半导体器件微型散热器制造技术

一种半导体器件微型散热器，属于半导体微电子技术领域。本发明专利技术由一层或一层以上的金属层构成，所述的金属层包括单金属层或合金层，所述的单金属是Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ中的一种，所述的合金由上述任意两种或两种以上单金属构成，所述的单金属层或合金层至少有一层为微纳米针状晶布阵结构，如果是一层以上的金属层，则金属层之间金属键结合。本发明专利技术结构简单、体积小、散热效果好，通过较简单的化学、电化学或物理沉积方法容易获得，并可直接敷着在被散热体上，且制造成本低，使应用范围广，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种半导体微电子
的器件，具体地说，是一种半导体器件微型散热器。
技术介绍
以芯片为代表的半导体微电子器件，随着集成度的不断提高和体积的逐步缩小，使原来占用较大空间的电子设备的几何尺寸以数量级的形式减小，但体积发热热通量增大的趋势却异常迅猛，当今超大规模集成电路(ULSI)所需冷却的热通量已经达到了轻水炉反应堆的炉心热通量的量级。就计算机领域而言，目前CPU的发热量由几年前的十几瓦提高到70～80W，透过散热器基板传导的热流密度已高达104～105w/m2。这对于热负荷敏感度较高的微电子器件及微系统而言，热量在芯片处的累积将导致器件和系统温度迅速升高，严重影响电子器件的工作状态和系统的稳定。微电子器件的工作温度范围一般是-5～65℃，一旦超出其容许上限温度，则将烧坏一些关键部位，使整个系统崩溃。而单个半导体元件的温度升高10℃，系统的可靠性降低50％。但按照现有散热器的传统散热方式，要想满足要求，散热器只能越做越大。这与芯片等半导体微电子器件逐步向轻小型化发展的趋势截然相反，如果不加以解决，实质上电子器件的总体尺寸仍不能缩小。因此，传统的体积庞大的强制对流散热方式受到了极大的挑战，散热问题成为微电子元件应用的一个瓶颈。如何在有限的微小空间内，研制体积微小，散热效率高的微散热器是今后半导体微电子工业继续高速发展的关键技术。经对现有技术文献的检索发现，董涛等在“电子芯片冷却用微管道散热器的换热性能分析”(《电子学报》，2003.31(5)，737-741)一文中提到，该散热器是通过LIGA(一种软X射线深层光刻电铸成形的微制造方法)技术加工形成微喷流、微喷雾或微热管冷却的一种微型散热系统。但该种微型散热器所需加工设备昂贵，工艺极为复杂，制作成本难于接受，实际应用受到了极大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种半导体器件微型散热器，使其可直接附着在被散热体或器件的表面，有机地将散热器与被散热体融为一体，从而使其散热效率大幅提高。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术由一层或一层以上的金属层构成，所述的金属层包括单金属层或合金层，所述的单金属是Cu、Ni、Co、Fe、Sn、Cr、Al、Ag、Au、Pd、Pt中的一种，所述的合金由上述任意两种或两种以上单金属构成，所述的单金属层或合金层至少有一层为微纳米针状晶布阵结构，如果是一层以上的金属层，则金属层之间金属键结合。所述的微纳米针状晶布阵结构是指在金属表面具有微纳米尺度的纵向针状晶有序阵列。所述的针状晶，其高度为0.05-50微米，底部直径为0.05-30微米，在此范围内，均可产生良好的散热效果。本专利技术采用直接在被散热体上形成微纳米尺度的金属针状晶布阵的微型散热结构主要是基于它具有以下特殊的散热效果首先，这种特殊的金属针状布阵结构具有极大的微观表面积，可以增加热交换面积，提高散热效率。其次，在微纳米尺度下的高密度针状晶布阵结构，其性质与大体块材料相比发生了很大的变化，它已经不具有金属光泽，类似一个完全黑体，具有很强的光辐射能力，热量可以通过形成的远红外光的辐射来完成，而不需要其它强制散热系统。另外，该金属微纳米针状晶布阵结构可以直接在被散热体上形成，既可以减小散热器的尺寸，又缩短了传热距离，避免被散热体与散热器间因传热不畅而导致的散热不良。本专利技术之所以不仅仅局限于使用单层构造，是考虑到了一些具体应用情况，如当金属微纳米针状晶布阵结构硬度和强度较低，易伤损，或表面容易发生氧化、而影响散热效果时，在其表面镀覆一层贵金属，或高硬度铬，可起到保护作用。再如当遇到被散热体与金属针状晶布阵结构的结合强度较低、或金属间易相互扩散等情况下，可在两者之间引入中间过渡层解决上述问题。本专利技术之所以选择高度为0.05-50微米，底部直径为0.05-30微米的针状晶布阵结构是因为在此范围内，光辐射能力，比表面积等综合散热效果最佳。与微管道散热器等现有散热器相比，本专利技术的优点在于该散热器结构简单、体积小、散热效果好，通过较简单的化学、电化学或物理沉积方法容易获得，并可直接敷着在被散热体上，且制造成本低，使应用范围广。