【技术实现步骤摘要】
本申请属于半导体芯片及集成电路封装散热，具体涉及一种用于3d-ic的微通道相变散热装置。
技术介绍
1、戈登·摩尔在1965年提出的“摩尔定律”长期指导着半导体行业的发展。据此定律，芯片的性能通常会在相同面积上不断提升，而成本则会相对降低。现如今“摩尔定律”逐渐放缓，半导体工艺制程难以再从3nm实现突破，此时先进的封装技术可以进一步提高芯片性能。以高带宽存储器(hbm，high bandwidth memory)为例，采用3d封装时的传输速率相比于平面封装可提升3.57倍，显存带宽可提高32倍，同时拥有更低的工作电压、更小的时钟速度、更低的功耗和更强的效能。国产半导体行业的发展亟需先进封装技术的支持。
2、3d-ic的全称是三维集成电路(three-dimensional integrated circuit)，不同于传统的平面封装(二维封装)技术，3d-ic可以将多个集成电路垂直堆叠在一起，从而在同一芯片内部实现更高的集成度和更卓越的性能。3d-ic技术的实现主要依赖tsv工艺(through-silicon via)，也称“穿透硅通孔”工艺,该工艺可以在集成电路所依托的硅基体上制作形成垂直的导通孔道，以实现在不同层的芯片之间进行连接，以传输能量和信号等。该技术可以减少电路路径长度，大幅提升芯片之间的通信速度，并能够在更小的空间内实现更多的功能。
3、当前3d-ic技术除了在hbm中广泛使用外，还常见于图像处理器(cis，cmos imagesensor)中，但是在中央处理器(cpu，central p
4、现如今3d-ic在热管理领域的突破已成为全球备受关注的领域技术之一。将高性能芯片进行3d封装后，工作运行中所带来的局部超高热点、温度梯度过大等热管理问题亟待解决。因此，亟需一种可以最大程度地解决上述不足的适用于3d-ic的新型散热装置。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本申请提供了一种用于3d-ic的微通道相变散热装置。
2、本申请公开了一种用于3d-ic的微通道相变散热装置，包括：
3、外壳体，其内部形成有容纳腔，顶部具有与所述容纳腔连通的开口；
4、多个散热模块，由上至下依次层叠固定设置所述外壳体的容纳腔内，并在所述容纳腔的相对的两侧分隔出第一腔室和第二腔室，其中，每个所述散热模块包括由上至下依次层叠设置的芯片器件层、beol层、陶瓷基导热层以及石墨烯基体层，所述石墨烯基体层内部开设有多个相互平行的微通道且所述微通道的两侧开口分别与所述第一腔室和第二腔室连通，另外，在相邻两个所述微通道之间的所述石墨烯基体层内部设置有多个层间通信柱；
5、过冷液导入槽，其内部形成有内腔，顶部和底部分别具有与该内腔连通的过冷液流入口和过冷液流出口，所述过冷液导入槽以过冷液流出口朝下的方式密封扣设在所述外壳体顶部的具有所述第一腔室的一侧，并使得所述过冷液流出口与所述第一腔室连通；
6、过热蒸汽导出槽，其内部形成有内腔，顶部和底部分别具有与该内腔连通的过热蒸汽流出口和过热蒸汽流入口，所述过热蒸汽导出槽以过热蒸汽流入口朝下的方式密封扣设在所述外壳体顶部的具有所述第二腔室的一侧，并使得所述过热蒸汽流入口与所述第二腔室连通。
7、根据本申请的至少一个实施方式，在所述过冷液导入槽和过热蒸汽导出槽的内腔中分别设置有导流板，所述导流板的底面与最顶部所述散热模块的顶面平行贴合，而所述导流板的顶面具有一定坡度，其中：
8、在所述过冷液导入槽内腔中的导流板的坡谷位于靠近所述第一腔室的一侧，且未对所述过冷液流出口与所述第一腔室的连通通道造成阻挡，另外，所述导流板的最大高度小于所述过冷液导入槽的内腔高度，所述过冷液流入口的沿垂直于所述导流板底面的投影中的至少80％位于所述导流板的顶面上；
9、在所述过热蒸汽导出槽内腔中的导流板的坡谷位于靠近所述第二腔室的一侧，且未对所述过热蒸汽流入口与所述第二腔室的连通通道造成阻挡，另外，所述导流板的最大高度小于所述过热蒸汽导出槽的内腔高度，所述过热蒸汽流出口的沿垂直于所述导流板底面的投影中的至少80％位于所述导流板的顶面上。
10、根据本申请的至少一个实施方式，所述导流板顶面的坡度为5°～85°。
11、根据本申请的至少一个实施方式，最顶部的所述散热模块的芯片器件层的顶面，与所述外壳体的顶面齐平；
12、所述用于3d-ic的微通道相变散热装置还包括：
13、盖板，其固定设置在两个所述导流板的底面与最顶部所述散热模块的芯片器件层的顶面之间，另外，所述盖板的外轮廓形状与最顶部所述散热模块的顶面形状相同；
14、两个密封框，分别位于所述过冷液流出口与第一腔室的连通处以及所述过热蒸汽流入口与第二腔室的连通处，使得所述过冷液导入槽的底部与所述外壳体的顶部实现密封连接，以及使得所述过热蒸汽导出槽的底部与所述外壳体的顶部实现密封连接，另外，每个所述导流板的坡谷与对应侧的所述密封框的内侧面相齐平。
15、根据本申请的至少一个实施方式，在每个所述散热模块的微通道的两侧开口端部位置处，分别固定贴合有一块侧封板，且所述侧封板上开设有多个与对应侧微通道的开口相适配的通孔。
