具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，硅基微通道換熱器由硅基板和具有電流體動力微泵的氮化鋁頂板通過鍵合密封而成，所述的硅基板表面通過反應離子蝕刻法蝕刻出微溝槽，形成冷卻液丙酮的流動通道以及換熱的場所，所述氮化鋁頂板的電流體動力微泵通過激光雕刻、沉金或離子濺射、蒸鍍工藝制作。由于電流體動力微泵具有流動穩定、運行可靠、流量控制精確、能耗低等特點，且能夠與硅基微通道有效地集成到一體，有效的節省了微電子元器件內有限的空間，在微電子散熱領域具有廣闊的應用前景。
【專利說明】具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應用于微電子器件散熱的硅基微通道換熱器，特別涉及一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器。
【背景技術】
[0002]目前，隨著微電子科技的迅速進步，一方面電子元器件的特征尺寸越小越好，已從微米量級向亞微米量級發展，另一方面，器件的集成度自1959年以來每年以40%~50%高速度遞增，這直接導致了電子元器件功耗的不斷增大，單位面積熱流密度的顯著攀升。目
前高熱流器件的散熱功率已達lQeW/m2的量級，而下一代電子元器件的散熱將超過Ie7
W/m2。微電子器件的可靠性對溫度十分敏感，器件溫度在70°C~80°C水平上每增加1°C，其可靠性將下降5%，因此這些熱量需要及時排出以保證芯片的溫度處于所允許的范圍內，而現有的電子冷卻技術無法滿足現在電子器件所需的散熱功率。大功率電子芯片的散熱問題已經成為微電子行業發展的一個瓶頸，也是目前電子器件封裝和應用必須解決的核心問題。
[0003]1981年Tuhcemrna和Paees針對高熱流密度微電子冷卻問題，率先提出了微通道換熱器(Miocrhcnnaelheatsikns 或Mierohcnnaelheatexehnagers)。一般的娃基微通道換熱器結構是:在半導體硅的基片上蝕刻出微溝槽，用蓋板耦合構成冷卻液流動的微通道，微通道通過連接管與外界泵連接，形成強制循環回路。微流體流經微通道并以對流換熱的方式帶走微電子器件所產生 的熱量。由于微通道換熱器具有高效、優良的換熱性能，所以自其被提出至今三十多年以來，一直得到了國內外研究者的廣泛關注。
[0004]而與微通道換熱器連接的傳統泵具有體積大，功耗高，噪聲大，流量控制精度差等缺點，在微電子散熱領域表現出了嚴重的不適應性。
[0005]電流體動力微泵是一種通過液體工質中的離子在強電場作用下受到庫侖力而運動，從而間接帶動周圍的液體分子的運動，進而驅動液體工質流動的動力裝置，具有體積小、無運動部件、運行可靠、低耗、無需獨立空間，采用直流驅動(但并非全部)，不產生附加磁場，不會干擾電子元件工作等優點，表現出了良好的適應性，被認是解決微電子行業中高熱流器件的冷卻問題的一個突破，在微流體冷卻領域具有廣闊的應用前景。
[0006]基于以上有必要設計一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，既具有流動穩定、運行可靠、流量精確的主動式動力源來驅動液體的流動，又能有效的節約系統空間與能量消耗。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點，一方面提供一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，另一方面提供一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器制造方法。[0008]本實用新型提供的具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器采用如下技術方案:
[0009]具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，包括上下緊密貼合的頂板和硅基板；
[0010]所述硅基板上表面通過反應離子刻蝕法沿長度方向刻蝕有貫穿的微溝槽，所述微溝槽的水力直徑為10unT3mm ；
[0011]所述頂板面向硅基板的一面加工有電流體動力微泵，所述電流體動力微泵包括加工有梳齒狀結構的發射極溝槽和集電極溝槽，所述發射極溝槽和集電極溝槽的深度為20-40 μ m，所述發射極溝槽與集電極溝槽平行交錯分布，槽內均填鍍有金，相鄰的發射極溝槽和集電極溝槽構成一個電極對，同一電極對的集電極溝槽與發射極溝槽之間的距離為
