一种双面散热制冷器及半导体器件制造技术

本发明专利技术提出了一种双面散热制冷器，设置有入液孔、出液孔以及制冷水路，所述制冷水路与入液孔和出液孔连通，包括两路分别沿双面散热制冷器的上端面和下端面的水流通道，使得制冷液自入液孔流入后分别沿上述两路水流通道分流并汇入出液孔流出，实现了双向并联通道散热，同时，本发明专利技术还提出了采用了上述双面散热制冷器的半导体器件的封装结构，可实现高功率密度半导体器件的应用，保证其可靠性。

A double side cooling cooler and semiconductor device

The invention provides a double-sided cooling refrigerator, is provided with a liquid inlet hole and a liquid outlet hole and the cooling water, the cooling water and the liquid inlet hole and a liquid outlet hole communicated, including two sided cooling refrigerator respectively along the top surface and the bottom surface of the water channel, the cooling liquid from the liquid inlet hole into the respectively. Along the two water channel shunt and into the liquid outlet hole outflow, to achieve a two-way parallel channel cooling, at the same time, the invention also provides the packaging structure of semiconductor device of the double-sided cooling refrigerator, can realize the application of high power density of the semiconductor device, to ensure its reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种双面散热制冷器及半导体器件
本专利技术属于半导体器件封装领域，具体涉及一种双面散热制冷器，及采用了双面散热制冷器的半导体器件。
技术介绍
微通道制冷器是一种用于高功率半导体器件的散热装置，尤其是半导体激光器领域，微通道制冷器以其高散热能力得到了广泛应用。中国专利201720265903.1提出了一种多芯片的半导体激光器封装结构，具体为热沉上下表面均封装有芯片，提高了功率密度，但是在实际工程应用中，由于封装了多个芯片，对热沉的散热效率提出了更高的要求，传统的微通道制冷片、宏通道制冷片等散热结构不能满足多芯片封装的散热效率和散热均匀性的需求，因此制约了这种高功率密度半导体激光器封装结构的工程应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种双面散热制冷器以及采用了该双面散热制冷器的半导体器件封装结构，可实现高功率密度半导体器件的应用，保证其可靠性。一种双面散热制冷器，设置有入液孔、出液孔以及制冷水路，所述制冷水路与入液孔和出液孔连通，包括两路分别沿双面散热制冷器的上端面和下端面的水流通道，使得制冷液自入液孔流入后分别沿上述两路水流通道分流并汇入出液孔流出。所述两路水流通道互为对称结构。所述双面散热制冷器包括自上而下依次设置的至少8层薄片结构，具体为上端面、上回液层、上隔液层、上进液层、下进液层、下隔液层、下回液层、下端面，使得制冷液自入液孔流入，通过上进液层和下进液层分成两路分别沿上隔液层和上回液层，以及下隔液层和下回液层汇入出液孔流出。所述上端面、上回液层、上隔液层、上进液层构成的四层结构与下进液层、下隔液层、下回液层、下端面构成的四层结构为对称结构。所述上进液层和下进液层同时与入液孔连通，使得制冷液体可同时流入上进液层和下进液层；所述上隔液层用于隔离上进液层和上回液层，下隔液层用于隔离下进液层和下回液层，且上隔液层和下隔液层的一端均设置有通液小孔，分别用于连通上进液层和上回液层、下进液层和下回液层；上隔液层和下隔液层还设置有与出液孔连通的出液通道，该出液通道与前述通液小孔相互隔离不连通；所述上回液层和下回液层的通水区域分别与上述上隔液层和下隔液层的出液通道连通。所述上进液层、上回液层、下进液层、下回液层在其通水区域分别设置有条形结构，用于增加与制冷液的接触面积。所述上端面和下端面为高导热绝缘材料，具体为陶瓷。一种半导体器件，采用了上述双面散热制冷器，在双面散热制冷器的上端面和下端面上分别键合半导体芯片，形成双芯片半导体器件的封装结构。本专利技术的有益效果：本专利技术的双面散热制冷器，实现了双向并联通道散热，热源（与半导体芯片接触的上端面和下端面）处水流分布均匀，沿水流方向基本无热积累，产品整体不会存在局部散热不良，大幅提高了散热效率，具有至少1200W(QCW)的散热能力，可以作为双芯片封装结构的制冷装置；且制冷介质可以采用液体或者气体，以满足不同的使用条件。此外，本专利技术可以做到水路和电路分离，且可以采用自来水冷却，提高了半导体器件使用的可靠性。