一种芯片散热结构的制备方法与流程

一种芯片散热结构的制备方法
1.相关申请
2.本技术是申请号为202010872202.0的发明“一种表面强化沸腾散热结构”的分案申请。
技术领域
3.本技术涉及芯片的技术领域，具体而言，涉及一种芯片散热结构的制备方法。


背景技术：

4.随着对数据和图形处理效率的要求越来越高，cpu、gpu等数据处理芯片所面临的散热问题越来越严峻，目前超级计算机gpu的热流密度已经达到80w/cm2，传统的风冷散热方式已经无法解决如此高的热流密度所带来的散热问题。
5.因此，液冷散热被逐渐引入。在液冷散热中利用冷媒液态沸腾汽化潜热的散热方式就叫做“蒸发冷却”，其原理是流体沸腾时的汽化潜热带走热量，由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多，所以蒸发冷却的冷却效果更为显著。
6.而现有技术中，由于芯片的生产工艺导致其裸露在外的硅片表面通常为光滑面，此时在采用蒸发冷却时，由于硅片表面光滑，不易产生气泡，导致冷媒沸腾时汽化核心数量较少，蒸发冷却散热效果较差，不能发挥其潜在的优势。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于：提供一种芯片散热结构的制备方法，以提高芯片的液冷散热效果。
8.本技术第一方面的技术方案是：提供了一种芯片散热结构的制备方法，所述芯片散热结构的制备方法用于将沸腾微结构制备在芯片表面，所述芯片散热结构的制备方法包括：
9.步骤1，对芯片晶圆电路侧进行保护；
10.步骤2，在芯片表面设置沸腾微结构；
11.步骤3，将芯片晶圆进行切割并安装。
12.更近一步地，在步骤1中，将与芯片晶圆同尺寸的纯硅片在电路侧进行粘接，粘接部位为晶圆的边缘非电路部位。
13.更近一步地，在步骤2中，所述芯片通过盖板与液态冷媒相接触，所述沸腾微结构设置在盖板上；
14.所述沸腾微结构包括铜网粘接层、铜粉烧结层或切割柱；
15.所述铜网粘接层包括至少一层粘接在盖板的上表面的铜网，铜网中的铜线作为沸腾微结构凸起；
16.所述铜粉烧结层由铜粉在填充有保护气体的环境下，在盖板的上表面烧结而成。
17.所述切割柱被雕刻在盖板的上表面。
18.更近一步地，在步骤3中，所述制备方法还包括：
19.步骤101，对芯片晶圆非电路侧进行蒸镀，将镀层记作第一镀层；
20.步骤102，根据预设尺寸，将蒸镀好的芯片晶圆切割为多个芯片，将切割下来的芯片焊接在pcb基板上；
21.步骤104，在所述盖板的下表面采用电镀方式电镀一层镍金属，并在电镀生成的镍层上镀金，记作第二镀层；
22.步骤105，采用金属铟作为焊料，将所述盖板下表面的所述第二镀层焊接在所述芯片上表面的所述第一镀层。
23.更近一步地，在步骤3中，所述第一镀层设置于所述芯片的上表面，所述第一镀层中包括金属钛，所述金属钛通过蒸镀的方式附着于所述芯片的上表面；
24.所述第一镀层将蓝膜或者硅片中的一种粘接在芯片晶圆的电路侧的边缘，并将粘接好的芯片晶圆放置于真空蒸镀炉中对所述芯片晶圆非电路侧进行蒸镀，将镀层记作所述第一镀层；
25.所述第二镀层在所述盖板的下表面采用电镀方式电镀一层镍金属，并在电镀生成的镍层上镀金，记作所述第二镀层。
26.更近一步地，在步骤2中，所述沸腾微结构设置在芯片的上表面，所述制备方法还包括：
27.步骤202，清洗粘接好的芯片晶圆，涂覆光刻胶，将掩模板覆盖在所述芯片晶圆的上表面；
28.步骤203，对覆盖有掩模板的芯片晶圆进行曝光显影处理，对曝光后的芯片晶圆进行刻蚀，以形成所述沸腾微结构，其中，所述沸腾微结构为硅凸起；
29.步骤204，清洗刻蚀后的芯片晶圆并进行紫外光曝光，以便在所述沸腾微结构上形成凹坑提高所述沸腾微结构表面的汽化核心数量。
30.更近一步地，在步骤203中，所述沸腾微结构为拔模矩形柱。
31.更近一步地，在步骤203中，所述沸腾微结构为所述芯片晶圆采用干式刻蚀技术形成。
