CN107285268A - 微流道散热芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微流道散热芯片及其制备方法，微流道散热芯片包括硅基本体以及设置于所述硅基本体上的隔离层，所述硅基本体顶部开设有隔离槽，所述隔离槽向下延伸出第一微流通道、第二微流通道以及第三微流通道，所述第一微流通道以及所述第三微流通道分别位于所述第二微流通道两侧；所述隔离层上开设有与所述第一微流通道对应的第一通孔、以及与所述第三微流通道对应的第二通孔。本发明提供的微流道散热芯片及其制备方法，所述微流道散热芯片通过将第一、第三微流通道与第二微流通道设置为不同深度来实现对流经其内的液体的流速进行控制，从而能够精确控制散热效果；而且通过所述制备方法制备出的微流道散热芯片成本较低、适用于批量生产。

Description

微流道散热芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体、微纳器件加工技术领域，尤其涉及微流道散热芯片及其制备方法。
背景技术
随着微纳米加工技术的不断进步，大部分器件的微型化已经逐步开始提上日程，目前，微流道散热芯片已经出现，但受限于结构限制，现有的微流道芯片由于流道部分面积小于液体出入口面积，从而导致在这种结构的微流道散热芯片中流道的刻蚀深度要小于液体出入口的刻蚀深度，无法控制液体在流道内的流速。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种微流道散热芯片及其制备方法，所述微流道散热芯片能够控制流速，且此方法制备的微流道散热芯片成本不高，适用于大批量生产。
本发明提出的具体技术方案为：提供一种微流道散热芯片，包括硅基本体以及设置于所述硅基本体上的隔离层，所述硅基本体顶部开设有隔离槽，所述隔离槽向下延伸并在所述硅基本体上分别形成第一微流通道、第二微流通道以及第三微流通道，所述第一微流通道以及所述第三微流通道分别位于所述第二微流通道两侧；所述隔离层上开设有与所述第一微流通道对应的第一通孔、以及与所述第三微流通道对应的第二通孔。
进一步地，所述硅基本体的厚度不大于1.5毫米。
进一步地，所述第二微流通道的深度分别大于所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度。
进一步地，所述第二微流通道的深度不小于150微米，其横向尺寸不小于50微米。
进一步地，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度分别不小于100微米，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的横向尺寸分别不小于50微米。
本发明还提供一种如上所述微流道散热芯片的制备方法，包括：
从所述硅基本体顶部刻蚀形成所述第二微流通道；
在所述形成有第二微流通道的硅基本体顶部刻蚀形成所述隔离槽，使得所述隔离槽与所述第二微流通道连通；
在所述形成有第二微流通道以及隔离槽的硅基本体顶部刻蚀形成所述第一微流通道以及所述第三微流通道，使得所述第一微流通道以及所述第三微流通道分别位于所述第二微流通道两侧；
在所述隔离层上开设第一通孔以及第二通孔；
将开设有所述第一通孔以及所述第二通孔的隔离层通过键合的方式形成于所述硅基本体顶部，使得所述第一通孔与所述第一微流通道对应、所述第二通孔与所述第三微流通道对应。
进一步地，所述硅基本体的厚度不大于1.5毫米。
进一步地，所述第二微流通道的深度分别大于所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度。
进一步地，所述第二微流通道的深度不小于150微米，其横向尺寸不小于50微米。
进一步地，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度分别不小于100微米，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的横向尺寸分别不小于50微米。
进一步地，刻蚀所述第二微流通道、所述隔离槽、以及所述第一微流通道和所述第三微流通道时是分别以光刻胶作为掩膜，所述方法还包括：
在刻蚀形成所述第二微流通道、所述隔离槽、以及所述第一微流通道和所述第三微流通道的步骤后，分别采用湿法去胶去除对应的光刻胶掩膜。
进一步地，以光刻胶为掩膜，从所述硅基本体顶部刻蚀形成所述第二微流通道的步骤还包括：
对所述第二微流通道的侧壁进行钝化层沉积。
本发明提供的微流道散热芯片及其制备方法，所述微流道散热芯片通过将第一、第三微流通道与第二微流通道设置为不同深度来实现对流经其内的液体的流速进行控制，从而能够精确控制散热效果；而且通过所述制备方法制备出的微流道散热芯片成本较低、适用于批量生产。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1为实施例1微流道散热芯片结构示意图；
图2为实施例1微流道散热芯片制备方法流程图；
图3为实施例2微流道散热芯片制备方法流程图；
