一种应用于3D集成电路的散热装置制造方法及图纸

本公开提供了一种应用于3D集成电路的散热装置，包括3D集成电路、蒸发器和冷凝器；所述3D集成电路内设置有集成电路微通道，所述集成电路微通道用于对3D集成电路上部进行散热；所述蒸发器安装于3D集成电路下方，并与3D集成电路紧密相贴，所述蒸发器用于对3D集成电路下部进行散热，并为整个散热器的工质循环流动提供驱动毛细力；所述冷凝器通过循环管路分别与集成电路微通道和蒸发器的工质流动进出口相连，所述冷凝器用于冷却从蒸发器流出的工质，并将其送往集成电路微通道，和冷却从集成电路微通道流出的工质，并将其送往蒸发器。本公开结合了微通道冷却技术和环路热管技术，散热效率高，散热性能好，能够完全解决3D集成芯片的散热问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于3D集成电路的散热装置
本公开涉及电子芯片集成电路散热领域，尤其涉及一种3D集成电路芯片和系统的自驱动协同散热技术。
技术介绍
自1965年英特尔创始人戈丹·摩尔提出“摩尔定律”以来，微电子器件的密度几乎就沿着“摩尔定律”的预言发展。到了现在，当微电子器件发展到极低的特征尺寸时，“摩尔定律”预言的微电子器件发展遇到了瓶颈。为延续或者超越“摩尔定律”，微电子制造由二维(2D)向三维(3D)发展，将芯片堆叠封装的3D电路封装技术应运而生。特别是能够贯通硅芯片的TSV技术具备集成度高、功耗低、带宽高、互联线短、支持异构集成的优点，极大的提高了3D电路封装技术的优势，使得3D电路封装技术在微电子器件的制造方面具备巨大潜力。然而3D集成电路的发展还有一些问题需要克服。3D集成电路中3D芯片的垂直堆叠使得单位面积内功率器件的数目成倍增加，进而导致发热量也成倍增加。而且3D集成电路的结构紧凑散热条件差，堆叠结构造成热点的异化以及温度分布不均匀，限制了芯片电学性能，加速芯片失效，降低芯片的可靠性，甚至可能导致芯片烧毁、融化等严重后果。因此有效解决3D集成电路的散热问题是3D集成电路发展亟需解决的问题。微通道冷却技术是近十几年研究人员重点研究的散热技术，其原理是在基板上制造出微尺度通道，液体在流经微通道时受热温升或者蒸发直接将热量带走。微通道冷却技术换热系数大，换热效果好。随着制造工艺水平的提高，微通道冷却技术得以不断的发展。特别是对于电子器件冷却领域，微通道冷却技术有广阔的应用前景。环路热管技术是目前广泛应用的散热技术之一，自上世纪由俄罗斯科学家提出以后，已有大量深入研究和工业应用。环路热管工作组件主要包括蒸发器、补偿器、冷凝器、液体管路和蒸汽管路等部件。工作原理简单依靠毛细芯产生的毛细力驱动液体工质循环，实现热量从蒸发器到冷凝器的长距离传输。研究发现，微通道冷却技术具备极为优异的散热性能，特别适合用于3D集成电路的散热，能够完全解决3D集成电路散热问题。但是单一的微通道冷却技术需要外加泵功的输入，随着3D集成电路芯片的散热量增加，泵送功率逐渐增加。需要外加泵功这一条件无疑会增加散热系统的复杂程度，降低系统的稳定性。同时3D集成电路的立体空间结构，使得热管散热技术不具备完全解决3D集成电路散热需求的潜力。但是环路热管具备优异的散热性能和能够实现自循环的特性。因此，基于两者散热技术优异的性能，将两者结合应用到同一个散热系统中，能够为3D集成电路的散热问题提供一个优异的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种应用于3D集成电路的散热装置，其目的在于解决3D集成电路散热难题，促进3D集成电路的发展，结合微通道冷却技术和环路热管技术的优点。为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：一种应用于3D集成电路的散热装置，包括3D集成电路、蒸发器和冷凝器；所述3D集成电路内设置有集成电路微通道，所述集成电路微通道用于对3D集成电路上部进行散热；所述蒸发器安装于3D集成电路下方，并与3D集成电路紧密相贴，所述蒸发器用于对3D集成电路下部进行散热，并为整个散热器的工质循环流动提供驱动毛细力；所述冷凝器通过循环管路分别与集成电路微通道和蒸发器的工质流动进出口相连，所述冷凝器用于冷却从蒸发器流出的工质，并将其送往集成电路微通道，和冷却从集成电路微通道流出的工质，并将其送往蒸发器。进一步的，所述3D集成电路由多层集成电路硅片堆叠而成，每层集成电路硅片间通过硅通道相连，其中上部几层集成电路硅片上开设有集成电路微通道，所述集成电路微通道由两侧汇合后与工质流入流出管路相连。进一步的，所述蒸发器内布设有补偿器、多孔毛细芯、填充纤维、蒸汽微通道和蒸汽腔，所述补偿器位于蒸发器内一侧，用于存储部分工质，所述蒸汽通道设置于蒸发器上盖板上或与蒸发器上盖板紧密相贴的多孔毛细芯上，所述蒸汽微通道与蒸汽腔相连通，所述蒸汽腔位于蒸发器内另一侧，所述填充纤维设置于多孔毛细芯和补偿器之间。进一步的，所述补偿器与蒸发器的工质入口管道相连通。