单片相变散热装置制造方法及图纸

本公开涉及单片相变散热装置。单片蒸汽室散热装置使用相变液体和一个或多个芯体来散发来自发热系统的热量。相变液体和一个或多个芯体可以直接耦合到发热系统，或者可以耦合到中间蒸发器基板。相变液体蒸发，因为它从发热系统吸收热量。当蒸汽上升并遇到冷凝器基板时，蒸汽冷凝并将热量传递给冷凝器基板。冷凝的蒸汽通过重力和一个或多个芯体被吸引到与发热系统耦合的相变液体。

【技术实现步骤摘要】
单片相变散热装置
公开的实施方案涉及用于半导体装置的散热装置。
技术介绍
散热装置，例如散热器和散热器，用于从电子装置散热。典型的散热器具有冷却风扇，冷却风扇使用对流将加热的空气吸离装置。或者，散热器物理地耦合到电子装置，使得热量从电子装置传递到散热器，允许热量从装置散开。散热器通常由具有高导热率的材料制成，以最大化从装置到散热器的热传递速率。
技术实现思路
在一个实施方案中，提供单片微机电(MEMS)装置，包括蒸汽室，包括冷凝器基板和具有装置表面和后表面的装置基板。蒸汽室被封装在装置基板的一个表面和冷凝器基板之间，其中冷凝器基板具有与装置基板基本相同的占用空间，并且一个或多个芯体延伸到蒸汽室中。根据一些实施方案，提供包括蒸汽室的单片微机电(MEMS)装置，装置包括冷凝器基板和具有装置表面和后表面的装置基板，其中蒸汽室被封装在所述冷凝器基板以及所述装置基板的装置表面或后表面之一之间，并且其中所述冷凝器基板具有与所述装置基板大致相同的占用空间。装置还包括延伸到蒸汽室中的一个或多个芯体。根据一些实施方案，提供微型散热装置，包括：包括电气装置的装置基板，所述装置基板具有第一表面面积；冷凝器基板，具有大约等于所述第一表面面积的第二表面面积，其中所述装置基板和所述冷凝器基板耦合在一起以在它们之间限定蒸汽室；所述蒸汽室中的相变液体；和至少部分地设置在所述相变液中的芯体。根据一些实施方案，提供微型散热装置，包括：装置基板，具有装置表面、后表面、以及在所述装置表面上形成的集成电路；耦合到所述装置基板的盖子，所述盖子和所述装置基板在它们之间形成蒸汽室；所述蒸汽室中的相变液体；至少部分地设置在所述相变液体中的芯体；外部冷凝器；和耦合在所述蒸汽室和所述外部冷凝器之间的蒸汽出口管线。附图说明将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的附图标记表示。图1是根据第一实施例的单片相变散热装置的示意性剖视图。图2是图1中所示的单片相变散热装置的外部示意图。图3是根据第二实施例的具有蒸发器表面的单片相变散热装置的示意性横截面图。图4是根据第三实施例的具有外部冷凝器的单片相变散热装置的示意性横截面图。图5A和5B分别是具有根据第四实施例的成型冷凝器基板的单片相变散热装置的示意性横截面和俯视图。图6是在晶圆上形成的多个单片相变散热装置的示意图。图7是根据第五实施例的单片相变散热装置的示意图。具体实施方式随着电子装置的尺寸缩小，废热的热密度增加并且可能降低装置性能或永久损坏装置部件。为了在最佳工作温度下维持电子装置，包括微机电系统(MEMS)装置和相关电路，可以使用诸如散热器和散热器的热管理系统来散热。然而，专利技术人已经认识到存在与这些热管理系统相关的问题。例如，散热器使用主动冷却系统，例如风扇，这可能会增加功耗并为电路提供额外的热量。散热器包括导热基板，其耦合到电子装置并被动地传递热量，通常具有比装置本身更大的占用空间以散开热量，这阻碍了装置的小型化。此外，典型的电子装置位于散热器的部分上，导致不均匀的散热和热点。鉴于以上所述，本申请的方面提供了具有有益配置的各种散热装置。在一个实施方案中，散热装置与电子装置单片集成，例如MEMS装置或专用集成电路(ASIC)。在一些这样的实施例中，散热装置和电气装置的无源和有源部件形成在单个芯片中。单片散热装置的优点在于，在一些实施方案中，消除了外来的热界面，提高了传热效率。另外，单片散热装置和包含一个或多个电气装置的基板可以通过具有基本相同的长度和宽度而共享相同的占用空间，从而减小或最小化电路中使用的总空间。由于占用空间限于具有一个或多个电气装置的基板，因此热量被更均匀地吸取，这减少了热点。本申请的各方面还提供了一种蒸汽室形式的散热装置。作为无源元件，蒸汽室可以散热，而不会给电路带来额外的热量。在一个实施方案中，蒸汽室包括冷凝器表面，其粘合到底部基板，一个或多个芯体接合底部基板，相变液体包含在蒸汽室。冷凝器表面和底部基板之间包含一个或多个芯体和相变液体。在一个实施方案中，底部基板是包括装置表面和后表面的装置基板，并且一个或多个芯体接合装置基板的表面中的一个。在一个实施方案中，底部基板可以是结合装置基板的蒸发器基板，并且冷凝器表面可接合蒸发器基板。一个或多个芯体可接合蒸发器基板。无论所使用的底部基板的类型如何，在至少一些实施例中，蒸汽室通过利用与底部基板接触的相变液体吸收由装置产生的热量而起作用。热量使相变液体通过相变而蒸发和吸收热能。当蒸汽撞击冷凝器基板时，蒸汽冷却并恢复回液体，液体通过重力或来自一个或多个芯体的盖子腋压向下拉向底部基板。通过蒸发和冷凝过程，热量均匀地散布在整个蒸汽室中。现在转到附图，图1示出了集成到电路中的单片MEMS散热装置的第一实施例的横截面。在一个实施方案中，散热装置是蒸汽室1，其包括冷凝器基板3，其与诸如金属或热粘合剂的结合材料5结合到装置基板7的后表面6，该装置基板7具有一个或更多嵌入其中de装置9。在蒸汽室1内，一个或多个芯体11接合装置基板7并延伸到蒸汽室1中，该蒸汽室1填充有相变液体13。单片蒸汽室1可以具有与本实施例中的装置基板7相同的占用空间，这意味着它们共享长度L和宽度W，如图2的外部透视图所示。结果，单片蒸汽室1可占据与装置基板7大致或基本相同的区域。在一些实施方案中，例如所示，单片蒸汽室1占据小于或等于装置基板7的面积的面积。单片蒸汽室1的高度H1(垂直于L和W)可以采用任何合适的值。在一个实施方案中，蒸汽室1的高度基本上大于装置基板7的高度。在一个实施方案中，宽度W和长度L可以在1mm-10cm之间，尽管宽度W和长度L不一定要平等。在另一个实施方案中，蒸汽室1的长度L和宽度W基本上大于高度。例如，长度L和宽度W可以比高度大1到10,000倍(包括该范围内的任何值)。尽管图1中描绘的蒸汽室1是矩形的，但是其他合适的形状也是可能的。冷凝器基板3可以由任何合适的材料形成。在一些实施方案中，冷凝器基板3由导热材料形成，例如铜、铝、黄铜、钢、青铜、上述材料的合金或其他合适的材料。在至少一些实施例中，冷凝器基板3由与微制造技术(例如，金属氧化物半导体(MOS)处理)兼容的材料形成，使得其可以在微制造设施中处理。在一个实施方案中，冷凝器基板3的面向一个或多个芯体的内表面可以具有疏水表面。疏水表面可以具有纹理涂层或者由排斥相变液体13的材料形成。在一个实施方案中，只有冷凝器基板3的内表面的一部分是疏水的。在其他实施例中，冷凝器基板3的内表面的不同部分可以由不同的疏水材料和/或结构形成。冷凝器基板3可具有与蒸汽室1和装置基板7相同的宽度W和长度L.装置基板7可以由任何合适的材料制成。在一些实施方案中，装置基板7包括硅、氧化铝、氮化铝、玻璃硼硅酸盐或其他合适的材料。在其他实施例中，装置基板7可涂覆有溅射和/或电镀材料。例如，装置基板7的后表面6可以涂覆有改善导热性的材料或者保护装置基板7免受相变液体13的影响。装置基板7可以具有与蒸汽室1和冷凝器基板3大致或基本相同的宽度W和长度L。在一个实施方案中，装置基板7可以粘合到晶圆上。在另一个实施方案中，装配基板7可以粘合到印刷电路板上。在装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包括蒸汽室的单片微机电(MEMS)装置，所述装置包括：冷凝器基板；装置基板，具有装置表面和后表面，其中所述蒸汽室被封装在所述冷凝器基板以及所述装置基板的装置表面或后表面之一之间，其中所述冷凝器基板具有与所述装置基板大致相同的占用空间；和延伸到所述蒸汽室中的一个或多个芯体。

