一种表面强化沸腾散热结构制造技术

本申请公开了一种表面强化沸腾散热结构，散热结构适用于浸没式液冷服务器中的芯片，散热结构设置于芯片上表面，散热结构包括沸腾微结构，其中，沸腾微结构为凸起以增加芯片上表面的汽化核心数量。通过本申请中的技术方案，在芯片硅衬底的光滑表面设置沸腾微结构，以增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数量，使得液态冷媒沸腾过程中能够产生更多的气泡，提高蒸发冷却的散热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种表面强化沸腾散热结构
本申请涉及芯片的
，具体而言，涉及一种表面强化沸腾散热结构。
技术介绍
随着对数据和图形处理效率的要求越来越高，CPU、GPU等数据处理芯片所面临的散热问题越来越严峻，目前超级计算机GPU的热流密度已经达到80W/cm2，传统的风冷散热方式已经无法解决如此高的热流密度所带来的散热问题。因此，液冷散热被逐渐引入。在液冷散热中利用冷媒液态沸腾汽化潜热的散热方式就叫做“蒸发冷却”，其原理是流体沸腾时的汽化潜热带走热量，由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多，所以蒸发冷却的冷却效果更为显著。而现有技术中，由于芯片的生产工艺导致其裸露在外的硅片表面通常为光滑面，此时在采用蒸发冷却时，由于硅片表面光滑，不易产生气泡，导致冷媒沸腾时汽化核心数量较少，蒸发冷却散热效果较差，不能发挥其潜在的优势。
技术实现思路
本申请的目的在于：提供一种表面强化沸腾散热结构以及一种芯片散热结构的安装、制备方法，以提高芯片的液冷散热效果。本申请第一方面的技术方案是：提供了一种表面强化沸腾散热结构，散热结构适用于浸没式液冷服务器中的芯片，散热结构设置于芯片上表面，散热结构包括沸腾微结构，其中，沸腾微结构为凸起以增加芯片上表面的汽化核心数量。上述任一项技术方案中，进一步地，散热结构包括：盖板，金属焊接层；金属焊接层焊接于芯片的上表面和盖板的下表面，以连接芯片和盖板；盖板的上表面设置有沸腾微结构。上述任一项技术方案中，进一步地，沸腾微结构包括铜网粘接层，铜网粘接层包括至少一层粘接在盖板的上表面的铜网。上述任一项技术方案中，进一步地，沸腾微结构包括铜粉烧结层，铜粉烧结层由铜粉在填充有保护气体的环境下，在盖板的上表面烧结而成。上述任一项技术方案中，进一步地，沸腾微结构包括切割柱，切割柱被雕刻在盖板的上表面。上述任一项技术方案中，进一步地，散热结构还包括：第一镀层，第二镀层；第一镀层设置于芯片的上表面，第一镀层中包括金属钛，金属钛通过蒸镀的方式附着于芯片的上表面；第二镀层设置于盖板的下表面；金属焊接层焊接于第一镀层与第二镀层之间，以将芯片焊接于盖板，并将芯片产生的热量传递至盖板。上述任一项技术方案中，进一步地，盖板为凹槽形，盖板的边缘通过密封胶粘接在芯片的PCB基板上。上述任一项技术方案中，进一步地，沸腾微结构通过掩膜刻蚀方式被刻蚀在芯片上表面，沸腾微结构上还设置有凹坑，凹坑通过紫外线曝光方式刻蚀在沸腾微结构的表面，其中，在芯片上表面刻蚀沸腾微结构时，在芯片晶圆上涂覆光刻胶，将掩模板覆盖在芯片晶圆的上表面；对覆盖有掩模板的芯片晶圆进行曝光显影处理，对曝光后的芯片晶圆进行刻蚀，以形成沸腾微结构。本申请第二方面的技术方案是：提供了一种芯片散热结构的安装方法，该方法适用于将如第一方面技术方案中任一项所述的表面强化沸腾散热结构安装在芯片上，方法包括：步骤101，将蓝膜或者硅片中的一种粘接在芯片晶圆的电路侧的边缘，并将粘接好的芯片晶圆放置于真空蒸镀炉中对芯片晶圆非电路侧进行蒸镀，将镀层记作第一镀层；步骤102，根据预设尺寸，将蒸镀好的芯片晶圆切割为多个芯片，将切割下来的芯片焊接在PCB基板上；步骤103，在盖板的上表面设置沸腾微结构，沸腾微结构为铜网粘接层、铜粉烧结层、切割柱中的一种；步骤104，在盖板的下表面采用电镀方式电镀一层镍金属，并在电镀生成的镍层上镀金，记作第二镀层；步骤105，采用金属铟作为焊料，将盖板下表面的第二镀层焊接在芯片上表面的第一镀层。本申请第三方面的技术方案是：提供了一种芯片散热结构的制备方法，所述方法适用于将如第一方面技术方案中的表面强化沸腾散热结构制备在芯片上，方法包括：步骤201，对芯片晶圆进行清洗，并在芯片晶圆的电路层覆盖粘接硅片；步骤202，清洗粘接好的芯片晶圆，涂覆光刻胶，将掩模板覆盖在芯片晶圆的上表面；步骤203，对覆盖有掩模板的芯片晶圆进行曝光显影处理，对曝光后的芯片晶圆进行刻蚀，以形成沸腾微结构，其中，沸腾微结构为硅凸起；步骤204，清洗刻蚀后的芯片晶圆并进行紫外光曝光，以便在沸腾微结构上形成凹坑提高沸腾微结构表面的汽化核心数量；步骤205，根据预设尺寸，对紫外光曝光后的芯片晶圆进行切割，制成芯片。本申请的有益效果是：本申请中的技术方案，在芯片硅衬底的光滑表面设置沸腾微结构，以增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数量，使得液态冷媒沸腾过程中能够产生更多的气泡，提高蒸发冷却的散热效果，显著提高核态沸腾换热性能及临界热流密度。同时，设置沸腾微结构还能够增加芯片的换热面积，进一步提高芯片的液冷散热效果。本申请中的技术方案，无需再加散热翅片和均温板等传统的辅助传热部件，最大限度地减小散热部件所占地空间尺寸，有利于密集排布，提高计算速度。在本申请中的优选实现方式中，在不改变现有芯片生产工艺的前提下，采用增材的方式，在芯片的上表面(光滑硅衬底)焊接盖板，通过对盖板的加工处理，在盖板上设置沸腾微结构，如铜网粘接层、铜粉烧结层、切割柱，实现汽化核心数量的提升，强化硅衬底的沸腾性能，从而有效解决芯片抛光表面蒸发冷却沸腾性能不好的难题。同时，通过设置盖板，还增加了芯片与液态冷媒间的换热面积，芯片表面换热面积提高了3-20倍。通过本申请中的技术方案，将裸芯片的热流密度提高一个数量级，将热流密度10W/cm2提高到80W/cm2，提高临界热流密度，优化浸没式液冷散热效果，最大限度地减少了相变液态冷媒与芯片的热阻，增大冷媒相变的过热度，提高换热系数。在本申请中的优选实现方式中，通过改变现有芯片生产工艺，采用减材的方式，在对芯片上表面进行掩膜刻蚀，调节掩膜刻蚀过程中的紫外线曝光参数，在芯片上表面形成硅凸起，作为沸腾微结构，实现液态冷媒蒸发冷却过程中汽化核心数量的提升，从而有效解决芯片抛光表面蒸发冷却沸腾性能不好的难题。并且通过掩膜刻蚀，还能够增加芯片上表面与液态冷媒间的换热面积，进一步提高浸没式液冷散热的散热效果。附图说明本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本申请的一个实施例的表面强化沸腾散热结构的示意框图；图2是根据本申请的一个实施例的切割柱盖板的局部示意图；图3是根据本申请的一个实施例的沸腾微结构的示意图；图4是根据本申请的一个实施例的具有凹坑的沸腾微结构的示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。相比于传统的风冷散热方式，浸没式液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述散热结构适用于浸没式液冷服务器中的芯片，所述散热结构设置于所述芯片上表面，所述散热结构包括沸腾微结构，其中，所述沸腾微结构为凸起以增加所述芯片上表面的汽化核心数量。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述散热结构适用于浸没式液冷服务器中的芯片，所述散热结构设置于所述芯片上表面，所述散热结构包括沸腾微结构，其中，所述沸腾微结构为凸起以增加所述芯片上表面的汽化核心数量。


