一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构及其制造方法技术

本申请实施例提供了一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构及其制造方法，包括依次层叠设置的流道层、超疏滤膜层和工质进出结构层，当半导体芯片的热量传输到流道层后，液膜开始沸腾并进行相变产生气泡，利用对液体具有超亲性的超亲微纳米结构实现对于沸腾气化核心的近位补液，并且有效限制气泡和超亲微纳米结构的表面的接触面积，减小气泡附着力，利用超疏滤膜层实现将气泡中的气体快速排出，并且同时防止液膜中的液体溢出，实现气液分离强化的目的，由此可见，本申请实施例提供的受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构能够满足半导体芯片的散热需求。散热需求。散热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着半导体等相关技术的快速发展，针对半导体芯片进行散热的需求也越来越大。
[0003]薄液膜核态沸腾传热技术可以借助泵辅助手段，在很薄的液膜内形成具有流动沸腾特点的新型相变传热机制，故而产生了极高的传热效率，是未来解决超高热流密度散热问题的重要途径。
[0004]因此存在针对半导体芯片进行散热的薄液膜核态沸腾相变冷却结构的需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构及其制造方法，能够满足对半导体芯片的散热的需求。
[0006]为实现上述目的，本申请有如下技术方案：
[0007]本申请实施例提供了一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，包括依次层叠设置的流道层、超疏滤膜层和工质进出结构层；
[0008]所述流道层包括超亲微纳米结构，所述工质进出结构层包括进液通道和气体排出通道；
[0009]液体通过所述工质进出结构层的进液通道进入所述受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，在所述超亲微纳米结构和所述超疏滤膜层之间形成液膜，所述液膜相变产生的气体利用所述气体排出通道进行排出。
[0010]可选地，所述流道层、所述超疏滤膜层和所述工质进出结构层的材料包括硅。
[0011]可选地，还包括金属歧管结构，所述金属歧管结构包括进液口和气体工质排出口；
[0012]所述液体利用所述进液口进入所述受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，所述液膜相变产生的气体利用所述气体工质排出口进行排出。
[0013]可选地，所述液体充满所述超亲微纳米结构和所述超疏滤膜层之间的间隙。
[0014]可选地，所述液膜的厚度范围为50
‑
200微米。
[0015]可选地，所述超疏滤膜层包括纳米孔道结构和覆盖所述纳米孔道结构的超疏水纳米涂层。
[0016]可选地，所述超亲微纳米结构包括微通道结构和覆盖所述微通道结构的超亲水涂层。
[0017]本申请实施例还提供一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构的制造方法，包括：
[0018]在第一衬底上形成流道层；
[0019]在第二衬底上形成超疏滤膜层；
[0020]在第三衬底上形成工质进出结构层；
[0021]结合所述流道层、所述超疏滤膜层和所述工质进出结构层。
[0022]可选地，所述在第一衬底上形成流道层包括：
[0023]对第一衬底进行刻蚀形成微通道结构；
[0024]在所述微通道结构上生长超亲水涂层。
[0025]可选地，所述在第二衬底上形成超疏滤膜层包括：
[0026]对第二衬底进行刻蚀形成贯穿所述第二衬底的纳米孔道；
[0027]在所述纳米孔道上形成超疏水纳米涂层。
[0028]本申请实施例提供了一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，包括依次层叠设置的流道层、超疏滤膜层和工质进出结构层，流道层包括超亲微纳米结构，对液体具有超亲性，工质进出结构层包括进液通道和气体排出通道，液体通过工质进出结构层的进液通道进入受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，在超亲微纳米结构和超疏滤膜层之间形成液膜，液膜相变产生的气体利用气体排出通道进行排出，也就是说，当半导体芯片的热量传输到流道层后，液膜开始沸腾并进行相变产生气泡，利用对液体具有超亲性的超亲微纳米结构实现对于沸腾气化核心的近位补液，并且有效限制气泡和超亲微纳米结构的表面的接触面积，减小气泡附着力，利用超疏滤膜层实现将气泡中的气体快速排出，并且同时防止液膜中的液体溢出，实现气液分离强化的目的，由此可见，本申请实施例提供的受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构能够满足半导体芯片的散热需求。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0030]图1示出了本申请实施例提供的一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构的三维示意图；
[0031]图2示出了本申请实施例提供的一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构的结构示意图；
[0032]图3示出了本申请实施例提供的一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构的截面结构示意图；
[0033]图4示出了本申请实施例提供的一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
[0034]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件
结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0036]随着半导体等相关技术的快速发展，针对半导体芯片进行散热的需求也越来越大。
[0037]薄液膜核态沸腾传热技术由美国加州大学Renkun Chen在2018年提出。薄液膜核态沸腾传热技术可以借助泵辅助手段，在很薄的液膜内形成具有流动沸腾特点的新型相变传热机制，故而产生了极高的传热效率，是未来解决超高热流密度散热问题的重要途径。
[0038]然而，当液膜减薄时，有效浮力及惯性力相对缺失，致使沸腾气泡难以脱离，滞留的气泡爆裂会产生高强度射流冲击，极易造成沸腾表面局部干涸，严重降低相变传热效率。随后，美国佛罗里达大学Saeed Moghaddam等人采用铜材料，将液膜限制在固定区域，形成受限薄液膜核态沸腾相变传热机制，同时强化气液分离，临界热流密度可超过1000W/cm2。但是上述结构不适用于半导体芯片封装散热领域。
[0039]因此存在针对半导体芯片进行散热的薄液膜核态沸腾相变冷却结构的需求。
[0040]基于此，本申请实施例提供了一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，包括依次层叠设置的流道层、超疏滤膜层和工质进出结构层，流道层包括超亲微纳米结构，对液体具有超亲性，工质进出结构层包括进液通道和气体排出通道，液体通过工质进出结构层的进液通道进入受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，在超亲微纳米结构和超疏滤膜层之间形成液膜，液膜相变产生的气体利用气体排出通道进行排出，也就是说，当半导体芯片的热量传输到流道层后，液膜开始沸腾并进行相变产生气泡，利用对液体具有超亲性的超亲微纳米结构实现对于沸腾气化核心的近位补液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，其特征在于，包括依次层叠设置的流道层、超疏滤膜层和工质进出结构层；所述流道层包括超亲微纳米结构，所述工质进出结构层包括进液通道和气体排出通道；液体通过所述工质进出结构层的进液通道进入所述受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，在所述超亲微纳米结构和所述超疏滤膜层之间形成液膜，所述液膜相变产生的气体利用所述气体排出通道进行排出。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述流道层、所述超疏滤膜层和所述工质进出结构层的材料包括硅。3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括金属歧管结构，所述金属歧管结构包括进液口和气体工质排出口；所述液体利用所述进液口进入所述受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构，所述液膜相变产生的气体利用所述气体工质排出口进行排出。4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述液体充满所述超亲微纳米结构和所述超疏滤膜层之间的间隙。5.根据权利要求1所述的结构，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：付融，陈钏，曹立强，王启东，李君，苏梅英，
申请(专利权)人：北方集成电路技术创新中心北京有限公司，
类型：发明
国别省市：