叠层芯片微流道散热结构和制备方法技术

本发明专利技术提供一种叠层芯片微流道散热结构，包括芯片基板、组装在芯片基板上的叠层芯片，所述叠层芯片被内封装材料所封装，形成内封装体；内封装体的侧面设有侧散热组件，顶部设有上散热组件；侧散热组件和上散热组件中均设有供冷却液流动的微流道；上散热组件与侧散热组件连接且上散热组件与侧散热组件中的微流道相连通；在内封装体两侧的芯片基板上设有穿透芯片基板的冷却液进口和冷却液出口；内封装体两侧侧散热组件中的微流道下端分别与冷却液进口和冷却液出口连通。本发明专利技术提高了叠层芯片的散热能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种封装结构，尤其是一种叠层芯片的封装结构。
技术介绍
在三维堆叠芯片的结构中，内层芯片的热量很难散出，导致叠层结构内层芯片由于结温太高，导致芯片失效，限制了整个器件的集成度和性能的提高。对于叠层芯片的高功率密度，强制风冷的散热能力已经不能够满足；而对于液体、相变等冷却方法，如热管或微流道，存在体积更大或组装复杂等问题，使这些散热措施难以像机箱风扇一样得到广泛使用；另一方面，由于微流道、热管表贴在芯片封装体表面进行散热，增加了封装材料这一层热阻，散热效果不是最理想。现有技术之一，专利US2005/0051297A1，如图1所示，包括：一散热风扇，一紧固件及一散热片。该专利优点是：制作简单，成本低；能够快速组装和拆卸，利于更换；适用范围广。缺点是：该方法使用强制风冷，其散热能力有限，对于叠层芯片等高功率密度器件，散热能力远远不足；且该专利技术从封装体外部进行散热，散热效率有限；散热结构体积大，不利于小型化；现有技术之二，专利CN100423826C具有用于负载催化剂或吸附介质的内翅片的微通道，如图2所示，该专利技术涉及一种装置，包括具有一定高度、宽度及长度的工艺微流道，其高度约10mm。液体从微流道进入，并带走芯片传导至该散热结构的热量。该专利技术的优点是：散热结构小，利于小型化；使用液体散热，散热效率高。缺点是：没有方便便捷的微流道与芯片器件的组装方法，限制了其广泛推广应用；另一方面其制作工艺要求高，加工难度大；制作成本高。现有技术之三，专利CN102522380A一种POP封装结构，如图3所示，该专利技术涉及一种POP封装的散热结构。在堆叠的封装体间，通过增加一层铜基板，或在封装体四周做孔状结构。该专利技术的优点是：在封装体能增加芯片的散热面积，提高了叠层结构的散热能力；易于小型化；电镀一层铜层基板的工艺成熟；缺点是：该结构只是有限度的增加了散热面积，传导出的热量仍然在封装体内部，需通过底层和顶层芯片传导至外部。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种叠层芯片微流道散热结构，以及叠层芯片微流道散热结构的制备方法，解决了叠成芯片结构芯片内部热量难以散出的问题。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提出的第一种叠层芯片微流道散热结构，包括芯片基板、组装在芯片基板上的叠层芯片，所述叠层芯片被内封装材料所封装，形成内封装体；内封装体的侧面设有侧散热组件，顶部设有上散热组件；侧散热组件和上散热组件中均设有供冷却液流动的微流道；上散热组件与侧散热组件连接且上散热组件与侧散热组件中的微流道相连通；在内封装体两侧的芯片基板上设有穿透芯片基板的冷却液进口和冷却液出口；内封装体两侧侧散热组件中的微流道下端分别与冷却液进口和冷却液出口连通。进一步地，内封装体和侧散热组件以及上散热组件之间设有导热材料。进一步地，连接为一体的侧散热组件和上散热组件被外封装材料二次封装，且上散热组件的顶部裸露。进一步地，侧散热组件和上散热组件中的微流道为直管道或弯曲管道。进一步地，侧散热组件包括下通道接口和上通道接口；在侧散热组件中设有多个上下走向的微流道，侧散热组件中的微流道上端和下端各自通过横向微流道汇接至上通道接口和下通道接口；一侧的侧散热组件下通道接口通过焊盘连接芯片基板的冷却液进口，另一侧的侧散热组件下通道接口通过焊盘连接芯片基板的冷却液出口；上通道接口通过焊盘连接上散热组件并连通上散热组件中的微流道；上散热组件包括微流道入口和微流道出口；在上散热组件中设有多个横向的微流道，上散热组件中的微流道的两端分别通过纵向微流道汇接至微流道入口和微流道出口；微流道入口和微流道出口通过焊盘分别连接内封装体两侧的侧散热组件上通道接口。