CN117561801A - 散热器及其制备方法、半导体装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种散热器，包括导热的板体，所述板体中开设有收容腔以及处于所述收容腔上方的液冷通道收容腔。所述收容腔与所述液冷通道隔离且形成为封闭的腔体，所述收容腔具有靠近所述液冷通道的腔顶壁和远离所述液冷通道的腔底壁，所述收容腔中收容有冷却液体，所述冷却液体在所述收容腔腔底壁受热时汽化并在所述收容腔腔顶壁冷凝成液体；所述收容腔的腔壁上形成有毛细结构。本申请还提供应用该种散热器的半导体装置和电子装置、该散热器的制备方法。本申请的散热器，通过在导热的板体设置相互隔离的收容腔和液冷通道，消除了接触热阻，热量通过所述收容腔均温，提升了换热效率，再由液冷通道中的降温液体及时把热量带走，散热效果良好。
Description
本申请涉及一种散热器及其制备方法，应用该散热器的半导体装置和电子设备。
随着芯片的功耗不断增大，芯片的散热问题将是限制芯片发展的瓶颈之一。特别是对功耗密度超高的大功率芯片，由于芯片的局部会产生热点，而这些热点的散热问题一直是芯片功耗性能增加的瓶颈之一。在每平方毫米2到3W局部功率密度下，目前常见的风冷散热技术已经无法支持高于300W的功耗，水冷散热的技术瓶颈也在500W的功耗，如果加上局部更高功耗密度的热点，功耗瓶颈会进一步降低到400W。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种散热效果良好的散热器。
第一方面，本申请提供一种散热器，包括：
导热的板体，所述板体中开设有收容腔以及处于所述收容腔上的液冷通道；
所述收容腔与所述液冷通道隔离，且形成为封闭的腔体，所述收容腔具有靠近所述液冷通道的腔顶壁和远离所述液冷通道的腔底壁，所述收容腔中收容有冷却液体，所述冷却液体在所述收容腔的腔底壁受热时汽化并在所述收容腔的腔顶壁冷凝成液体；
所述收容腔的腔壁上形成有毛细结构。
可以看出，第一方面提供的散热器，通过在导热的板体中设置上下排布且相互隔离的两个独立的腔体(液冷通道和收容腔)，消除了接触热阻，可不需要设置高分子聚合物材料的导热界面材料；来自热源的热量通过气-液两相的所述收容腔均温，提升了换热效率，然后再由所述液冷通道中的降温液体及时把热量带走，如此在一个散热器中集成了一相液冷和二相液冷两种方式，散热效果良好。
结合第一方面，在一些实施例中，所述收容腔中设置有间隔设置的多个导热柱，每一个导热柱的一端连接所述腔顶壁，另一端连接所述腔底壁，每一个导热柱连接其两端的表面上也形成有毛细结构。
可以看出，所述导热柱能起到支撑所述收容腔的作用，从而提升所述散热器的机械强度；此外，所述导热柱的设置增大了毛细结构的设置面积，利于所述冷却液体快速回流到所述收容腔的腔底壁。
结合第一方面，在一些实施例中，所述收容腔的腔壁和所述导热柱的表面上附着有毛细结构层，所述毛细结构层中形成有所述毛细结构；所述散热器不工作时，所述冷却液体吸附在所述毛细结构层中。
可以看出，所述毛细结构层通常为多孔的，所述毛细结构层通过所述毛细结构吸附所述冷却液体。
结合第一方面，在一些实施例中，所述毛细结构层为铜粉烧结层或多层编制的铜网。
结合第一方面，在一些实施例中，所述收容腔的腔壁和每一个导热柱的表面经蚀刻形成 有沟槽以形成所述毛细结构。
结合第一方面，在一些实施例中，所述收容腔内部的气压小于标准大气压，以降低所述冷却液体的沸点。
可以看出，所述收容腔可进行了抽真空处理。实际应用所述收容腔的内部不达到真空也可以，只要能起到降低所述冷却液体的沸点即可，使所述收容腔中的冷却液体在较低的温度下即可蒸发为气体。
结合第一方面，在一些实施例中，所述液冷通道中设置有相互间隔的多个鳍片。
结合第一方面，在一些实施例中，所述液冷通道连通有相互独立的进液口和出液口，所述进液口用于将所述降温液体引入所述液冷通道，所述出液口用于将所述降温液体引出所述液冷通道。
结合第一方面，在一些实施例中，所述板体的材质为金属铜，所述冷却液体为水。
第二方面，本申请还提供一种半导体装置，包括发热的电子元件以及盖设在所述电子元件上的散热器，所述散热器为本申请第一方面所述的散热器，所述散热器的收容腔位于所述液冷通道与所述电子元件之间。
可以看出，第二方面提供的半导体装置，所述散热器可如同一个盖子盖设在所述电子元件(如芯片)上面，起到良好的散热的作用，避免所述电子元件(如芯片)中形成局部的热点，在提升所述电子元件(如芯片)功耗的情况下也不会产生散热不良的问题。