0.1mnT0.3mm，兩個電極對之間的距離為電極對中兩電極之間距離的2~3倍，所有發射極溝槽末端與直流電源正極連接，所有集電極溝槽末端與直流電源負極連接。
[0012]進一步地，所述金的上表面還鍍有一層厚度為0.5unT2um氮化鋁薄膜，這樣既不影響發射極與集電極間的電場強度，又能有效地起到絕緣的作用，防止電極與硅基板的直接接觸引起所述硅基板的導電。
[0013]進一步地，所述換熱器采用丙酮為冷卻液。
[0014]進一步地，所述頂板材質為氮化鋁。
[0015]進一步地，所述頂板底面形狀大小與硅基板的相一致。
[0016]使用本實用新型具有電流體動力微泵的微通道換熱器過程中，應先將具有電流體動力微泵的微通道換熱器與外部流體循環系統連接，讓流體充滿整個微泵腔室，然后接通直流電源，利用電液動力效應，通過電極表面離子的拖拽作用驅使流體流動，達到熱交換的效果。
[0017]本實用新型提供的制造方法采用如下技術方案:
[0018]一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器的制造方法，包括步驟:
[0019](I)分別在頂板上加工發射極溝槽和集電極溝槽、在硅基板上通過反應離子刻蝕法沿長度方向刻蝕貫穿的微溝槽，所述頂板采用激光雕刻技術，在所述氮化鋁的頂板上雕刻出梳齒狀所述發射極溝槽和集電極溝槽,并去除溝槽邊緣的毛刺和棱角；
[0020](2)采用沉金處理或者離子濺射工藝，將步驟(1)中發射極溝槽與集電極的溝槽鍍滿金，制備出發射極與集電極；
[0021](3)采用蒸鍍處理工藝，在步驟(2)處理后的頂板表面鍍一層厚度為0.5unT2um氮
化鋁薄膜；
[0022](4)將處理后的頂板)與硅基板采用鍵合技術密封封裝。
[0023]本實用新型相比現有技術，其有益效果是:采用薄板式原材料，因電流體動力微泵具有流動穩定、運行可靠、流量控制精確、能耗低等特點，且能夠與硅基微通道有效地集成到一體，有效的節省了微電子元器件內有限的空間，在微電子散熱領域具有廣闊的應用前
景，同時制造工藝簡單成熟、成本低，適合不同規模情況的加工及生產，具有較高的經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為一種具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器爆炸示意圖。[0025]圖2為具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器硅基板的結構示意圖。
[0026]圖3為具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器的頂板結構示意圖。
[0027]圖4為頂板制作工藝流程圖。
[0028]圖4 (a)為初始氮化鋁頂板示意圖。
[0029]圖4 (b)為采用激光雕刻技術后，蝕刻出電極結構溝槽示意圖。
[0030]圖4 (C)為采用沉金工藝后電極結構示意圖。
[0031]圖4 (d)為采用蒸鍍工藝后，電極結構示意圖。
[0032]圖中所不為:1-娃基板；2-頂板；3_微溝槽；4_發射極；5_集電極。
【具體實施方式】
[0033]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0034]實施例1
[0035]如圖1-3所示，具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，包括上下緊密貼合的頂板2和硅基板1，所述頂板2底面形狀大小與硅基板I的相一致，所述硅基板I上表面通過反應離子刻蝕法沿長度方向刻蝕有貫穿的微溝槽3，所述微溝槽3的水力直徑為IOum?3mm ；
[0036]所述頂板2材質為氮化鋁，頂板2面向硅基板I的一面加工有電流體動力微泵,所述電流體動力微泵包括加工有梳齒狀結構的發射極溝槽4和集電極溝槽5，所述發射極溝槽4和集電極溝槽5的深度為20-40 μ m,所述發射極溝槽4與集電極溝槽5平行交錯分布，槽內均填鍍有金，相鄰的發射極溝槽4和集電極溝槽5構成一個電極對，同一電極對的集電極溝槽5與發射極溝槽4之間的距離為0.lmnT0.3mm，兩個電極對之間的距離為電極對中兩電極之間距離的2?3倍，所有發射極溝槽4末端與直流電源正極連接，所有集電極溝槽5末端與直流電源負極連接。
[0037]所述金的上表面還鍍有一層厚度為0.5unT2um氮化鋁薄膜。