附图说明图1为采用了本专利技术的双面散热制冷器的半导体激光器封装结构。图2为本专利技术的双面散热制冷器的水路结构示意图。图3为双面散热制冷器的8层分层结构。附图标号说明：1-激光芯片，2-双面散热制冷器，3-入液孔，4-出液孔，5-上端面，6-上回液层，7-上隔液层，8-上进液层，9-下进液层，10-下隔液层，11-下回液层，12-下端面，701-通液小孔，702-出液通道。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为采用了本专利技术的双面散热制冷器2的半导体激光器封装结构，双面散热制冷器2的上端面5和下端面12上分别键合激光芯片1，形成双芯片半导体激光器的封装结构。此处的激光芯片1可以替换为其他半导体芯片，比如LED芯片。图2为双面散热制冷器的水路结构示意图，具体设置有入液孔3、出液孔4以及制冷水路，所述制冷水路与入液孔3和出液孔4连通，包括两路分别沿双面散热制冷器2的上端面5和下端面12的水流通道，使得制冷液自入液孔流入后分别沿上述两路水流通道分流并汇入出液孔流出。图2中箭头所指方向为制冷液在制冷水路中的流动方向。进一步的，所述两路水流通道为对称结构（以下分别称两路水流通道为上层水流通道和下层水流通道），以获得均匀的散热能力。此外，前述两路水流通道也可以为非对称结构，举例说明，本专利技术双面散热制冷器应用在双芯片封装结构中，两个芯片为不同功率或型号的芯片，双面散热制冷器为适应不同芯片的散热需求，可以将上层水流通道的尺寸或者散热面积设置与下层水流通道不同。进一步的，如图3所示，所述双面散热制冷器采用微通道制冷结构，具体包括自上而下依次设置的8层薄片结构，具体为上端面5、上回液层6、上隔液层7、上进液层8、下进液层9、下隔液层10、下回液层11、下端面12，使得制冷液自入液孔流入，通过上进液层8和下进液层9分成两路分别沿上隔液层7、上回液层6以及下隔液层10、下回液层11汇入出液孔流出。8层薄片结构的具体结构和功能如下：所述上端面5和下端面12分别为双面散热制冷器的上下表面，同时作为半导体芯片的键合区域。上端面和下端面可以为金属，比如铜；优选采用非金属高导热材料，如陶瓷等材料，保证绝缘性和高导热性，确保半导体芯片工作时，双面散热制冷器不带电。所述上进液层8和下进液层9同时与入液孔3连通，使得制冷液体可同时流入上进液层和下进液层，上进液层和下进液层在其通水区域（对应半导体芯片键合的区域）设置有条形结构，用于增加与制冷液的接触面积，以提高散热效率。所述上隔液层7用于隔离上进液层8和上回液层6，下隔液层10用于隔离下进液层9和下回液层11，且上隔液层和下隔液层的一端设置有通液小孔701，分别用于连通上进液层和上回液层、下进液层和下回液层。上隔液层和下隔液层还设置有与出液孔连通的出液通道702，该出液通道与前述通液小孔701相互隔离不连通。所述上回液层6和下回液层11的通水区域分别与上述上隔液层和下隔液层的出液通道连通。所述上回液层和下回液层在其通水区域（对应半导体芯片键合的区域）设置有条形结构，用于增加与制冷液的接触面积，以提高散热效率。进一步的，所述上端面、上回液层、上隔液层、上进液层构成的四层结构与下进液层、下隔液层、下回液层、下端面构成的四层结构为对称结构。以上层制冷液流动轨迹（即上层水流通道）为例进行说明，制冷液体自入液孔3流入上进液层8，通过上隔液层7的通液小孔701流入上回液层6的通水区域，实现对热源的散热，吸收热量后的制冷液体从上回液层6流入上隔液层7的出液通道702，最终进入出液孔4完成1次制冷循环。下层制冷液流动轨迹与上层制冷液流动轨迹对称。所述双面散热制冷器也可以采用大通道制冷结构，即直接在双面散热制冷器内部设置通水管道，而非多层微通道结构，以适应多种应用场合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双面散热制冷器，设置有入液孔、出液孔以及制冷水路，其特征在于：所述制冷水路与入液孔和出液孔连通，包括两路分别沿双面散热制冷器的上端面和下端面的水流通道，使得制冷液自入液孔流入后分别沿上述两路水流通道分流并汇入出液孔流出。

【技术特征摘要】
1.一种双面散热制冷器，设置有入液孔、出液孔以及制冷水路，其特征在于：所述制冷水路与入液孔和出液孔连通，包括两路分别沿双面散热制冷器的上端面和下端面的水流通道，使得制冷液自入液孔流入后分别沿上述两路水流通道分流并汇入出液孔流出。2.根据权利要求1所述的一种双面散热制冷器，其特征在于：所述两路水流通道互为对称结构。3.根据权利要求1所述的一种双面散热制冷器，其特征在于：所述双面散热制冷器包括自上而下依次设置的至少8层薄片结构，具体为上端面、上回液层、上隔液层、上进液层、下进液层、下隔液层、下回液层、下端面，使得制冷液自入液孔流入，通过上进液层和下进液层分成两路分别沿上隔液层和上回液层，以及下隔液层和下回液层汇入出液孔流出。4.根据权利要求3所述的一种双面散热制冷器，其特征在于：所述上端面、上回液层、上隔液层、上进液层构成的四层结构与下进液层、下隔液层、下回液层、下端面构成的四层结构为对称结构。5.根据权利要求3所述的一种双面散热制冷器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金豆，段磊，张宏友，刘兴胜，
申请(专利权)人：西安炬光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61