一種新型封裝內(nèi)芯片散熱組件及散熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體散熱領(lǐng)域，尤其涉及一種新型封裝內(nèi)芯片散熱組件及散熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著芯片封裝集成度的增加，封裝體趨于短、小、輕、薄，芯片的散熱問題變得越來越重要。
[0003]比如在三維堆疊芯片的結(jié)構(gòu)中，內(nèi)層芯片的熱量很難散出，導(dǎo)致疊層結(jié)構(gòu)內(nèi)層芯片由于結(jié)溫太高，導(dǎo)致芯片失效，限制了整個器件的集成度和性能的提高。
[0004]許多發(fā)明提出了多種散熱結(jié)構(gòu)，來提高芯片的散熱效率，如US2005/0051297 Al，HEAT SINK，包括:一散熱風(fēng)扇，一緊固件及一散熱片。該實用型發(fā)明優(yōu)點是:制作簡單，成本低；能夠快速組裝和拆卸，利于更換;適用范圍廣。缺點是:該方法使用強制風(fēng)冷，其散熱能力有限，對于疊層芯片等高功率密度器件，散熱能力遠遠不足;且該發(fā)明從封裝體外部進行散熱，散熱效率有限;散熱結(jié)構(gòu)體積大，不利于小型化；
如中國專利CN 100423826C，具有用于負載催化劑或吸附介質(zhì)的內(nèi)翅片的微通道，該發(fā)明涉及一種裝置，包括具有一定高度、寬度及長度的工藝微流道，其高度約10mm。液體從微流道進入，并帶走芯片傳導(dǎo)至該散熱結(jié)構(gòu)的熱量。該發(fā)明的優(yōu)點是:散熱結(jié)構(gòu)小，利于小型化;使用液體散熱，散熱效率高。缺點是:沒有方便便捷的微流道與芯片器件的組裝方法，限制了其廣泛推廣應(yīng)用;另一方面其制作工藝要求高，加工難度大;制作成本高。
[0005]如中國專利CN102522380 A，一種POP封裝結(jié)構(gòu)，該發(fā)明涉及一種POP封裝的散熱結(jié)構(gòu)，在堆疊的封裝體間，通過增加一層銅基板，或在封裝體四周做孔狀結(jié)構(gòu)。該發(fā)明的優(yōu)點是:在封裝體能增加芯片的散熱面積，提高了疊層結(jié)構(gòu)的散熱能力；易于小型化；電鍍一層銅層基板的工藝成熟;缺點是:該結(jié)構(gòu)只是有限度的增加了散熱面積，傳導(dǎo)出的熱量仍然在封裝體內(nèi)部，需通過底層和頂層芯片傳導(dǎo)至外部。
[0006]目前存在著的這些散熱裝置對于芯片的高功率密度，強制風(fēng)冷的散熱能力已經(jīng)不能夠滿足;而對于采用液體、相變等冷卻方法，如微流道、熱管，存在體積更大，組裝更復(fù)雜等問題，使這些散熱措施難以像機箱風(fēng)扇一樣大范圍使用；另一方面，由于微流道、熱管表貼在芯片封裝體表面進行散熱，增加了封裝材料這一層熱阻，散熱效果也不是最理想。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種新型封裝內(nèi)芯片散熱組件及散熱系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，散熱性能高;產(chǎn)品使用更便捷，易于多領(lǐng)域推廣使用。
[0009]解決以上技術(shù)問題的本發(fā)明中的一種新型封裝內(nèi)芯片散熱組件，包括芯片和芯片基板，其特征在于:所述散熱組件設(shè)有散熱組件1、散熱組件2、焊盤和組件內(nèi)管道，散熱組件I固定設(shè)在芯片基板上，并位于芯片側(cè)面四周；散熱組件2設(shè)在芯片頂部，散熱組件I和散熱組件2通過焊盤連接成密閉管道;組件內(nèi)管道分布于組件I和組件2中，用于通入冷卻劑，組件內(nèi)管道還設(shè)有組件內(nèi)管道進口和組件內(nèi)管道出口，組件內(nèi)管道進口和組件內(nèi)管道出口分別與組件內(nèi)管道通過焊盤連接，組件內(nèi)管道進口和組件內(nèi)管道出口穿過芯片基板與外部所需裝置連接。
[0010]所述散熱組件I和散熱組件2所用材料為高熱導(dǎo)率材料。