图4为实施例3微流道散热芯片制备方法流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
实施例1
参照图1，本实施例提供的微流道散热芯片，包括硅基本体1以及设置于所述硅基本体1上的隔离层2。所述隔离层2用于对所述硅基本体1与流经所述硅基本体1内的液体进行隔离，优选的，所述隔离层2为pyrex7740玻璃。其中，所述硅基本体1的厚度不大于1.5毫米，优选的，硅基本体1的厚度为500微米～1500微米。
所述硅基本体1顶部开设有隔离槽11，所述隔离槽11向下延伸出第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14，这里可以根据实际散热需要来设定所述第二微流通道13的个数。所述第二微流通道13的深度小于所述硅基本体1的厚度，所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14分别位于所述第二微流通道13两侧，所述隔离槽11连通所述第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14形成一倒“山”结构。其中，第一微流通道12和第三微流通道14分别作为液体的流入或流出通道，第二微流通道13作为液体的散热通道，为了通过不同深度的微流通道来控制液体流速，从而控制散热效果，所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14的深度小于所述第二微流通道13的深度，这里隔离槽11、第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14的深度分别定义为隔离槽11、第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14的底部到所述硅基本体1的顶部的距离。
具体的，所述隔离槽11的深度为200微米～500微米；所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14的深度不小于100微米，优选的，为300微米～1000微米；所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14的横向尺寸不小于50微米，优选的，为1000微米～5000微米；所述第二微流通道13的深度不小于150微米，优选的，为500微米～1200微米，其横向尺寸不小于50微米，优选的，为300微米～1000微米。例如，所述第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14为圆柱体，则所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14深度即高度不小于100微米、底面直径不小于50微米，所述第二微流通道13的深度即高度不小于150微米、底面直径不小于50微米。
除此之外，所述隔离层2上开设有第一通孔21以及第二通孔22，所述第一通孔21与所述第一微流通道12对应，所述第二通孔22与所述第三微流通道14对应，所述第一通孔21以及第二通孔22的横向尺寸为2毫米～5毫米。液体从所述第一通孔21中流入，依次经过所述隔离槽11、第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14后从所述第二通孔22中流出，在整个过程中，所述液体的流速将会得到控制，从而精确控制散热效果。这里，液体也可以从所述第二通孔22中流入，依次经过所述隔离槽11、第三微流通道14、第二微流通道13以及第一微流通道12后从所述第一通孔21中流出，其也可以达到同样的效果。所以，通常将所述第一微流通道12以及第三微流通道14对称设置于所述第二微流通道两侧。在其他实施例中，所述第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14的数量和尺寸可以根据实际需要的流速以及散热效果进行设定。
参照图2(S1-S6)，本实施例还提供了上述微流道散热芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在所述硅基本体1顶部涂覆光刻胶10，以光刻胶10为掩膜(参照图2(S1a)所示)，刻蚀所述硅基本体1顶部形成第二微流通道13(参照图2(S1b))，所述第二微流通道13的深度小于所述硅基本体1的厚度；为了防止多次刻蚀对对所述第二微流通道13产生影响，还需要对所述第二微流通道13的侧壁进行钝化层沉积。
其中，所述硅基本体1的厚度不大于1.5毫米；所述第二微流通道13的深度不小于150微米，其横向尺寸不小于50微米；刻蚀所述硅基本体1顶部形成所述第二微流通道13的刻蚀方法为Bosch工艺深硅刻蚀。
步骤S2、去除步骤S1中所述硅基本体1顶部的光刻胶10，在所述形成有第二微流通道13的硅基本体1顶部重新涂覆光刻胶20(参照图2(S2a)所示)，以光刻胶20为掩膜，刻蚀所述硅基本体1顶部形成隔离槽11，使得所述隔离槽11与所述第二微流通道13连接(参照图2(S2b)所示)。
