一種用于智能手機散熱的低熔點合金硅基微型冷卻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于智能手機散熱的高效冷卻溫控器件，尤其涉及一種低熔點合金硅基微型冷卻器，屬于微電子器件溫控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件的物理尺寸越來越小，而功率則不斷提高，由此導致微電子芯片工作熱負荷增加并造成單位面積發(fā)熱量過大的問題，嚴重影響整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，縮短產(chǎn)品使用壽命。以近年來廣泛流行的智能手機為例，芯片集成度和運行速度的不斷提高有利于實現(xiàn)功能多元化并滿足消費者需求，但由此卻帶來手機發(fā)熱量日益突出的問題。特別是在夏季戶外高溫情況下，因散熱困難手機溫升過快將嚴重影響其工作性能，而當其表面溫度超過45°C的人體耐熱安全溫度時，還將造成皮膚燙傷等安全問題。相對于電腦散熱而言，智能手機的散熱尺寸空間大幅減小，散熱異常困難，目前已成為溫控領(lǐng)域的難題，并引起國內(nèi)外的關(guān)注。
[0003]鑒于智能手機冷卻空間高度緊湊、上限允許溫度低(45°C )的特點，如何尋找與之相匹配的有效溫控手段成為當務(wù)之急。最近，Ge和Liu在《ASME Journal of HeatTransfer)) (2013 年 135 卷 054503)上發(fā)表的 “Keeping Smartphones Cool With GalliumPhase Change Material”(采用鎵相變材料冷卻智能手機)提出了通過使用液態(tài)金屬鎵實現(xiàn)智能手機冷卻的方案。銫、鎵和銣等液態(tài)金屬及其合金具有在常溫附近下即可實現(xiàn)固液轉(zhuǎn)化的特點，相變溫度低且可吸收大量熱，而其熱導率又遠高于水、空氣及許多非金屬介質(zhì)(如鎵的導熱率約為水的60倍)，使其具有優(yōu)于傳統(tǒng)流動工質(zhì)的熱傳輸能力，能夠更好地解決高熱流密度的冷卻問題。
[0004]顯然，低恪點合金對于已有的冷卻方式而言是一個實質(zhì)性的拓展，但與許多金屬和半導體材料相比，低熔點合金的熱導率仍相對偏低，如何進一步提高其熱導率，使其在固液相變過程中快速吸收熱量對其應用極為重要；同時，傳統(tǒng)微型冷卻器的體積仍大都難以滿足智能手機高度緊湊的需要。基于上述原因，如何有效利用低熔點合金的上述優(yōu)點、發(fā)展與之相匹配并適用于智能手機的微型冷卻器已成為重要研宄方向，具有極高的應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對智能手機冷卻空間高度緊湊、散熱上限安全溫度低的要求，本發(fā)明提出了一種硅基腔體帶內(nèi)微肋陣列的微型冷卻器，并通過把低熔點合金注入硅基腔體內(nèi)，利用低熔點合金固液相變溫度低、吸熱量大和分布其間的硅微肋陣列可有效增強低熔點合金導熱能力的特點，該硅基微型冷卻器能夠有效匹配智能手機的尺寸要求并最大限度提高其冷卻溫控效果，使之更加安全可靠。
[0006]本發(fā)明的原理為:一種內(nèi)部腔體帶微肋陣列并充注低熔點合金的硅基微型冷卻器，室溫情況下，硅基微型冷卻器腔體內(nèi)的低熔點合金處于固體狀態(tài)，但當智能手機進入溫度較高的環(huán)境中(比如夏季室外)并因其芯片工作散熱困難而使溫度升高接近45°C時低熔點合金將發(fā)生固液相變，開始熔化并快速吸收大量的熱，在熔化過程完全結(jié)束之前的較長時間內(nèi)可控制與硅基直接集成的手機芯片溫度不會持續(xù)升高，維持在安全范圍以內(nèi)。當手機進入空調(diào)環(huán)境后，溫度下降，低熔點合金釋放熱量，發(fā)生凝固，下次高溫環(huán)境下將再次固液相變吸熱。如此循環(huán)，可有效保障智能手機在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定工作和減小對人體的健康危害。