一种高功率芯片散热结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高功率芯片散热结构及其制备方法，涉及微电子散热技术领域。高功率芯片散热结构包括：位于高功率芯片正面的一体化转接板；一体化转接板包括冷却结构和电学连接组件；冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道、微流道以及出液通道，且微流道位于高功率芯片正面，电学连接组件的一侧与冷却结构相连接，另一侧与高功率芯片电连接，通过微流道将冷却液引到高功率芯片正面的发热结区，使发热结区可以直接和冷却液进行热交换，使得芯片产热直接传导至冷却液，通过冷却液的循环流动进而被带走，缩短了传热路径，实现了高效的散热，满足了衬底热导率低的高功率芯片的散热需求，提高芯片的可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率芯片散热结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子散热
，尤其涉及一种高功率芯片散热结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，半导体芯片的性能在不断提升，施加在芯片上的功率也在不断增加，因此带来了芯片热功耗增加的问题，芯片产热如果不能及时散失带走，会导致芯片温度急剧升高，严重影响芯片的性能以及寿命等参数。同时，芯片的发热结区的产热往往是不均匀的，这会导致芯片上的温度分布不均匀，会使得芯片内存在较大的温度梯度，一方面会产生局部高温热点，影响芯片的稳定性，另一方面温度梯度产生的热应力会降低芯片的可靠性。当前很多高功率芯片是面向射频的应用，在芯片中会有射频信号通过，为防止射频信号受外界电磁干扰，需要设计相应的屏蔽结构对高功率芯片进行保护。
[0003]目前，高功率芯片的散热方法包括：通过微机械加工制作金属热沉，然后在高功率芯片衬底背面涂覆导热银浆等热界面材料，通过热界面材料把金属热沉粘接在衬底下方。芯片产热通过衬底和热界面材料传导至热沉，热沉再和环境进行热交换，实现芯片产热的散失，达到散热的效果。
[0004]高功率芯片的散热方法还包括：制作具有微流道的衬底以及具有进出液结构的盖板，把具有微流道的衬底和具有进出液结构的盖板进行键合，实现一个完整的具有工质循环流动能力的微流道，然后在高功率芯片衬底背面涂覆导热银浆等界面材料，通过热界面材料把具有双层结构的微流道粘接在高功率芯片的衬底下方，芯片产热通过衬底和热界面材料传导至微流道，微流道再和流道内的冷却液进行热交换，通过冷却液的循环流动把芯片产热散失带走，实现散热的效果。
[0005]高功率芯片的散热方法还包括：通过刻蚀技术在高功率芯片背面刻蚀微流道，在另一块衬底中制作进出液口结构，然后将高功率芯片所在衬底与另一块具有进出液口结构的衬底进行键合，形成双层衬底构成的具有微流道和进出液口的一体化芯片。芯片产热通过衬底传导，再通过衬底和微流道中的冷却液进行热交换，通过冷却液的流动把芯片产热散失带走，实现散热的效果。
[0006]但是，上述目前的高功率芯片的散热方法，芯片散热均需要通过芯片衬底进行热传导，传导路径长，散热效果受高功率芯片衬底的热导率影响严重，散热效果较差，可能导致器件失效，降低了高功率芯片的可靠性和稳定性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高功率芯片散热结构及其制备方法，以解决目前的散热方法芯片散热均需要通过芯片衬底进行热传导，传导路径长，散热效果受高功率芯片衬底的热导率影响严重，散热效果较差，可能导致器件失效，降低了高功率芯片的可靠性和稳定性的问题。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高功率芯片散热结构，应用于对高功率芯片的散热过程中，所述高功率芯片散热结构包括：
[0009]位于所述高功率芯片正面的一体化转接板；
[0010]所述一体化转接板包括冷却结构和电学连接组件；所述冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道、微流道以及出液通道，且所述微流道位于所述高功率芯片正面；
[0011]在所述高功率芯片的工作过程中，所述进液通道用于将冷却液导入所述微流道中，以对高功率芯片的发热结区进行散热，所述出液通道用于将经过所述微流道后的冷却液导出；
[0012]所述电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连接。
[0013]采用上述技术方案的情况下，可以通过微流道将冷却液引到高功率芯片正面的发热结区，使高功率芯片的发热结区可以直接和冷却液进行热交换，使得芯片产热直接传导至冷却液，通过冷却液的循环流动进而被带走，缩短了传热路径，实现了高效的散热，满足了衬底热导率低的高功率芯片的散热需求，提高了高功率芯片的可靠性和稳定性。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述进液通道包括进液口，所述出液通道包括出液口，所述进液口和所述出液口位于所述一体化转接板背离所述高功率芯片正面的一侧。
[0015]在一种可能的实现方式中，高功率芯片散热结构还包括密封隔离结构，所述密封隔离结构位于所述高功率芯片的正面，且位于所述冷却结构与所述电学连接组件之间，用于防止所述冷却液从所述冷却结构渗入所述电学连接组件中。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述高功率芯片包括半导体衬底，以及依次设置于所述半导体衬底上的器件层和表面介质层；所述一体化转接板位于所述表面介质层上；所述器件层包括发热结区，所述微流道与所述发热结区相对设置。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述高功率芯片还包括芯片连接组件，所述芯片连接组件位于所述器件层上，所述表面介质层的两侧；
