液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构和装置及其制法的制作方法

本发明涉及散热领域，更具体地，特别是指一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构、包括其的主板、液冷主板、液冷服务器和制作其的方法。

背景技术：

1、为了进一步提高集成度降低功耗，基于tsv（through si via，硅通孔）的3d集成受到广泛关注。在有限的芯片面积上，3d集成提高了集成密度，硅通孔的垂直互连降低了互连长度，但同时3d堆叠导致更高的热密度，这为芯片的散热性能带来挑战。

2、目前，常规方式是在3d ic（integrated circuit，集成电路）芯片的顶部添加散热片和热沉，或在3d ic芯片内部添加ttsv（thermal through si via，热传导硅通孔），或在芯片衬底上刻蚀百微米宽度的微流道，引入冷却液体，随着冷却液体在微流道内部的循环而将芯片的热量带走，从而实现降温，但是，微流道的散热效率依赖于其尺寸，尺寸越大高度越高则散热性能越好，但同时增加了芯片厚度将加剧热累积，同时，微流道和硅通孔阵列的混合布局存在空间竞争，需要精密的芯片布局和规划，更需要很高的工艺以防止微流道与硅通孔的交叉。此外，硅通孔在垂直方向上传输电信号，硅通孔阵列间的电热耦合效应显著，因此热量沿着垂直方向分布。然而，微流道仅刻蚀在衬底中对同一层芯片进行传热，不同层的芯片间存在绝缘层，这将导致垂直方向上热量分布不均匀，甚至有可能出现热点，对芯片的热稳定性造成影响。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构、包括其的主板、液冷主板、液冷服务器和制作其的方法，本发明由液体硅通孔和内嵌扰流柱的微流道热沉和基板共同构成散热结构，同时提供一种基于该散热方法的三维主动散热结构及其制作工艺，通过多维度、多尺度的均衡性主动散热来提高3d集成电路芯片的散热效率，可提高3d集成电路芯片的散热性能和系统可靠性，并且由于热沉和衬底均为硅，内部微流道结构保持一致，从而降低了结构整体的工艺复杂度，可以提高芯片良率。

2、基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，包括如下部件：基底，所述基底包括第一外底板和第一内底板，所述基底内刻蚀有第一扰流柱阵列；热沉，所述热沉包括第二外底板和第二内底板，所述热沉内刻蚀有第二扰流柱阵列；以及多层集成电路芯片，所述多层集成电路芯片垂直堆叠，设置在所述基底和所述热沉中间，所述多层集成电路芯片中刻蚀有信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列，所述信号硅通孔阵列通过凸点与所述基底连接，所述液体硅通孔阵列通过液体微凸点分别与所述热沉和所述基底连接。

3、在一些实施方式中，所述第二扰流柱阵列刻蚀在所述第二内底板上，所述第二扰流柱阵列包括第一扰流柱和第二扰流柱，所述第二扰流柱高于所述第一扰流柱。

4、在一些实施方式中，所述第一扰流柱与所述第二扰流柱的形状相同。

5、在一些实施方式中，所述第一扰流柱的形状为圆柱形或正六边形柱。

6、在一些实施方式中，所述热沉配置用于容纳冷却液体，所述冷却液体为具有高热导率的液体。

7、在一些实施方式中，所述热沉与所述多层集成电路芯片通过焊点连接。

8、在一些实施方式中，所述第二外底板和所述第二内底板的材质相同，所述第二外底板材质为硅、金刚石、导热陶瓷或有机树脂。

9、在一些实施方式中，所述第二外底板和所述第二内底板的材质不同。

10、在一些实施方式中，所述第二外底板材质为玻璃。

11、在一些实施方式中，所述第一扰流柱阵列的布局方式与所述第二扰流柱阵列的布局方式相同。

12、在一些实施方式中，所述第二扰流柱阵列的布局方式与所述信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列的布局方式相同。

13、在一些实施方式中，在所述信号硅通孔阵列和所述液体硅通孔阵列外表面均填充一层绝缘层。

14、在一些实施方式中，在所述第二外底板对角线一端设置有液体入口，在所述第一外底板对角线一端设置有液体出口。

15、本发明实施例的另一方面，提供了一种主板，包括如上任一项所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构。

16、本发明实施例的另一方面，提供了一种液冷主板，包括如上任一项所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构。

17、本发明实施例的又一方面，提供了一种液冷服务器，包括如上任一项所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构。