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于智能手機散熱的低熔點合金硅基微型冷卻器，包括第一半導體硅片、第二半導體硅片；所述第一半導體硅片、第二半導體硅片通過高壓靜電鍵合為一體；所述的第一半導體硅片上有第一腔槽；所述第一腔槽內(nèi)刻蝕有第一針肋陣列；所述第一腔槽兩側(cè)刻有與之相連通的注液通道；所述第二半導體硅片上有第二腔槽；所述第二腔槽內(nèi)刻蝕有第二針肋陣列；所述第二腔槽兩側(cè)有注液孔；所述的第一針肋陣列和第二針肋陣列尺寸相同，所述的第一針肋陣列和第二針肋陣列中的針肋位置重合；所述的第一針肋陣列和第二針肋陣列之間充有低熔點合金；所述的注液孔與注液微通道的頂端位置相對應；所述的用于智能手機散熱的低熔點合金硅基微型冷卻器能夠直接與半導體芯片集成為一體。上述方案通過高壓靜電鍵合技術(shù)，將刻蝕有針肋的兩個硅片鍵合為一體，形成密封的硅基腔體結(jié)構(gòu)，兩硅片所帶針肋頂面之間完全重合，連接硅基腔體內(nèi)上、下表面。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一針肋陣列和第二針肋陣列之間所充注的低熔點合金為鎵銦合金或伍德銦合金。
[0009]優(yōu)選地，所述伍德銦合金為含19.1 %銦的伍德合金。
[0010]優(yōu)選地，所述充注的低熔點合金體積占整個腔槽體積的95%。
[0011]優(yōu)選地，所述的第一針肋陣列和第二針肋陣列為等間距順排或叉排排列。
[0012]優(yōu)選地，所述的第一針肋陣列和第二針肋陣列中的單個針肋橫截面形狀為圓形。
[0013]優(yōu)選地，所述的第一針肋陣列和第二針肋陣列中的單個針肋橫截面形狀為正三角形或正方形。
[0014]優(yōu)選地，本發(fā)明對于硅基腔體的尺寸選擇，以針肋橫截面為圓形，排列方式為順排為例，半導體娃片長度取10?20mm，寬度為10?15mm，厚度為0.3mm或0.5mm ;腔槽長度取10?15mm，寬度為8?15mm，深度為0.1?0.25mm ;第一針肋陣列、第二針肋陣列中的單個針肋直徑為0.1mm?0.3mm，針肋與相鄰針肋間的中心距取0.3?0.6mm，針肋高度為0.1 ?0.25mm。
[0015]本發(fā)明通過加熱可使低熔點合金發(fā)生固液相變，完全熔化為液態(tài)后即可注入微型冷卻器腔體內(nèi)。冷卻器腔體內(nèi)的針肋陣列可有效提高低熔點合金固液相轉(zhuǎn)變過程的導熱能力，能夠快速吸收大量熱量，使手機芯片的工作性能更加安全可靠。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果還具有以下幾點:
[0016](I)本發(fā)明中所述的低熔點合金較之無機相變材料具有導熱能力強和使用壽命長等優(yōu)點，長期熔化/凝固熱循環(huán)后相變吸放熱性能穩(wěn)定。
[0017](2)本發(fā)明中所述的硅基微型冷卻器面積僅為數(shù)平方厘米，厚度為0.6mm或1mm，能夠滿足智能手機冷卻空間高度緊湊的要求。
[0018](3)本發(fā)明中所述的硅基微型冷卻器結(jié)構(gòu)簡單，可復制性和移植性強，便于批量加工。
[0019](4)本發(fā)明所述的硅基微型冷卻器，結(jié)合低熔點合金相變溫度低、吸熱量大和針肋傳熱的優(yōu)點，可使智能手機工作性能更加安全可靠。
[0020](5)本發(fā)明所述的硅基微型冷卻器，低熔點合金不腐蝕硅，不會因泄露而損害設(shè)備。(6)本發(fā)明中將硅基微型冷卻器能與微電子芯片集成制作于一體，無需額外功耗而顯著提高芯片的冷卻效果和承載熱負荷的能力。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明中構(gòu)成低熔點合金硅基微型冷卻器的第一半導體硅片結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為本發(fā)明中構(gòu)成低熔點合金硅基微型冷卻器的第二半導體硅片結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為本發(fā)明另一種實施例的第一半導體硅片的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4為本發(fā)明另一種實施例的第二半導體硅片的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖中標號說明:1-第一半導體硅片；2_第一針肋陣列；3_第一腔槽；4_注液通道；
5-第二半導