具有蒸气室的半导体立体封装结构制造技术

本发明专利技术提供一种具有蒸气室的半导体立体封装结构，一个盖子结合一个底板围成一个蒸气室，在蒸汽室封装多个配置半导体晶片的中介层堆叠的三维结构体。所述的盖子内侧形成一组毛细结构，一组网结合于盖子内侧并遮蔽该组毛细结构。每个中介层周边有一组凸部，两个凸部间隔一个凹部，全部的中介层以凸部接触该组网，从上层中介层到下层中介层的凹部成为连到蒸气室的一个流道。该蒸气室添加适量的冷却流体，从该流道到该组毛细结构，所述的冷却流体进行液态转换气态的热循环，达到半导体晶片的散热效果。每个中介层的顶面和底面也有毛细结构，引导两层中介层高温的气体经由流道到蒸气室，成为热循环的一部分。成为热循环的一部分。成为热循环的一部分。

【技术实现步骤摘要】
具有蒸气室的半导体立体封装结构


[0001]本专利技术涉及半导体的封装技术，尤指一种立体封装结构，利用蒸气室或称均温结构产生半导体晶片的散热效果。

技术介绍

[0002]采用立体封装结构，将更多的半导体晶片聚集在一起，达到体积小、功能强的要求。通电后，该半导体晶片产生高热，高热会延迟运算效率，甚至会降低使用期限。如何散热，就成为半导体晶片亟待解决的课题。
[0003]在美国第20200105644号专利案中，一种散热装置附接于半导体立体封装结构，凭借温度较低的冷却液不断补充到一个流道，带走封装结构的热。虽然，这项水冷方式的设计能提升散热效率。但是，该散热装置推动冷却液流动的力来自一台泵，体积庞大的散热装置，显然跟不上封装结构微型化的先进技术。
[0004]中国台湾第202121618号专利案提出一种堆叠结构，结合中国台湾第202002201号专利案的散热结构，在立体封装内部添加一个热传导结构，来改良散热问题。具体而言，半导体晶片堆叠的每层加装一个散热层，该散热层是具备导热效率的热介面材料，通过硅穿孔或铜柱等电连接结构，取得半导体晶片的热传导效果。缺点是，热传导散热效果有限。特别是，多层堆叠时，下层半导体晶片散热不及，效果大幅降低。
[0005]目前解决散热问题较佳的方案，是一种蒸气室结构或称均温结构。所述的蒸气室结构利用冷却流体气相与液相的热循环，达到快速的散热效果。因此，该蒸气室运用在半导体的立体封装技术，能改善多个高性能晶片的散热效率。
[0006]譬如，日本第5554444号(公开第2015050323号)专利案与中国台湾第202002031号专利案都提到一个盖体，运用在半导体的立体封装结构，实现蒸气室的散热效果。
[0007]又，中国台湾第I672775号(申请第106119235号)专利案，在立体封装结构设计至少一条冷却通道围绕堆叠的半导体晶片。在冷却通道进行相变的流体，带走半导体晶片的热而具备散热效果，故冷却通道相当于蒸气室的功能。
[0008]还有一种半导体封装结构和组装结构，在半导体晶片与封装基板之间设置所需的蒸气室，该蒸气室带走半导体晶片的热，并向多国提出专利的申请，如美国第20200111728号与中国第111009493号等案。
[0009]前述各项蒸气室专利中，以热介面材料或封装胶体为介质，使蒸气室结构间接地结合于半导体封装结构。如此，该介质的导热率影响蒸气室结构的散热效果甚巨。
[0010]除此之外，美国第20190393193号专利案的公开信息，揭示一种具有蒸气室功能的半导体封装，主要是在一个电连接构造的空间中，所述的蒸气室设在多个集成电路之间。但是，该蒸气室的流动空间，仅限集成电路彼此相隔的狭窄空间，导致半导体封装整体的散热效益不佳。
[0011]还有一种半导体封装具备一个中介层附接于半导体，见于美国第7,002,247号专利案的公开信息。其中，所述的中介层具有两个包含诸如凹槽的芯结构的板，构成中介层的
内部密封容积直接接触半导体背面，从而形成一个蒸汽室，企图降低半导体晶片的热，达到均温效果。可惜的是，该半导体封装仅靠晶片表面的附接结构，容易损伤半导体晶片，相对弱化整体的支撑构造。