2.如权利要求1所述的表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述散热结构包括：盖板，金属焊接层；
所述金属焊接层焊接于所述芯片的上表面和所述盖板的下表面，以连接所述芯片和所述盖板；
所述盖板的上表面设置有所述沸腾微结构。


3.如权利要求2所述的表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述沸腾微结构包括铜网粘接层，所述铜网粘接层包括至少一层粘接在所述盖板的上表面的铜网。


4.如权利要求2所述的表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述沸腾微结构包括铜粉烧结层，所述铜粉烧结层由铜粉在填充有保护气体的环境下，在所述盖板的上表面烧结而成。


5.如权利要求2所述的表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述沸腾微结构包括多个切割柱，所述切割柱被雕刻在所述盖板的上表面。


6.如权利要求2至5中任一项所述的表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述散热结构还包括：第一镀层，第二镀层；
所述第一镀层设置于所述芯片的上表面，所述第一镀层中包括金属钛，所述金属钛通过蒸镀的方式附着于所述芯片的上表面；
所述第二镀层设置于所述盖板的下表面；
所述金属焊接层焊接于所述第一镀层与所述第二镀层之间，以将所述芯片焊接于所述盖板，并将所述芯片产生的热量传递至所述盖板。


7.如权利要求2至5中任一项所述的表面强化沸腾散热结构，其特征在于，所述盖板为凹槽形，所述盖板的边缘通过密封胶粘接在所述芯片的PCB基板上。


8.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：默蓬勃，沈卫东，伊波力，郭双江，
申请(专利权)人：曙光节能技术北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11