结合第二方面，在一些实施例中，所述电子元件为芯片。
结合第二方面，在一些实施例中，所述电子元件设置在基板上，所述散热器也设置在所述基板上并盖住所述电子元件。
结合第二方面，在一些实施例中，所述散热器还包括相对设置的两个支撑臂，所述两个支撑臂凸设在所述板体具有所述收容腔的一侧且位于所述板体与所述基板之间，所述支撑臂用于支撑所述板体。
结合第二方面，在一些实施例中，所述电子元件与所述散热器之间还设置有导热的金属盖，所述金属盖固定在所述基板上且盖设所述电子元件；所述金属盖与所述电子元件之间设置有导热界面材料层，所述金属盖与所述散热器之间也设置有另外的导热界面材料层。
第三方面，本申请还提供一种电子设备，其包括电路板以及设置在所述电路板上的电子元件，所述电子元件上还盖设有本申请第一方面所述的散热器。
可以看出，第三方面提供的电子设备，所述散热器起到良好的散热的作用，避免所述电子元件(如芯片)中形成局部的热点，在提升所述电子元件(如芯片)功耗的情况下也不会产生散热不良的问题，从而提升电子设备的使用寿命。
结合第三方面，在一些实施例中，所述电子元件为芯片。
结合第三方面，在一些实施例中，所述电子元件设置在基板上，所述基板位于所述电子元件与所述电路板之间，所述散热器也设置在所述基板上并盖住所述电子元件。
结合第三方面，在一些实施例中，所述散热器还包括相对设置的两个支撑臂，所述两个支撑臂凸设在所述板体具有所述收容腔的一侧且位于所述板体与所述基板之间，所述支撑臂用于支撑所述板体。
结合第三方面，在一些实施例中，所述电子元件与所述散热器之间还设置有导热的金属盖，所述金属盖固定在所述基板上且盖设所述电子元件；所述金属盖与所述电子元件之间设置有导热界面材料层，所述金属盖与所述散热器之间也设置有另外的导热界面材料层。
第四方面，本申请还提供一种散热器的制备方法，包括：
提供第一导热板，在所述第一导热板的一表面上开设容纳槽；
提供第二导热板，在所述第二导热板上开设相互独立的进液口和出液口；
提供第三导热板，在所述第三导热板的一表面开设凹槽；
将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板从上至下依次层叠，其中所述进液口和所述出液口分别连通所述容纳槽，并使所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体，所述容纳槽与所述第二导热板配合形成容纳降温液体的液冷通道，且所述凹槽与所述第一导热板配合形成密封的收容腔。
可以看出，第四方面提供的散热器的制备方法，可通过一体式钎焊烧结成型工艺，将相互独立的三个导热板材结合为一个整体，该制备方法操作简单，易于实现。
结合第四方面，在一些实施例中，所述制备方法包括在将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体之前，加工所述第一导热板形成相互间隔的多个鳍片位于所述容纳槽中。
结合第四方面，在一些实施例中，所述制备方法包括在将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体之前，加工所述第三导热板形成相互间隔的多个导热柱位于所述凹槽中。
结合第四方面，在一些实施例中，所述制备方法还包括：在所述导热柱的侧壁和所述凹槽的槽壁以及所述第一导热板朝向所述凹槽的底壁的表面形成毛细结构。
结合第四方面，在一些实施例中，形成所述毛细结构包括：在在所述导热柱的侧壁和所述凹槽的槽壁以及所述第一导热板朝向所述凹槽的底壁的表面形成铜粉层，对所述铜粉层进行烧结。
结合第四方面，在一些实施例中，将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体为通过焊接的方式。
图1为现有技术的具有散热结构的芯片模组的剖面示意图。
图2为本申请实施例的散热器的局部的立体示意图。
图3A为本申请实施例的散热器的剖面示意图。
图3B为图3A所示的散热器的工作状态示意图。
图4为本申请实施例的散热器的另一剖面示意图。
图5为本申请实施例的散热器的收容腔的腔壁的沟槽的示意图。
图6为本申请实施例的半导体装置的示意图。
图7为本申请另一实施例的半导体装置的示意图。
图8为本申请实施例的电子设备的示意图。
图9为本申请实施例的散热器的制备过程的示意图一。
图10为本申请实施例的散热器的制备过程的示意图二。
图11为本申请实施例的散热器的制备过程的示意图三。
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
