增强的冷却结构的集成电路封装件制造技术

本公开涉及具有增强的冷却结构的集成电路封装件。其中一种集成电路封装件可以包括集成电路裸片，集成电路裸片具有第一电路区域、第二电路区域和表面。集成电路封装件的第一电路区域具有与第二电路区域的操作温度不同的操作温度。冷却结构在集成电路裸片的表面上形成。冷却结构包括一组微管互连件，其被布置以形成允许冷却剂流动的冷却通道。冷却通道包括第一子通道和第二子通道。第一子通道具有第一尺寸，第一尺寸允许冷却剂的较高的流动速率以冷却第一电路区域。第二子通道具有第二尺寸，第二尺寸允许冷却剂的较低流动速率以冷却第二电路区域。

Integrated circuit package with enhanced cooling structure

The present disclosure relates to an integrated circuit package having an enhanced cooling structure. An integrated circuit package may include an integrated circuit, a bare chip, an integrated circuit, a bare chip, a first circuit region, a second circuit region, and a surface. The first circuit area of the integrated circuit package has an operating temperature different from the operating temperature of the second circuit region. The cooling structure is formed on the surface of the integrated circuit bare chip. The cooling structure includes a set of microtubule interconnections that are arranged to form a cooling passage allowing coolant flow. The cooling channel includes a first subchannel and a second subchannel. The first subchannel has a first dimension, and the first dimension allows a higher flow rate of the coolant to cool the first circuit region. The second subchannel has a second dimension, and the second dimension allows a lower flow rate of the coolant to cool the second circuit region.

