热电装置制造方法及图纸

一种热电装置。所述热电装置包括用于封装集成电路芯片的硅基板中的第一导电层、第二导电层和第一、第二导电层间的热电偶层，所述热电装置与需冷却的集成电路芯片形成叠层结构，所述第一导电层和第二导电层经由所述硅基板中的硅通孔与需冷却的集成电路芯片连通。所述热电装置无需再通过额外的连接线与集成电路芯片相连。从而，降低了封装结构的布线难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路芯片的冷却应用领域，特别涉及热电装置。
技术介绍
随着集成电路芯片功能的越来越强大，其所包含的电路结构也越来越庞大。相应地，集成电路芯片运行时所产生的热量也持续增加。集成电路芯片过热将导致其性能下降。 因此，如何对集成电路芯片进行冷却就成为了现今所关注的一个重要课题。对集成电路芯片进行冷却的一种常规方法是采用对流散热的风扇和散热片进行风冷冷却。然而，风冷冷却的工作方式会受到集成电路芯片实际应用的诸多限制。例如，在真空室或洁净室等对空气条件要求较严格的环境下，对集成电路芯片进行风冷冷却就不太适合。现有技术还经常采用的另一种冷却方法为液体冷却。液体冷却常被应用于大型或超大型计算机中的集成电路芯片冷却。但液体冷却由于其所需设备庞大且成本较高，也不适用于例如便携式电脑中的集成电路芯片冷却。为克服风冷和液体冷却的缺陷，现有技术研制出了一种热电致冷器(thermal electric cooling)。热电致冷器所基于的工作原理为珀尔贴(Peltier)效应。珀尔贴效应中，在两个不同的材料间施加直流电流会使得热量在这两种材料的结合处被吸收。现有技术的一种热电致冷器应用例如美国专利US7022553B2所揭示的，可以使用于叠层芯片(chip-on-chip)的封装结构中。参照图1所示，热电致冷器160包括第一金属层127、第二金属层1 及第一、第二金属层间的半导体材料层128。半导体材料层1 为多个N型和/或P型半导体构成的热电偶。热电致冷器160与芯片125A之间具有绝缘层 126。所述热电致冷器160中的第一金属层127通过连接线133连接于芯片125A上。若半导体材料层1 为P型半导体构成的热电偶，当热电致冷器160经由芯片125A获得的电流沿箭头170方向传输时，热电致冷器160对芯片125A吸热以进行冷却。而当电流沿箭头 172方向传输时，热电致冷器160则可吸收热量对芯片125A加热。然而，上述热电致冷器需通过额外的连接线连接芯片以获得直流电流，如此就增加了封装结构的布线难度。
技术实现思路
本专利技术提供一种热电装置，以克服现有技术热电致冷器需通过额外连接线获得电流而增加封装结构的布线难度的缺陷。为解决上述问题，本专利技术提供一种热电装置，包括用于封装集成电路芯片的硅基板中的第一导电层、第二导电层和第一、第二导电层间的热电偶层，所述热电装置与需冷却的集成电路芯片形成叠层结构，所述第一导电层和第二导电层经由所述硅基板中的硅通孔与需冷却的集成电路芯片连通。可选地，所述热电装置中的所述第一导电层及第二导电层分别包括多个导电板； 所述热电偶层包括多个间隔分布的N型及P型热电结构，所述N型热电结构具有在第一、第二导电层间贯通的硅基板通孔，所述硅基板通孔中填充有N型热电材料，所述P型热电结构具有在第一、第二导电层间贯通的硅基板通孔，所述硅基板通孔中填充有P型热电材料；相邻N型及P型热电结构间由绝缘层隔离，且至少有一端共同连接至同一导电板。与现有技术相比，上述热电装置有以下优点所述热电装置位于封装集成电路芯片的硅基板中，其通过硅通孔与需冷却的集成电路芯片连通，从而获得直流电流。因而，无需再通过额外的连接线与集成电路芯片相连。从而，降低了封装结构的布线难度。附图说明图1是现有技术的一种热电致冷器的示意图；图2是本专利技术热电装置应用于集成电路芯片致冷的一种实施方式示意图；图3是图2中需冷却的集成电路芯片中热电装置控制电路的一种结构示意图；图4是本专利技术热电装置的一种实施例的局部示意图。具体实施例方式本专利技术的专利技术人通过对现有技术热电致冷器应用的研究可以发现，现有技术在集成电路芯片封装时，将已成型的热电致冷器贴附于集成电路芯片上以实现对集成电路芯片的冷却。此方式为避免热电致冷器影响集成电路芯片工作，需要在集成电路芯片上额外形成绝缘层，以对热电致冷器和集成电路芯片进行电隔离。并且，由于绝缘层的电隔离，热电致冷器只能通过额外的连接线与集成电路芯片相连，来获得实现冷却所需的直流电流。如此，不仅在封装时需要额外的绝缘层沉积步骤，还增加了封装结构的布线难度。基于此，本专利技术的专利技术人经过多次试验发现，可以尝试将热电致冷器(热电装置) 与需冷却的集成电路芯片进行内部集成，即应用硅通孔技术将热电装置与需冷却的集成电路芯片进行内部连接。