请参阅图1，现有的一种用于芯片的散热装置500，包括从下至上依次层叠在芯片60上的第一导热界面材料层70A、金属盖90、第二导热界面材料层70B、以及液冷板510。所述液冷板510具有一个腔体511以及连通所述腔体511的进液口11和出液口13，腔体511中设置有多个鳍片20。所述芯片60产生的热量依次经过所述第一导热界面材料层70A、所述金属盖90、所述第二导热界面材料层70B，达到所述液冷板510。所述液冷板510的腔体511中通过所述进液口11通入冷却液体(图未示)，所述冷却液体从鳍片20与鳍片20之间的空间流过产生热交换，被加热的冷却液体从所述出液口13流出，从而将所述芯片60产生的热量散发出去。所述第一导热界面材料层70A和所述第二导热界面材料层70B的材料通常为高分子聚合物材料。然而，该散热装置500的热阻链路太长，造成总热阻过大，散热效果不佳。
鉴于此，请参阅图2，本申请实施例提供一种散热器100，其具有良好的散热效果。所述散热器100包括导热的板体10。本实施例中，所述板体10大致为矩形块状。所述板体10中开设有上下间隔设置且相互独立不连通的液冷通道101和收容腔103。如图2所示，所述液冷通道101位于所述收容腔103的上方。由于所述液冷通道101和收容腔103均位于所述板体10的内部，因此图2所示的散热器100进行了剖切以清楚地呈现所述板体10中的液冷通道101和收容腔103。所述收容腔103为封闭的，即与外界不连通。所述收容腔103具有靠近所述液冷通道101的腔顶壁103A和远离所述液冷通道101的腔底壁103B。所述液冷通道101与外界连通，且用以容纳循环流动的降温液体(图未示)。所述液冷通道101和所述收容腔103上下设置，且二者之间通过板体10的局部，即一中间层104，而相互间隔，中间层104的相对的两个表面分别构成所述液冷通道101的一个通道壁和所述收容腔103的腔顶壁103A。
结合参阅图3A和图3B，本实施例中，所述收容腔103的腔壁上形成有具有毛细结构51的毛细结构层50。所述腔顶壁103A和所述腔底壁103B也形成有所述毛细结构层50。所述毛细结构层50为多孔的结构。所述毛细结构层50吸附有冷却液体63。由于毛细结构51是内部细微的结构且排布不规律，图3A仅作示意性的呈现出所述毛细结构51。所述散热器100使用时，热源位于所述板体10具有收容腔103的一侧。所述冷却液体63用于在所述收容腔103的腔底壁103B受热时汽化并在所述收容腔103的腔顶壁103A冷凝成液体。本申请中，毛细结构51的毛细现象使在所述腔顶壁103A冷凝的冷却液体63能够迅速回流到所述收容腔103的腔底壁103B。所述液冷通道101中循环流动的降温液体(图未示)带走来自所述收容腔103的热量从而保证所述收容腔腔顶壁103A处于能够使所述冷却液体63的蒸气冷凝的低温状态。可以理解的，冷却液体63的具体剂量可依据具体的产品进行调整设计。冷却液体63用来输送热量，如果收容腔103中设置过多的冷却液体63，会导致热阻增大，进而降低散热的效果。例如，通常收容腔103中的冷却液体63中的总量为几克。一实施例中，所述收容腔103中的所述冷却液体63的剂量为在所述散热器100不工作的情况下，所述冷却液体63均吸附在所述毛细结构层50中，不限于吸附在腔底壁103B、腔侧壁、腔顶壁103A的毛细结构层50中。
如图3B所示，热源产生的热量传导到所述收容腔103的腔底壁103B(也称为蒸发端)，然后位于所述收容腔103的腔底壁103B上的毛细结构层50中的冷却液体63受热迅速汽化形成蒸气，蒸气在热扩散的动力下流向所述收容腔103的腔顶壁103A(也称为冷凝端)，并在腔顶壁103A冷凝成液体并释放出热量。所述液冷通道101中循环流动的降温液体带走所 述腔顶壁103A的热量，达到散热降温的效果，从而保证所述收容腔103的腔顶壁103A(也称为冷凝端)的相对低温状态。随着位于所述收容腔103的腔底壁103B的冷却液体63受热蒸发越来越少，此时腔顶壁103A冷凝聚集越来越多的冷却液体，由于毛细作用，腔顶壁103A的冷却液体会回流到腔底壁103B。由于毛细结构51的毛细现象，因此不管所述散热器100如何放置，例如收容腔103在上方液冷通道101在下方，均能够保证腔顶壁103A冷凝的冷却液体63通过所述毛细结构51迅速回流到腔底壁103B。而如果不设置毛细结构51，则放置所述散热器100时需保证液冷通道101在上方收容腔103在下方，使腔顶壁103A冷凝的冷却液体63依靠重力落下回到腔底壁103B，且回流过程缓慢。