【技术特征摘要】
2017.08.01 US 15/666,4751.包括蒸汽室的单片微机电(MEMS)装置，所述装置包括：冷凝器基板；装置基板，具有装置表面和后表面，其中所述蒸汽室被封装在所述冷凝器基板以及所述装置基板的装置表面或后表面之一之间，其中所述冷凝器基板具有与所述装置基板大致相同的占用空间；和延伸到所述蒸汽室中的一个或多个芯体。2.权利要求1所述的单片MEMS装置，其中所述冷凝器基板结合所述装置基板的后表面。3.权利要求2所述的单片MEMS装置，其中所述蒸汽室封装在所述装置基板的后表面和所述冷凝器基板之间。4.权利要求1所述的单片MEMS装置，还包括所述蒸汽室内的相变材料。5.权利要求1所述的单片MEMS装置，其中蒸发器基板结合所述装置基板。6.权利要求5所述的单片MEMS装置，还包括在所述装置表面和所述装置表面的后表面之间的一个或多个硅通孔。7.权利要求6所述的单片MEMS装置，其中所述冷凝器基板结合所述蒸发器基板。8.权利要求5所述的单片MEMS装置，其中所述一个或多个芯体接合所述蒸发器基板。9.权利要求1所述的单片MEMS装置，其中所述冷凝器基板具有轮廓并且与所述装置基板结合，使得其限定多个腔室。10.权利要求9所述的单片MEMS装置，其中所述多个腔室的第一和第二腔室各自包括所述一个或多个芯体中的至少一个。11.权利要求1所述的单片MEMS装置，其中所述一个或多个芯体接合所述装置基板。12.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝兴，W·A·拉尼，M·T·邓纳姆，
申请(专利权)人：亚德诺半导体无限责任公司，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM