[发明专利]一种应用于3D集成电路的散热装置

说明书

本公开提供了一种应用于3D集成电路的散热装置，包括3D集成电路、蒸发器和冷凝器；所述3D集成电路内设置有集成电路微通道，所述集成电路微通道用于对3D集成电路上部进行散热；所述蒸发器安装于3D集成电路下方，并与3D集成电路紧密相贴，所述蒸发器用于对3D集成电路下部进行散热，并为整个散热器的工质循环流动提供驱动毛细力；所述冷凝器通过循环管路分别与集成电路微通道和蒸发器的工质流动进出口相连，所述冷凝器用于冷却从蒸发器流出的工质，并将其送往集成电路微通道，和冷却从集成电路微通道流出的工质，并将其送往蒸发器。本公开结合了微通道冷却技术和环路热管技术，散热效率高，散热性能好，能够完全解决3D集成芯片的散热问题。

技术领域

本公开涉及电子芯片集成电路散热领域，尤其涉及一种3D集成电路芯片和系统的自驱动协同散热技术。

背景技术

自1965年英特尔创始人戈丹·摩尔提出“摩尔定律”以来，微电子器件的密度几乎就沿着“摩尔定律”的预言发展。到了现在，当微电子器件发展到极低的特征尺寸时，“摩尔定律”预言的微电子器件发展遇到了瓶颈。为延续或者超越“摩尔定律”，微电子制造由二维(2D)向三维(3D)发展，将芯片堆叠封装的3D电路封装技术应运而生。特别是能够贯通硅芯片的TSV技术具备集成度高、功耗低、带宽高、互联线短、支持异构集成的优点，极大的提高了3D电路封装技术的优势，使得3D电路封装技术在微电子器件的制造方面具备巨大潜力。

然而3D集成电路的发展还有一些问题需要克服。3D集成电路中3D芯片的垂直堆叠使得单位面积内功率器件的数目成倍增加，进而导致发热量也成倍增加。而且3D集成电路的结构紧凑散热条件差，堆叠结构造成热点的异化以及温度分布不均匀，限制了芯片电学性能，加速芯片失效，降低芯片的可靠性，甚至可能导致芯片烧毁、融化等严重后果。因此有效解决3D集成电路的散热问题是3D集成电路发展亟需解决的问题。

微通道冷却技术是近十几年研究人员重点研究的散热技术，其原理是在基板上制造出微尺度通道，液体在流经微通道时受热温升或者蒸发直接将热量带走。微通道冷却技术换热系数大，换热效果好。随着制造工艺水平的提高，微通道冷却技术得以不断的发展。特别是对于电子器件冷却领域，微通道冷却技术有广阔的应用前景。环路热管技术是目前广泛应用的散热技术之一，自上世纪由俄罗斯科学家提出以后，已有大量深入研究和工业应用。环路热管工作组件主要包括蒸发器、补偿器、冷凝器、液体管路和蒸汽管路等部件。工作原理简单依靠毛细芯产生的毛细力驱动液体工质循环，实现热量从蒸发器到冷凝器的长距离传输。

研究发现，微通道冷却技术具备极为优异的散热性能，特别适合用于3D集成电路的散热，能够完全解决3D集成电路散热问题。但是单一的微通道冷却技术需要外加泵功的输入，随着3D集成电路芯片的散热量增加，泵送功率逐渐增加。需要外加泵功这一条件无疑会增加散热系统的复杂程度，降低系统的稳定性。同时3D集成电路的立体空间结构，使得热管散热技术不具备完全解决3D集成电路散热需求的潜力。但是环路热管具备优异的散热性能和能够实现自循环的特性。因此，基于两者散热技术优异的性能，将两者结合应用到同一个散热系统中，能够为3D集成电路的散热问题提供一个优异的解决方案。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种应用于3D集成电路的散热装置，其目的在于解决3D集成电路散热难题，促进3D集成电路的发展，结合微通道冷却技术和环路热管技术的优点。

为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：

一种应用于3D集成电路的散热装置，包括3D集成电路、蒸发器和冷凝器；

所述3D集成电路内设置有集成电路微通道，所述集成电路微通道用于对3D集成电路上部进行散热；

所述蒸发器安装于3D集成电路下方，并与3D集成电路紧密相贴，所述蒸发器用于对3D集成电路下部进行散热，并为整个散热器的工质循环流动提供驱动毛细力；