制造电子设备冷却系统的方法技术方案

一种制造电子设备冷却系统的方法，包括在基板（１２）的内表面上形成导热层（８８）和激光烧蚀导热层（８８）以形成微通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及一种用于电子设备的冷却系统，且尤其涉及一种用于制造在设备冷却系统中流体循环的微通道的处理。
技术介绍
高密度功率电子装置的发展已经使其越来越难以制造有效的冷却系统。通过能够散热达500W/cm2的当前硅基功率装置，需要一种改善的热控制方案。自然和强制通风冷却方案仅能处理达约1W/cm2的热通量。常规液体冷却板能够实现20W/cm2量级的热通量。然而，微通道冷却技术已经表现出极大地增强冷却性能的能力，在约1000W/cm2量级上。在某些提出的结构中，在通过其循环冷却剂流体以分散由设备产生的热的功率设备的相反侧上制造微通道。冷却的效率取决于通道的宽度和均匀性。在某些限制中，例如，较窄的通道易于更好地散热，这是由于其与冷却剂流体较好的接触。然而，在较窄通道中增加的热传递通常由横跨通道的增加的压力损失补偿，其会导致在强制冷却流体通过该系统方面的挑战。另一限制是微通道的非均匀性，这会导致会不利地影响功率设备性能的过热点，甚至会导致设备的击穿。硅是通常使用的用于微通道制造的材料。然而，由具有导热性比硅高的材料制成的通道显示出较好的效率，这是由于其较好的热传输热性。而且，虽然已经提出并测试这种结构，但是仍然缺乏用于其制造的有效率且经济的方法。现有技术中没有进行足够简单可靠地制造均匀微通道的迫切需要。因此，对于制造具有较窄通道宽度和较好均匀性的通道，需要改进当前的技术。尤其，存在以有效、低成本方式制造这种设备的需要。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及到这个和其它需要。在一个实施例中，包括在基板的内部表面上形成导热层和激光烧蚀导热层以形成多个微通道。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更容易理解，其中在附图中，相同的字符表示相同的部件。图1示出了根据本专利技术方面制造的功率设备的示范性冷却系统；图2是具有图1中示出的功率设备的冷却系统的剖面图；图3-9示出了根据电镀技术用于在图1和2中所示类型设备的微通道制造步骤；图10-12示出了根据图3-9实施例变形的微通道制造步骤；图13是描述根据图3-9的实施例制造微通道方法的流程图；图14-20示出了根据图10-12的微通道制造步骤；图21是根据该方法另一变形制造微通道方法的流程图；图22-26示出了根据激光烧蚀技术的微通道形成的制造步骤；和图27是根据图22-26实施例制造微通道方法的流程图。具体实施例方式图1是用于设备如功率电子设备的电子电路组件10的示意性表示。电路组件10包括衬底12。衬底12可包括通常用在功率电子设备中的半导体如硅、金钢砂、氧化铝、氮化铝、氮化镓或其组合。设备14安装成接近基板12的表面，如图1中所示。图描述了安装到基板12上的六个这种设备14。如本领域技术人员将理解的，可将任意数量的设备或者甚至是单个设备安装到基板上。相似地，可将任意所需设备、尤其是在需要抽出或散热的操作期间产生足够热的设备安装到基板上。这种设备可包括例如固态转换设备。而且，系统10包括设置在基板12相对表面上的传导层16。传导层16可包括任意适合的导热材料如铜。传导层可用作设备14和冷却系统之间的散热界面，这是由于其增强的热传输特性。将热交换层18设置在传导层16上。热交换层18包括用于流动冷却剂的微通道22。合适的冷却剂包括油、水、乙二醇、航空燃料或其组合。应当注意，可使用液体或气体冷却剂，且本专利技术并非意指限于任一个或任意特定的冷却介质。支管20贴附到热交换层18。支管20进一步包括充料室24，用于将冷却剂导向至微通道，和排料室26以从微通道排除冷却剂。支管结构的详细结构在图2中示出。图2是图1中示出的电路组件10的剖面图。