结合参阅图3A和图4，所述收容腔103整体为一个连通的腔体，且所述收容腔103中设置有间隔设置的多个导热柱30。每一个导热柱30的一端连接所述收容腔103的腔顶壁103A，另一端连接所述收容腔103的腔底壁103B。即，每一个导热柱30的两端分别连接所述收容腔103的相对的腔顶壁103A和腔底壁103B。所述导热柱30能起到支撑所述收容腔103的作用，从而提升所述散热器100的机械强度。此外，每一个导热柱30连接其两端的表面也形成有具有毛细结构51的毛细结构层50，以使在所述收容腔103的腔顶壁103A冷凝的所述冷却液体63通过所述毛细结构51回流到所述收容腔103的腔底壁103B。所述导热柱30的设置增大了毛细结构51的设置面积。如图4所示，所述导热柱30的截面为圆形，即所述导热柱30为圆柱形。
本实施例中，所述毛细结构层50为铜粉烧结层，但不以此为限。所述铜粉烧结层可为粒径为几微米至几十微米的铜粉粉末经烧结而成。可以理解的，所述毛细结构层50还可为附着在所述收容腔103的腔壁和所述导热柱30的表面上的多层编制的铜网(图未示)，所述毛细结构51形成中所述铜网中。所述铜网具有贯穿其的多个孔隙，每一个孔隙的开口大小为微米级，例如几微米至几十微米，或者，所述收容腔103的腔壁和所述导热柱30的表面并未形成毛细结构层，所述收容腔103的腔壁和所述导热柱30的表面经蚀刻形成有细微的沟槽52，例如沟槽52的宽度为几个微米且不超过200微米，如图5所示，通过所述沟槽52形成毛细结构。
本申请中，所述收容腔103内部的气压小于标准大气压，例如小于所述散热器100外部的大气压，以降低所述冷却液体63的沸点。如此，当热量传导到所述收容腔103的腔底壁103B(也称为蒸发端)，位于所述毛细结构层50的毛细结构51中的冷却液体能够较快较容易地汽化形成蒸气。例如，所述收容腔103进行了抽真空处理。实际应用，所述收容腔103的内部不达到真空也可以，只要能起到降低所述冷却液体63的沸点即可。如此，保证所述收容腔103中的冷却液体63在较低的温度下即可蒸发为气体。例如，液体水在相对真空状态下沸点极低(通常只有32°内)。
如图3A所示，所述液冷通道101连通相互独立的进液口11和出液口13，通过所述进液口11将降温液体引入所述液冷通道101，通过所述出液口13将吸收热量的所述降温液体引出所述液冷通道101。如图2所示，所述进液口11与所述出液口13相对且间隔。如图6所示，一实施例中，所述出液口13和所述进液口11可通过连接一冷冻水分配单元(chill water distribution unit，CDU)15实现降温液体在所述液冷通道101中的循环流动，但不以此为限。
如图3A所示，所述液冷通道101中设置有相互间隔的多个鳍片20。所述多个鳍片20连接在所述液冷通道101靠近所述收容腔103的腔壁以及远离所述收容腔103的腔壁之间。一实施例中，所述多个鳍片20为高密鳍片，每一个鳍片20沿同一个方向延伸成长条薄片状， 且相邻鳍片20之间的间隙为0.1mm，每一个鳍片20沿垂直所述板体10的厚度方向D的厚度为0.1mm。当所述散热器100工作时，降温液体从所述进液口11进入所述液冷通道101，降温液体穿过鳍片20与鳍片20之间的空间，被加热的降温液体通过所述出液口13流出，因而所述液冷通道101及循环流动的降温液体可保持所述收容腔103的腔顶壁103A(也称为冷凝端)的低温状态，保证所述收容腔103的液-气相变能够持续发生。
本实施例中，所述板体10和所述导热柱30的材质均为金属铜，所述降温液体和所述冷却液体63均为水。可以理解的，其他实施例中，所述板体10和所述导热柱30的材质不限于金属铜，还可为其他导热效果较好的材质，例如金属铝；所述降温液体和所述冷却液体63不限于水，还可为其他的液体。
本申请的散热器100，通过在导热的板体10中设置上下排布且通过一个中间层104相间隔的两个独立的腔体(液冷通道101和收容腔103)，消除了接触热阻，可不需要设置高分子聚合物材料的导热界面材料；来自热源的热量通过气-液两相的所述收容腔103均温，提升了换热效率，然后再由液冷通道101中的降温液体及时把热量带走，如此在一个散热器100中集成了一相液冷和二相液冷两种方式，散热效果良好。