第一种叠层芯片微流道散热结构的制备方法，包括以下步骤：步骤S101，提供高热导率材料作为散热组件的基材，使用半导体刻蚀工艺对散热组件基材表面进行半管道形状图形刻蚀；步骤S102，将表面带有半管道的散热组件基材进行面对面对接，形成具有内部微流道的侧散热组件和上散热组件；侧散热组件上具有下通道接口和上通道接口；上散热组件上具有微流道入口和微流道出口；步骤S103，在侧散热组件的下通道接口和上通道接口，以及在上散热组件的微流道入口和微流道出口处进行焊盘的制作；步骤S104，将裸芯片逐层组装至芯片基板上，形成叠层芯片，并使用内封装材料对叠层芯片进行一次封装，形成内封装体；芯片基板上预先制作好冷却液进口和冷却液出口；步骤S105，通过组装机将侧散热组件贴在内封装体周围与芯片基板焊接，使得内封装体一侧的侧散热组件下通道接口通过焊盘连接芯片基板的冷却液进口，另一侧的侧散热组件下通道接口通过焊盘连接芯片基板的冷却液出口；侧散热组件与内封装体间使用导热材料填满缝隙；步骤S106，通过组装机将上散热组件紧贴在内封装体顶部，且将上散热组件微流道入口和微流道出口分别和内封装体两侧的侧散热组件上通道接口对齐焊接；上散热组件和内封装体间填充导热材料；步骤S107，使用外封装材料，对内封装体和内封装体外焊接好的散热组件进行二次封装形成一个整体封装体；上散热组件的顶部在二次封装时，露出在整体封装体外表面。本专利技术提出的第二种叠层芯片微流道散热结构，包括芯片基板，在芯片基板上堆叠组装有多个叠层芯片子单元，各个叠层芯片子单元被内封装材料所封装，形成多个内封装子体；在各叠层芯片子单元形成的内封装子体间设有散热转接板；所述散热转接板向两侧延伸出内封装子体；各内封装子体的侧面设有侧散热组件，最上方的内封装子体顶部设有上散热组件；侧散热组件和上散热组件中均设有供冷却液流动的微流道；在散热转接板延伸出内封装子体的两侧部位设有与侧散热组件中微流道位置相对应的微流道通孔；在内封装子体两侧的芯片基板上设有穿透芯片基板的冷却液进口和冷却液出口；最下方的第一层内封装子体两侧侧散热组件中的微流道下端分别与冷却液进口和冷却液出口连通；各层内封装子体两侧的侧散热组件与散热转接板延伸出内封装子体两侧部位连接，各侧散热组件中的微流道与散热转接板两侧部位的微流道通孔对位连接成密闭管道；上散热组件与最上方的侧散热组件连接且上散热组件与侧散热组件中的微流道相连通。进一步地，连接为一体的侧散热组件和上散热组件被外封装材料二次封装，且上散热组件的顶部裸露。进一步地，侧散热组件包括一个最下方的侧散热组件、一个最上方的侧散热组件、一个或多个中间层侧散热组件；最下方的侧散热组件中间设有多个上下走向的微流道，还包括一个底端的下通道接口和多个微流道上端的微流道接口；各微流道的下端通过横向微流道汇接至下通道接口；一侧的最下方的侧散热组件下通道接口通过焊盘连接芯片基板的冷却液进口，另一侧的最下方的侧散热组件下通道接口通过焊盘连接芯片基板的冷却液出口；中间层侧散热组件中间设有多个上下走向的微流道，还包括微流道上下端的微流道接口；最上方的侧散热组件中间设有多个上下走向的微流道，还包括一个上端的上通道接口和多个微流道下端的微流道接口；各微流道的上端通过横向微流道汇接至上通道接口；上通道接口通过焊盘连接上散热组件并连通上散热组件中的微流道；最下方的侧散热组件微流道上端的微流道接口、中间层侧散热组件的微流道接口、最上方的侧散热组件下端的微流道接口与各层侧散热组件之间散热转接板两侧部位的微流道通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层芯片微流道散热结构，包括芯片基板(1)、组装在芯片基板(1)上的叠层芯片(2)，其特征在于：所述叠层芯片(2)被内封装材料(3)所封装，形成内封装体(30)；内封装体(30)的侧面设有侧散热组件(4)，顶部设有上散热组件(5)；侧散热组件(4)和上散热组件(5)中均设有供冷却液流动的微流道(6)；上散热组件(5)与侧散热组件(4)连接且上散热组件(5)与侧散热组件(4)中的微流道相连通；在内封装体(30)两侧的芯片基板(1)上设有穿透芯片基板(1)的冷却液进口(101)和冷却液出口(102)；内封装体(30)两侧侧散热组件(4)中的微流道(6)下端分别与冷却液进口(101)和冷却液出口(102)连通。

【技术特征摘要】
1.一种叠层芯片微流道散热结构，包括芯片基板(1)、组装在芯片基板(1)上的叠层芯片(2)，其特征在于：所述叠层芯片(2)被内封装材料(3)所封装，形成内封装体(30)；内封装体(30)的侧面设有侧散热组件(4)，顶部设有上散热组件(5)；侧散热组件(4)和上散热组件(5)中均设有供冷却液流动的微流道(6)；上散热组件(5)与侧散热组件(4)连接且上散热组件(5)与侧散热组件(4)中的微流道相连通；在内封装体(30)两侧的芯片基板(1)上设有穿透芯片基板(1)的冷却液进口(101)和冷却液出口(102)；内封装体(30)两侧侧散热组件(4)中的微流道(6)下端分别与冷却液进口(101)和冷却液出口(102)连通。2.