【技术实现步骤摘要】
增强的冷却结构的集成电路封装件
本公开涉及电子集成电路封装件，并且更具体地，涉及具有增强的冷却结构的集成电路封装件。
技术介绍
在半导体器件组件中，集成电路(IC)裸片(也被称为半导体芯片或“裸片”)可以被安装在封装衬底上。随着对更高性能和密度的需求的增长，很多集成电路封装件已经在每单位面积上合并了更多集成部件。在印刷电路板上，为了降低器件尺寸和成本，部件可以被更靠近地放置或堆叠在一起。例如，裸片堆叠(例如，面对面裸片堆叠、面对背裸片堆叠)集成可以被要求用于三维(3D)多裸片集成电路封装件来获得更好的性能和更高的密度。由于3D封装件的逻辑密度和功率密度的增加，器件冷却已经变成更重要的问题。依靠IC裸片背部上的热沉以将热量转换为强制空气流的传统冷却技术，将不能够满足高功耗器件、特别是将更多处理功率打包入更少空间的3D封装件的需求。在高容量操作期间，由这样的器件产生的功率可以降低整体冷却效率，并且创建高温的局部区域(即，热点)，这样会不利地影响器件的整体性能和可靠性。
技术实现思路
根据本专利技术，装置和方法被提供用于构建具有增强的冷却结构的集成电路封装件。本专利技术可以以很多方式(例如，工艺、装置、系统或器件)进行实施。下文中将描述本专利技术的几个实施例。集成电路封装件被公开。集成电路封装件包括集成电路裸片，集成电路裸片具有第一电路区域、第二电路区域和表面。冷却结构形成在集成电路裸片的表面上。冷却结构包括一组微管互连件，其被布置以形成允许冷却剂流动的冷却通道。冷却通道包括第一子通道和第二子通道。第一子通道具有第一尺寸，第一尺寸允许较高的流动速率用以使用冷却剂冷却第一电路区域，以及第二子通道具有第二尺寸，第二尺寸允许较低流动速率用以使用冷却剂冷却第二电路区域。集成电路封装件还包括入口和出口，入口连接至冷却结构，用于允许流体通过冷却结构中的冷却通道，出口连接至冷却结构，用于将冷却剂从冷却结构中的冷却通道中排出。入口被定位为与第一电路区域临近，以及出口被定位为与第二电路区域临近。公开了一种装配用于集成电路封装件的冷却系统的方法。该方法包括：在集成电路的背部表面处的集成电路封装件的第一区域内，形成第一尺寸的第一流体通道，以及在集成电路的背部表面处的集成电路封装件的第二区域中，形成与第一尺寸不同的第二尺寸的第二流体通道。第一流体通道位于被至少第一距离分隔开的第一微管互连件之间，并且第二流体通道位于被至少第二距离分隔开的第二微管互连件之间。第一微管互连件和第二微管互连件耦合至集成电路。本方法还包括：在集成电路中，在第一流体通道附近，形成具有第一热量密度的第一电路区域，以及在集成电路中，在第二流体通道附近，形成具有与第一热量密度不同的第二热量密度的第二电路区域。公开了一种用于测试集成电路壳体中的冷却结构的方法。该方法包括：将冷却剂提供给集成电路壳体中的冷却结构。冷却结构包括微管互连件以及位于微管互连件之间的冷却通道，其中冷却通道在集成电路裸片的表面附近。本方法还包括：通过使用位于集成电路裸片中的温度传感器测量集成电路裸片中的温度，确定冷却剂是否在冷却集成电路裸片。这样处理还包括，使用温度传感器测量集成电路裸片中的耦合至微管互连件的硅通孔的电容。本专利技术的其它特征、其特性以及各种优点将通过从优选的实施例的附图以及下文中的详细描述而变得更加明显。附图说明图1示出了具有根据本专利技术的一个实施例的微流体冷却结构的示例性三维(3D)集成电路封装件的截面图。图2A-图2B示出了根据本专利技术的一个实施例的示例性微管互连件的截面图。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的集成电路封装件的示例性冷却结构的俯视图。图4示出了根据本专利技术的实施例的图示液体流动通过冷却结构的俯视图。图5是根据本专利技术的一个实施例的在集成电路封装件中装配冷却结构的示例性步骤的流程图。具体实施方式本文提供的实施例包括集成电路结构以及用于构建具有增强的冷却结构的集成电路封装件的封装技术。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的具有微管互连件和热沉的示例性三维(3D)集成电路(IC)封装件100的截面图。3DIC封装件100包括堆叠在IC裸片101A上的IC裸片101B。IC裸片101A和101B可以是现场可编程门阵列(FPGA)裸片或其它类型的IC裸片，例如，处理器IC裸片、存储器IC裸片、模拟IC裸片或其任意组合。在一个实施例中，IC裸片101A和101B是同质裸片。在另一个实施例中，IC裸片101A和101B是异质裸片。如在图1中所示，IC裸片101A可以穿过焊料凸块118被安置在封装件衬底105之上(例如，IC裸片101A可以安装在封装件衬底105上)。应当理解，尽管两个IC裸片(例如，IC裸片101A和101B)在图1的实施例中被示出，但根据集成电路封装件的需要的功能，两个或更多个IC裸片可以被包括在3D集成电路封装件(如3D封装件100)中。在3DIC封装件100的操作期间，由IC裸片101A和101B产生的热量可以在封装件中创建高温局部区域(即，热点)，这会导致功率流失以及热敏部件的损坏。为了能够管理在3DIC封装件100操作期间产生的热量，微流体冷却结构(例如，冷却结构102A和102B)可以在3DIC封装件100中被实施。如在图1中所示，每个冷却结构102A和102B均包括单片集成的微通道热沉122、电硅通孔(例如，填充有铜)(例如，TSEV117)、用于在3D堆叠中的进行流体布线的流体硅(中空)通孔(例如，TSFV113)、焊料凸块(电气I/O)(例如，焊料凸块118)以及在与微通道热沉122相对的IC裸片的一侧上的微尺寸聚合物管(流体I/O)(例如，微管互连件115)。在IC裸片101A和101B之间的微尺寸流体互连件由TSFV113和微管互连件115实现。IC裸片101A和101B可以被设计为使得当它们堆叠时，每个IC裸片均生成与其它IC裸片的电气互连和流体互连。因此，功率输送和信号传送可以由电气互连(焊料凸块118和TSEV117)支持，以及用于每个IC裸片的热量移除可以由流体I/O和微通道热沉122支持。另外，使用由微管互连件115和TSFV113组成的热流体互连网络(或冷却网络)，液体冷却剂(例如，冷却剂114)被运送到3D堆叠中的冷却结构102A和102B。这样的冷却剂是能够从3DIC封装件100中吸收热量的多种材料，使得热量从3DIC封装件100中被移除。例如，液体冷却剂可以是蒸馏水或是水和抗冻溶液(诸如丙二醇等)的混合物。因此，冷却网络可以包括允许冷却剂114流动的一个或多个微流体通道(或流体通道)。流体通道通常由至少两个或更多个微管互连件115的布置形成。3DIC封装件100的冷却网络可以包括水平的、倾斜的、垂直的或其组合的流体通道(或冷却剂通道)以将冷却剂布线为穿过3DIC封装件100。在一些实施例中，流体通道可以在同质裸片堆叠中的所有IC裸片上被实施。在另一些实施例中，流体通道仅能够在异质裸片堆叠中具有更高热量耗散的IC裸片上被实施。在一个实施例中，可以在每个冷却结构中通过修改流体通道的一个或多个规格来构建不均匀热量移除区域。这样处理，微管互连件115的尺寸(例如，直径)可以被调整以便不同尺寸的流体通道可以在每个热量移除区域内形成。由于冷却结构1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路封装件，包括：集成电路裸片，包括第一电路区域、第二电路区域和表面；和在所述集成电路裸片的所述表面上的冷却结构，其中所述冷却结构包括多个微管互连件，所述多个微管互连件被布置以形成允许冷却剂流动的冷却通道，并且其中所述冷却通道包括：第一子通道，具有在所述微管互连件的第一子集之间的第一尺寸，以使用所述冷却剂冷却所述第一电路区域；以及第二子通道，具有在所述微管互连件的第二子集之间的第二尺寸，以使用所述冷却剂冷却所述第二电路区域，其中所述第二尺寸与所述第一尺寸不同。

