[英文學位論文20]：用于集成電路的傳熱微結構

總結

高速集成電路與系統(tǒng)的設計常常受到熱方面因素的制約。直至1981年，權威觀點仍預測：對于液冷、致密封裝的集成電路（IC），可實現的最大功率熱流密度約為20 W/cm2。

對流傳熱理論表明，在正常工作溫度下，只要采用微尺度（例如，寬約50 μm）的擴展表面結構，就可以以緊湊方式從IC上移除遠高于1000 W/cm2的熱流密度。構建高導熱、低應力的IC—散熱器熱界面存在困難，這提示應采用一體化散熱器。因此，本研究采用IC微加工技術，在標準厚度硅襯底內部直接設計、制備并測試了新型超緊湊水冷、層流、優(yōu)化的板翅與針翅散熱器。對1 cm2薄膜電阻器測得的最不利情況下的熱阻低至0.083 °C/W（例如在1309 W時溫升108 °C），與預測結果符合良好。傳熱能力仍可進一步提高。

在多芯片系統(tǒng)中使用一體化液冷散熱器會帶來潛在的良率、可靠性、成本與封裝問題。將未改動的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)附著方式的問題，本文開發(fā)了一種新型芯片附著技術：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結構組成的陣列，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)。該鍵合無空洞、幾乎無應力、壽命長，并允許在不損傷散熱器襯底的情況下反復拆卸與更換IC?；厝胧綔喜弁ㄟ^一種新工藝制備：在垂直硅微溝槽上進行化學鍍鎳。對1 cm2面積，在300 W條件下測得典型界面熱阻為0.022 °C/W。

總之，本文采用微加工技術制備了體積極?。?.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、無應力、可重復使用的微毛細熱界面。這些技術為VLSI系統(tǒng)設計者提供了更大的自由度：在可顯著提高功耗的同時，還能同時獲得更低工作溫度帶來的可靠性收益。

Heat-Transfer Microstructures for Integrated Circuits.pdf