一种散热装置的制作方法

1.本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种散热装置。


背景技术：

2.随着微电子技术的发展，芯片的内部集成密度不断增加，芯片的发热强度也随之持续攀升，基于宽禁带半导体材料的高功率芯片已达到1000w/cm2量级的热功率密度。温度升高会增加载流子浓度，使得漏电流增大，同时当温度超过一定阈值之后，载流子迁移率会急剧下降，从而影响芯片性能。近年来，基于纳米多孔薄膜蒸发的散热技术为电子器件散热提供了新的解决方案，这种蒸发冷却技术实现了冷却液体的自驱动，无需外接泵送系统。然而，常规的纳米多孔薄膜结构通常以水平方式集成至散热系统，从而限制了蒸发表面的扩展。因此，需要开发一种蒸发面积较大的无需外界驱动作用的散热装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种散热装置，该散热装置的蒸发面积较大且热源到蒸发界面的路径热阻较小，散热效率较高。此外，该散热装置无需外接泵送系统，减小了散热系统的占用空间且降低了功耗，易于实现受限空间内的芯片散热。
4.为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
5.一种散热装置，包括：
6.盖板；
7.底板，结合在所述盖板下方，所述底板上设置有多个供液微通道和多个蒸汽扩散通道，所述供液微通道和蒸汽扩散通道相互间隔排列，并且相邻的所述供液微通道和蒸汽扩散通道共用侧壁，该共用的所述侧壁上设有通孔；
8.入液口，所述入液口与所述供液微通道连通；以及
9.蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述蒸汽扩散通道连通。
10.与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
11.1、本发明的散热装置采用蒸汽扩散通道的侧壁作为蒸发表面，在相同散热器件面积的情况下，增加了蒸发表面的面积。
12.2、本发明散热装置的蒸发表面与位于底板下方的热源直接接触，减小了热量传导的路径热阻，有利于提高散热效率，减小散热器件内部的温升。
13.3、本发明采用供液微通道、通孔和蒸汽扩散通道结合的散热器件设计，无需外部泵送系统驱动冷却液体，减小了能量消耗，减小了散热系统的占用空间，易于实现受限空间内的芯片散热。
附图说明
14.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明
的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
15.图1和图2给出了本发明的示例性散热装置的结构示意图。
16.图3给出了图1中所对应的a
‑
a剖面图。
17.图4给出了本发明的示例性散热装置的部分结构的示意图。
18.图5和图6给出了本发明的示例性散热装置的底板的示意图。
19.附图标记说明
20.100为上盖板，101为入液口，102为内腔，200为隔板，201为凹槽，300为底板，301为蒸汽出口，302为供液微通道，303为蒸汽扩散通道，304为通孔。
具体实施方式
21.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
22.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
23.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
24.下面将结合具体附图对本发明作进一步说明。
25.如上所述，本发明提供了一种散热装置，包括：
26.盖板；
27.底板，结合在所述盖板下方，所述底板上设置有多个供液微通道和多个蒸汽扩散通道，所述供液微通道和蒸汽扩散通道相互间隔排列，并且相邻的所述供液微通道和蒸汽扩散通道共用侧壁，该共用的所述侧壁上设有通孔；
28.入液口，所述入液口与所述供液微通道连通；以及
29.蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述蒸汽扩散通道连通。
30.在一个优选实施方案中，如图1和2所示，所述盖板包括上盖板100和隔板200，隔板200与底板300相邻。上盖板100朝向隔板200的一侧形成有内腔102，入液口101设置在上盖板100上。隔板200上设有多条贯穿其表面的凹槽201，凹槽201与内腔102连通，多条凹槽201与所述供液微通道垂直并行。蒸汽出口301设置在底板300上。
31.优选地，上盖板100包括一个平板和围绕所述平板侧边的挡板。入液口101位于上盖板100的侧面。上盖板100还可包括位于所述挡板之间的多个分割板，所述多个分割板和所述挡板组合在上盖板上形成多个内腔102。在一个优选实施例中，上盖板100设置有多个入液口101和多个内腔102，每个内腔102对应一个入液口101，相邻的两个内腔102的入液口101位于上盖板100的相对的两侧。冷却液体从不同入液口沿不同流动方向进入内腔，形成
歧管式入液方式。本发明采用歧管式入液方式，减小了整体供液路径的流动阻力，提高了供液效率。