请参阅图6，本申请实施例还提供一种半导体装置200A，包括发热的电子元件61以及盖设在所述电子元件61上的上述散热器100。所述散热器100的收容腔103位于所述液冷通道101与所述电子元件61之间。本实施例中，所述电子元件61为芯片60，但不限于芯片。所述散热器100与所述电子元件61之间还设置有导热界面材料层70，所述导热界面材料层70位于所述板体10与所述电子元件61之间。所述导热界面材料层70用以将所述电子元件61产生的热量传递给所述散热器100。本实施例中，所述导热界面材料层70与电子元件61及散热器100直接接触。所述导热界面材料层70的材料通常为高分子聚合物材料，但不以此为限。
如图6所示，芯片60设置在一基板40上，所述散热器100也设置在所述基板40上并盖住所述芯片60。所述散热器100还包括相对设置的两个支撑臂110，所述两个支撑臂110凸设在所述板体10具有所述收容腔103的一侧。本实施例中，所述两个支撑臂110大致位于所述板体10的相对边缘。本实施例中，所述支撑臂110位于所述板体10与所述基板40之间，所述支撑臂110用于支撑所述板体10，所述支撑臂110提供位于所述板体10和所述基板40之间的一收容空间(图为示)用以容纳所述芯片60，避免所述板体10直接压在所述芯片60上，造成芯片60的损坏。支撑臂110可与板体10由同一种材料一体成型，也可与板体10分开成型并同通过组装的方式固定在板体10上。所述散热器100可通过胶粘剂120固定在所述基板40上，具体的所述胶粘剂120可设置在所述支撑臂110与所述基板40之间。
本实施例中，所述散热器100如同一个盖子盖设在所述芯片60上面，起到良好的散热的作用，无需另外加散热装置。电子元件61(如芯片)的热量首先传递至所述收容腔103的腔底壁103B，收容腔103的腔底壁103B的冷却液体受热迅速汽化形成蒸气，蒸气在热扩散的动力下流向所述收容腔103的腔顶壁103A，并在腔顶壁103A冷凝成液体并释放出热量。所述液冷通道101中循环流动的降温液体带走所述腔顶壁103A的热量，达到散热降温的效果。位于所述收容腔103的腔底壁103B的冷却液体受热蒸发越来越少，此时腔顶壁103A冷凝聚集越来越多的冷却液体，由于毛细作用，腔顶壁103A的冷却液体回流到腔底壁103B，如此完成热传导的循环。
如图6所示，所述半导体装置200A还包括电路板80，设置有所述芯片60和所述散热 器100的基板40被设置在所述电路板80上，其中所述基板40位于所述电路板80和所述散热器100之间。另外，所述芯片60与所述基板40之间可设置焊球81以实现芯片60与所述基板40的电性连接。所述基板40与所述电路板80之间也设置有焊球81以实现所述芯片60信号的引出。
所述半导体装置200A中，所述散热器100盖设在所示芯片60上，起到良好的散热的作用，避免所述芯片60中形成局部的热点，在提升所述芯片60功耗的情况下也不会产生散热不良的问题。
请参阅图7，本申请另外的实施例还提供另外一种半导体装置200B，其与图6所示的半导体装置200A基本相同，也包括电路板80、设置在所述电路板80上的基板40、设置在所述基板40上的电子元件61(如芯片)和上述散热器100，二者不同之处在于：所述电子元件61(如芯片)与所述散热器100之间还设置有导热的金属盖90，所述金属盖90固定在所述基板40上且盖设所述电子元件61(如芯片)。另外，所述金属盖90与所述电子元件61(如芯片)之间设置有导热界面材料层70，所述金属盖90与所述散热器100之间也设置有导热界面材料层70。
如图7所示，所述金属盖90包括顶板91和垂直连接所述顶板91的侧板93。所述顶板91位于所述两个导热界面材料层70之间，所述侧板93远离所述顶板91的端面固定在所述基板40上，具体为所述侧板93与所述基板40之间设置有胶粘剂120，以使所述金属盖90固定设置在所述基板40上。
如图7所示，为加强所述散热器100与电路板80的稳定性，所述半导体装置200B还包括锁固元件210以将所述散热器100与所述电路板80二者相互固定。本实施例，所述锁固元件210包括螺丝和弹簧，以将所述板体10和所述电路板80锁合为一体，但不以此为限。
如图8所示，本申请实施例还提供一种应用上述半导体装置200A或200B的电子设备300，其包括壳体310和设置所述壳体310中的上述半导体装置200A或200B。图7所示的电子设备300为手机，但不限于手机，所述电子设备300可为各种需要设置上述半导体装置的电子装置。
所述电子设备300中，所述散热器100盖设在芯片60上，起到良好的散热的作用，避免所述芯片60中形成局部的热点，在提升所述芯片60功耗的情况下也不会产生散热不良的问题，从而提升所述电子设备300的使用寿命。