此种内部连接方式要求在硅片中形成所需的热电装置，如此才可应用所述的硅通孔技术。而传统的PCB板封装技术显然无法实现这个目标，因此，本专利技术的专利技术人提出以封装技术中应用度越来越高的硅基板作为形成热电装置的载体。根据本专利技术热电装置的一种实施方式，其包括用于封装集成电路芯片的硅基板中的第一导电层、第二导电层和第一、第二导电层间的热电偶层，所述热电装置与需冷却的集成电路芯片形成叠层结构，所述第一导电层和第二导电层经由所述硅基板中的硅通孔与需冷却的集成电路芯片连通。从而，热电装置可直接经由硅基板内部的硅通孔获得集成电路芯片上的直流电流。图2示出了本专利技术热电装置应用于集成电路芯片致冷的一种实施方式。参照图2 所示，在集成电路芯片封装所用的硅基板10上具有多个集成电路芯片20a、20b、20c及20d。 而在集成电路芯片20b、20c下的硅基板10中则具有热电装置30a、31a。所述热电装置30a、 31a分别通过硅基板10中的硅通孔30b、31b与集成电路芯片20b、20c中相应电路连通，以获得所述电路提供的直流电流。例如，假设所述多个集成电路芯片包括逻辑电路芯片、高压电路芯片、现场可编程门阵列(FPGA)芯片及存储器芯片，其中逻辑电路芯片、高压电路芯片由于在运行时会产生大量热量，因而需要通过热电装置进行冷却。此时，就可在硅基板中对应逻辑电路芯片、高压电路芯片的位置分别设置热电装置，并通过硅通孔将所述两个热电装置分别与逻辑电路芯片、高压电路芯片连通。当所述两个热电装置获得逻辑电路芯片、高压电路芯片提供的直流电流时，就可实现对逻辑电路芯片、高压电路芯片的冷却。更具体地说，所述逻辑电路芯片、高压电路芯片中分别包括与所述热电装置通过硅通孔相连的热电装置控制电路，所述热电装置控制电路基于芯片温度对热电装置的开关进行控制。参照图3所示，在一种实施例中，所述热电装置控制电路包括温度传感器201和热电装置开关电路202，所述热电装置开关电路202根据温度传感器201基于温度变化提供的相应信号，实现对热电装置30a/31a的开关控制。所述开关控制的相应信号通过所述硅通孔传输到热电装置30a/31a。通过上述热电装置应用于集成电路芯片封装的说明可以看到，由于热电装置无需再通过额外的连接线与集成电路芯片相连，因此降低了封装结构的布线难度。另外，通过以上说明还可以很容易推得，上述热电装置还可应用于单一芯片封装时，对所述芯片局部区域的冷却。具体地说，只需在硅基板中对应所述芯片需冷却区域的位置设置热电装置，就可对所述需冷却区域进行局部冷却。以下结合附图对本专利技术热电装置及相应的工作过程进一步说明。参照图3所示，本专利技术热电装置的一种实施例包括硅基板中的第一导电层、第二导电层和第一、第二导电层间的热电偶层。其中，所述第一导电层包括多个导电板，例如包括导电板310a、310b。所述第二导电层也包括多个导电板，例如包括导电板320a、320本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种热电装置，其特征在于，包括用于封装集成电路芯片的硅基板中的第一导电层、第二导电层和第一、第二导电层间的热电偶层，所述热电装置与需冷却的集成电路芯片形成叠层结构，所述第一导电层和第二导电层经由所述硅基板中的硅通孔与需冷却的集成电路芯片连通。

【技术特征摘要】
1.一种热电装置，其特征在于，包括用于封装集成电路芯片的硅基板中的第一导电层、 第二导电层和第一、第二导电层间的热电偶层，所述热电装置与需冷却的集成电路芯片形成叠层结构，所述第一导电层和第二导电层经由所述硅基板中的硅通孔与需冷却的集成电路芯片连通。2.如权利要求1所述的热电装置，其特征在于，所述第一导电层及第二导电层分别包括多个导电板；所述热电偶层包括多个间隔分布的N型及P型热电结构，所述N型热电结构具有在第一、第二导电层间贯通的硅基板通孔，所述硅基板通孔中填充有N型热电材料，所述P型热电结构具有在第一、第二导电层间贯通的硅基板通孔，所述硅基板通孔中填充有P型热电材料；相邻N型及P型热电结构间由绝缘层隔离，且至少有一端共同连接至同一导电板。3.如权利要求2所述的热电装置，其特征在于，所述N型热电材料为N型SiGe，所述P 型热电材料为P型SiGe。4.如权利要求2所述的热电装置，其特征在于，所述N型热电材料包括两种N型热电材料的超晶格，所述P型热电材料包括两种P型热...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，郭景宗，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31