32.更近一步地，在步骤203中，所述沸腾微结构长度范围为100um至5000um，宽度范围为50um至2000um，高度范围为50um至2000um，结构的间距为0至1000um；刻蚀时间为80至200min。
33.更近一步地，在步骤204中，所述凹坑采用cf4气体，真空条件下，刻蚀温度40℃，刻蚀时间依次为90min、110min、130min、150min、170min、190min。
34.本技术的有益效果是：
35.本技术中的技术方案，在芯片硅衬底的光滑表面设置沸腾微结构，以增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数量，使得液态冷媒沸腾过程中能够产生更多的气泡，提高蒸发冷却的散热效果，显著提高核态沸腾换热性能及临界热流密度。同时，设置沸腾微结构还能够增加芯片的换热面积，进一步提高芯片的液冷散热效果。
36.本技术中的技术方案，无需再加散热翅片和均温板等传统的辅助传热部件，最大限度地减小散热部件所占地空间尺寸，有利于密集排布，提高计算速度。
37.在本技术中的优选实现方式中，在不改变现有芯片生产工艺的前提下，采用增材
的方式，在芯片的上表面(光滑硅衬底)焊接盖板，通过对盖板的加工处理，在盖板上设置沸腾微结构，如铜网粘接层、铜粉烧结层、切割柱，实现汽化核心数量的提升，强化硅衬底的沸腾性能，从而有效解决芯片抛光表面蒸发冷却沸腾性能不好的难题。
38.同时，通过设置盖板，还增加了芯片与液态冷媒间的换热面积，芯片表面换热面积提高了3-20倍。
39.通过本技术中的技术方案，将裸芯片的热流密度提高一个数量级，将热流密度10w/cm2提高到80w/cm2，提高临界热流密度，优化浸没式液冷散热效果，最大限度地减少了相变液态冷媒与芯片的热阻，增大冷媒相变的过热度，提高换热系数。
40.在本技术中的优选实现方式中，通过改变现有芯片生产工艺，采用减材的方式，在对芯片上表面进行掩膜刻蚀，调节掩膜刻蚀过程中的紫外线曝光参数，在芯片上表面形成硅凸起，作为沸腾微结构，实现液态冷媒蒸发冷却过程中汽化核心数量的提升，从而有效解决芯片抛光表面蒸发冷却沸腾性能不好的难题。
41.并且通过掩膜刻蚀，还能够增加芯片上表面与液态冷媒间的换热面积，进一步提高浸没式液冷散热的散热效果。
附图说明
42.本技术的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
43.图1是根据本技术的一个实施例的表面强化沸腾散热结构的示意框图；
44.图2是根据本技术的一个实施例的切割柱盖板的局部示意图；
45.图3是根据本技术的一个实施例的沸腾微结构的示意图；
46.图4是根据本技术的一个实施例的具有凹坑的沸腾微结构的示意图。
具体实施方式
47.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
48.在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
49.相比于传统的风冷散热方式，浸没式液冷散热的散热效果更佳突出，特别是蒸发冷却散热，充分利用了液态冷媒的散热能力。
50.为了提高液态冷媒蒸发冷却的散热效果，在芯片的上表面设置凸起，作为沸腾散热结构，一方面能够增加芯片的换热面积，另一方面，还能够增加液态冷媒蒸发过程中产生气泡的汽化核心数量，显著提高核态沸腾换热性能及临界热流密度。
51.实施例一：
52.如图1所示，本实施例提供了一种表面强化沸腾散热结构，结构适用于芯片3，该芯片3由芯片晶圆切割而成，其下表面焊接在pcb基板4上。常规情况下，芯片3的下表面为电路层，上表面为光滑的硅衬底。
53.本实施例中，在芯片生产工艺固定的情况下，通过在芯片3上设置盖板1，且在盖板1上设置沸腾微结构，以达到增加液态冷媒“蒸发冷却”过程中产生气泡的汽化核心数量的目的，其中，盖板1的材质为铜、铝、石墨等高导热材质中的至少一种。
54.现以纯铜材质的盖板1为例对本实施例进行说明。
