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超亲纳米结构层、气液分离膜层和流道结构层，当半导体芯片的热量传输到超亲纳米结构层后，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层有效限制气泡和超亲微纳米结构层的表面的接触面积，减小气泡附着力，利用气液分离膜层的超疏水部分实现将气泡中的气体快速排出，防止液膜中的液体溢出，实现气液分离强化，利用气液分离膜层的超亲水部分限制气泡在气液分离膜层的吸附扩张，降低液膜补液阻力，进而避免液膜干涸断裂，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。相变冷却结构能够满足半导体芯片的散热需求。相变冷却结构能够满足半导体芯片的散热需求。

【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超亲纳米结构层、气液分离膜层和流道结构层；
[0008]所述气液分离膜层靠近所述超亲纳米结构层的一侧表面包括超疏水部分和超亲水部分，所述超亲水部分包围所述超疏水部分，所述流道结构层包括进液通道和气体排出通道；
[0009]液体通过所述流道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，在所述超亲纳米结构层和所述气液分离膜层之间形成液膜，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，所述超疏水部分的形状为多边形、椭圆形或圆形。
[0011]可选地，所述超亲水部分包括超亲水涂层，所述超疏水部分包括超疏水涂层。
[0012]可选地，所述气液分离膜层包括纳米孔道结构，所述纳米孔道结构远离所述超亲纳米结构层的一侧表面以及所述纳米孔道结构的侧壁覆盖有超疏水涂层。
[0013]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的制造方法，包括：
[0014]在第一衬底上形成超亲纳米结构层；
[0015]在第二衬底上形成气液分离膜层，所述气液分离膜层的一侧表面包括超疏水部分和超亲水部分，所述超亲水部分包围所述超疏水部分；
[0016]在第三衬底上形成流道结构层；
[0017]结合所述超亲纳米结构层、所述气液分离膜层和所述流道结构层。
[0018]可选地，所述在第一衬底上形成超亲纳米结构层包括：
[0019]在第一衬底上生长超亲水涂层；
[0020]对所述超亲水涂层进行刻蚀形成超亲纳米结构层。
[0021]可选地，所述在第二衬底上形成气液分离膜层包括：
[0022]在第二衬底上生长超亲水涂层；
[0023]刻蚀所述超亲水涂层和所述第二衬底，形成纳米孔道结构；
[0024]在所述纳米孔道结构的超疏水部分形成超疏水涂层，所述超疏水部分被超亲水部分包围，所述超亲水部分包括所述超亲水涂层。
[0025]可选地，所述在所述纳米孔道结构的超疏水部分形成超疏水涂层包括：
[0026]在所述纳米孔道结构的超亲水部分形成保护层，以暴露所述超疏水部分；
[0027]在所述超疏水部分形成超疏水涂层；
[0028]去除所述保护层。
[0029]可选地，在刻蚀所述超亲水涂层之前，所述方法还包括：
[0030]在所述超亲水涂层上形成图案化的光刻胶；
[0031]所述刻蚀所述超亲水涂层和所述第二衬底，形成纳米孔道结构包括：
[0032]利用所述图案化的光刻胶，刻蚀所述超亲水涂层和所述第二衬底，形成纳米孔道结构；
[0033]在所述纳米孔道结构的超疏水部分形成超疏水涂层之前，所述方法还包括：
[0034]以所述光刻胶为掩蔽，在所述纳米孔道结构的侧壁形成超疏水涂层；
[0035]去除所述光刻胶。
[0036]可选地，所述方法还包括：
[0037]刻蚀去除部分所述纳米孔道结构，形成所述气液分离膜层的进液通道。
[0038]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超亲纳米结构层、气液分离膜层和流道结构层，气液分离膜层靠近超亲纳米结构层的一侧表面包括超疏水部分和超亲水部分，超亲水部分包围超疏水部分，流道结构层包括进液通道和气体排出通道，液体通过流道结构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，在超亲纳米结构层和气液分离膜层之间形成液膜，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超亲纳米结构层后，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层有效限制气泡和超亲微纳米结构层的表面的接触面积，减小气泡附着力，利用气液分离膜层的超疏水部分实现将气泡中的气体快速排出，以及防止液膜中的液体溢出，实现气液分离强化的目的，利用气液分离膜层的超亲水部分限制气泡在气液分离膜层的吸附扩张，降低液膜补液阻力，进而避免液膜干涸断裂，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
[0039]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。
[0040]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截面结
构示意图；
[0041]图2示出了本申请实施例提供的一种气液分离膜层的俯视结构示意图；
[0042]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制造方法的流程示意图；
[0043]图4
‑
图11示出了本申请实施例提供的一种制造气液分离膜层的结构示意图。
具体实施方式
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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。...

【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超亲纳米结构层、气液分离膜层和流道结构层；所述气液分离膜层靠近所述超亲纳米结构层的一侧表面包括超疏水部分和超亲水部分，所述超亲水部分包围所述超疏水部分，所述流道结构层包括进液通道和气体排出通道；液体通过所述流道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，在所述超亲纳米结构层和所述气液分离膜层之间形成液膜，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，所述超疏水部分的形状为多边形、椭圆形或圆形。3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述超亲水部分包括超亲水涂层，所述超疏水部分包括超疏水涂层。4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述气液分离膜层包括纳米孔道结构，所述纳米孔道结构远离所述超亲纳米结构层的一侧表面以及所述纳米孔道结构的侧壁覆盖有超疏水涂层。5.一种受限薄液膜核态沸腾相变冷却结构的制造方法，其特征在于，包括：在第一衬底上形成超亲纳米结构层；在第二衬底上形成气液分离膜层，所述气液分离膜层的一侧表面包括超疏水部分和超亲水部分，所述超亲水部分包围所述超疏水部分；在第三衬底上形成流道结构层；结合所述超亲纳米结构层、所述气液分离膜层和所述流道结构层。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述在...

【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：