[實用新型]一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構

有效

• 申請號: 202220246236.3
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN217035624U
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 邰凱平;孫東明;喻海龍;趙洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L23/38
• 分類號: H01L23/38;H01L23/473;H01L23/373
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本實用新型涉及芯片封裝及熱管理領域，具體涉及一種一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構。該結構包括：工作芯片、第一電極層、熱電顆粒層、第二電極層、微流控芯片層或散熱器層。集成方法包括：電極直接生長技術、熱電顆粒切割及裝配技術、熱電制冷芯片焊接技術、深硅刻蝕技術、飛秒激光微流控加工技術。本實用新型通過將熱電制冷芯片直接集成在工作芯片上，大大降低了界面寄生熱阻和電阻，極大地提高了散熱效率。同時，結合微流道技術，保證熱電制冷芯片的熱端散熱，進一步提升了散熱性能。本實用新型所采用的封裝技術均較容易實現并且與當下半導體器件制造工藝相兼容，有非常大的應用潛力。

技術領域

本實用新型涉及芯片封裝及熱管理領域，具體涉及一種一體化工作芯片(運算芯片、光電芯片等)/熱電制冷芯片散熱溫控結構。

背景技術

隨著互聯網、5G通訊、人工智能、自動駕駛的發展，芯片發熱功率越來越大。芯片的有效散熱愈發成為一個問題。傳統的數據中心往往采用水循環及壓縮機制冷的方式來控制溫度。前者通過增大芯片與水之間的熱交換系數來增加散熱，后者通過降低環境溫度來增加散熱。這兩種方式均會耗費大量的能源，而熱電制冷由于其體積小、能夠區域控溫而受到人們的廣泛關注。但是，由于傳統的熱電器件制作與半導體器件制備工藝不兼容，在封裝熱電制冷模塊時存在多層不可避免的界面層，特別是在熱電器件熱電顆粒層厚度達到微米級時，這些界面層將會帶來巨大的寄生熱阻，極大得損害制冷效果。隨著未來器件發熱功率達到kW/cm²的級別，如何減小寄生熱阻就成為一個巨大的挑戰。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種一體化工作芯片(運算芯片、光電芯片等)/熱電制冷芯片散熱溫控結構，以克服現有熱電器件裝配方式散熱效果不明顯、散熱性能不足等問題。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為：

一種一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，該結構包括：工作芯片、第一電極層、熱電顆粒層、第二電極層、微流控芯片層或散熱器層，具體結構如下：第一電極層位于工作芯片頂部，第二電極層位于微流控芯片層或散熱器層底部；熱電顆粒層焊接在第一電極層和第二電極層之間，形成傳統熱電器件電串聯、熱并聯結構。

所述的一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，微流控芯片層包括微流控芯片流道層、微流控芯片蓋板層，微流控芯片蓋板層安裝于微流控芯片流道層頂部，微流控芯片流道層上設有微流道，微流道結構為往復式平行排布型結構，微流控芯片蓋板層上有兩個通孔：進水孔和出水孔，用于外接水路；使用時，在微流道水路中加入一可調功率的水泵用于水循環。

所述的一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，第一電極層、熱電顆粒層、第二電極層相對排列方式和電連接方式為商用普通熱電器件排列和連接方式。

所述的一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，當采用微流控芯片層時，則微流控芯片層投影面積小于工作芯片投影面積；當采用散熱器層時，則散熱器層投影面積大于工作芯片投影面積，以增大散熱面積。

所述的一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，第一電極層材料和第二電極層材料選擇高導電導熱金屬構成的單層或兩層以上的膜結構；熱電顆粒層為一組塊體或薄膜N型和P型熱電半導體材料。

所述的一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，高導電導熱金屬為：Ti、Cu、Ni、Au、Cr、Nb或Ag；熱電半導體材料為：Bi₂Te₃基合金材料、GeTe基合金材料、Mg₃Bi₂基合金材料、PbTe基合金材料或SiGe基合金材料。

所述的一體化工作芯片/熱電制冷芯片散熱溫控結構，微流控芯片流道層采用Si或AlN陶瓷或Al₂O₃陶瓷材料；相應的，微流控芯片蓋板層采用Si或PDMS材料。