55.在液态冷媒对芯片3进行蒸发冷却时，由于芯片3的上表面为光滑的硅衬底，不利于液态冷媒在沸腾时产生气泡，导致液态冷媒的汽化潜热效果较差，为了增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数，在芯片3上设置强化沸腾散热结构，该散热结构包括：盖板1，金属焊接层2；金属焊接层2焊接于芯片3的上表面和盖板1的下表面之间，以连接芯片3和盖板1，并将芯片3产生的热量传递至盖板1。
56.本实施例中，为了实现芯片3与盖板1的焊接，还需要在芯片3的上表面以及盖板1的下表面(焊接区域)分别设置两个金属镀层，并分别记作第一镀层、第二镀层。
57.第一镀层设置于芯片3的上表面，第一镀层中包括金属钛层，将金属钛通过蒸镀的方式附着于芯片3的上表面，作为第一镀层中的第一层(金属钛层)，以提高铜质的盖板1与芯片3的硅衬底之间的结合力，避免金属焊接层2脱落，其中，钛的厚度为10-200nm。
58.本实施例中，第一镀层至少包括金属钛层、镍钒合金层、金属金层。
59.第一镀层中的第二层为镍钒合金层，作为过渡层，镍钒合金附着于金属钛层，以提高金属金层与金属钛层的结合力，其中，镍钒合金的厚度为100-1000nm。
60.第一镀层中的第三层为金属金层，将金属金层作为与盖板1的焊接层，利用金的惰性，避免第一镀层氧化。
61.同样的，盖板1的下表面电镀有第二镀层，第二镀层依次包括金属镍层以及金属金层，其中，金属金层通过磁控溅射方式电镀在盖板1下表面焊接区域的金属镍层上。
62.本实施例中，对金属焊接层的材质并不限定。
63.为了将第一、第二镀层中的金属金层焊接在一起，选用金属铟作为金属焊接层的焊接材料，金属焊接层作为界面导热层，实现芯片3与盖板1之间连接以及热传导，即将芯片3产生的热量传递至盖板1。
64.通过焊接，芯片3的金层和盖板1的金层与金属铟形成合金，其厚度为100-500nm。
65.本实施例中，芯片3与盖板1的焊接条件设定为：焊接温度160℃、焊接时间4小时、盖板1与芯片3间的压力70lbf。
66.盖板1的下表面固定于金属焊接层2上，盖板1的上表面设置有凸起，记作沸腾微结构，其中，盖板1为凹槽形，盖板1的边缘通过密封胶5粘接在芯片3的pcb基板4上。
67.本实施例中，将盖板1设置为凹槽形、且盖板1的下表面的表面积略大于芯片3上表面硅衬底的表面积，一方面能够增大盖板1的散热面积，另一方面还能够避免盖板1与芯片3相接触发生短路现象。通过密封胶5将盖板1凹槽的边缘粘接在芯片3的pcb基板4上，同时，密封胶5还能给起到增加结构强度的作用。
68.本实施例中，盖板1上表面的沸腾微结构有多种实现方式，可以为下述方式中的一种或多种。
69.在沸腾微结构的一种实现方式中，沸腾微结构包括铜网粘接层，铜网粘接层包括至少一层粘接在盖板1的上表面的铜网，此时，铜网中的铜线作为沸腾微结构凸起。
70.具体的，可以在盖板1上表面粘接不同目数、不同层数的铜网，作为强化沸腾结构。
铜网的层数优先选择3-5层，铜网的目数优先选择50-200目，粘接铜网采用压力扩散焊。
71.在沸腾微结构的另一种实现方式中，沸腾微结构包括铜粉烧结层，铜粉烧结层由铜粉在填充有保护气体的环境下，在盖板的上表面烧结而成，此时，铜粉作为沸腾微结构凸起。
72.具体的，可以在盖板1上表面烧结不同目数、不同厚度的铜粉，作为强化沸腾结构。烧结铜粉时，将盖板1放置在填充有保护气体的环境下进行高温烧结，烧结温度900-1100℃，铜粉目数优先选择100-300目，其中，保护气体主要为惰性气体，如氮气。
73.在本实施例中，以12英寸gpu芯片晶圆为例，对上述过程进行说明。
74.首先，将12英寸gpu芯片晶圆电路侧进行保护，具体保护层为12英寸硅片粘接保护，采用环氧密封胶将gpu芯片晶圆电路侧边缘与纯硅片边缘粘接。
75.之后，将gpu芯片晶圆放入到真空蒸镀炉中，gpu芯片晶圆的电镀侧暴露在蒸镀氛围中，依次蒸镀钛、镍钒合金、金，其中，钛层厚度100nm，镍钒合金厚度1000nm，金层厚度200nm。