本申请中，所述散热器100的气-液两相的收容腔103的热导率大约是10000w/m·k，可达到传统液冷板510的基底和金属盖90(397w/m·k)的25倍，芯片热点产生的热会迅速均温到整个收容腔103，然后传导到上面的液冷通道101中，由降温液体循环带走，大大减少了由于热点造成的热阻。
高分子聚合物材料的导热界面材料的导热率大概为5W/m·K，所以如果散热器中设置高分子聚合物材料的导热界面材料就会导致10摄氏度左右的热阻温差。本申请的所述散热器100不需要设置高分子聚合物材料的导热界面材料。本申请的所述散热器100的整体热阻可降低至0.113/W,而能够支持的最大功耗可以提升50％。
请参阅图9至图11，本申请实施例还提供一种散热器100的制备方法，包括：
提供第一导热板111，在所述第一导热板111的一表面上开设容纳槽114；
提供第二导热板112，在所述第二导热板112上开设相互独立的进液口11和出液口13；
提供第三导热板113，在所述第三导热板113的一表面开设凹槽115；
将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113从上至下依次层叠，其中所述进液口11和所述出液口13分别连通所述容纳槽114，将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113三者结合为一体。
初始未加工前，所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113均大致为平板状。图9中仅示意出所述第二导热板112的进液口11，由于角度的问题，出液口13无法示出；请参阅图2，所述出液口13与所述进液口11相对且间隔。所述进液口11和所述出液口13均贯穿所述第二导热板112，如此将所述第二导热板112层叠在所述第一导热板111上时，所述进液口11和所述出液口13分别连通所述第一导热板111的容纳槽114。所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113的材质可为铜，但不以此为限，其他导热较好的材质也是可能的。
如图9所示，所述制备方法还包括在将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113结合为一体之前，加工所述第一导热板111形成相互间隔设置的多个鳍片20。结合参阅图9，本实施例中，所述容纳槽114和所述多个鳍片20可通过加工所述第一导热板111的方式同时形成，例如加工可采用高精度的计算机数字控制(Computer numerical Control，CNC)机床来实现，去除所述第一导热板111的部分，使所述多个鳍片20和容纳槽114同时形成，且所述多个鳍片20位于容纳槽114中。
结合参阅图9，所述制备方法还包括在将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113结合为一体之前，加工所述第三导热板113形成相互间隔的多个导热柱30。本实施例中，所述凹槽115和所述多个导热柱30可通过加工所述第三导热板113的方式同时形成，例如加工可采用CNC机床来实现，去除所述第三导热板113的部分，使所述多个导热柱30和凹槽115同时形成，且所述多个导热柱30位于凹槽115中。
所述制备方法还包括：在将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113结合为一体之前，在所述导热柱30的侧壁和所述凹槽115的槽壁以及所述第一导热板111朝向所述凹槽115的底壁的表面形成毛细结构。一实施例中，形成所述毛细结构包括：如图9所示，在所述导热柱30的侧壁和所述凹槽115的槽壁以及所述第一导热板111朝向所述凹槽115的底壁的表面形成毛细结构层，例如在所述凹槽115的槽壁以及所述第一导热板111朝向所述凹槽115的底壁预先形成铜粉层116，所述铜粉层116包括粒径为几微米至几十微米的铜粉粉末，然后对所述铜粉层116进行高温烧结得到铜粉烧结层，即毛细结构层。可以理解的，形成所述毛细结构的方式不限于铜粉烧结层，还可为上述的多层编制的铜网(图未示)，或者，所述凹槽115的槽壁以及所述第一导热板111朝向所述凹槽115的底壁进行蚀刻形成细微的沟槽。