【技术特征摘要】
2015.11.11 US 14/938,4861.一种集成电路封装件，包括：集成电路裸片，包括第一电路区域、第二电路区域和表面；和在所述集成电路裸片的所述表面上的冷却结构，其中所述冷却结构包括多个微管互连件，所述多个微管互连件被布置以形成允许冷却剂流动的冷却通道，并且其中所述冷却通道包括：第一子通道，具有在所述微管互连件的第一子集之间的第一尺寸，以使用所述冷却剂冷却所述第一电路区域；以及第二子通道，具有在所述微管互连件的第二子集之间的第二尺寸，以使用所述冷却剂冷却所述第二电路区域，其中所述第二尺寸与所述第一尺寸不同。2.根据权利要求1所述的集成电路封装件，其中所述第一子通道的所述第一尺寸大于所述第二子通道的所述第二尺寸。3.根据权利要求2所述的集成电路封装件，其中当所述集成电路裸片处于操作状态时，所述第一电路区域比所述第二电路区域产生更高的热量密度。4.根据权利要求3所述的集成电路封装件，其中所述第一电路区域包括处理器电路。5.根据权利要求4所述的集成电路封装件，其中所述第二电路区域包括逻辑阵列电路。6.根据权利要求2所述的集成电路封装件，其中所述第一电路区域具有未冷却的操作温度，该操作温度高于所述第二电路区域的操作温度。7.根据权利要求6所述的集成电路封装件，还包括：入口，连接至所述冷却结构，用于允许所述冷却剂通过所述冷却结构的所述冷却通道中的所述第一子通道和所述第二子通道，其中所述入口被定位为与所述第一电路区域临近；以及，出口，连接至所述冷却结构，用于将所述冷却剂从所述冷却结构的所述冷却通道中的所述第一子通道和所述第二子通道中排出，其中所述出口被定位为与所述第二电路区域临近。8.根据权利要求7所述的集成电路封装件，其中所述冷却剂从由气体和液体组成的组中选择。9.根据权利要求3所述的集成电路封装件，其中所述冷却结构还包括：衬底，适用于允许所述冷却剂流动通过所述冷却通道中的所述第一子通道和所述第二子通道。10.根据权利要求9所述的集成电路封装件，其中所述冷却剂包括水。11.根据权利要求1所述的集成电路封装件，其中每个所述微管互连件均包括连接至所述集成电路裸片中的硅通孔的导体。12.根据权利要求1所述的集成电路封装件，其中所述微管互连件的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·古塔拉，A·拉曼，K·钱德拉塞卡，
申请(专利权)人：阿尔特拉公司，
类型：发明
国别省市：美国,US