76.其次，将蒸镀好的gpu芯片晶圆进行切割，切割成单个芯片3，并焊接到芯片3相应的pcb基板4上，设定焊接温度250℃、焊接时间30min。
77.本实施例中，盖板1采用纯铜材质，对铜盖板上表面涂敷胶粘剂，将200目的铜粉涂敷在盖板1上表面，铜粉厚度为1000um，将盖板1放置烧结炉中，将氮气作为保护气体，在氮气氛围中对盖板1进行烧结，设定烧结温度1020℃、烧结时间30min，烧结完成后对盖板1进行清洗，烧结后的铜粉即可作为盖板1上的强化沸腾结构。
78.最后，对盖板1与芯片3进行焊接，焊接时采用金属铟做焊料，设定焊接温度160℃，时间4小时，盖板1与芯片3的压力70lbf。
79.在沸腾微结构的又一种实现方式中，如图2所示，沸腾微结构包括多个切割柱，切割柱被雕刻在盖板的上表面，其中，切割柱阵列分布在盖板的上表面。此时，切割柱作为沸腾微结构凸起。
80.具体的，雕刻方式采用机加工、线切割工艺或激光方式，按照预先设定的尺寸，将盖板1上方雕刻出多个呈阵列分布的切割柱。
81.首先，将12英寸gpu芯片晶圆电路侧进行保护，具体保护层为12英寸硅片粘接保护，采用环氧密封将gpu芯片晶圆电路侧边缘与纯硅片边缘粘接。
82.之后，将gpu芯片晶圆放入到真空蒸镀炉中，gpu芯片晶圆的电镀侧暴露在蒸镀氛围中，依次蒸镀钛、镍钒合金、金，其中，钛层厚度100nm，镍钒合金厚度1000nm，金层厚度200nm。
83.其次，将蒸镀好的gpu芯片晶圆进行切割，切割成单个芯片3，并焊接到芯片3相应的pcb基板4上，设定焊接温度250℃、焊接时间30min。
84.本实施例中，盖板1采用纯铜材质，在纯铜盖板上表面进行激光刻蚀工艺，刻蚀出长100um、宽100um、高500um的强化沸腾切割柱。
85.需要说明的是，还可以在纯铜材质的盖板1上制成强化沸腾切割柱，此时对铜质的盖板1进行铲fin工艺，形成厚度100um、高度500um的翅片，翅片间距为100um。然后，对翅片进行线切割工艺，形成长100um、宽100um、高500um的强化沸腾切割柱。
86.最后，对盖板1与芯片3进行焊接，焊接时采用金属铟做焊料，设定焊接温度160℃，
时间4小时，盖板1与芯片3的压力70lbf。
87.本实施例对切割柱的尺寸并不限定。
88.本实施例选用纯铜材质制成的盖板，对上述三种沸腾微结构的实现方式进行测试，在设定芯片运行过程中表面最高温度为85℃、冷媒采用沸点为47℃的不导电液体的条件下，与裸芯片进行对比试验，测试数据如表1所示。
89.表1
[0090][0091]
与裸芯片相比，设置有表面强化沸腾散热结构的芯片，其热流密度提高数倍，表明该沸腾散热结构起到了良好的散热效果，通过增材处理，既提高了有效散热表面积，又进行了微纳结构的处理，提高了蒸发冷却过程中的汽化核心数。
[0092]
实施例二：
[0093]
本实施例提供了一种芯片散热结构的安装方法该方法适用于将上述实施例中的表面强化沸腾散热结构安装在芯片上，该散热结构包括：盖板1、金属焊接层2、芯片3，盖板1上设置有沸腾微结构。
[0094]
本实施例中，以纯铜材质的盖板1为例进行说明。
[0095]
该方法包括：
[0096]
步骤101，将蓝膜或者硅片中的一种粘接在芯片晶圆的电路侧的边缘，并将粘接好的芯片晶圆放置于真空蒸镀炉中对芯片晶圆非电路侧进行金属蒸镀，将镀层记作第一镀层；
[0097]
本实施例中，第一镀层至少包括金属钛层、镍钒合金层、金属金层。
[0098]
第一镀层中的第一层为金属钛层，金属钛层通过蒸镀的方式附着于芯片3的上表面，以提高铜质的盖板1与芯片3的硅衬底之间的结合力，避免金属焊接层2脱落，其中，钛的厚度为10-200nm。
[0099]
第一镀层中的第二层为镍钒合金层，作为过渡层，镍钒合金附着于金属钛层，以提高金属金层与金属钛层的结合力，其中，镍钒合金的厚度为100-1000nm。
[0100]