技术实现思路

[0012]鉴于此，本案专利技术人提供新一代立体封装结构，其主要目的在于：蒸气室结构封装半导体晶片与冷却流体，让冷却流体直接带走半导体晶片的热，故散热效果比现有技术更有效率。
[0013]源于上述目的的达成，本专利技术的一种具有蒸气室的半导体立体封装结构，其特征在于，包括：
[0014]一个底板；
[0015]多个半导体晶片通过多个中介层堆叠在所述的底板上，该中介层有一个顶面毛细结构与一个底面毛细结构，该中介层周边具备一组凸部，两个凸部间隔一个凹部；
[0016]一个盖子内侧有一组毛细结构与一组网，该组网遮蔽所述的毛细结构，当盖子结合底板围成一个蒸气室，该盖子罩住全部的半导体晶片，全部的中介层以凸部接触该组网，从上层中介层到下层中介层的凹部成为连到蒸气室的一个流道；以及
[0017]适量的冷却流体添入该蒸气室中，在该组毛细结构、该组流道、顶面毛细结构与底面毛细结构之间进行液态转换气态的热循环，达到半导体晶片的散热效果。
[0018]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，该上层中介层到下层中介层的凹部错开，保持倾斜的流道，以致该上层中介层到下层中介层的凸部排列为阶梯状态。
[0019]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，所述的盖子采用铜、铜合金与其他的导热金属之一制成。
[0020]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，将铜、铜合金与其他的导热金属之一披覆在所述的盖子表面。
[0021]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，该组毛细结构为交错的隙缝，通过蚀刻、激光雕刻、冲压与压铸之一手段形成于所述的盖子表面。
[0022]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，所述的冷却流体选自超纯水、乙醇、丁烷及其混合物之一。
[0023]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，该中介层选自陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板、氧化铝陶瓷基板、氧化硅陶瓷基板与氮化硅陶瓷基板之一。
[0024]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，一组导热柱依阵列穿过所有堆叠的中介层。
[0025]所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其中，所述的盖子外部结合一组散热鳍片。
[0026]如此，本专利技术的盖子结合底板围成蒸气室，将半导体晶片与冷却流体封装在蒸气室，共同组成立体封装结构。冷却流体在蒸气室进行液态转换气态的热循环，直接带走半导体晶片的热，散热效果自然比现有技术更有效率。
[0027]为使本专利技术的目的、特征和优点，浅显易懂，兹举一个或以上较佳的实施例，配合所附的图式详细说明如下。
附图说明
[0028]图1是本专利技术封装结构第一实施例的俯视图。
[0029]图2是图1实施例的仰视图。
[0030]图3是切掉盖子顶面并俯瞰封装结构的内部构成的示意图。
[0031]图4是透视盖子观察封装结构的内部构成的示意图。
[0032]图5是沿图3的A
‑
A线切开的剖视图。
[0033]图6是具体描绘图5放大比例的流道部位的示意图。
[0034]图7是以仰视角度观察单一中介层的底面的示意图。
[0035]图8是显示堆叠的中介层与半导体晶片的示意图。
[0036]图9是剖开封装结构观察内部的构造的示意图。
[0037]图10是绘制蒸气室通过网与毛细结构成为热循环的一部分的示意图。
[0038]图11、图12是以不同的角度观察本专利技术封装结构的第二实施例的示意图。
[0039]图13是图3的局部放大图。
[0040]附图标记说明：封装结构10；盖子11；孔12；蒸气室13；网14；毛细结构15；底板20；电接脚21；垫块22；防漏结构23本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有蒸气室的半导体立体封装结构，其特征在于，包括：一个底板；多个半导体晶片通过多个中介层堆叠在所述的底板上，该中介层有一个顶面毛细结构与一个底面毛细结构，该中介层周边具备一组凸部，两个凸部间隔一个凹部；一个盖子内侧有一组毛细结构与一组网，该组网遮蔽所述的毛细结构，当盖子结合底板围成一个蒸气室，该盖子罩住全部的半导体晶片，全部的中介层以凸部接触该组网，从上层中介层到下层中介层的凹部成为连到蒸气室的一个流道；以及适量的冷却流体添入该蒸气室中，在该组毛细结构、该组流道、顶面毛细结构与底面毛细结构之间进行液态转换气态的热循环，达到半导体晶片的散热效果。2.如权利要求1所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其特征在于，该上层中介层到下层中介层的凹部错开，保持倾斜的流道，以致该上层中介层到下层中介层的凸部排列为阶梯状态。3.如权利要求1所述具有蒸气室的半导体立体封装结构，其特征在于，所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智孟，
申请(专利权)人：创新服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：