本發(fā)明涉及集成電路，具體而言，涉及一種內(nèi)嵌液冷散熱板。

背景技術(shù)：

1、隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，芯片內(nèi)晶體管集成密度(超1.8億晶體管/mm2)快速提升，導(dǎo)致芯片內(nèi)晶體管柵區(qū)漏電流引起的熱積累效應(yīng)日益顯著。而芯片的工作可靠性對(duì)溫度極為敏感，在安全工作溫度基礎(chǔ)上每增加1℃，其可靠性就會(huì)下降5％左右。

2、集成電路芯片封裝結(jié)構(gòu)中的散熱途徑主要是通過(guò)熱界面材料將芯片柵區(qū)狹小面積內(nèi)所產(chǎn)生的局部高熱量擴(kuò)散傳遞到基板，再傳遞到管殼，繼而通過(guò)管殼外的風(fēng)冷、水冷、薄膜蒸發(fā)、微噴等熱管理技術(shù)將熱量耗散到大氣中。然而，受限于風(fēng)冷傳熱系數(shù)較低(20-100w/(m2·k))，風(fēng)冷需要通過(guò)提高接觸面積實(shí)現(xiàn)提高氣固換熱效能，導(dǎo)致其散熱結(jié)構(gòu)微型化困難；水的低沸點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)活潑、高介電常數(shù)等物性，導(dǎo)致水冷的可靠性較低；薄膜蒸發(fā)和微噴等技術(shù)雖然換熱系數(shù)較高，但實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加工成本高昂。

3、基于此，現(xiàn)有技術(shù)中提出了近結(jié)散熱概念，即將各種散熱結(jié)構(gòu)微型化內(nèi)嵌于電子芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，利用內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)將液冷工質(zhì)逼近(間距小于100μm)電子芯片發(fā)熱柵區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)溫的精確調(diào)控。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)，其常見(jiàn)的內(nèi)嵌液冷工質(zhì)包括水、乙醇、fc770和鎵基液態(tài)金屬等；其常見(jiàn)的勻溫板的材料包括銅。

4、然而，由于水、乙醇和fc770具有低沸點(diǎn)和低粘度的物性，均無(wú)法全面滿足內(nèi)嵌型腔液冷工質(zhì)灌封工藝的工藝兼容性考驗(yàn)(內(nèi)嵌型腔液冷工質(zhì)灌封工藝必須承受微系統(tǒng)封裝工藝(200-400℃)、運(yùn)行環(huán)境(-65-150℃)、返修工藝(100-200℃)等工程實(shí)際過(guò)程中的工藝兼容性考驗(yàn))。例如，水雖然具有高汽化潛熱(1718kj/kg)，在諸多主動(dòng)和被動(dòng)液冷散熱研究中，兩相流散熱是一種提高液冷工質(zhì)傳質(zhì)效能，彌補(bǔ)水低導(dǎo)熱率(0.59w/(m·k))的手段，但是在狹小的內(nèi)嵌液冷密閉型腔內(nèi)水膜反復(fù)凝固/汽化/干涸將嚴(yán)峻挑戰(zhàn)封裝結(jié)構(gòu)的可靠性。以及，雖然鎵基液態(tài)金屬具有高熱導(dǎo)率和高工藝兼容性等優(yōu)勢(shì)，但其運(yùn)動(dòng)粘度高、表面張力大，在硅基板上的熱滑移形態(tài)異常復(fù)雜，流動(dòng)性較弱。并且，芯片可能與內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)的銅片直接接觸，從而導(dǎo)致電氣問(wèn)題(短路)和應(yīng)力問(wèn)題(機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力)的產(chǎn)生，可能損壞芯片或銅片，甚至導(dǎo)致連接失效。

5、因此，亟需一種新的內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有的內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)的可靠性較差的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種內(nèi)嵌液冷散熱板，以解決現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)的可靠性較差的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種內(nèi)嵌液冷散熱板，包括：基體；空腔結(jié)構(gòu)，位于基體中；散熱工質(zhì)，位于空腔結(jié)構(gòu)中，且散熱工質(zhì)包括液態(tài)金屬和金剛石粉。