16、根据本申请的至少一个实施方式，所述外壳体、过冷液导入槽、过热蒸汽导出槽、导流板、盖板以及侧封板均采用石墨烯材料制成。
17、根据本申请的至少一个实施方式，所述石墨烯材料的导热系数为5300w/(m·k)；所述密封框采用内部填充银颗粒的耐高温橡胶构成，所述银颗粒的热导率大于420w/(m·k)；所述微通道内壁的粗糙度小于10nm。
18、根据本申请的至少一个实施方式，所述外壳体、过冷液导入槽以及过热蒸汽导出槽均为矩形壳体结构，其中：
19、所述过冷液流入口和过热蒸汽流出口均为圆形开口；
20、所述第一腔室和第二腔室为矩形内腔；
21、所述盖板为矩形板；
22、两个所述密封框为矩形框，其内环面积等于对应侧的所述第一腔室或第二腔室的沿水平方向的截面面积；
23、所述导流板的底面呈矩形，该矩形的沿所述微通道延伸方向的宽度小于在该方向的盖板的宽度的一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，在所述过冷液导入槽(1)和过热蒸汽导出槽(7)的内腔中分别设置有导流板(10)，所述导流板(10)的底面与最顶部所述散热模块的顶面平行贴合，而所述导流板(10)的顶面具有一定坡度，其中：
3.根据权利要求2所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，所述导流板(10)顶面的坡度为5°～85°。
4.根据权利要求2所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，最顶部的所述散热模块的芯片器件层(11)的顶面，与所述外壳体(4)的顶面齐平；
5.根据权利要求4所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，在每个所述散热模块的微通道(9)的两侧开口端部位置处，分别固定贴合有一块侧封板(8)，且所述侧封板(8)上开设有多个与对应侧微通道(9)的开口相适配的通孔。
6.根据权利要求5所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，所述外壳体(4)、过冷液导入槽(1)、
7.根据权利要求6所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，所述石墨烯材料的导热系数为5300W/(m·K)；所述密封框(3)采用内部填充银颗粒的耐高温橡胶构成，所述银颗粒的热导率大于420W/(m·K)；所述微通道(9)内壁的粗糙度小于10nm。
8.根据权利要求6所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，所述外壳体(4)、过冷液导入槽(1)以及过热蒸汽导出槽(7)均为矩形壳体结构，其中：
9.根据权利要求1所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，在每个所述层间通信柱(15)与石墨烯基体(14)之间设置有薄膜，所述薄膜至少由聚合物基粘合剂、表面处理剂构成。
10.根据权利要求1所述的用于3D-IC的微通道相变散热装置，其特征在于，所述第一腔室(41)与所述第二腔室(42)的体积相同，且二者体积之和是所述外壳体(4)容纳腔体积的30％～80％。
...【技术特征摘要】
1.一种用于3d-ic的微通道相变散热装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于3d-ic的微通道相变散热装置，其特征在于，在所述过冷液导入槽(1)和过热蒸汽导出槽(7)的内腔中分别设置有导流板(10)，所述导流板(10)的底面与最顶部所述散热模块的顶面平行贴合，而所述导流板(10)的顶面具有一定坡度，其中：
3.根据权利要求2所述的用于3d-ic的微通道相变散热装置，其特征在于，所述导流板(10)顶面的坡度为5°～85°。
4.根据权利要求2所述的用于3d-ic的微通道相变散热装置，其特征在于，最顶部的所述散热模块的芯片器件层(11)的顶面，与所述外壳体(4)的顶面齐平；
5.根据权利要求4所述的用于3d-ic的微通道相变散热装置，其特征在于，在每个所述散热模块的微通道(9)的两侧开口端部位置处，分别固定贴合有一块侧封板(8)，且所述侧封板(8)上开设有多个与对应侧微通道(9)的开口相适配的通孔。
6.根据权利要求5所述的用于3d-ic的微通道相变散热装置，其特征在于，所述外...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾敏，李秉乘，闫宏烨，何昱辰，张泽瀚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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