[發明專利]芯片級集成微流體散熱模塊及制備方法

有效

• 申請號: 202010227761.6
• 申請日: 2020-03-27
• 公開（公告）號: CN111244050B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王國軍;曹立強
• 申請（專利權）人: 上海先方半導體有限公司;華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L23/473
• 分類號: H01L23/473;H01L23/31;H01L21/50;H01L21/56
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張東梅

本發明提供了一種芯片級集成微流體散熱模塊及制備方法，芯片級集成微流體散熱模塊包括：上下層疊設置的封裝體與襯底層；位于上層的所述封裝體在朝向所述襯底層的一面，具有第一半開放式立體腔室；液冷板，容置于所述第一半開放式立體腔室中；其中所述液冷板在朝向所述封裝體的一面，具有第二半開放式立體腔室；熱源芯片，容置于所述第二半開放式立體腔室中；所述液冷板朝向所述襯底層的一面，具有第一垂直貫穿微通道和第二垂直貫穿微通道；所述襯底層具有第三垂直貫穿微通道，所述第三垂直貫穿微通道分別連通所述第一垂直貫穿微通道、第二垂直貫穿微通道形成三維垂直結構微流道系統，冷卻液在所述三維垂直結構微流道系統中流動。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種芯片級集成微流體散熱模塊及制備方法。

背景技術

隨著半導體技術的快速發展，晶體管密度不斷增加，芯片性能不斷提高，芯片功率和熱流密度越來越大，芯片散熱能力成為制約摩爾定律進一步發展的關鍵因素。傳統散熱方式以液冷或風冷的方式通過熱沉為封裝后的芯片散熱，芯片表面功能層熱量的傳導需要經過芯片襯底、芯片封裝體、導熱硅脂和熱沉等大量中間熱阻才能到達制冷介質，并且因為集成了多種異質材料容易產生熱失配等大量寄生問題。由于大量界面熱阻的存在，傳統散熱方式的散熱能力已逼近極限，即使使用了微流道等高換熱面積散熱結構，仍不能解決高性能微處理器、通訊射頻器件等高熱流密度芯片的散熱問題。隨著硅基微納加工技術的進步一發展，與芯片尺寸相當的硅微流道散熱結構的加工成為現實。將硅基微流道散熱結構直接與芯片集成的散熱方式，能夠進一步減少中間界面熱阻，成為進一步提高芯片散熱能力的有效技術路徑。

目前有三種組裝方案，一種是冷板通過第二層熱界面貼在封裝蓋的背面，該方案優點是容易實現，缺點是尺寸過大、熱阻較大。第二種是直接在熱源芯片背面制作微流道，熱阻最小，但制作難度大。第三種是封裝蓋內集成冷板，該方案實現簡單，熱阻較小。例如在封裝蓋內集成冷板的基礎上，制作了雙面散熱的模塊，下層采用在硅中介層中制作微流道的方式，滿足散熱的同時進行了電信號的傳播，但是硅中介層內集成微流道技術風險大，成本較高，易失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種芯片級集成微流體散熱模塊及制備方法，以解決現有的芯片散熱模塊可靠性低的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種芯片級集成微流體散熱模塊，所述芯片級集成微流體散熱模塊包括：

上下層疊設置的封裝體與襯底層；其中位于上層的所述封裝體在朝向所述襯底層的一面，具有第一半開放式立體腔室；

液冷板，容置于所述第一半開放式立體腔室中；其中所述液冷板在朝向所述封裝體的一面，具有第二半開放式立體腔室；

熱源芯片，容置于所述第二半開放式立體腔室中；

所述液冷板朝向所述襯底層的一面，具有第一垂直貫穿微通道和第二垂直貫穿微通道；

所述襯底層具有第三垂直貫穿微通道，所述第三垂直貫穿微通道分別連通所述第一垂直貫穿微通道、第二垂直貫穿微通道形成三維垂直結構微流道系統，冷卻液在所述三維垂直結構微流道系統中流動。

可選的，在所述的芯片級集成微流體散熱模塊中，所述第一垂直貫穿微通道分布于所述熱源芯片的側面，所述第一垂直貫穿微通道沿著平行于所述液冷板側表面的方向延伸至所述液冷板與所述封裝體的接觸面以下；以及

所述第二垂直貫穿微通道分布于所述熱源芯片的下方，所述第二垂直貫穿微通道沿著平行于所述液冷板側表面的方向延伸至所述液冷板與所述熱源芯片的接觸面以下，以形成四個側面及一個底面包圍所述熱源芯片的鰭片。

可選的，在所述的芯片級集成微流體散熱模塊中，所述液冷板朝向所述封裝體的一面具有絕緣體薄膜，所述絕緣體薄膜隔開所述熱源芯片與所述封裝體，所述絕緣體薄膜中具有重布金屬層，所述絕緣體薄膜表面具有焊盤，所述焊盤通過重布金屬層與所述熱源芯片連接，所述焊盤通過金屬線與所述襯底層連接。