第一镀层中的第三层为金属金层，将金属金层作为与盖板1的焊接层，利用金的惰性，避免第一镀层氧化。
[0101]
步骤102，根据预设尺寸，将蒸镀好的芯片晶圆切割为多个芯片，将切割下来的芯片焊接在pcb基板上。
[0102]
步骤103，在盖板的上表面设置沸腾微结构，沸腾微结构为铜网粘接层、铜粉烧结层、切割柱中的一种。
[0103]
在沸腾微结构的一种实现方式中，沸腾微结构包括铜网粘接层，铜网粘接层包括至少一层粘接在盖板1的上表面的铜网。
[0104]
在沸腾微结构的另一种实现方式中，沸腾微结构包括铜粉烧结层，铜粉烧结层由铜粉在填充有保护气体的环境下，在盖板的上表面烧结而成。
[0105]
在沸腾微结构的又一种实现方式中，沸腾微结构包括切割柱，切割柱被雕刻在盖板的上表面。
[0106]
本实施例对沸腾微结构的形式并不限定。通过在盖板的上表面设置沸腾微结构，以增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数，优化液态冷媒的蒸发冷却效果。
[0107]
步骤104，在盖板的下表面采用电镀方式电镀一层镍金属，并在电镀生成的镍层上设置焊接区域，在焊接区域上镀金，将镀金后的焊接区域记作第二镀层，即第二镀层依次包括金属镍层以及金属金层，其中，金属金层通过磁控溅射方式电镀在盖板1下表面焊接区域的金属镍层上。
[0108]
步骤105，采用金属铟作为焊料，将所述盖板下表面的所述第二镀层焊接在所述芯片上表面的所述第一镀层，即将第一、第二镀层中的金属金层焊接在一起，同时还实现芯片3与盖板1之间的热传导，其中，焊接条件设定为：焊接温度160℃、焊接时间4小时、盖板1与芯片3的压力70lbf。
[0109]
通过焊接，芯片3的金层和盖板1的金层与金属铟形成合金，其厚度为100-500nm。
[0110]
步骤106，在盖板的边缘，采用环氧密封胶，将盖板的边缘粘接在pcb基板上。
[0111]
本实施例中，将盖板设置为凹槽形、且盖板的下表面的表面积略大于芯片上表面硅衬底的表面积，一方面能够增大盖板的散热面积，另一方面还能够避免盖板与芯片相接触发生短路现象，进而通过密封胶将盖板的边缘粘接在芯片的pcb基板上，同时，密封胶还能给起到增加结构强度的作用。
[0112]
实施例三：
[0113]
如图3和图4所示，本实施例提供了另一种表面强化沸腾散热结构，结构适用于芯片，设定芯片的下表面为电路层，上表面为光滑的硅衬底，在芯片生产的过程中，通过对芯片生产工艺的调整，采用掩膜刻蚀方式，在芯片的上表面刻蚀出沸腾微结构，即硅凸起，以增加所述芯片上表面的汽化核心数量。
[0114]
本实施例中，对掩膜刻蚀方式并不限定。
[0115]
本实施例中，沸腾微结构的形状可以为矩形柱、菱形柱、圆柱、圆锥、拔模矩形柱、拔模菱形柱。
[0116]
本实施例中，沸腾微结构的长度范围l(l1)＝100um～5000um，宽度范围k(k1)＝50um～2000um，高度范围h＝50um～2000um，结构的间距d＝0～1000um。
[0117]
本实施例中，沸腾微结构的形状、尺寸，由掩膜的图形形状、刻蚀时间的长短确定，
其中，刻蚀时间为80-200min。
[0118]
本实施例中，沸腾微结构采用紫外线曝光，通过掩膜刻蚀方式被刻蚀在芯片的上表面，沸腾微结构的表面还设置有凹坑，凹坑通过紫外线曝光方式刻蚀在沸腾微结构的表面。
[0119]
实施例四：
[0120]
本实施例提供了另一种芯片散热结构的制备方法该方法适用于将上述实施例中的表面强化沸腾散热结构制备在芯片上。
[0121]
以gpu芯片为例，设定沸腾微结构的形状为拔模矩形柱，该沸腾微结构通过掩膜刻蚀方式被刻蚀在芯片上表面，沸腾微结构的表面还设置有凹坑，该方法包括：
[0122]
步骤201，对芯片晶圆进行清洗，并在芯片晶圆的电路层覆盖粘接硅片。
[0123]
具体的，对12英寸做到电路的gpu芯片晶圆进行清洗，去除芯片两侧的表面杂质，在电路侧覆盖相同尺寸的纯硅片，gpu芯片晶圆与纯硅片之间采用胶粘剂进行粘接，其粘接部位为晶圆的边缘非电路部位。