[0038]所述換熱器采用丙酮為冷卻液。
[0039]實施例2
[0040]具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器的制造方法，包括步驟:
[0041](I)分別在頂板2上加工發射極溝槽4和集電極溝槽5、在硅基板I上通過反應離子刻蝕法沿長度方向刻蝕貫穿的微溝槽3，所述頂板2采用激光雕刻技術，在所述氮化鋁的頂板2上雕刻出梳齒狀所述發射極溝槽4和集電極溝槽5，并去除溝槽邊緣的毛刺和棱角；
[0042](2)采用沉金處理或者離子濺射工藝，將步驟I中發射極溝槽4與集電極的溝槽5鍍滿金，制備出發射極與集電極；
[0043](3)采用蒸鍍處理工藝，在步驟(2)處理后的頂板表面鍍一層厚度為0.5unT2um氮
化鋁薄膜；
[0044](4)將處理后的頂板2與硅基板I采用鍵合技術密封封裝。
[0045]上述針對頂板2的加工過程參看附圖4:
[0046](I)如圖4 (b)所示，采用激光雕刻技術，將4 (a)中的氮化鋁頂板2雕刻出梳齒狀發射極溝槽4和集電極溝槽5，并去除溝槽邊緣的毛刺和棱角；所述發射極溝槽4與集電極溝槽5平行交錯分布,相鄰的發射極溝槽4和集電極溝槽5構成一個電極對溝槽，同一電極對溝槽的集電極溝槽4與發射極溝槽5之間的距離為0.lmnT0.3mm，兩個電極對溝槽之間的距離為電極對溝槽中兩電極溝槽之間距離的2?3倍；所述發射極溝槽4和集電極溝槽5的深度為20-40 μ m,寬度為0.3mm ;
[0047](2)如圖4 (c)所示，采用沉金處理或者離子濺射工藝，將發射極溝槽4與集電極溝槽5鍍滿金層，制備出發射極與集電極；所述發射極末端與直流電源正極連接，所有集電極末端與直流電源負極連接；
[0048](3)如圖4 (d)所示，采用蒸鍍處理工藝，在步驟(2)處理后的頂板2表面鍍一層氮化鋁薄膜，厚度以高出電極0.5unT2um為宜，既不影響發射極與集電極間的電場強度，又能有效地起到絕緣的作用，防止電極與硅基板I的直接接觸引起硅基板的導電。
[0049]使用本實用新型具有電流體動力微泵的微通道換熱器I過程中，應先將具有電流體動力微泵的微通道換熱器I與外部流體循環系統連接，讓流體充滿整個微泵腔室，然后接通直流電源，利用電液動力效應，通過電極表面離子的拖拽作用驅使流體流動，達到熱交換的效果。
[0050]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，其特征在于，包括上下緊密貼合的頂板(2)和娃基板(I)； 所述硅基板(I)上表面通過反應離子刻蝕法沿長度方向刻蝕有貫穿的微溝槽(3)，所述微溝槽(3)的水力直徑為10unT3mm ; 所述頂板(2)面向硅基板(I)的一面加工有電流體動力微泵，所述電流體動力微泵包括加工有梳齒狀結構的發射極溝槽(4)和集電極溝槽(5)，所述發射極溝槽(4)和集電極溝槽(5)的深度為20-40 μ m，所述發射極溝槽(4)與集電極溝槽(5)平行交錯分布，槽內均填鍍有金，相鄰的發射極溝槽(4)和集電極溝槽(5)構成一個電極對，同一電極對的集電極溝槽(5)與發射極溝槽⑷之間的距離為0.lmnT0.3mm，兩個電極對之間的距離為電極對中兩電極之間距離的2?3倍，所有發射極溝槽(4)末端與直流電源正極連接，所有集電極溝槽(5)末端與直流電源負極連接。
2.根據權利要求1所述的具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，其特征在于，所述金的上表面還鍍有一層厚度為0.5unT2um氮化鋁薄膜。
3.根據權利要求1所述的具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，其特征在于，所述換熱器采用丙酮為冷卻液。
4.根據權利要求1所述的具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，其特征在于，所述頂板(2)材質為氮化鋁。
5.根據權利要求1所述的具有電流體動力微泵的硅基微通道換熱器，其特征在于，所述頂板(2)底面形狀大小與硅基板(I)的相一致。
【文檔編號】H01L23/36GK203690286SQ201420028834
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】萬珍平, 周波, 溫萬昱, 閆志國, 張華杰, 譚振豪, 李耀超 申請人:華南理工大學