硅基汽液相分离式散热芯片及其制备方法技术

硅基汽液相分离式散热芯片及其制备方法，涉及一种电子元器件的散热芯片。提供一种能够克服以上硅基散热器的缺点，提高硅基散热器散热效能的硅基汽液相分离式散热芯片及其制备方法。散热芯片为上下两层结构，分别为上硅片和下硅片，在上硅片上设有冷却液体加载口、液体汽化室和气体微通道，在下硅片上设有冷却液体储槽和液体微通道。１）加工上硅片正面结构，２）加工上硅片背面结构，３）加工下硅片，４）再将上硅片和下硅片对准键合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子元器件的散热芯片，特别是涉及一种硅基汽液相分离式散热芯片及 其制备方法。
技术介绍
随着微电子技术的高速发展，芯片的集成度越来越高，性能也越来越强，其最终导致单 位面积上的功耗急剧增加，从而产生了致命的高热流密度问题。高热流密度芯片的散热问题 已成为当前制约高集成度芯片技术发展的瓶颈，电子元器件可靠性的改善、功率容量的增加、 集成度的提高以及结构的微小型化等都直接取决于芯片散热问题的解决。目前基于半导体微 加工技术利用硅制作的微型散热器已经在高热流密度电子元器件上获得广泛应用，其一般结 构为在一硅基片加工出微流体沟槽，然后与另一基片键合，同时预留微流体的进出口。微流 体通过外接泵的驱动力在硅片沟槽内循环流动，同时把吸自底部的电子元器件的热能不断带 走。现有的硅基散热器主要存在以下缺点1. 理论上，微沟槽的水力直径越小，硅基散热器的散热能力越强。但现有的硅基散热器微沟槽的水力直径小到100pm以下时，就极易发生堵塞。这主要是微流体在微沟槽内流动时伴有沸腾汽化，产生的气泡增加了流体流动的阻力。2. 现有的硅基散热器需要增设微泵、微阀等结构来驱动微流体循环流动，这样就使得散 热器的结构更为复杂，不利于微型化。另外，微泵也需要额外的能源驱动，不利于环保。公开号为CN1671019的专利技术专利申请公开一种背冷式高功率半导体激光器微通道热沉结 构，包括微通道部分和进出水底座。方法是用高导热金属材料加工微通道边框，由半圆柱型 槽和微通道区构成的微通道胚体，用高导热金属材料制备进出水底座包括互通的管道和小通 道区，将微通道胚体、微通道边框和进出水底座组装。该专利技术微通道的侧壁与微通道顶壁为 一体化结构，避免
技术介绍
中分层结构连接时引入的附加热阻提高了器件整体散热能力；采 用水流90度折转进入微通道区时，以圆弧型切入微通道区方式，大大降低了水流局部压降， 提高了热沉整体性能；在热沉整体结构连接过程中，涉及到热沉微通道区域的焊接只有一个 微通道底面，大大降低了微通道结构受损的几率，简化了工艺难度和制作成本。4公开号为CN1558448的专利技术专利申请公开一种用于高热流密度电子元器件的散热冷却的 硅基微通道热交换器，在半导体硅基片上蚀刻由多条沿冷却液流动方向的纵向微通道和在垂 直于流动方向上具有一定相互间隔距离的多条横向微通道构成的微通道，纵向微通道和横向 微通道形成纵横交错微通道阵列，并用耐热玻璃封装微通道。使用该专利技术时将微泵，连接管 与硅基微通道热交换器连接在一起，形成一个强制循环回路。该专利技术的硅基微通道热交换器 可以和其它IC元件集成在一起，也可以单独制作硅基微通道热交换器。公开号为CN1529360的专利技术专利申请公开一种用于高热流密度电子元器件的散热冷却 微型高效自循环电子冷却器，包括一微通道蒸发器和一冷凝器，所述的微通道蒸发器具有一 个高导热系数的金属基座，沿该基座平面范围内布设有封闭在基座体中的微通道，该微通道 蒸发器的微通道的通过蒸汽管和液体管与冷凝器串接成一单向循环回路，微通道蒸发器处于 冷凝器之下的空间位置，使充于回路中的工作液体在回路中循环。该专利技术的电子冷却器依靠 发热电子元件(芯片)的热量驱动工作液体在微通道蒸发器、蒸汽管、冷凝器及液体管所构成 的回路内循环流动，而无需机械泵等转动部件，从而使装置结构紧凑、简单，无噪音，所占 体积小，传热高效，具有优良的性能价格比。公告号为CN2636418的技术专利提供一种可用于对各种元器件散热冷却的脉冲热管 式电子元器件散热冷却器。其结构包括一块金属散热接触板块，用于与需冷却散热的电子元 器件接触连接，在该金属散热接触板上设置有由多圈毛细金属管构成的脉冲热管框体，在所 说的多圈毛细金属管中有液体于抽真空状态下封装入毛细金属管中的部分空间，这些液体能 在毛细金属管内形成交替的汽弹及液弹，从而构成所述的脉冲热管。