一种半导体散热结构、散热盖体、封装结构及其制备方法与流程

本发明属于集成电路领域，涉及半导体器件的散热，尤其涉及一种半导体散热结构、散热盖体、封装结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着集成电路技术的不断进步和工业应用需求的不断提高，电子信息产业蓬勃迅速发展，各种电子产品不断涌现，电子产品的运行频率越来越高，其单位时间内产生的热量越多，热量累积将引起温度升高，从而导致其产品的运行性能包括稳定性下降，必需及时地将其产生的热量散发出去，因此散热器则成为了电子产品必不可少的元件。

2、传统的散热器多为固定在芯片封装壳体外的额外结构，如散热鳍片、风扇、具有流体通道的散热器等。现有散热器一般为实心结构，散热较慢，高度较高，因此无法满足电子产品日益小型化的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种半导体散热结构、散热盖体、封装结构及其制备方法：

2、一种半导体散热结构，所述散热结构与半导体器件接触，

3、所述散热结构包括散热基体，所述散热基体的底面接触所述半导体器件；

4、所述散热基体内包含至少一个中空腔体；

5、至少在所述散热基体底面的内表面设置纳米颗粒层，所述纳米颗粒层附着并填充相变散热液，所述相变散热液在所述中空腔体内进行液相-气相的反复转换。

6、进一步地，所述中空腔体内还包括一个或多个固定在所述散热基体的所述底面上的纳米鳍结构，所述纳米鳍结构外表面设置所述纳米颗粒层，所述纳米颗粒层附着所述相变散热液。

7、进一步地，所述纳米鳍结构包括纳米柱、纳米片、纳米墙中的一种或多种结构。

8、进一步地，还包括，在所述散热基体的侧壁或顶面中一个或多个内表面设置所述纳米颗粒层，所述纳米颗粒层附着所述相变散热液。

9、进一步地，所述纳米颗粒层包括钛纳米颗粒、钛氧化物纳米颗粒、钛-钛氧化物纳米颗粒、铜纳米颗粒、铜-铜氧化物纳米颗粒、镍纳米颗粒或镍-镍氧化物纳米颗粒中的任一种或至少两种的组合。

10、进一步地，所述相变散热液包括水、甲醇、乙醇、丙酮、全氟己烷、三氯三氟乙烷、汞、乙二醇或异丙醇中的任一种或至少两种的组合。

11、进一步地，所述纳米颗粒层的孔隙率低于40％，所述纳米颗粒的粒径小于等于100μm。

12、进一步地，所述散热结构还包括固定在所述散热基体顶面外表面上的多个散热鳍片，所述散热鳍片设置在所述中空腔体的对应位置。

13、一种半导体散热盖体，所述散热盖体盖设在半导体器件上，所述半导体器件预先固定在支撑结构上，

14、所述散热盖体包括中央部分和四周部分，所述四周部分延伸至所述支撑结构的四周，并与所述支撑结构结合固定；

15、所述散热盖体的所述中央部分包括散热基体，所述散热基体的底面接触所述半导体器件；

16、所述散热基体内包含至少一个中空腔体；

17、至少在所述散热基体底面的内表面设置纳米颗粒层，所述纳米颗粒层内附着并填充相变散热液，所述相变散热液在所述中空腔体内进行液相-气相的反复转换。

18、进一步地，所述中空腔体内还包括一个或多个固定在所述散热基体的所述底面上的纳米鳍结构，所述纳米鳍结构外表面设置所述纳米颗粒层，所述纳米颗粒层附着所述相变散热液。

19、进一步地，所述纳米鳍结构包括纳米柱、纳米片、纳米墙中的一种或多种结构。

20、进一步地，所述散热基体的侧壁或顶面中一个或多个的内表面设置所述纳米颗粒层，所述纳米颗粒层附着相变散热液。

21、进一步地，所述纳米颗粒层包括钛纳米颗粒、钛氧化物纳米颗粒、钛-钛氧化物纳米颗粒、铜纳米颗粒、铜-铜氧化物纳米颗粒、镍纳米颗粒或镍-镍氧化物纳米颗粒中的任一种或至少两种的组合。

22、进一步地，所述相变散热液包括水、甲醇、乙醇、丙酮、全氟己烷、三氯三氟乙烷、汞、乙二醇或异丙醇中的任一种或至少两种的组合。

23、进一步地，所述纳米颗粒的孔隙率低于40％，所述纳米颗粒的粒径小于等于100μm。

24、进一步地，还包括固定在所述散热盖体顶面外表面上的散热鳍片，所述散热鳍片与所述散热基体内的所述中空腔体对应设置。

25、一种半导体散热结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

26、散热基材加工步骤，包括在所述散热基材的一表面至少部分区域设置纳米颗粒层，所述纳米颗粒层附着并填充相变散热液；

27、然后，进行散热基材整形步骤，包括将所述散热基材弯折或拼接形成密封的散热基体，所述散热基体内包含至少一个中空腔体，所述纳米颗粒层至少设置在所述散热基体底面的内表面，形成所述半导体散热结构；