[0124]
步骤202，清洗粘接好的芯片晶圆，涂覆光刻胶，使光刻胶旋转流平、固化，将制作好的掩模板覆盖在芯片晶圆的上表面。
[0125]
步骤203，对覆盖有掩模板的芯片晶圆进行曝光显影处理，曝光显影处理时采用紫外光曝光，采用干式刻蚀技术，对曝光后的芯片晶圆进行刻蚀，以形成沸腾微结构，具体的刻蚀时间、温度、压力，由拔模矩形柱的尺寸确定。
[0126]
步骤204，清洗刻蚀后的芯片晶圆，并再次将整个晶圆的上表面暴露在紫外光下，短时间内进行紫外光曝光，以便在沸腾微结构上形成刻蚀凹坑，进一步增加气化核心数。
[0127]
步骤205，根据预设尺寸，对紫外光曝光后的芯片晶圆进行切割，去掉无电路的边缘，制成芯片，该芯片的上表面便有光滑的硅衬底，变为带有沸腾微结构的强化沸腾散热结构。
[0128]
为了对本实施例中带有沸腾微结构强化沸腾散热结构的芯片的散热性能进行测试，采用gpu芯片的尺寸为14.5*23*1mm，冷媒采用沸点为47℃的不导电液体。
[0129]
在刻蚀沸腾微结构及表面凹坑的过程中设定刻蚀条件为：采用cf4气体，真空条件下，刻蚀温度40℃，刻蚀时间依次为90min、110min、130min、150min、170min、190min。
[0130]
设定沸腾微结构表面温度为85℃，与同温度下的裸芯片进行对比试验，测试数据如表2所示。
[0131]
表2
[0132][0133]
与裸芯片相比，其表面设置有拔模矩形柱沸腾微结构的芯片的热流密度有较大的提升，特别是在刻蚀时间设定为150min的条件下，其热流密度达到了82w/cm2，约为裸芯片热流密度的6.3倍，显著提高了gpu芯片的浸没式液冷散热效果。
[0134]
本实施例中的技术方案，将裸芯片的热流密度提高一个数量级，将热流密度10w/cm2提高到80w/cm2，提高临界热流密度，优化浸没式液冷散热效果，最大限度地减少了相变液态冷媒与芯片的热阻，增大冷媒相变的过热度，提高换热系数。
[0135]
以上结合附图详细说明了本技术的技术方案，本技术提出了一种表面强化沸腾散热结构，散热结构适用于浸没式液冷服务器中的芯片，散热结构设置于芯片上表面，散热结构包括沸腾微结构，其中，沸腾微结构为凸起以增加芯片上表面的汽化核心数量。通过本技术中的技术方案，在芯片硅衬底的光滑表面设置沸腾微结构，以增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数量，使得液态冷媒沸腾过程中能够产生更多的气泡，提高蒸发冷却的散热效果。
[0136]
本技术中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
[0137]
本技术装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
[0138]
尽管参考附图详地公开了本技术，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本技术的应用。本技术的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本技术保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

技术特征：
