用于电子芯片的硅基微通道流体和热电冷却器制造技术

用于冷却微芯片的冷板。流体通道形成在半导体板中，每一个通道由侧壁限定。侧壁掺杂有一系列交替的n型和p型区域，从而在每一个侧壁中产生多个p

【技术实现步骤摘要】
用于电子芯片的硅基微通道流体和热电冷却器


[0001]本专利技术的实施例总体上涉及高级微芯片的增强且可靠的冷却，例如数据中心内服务器中使用的微芯片的冷却。

技术介绍

[0002]冷却是计算机系统和数据中心设计中的一个重要因素。高性能电子部件的数量(例如封装在服务器内的高性能处理器)稳步增加，从而增加了服务器正常运行期间产生和散发的热量。这些处理器的正常运行在很大程度上取决于其产生的热量的可靠排出。因此，处理器的适当冷却可以提供高的总体系统可靠性。
[0003]电子器件冷却对于计算硬件和其他电子装置非常重要，如CPU服务器、GPU服务器、存储服务器、网络设备、边缘和移动系统、车载计算箱等。所有这些装置和计算机都用于关键业务，是公司日常业务运营的基础。硬件部件和电子封装的设计需要改进，以持续支持性能要求。这些电子装置的冷却变得越来越具有挑战性，通过不断提供适当设计的和可靠的热环境来确保它们正常工作。
[0004]许多高级芯片，尤其是高功率密度芯片，需要液体冷却。这些芯片极其昂贵，因此需要尽一切努力确保这些芯片的适当散热。此外，液体冷却设备必须高度可靠，因为任何不规律的散热都可能导致芯片的损失，致使在更换操作期间可用计算能力的损失，并且甚至对由损失的芯片处理的服务水平协议产生潜在影响。
[0005]虽然液体冷却解决方案必须提供所需的热性能和可靠性，但是由于数据中心可能具有数千个需要液体冷却的芯片，液体冷却系统的成本必须保持在可接受的水平。液体冷却系统的成本可能包括引入冗余来提高可靠性的成本。此外，由于不同芯片具有不同的冷却要求，因此需要提供适合这些不同要求的冷却设计。
[0006]热电冷却(TEC)已用于各种工业应用和消费品中。TEC系统的重要优点是，它们不具有移动部件或循环流体，因此提供了高可靠性。TEC利用珀耳帖效应(Peltier effect)以在两种不同类型的材料(例如p型半导体和n型半导体)的接合处产生热通量。从TEC的一侧到另一侧的热流的量与施加的DC电流恰好成正比，使得可以精确控制冷却量。

