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的制造方法
【技术领域】
[0001]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
[0002]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lOOOW/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°C，其稳定性就会降低50 %。
[0003]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。
[0004]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，N0.5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。
[0005]Huawei Zhang以及Liubao Chen等人在Internat1nal 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。
[0006]Junhong Zhao 以及Yan Wang等人在Journal of Micromechanices andMicroengineering 24(2014)115013(9pp)发表的文章〈〈Design ,fabricat1n andmeasurement of a microchannel heat sink with a pin-fin array and optimalinlet posit1n 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】
[0007]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。
[0008]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0009]—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、金属流道结构以及散热工质，其中:在硅基底上表面制作有硅基芯片、在硅基底的背部制作有“回”字形凸起结构和包含环形凸起结构的硅基通孔;在金属流道结构上制作有“回”字形凹槽结构、包含环形凹槽结构的金属通孔、金属导热柱、工质入口、工质出口； “回”字形凸起结构内嵌于“回”字形凹槽结构，并通过键合工艺形成闭合的流道腔体;散热工质置于闭合的流道腔体;工质入口和工质出口分别设置于金属流道结构的两端外壁内侧中心位置;包含环形凸起结构的硅基通孔与包含环形凹槽结构的金属通孔嵌套，用于引出硅基芯片的工作导线；金属导热柱与硅基芯片的背部直接接触，硅基芯片工作时产生的热量通过金属导热柱以及流经金属流道结构的散热工质带出，以保证工作温度的恒定。
[0010]优选地，所述的硅基底的背部通过RIE刻蚀工艺形成含有环形凸起结构的硅基通孔以及“回”字形凸起结构;所述的金属流道结构通过MEMS工艺形成金属热导柱、含有环形凹槽结构的金属通孔以及“回”字形凹槽结构；其中回”字形凸起结构与“回”字形凹槽结构的位置对应;含有环形凸起结构的硅基通孔与含有环形凹槽结构的金属通孔的位置对应。
[0011]更优选地，所述的含有环形凸起结构的硅基通孔与含有环形凹槽结构的金属通孔通过键合形成芯片导线通道，硅基芯片的工作导线通过芯片导线通道引导至散热器的背部，以便于硅基芯片的集成封装。
[00?2 ] 更优选地，所述的含有环形凹槽结构的金属通孔，先通过MEMS工艺形成实心金属圆柱结构，然后通过机械加工或者激光打孔形成通孔结构。
[0013]优选地，所述的金属导热柱的形状为椭圆体，或正弦体结构，或长方体结构，或正方体结构;所述的金属导热柱的排布为阵列式或交错阵列式，以便于硅基芯片热量的传导以及散热工质的均匀分散。
[0014]优选地，所述的工质入口、工质出口与硅基芯片的工作导线同侧引出，便于硅基芯片和散热器的一体封装。
[0015]更优选地，所述的工质入口、工质出口通过金属引流管进行散热工质的导入和导出。
[0016]优选地，所述的散热工质为去离子水或含纳米金属颗粒的水溶液，或其他热导率高于293K下去离子水(0.599ff/m.K)的热导性能优秀的溶液。
[0017]优选地，所述的金属流道结构的材料为铜、铁、银铝、锌中的一种或几种金属。
[0018]优选地，所述金属流道结构贯穿整个散热器。
[0019]本发明通过凹凸契合结构将金属流道结构与硅基芯片直接键合形成封闭性能良好的流道腔体，通过置于金属微通道的出入口分别引入和导出散热工质带走硅基芯片产生的热量，同时通过金属导热柱，达到传导热量、分散均匀散热工质的目的。同时，设计于金属微通道中的金属通孔结构可以将芯片的导线引导到散热器的背部，从而达到方便硅基芯片封装的目的。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0021]与现有的散热器密封结构及芯片布线兼容性相比较，本发明所述的散热器防工质泄漏能力突出，具备将芯片导线引至散热器背部从而便于芯片正面封装，散热能力非常优秀，同时制作工艺相对简单，与芯片的加工工艺匹配度比较高。
【附图说明】
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0023]图1为本发明一实施例的整体三维立体示意图；
[0024]图2为本发明一实施例的整体工艺流程图；
[0025]图3为本发明一实施例的金属流道结构俯视图；
[0026]图4为本发明一实施例的金属流道结构沿金属通孔处剖面图；
[0027]图5为本发明一实施例的金属流道结构沿工质入口处剖面图；
[0028]图6为本发明一实施例的硅基芯片背面俯视图；
[0029]图7为本发明一实施例的硅基芯片沿导线硅基通孔处剖面图；
[0030]图8为本发明一实施例的硅基芯片和金属流道结构进行封装时，“回”字形凸起结构和“回”字形凹槽结构的封装处剖面图；
[0031]图9为本发明一实施例的硅基芯片和金属流道结构进行封装时，含有环形凸起结构的硅基通孔和含有环形凹槽结构的金属通孔的剖面图；
[0032]图中:硅基芯片1、硅基通孔2、“回”字形凸起结构3、金属通孔4、金属导热柱5、工质入口 6、工质出口 7、“回”字形凹槽结构8、硅基底9、金属流道结构10。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0034]如图1所示，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:硅基芯片1、硅基通孔2、“回”字形凸起结构3、金属通孔4、金属导热柱5、工质入口 6、工质出口7、“回”字形凹槽结构8、硅基底9、金属流道结构10和散热工质，其中:
[0035]硅基通孔2位于硅基底9左右两侧中间位置，其背部有环状凸起结构;金属通孔4位于金属流道结构10左右两侧中间位置，其顶部有环状凹槽结构;含有环形凸起结构的硅基通孔2和含有环形凹槽结构的金属通孔4的位置互相对应嵌套，硅基芯片I的工作导线分别穿过硅基通孔2和金属通孔4引出至散热器的背部;硅基底9上表面通过制程工艺制作出硅基芯片I，硅基底9的背面通过工艺加工出“回”字形凸起结构3以及含有环形凸起结构的硅基通孔2;金属流道结构10上有“回”字形凹槽结构8，“回”字形凸起结构3内嵌于“回”字形凹槽结构8，以实现硅基芯片I与金属流道结构10的连接固定，并通过键合工艺形成闭合的流道腔体;散热工质置于硅基芯片I与金属流道结构10形成的闭合流道腔体内；工质入口 6和工质出口 7分别设置于金属流道结构10的前后两端外壁内侧中心位置，用于散热工质的导入和导出；金属流道结构10上还设置有金属导热柱5，硅基芯片I的背部与金属导热柱5直接接触，硅基芯片I工作时产生的热量通过金属导热柱5以及流经金属流道结构10的散热工质带出，以保证工作温度的恒定。
[0036]如图2所示，在一实施例中，散热器的整体加工工艺流程如下:
[0037]步骤1、在.9mm的娃片(娃基芯片以及娃基底都是娃片加工而成:上部分为硅基芯片，加工以后的整体成为硅基底)上，在中心位置，通过芯片制程工艺制作出6mm*6mm*0.2mm厚的娃基芯片1(如图2中(a)所示)。
[0038]步骤2、在硅片