其上安装了设备14的基板10的表面表示为外部表面28，其上形成了传导层16的相对侧表示为内部表面30。热交换层18设置在传导层16上，且在热交换层18中形成微通道22。微通道22从传导层16延伸到支管20。支管20具有在面对微通道22的表面上形成的两组通道32和34。充料室24通过通道组32将冷却剂引入到微通道22中，另外其也称为进料支管。出料室26通过通道组34将冷却剂从微通道22排除，且这些通道称作出料支管。以下将描述微通道22的制造。图3-9示出了根据一个实施例的微通道22的制造步骤。如图3中所示，提供具有内部表面30的基板22。基板12可以是半导体，且在这种情况下其由金钢砂制成。传导层16设置在基板12上。使用沉积技术如电镀形成传导层。在该实施例中，传导层的厚度小于约300微米。而且，传导层16由具有良好导热性的材料如铜制成。可以使用的其它材料包括金和银。然后将牺牲层36设置在传导层16上，如图4中所示。在该实例中，牺牲层36由硅制成，尽管可使用其他材料。在示出的实施例中，所形成的牺牲层36厚度小于约400微米。应当注意，牺牲层36的厚度可根据所需微通道的深度而变化。图5描述了在图4的牺牲层36中的通道形成。在所示出的实施例中，由参考数字38表示沟槽，且参考数字40表示通道肋。通道通过使用蚀刻剂蚀刻牺牲层36来形成。例如，氢氧化钾溶液是用于由硅制成的牺牲层的蚀刻剂。氢氧化钾优先蚀刻硅，同时不影响下部传导层16。在蚀刻之前，在一个实例中，可形成肋的区域可以被掩蔽，并然后将氢氧化钾溶液用于去除暴露到氢氧化钾溶液的硅区。而且，继续暴露到氢氧化钾溶液直到达到传导层16。形成如图中所描述的垂直通道。通道的沟槽38具有与所形成的牺牲层36的厚度相关的深度。在本实施例中，沟槽38具有小于约400微米的深度。在特定实例中，沟槽38具有从约300微米到约400微米的深度。形成通道导致肋40具有小于约200微米的宽度。在特定实施例中，肋40具有约100微米到约200微米的宽度。如本领域技术人员所理解的，肋宽度取决于蚀刻技术的固有限制，例如所使用的掩模的限制。在于牺牲层中形成通道之后，进行电镀，如图6中所示。在一个实例中，可通过电镀术进行电镀。电镀基本上覆盖通道，并形成了如所示出的电镀材料上部层46。在该实施例中，电镀材料包括导热材料如铜、银、金或其合金。在所示出的实例中，使用铜。去除在通道肋40上方形成的电镀材料的上部层46以暴露出牺牲层36，如图7中所示。可通过研磨去除电镀材料。可进行研磨以使电镀材料的顶部表面和肋40都位于相同平面上以暴露出牺牲层36。图8示出了在牺牲层36中的微通道形成。使用氢氧化钾溶液蚀刻由硅制成的暴露出的牺牲层36。氢氧化钾溶液蚀刻硅，而用于电镀的形成传导肋44的铜保留。在先前为硅的传导肋之间的区域形成了微通道22。在微通道22的宽度和高度的纵横比方面对微通道进行限定。对于冷却系统，希望其具有尽可能高的纵横比。微通道22的宽度按照肋40的宽度，且小于约200微米。在具体实施例中，微通道具有从约100微米到约200微米的宽度。微通道为约400微米深。在特定实例中，微通道的深度可从约300微米到约400微米变化。基于微通道的宽度和深度，微通道的纵横比在从约1∶2到约1∶3的范围内。图9示出了在冷却系统中支管20和设备14的附加物。在形成微通道之后，将支管20贴附到其间形成了微通道的导热肋44上。而且，已经贴附到基板12外部表面上的设备由参考数字14表示。事实上，可将单个设备或多个设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造电子设备冷却系统的方法，包括：　　　　在基板（１２）的内表面上形成导热层（８８）；和　　　　激光烧蚀导热层（８８）以形成多个微通道。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KM杜罗彻，SJ古德文，EW巴尔克，CJ卡普斯塔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]