经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。具体实施例方式实施例1本专利技术由一层单金属层构成，单金属层为Cu金属层，所述的Cu金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度0.05-0.4微米，底部直径0.05-0.2微米，经测定该散热器的散热效果高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例2本专利技术由两层单金属构成，最底层是Cu金属层，在Cu金属层之上是Ni金属层，两金属层之间为金属键结合，所述的Ni金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度0.05-0.4微米，底部直径0.05-0.2微米，经测定该散热器的散热效果高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例3本专利技术由两层单金属构成，最底层是Ni金属层，在Ni金属层之上是Au金属层，两金属层之间为金属键结合，所述的Ni金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度0.4-0.8微米，底部直径为0.1-0.3微米，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例4本专利技术由两层单金属构成，最底层是Cu金属层，在Cu金属层之上是Ag金属层，两金属层之间为金属键结合，所述的Cu金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度2-7微米，底部直径为0.8-2微米，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例5本专利技术由两层单金属构成，最底层是Ni金属层，在Ni金属层之上是Al金属层，两金属层之间为金属键结合，所述的Ni金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度10-14微米，底部直径为2-7微米，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例6本专利技术由一层合金和一层单金属构成，最底层是Ni-Co合金层，在Ni-Co合金层之上是Au金属层，两金属层之间为金属键结合，所述的Ni-Co金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度20-27微米，底部直径为5-10微米，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例7本专利技术由两层合金构成，最底层是Ni-Co合金层，在Ni-Co合金层之上是Au-Ag合金层，两金属层之间为金属键结合，所述的Ni-Co金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度30-40微米，底部直径为9-17微米，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。实施例8本专利技术由三层单金属构成，最底层是Ni金属层，在Ni金属层之上是Pd金属层，在Pd金属层之上是Au金属层，相邻两层金属层之间为金属键结合，所述的Pd金属层为微纳米针状晶布阵结构。所述的针状晶，其高度35-50微米，底部直径为18-30微米，经测定该散热器的散热效果远远高于通常粘贴于芯片背面的铜平板散热片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件微型散热器，由一层或一层以上的金属层构成，其特征在于，所述的金属层包括单金属层或合金层，所述的单金属是Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ中的一种，所述的合金由上述任意两种或两种以上单金属构成，所述的单金属层或合金层至少有一层为微纳米针状晶布阵结构，如果是一层以上的金属层，则金属层之间金属键结合。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件微型散热器，由一层或一层以上的金属层构成，其特征在于，所述的金属层包括单金属层或合金层，所述的单金属是Cu、Ni、Co、Fe、Sn、Cr、Al、Ag、Au、Pd、Pt中的一种，所述的合金由上述任意两种或两种以上单金属构成，所述的单金属层或合金层至少有一层为微纳米针状晶布阵结构，如果是一层以上的金属层，则金属层之间金属键...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，凌惠琴，汪红，毛大立，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]