一种微流道散热器及其制造方法技术

技术编号:20490472 阅读:25 留言:0更新日期:2019-03-02 21:42
本发明专利技术公开了一种微流道散热器,其内设有微流道、分流网络,表面设有进出液口,所述微流道散热器的外表面设有金属层。本发明专利技术的微流道散热器,通过在微流道散热器表面设置金属层,不仅很好地满足了高频率系统的接地要求,还避免了在微流道散热器上设置深TSV孔,降低微流道散热器的加工难度、制造成本,保证了电路的集成密度和结构的可靠性;由于金属层的存在,本发明专利技术微通道散热器上下表面平整、无空洞,可以在微流道散热器表面集成多颗高热流密度的芯片,在保证产品散热性能的前提下可以灵活设计电路。

A Microchannel Radiator and Its Manufacturing Method

The invention discloses a micro-channel radiator, in which a micro-channel and a shunt network are arranged, an inlet and outlet are arranged on the surface, and a metal layer is arranged on the outer surface of the micro-channel radiator. The micro-channel radiator of the invention not only satisfies the grounding requirement of the high frequency system well by setting a metal layer on the surface of the micro-channel radiator, but also avoids setting deep TSV holes on the micro-channel radiator, reduces the processing difficulty and manufacturing cost of the micro-channel radiator, guarantees the integrated density of the circuit and the reliability of the structure; due to the existence of the metal layer, the micro-channel radiator of the invention is micro-connected. The upper and lower surfaces of the channel radiator are flat and void-free. It can integrate several chips with high heat flux on the surface of the micro-channel radiator. It can flexibly design the circuit on the premise of ensuring the heat dissipation performance of the product.