其中，所述隔离槽11的深度为200微米～500微米。
步骤S3、去除步骤S2中所述硅基本体1顶部的光刻胶20，在形成有所述隔离槽11以及所述第二微流通道13的硅基本体1顶部重新涂覆光刻胶30(参照图2(S3a)所示)，以光刻胶30为掩膜，刻蚀所述隔离槽11的底部形成第一微流通道12以及第三微流通道14，使得所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14分别位于所述第二微流通道13的两侧(参照图2(S3b)所示)，所述隔离槽11连通所述第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14形成一倒“山”结构。
其中，所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14的深度不小于100微米，所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14的横向尺寸不小于50微米。
步骤S4、去除步骤S3中形成有所述隔离槽11、所述第一微流通道12、所述第二微流通道13以及所述第三微流通道14的硅基本体1顶部的光刻胶30；
步骤S5、通过激光打孔或者喷砂打孔的方式在所述隔离层2上形成第一通孔21以及第二通孔22。
其中，优选的，所述隔离层2为pyrex7740玻璃；步骤S5还包括对形成有所述第一通孔21以及所述第二通孔22的隔离层2进行研磨抛光。
步骤S6、将开设有所述第一通孔21以及所述第二通孔22的隔离层2通过键合的方式形成于所述硅基本体1顶部，使得所述第一通孔21与所述第一微流通道12对应、所述第二通孔22与所述第三微流通道14对应，优选的，所述键合方式采用准阳极键合方式。
在步骤S2、步骤S3以及步骤S4中，去除光刻胶的方法采用的是湿法去胶的方法。
实施例2
本实施例提供了上述微流道散热芯片的另一种制备方法，该制备方法与实施例1中的制备方法的不同之处在于所述隔离槽11、第二微流通道13的形成顺序不同。
参照图3(S1-S6)，本实施例提供的微流道散热芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、在所述硅基本体1的顶部涂覆光刻胶40(参照图3(S1a)所示)，以光刻胶40为掩膜，刻蚀所述硅基本体1顶部形成隔离槽11(参照图3(S1b)所示)。
步骤S2、去除步骤S1中所述硅基本体1顶部的光刻胶40，在所述形成有隔离槽11的硅基本体1顶部重新涂覆光刻胶50(参照图3(S2a)所示)，以光刻胶50为掩膜，刻蚀所述硅基本体1顶部形成第二微流通道13，使得所述隔离槽11与所述第二微流通道13连接(参照图3(S2b)所示)；对所述第二微流通道13的侧壁进行钝化层沉积。
步骤S3、去除步骤S2中所述硅基本体1顶部的光刻胶50，在形成有所述隔离槽11以及所述第二微流通道13的硅基本体1顶部重新涂覆光刻胶60(参照图3(S3a)所示)，以光刻胶60为掩膜，刻蚀所述隔离槽11的底部形成第一微流通道12以及第三微流通道14，使得所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14分别位于所述第二微流通道13的两侧(参照图3(S3b)所示)，所述隔离槽11连通所述第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14形成一倒“山”结构。
步骤S4、去除步骤S3中形成有所述隔离槽11、所述第一微流通道12、所述第二微流通道13以及所述第三微流通道14的硅基本1体顶部的光刻胶60；
步骤S5、通过激光打孔或者喷砂打孔的方式在所述隔离层2上形成第一通孔21以及第二通孔22。
其中，优选的，所述隔离层2为pyrex7740玻璃；步骤S5还包括对形成有所述第一通孔21以及所述第二通孔22的隔离层2进行研磨抛光。
步骤S6、将开设有所述第一通孔21以及所述第二通孔22的隔离层2通过键合的方式形成于所述硅基本体1顶部，使得所述第一通孔21与所述第一微流通道12对应、所述第二通孔22与所述第三微流通道14对应，优选的，所述键合方式采用准阳极键合方式。
在步骤S2、步骤S3以及步骤S4中，去除光刻胶的方法采用的是湿法去胶的方法。
实施例3
本实施例提供了上述微流道散热芯片的又一种制备方法，该制备方法与实施例2中的制备方法的不同之处在于所述第一微流通道12和第三微流通道14与第二微流通道13的形成顺序不同。
参照图4(S1-S6)，本实施例提供的微流道散热芯片的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、在所述硅基本体1的顶部涂覆光刻胶70(参照图4(S1a)所示)，以光刻胶70为掩膜，刻蚀所述硅基本体1顶部形成隔离槽11(参照图4(S1b)所示)。
步骤S2、去除步骤S1中所述硅基本体1顶部的光刻胶70，在所述形成有隔离槽11的硅基本体1顶部重新涂覆光刻胶80(参照图4(S2a)所示)，以光刻胶80为掩膜，刻蚀所述硅基本体1顶部形成第一微流通道12和第三微流通道14，使得所述隔离槽11与所述第一微流通道12以及第三微流通道14连接(参照图4(S2b)所示)。
