[发明专利]一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置

说明书

本发明提供了一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置，解决了目前芯片功率大发热严重，散热装置散热效果不好，导致芯片无法正常工作的技术问题。一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置，该散热装置以芯片衬底为基底，在基底内设置有散热通道；所述散热通道包括流体入口、流体出口、N条入口微通道及N条出口微通道，N为大于2的整数；所述N条入口微通道与N条出口微通道依次间隔平行设置，且相邻的入口微通道与出口微通道之间均通过多条相互平行的支路微通道连通；液态金属作为冷却液，经流体入口流入各入口微通道内，再经各支路微通道流入各出口微通道内，最后通过流体出口流出，实现散热目的，液态金属通过微泵泵入。

技术领域

本发明涉及微电子散热技术领域，具体涉及一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置。

背景技术

随着科技的发展，集成电路已经从最初的微米级的尺寸降到如今的不到10纳米。更小的尺寸带来了更高的集成度，单个芯片上的晶体管的数量达到了百亿个。虽然更小的尺寸使单个晶体管的功耗得到降低，但无法消除晶体管数量急剧增长带来的总功率升高的现象。因此，目前芯片的功耗都普遍很高，发热问题日趋严重。

研究表明芯片温度每升高10℃，MOS电流驱动能力将下降约4％，互连延迟将会增加约5％，芯片在80℃时的失效率是40℃时失效率的7.5～32倍。因此，需要开发有效的散热结构来降低芯片的温度。

针对芯片的散热技术有很多，如风冷、水冷、热管冷却。这些冷却技术所需的冷却装置都是贴附在芯片封装外壳上，使得芯片中产生的热量到达散热器之前要先通过多种材料和界面传播，即芯片与散热装置之间阻隔较多，导致较大的热阻，散热效果不好。随着芯片的功率的不断提高，这些冷却技术已经很难满足高功率芯片的散热需求，需要能嵌入芯片内部的高效散热装置。

水是最常用的实现对流传热的工质，由于散热装置要嵌入芯片内部，装置的体积很小，水的散热效率有限难以满足需求，且水在高温下易蒸发，产生的水蒸气会对工作的芯片造成影响。

鉴于此，有必要设计一种新的芯片散热装置。

发明内容

本发明的目的在于解决目前芯片功率大发热严重，散热装置散热效果不好，导致芯片无法正常工作的技术问题，提供了一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置，其特殊之处在于：该该散热装置以芯片衬底为基底，在基底内设置有散热通道；

所述散热通道包括流体入口、流体出口、N条入口微通道及N条出口微通道，N为大于2的整数；

所述N条入口微通道与N条出口微通道依次间隔平行设置，且相邻的入口微通道与出口微通道之间均通过多条相互平行的支路微通道连通；

液态金属作为冷却液，经流体入口流入各入口微通道内，再经各支路微通道流入各出口微通道内，最后通过流体出口流出，实现散热目的，液态金属通过微泵泵入。

进一步地，为了便于加工，且是冷却液流动更加顺畅，所述流体入口与流体出口相互平行；所述N条入口微通道沿流体入口长度方向依次与流体入口垂直连通；所述N条出口微通道沿流体出口长度方向依次与流体出口垂直连通；所述各支路微通道与入口微通道和出口微通道垂直连通。

进一步地，所述各入口微通道和各出口微通道间的支路微通道依次贯通，构成M条平直行微通道，可降低加工难度。

进一步地，为了确保冷却液的流动速度稳定，且能散热更加均匀，所述流体入口与流体出口的长度及宽度均相等；所述入口微通道与出口微通道的长度及宽度均相等。

进一步地，所述支路微通道的宽度为20μm-300μm。

进一步地，相邻支路微通道之间通道壁的宽度与支路微通道的宽度相等。