28、然后，将所述散热基体的底面接触半导体器件，使得所述相变散热液在所述中空腔体内进行液相-气相的反复转换。

29、进一步地，所述散热基材加工步骤包括将纳米颗粒附着至所述散热基材的所述表面的所述区域上，

30、再对所述纳米颗粒进行烧结或镀设包裹层，所述包裹层布设在所述区域表面并包裹所述纳米颗粒。

31、进一步地，所述散热基材加工步骤包括在所述散热基材的部分区域表面设置纳米鳍结构。

32、进一步地，所述纳米鳍结构设置为纳米柱、纳米片、纳米墙中的一种或多种形貌。

33、进一步地，所述纳米颗粒层表面的纳米颗粒包括钛纳米颗粒、钛氧化物纳米颗粒、钛-钛氧化物纳米颗粒、铜纳米颗粒、铜-铜氧化物纳米颗粒、镍纳米颗粒或镍-镍氧化物纳米颗粒中的任一种或至少两种的组合；所述纳米颗粒的孔隙率低于40％，所述纳米颗粒的粒径小于等于100μm。

34、进一步地，所述散热基材加工步骤还包括，在设置所述纳米颗粒层之后，将相变散热液填充至所述纳米颗粒层内；所述相变散热液包括水、甲醇、乙醇、丙酮、全氟己烷、三氯三氟乙烷、汞、乙二醇或异丙醇中的任一种或至少两种的组合。

35、进一步地，所述散热基材整形步骤还包括，在形成所述散热结构后，对所述散热基体的四周进行整形处理以减小厚度，并在所述散热基体的底面的外表面与支撑框体结合，形成散热盖体。

36、进一步地，所述散热基材整形步骤还包括，在形成所述散热结构后，对所述散热基体的四周进行整形处理以减小厚度，并对所述四周部分进行弯折整形成支撑部，形成散热盖体。

37、进一步地，还包括固定多个散热鳍片的步骤，所述散热鳍片设置在所述中空腔体的对应位置，

38、所述固定多个散热鳍片的步骤，设置在所述散热基材加工步骤之前，以将多个散热鳍片固定在所述散热基材的另一表面上，

39、或，所述固定多个散热鳍片的步骤设置在所述散热基材整形步骤之后，

40、或，所述固定多个散热鳍片的步骤设置在所述散热结构与半导体器件结合之后。

41、一种包含前述半导体散热结构或半导体散热盖体的封装结构，所述封装结构中包含多个半导体器件，

42、所述散热基体内的中空腔体与所述半导体器件中的一个或多个对应设置。

43、进一步地，所述散热结构还包括固定在所述散热基体或所述散热盖体顶面外表面上的散热鳍片，所述散热鳍片与所述中空腔体对应设置。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

45、1、本发明提供了一种与半导体器件接触的散热结构，该散热结构内设置中空腔体，并在中空腔体内表面中至少底面上设置纳米颗粒层以吸附并填充相变散热液。通过纳米颗粒层的颗粒表面促进相变散热液的保持和填充，且对填充相变散热液的工艺进行简化，也极大提高相变散热液的填充量。而在中空腔体中，相变散热液在吸收热量后气化成气体，向散热结构顶表面和侧壁扩散，在扩散至顶表面或侧壁时，由于热量的消散而再次液化，并最终流回散热结构的底表面，并再次被纳米颗粒层中的纳米颗粒吸附。相变散热液的状态变化路径与中空腔体中热量的扩散路径一致，整体上极大提高半导体器件的散热效率。

46、2、本发明提供的散热结构的中空腔体内含有相变散热液，可以在腔体内实现相变转化，以加速散热，提高散热效率。此外，通过纳米颗粒吸附散热液，增加散热表面积的同时还能够降低散热装置的高度，使得产品更加轻薄。还可以通过与外接散热鳍片配合，将散热鳍片对应固定在散热结构的中空腔体上，使得散热鳍片与外界形成的散热空间可以视为与中空腔体接触的延伸散热空间，使得相变散热液的有效散热空间可以进一步增大，进一步提高封装结构的散热效率。

47、3、本发明提供的散热结构还可以集成为保护和封装半导体器件的散热盖体的一部分，不必再额外施加散热结构，进一步降低封装结构的高度，节约了成本，利于器件的整体小型化。

48、4、本发明提供的散热结构可以配合多半导体器件的封装工艺，按需将散热结构中的起主要散热功能的中空腔体与一个或多个芯片对应设置，对某些散热需求高的芯片进行针对性地散热处理，进一步提高多芯片封装体的可靠性。