1.一种芯片散热结构的制备方法，其特征在于，所述芯片散热结构的制备方法用于将沸腾微结构制备在芯片表面，所述芯片散热结构的制备方法包括：步骤1，对芯片晶圆电路侧进行保护；步骤2，在芯片表面设置沸腾微结构；步骤3，将芯片晶圆进行切割并安装。2.根据权利要求1所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，将与芯片晶圆同尺寸的纯硅片在电路侧进行粘接，粘接部位为晶圆的边缘非电路部位。3.根据权利要求1所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述芯片通过盖板与液态冷媒相接触，所述沸腾微结构设置在盖板上；所述沸腾微结构包括铜网粘接层、铜粉烧结层或切割柱；所述铜网粘接层包括至少一层粘接在盖板的上表面的铜网，铜网中的铜线作为沸腾微结构凸起；所述铜粉烧结层由铜粉在填充有保护气体的环境下，在盖板的上表面烧结而成；所述切割柱被雕刻在盖板的上表面。4.根据权利要求3所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述制备方法还包括：步骤101，对芯片晶圆非电路侧进行蒸镀，将镀层记作第一镀层；步骤102，根据预设尺寸，将蒸镀好的芯片晶圆切割为多个芯片，将切割下来的芯片焊接在pcb基板上；步骤104，在所述盖板的下表面采用电镀方式电镀一层镍金属，并在电镀生成的镍层上镀金，记作第二镀层；步骤105，采用金属铟作为焊料，将所述盖板下表面的所述第二镀层焊接在所述芯片上表面的所述第一镀层。5.根据权利要求4所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述第一镀层设置于所述芯片的上表面，所述第一镀层中包括金属钛，所述金属钛通过蒸镀的方式附着于所述芯片的上表面；所述第一镀层将蓝膜或者硅片中的一种粘接在芯片晶圆的电路侧的边缘，并将粘接好的芯片晶圆放置于真空蒸镀炉中对所述芯片晶圆非电路侧进行蒸镀，将镀层记作所述第一镀层；所述第二镀层在所述盖板的下表面采用电镀方式电镀一层镍金属，并在电镀生成的镍层上镀金，记作所述第二镀层。6.根据权利要求2所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述沸腾微结构设置在芯片的上表面，所述制备方法还包括：步骤202，清洗粘接好的芯片晶圆，涂覆光刻胶，将掩模板覆盖在所述芯片晶圆的上表面；步骤203，对覆盖有掩模板的芯片晶圆进行曝光显影处理，对曝光后的芯片晶圆进行刻蚀，以形成所述沸腾微结构，其中，所述沸腾微结构为硅凸起；步骤204，清洗刻蚀后的芯片晶圆并进行紫外光曝光，以便在所述沸腾微结构上形成凹坑提高所述沸腾微结构表面的汽化核心数量。
7.根据权利要求6所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤203中，所述沸腾微结构为拔模矩形柱。8.根据权利要求6所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤203中，所述沸腾微结构为所述芯片晶圆采用干式刻蚀技术形成。9.根据权利要求6所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤203中，所述沸腾微结构长度范围为100um至5000um，宽度范围为50um至2000um，高度范围为50um至2000um，结构的间距为0至1000um；刻蚀时间为80至200min。10.根据权利要求6所述芯片散热结构的制备方法，其特征在于，在步骤204中，所述凹坑采用cf4气体，真空条件下，刻蚀温度40℃，刻蚀时间依次为90min、110min、130min、150min、170min、190min。

技术总结
本申请公开了一种芯片散热结构的制备方法，散热结构适用于浸没式液冷服务器中的芯片，散热结构设置于芯片上表面，散热结构包括沸腾微结构，其中，沸腾微结构为凸起以增加芯片上表面的汽化核心数量。通过本申请中的技术方案，在芯片硅衬底的光滑表面设置沸腾微结构，以增加液态冷媒沸腾过程中的汽化核心数量，使得液态冷媒沸腾过程中能够产生更多的气泡，提高蒸发冷却的散热效果。提高蒸发冷却的散热效果。提高蒸发冷却的散热效果。


技术研发人员：沈卫东 伊波力 郭双江
受保护的技术使用者：曙光数据基础设施创新技术（北京）股份有限公司
技术研发日：2020.08.26
技术公布日：2023/7/27