一种液态金属增强内传热的芯片制造技术

技术编号:18353379 阅读:74 留言:0更新日期:2018-07-02 04:44
一种液态金属增强内传热的芯片,随着芯片性能的不断提高,陶瓷芯片功耗不断增大,特别是随着三维堆叠,SIP能封装形式的出现,芯片封装密度不断增大,热流密度随之增大,芯片自身散热问题十分严峻。同时由于陶瓷芯片密封性等问题芯片内冲入氮气(9),氮气(9)导热率极低,使得芯片散热途径狭窄。本发明专利技术将液态金属(7)填充入芯片封装内,增强传热路径,减少芯片热阻,提高芯片散热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属增强内传热的芯片
本专利技术属于芯片设计领域,具体涉及一种液态金属增强内传热的芯片。
技术介绍
随着芯片性能的不断提高,陶瓷芯片功耗不断增大,特别是随着三维堆叠,SIP能封装形式的出现,芯片封装密度不断增大,热流密度随之增大,芯片自身散热问题十分严峻。
技术实现思路
本专利技术的目的:解决芯片内部传热路径狭窄,热阻大的问题,提高芯片的散热性能。本专利技术的技术方案:一种液态金属增强内传热的芯片,包括封盖1、封口环2、陶瓷基板3、硅芯片4、键合丝5、管腿6,在封盖、封口环与陶瓷基板间形成的空腔内加入导热率高的液态金属7。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,所述封盖和封口环内表面镀镍。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,键合丝表面镀镍。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,在封盖、封口环与陶瓷基板间形成的空腔抽真空。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,键合丝及键合丝焊接在陶瓷基板上形成的焊盘喷涂绝缘涂料。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,所述封盖1内侧设有膨胀沟槽8。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,所述液态金属7包括液态镓合金。所述的一种液态金属增强内传热的芯片,所述液态镓合金为GaIn15Sn13Zn1。本专利技术具有的优点效果:增大芯片内硅芯片4到顶部封盖1的传热路径,较少传热热阻,增强散热性能,有效解决芯片高效散热的技术难题。氮气90℃的传热系数0.0237W/MK,液态金属7GaIn15Sn13Zn1,3℃时传热系数29.4W/m℃,液态金属7传热系数是氮气的1241倍。目前没有在芯片内填充液态金属增强换热性能的技术方案。附图说明图1为常规芯片示意图;图2为一种液态金属增强内传热的芯片结构示意图;图3为常规芯片散热路径图;图4为一种液态金属增强内传热的芯片散热路径图。具体实施方式传统陶瓷芯片封装空腔内冲入氮气9,散热效果十分差,硅芯片产生的热量主要通过基板传导到封口环2,在通过封口环2与盖板1的非常小的接触面积传导到封盖1上散失到外界,芯片传热路径狭小,热阻大,散热性能差。本专利技术将液态金属7填充在陶瓷芯片空腔内,增大传热路径,减少芯片内热阻,提高芯片散热性能。常见的液态金属如汞,但由于其具有毒性,芯片内不可选择,由于液态镓金属7合金,具有导热率高,较低的熔点。例如GaIn15Sn13Zn1融点较低在3℃时为液态为液态。液态金属7必须解决的技术问题包括,兼容性、氧化性、绝缘问题、膨胀问题。兼容性问题,由于液态镓金属与铝、铜等金属会产生化学反应,芯片盖板1和封口环2体一般为可伐金属,可以通过镀镍的方法解决兼容性。芯片内部铝或者铜键合丝5可以通过表面镀镍解决兼容性问题。芯片内部焊盘及布线一般为钨金属,钨金属与液态金属7镓兼容不反应。键合丝5一般为金线与液态金属兼容不反应。液态金属7镓容易与氧气产生反应在表面产生氧化膜,造成导热率下降的问题,通过在芯片封装抽真空的办法解决芯片气密性问题的同时,解决液态金属7氧化的问题。液态金属由于是金属具有导电性,在键合丝5或者焊盘具有导电要求的地方必须进行绝缘喷涂,在表面喷涂绝缘漆等进行表面绝缘处理。由于液态镓金属7的密度大于固态镓金属,所以凝固后体积会增大,为了避免体积增大后胀破芯片的问题。将封盖设计具有膨胀沟槽结构8,结构如图所示,通过匹配膨胀体积和膨沟槽体积解决膨胀问题。本文档来自技高网...
一种液态金属增强内传热的芯片

【技术保护点】
1.一种液态金属增强内传热的芯片,包括封盖(1)、封口环(2)、陶瓷基板(3)、硅芯片(4)、键合丝(5)、管腿(6),其特征在于,在封盖、封口环与陶瓷基板间形成的空腔内加入导热率高的液态金属(7)。

【技术特征摘要】
1.一种液态金属增强内传热的芯片,包括封盖(1)、封口环(2)、陶瓷基板(3)、硅芯片(4)、键合丝(5)、管腿(6),其特征在于,在封盖、封口环与陶瓷基板间形成的空腔内加入导热率高的液态金属(7)。2.根据权利要求1所述的一种液态金属增强内传热的芯片,其特征在于,所述封盖和封口环内表面镀镍。3.根据权利要求1所述的一种液态金属增强内传热的芯片,其特征在于,键合丝表面镀镍。4.根据权利要求1所述的一种液态金属增强内传热的芯片,其特征在于,在封盖、封口环与陶...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵亮吴波杨明明焦超锋醋强一张娅妮
申请(专利权)人:中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
类型:发明
国别省市:陕西,61

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