[0018]所述电学连接组件包括转接板电路，所述转接板电路中的引脚与所述芯片连接组件中的引脚一一对应电连接。
[0019]第二方面，本专利技术还提供一种高功率芯片散热结构的制备方法，用于制备第一方面任一所述的高功率芯片散热结构，所述方法包括：
[0020]制备电学连接组件和所述冷却结构，形成包括所述冷却结构和所述电学连接组件的一体化转接板；将所述一体化转接板中电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连接；
[0021]其中，所述冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道、微流道以及出液通道，且所述微流道位于所述高功率芯片正面；在所述高功率芯片的工作过程中，所述进液通道用于将冷却液导入所述微流道中，以对高功率芯片的发热结区进行散热，所述出液通道用于将经过所述微流道后的冷却液导出。
[0022]在一种可能的实现方式中，所述冷却结构包括第一冷却组件和第二冷却组件，所述制备电学连接组件和所述冷却结构，包括：
[0023]制备所述第一冷却组件；
[0024]在所述第一冷却组件靠近所述高功率芯片的一侧制备所述电学连接组件；
[0025]制备所述第二冷却组件；
[0026]将所述第一冷却组件和所述第二冷却组件进行键合，在所述第一冷却组件和所述第二冷却组件之间形成所述进液通道和所述出液通道，在所述第一冷却组件和所述第二冷却组件下方，以及高功率芯片的发热结区的相对区域形成所述微流道。
[0027]在一种可能的实现方式中，所述电学连接组件包括转接板电路，所述制备第一冷却组件，在所述第一冷却组件靠近所述高功率芯片的一侧制备所述电学连接组件，包括：
[0028]提供包括相对的第一面和第二面的第一散热衬底；
[0029]自所述第一面在所述第一散热衬底上制备密封隔离结构和所述转接板电路；
[0030]自所述第一面在所述第一散热衬底中制作第一预设深度的第一微流道；其中，所述微流道与所述密封隔离结构和所述转接板电路位于所述第一散热衬底第一面的不同区域；
[0031]沿所述第一微流道的延伸方向上，自所述第二面在所述第一散热衬底中制作与所述微流道相连通的第二预设深度的微通孔；
[0032]其中，所述转接板电路包括多个转接电学引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率芯片散热结构，其特征在于，应用于对高功率芯片的散热过程中，所述高功率芯片散热结构包括：位于所述高功率芯片正面的一体化转接板；所述一体化转接板包括冷却结构和电学连接组件；所述冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道、微流道以及出液通道，且所述微流道位于所述高功率芯片正面；在所述高功率芯片的工作过程中，所述进液通道用于将冷却液导入所述微流道中，以对高功率芯片的发热结区进行散热，所述出液通道用于将经过所述微流道后的冷却液导出；所述电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连接。2.根据权利要求1所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述进液通道包括进液口，所述出液通道包括出液口，所述进液口和所述出液口位于所述一体化转接板背离所述高功率芯片正面的一侧。3.根据权利要求1所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述高功率芯片散热结构还包括密封隔离结构，所述密封隔离结构位于所述高功率芯片的正面，且位于所述冷却结构与所述电学连接组件之间，用于防止所述冷却液从所述冷却结构渗入所述电学连接组件中。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述高功率芯片包括半导体衬底，以及依次设置于所述半导体衬底上的器件层和表面介质层；所述一体化转接板位于所述表面介质层上；所述器件层包括发热结区，所述微流道与所述发热结区相对设置。5.根据权利要求4所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述高功率芯片还包括芯片连接组件，所述芯片连接组件位于所述器件层上，所述表面介质层的两侧；所述电学连接组件包括转接板电路，所述转接板电路中的引脚与所述芯片连接组件中的引脚一一对应电连接。6.一种高功率芯片散热结构的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
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5任一所述的高功率芯片散热结构，所述方法包括：制备电学连接组件和所述冷却结构，形成包括所述冷却结构和所述电学连接组件的一体化转接板；将所述一体化转接板中电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连接；其中，所述冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道、微流道以及出液通道，且所述微流道位于所述高功率芯片正面；在所述高功率芯片的工作过程中，所述进液通道用于将冷却液导入所述微流道...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦斌斌，余立航，孔延梅，刘瑞文，贾昆鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：