32.本发明的上盖板可采用硅基板或通常用作盖板的其他材料如陶瓷、玻璃、塑料或金属等。入液口和内腔可采用本领域的常规加工方法制备，例如可采用光刻工艺、刻蚀工艺、铣刀加工工艺、钻孔工艺、腐蚀工艺或其结合等。刻蚀工艺包括常规的湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀又可包括离子铣刻蚀、等离子刻蚀和深反应离子刻蚀。
33.如图2所示，隔板200上设有多条贯穿其表面的凹槽201。凹槽201与上盖板100上的内腔102和底板300上的供液微通道流体连通，但不与底板300上的蒸汽扩散通道连通。冷却液体从上盖板的内腔经由隔板的凹槽流向底板的供液微通道。隔板起到导流作用。本发明采用上盖板和隔板的结合，降低了冷却液体的压降，减小了整体供液路径的流动阻力，提高了供液效率。
34.本发明的隔板可采用硅衬底或玻璃。凹槽可采用本领域的常规加工方法制备，例如可采用光刻工艺、刻蚀工艺、铣刀加工工艺、腐蚀工艺或其结合等。刻蚀工艺包括常规的湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀又可包括离子铣刻蚀、等离子刻蚀和深反应离子刻蚀。
35.在本发明中，隔板可通过硅
‑
硅直接键合工艺、阳极键合工艺、共晶键合工艺或粘合工艺而结合在上盖板下方。当隔板和上盖板通过共晶键合工艺或粘合工艺结合在一起时，隔板和上盖板之间存在密封层，所述密封层为粘合剂层或金属层；优选地，所述粘合剂层包括热固性材料或热塑性材料；优选地，所述热固性材料为环氧树脂或聚氨酯，所述热塑性材料为聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇缩醛；优选地，所述金属层包括一种或多种选自cu、sn、pb、in、au、ag和sb的金属材料。
36.图3给出了图1中所对应的a
‑
a剖面图。如图3所示，隔板200可包括多条平行排列的凹槽201。凹槽201的宽度小于或等于下盖板上的供液微通道302的宽度。冷却液体通过凹槽201后垂直流入供液微通道302。供液微通道302和蒸汽扩散通道303相互间隔排列，相邻的供液微通道302和蒸汽扩散通道303共用侧壁，该共用的侧壁上设有通孔304。通孔304的孔径为纳米尺度，可通过电化学腐蚀工艺制备而成。
37.图4给出了本发明的示例性散热装置的部分结构的示意图。如图4所示，内腔102的排列方向与凹槽201的延展方向平行或近似平行。
38.在一个具体实施方案中，本发明的底板如图5所示，多条供液微通道302的两端均封闭，多条蒸汽扩散通道303的两端均敞开。供液微通道302通过侧壁上的通孔304(图5未示出)与蒸汽扩散通道303流体连通。
39.在另一具体实施方案中，本发明的底板如图6所示，供液微通道302的一端为封闭端，相对的另一端敞开；蒸汽扩散通道303的与供液微通道302的封闭端相邻的端敞开，相对的另一端封闭。供液微通道302和蒸汽扩散通道303形成歧管通道。供液微通道302通过侧壁上的通孔304(图6未示出)与蒸汽扩散通道303流体连通。
40.本发明的底板可采用硅衬底。供液微通道、蒸汽扩散通道和蒸汽出口可采用本领域的常规加工方法制备，例如可采用光刻工艺、刻蚀工艺、钻孔工艺、腐蚀工艺或其结合等。刻蚀工艺包括常规的湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀又可包括离子铣刻蚀、等离子刻蚀和深反应离子刻蚀。
41.底板可通过硅
‑
硅直接键合工艺、阳极键合工艺、共晶键合工艺或粘合工艺而结合
在隔板下方。当隔板和底板通过共晶键合工艺或粘合工艺结合在一起时，隔板和底板之间存在密封层，所述密封层为粘合剂层或金属层；优选地，所述粘合剂层包括热固性材料或热塑性材料；优选地，所述热固性材料为环氧树脂或聚氨酯，所述热塑性材料为聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇缩醛；优选地，所述金属层包括一种或多种选自cu、sn、pb、in、au、ag和sb的金属材料。
42.在本发明中，上盖板、隔板和底板紧密贴合在一起形成散热装置内部的冷却液体的流动空间。冷却液体由上盖板上的入液口进入散热装置内部，依次流经上盖板上的内腔和隔板上的凹槽后，进入底板上的供液微通道，之后流经通孔进入蒸汽扩散通道，并在蒸汽扩散通道的侧壁吸收热量产生相变并蒸发，蒸汽在蒸汽扩散通道中聚集并汇入蒸汽出口，完成整个流体冷却过程。本发明的散热装置采用蒸汽扩散通道的侧壁作为蒸发表面，在相同散热器件面积的情况下，增加了蒸发表面的面积。本发明散热装置的蒸发表面与位于底板下方的热源直接接触，减小了热量传导的路径热阻，有利于提高散热效率，减小散热器件内部的温升。当冷却液体蒸发时，蒸发界面处产生的毛细压差驱动冷却液体自发流动，无需外部泵送系统的驱动，减小了能量消耗，减小了散热系统的占用空间，易于实现受限空间内的芯片散热。
43.配合本发明的散热装置使用的冷却液体可以是去离子水，也可以是专用的沸点低(如：40℃
‑
80℃)的冷却液，使得冷却过程为相变冷却，提高散热能力，提升温度均匀性。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。