總結(jié)

高速集成電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)常常受到熱方面因素的制約。直至1981年，權(quán)威觀點(diǎn)仍預(yù)測(cè)：對(duì)于液冷、致密封裝的集成電路（IC），可實(shí)現(xiàn)的最大功率熱流密度約為20 W/cm2。

對(duì)流傳熱理論表明，在正常工作溫度下，只要采用微尺度（例如，寬約50 μm）的擴(kuò)展表面結(jié)構(gòu)，就可以以緊湊方式從IC上移除遠(yuǎn)高于1000 W/cm2的熱流密度。構(gòu)建高導(dǎo)熱、低應(yīng)力的IC—散熱器熱界面存在困難，這提示應(yīng)采用一體化散熱器。因此，本研究采用IC微加工技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)厚度硅襯底內(nèi)部直接設(shè)計(jì)、制備并測(cè)試了新型超緊湊水冷、層流、優(yōu)化的板翅與針翅散熱器。對(duì)1 cm2薄膜電阻器測(cè)得的最不利情況下的熱阻低至0.083 °C/W（例如在1309 W時(shí)溫升108 °C），與預(yù)測(cè)結(jié)果符合良好。傳熱能力仍可進(jìn)一步提高。

在多芯片系統(tǒng)中使用一體化液冷散熱器會(huì)帶來(lái)潛在的良率、可靠性、成本與封裝問(wèn)題。將未改動(dòng)的IC附著到微散熱器上似乎是更具吸引力的方法。為避免傳統(tǒng)附著方式的問(wèn)題，本文開(kāi)發(fā)了一種新型芯片附著技術(shù)：在散熱器襯底中，液體部分填充由微米尺度寬度的回入式毛細(xì)結(jié)構(gòu)組成的陣列，使表面張力將IC拋光后的背面壓持在與散熱器緊密的熱接觸狀態(tài)。該鍵合無(wú)空洞、幾乎無(wú)應(yīng)力、壽命長(zhǎng)，并允許在不損傷散熱器襯底的情況下反復(fù)拆卸與更換IC?；厝胧綔喜弁ㄟ^(guò)一種新工藝制備：在垂直硅微溝槽上進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。對(duì)1 cm2面積，在300 W條件下測(cè)得典型界面熱阻為0.022 °C/W。

總之，本文采用微加工技術(shù)制備了體積極?。?.1 cm3）的新型超高性能液冷散熱器，并制備了一種在此類散熱器與集成電路襯底之間的新型、無(wú)應(yīng)力、可重復(fù)使用的微毛細(xì)熱界面。這些技術(shù)為VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了更大的自由度：在可顯著提高功耗的同時(shí)，還能同時(shí)獲得更低工作溫度帶來(lái)的可靠性收益。

Heat-Transfer Microstructures for Integrated Circuits.pdf