内嵌液冷散热板

本发明涉及集成电路，具体而言，涉及一种内嵌液冷散热板。

背景技术：

1、随着集成电路产业的快速发展，芯片内晶体管集成密度(超1.8亿晶体管/mm2)快速提升，导致芯片内晶体管栅区漏电流引起的热积累效应日益显著。而芯片的工作可靠性对温度极为敏感，在安全工作温度基础上每增加1℃，其可靠性就会下降5％左右。

2、集成电路芯片封装结构中的散热途径主要是通过热界面材料将芯片栅区狭小面积内所产生的局部高热量扩散传递到基板，再传递到管壳，继而通过管壳外的风冷、水冷、薄膜蒸发、微喷等热管理技术将热量耗散到大气中。然而，受限于风冷传热系数较低(20-100w/(m2·k))，风冷需要通过提高接触面积实现提高气固换热效能，导致其散热结构微型化困难；水的低沸点、化学性质活泼、高介电常数等物性，导致水冷的可靠性较低；薄膜蒸发和微喷等技术虽然换热系数较高，但实现结构相对复杂，加工成本高昂。

3、基于此，现有技术中提出了近结散热概念，即将各种散热结构微型化内嵌于电子芯片封装结构内，利用内嵌散热结构将液冷工质逼近(间距小于100μm)电子芯片发热栅区，实现对结温的精确调控。对于现有技术中的内嵌散热结构，其常见的内嵌液冷工质包括水、乙醇、fc770和镓基液态金属等；其常见的匀温板的材料包括铜。

4、然而，由于水、乙醇和fc770具有低沸点和低粘度的物性，均无法全面满足内嵌型腔液冷工质灌封工艺的工艺兼容性考验(内嵌型腔液冷工质灌封工艺必须承受微系统封装工艺(200-400℃)、运行环境(-65-150℃)、返修工艺(100-200℃)等工程实际过程中的工艺兼容性考验)。例如，水虽然具有高汽化潜热(1718kj/kg)，在诸多主动和被动液冷散热研究中，两相流散热是一种提高液冷工质传质效能，弥补水低导热率(0.59w/(m·k))的手段，但是在狭小的内嵌液冷密闭型腔内水膜反复凝固/汽化/干涸将严峻挑战封装结构的可靠性。以及，虽然镓基液态金属具有高热导率和高工艺兼容性等优势，但其运动粘度高、表面张力大，在硅基板上的热滑移形态异常复杂，流动性较弱。并且，芯片可能与内嵌散热结构的铜片直接接触，从而导致电气问题(短路)和应力问题(机械应力和热应力)的产生，可能损坏芯片或铜片，甚至导致连接失效。

5、因此，亟需一种新的内嵌散热结构，以解决现有的内嵌散热结构的可靠性较差的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种内嵌液冷散热板，以解决现有技术中内嵌散热结构的可靠性较差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种内嵌液冷散热板，包括：基体；空腔结构，位于基体中；散热工质，位于空腔结构中，且散热工质包括液态金属和金刚石粉。

3、可选地，空腔结构具有相对的第一表面和第二表面，内嵌液冷散热板还包括：支撑柱，位于第一表面和第二表面之间。

4、可选地，支撑柱为多个，且多个支撑柱阵列排布。

5、可选地，内嵌液冷散热板还包括：铜片，位于内嵌液冷散热板的一侧表面。

6、可选地，基体包括层叠设置的第一基板和第二基板，空腔结构位于第一基板和第二基板之间。

7、可选地，第一基板具有凹槽，第二基板位于第一基板具有凹槽的一侧。

8、可选地，第一基板和第二基板均为硅基板。

9、可选地，基体通过将第一基板和第二基板采用硅-硅直接键合工艺键合得到。

10、可选地，金刚石粉包括纳米级金刚石粉。

11、可选地，空腔结构中填充有惰性气体。

12、应用本发明的技术方案，由于液态金属具有较低的粘度和较高的热导率，从而本申请的上述实施例将液态金属作为了上述内嵌液冷散热板的散热工质的其中一部分，提升了上述内嵌液冷散热板的散热性能。另外，由于液态金属具有较低的表面张力，金刚石粉具有相对液态金属较高的表面能，因此，液态金属在金刚石粉表面上的润湿性较差，从而在本申请的上述实施方式中，通过将金刚石粉作为上述内嵌液冷散热板的散热工质的另外一部分，利用金刚石粉与液态金属之间的低润湿性，使得上述液态金属在金刚石粉的作用下，能够在上述内嵌液冷散热板的空腔结构中具有较强的流动性。并且，由于金刚石是自然界中热导率最高的物质，常温下热导率可达2000w/(m·k)，从而通过加入上述金刚石粉，进一步提升了散热工质内部的热传递效果，增强了上述内嵌液冷散热板的匀温性能，提升了散热效率，解决了现有内嵌散热结构的可靠性较差的技术问题。

技术特征：

1.一种内嵌液冷散热板，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述空腔结构具有相对的第一表面和第二表面，所述内嵌液冷散热板还包括：

3.根据权利要求2所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述支撑柱为多个，且多个所述支撑柱阵列排布。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1至3中任一项所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述基体包括层叠设置的第一基板和第二基板，所述空腔结构位于所述第一基板和所述第二基板之间。

6.根据权利要求5所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述第一基板具有凹槽，所述第二基板位于所述第一基板具有所述凹槽的一侧。

7.根据权利要求5所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均为硅基板。

8.根据权利要求7所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述基体通过将所述第一基板和所述第二基板采用硅-硅直接键合工艺键合得到。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述金刚石粉包括纳米级金刚石粉。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的内嵌液冷散热板，其特征在于，所述空腔结构中填充有惰性气体。

技术总结本发明提供了一种内嵌液冷散热板，包括：基体；空腔结构，位于基体中；散热工质，位于空腔结构中，且散热工质包括液态金属和金刚石粉。通过本申请，提升了散热工质内部的热传递效果，增强了上述内嵌液冷散热板的匀温性能，提升了散热效率，解决了现有内嵌散热结构的可靠性较差的技术问题。技术研发人员：王振宇,王禹钦,宋德鑫受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6