摘要
碳化硅（SiC）具有较高的热导率和热稳定性；然而，其极高的硬度与脆性使得三维（3D）SiC微结构的制造——尤其是那些用于功率器件散热的微结构——面临极大挑战。由于SiC在紫外线波段有较强的吸收特性，本研究采用紫外线纳秒级激光进行干式直接写入加工，通过材料气化实现加工效果。研究建立了从平面加工参数选择到制备表面质量高、几何精度好的三维微柱阵列的优化流程。关键工艺参数包括脉冲重复频率、激光功率、每层扫描次数以及层与层之间Z方向焦点偏移次数。利用该方法制备的微柱阵列从材料去除深度、侧壁垂直度以及顶面粗糙度等方面进行了表征。实验结果表明，高重复频率的加工方式能获得较好的侧壁垂直度；但柱体顶面易因飞溅和熔融回填而出现较高粗糙度。为解决这一问题，研究采用了减少焦点偏移层数、增加每层扫描次数的策略。该策略有效降低了累积的焦距误差，提升了材料去除深度，并实现了去除深度、侧壁垂直度与顶面粗糙度之间的良好平衡。总体而言，本研究为硬质材料如SiC的直接写入式三维微结构化提供了实用指导。这些指导原则在芯片级散热微结构的快速制备中具有应用潜力，能够降低工艺复杂度和制造成本，同时提升三维热管理架构的设计灵活性。