【技术实现步骤摘要】
一种微流道散热器及其制造方法
本专利技术涉及微电子散热
,尤其是一种微流道散热器及其制造方法。
技术介绍
功率芯片是射频微系统的核心部件,先进半导体材料的发展使得功率芯片性能持续提升。目前,第三代半导体技术具有宽禁带的特点,可以承受更高的工作结温,其功率密度可达30W/mm(远高于GaAs的0.5W/mm),能够使电子系统的输出功率增大5倍,而体积却减少一半。但是,在微波频段,第三代半导体器件自热效应相当严重,一些多栅器件在微波频段的输出热流密度甚至达到千瓦每平方厘米量级。因此,散热问题已经成为严重制约微系统性能发挥的瓶颈问题。硅基微通道通过微尺度的连续流体对芯片进行直接冷却,最大限度地降低了远程散热模式中各热沉间热阻对散热效率的影响,从而大幅度提升芯片的冷却效率,已经成为与芯片集成、实现器件在最近端散热的最佳途径之一,获得广泛关注,相关专利包括中国专利CN1558448A、中国专利CN103839905A等。但是,现有的硅基微通道散热器是以单片形式存在,在系统中进行二次集成时,高频功率芯片接地距离远,寄生效应严重,现有硅基微通道散热器不能满足高频系统的接地要求。专利CN103199086B中,微流道散热器上集成了穿硅通孔(TSV),也可用于接地。但是,高散热需求使得微流道散热结构深宽比大,整体厚度大(≥400μm),结构复杂。这带来三个问题:1)深TSV孔加工难度大,工艺成本高;2)深TSV孔(深≥500μm)一般为空心孔,其上不宜集成其他器件,降低了电路集成密度;3)为保持整体结构的可靠性,TSV集成数量有限,不能满足高频功率芯片良好接地的要求。
技术实现思路
为解决上述现有微通道散热器无法满足高频系统接地要求或者深TSV孔加工难度大、工艺成本高、降低电路密集度、数量有限的缺陷,本专利技术提供了一种微流道散热器及其制造方法。本专利技术的技术方案如下:一种微流道散热器,其内设有微流道、分流网络,表面设有进液口和出液口,所述微流道散热器的外表面设有金属层。上述技术方案中,通过在微流道散热器表面设置金属层,不仅很好地满足高了频率系统的接地要求,还避免了在微流道散热器上设置深TSV孔,降低微流道散热器的加工难度、制造成本,保证了电路的集成密度和结构的可靠性。所述微流道和分流网络可以为任意形状,实际形状应根据散热需求而定。示例性地,所述微流道和分流网络形状可以为:蛇形、螺旋形、工字形、树形、直槽形、折线形等。优选地,所述微流道散热器的厚度至少为400μm。优选地,所述金属层连续分布于所述微流道散热器表面。优选地,所述金属层材料为Au或者Ni/Au。所述金属层材料为Au时,金属层为单层结构,即所述金属层为Au层;所述金属层材料为Ni/Au时,金属层为双层结构,下层为Ni层,上层为Au层,Ni层厚度为2~4mm,Au层厚度为0.05~0.3mm。优选地,所述微流道宽度为10~100μm,深度为150~500μm。更有选地,所述微流道宽度为30μm,深度为250μm。所述微流道具有高深宽比的散热翅片以及分流网络,能够满足热流密度大于500W/cm2的散热需求。优选地,所述微流道散热器的上下表面还分别设有种子层,所述种子层的材料为Ti/W/Au。所述种子层为三层结构,下层为Ti层,厚度为5~10nm,中层为W层,厚度为5~10nm,上层为Au层,厚度为20~30nm。设置种子层,可以提高金属层与硅基片之间的附着力,使金属层更好地附着于微流道散热器表面。优选地,上述微流道散热器的进液口和出液口为圆形。本专利技术还提供了上述的微流道散热器的制作方法:在每个微流道散热器的四周设置通槽,利用激光分片工艺于通槽处切割,分离得单个微通道散热器。上述技术方案中,所述通槽设于微流道散热器的侧面,每个微流道散热器的四周至少有四个通槽,每个侧面至少一个通槽。通过引入通槽,可以在激光分片切割前保证每个微流道散热器的侧面均被设置上金属层,可使金属层的电镀一步到位。优选地,所述通槽横截面宽度为40~200μm,所述通槽横截面长度至少为微流道散热器横截面边长的1/2。更优选地,所述通槽横截面宽度为70~150μm,所述通槽横截面长度为微流道散热器横截面边长的2/3。通槽的宽度应满足在激光切割过程中不损伤到微流道散热器的金属化侧面,一般通槽的横截面宽度应比切割道宽度大40~200μm,优选地,通槽的横截面宽度比切割道宽度大100μm。优选地,上述微流道散热器的制作方法,包括如下步骤:1)取硅片A和硅片B,并于任一硅片表面设置微流道和分流网络;2)永久键合硅片A和硅片B,得内埋微流道的硅片C;3)于硅片C上各微流道散热器四周设置通槽;4)于硅片C上下表面设置种子层;5)于硅片C表面设置金属层;6)于硅片C上各微流道散热器下表面设置进液口和出液口;7)利用激光分片工艺于通槽处切割,即得单个微通道散热器。步骤1)使用干法刻蚀工艺在硅片表面刻蚀微流道和分流网络;步骤2)还包括使用减薄抛光工艺将硅片C厚度控制在合适范围,硅片C的厚度即是本专利技术微流道散热器的厚度;步骤3)使用刻蚀工艺在硅片C上各微流道散热器四周刻蚀通槽;步骤4)使用溅射工艺在硅片C上下表面沉积种子层;步骤5)使用电镀工艺在硅片C表面电镀金属层;步骤6)使用刻蚀工艺在硅片C上各微流道散热器下表面刻蚀进液口和出液口。优选地,步骤2)中永久键合硅片A和硅片C的方法为:分别于硅片A和硅片B的键合面设置一层二氧化硅,并控制二氧化硅层的表面粗糙度在1nm以下,然后利用晶元键合工艺键合硅片A和硅片B。使用化学机械抛光技术将二氧化硅层的表面粗糙度控制在1nm以下;所述晶圆键合工艺是指二氧化硅熔融键合工艺。本专利技术具有如下有益效果:本专利技术的微流道散热器,通过在微流道散热器表面设置金属层,不仅很好地满足了高频率系统的接地要求,还避免了在微流道散热器上设置深TSV孔,降低微流道散热器的加工难度、制造成本,保证了电路的集成密度和结构的可靠性;由于金属层的存在,本专利技术微通道散热器上下表面平整、无空洞,可以在微流道散热器表面集成多颗高热流密度的芯片,在保证产品散热性能的前提下可以灵活设计电路。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明,其中:图1为本专利技术实施例中微流道散热器的外观示意图。图2为本专利技术实施例中微流道散热器的剖面图。图3为本专利技术实施例中硅片A、B表面设置二氧化硅层后的示意图。图4为本专利技术实施例中在硅片A表面刻蚀微流道示意图。图5为本专利技术实施例中键合硅片A、B得到硅片C的示意图。图6为本专利技术实施例中减薄并抛光硅片C示意图。图7为本专利技术实施例中硅片C侧面刻蚀通槽示意图。图8为本专利技术实施例中硅片C表面设置金属层示意图。图9为本专利技术实施例中硅片C表面刻蚀进液口和出液口示意图。图10为本专利技术实施例中激光分片获得微流道散热器示意图。附图标记说明:1、金属层;2、微流道;3、进液口和出液口;4、硅片A;5、硅片B;6、通槽;7、二氧化硅层;8、切割道。具体实施方式本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种微流道散热器,其特征在于,内设有微流道、分流网络,表面设有进液口和出液口,所述微流道散热器的外表面设有金属层。

【技术特征摘要】
1.一种微流道散热器,其特征在于,内设有微流道、分流网络,表面设有进液口和出液口,所述微流道散热器的外表面设有金属层。2.根据权利要求1所述的微流道散热器,其特征在于,所述微流道散热器的厚度至少为400μm。3.根据权利要求1所述的微流道散热器,其特征在于,所述金属层连续分布于所述微流道散热器表面。4.根据权利要求1所述的微流道散热器,其特征在于,所述金属层材料为Au或者Ni/Au。5.根据权利要求1所述的微流道散热器,其特征在于,所述微流道宽度为10~100μm,深度为150~500μm。6.根据权利要求1所述的微流道散热器,其特征在于,所述微流道散热器的上下表面还分别设有种子层,所述种子层的材料为Ti/W/Au。7.一种权利要求1~6任一项所述的微流道散热器的制作方法,其特征在于,在每个微流道散热器的四周设置通槽,利用激光分片工艺于通槽处切割,分...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢茜张剑向伟玮王文博李阳阳蒋苗苗
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第二十九研究所
类型:发明
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1