如权利要求1所述的叠层芯片微流道散热结构，其特征在于，内封装体(30)和侧散热组件(4)以及上散热组件(5)之间设有导热材料(7)。3.如权利要求1所述的叠层芯片微流道散热结构，其特征在于，连接为一体的侧散热组件(4)和上散热组件(5)被外封装材料(8)二次封装，且上散热组件(5)的顶部裸露。4.如权利要求1所述的叠层芯片微流道散热结构，其特征在于，侧散热组件(4)和上散热组件(5)中的微流道(6)为直管道或弯曲管道。5.如权利要求1所述的叠层芯片微流道散热结构，其特征在于，侧散热组件(4)包括下通道接口(401)和上通道接口(402)；在侧散热组件(4)中设有多个上下走向的微流道(6)，侧散热组件(4)中的微流道上端和下端各自通过横向微流道汇接至上通道接口(402)和下通道接口(401)；一侧的侧散热组件(4)下通道接口(401)通过焊盘(9)连接芯片基板(1)的冷却液进口(101)，另一侧的侧散热组件(4)下通道接口(401)通过焊盘(9)连接芯片基板(1)的冷却液出口(102)；上通道接口(402)通过焊盘(9)连接上散热组件(5)并连通上散热组件(5)中的微流道；上散热组件(5)包括微流道入口(501)和微流道出口(502)；在上散热组件(5)中设有多个横向的微流道(6)，上散热组件(5)中的微流道的两端分别通过纵向微流道汇接至微流道入口(501)和微流道出口(502)；微流道入口(501)和微流道出口(502)通过焊盘(9)分别连接内封装体(30)两侧的侧散热组件上通道接口(402)。6.一种叠层芯片微流道散热结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S101，提供高热导率材料作为散热组件的基材，使用半导体刻蚀工艺对散热组件基材表面进行半管道形状图形刻蚀；步骤S102，将表面带有半管道的散热组件基材进行面对面对接，形成具有内部微流道的侧散热组件(4)和上散热组件(5)；侧散热组件(4)上具有下通道接口(401)和上通道接口(402)；上散热组件(5)上具有微流道入口(501)和微流道出口(502)；步骤S103，在侧散热组件(4)的下通道接口(401)和上通道接口(402)，以及在上散热组件(5)的微流道入口(501)和微流道出口(502)处进行焊盘(9)的制作；步骤S104，将裸芯片逐层组装至芯片基板(1)上，形成叠层芯片(2)，并使用内封装材料(3)对叠层芯片(2)进行一次封装，形成内封装体(30)；芯片基板(1)上预先制作好冷却液进口(101)和冷却液出口(102)；步骤S105，通过组装机将侧散热组件(4)贴在内封装体(30)周围与芯片基板(1)焊接，使得内封装体一侧的侧散热组件(4)下通道接口(401)通过焊盘(9)连接芯片基板(1)的冷却液进口(101)，另一侧的侧散热组件(4)下通道接口(401)通过焊盘(9)连接芯片基板(1)的冷却液出口(102)；侧散热组件(4)与内封装体(30)间使用导热材料(7)填满缝隙；步骤S106，通过组装机将上散热组件(5)紧贴在内封装体(30)顶部，且将上散热组件(5)微流道入口(501)和微流道出口(502)分别和内封装体(30)两侧的侧散热组件上通道接口(402)对齐焊接；上散热组件(5)和内封装体(30)间填充导热材料(7)；步骤S107，使用外封装材料(8)，对内封装体(30)和内封装体(30)外焊接好的散热组件进行二次封装形成一个整体封装体；上散热组件(5)的顶部在二次封装时，露出在整体封装体外表面。7.一种叠层芯片微流道散热结构，包括芯片基板(1)，其特征在于，在芯片基板(1)上堆叠组装有多个叠层芯片子单元(2′)，各个叠层芯片子单元(2′)被内封装材料(3)所封装，形成多个内封装子体(30′)；在各叠层芯片子单元(2′)形成的内封装子体(30′)间设有散热转接板(10)；所述散热转接板(10)向两侧延伸出内封装子体(30′)；各内封装子体(30′)的侧面设有侧散热组件(4)，最上方的内封装子体(30′)顶部设有上散热组件(5)；侧散热组件(4)和上散热组件(5)中均设有供冷却液流动的微流道(6)；在散热转接板(10)延伸出内封装子体(30′)的两侧部位设有与侧散热组件(4)中微流道位置相对应的微流道通孔(1001)；在内封装子体(30′)两侧的芯片基板(1)上设有穿透芯片基板(1)的冷却液进口(101)和冷却液出口(102)；最下方的第一层内封装子体(30′)两侧侧散...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱德龙，曹立强，王启东，侯峰泽，林来存，
申请(专利权)人：华进半导体封装先导技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32