微噴射器陣列以及溫度感測陣列晶片

摘要：

隨著半導體科技的發展，微影與其他製程技術進步下的情況下，使得電子元件的尺寸大幅縮小，越來越多的電晶體被放入IC中，換言之，單位面積內的電晶體數目急遽增加，再加上IC的運算速度增加，導致IC在運作時產生非常大的熱功率，以目前個人電腦內的中央處理器而言，發熱量從Pentium的20W到PentiumⅡ的30W甚至43W，而PentiumⅢ估計約在40W以上，CPU的接面溫度(junction temperature)更可高達150℃，若不能有效且迅速的移除CPU所產生的熱量，將使得CPU因熱量累積溫度甚高而導致當機甚至損壞。

本計劃即針對未來在電子元件散熱上的需求及所遭遇到的瓶頸，提出一新型的散熱裝置—液滴衝擊冷卻裝置(droplet impinging cooling device)。裝置包含了微噴射器陣列以及溫度感測陣列晶片。為了滿足未來在暫態及空間上的熱移需求，本裝置將包含一控制軟體，藉由或之溫度感測陣列晶片所量得的晶片溫度及溫度梯度等訊息，來控制微噴射器噴射冷卻流體的頻率、噴出液滴的大小以及所需的噴射液滴的位置，以提供精準的溫度控制與on-demand cooling。微噴射器將可噴出頻率在10到1KHz、直徑在單50到100μm的液滴。它結合了衝擊流(impinging cooling)與相變化 (phase-change)的熱傳機制，經由計算的結果，此裝置可移除的熱通量約在50至100W/cm²。

本研究計劃將採用微機械加工技術，來製作微噴射器與溫度感測晶片，並將此移熱裝置與電子元件封裝整合，減少電子元件到散熱裝置的熱阻值，使電子元件的接面溫度降低並維持在適當的操作溫度以發揮最大效能，此外，亦可大幅降低散熱裝置的體積，而有更廣泛的應用。如此前瞻的設計，將採用主動式冷卻的方式來達到on-chip cooling，並將雙相沸騰冷卻之概念與微機電系統結合，這將會是一個突破性的發展。

本計劃為三年期計劃，依據規劃第一年完成微噴射器的設計與製造，第二年完成溫度感測晶片的製造與溫度校正，最後第三年將完成液滴衝擊冷卻裝置的實驗裝置與測試。目前本計劃在第一年的工作裡，已完成微噴射器的設計與光罩製作，並進行微噴射器的製作;第二年的研究計劃將完成下列各點：(1) 微溫度感測晶片之結構設計及原理模擬、製程設計；(2) 微溫度感測晶片之製造與測試；(3) 微溫度感測晶片與微液滴噴射器之組合測試‧