一实施例中，将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113结合为一体为通过焊接(例如钎焊)的方式，但不限于此。如图10所示，预先在所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113对应需要焊接的地方铺上钎焊料117，例如钎焊料117设置在所述第二导热板112与所述第一导热板111之间的靠近二者边缘的部分，以及所述第一导热板111与所述第三导热板113之间的靠近二者边缘的部分；然后加热使钎焊料117熔化后，利用液态的钎焊料117填充在所述第二导热板112与所述第一导热板111之间，以及所述第一导热板111与所述第三导热板113之间，从而使所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113三者结合为一体。
可以理解的，上述铜粉层116的烧结步骤和所述钎焊料117的加热步骤可同时进行，例 如在设置好钎焊料117和铜粉层116后，将所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113依次层叠的层叠体放置在一治具(图未示)，然后将所述治具放在高温炉中进行加热，加热温度为700至900摄氏度，优选为800摄氏度，如此所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113钎焊成一体，同时所述铜粉层116转化为多孔的铜粉烧结层。所述制备方法可通过一体式钎焊烧结成型工艺，将相互独立的三个导热板材结合为一个整体。
如图11所示，所述第二导热板112、所述第一导热板111、所述第三导热板113结合为一体后，所述第二导热板112盖设在所述第一导热板111上，使所述第一导热板111的容纳槽114与所述第二导热板112配合形成容纳降温液体的液冷通道101；且所述第一导热板111盖设在所述第三导热板113上，使所述第三导热板113的凹槽115与所述第一导热板111配合形成一密封的收容腔103。
所述制备方法还包括在所述密封的收容腔103中装入冷却液体，可在所述第三导热板113中开设连通所述收容腔103的通孔(图未示)，通过所述通孔将所述冷却液体注入所述收容腔103；注入冷却液体后，再将所述通孔进行封堵以保证所述腔体的密闭性。可以理解的，还可通过所述通孔进行抽真空处理以降低所述收容腔103中的气压的步骤，然后再对所述通孔进行封堵以保证所述收容腔103的密闭性。
需要说明的是，以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内；在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (25)
- 一种散热器，其特征在于，包括：导热的板体，所述板体中开设有收容腔以及处于所述收容腔上的液冷通道；所述收容腔与所述液冷通道隔离，且形成为封闭的腔体，所述收容腔具有靠近所述液冷通道的腔顶壁和远离所述液冷通道的腔底壁，所述收容腔中收容有冷却液体，所述冷却液体在所述收容腔腔底壁受热时汽化并在所述收容腔腔顶壁冷凝成液体；所述收容腔的腔壁上形成有毛细结构。
- 根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述收容腔中设置有间隔设置的多个导热柱，每一个导热柱的一端连接所述腔顶壁，另一端连接所述腔底壁，每一个导热柱连接其两端的表面上也形成有毛细结构。
- 根据权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述收容腔的腔壁和所述导热柱的表面上附着有毛细结构层，所述毛细结构层中形成有所述毛细结构；所述散热器不工作时，所述冷却液体吸附在所述毛细结构层中。
- 根据权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述毛细结构层为铜粉烧结层或多层编制的铜网。
- 根据权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述收容腔的腔壁和每一个导热柱的表面经蚀刻形成有沟槽以形成所述毛细结构。
- 根据权利要求1至5中任一项所述的散热器，其特征在于，所述收容腔内部的气压小于标准大气压，以降低所述冷却液体的沸点。
- 根据权利要求1至6中任一项所述的散热器，其特征在于，所述液冷通道中设置有相互间隔的多个鳍片。
- 根据权利要求1至7中任一项所述的散热器，其特征在于，所述液冷通道连通有相互独立的进液口和出液口，所述进液口用于将所述降温液体引入所述液冷通道，所述出液口用于将所述降温液体引出所述液冷通道。
- 根据权利要求1至8中任一项所述的散热器，其特征在于，所述板体的材质为金属铜，所述冷却液体为水。
