[發(fā)明專利]一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110557128.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113488441A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑋;楊宇馳;杜建宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L23/367
• 分類號(hào): H01L23/367;H01L23/473;H01L23/31;H01L23/29
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 張曉玲

本發(fā)明涉及一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)，其包括:芯片，包括襯底和位于所述襯底頂部的嵌入式微流道；蓋板,包括歧管通道、入液口和出液口；以及用于使所述嵌入式微流道和所述歧管通道密封連通的低溫密封層，所述低溫密封層位于所述芯片和所述蓋板之間。本發(fā)明還涉及一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法。本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)包括嵌入歧管式微流道，具有低溫工藝兼容性和高的散熱效率。所述歧管式微流道具有流動(dòng)距離短、流阻小和熱阻小的優(yōu)勢(shì)，更適合集成在高功率芯片中進(jìn)行高效散熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及IC芯片散熱領(lǐng)域，具體涉及一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代電子芯片的集成度增加、功耗上升和特征尺寸減小，快速增加的芯片系統(tǒng)發(fā)熱已經(jīng)成為先進(jìn)電子芯片系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用中的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。液體冷卻是一種通過液體來對(duì)電子器件中的高發(fā)熱功率模塊進(jìn)行冷卻的技術(shù)，用于具有較大熱設(shè)計(jì)功耗的芯片模塊，主要運(yùn)用于高功率芯片的冷卻。由于液體與氣體相比具有更大的比熱容，且液體與固體表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)一般具有更大的對(duì)流換熱系數(shù)，因此液體冷卻可以實(shí)現(xiàn)更小的晶體管與環(huán)境之間的熱阻。按照與芯片的集成方式分類，液體冷卻可以分為非嵌入式與嵌入式。非嵌入式液體冷卻是指將一個(gè)內(nèi)部留有液體通路的金屬塊通過高熱導(dǎo)率材料與發(fā)熱芯片貼裝，流入低溫工質(zhì)帶走芯片產(chǎn)生的熱量。嵌入式液體冷卻是一種采用冷卻工質(zhì)直接沖刷芯片表面(或背面)的冷卻技術(shù)。嵌入式液體冷卻技術(shù)一般直接在芯片背面加工微通道，冷卻工質(zhì)流過微通道時(shí)沖刷肋片，帶走晶體管傳遞至肋片表面的熱量。

在非嵌入式液體冷卻散熱技術(shù)中，由于金屬塊和芯片之間會(huì)使用導(dǎo)熱硅脂或其他粘接材料，甚至?xí)褂妹芊馍w板，因此存在多個(gè)材料界面，多次引入了界面熱阻，影響了散熱的效率。另一方面，隨著晶體管在芯片內(nèi)的集成度越來越高，高功率晶體管產(chǎn)生的熱量通過芯片內(nèi)部的多層結(jié)構(gòu)傳遞到芯片表面(或背面)的熱阻也越來越大(內(nèi)熱阻增大)，而非嵌入式冷卻僅能減小其外部熱阻，因此隨著晶體管的復(fù)雜度與集成度越來越高，非嵌入式液體冷卻的散熱效率在逐漸降低。

嵌入式液體冷卻散熱技術(shù)通過冷卻工質(zhì)直接流過嵌入在芯片內(nèi)部的微通道而帶走熱量，因此不存在界面熱阻，也使得嵌入式冷卻具有更高的效率，適用于高功率芯片的散熱。液體冷卻散熱流道的設(shè)計(jì)通常是擾流柱結(jié)構(gòu)或放射狀分流結(jié)構(gòu)，具有流阻大、冷卻工質(zhì)溫升大的缺點(diǎn)。

然而，在嵌入式冷卻通道加工制備的過程中，完成背腔的散熱肋片刻蝕后，需要將其與蓋板鍵合密封，實(shí)現(xiàn)微通道結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的鍵合方式如硅-玻璃陽(yáng)極鍵合或硅-硅直接鍵合需要較高的電壓或溫度，IC器件在此鍵合條件下會(huì)出現(xiàn)電學(xué)失效，因此傳統(tǒng)的嵌入式冷卻技術(shù)與IC無法兼容。

因此，迫切需要開發(fā)一種具有低溫工藝兼容性和高的散熱效率的封裝結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)包括嵌入歧管式微流道，具有低溫工藝兼容性和高的散熱效率。所述歧管式微流道具有流動(dòng)距離短、流阻小和熱阻小的優(yōu)勢(shì)，更適合集成在高功率芯片中進(jìn)行高效散熱。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案。

一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)，其包括:

芯片，包括襯底和位于所述襯底頂部的嵌入式微流道；

蓋板,包括歧管通道、入液口和出液口；以及

用于使所述嵌入式微流道和所述歧管通道密封連通的低溫密封層，所述低溫密封層位于所述芯片和所述蓋板之間。

一種基于歧管通道蓋板的封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括：

提供芯片，在所述芯片的襯底頂部制作嵌入式微流道；

制備具有歧管通道、入液口和出液口的蓋板；以及