技术实现思路

[0007]一种用于冷却微芯片的冷却板包括：半导体板，其包含多个流体通道，其中每一个流体通道由侧壁限定，并且其中每一个侧壁包括n型掺杂区域和p型掺杂区域，其中每对n型和p型掺杂区域形成p
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n接合部；流体入口端口，其流体地联接至流体通道；流体出口端口，其流体地联接至流体通道；和多个电触点，其中多个触点中的每一对设置横跨p
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n接合部中的一个接合部设置，从而形成热电冷却装置。
[0008]在一些实施例中，冷却板还包括：与通向多个流体通道的入口端口联接的入口歧管，以及与通向流体通道的出口端口联接的出口歧管。
[0009]在一些实施例中，冷却板还包括：底板；顶板；和由半导体材料制成并且夹在底板
和顶板之间的核心板，其中流体通道被包含在核心板中。
[0010]在一些实施例中，底板和顶板中的至少一个由半导体材料制成。
[0011]在一些实施例中，多个电触点形成在底板和顶板中的至少一个上。
[0012]在一些实施例中，顶板包括次级冷却装置。
[0013]在一些实施例中，次级冷却装置包括形成在顶板上的翅片。
[0014]在一些实施例中，流体入口端口和流体出口端口中的至少一个形成在底板或顶板中。
[0015]在一些实施例中，入口歧管和出口歧管中的至少一个形成在底板或顶板中。
[0016]在一些实施例中，入口歧管和出口歧管中的至少一个形成在核心板中。
[0017]一种用于制造微芯片的冷却板的方法包括：提供由半导体材料制成的半导体板；在半导体板中形成多个通道，每一个通道由侧壁限定；掺杂侧壁以沿着每一个侧壁形成一系列n型区域和p型区域，从而在每一个侧壁中形成多个p
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n接合部；和形成多个电触点，其中多个电触点中的每一对横跨p
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n接合部中的一个接合部设置。
[0018]在一些实施例中，形成多个通道包括刻蚀半导体板。
[0019]在一些实施例中，形成多个电触点包括：在底板和顶板中的至少一个上形成触点，并且将底板和顶板附接至半导体板。
[0020]在一些实施例中，方法还包括在底板和顶板中的至少一个中形成入口端口和出口端口。
[0021]在一些实施例中，底板和顶板包括半导体材料。
[0022]在一些实施例中，方法还包括在底板中形成半导体装置。
[0023]在一些实施例中，方法还包括将多个触点联接至半导体装置的电源。
[0024]在一些实施例中，方法还包括在底板和顶板中的至少一个中形成流体歧管。
[0025]在一些实施例中，掺杂侧壁包括将掺杂剂扩散或离子植入侧壁中。
[0026]一种集成在微芯片封装中的冷却板包括：半导体板，其包含多个流体通道，其中每一个流体通道由侧壁限定，并且其中每一个侧壁包括n型掺杂区域和p型掺杂区域，其中每对n型和p型掺杂区域形成p
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n接合部；流体入口端口，其流体地联接至流体通道；流体出口端口，其流体地联接至流体通道；多个电触点，其中多个触点中的每一对横跨p
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n接合部中的一个接合部设置，从而形成热电冷却装置；微芯片，其与半导体板物理接触；和电力线，其并联地联接至微芯片和多个电触点。
附图说明
[0027]本专利技术的实施例在附图中以示例性而非限制的方式说明，附图中相同的附图标记表示相同的元件。
[0028]图1是示出了根据一个实施例的冷板构造的示例的框图。
[0029]图2是示出了根据一个实施例的冷却板的截面的概念示意图。
[0030]图3示出了冷却装置包含在多个TEC结构中的多个流体通道的实施例。
[0031]图4示出了可以集成在3D封装中的冷却板的实施例。
[0032]图5示出了冷却板的另一个实施例的截面侧视图。
[0033]图6示出了根据一个实施例的与微芯片的电源集成的冷却板。
[0034]图7是根据一个实施例的用于制造冷却装置的一般过程的流程图。
[0035]图8A
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8G示出了根据一个实施例的用于制造冷却板的过程。
具体实施方式
[0036]将参考下文讨论的细节描述本专利技术的各种实施例和方面，附图将示出各种实施例。以下描述和附图是对本专利技术的说明，不应被解释为限制本专利技术。描述许多具体细节以提供对本专利技术的各种实施例的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供本专利技术实施例的简明讨论，不描述公知或常规细节。
[0037]说明书中对“一个实施例”或“一种实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本专利技术的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的不同位置的出现不一定都指同一实施例。
[0038]公开的实施例提供用于电子装置的硅基微通道流体冷却，该硅基微通道流体冷却利用TEC以增强热流。冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于冷却微芯片的冷却板，包括：半导体板，其包含多个流体通道，其中每一个流体通道由侧壁限定，并且其中每一个侧壁包括n型掺杂区域和p型掺杂区域，其中每对n型和p型掺杂区域形成p
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n接合部；流体入口端口，其流体地联接至流体通道；流体出口端口，其流体地联接至流体通道；和多个电触点，其中多个触点中的每一对设置横跨p
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n接合部中的一个接合部设置，从而形成热电冷却装置。2.根据权利要求1所述的冷却板，还包括：与通向多个流体通道的入口端口联接的入口歧管，以及与通向流体通道的出口端口联接的出口歧管。3.根据权利要求2所述的冷却板，还包括：底板；顶板；和由半导体材料制成并且夹在底板和顶板之间的核心板，其中流体通道被包含在核心板中。4.根据权利要求3所述的冷却板，其中底板和顶板中的至少一个由半导体材料制成。5.根据权利要求3所述的冷却板，其中多个电触点形成在底板和顶板中的至少一个上。6.根据权利要求3所述的冷却板，其中顶板包括次级冷却装置。7.根据权利要求6所述的冷却板，其中次级冷却装置包括形成在顶板上的翅片。8.根据权利要求3所述的冷却板，其中流体入口端口和流体出口端口中的至少一个形成在底板或顶板中。9.根据权利要求8所述的冷却板，其中入口歧管和出口歧管中的至少一个形成在底板或顶板中。10.根据权利要求8所述的冷却板，其中入口歧管和出口歧管中的至少一个形成在核心板中。11.一种用于制造微芯片的冷却板的方法，包括：提供由半导体材料制成的半导体板；在半导体板中形成多个通道，每一个通道由侧壁限定；掺杂侧壁以沿着每一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：高天翼，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：