3、可選地，空腔結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的第一表面和第二表面，內(nèi)嵌液冷散熱板還包括：支撐柱，位于第一表面和第二表面之間。

4、可選地，支撐柱為多個(gè)，且多個(gè)支撐柱陣列排布。

5、可選地，內(nèi)嵌液冷散熱板還包括：銅片，位于內(nèi)嵌液冷散熱板的一側(cè)表面。

6、可選地，基體包括層疊設(shè)置的第一基板和第二基板，空腔結(jié)構(gòu)位于第一基板和第二基板之間。

7、可選地，第一基板具有凹槽，第二基板位于第一基板具有凹槽的一側(cè)。

8、可選地，第一基板和第二基板均為硅基板。

9、可選地，基體通過(guò)將第一基板和第二基板采用硅-硅直接鍵合工藝鍵合得到。

10、可選地，金剛石粉包括納米級(jí)金剛石粉。

11、可選地，空腔結(jié)構(gòu)中填充有惰性氣體。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于液態(tài)金屬具有較低的粘度和較高的熱導(dǎo)率，從而本申請(qǐng)的上述實(shí)施例將液態(tài)金屬作為了上述內(nèi)嵌液冷散熱板的散熱工質(zhì)的其中一部分，提升了上述內(nèi)嵌液冷散熱板的散熱性能。另外，由于液態(tài)金屬具有較低的表面張力，金剛石粉具有相對(duì)液態(tài)金屬較高的表面能，因此，液態(tài)金屬在金剛石粉表面上的潤(rùn)濕性較差，從而在本申請(qǐng)的上述實(shí)施方式中，通過(guò)將金剛石粉作為上述內(nèi)嵌液冷散熱板的散熱工質(zhì)的另外一部分，利用金剛石粉與液態(tài)金屬之間的低潤(rùn)濕性，使得上述液態(tài)金屬在金剛石粉的作用下，能夠在上述內(nèi)嵌液冷散熱板的空腔結(jié)構(gòu)中具有較強(qiáng)的流動(dòng)性。并且，由于金剛石是自然界中熱導(dǎo)率最高的物質(zhì)，常溫下熱導(dǎo)率可達(dá)2000w/(m·k)，從而通過(guò)加入上述金剛石粉，進(jìn)一步提升了散熱工質(zhì)內(nèi)部的熱傳遞效果，增強(qiáng)了上述內(nèi)嵌液冷散熱板的勻溫性能，提升了散熱效率，解決了現(xiàn)有內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)的可靠性較差的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述空腔結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述內(nèi)嵌液冷散熱板還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述支撐柱為多個(gè)，且多個(gè)所述支撐柱陣列排布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述基體包括層疊設(shè)置的第一基板和第二基板，所述空腔結(jié)構(gòu)位于所述第一基板和所述第二基板之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述第一基板具有凹槽，所述第二基板位于所述第一基板具有所述凹槽的一側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均為硅基板。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述基體通過(guò)將所述第一基板和所述第二基板采用硅-硅直接鍵合工藝鍵合得到。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述金剛石粉包括納米級(jí)金剛石粉。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)嵌液冷散熱板，其特征在于，所述空腔結(jié)構(gòu)中填充有惰性氣體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌液冷散熱板，包括：基體；空腔結(jié)構(gòu)，位于基體中；散熱工質(zhì)，位于空腔結(jié)構(gòu)中，且散熱工質(zhì)包括液態(tài)金屬和金剛石粉。通過(guò)本申請(qǐng)，提升了散熱工質(zhì)內(nèi)部的熱傳遞效果，增強(qiáng)了上述內(nèi)嵌液冷散熱板的勻溫性能，提升了散熱效率，解決了現(xiàn)有內(nèi)嵌散熱結(jié)構(gòu)的可靠性較差的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：王振宇,王禹欽,宋德鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6