随着微电子工业的飞速进展,半导体集成电路密度越来越大,功率密度越来越高,运行过程中产生大量的热量.器件的可靠性和寿命随温度升高而指数式下降.散热已经成为现代微电子器件进一步发展的关键问题之一.微电子器件生产中热管理控制的一个有效措施是在器件底部结合一个高热导率的散热体(一级散热体),吸收元器件发出的热量,并迅速传递给二级散热体系,再由流动的气体或液体介质(三级散热体系)将热量散发到环境中.目前学者开发研究的大多是一级散热体材料,一级散热体与器件直接接触,不仅要有高的热导率,而且要有和半导体材料向匹配的热膨胀系数,即要求热膨胀系数在1～9×10-/℃范围,以防止器件在服役时因热疲劳而损坏.常见的铜、银、铝等良导体虽然有较高的热导率,但因热膨胀系数太大,无法直接用作一级散热体,只能利用其良好的塑性加工性能,加工成鳞片状的二级散热体.一级散热体材料大多是铜、银、铝等与高体积含量的颗粒金刚石复合,一是降低热膨胀系数,二是提高热导率.该方法的缺点为,含大量金刚石颗粒的复合材料,成型加工性能很差,强度低,属于脆性材料,作一级散热体需要有一定厚度才能保证强度,沿厚度方向的热扩散距离增大,虽然热导率较高,热阻却不小；另外,过厚的一级散热体也不利用整个微电子器件的小型化.现代高效热沉不仅要求沿热传输方向的热阻低,而且要有良好的成型加工性能,本文将一级散热体和二级散热体组合在一起进行设计和研究,将一级散热体(Cu-Diamond单颗粒复合层)嵌入至二级散热体(CuCr合金)中,利用CuCr (0.8 wt.％)支撑CuDiamond单颗粒复合层,一级散热体的厚度得到有效降低,有效降低热阻的同时,显著小型化热沉.本文采用固溶处理后的CuCr(0.8 wt.％)合金作基体(二级散热体),表面涂敷一层油脂后,水平置于含有1 g/L的W40金刚石悬浮液容器底部,待金刚石颗粒均匀沉降到样品表面,形成单颗粒金刚石层,轻轻取出并晾干,利用金刚石与CuCr合金基体显著的硬度差,用100 MPa机械压力将金刚石颗粒半压入基体中,然后将样品放入丙酮中超声清洗,以去除油脂,风干后再用700 MPa压力将金刚石颗粒全部压入基体中,最后样品置于氢保护性气氛炉中用920℃+30 min扩散退火,消除模压变形加工硬化同时,基体中的Cr扩散至Cu/Diamond界面,形成约400nm的碳化铬层,降低界面热阻的同时,提高了基体对金刚石颗粒的粘附力；采用热模压可有效改善Cu/Diamond界面V型沟槽,增加Cu/Diamond接触面积,降低热阻,并降低热沉表面的粗糙度,用W40金刚石热模压后表面粗糙度为Sa1.18 μm,Cu-Diamond复合层(一级散热体)厚度为40 μm,整个复合热沉厚度为1.8mm,热阻只有9.3×10-6 (K.m2/W).组合式热沉韧性很好,与基体CuCr合金接近,能方便实际应用与生产.