步骤S3、去除步骤S2中所述硅基本体1顶部的光刻胶80，在形成有所述隔离槽11、所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14的硅基本体1顶部重新涂覆光刻胶90(参照图4(S3a)所示)，以光刻胶90为掩膜，刻蚀所述隔离槽11的底部形成第二微流通道13，使得所述第一微流通道12以及所述第三微流通道14分别位于所述第二微流通道13的两侧(参照图4(S3b)所示)，所述隔离槽11连通所述第一微流通道12、第二微流通道13以及第三微流通道14形成一倒“山”结构。
步骤S4、去除步骤S3中形成有所述隔离槽11、所述第一微流通道12、所述第二微流通道13以及所述第三微流通道14的硅基本1体顶部的光刻胶90。
步骤S5、通过激光打孔或者喷砂打孔的方式在所述隔离层2上形成第一通孔21以及第二通孔22。
其中，优选的，所述隔离层2为pyrex7740玻璃；步骤S5还包括对形成有所述第一通孔21以及所述第二通孔22的隔离层2进行研磨抛光。
步骤S6、将开设有所述第一通孔21以及所述第二通孔22的隔离层2通过键合的方式形成于所述硅基本体1顶部，使得所述第一通孔21与所述第一微流通道12对应、所述第二通孔22与所述第三微流通道14对应，优选的，所述键合方式采用准阳极键合方式。
在步骤S2、步骤S3以及步骤S4中，去除光刻胶的方法采用的是湿法去胶的方法。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种微流道散热芯片，其特征在于，包括硅基本体以及设置于所述硅基本体上的隔离层，所述硅基本体顶部开设有隔离槽，所述隔离槽向下延伸并在所述硅基本体上分别形成第一微流通道、第二微流通道以及第三微流通道，所述第一微流通道以及所述第三微流通道分别位于所述第二微流通道两侧；所述隔离层上开设有与所述第一微流通道对应的第一通孔、以及与所述第三微流通道对应的第二通孔。
2.根据权利要求1所述的微流道散热芯片，其特征在于，所述硅基本体的厚度不大于1.5毫米。
3.根据权利要求1所述的微流道散热芯片，其特征在于，所述第二微流通道的深度分别大于所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度。
4.根据权利要求3所述的微流道散热芯片，其特征在于，所述第二微流通道的深度不小于150微米，其横向尺寸不小于50微米。
5.根据权利要求4所述的微流道散热芯片，其特征在于，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度分别不小于100微米，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的横向尺寸分别不小于50微米。
6.一种如权利要求1所述的微流道散热芯片的制备方法，其特征在于，包括：
从所述硅基本体顶部刻蚀形成所述第二微流通道；
在所述形成有第二微流通道的硅基本体顶部刻蚀形成所述隔离槽，使得所述隔离槽与所述第二微流通道连通；
在所述形成有第二微流通道以及隔离槽的硅基本体顶部刻蚀形成所述第一微流通道以及所述第三微流通道，使得所述第一微流通道以及所述第三微流通道分别位于所述第二微流通道两侧；
在所述隔离层上开设第一通孔以及第二通孔；
将开设有所述第一通孔以及所述第二通孔的隔离层通过键合的方式形成于所述硅基本体顶部，使得所述第一通孔与所述第一微流通道对应、所述第二通孔与所述第三微流通道对应。
7.根据权利要求6所述的微流道散热芯片制备方法，其特征在于，所述硅基本体的厚度不大于1.5毫米。
8.根据权利要求6所述的微流道散热芯片制备方法，其特征在于，所述第二微流通道的深度分别大于所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度。
9.根据权利要求8所述的微流道散热芯片制备方法，其特征在于，所述第二微流通道的深度不小于150微米，其横向尺寸不小于50微米。
10.根据权利要求9所述的微流道散热芯片制备方法，其特征在于，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的深度分别不小于100微米，所述第一微流通道以及所述第三微流通道的横向尺寸分别不小于50微米。
11.根据权利要求6～10任一所述的微流道散热芯片制备方法，其特征在于，刻蚀所述第二微流通道、所述隔离槽、以及所述第一微流通道和所述第三微流通道时是分别以光刻胶作为掩膜，所述方法还包括：
在刻蚀形成所述第二微流通道、所述隔离槽、以及所述第一微流通道和所述第三微流通道的步骤后，分别采用湿法去胶去除对应的光刻胶掩膜。
12.根据权利要求11所述的微流道散热芯片制备方法，其特征在于，以光刻胶为掩膜，从所述硅基本体顶部刻蚀形成所述第二微流通道的步骤还包括：
对所述第二微流通道的侧壁进行钝化层沉积。
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