18、本发明实施例的再一方面，提供了一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，包括如下步骤：在热沉的第二内底板上表面刻蚀第二扰流柱阵列构成微流道，在热沉的第二外底板刻蚀液体硅通孔阵列接口，将微流道密封，并在所述热沉上设置液体入口；将多层集成芯片进行垂直堆叠，对多层集成芯片刻蚀信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列；在基底的第一外底板下表面刻蚀第一扰流柱阵列构成第二微流道，将所述第二微流道密封，并在所述基底上设置液体出口；以及将所述信号硅通孔阵列与所述基底互连，并将所述液体硅通孔阵列分别与所述基底和所述热沉互连。

19、在一些实施方式中，所述将微流道密封包括：通过晶圆级键合工艺将所述第二外底板与微流道结构键合。

20、在一些实施方式中，所述对多层集成芯片刻蚀信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列包括：将所述信号硅通孔阵列和所述液体硅通孔阵列嵌套分布设置。

21、在一些实施方式中，所述对多层集成芯片刻蚀信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列包括：采用硅通孔深刻工艺在多层集成芯片内部刻蚀信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列。

22、在一些实施方式中，所述将所述液体硅通孔阵列分别与所述基底和所述热沉互连包括：通过液体微凸点工艺将所述液体硅通孔阵列分别与所述热沉和所述基底互连。

23、在一些实施方式中，所述制作方法还包括：通过焊接连接所述热沉和所述多层集成芯片。

24、本发明具有以下有益技术效果：由液体硅通孔和内嵌扰流柱的微流道热沉和基板共同构成散热结构，同时提供一种基于该散热方法的三维主动散热结构及其制作工艺，通过多维度、多尺度的均衡性主动散热来提高3d集成电路芯片的散热效率，可提高3d集成电路芯片的散热性能和系统可靠性，并且由于热沉和衬底均为硅，内部微流道结构保持一致，从而降低了结构整体的工艺复杂度，可以提高芯片良率。

技术特征：

1.一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，包括如下部件：

2.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第二扰流柱阵列刻蚀在所述第二内底板上，所述第二扰流柱阵列包括第一扰流柱和第二扰流柱，所述第二扰流柱高于所述第一扰流柱。

3.根据权利要求2所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第一扰流柱与所述第二扰流柱的形状相同。

4.根据权利要求3所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第一扰流柱的形状为圆柱形或正六边形柱。

5.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述热沉配置用于容纳冷却液体，所述冷却液体为具有高热导率的液体。

6.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述热沉与所述多层集成电路芯片通过焊点连接。

7.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第二外底板和所述第二内底板的材质相同，所述第二外底板材质为硅、金刚石、导热陶瓷或有机树脂。

8.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第二外底板和所述第二内底板的材质不同。

9.根据权利要求8所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第二外底板材质为玻璃。

10.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第一扰流柱阵列的布局方式与所述第二扰流柱阵列的布局方式相同。

11.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，所述第二扰流柱阵列的布局方式与所述信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列的布局方式相同。

12.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，在所述信号硅通孔阵列和所述液体硅通孔阵列外表面均填充一层绝缘层。

13.根据权利要求1所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构，其特征在于，在所述第二外底板对角线一端设置有液体入口，在所述第一外底板对角线一端设置有液体出口。

14.一种主板，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构。

15.一种液冷主板，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构。

16.一种液冷服务器，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构。

17.一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，其特征在于，包括：

18.根据权利要求17所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，其特征在于，所述将微流道密封包括：

19.根据权利要求17所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，其特征在于，所述对多层集成芯片刻蚀信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列包括：

20.根据权利要求17所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，其特征在于，所述对多层集成芯片刻蚀信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列包括：

21.根据权利要求17所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，其特征在于，所述将所述液体硅通孔阵列分别与所述基底和所述热沉互连包括：

22.根据权利要求17所述的液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

技术总结
本发明涉及散热领域。本发明提供一种液体硅通孔兼容嵌入式微流道的散热结构和装置及其制法，散热结构包括：基底，基底包括第一外底板和第一内底板，基底内刻蚀有第一扰流柱阵列；热沉，热沉包括第二外底板和第二内底板，热沉内刻蚀有第二扰流柱阵列；以及多层集成电路芯片，多层集成电路芯片垂直堆叠，设置在基底和热沉中间，多层集成电路芯片中刻蚀有信号硅通孔阵列和液体硅通孔阵列，信号硅通孔阵列通过凸点与基底连接，液体硅通孔阵列通过液体微凸点分别与热沉和基底连接。本发明的散热结构由液体硅通孔和内嵌扰流柱的微流道热沉和基板共同构成，提高了集成电路的散热性能和系统可靠性。

技术研发人员：索曌君,郭芬,苏康,李拓
受保护的技术使用者：苏州浪潮智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13