或強(qiáng)度等性質(zhì)。即激光束經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制包括改變光的相位、偏振、以及強(qiáng)度中的至少一種。

7、優(yōu)選地，所述激光光源組件包括激光器、半波片、以及擴(kuò)束鏡，激光器輸出的激光束經(jīng)過(guò)半波片調(diào)整偏振方向后，再通過(guò)擴(kuò)束器擴(kuò)大光束直徑后照射到空間光調(diào)制器。

8、激光出射后經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束，光束直徑增大。通過(guò)調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡的放大倍數(shù)，可具體調(diào)節(jié)增大后的光束直徑。擴(kuò)束鏡的放大作用與后續(xù)空間光調(diào)制器配合使用，根據(jù)預(yù)期調(diào)制所得光斑，而選擇擴(kuò)束后的光束直徑。

9、優(yōu)選地，所述空間光調(diào)制器的顯示面板上顯示不同的相位圖，相位圖對(duì)光調(diào)制后出射不同圖案的多條激光束。

10、優(yōu)選地，多條激光束經(jīng)過(guò)透鏡組調(diào)整光束后再入射到振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)來(lái)聚焦光束，其中透鏡組包括兩個(gè)反射鏡和兩個(gè)透鏡。

11、優(yōu)選地，所述襯底玻璃固定在三維位移臺(tái)上，通過(guò)調(diào)節(jié)三維位移臺(tái)的高度位置，實(shí)現(xiàn)襯底玻璃不同深度和不同層級(jí)的改性。

12、優(yōu)選地，所述振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)由振鏡和場(chǎng)鏡組成，通過(guò)振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)在襯底玻璃表面移動(dòng)光斑，實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底玻璃的改性。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果至少包括：

14、(1)使用激光改性襯底玻璃材料，利用改性區(qū)與未改性區(qū)的玻璃材料性質(zhì)差別，形成刻蝕速率的鮮明對(duì)比，簡(jiǎn)化了刻蝕材料形成微流道環(huán)節(jié)的工藝步驟。

15、(2)在激光入射過(guò)程中，通過(guò)使用空間光調(diào)制器設(shè)計(jì)不同圖案的光斑，實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底玻璃材料選擇性改性，替代傳統(tǒng)微納加工時(shí)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)定制不同掩膜版的需求，降低加工成本。

16、(3)在激光入射過(guò)程中，針對(duì)空間光調(diào)制器出射的多條激光束，配合通過(guò)使用振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)，調(diào)節(jié)激光聚焦在襯底玻璃材料的深度位置，實(shí)現(xiàn)在不同層級(jí)、不同深度對(duì)材料改性，替代傳統(tǒng)微納加工時(shí)的多次光刻、套刻、對(duì)準(zhǔn)等步驟，簡(jiǎn)化工藝流程。

17、(4)空間光調(diào)制器與振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)的配合使用能夠?qū)崿F(xiàn)全片圖案陣列的快速加工，提高加工效率，同時(shí)兼具激光加工的高精度優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，調(diào)制包括改變光的相位、偏振、以及強(qiáng)度中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，所述激光光源組件包括激光器、半波片、以及擴(kuò)束鏡，激光器輸出的激光束經(jīng)過(guò)半波片調(diào)整偏振方向后，再通過(guò)擴(kuò)束器擴(kuò)大光束直徑后照射到空間光調(diào)制器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，所述空間光調(diào)制器的顯示面板上顯示不同的相位圖，相位圖對(duì)光調(diào)制后出射不同圖案的多條激光束。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，多條激光束經(jīng)過(guò)透鏡組調(diào)整光束后再入射到振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)來(lái)聚焦光束。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，所述透鏡組包含反射鏡和透鏡。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，所述襯底玻璃固定在三維位移臺(tái)上，通過(guò)調(diào)節(jié)三維位移臺(tái)的高度位置，實(shí)現(xiàn)襯底玻璃不同深度和不同層級(jí)的改性。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，其特征在于，所述振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)由振鏡和場(chǎng)鏡組成，通過(guò)振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)在襯底玻璃表面移動(dòng)光斑，實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底玻璃的改性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種調(diào)制激光束結(jié)合刻蝕制備微流道散熱芯片的方法，包括：控制激光光源組件輸出激光束，該激光束經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制后輸出形成圖案的多條激光束，該多條激光束經(jīng)過(guò)振鏡場(chǎng)鏡掃描系統(tǒng)聚焦后形成光斑對(duì)襯底玻璃進(jìn)行對(duì)應(yīng)圖案陣列的改性，其中改性圖案陣列與微流道結(jié)構(gòu)相關(guān)；對(duì)襯底玻璃上的改性圖案陣列進(jìn)行濕法刻蝕，得到微流道散熱芯片。這方法通過(guò)引入空間光調(diào)制器使用調(diào)制過(guò)的超短脈沖激光對(duì)玻璃襯底材料進(jìn)行高效率誘導(dǎo)，來(lái)實(shí)現(xiàn)微流道散熱芯片的高效率制備。

技術(shù)研發(fā)人員：趙鼎,呂未,仇旻,齊利民,李春昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西湖大學(xué)光電研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9