进一步的，所述多孔毛细芯由金属粉末烧结而成，所述多孔毛细芯的中间位置设有横向不贯通的补偿槽。进一步的，所述填充纤维尺寸为微米级别，所述填充纤维覆盖但不填满补偿槽。所述填充纤维用于减少补偿器漏热，防止气泡拥塞，防止气泡破裂破坏水流。进一步的，所述蒸汽腔用于汇集从蒸汽微通道流出的蒸汽，并将该蒸汽送入工质流出循环管路。进一步的，所述冷凝器为两根循环管路交错规则盘叠而成，所述两根循环管路的任意位置处横向间距相等。进一步的，所述两根循环管路，一根一端与蒸发器工质出口相连，另一端与3D集成电路工质入口相连，另一根一端与3D集成电路工质出口相连，另一端与蒸发器工质入口相连。进一步的，所述冷凝器上可加装有其他冷却措施，所述其他冷却措施包括但不限于散热片、散热风扇和热电制冷装置。整个散热系统的循环回路为“蒸发器—冷凝器—3D集成芯片—冷凝器—蒸发器”。整个散热系统工作过程为工质在蒸发器中吸收热量蒸发，工质蒸发后蒸汽进入蒸汽管路，通过蒸汽管路进入冷凝器在冷凝器散热液化，而后进入液体管路进入3D集成芯片微通道，在微通道内部吸收热量，进入蒸汽通道而后进入冷凝器，在冷凝器液化后回流至蒸发器，完成一个工作循环。整个散热系统工作原理与热管工作原理相同，保证系统能够正常循环工作的驱动力是蒸发器内毛细芯的毛细力，在毛细力下补偿器内的液体会源源不断的被吸收加热蒸发。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1.本公开结合了微通道冷却技术和环路热管技术，散热效率高，散热性能好，能够完全解决3D集成芯片的散热问题。2.本公开应用了微通道冷却技术，但是却无需外加泵功，依靠3D集成芯片散发的热量和毛细芯提供的热量可以保证系统循环，本公开具备自驱动的特点。3.本公开散热系统具备多层次的特点，不仅能够解决3D集成芯片的散热问题，在本公开的扩展应用下，整个电子器件系统的散热问题也可以得到解决，能够做到芯片和系统的协同散热。4.本公开提供了一种新的散热器设计思路，不再单一局限于热管技术或者微通道技术，在这种思路下可以扩展出多种散热器涉及方案，还能够将微通道散热技术和环路热管结合的实际思路应用到其他领域的散热设计中。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本公开散热装置整体外观示意图；图2为本公开散热装置俯视图；图3为本公开3D芯片微通道结构示意图；图4为本公开蒸发器结构示意图；图中：1蒸发器、23D集成电路、3集成电路液体管、4蒸发器液体管、5集成电路蒸汽管、6蒸发器蒸汽管、7冷凝器、8补偿器、9填充纤维，10多孔毛细芯、11蒸汽微通道、12蒸汽腔、13集成电路硅片、14集成电路微通道。具体实施方式下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于3D集成电路的散热装置，其特征在于：包括3D集成电路、蒸发器和冷凝器；所述3D集成电路内设置有集成电路微通道，所述集成电路微通道用于对3D集成电路上部进行散热；所述蒸发器安装于3D集成电路下方，并与3D集成电路紧密相贴，所述蒸发器用于对3D集成电路下部进行散热，并为整个散热器的工质循环流动提供驱动毛细力；所述冷凝器通过循环管路分别与集成电路微通道和蒸发器的工质流动进出口相连，所述冷凝器用于冷却从蒸发器流出的工质，并将其送往集成电路微通道，和冷却从集成电路微通道流出的工质，并将其送往蒸发器。

【技术特征摘要】
1.一种应用于3D集成电路的散热装置，其特征在于：包括3D集成电路、蒸发器和冷凝器；所述3D集成电路内设置有集成电路微通道，所述集成电路微通道用于对3D集成电路上部进行散热；所述蒸发器安装于3D集成电路下方，并与3D集成电路紧密相贴，所述蒸发器用于对3D集成电路下部进行散热，并为整个散热器的工质循环流动提供驱动毛细力；所述冷凝器通过循环管路分别与集成电路微通道和蒸发器的工质流动进出口相连，所述冷凝器用于冷却从蒸发器流出的工质，并将其送往集成电路微通道，和冷却从集成电路微通道流出的工质，并将其送往蒸发器。2.如权利要求1所述的一种应用于3D集成电路的散热装置，其特征在于，所述3D集成电路由多层集成电路硅片堆叠而成，每层集成电路硅片间通过硅通道相连，其中上部几层集成电路硅片上开设有集成电路微通道，所述集成电路微通道由两侧汇合后与工质流入流出管路相连。3.如权利要求1所述的一种应用于3D集成电路的散热装置，其特征在于，所述蒸发器内布设有补偿器、多孔毛细芯、填充纤维、蒸汽微通道和蒸汽腔，所述补偿器位于蒸发器内一侧，用于存储部分工质，所述蒸汽通道设置于蒸发器上盖板上或与蒸发器上盖板紧密相贴的多孔毛细芯上，所述蒸汽微通道与蒸汽腔相连通，所述蒸汽腔位于蒸发器内另一侧，所述填充纤维设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫煜，辛公明，樊弘昭，崔峥，刘昱，王曼，韩丹，丁文扬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37