- 一种半导体装置，包括发热的电子元件以及盖设在所述电子元件上的散热器，其特征在于，所述散热器为权利要求1至9中任一项所述的散热器，所述散热器的收容腔位于所述液冷通道与所述电子元件之间。
- 根据权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，所述电子元件为芯片。
- 根据权利要求10或11所述的半导体装置，其特征在于，所述电子元件设置在基板上，所述散热器也设置在所述基板上并盖住所述电子元件。
- 根据权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，所述散热器还包括相对设置的两个支撑臂，所述两个支撑臂凸设在所述板体具有所述收容腔的一侧且位于所述板体与所述基板之间，所述支撑臂用于支撑所述板体。
- 根据权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，所述电子元件与所述散热器之间还设置有导热的金属盖，所述金属盖固定在所述基板上且盖设所述电子元件；所述金属盖与所述电子元件之间设置有导热界面材料层，所述金属盖与所述散热器之间也设置有另外的导 热界面材料层。
- 一种电子设备，其包括电路板以及设置在所述电路板上的电子元件，所述电子元件上还盖设有权利要求1至9中任一项所述的散热器。
- 根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述电子元件为芯片。
- 根据权利要求15或16所述的电子设备，其特征在于，所述电子元件设置在基板上，所述基板位于所述电子元件与所述电路板之间，所述散热器也设置在所述基板上并盖住所述电子元件。
- 根据权利要求17所述的电子设备，其特征在于，所述散热器还包括相对设置的两个支撑臂，所述两个支撑臂凸设在所述板体具有所述收容腔的一侧且位于所述板体与所述基板之间，所述支撑臂用于支撑所述板体。
- 根据权利要求17所述的电子设备，其特征在于，所述电子元件与所述散热器之间还设置有导热的金属盖，所述金属盖固定在所述基板上且盖设所述电子元件；所述金属盖与所述电子元件之间设置有导热界面材料层，所述金属盖与所述散热器之间也设置有另外的导热界面材料层。
- 一种散热器的制备方法，其特征在于，包括：提供第一导热板，在所述第一导热板的一表面上开设容纳槽；提供第二导热板，在所述第二导热板上开设相互独立的进液口和出液口；提供第三导热板，在所述第三导热板的一表面开设凹槽；将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板从上至下依次层叠，其中所述进液口和所述出液口分别连通所述容纳槽，并使所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体，所述容纳槽与所述第二导热板配合形成容纳降温液体的液冷通道，且所述凹槽与所述第一导热板配合形成密封的收容腔。
- 根据权利要求20所述的散热器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括在将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体之前，加工所述第一导热板形成相互间隔的多个鳍片位于所述容纳槽中。
- 根据权利要求20所述的散热器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括在将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体之前，加工所述第三导热板形成相互间隔的多个导热柱位于所述凹槽中。
- 根据权利要求22所述的散热器的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在所述导热柱的侧壁和所述凹槽的槽壁以及所述第一导热板朝向所述凹槽的底壁的表面形成毛细结构。
- 根据权利要求23所述的散热器的制备方法，其特征在于，形成所述毛细结构包括：在在所述导热柱的侧壁和所述凹槽的槽壁以及所述第一导热板朝向所述凹槽的底壁的表面形成铜粉层，对所述铜粉层进行烧结。
- 根据权利要求20所述的散热器的制备方法，其特征在于，将所述第二导热板、所述第一导热板、所述第三导热板结合为一体为通过焊接的方式。
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