[发明专利]用于防散热工质泄漏及芯片导线穿越的微通道流体散热器

说明书

本发明提供了一种用于防散热工质泄漏及芯片导线穿越的微通道流体散热器，包括硅基底部分、金属流道结构部分以及散热工质部分，其中：在硅基底部分上表面制作有硅基芯片、在硅基底部分背部制作有硅基通孔和凸起结构，在金属流道结构部分上制作有金属通孔、凹槽结构、金属导热柱、工质出入口；凸起结构内嵌于凹槽结构并键合形成闭合流道腔体；散热工质部分置于该闭合流道腔体；工质出入口设置于金属流道结构部分前后两端外壁内侧中心位置；金属导热柱与硅基芯片背部接触，用于传导硅基芯片的热量。本发明解决微通道流体散热工质泄漏问题、芯片背引线困难，同时工艺简单，散热效果优良，与硅基芯片的加工工艺匹配，解决大功率芯片的散热问题。

技术领域

本发明涉及芯片散热技术领域，具体地，涉及一种用于防散热工质泄漏及芯片导线穿越的微通道流体散热器。

技术背景

随着芯片制程技术的发展以及三维封装技术的发展，单芯片的计算能力以及功率有了很大的提升，而芯片的尺寸却越来越小。随之而来的芯片过热问题成为困扰芯片稳定性的核心问题。而现有的大功率芯片的工作功率已经达到200-400W/cm²，不久的将来将会超过1000W/cm²，芯片的散热将面临很大的挑战，有研究表明，芯片温度每提升10℃，其稳定性就会降低50％。

芯片散热器正是基于以上原因而诞生。常见的散热方式有被动散热、强迫空气对流散热、流体散热器以及相变散热器等。基于芯片的微尺寸，微通道流体散热被认为是最有前途解决大功率芯片散热问题的技术手段。

微通道流体散热器最早由D.B.Tuckerman以及R.F.W.Pease等人在IEEE ElectronDevice Letters(1981)Vol.Edl-2,NO.5发表的文章《High-Performance Heat Sinking foVLSI》中提出，其设计的结构为在芯片基底刻蚀出流道，并用下盖板进行封装。但是硅作为流道，热导率相对于金属来说，差距还是非常明显的，由此制约了散热性能的发展。其使用的平板封装，存在容易泄露工质的问题，且并未解决芯片引线的排布问题。

Huawei Zhang以及Liubao Chen等人在International Journal of Heat andMass Transfer 56(2013)172-180发表的文章《Experimental study on heat transferperformance of lotus-type porous copper heat sink》提出了用莲花型孔洞状的的铜制作微流体散热器，作为高热导率的金属散热器，其相对硅散热性能有了较大的提高，但是孔洞状由于其结构限制，对散热工质的纯度要求较高，且流量限制较高，故密封工作条件要求较高。

Junhong Zhao以及Yan Wang等人在Journal of Micromechanices andMicroengineering 24(2014)115013(9pp)发表的文章《Design,fabrication andmeasurement of a microchannel heat sink with a pin-fin array and optimalinlet position for alleviating the hot spot effect》提出了用金属铜作为散热基底，并设基于金属铜的流体通道以及导热柱。其成功结合了铜的优良导热性能以及通过微流道增加流体通过的能力，使工质中添加高热导率的金属纳米粒子也成为可能。但是由于上盖板采用的平面封装，键合变形导致的微孔隙问题，容易造成在高压差的情况下的泄漏工质的可能性问题。且该设计并未提及芯片的引线排布问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种包含防散热工质泄漏及芯片导线穿越的微通道流体散热器，解决上述问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：