该技术具有高的传 热效率和散热能力，适用于冷却电子元件发热模块，如晶体管、半导体、可控硅整流器、功率模块等。公开号为CN1507039的专利技术专利申请公开一种可用作电子元器件的散热冷却装置，特别 是用于高热流密度电子元器件的散热冷却装置的热驱动换热器。整个换热器装置包括微通道 热交换器、两个具有单向导通功能的微止回阀(出口微止回阀和入口微止回阀)和贮液罐，所 说的微通道热交换器具有一个有高导热系数的金属基座，在该基座的平面上布设有封闭在基 座体内的微通道，该热驱动换热器按贮液罐、入口微止回阀、微通道热交换器的微通道、出 口微止回阀、再回到贮液罐的顺序用管道串接成一单向循环回路，使充于回路中的液体工质 在回路中循环。该热驱动换热器可适合于机箱内电子芯片等发热强度高，而体积又非常受限 制的场合。如应用在计算机芯片散热上。公告号为CN1936412的专利技术专利提供一种能满足微流体器件质量轻，功耗小要求的自增压供液系统。包括贮液箱、气体发生器、压力传感器和压力控制器，贮液箱与气体发生器通 过管道连通，所述管道连通压力传感器，压力控制器通过电路与压力传感器和气体发生器连 接；气体发生器包括密闭容器，密闭容器内设有装药桶，装药桶内装有固体化学药品，加热 器紧密接触固体化学药品，加热器的电源导线引出到密闭容器外部并连接压力控制器。气体 发生器使用电加热器将固体化学药品加热分解产生气体。压力气体将所需的液体压入流体器 件，达到供液的目的。本专利技术质量轻，功耗小、使用方便，能满足微流体器件发展的要求， 具有良好应用前景。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种能够克服以上硅基散热器的缺点，提高硅基散热器散热效能的硅基 汽液相分离式散热芯片及其制备方法。本专利技术所述硅基汽液相分离式散热芯片为上下两层结构，分别为上硅片和下硅片，在上 硅片上设有冷却液体加载口、液体汽化室和气体微通道，液体汽化室设于上硅片中部，气体 微通道设于液体汽化室的外侧并与气体微通道连通，冷却液体加载口设于液体汽化室两侧； 在下硅片上设有冷却液体储槽和液体微通道，液体微通道设于冷却液体储槽内；上硅片与下 硅片通过硅-硅键合技术对准键合形成芯片整体。冷却液体通过冷却液体加载口引入冷却液体储槽的槽口，由于表面张力的亲水作用，冷 却液体能够自行填充入冷却液体储槽和液体微通道；同时由于表面张力的疏水作用而止于液 体汽化室和气体微通道，最后把冷却液体加载口密封。所述上下层结构可以有多组上下层结构。所述冷却液体可以是水、乙醇、乙醇与水的混合物、丙酮、氟利昂、类似氟利昂物质、 氨水或含有各种金属纳米颗粒的水溶液等。所述气体微通道可为一组相互间有一定距离的平行微沟道，所述微沟道的尺寸最好为宽 度1(xm lmm, 间隔lpm lmm，长度100|jm 5cm，深度lnm lmm。所述冷却液体储槽最好为环形微沟道，所述环形微沟道的尺寸最好为宽度50^un 5cm， 长度100|xm 5cm，深度ljam lmm。所述液体微通道可为一组相互间有一定距离的平行微沟道，所述微沟道的尺寸最好为宽 度ljjm lmm， 间隔ltim lmm，长度100(jm 5cm，深度lpm lmm。所述液体汽化室可设在液体微通道的正上方。所述液体汽化室的面积最好大于液体微通道的总面积。所述气体微通道可交叉设在冷却液体储槽的上方。本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅基汽液相分离式散热芯片，其特征在于为上下两层结构，分别为上硅片和下硅片，在上硅片上设有冷却液体加载口、液体汽化室和气体微通道，液体汽化室设于上硅片中部，气体微通道设于液体汽化室的外侧并与气体微通道连通，冷却液体加载口设于液体汽化室两侧；在下硅片上设有冷却液体储槽和液体微通道，液体微通道设于冷却液体储槽内；上硅片与下硅片对准键合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉龙，张保平，罗仲梓，蒋书森，张艳，谷丹丹，张春权，李燕飞，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]