[0011]所述高熱導(dǎo)率材料為硅、金屬或陶瓷材料，能夠有效地將芯片產(chǎn)生的熱量通過組件內(nèi)管道的冷卻劑傳到出去;且硅，陶瓷材料使用成熟的半導(dǎo)體工藝制造，工藝成熟，成本可降低。
[0012]所述組件內(nèi)管道為分布為彎曲分布，形成大面積散熱面，散熱面積貼芯片四周和頂部，對芯片進行高效散熱。組件內(nèi)管道為微小管道，可以呈不同的分布圖，分布于組件I和組件2中，使本發(fā)明的散熱組件使芯片熱量不僅僅從頂部和底部基板進行散出，還將從疊層芯片四周將熱量引出至冷卻劑，然后帶出至環(huán)境。
[0013]所述散熱組件I與芯片基板通過焊盤固定連接。焊盤采用高溫回流焊接，通常為錫鉛焊料。焊盤使用成熟的半導(dǎo)體工藝制作，組件間組裝的回流工藝成熟，焊接后接口密閉性可靠，使組件間管道的互連。
[0014]本發(fā)明中一種新型封裝內(nèi)芯片散熱系統(tǒng)，包括主板、芯片、芯片基板和焊球，其特征在于:所述主板上設(shè)有芯片散熱組件、散熱裝置和散熱系統(tǒng)管道，散熱系統(tǒng)管道連接散熱裝置和散熱組件;芯片散熱組件設(shè)有散熱組件1、散熱組件2、管道連接焊盤和組件內(nèi)管道，散熱組件I設(shè)在芯片側(cè)面四圍，散熱組件2設(shè)在芯片頂部，散熱組件I和散熱組件2通過焊接盤連接成密閉管道;組件內(nèi)管道分布于組件I和組件2中，用于通入冷卻劑，組件內(nèi)管道還
設(shè)有組件內(nèi)管道進口和組件內(nèi)管道出口，組件內(nèi)管道進口和組件內(nèi)管道出口分別與組件內(nèi)管道通過焊盤連接，組件內(nèi)管道進口和組件內(nèi)管道出口穿過芯片基板與散熱系統(tǒng)管道連接。
[0015]所述冷卻劑為液體冷卻劑，優(yōu)選于去離子水。液體冷卻劑流經(jīng)散熱組件內(nèi)管道至封裝體內(nèi)部，帶走芯片產(chǎn)生的熱量。相比強制風(fēng)冷，液體冷卻劑，比如去離子水具有更大的吸熱能力，散熱效果更好。
[0016]所述散熱裝置設(shè)有微型水箱、微型栗或/和散熱翅片，通過散熱系統(tǒng)管道串聯(lián)。主板上，使用微栗組成小型冷卻系統(tǒng)，使冷卻劑，尤其液體冷卻劑流經(jīng)封裝體內(nèi)散熱組件，帶走芯片產(chǎn)生的熱量。
[0017]所述散熱組件頂部設(shè)有散熱器件，在封裝時，露出在封裝體外表面。
[0018]所述散熱器件為散熱片或風(fēng)扇，通過安裝散熱片、風(fēng)扇等方式，進一步加大芯片散熱能力。
[0019]本發(fā)明中的散熱組件組裝或系統(tǒng)在芯片周圍，可以起到機械保護芯片結(jié)構(gòu)的作用，增強了產(chǎn)品可靠性。提出的具有微流道的散熱組件，與芯片一起組裝，然后封裝在同一個封裝體內(nèi)部，使散熱器件不再需要像風(fēng)扇或熱管等方法后續(xù)表貼在封裝體表面，是一種全新的組裝方式。
[0020]本發(fā)明中的高性能散熱組件或系統(tǒng)將在封裝體外留有管道進出，冷卻材料如液體冷卻劑可通過管道進入封裝體內(nèi)，直接將芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱量傳導(dǎo)至外部環(huán)境。該散熱組件大幅度提高了整個器件的散熱效率，以及使用了成熟的半導(dǎo)體工藝制作并集成于封裝體內(nèi)部，制造工藝及組裝工藝成熟;散熱組件在封裝體內(nèi)集成，實現(xiàn)小型化，散熱性能高，實用性強，產(chǎn)品使用更便捷，可應(yīng)用于多個領(lǐng)域推廣使用。
[0021]本發(fā)明的散熱組件及散熱系統(tǒng)適用于各樣的芯片，尤其適用于疊層芯片、高性能、高能耗的CPU，對散除其疊層中或內(nèi)部的熱能有著好的效果。
[0022]
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明中散熱組件結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本發(fā)明中散熱組件1(3)側(cè)視圖圖3為本發(fā)明中散熱組件2(4)俯視圖
圖4為本發(fā)明中封裝體與主板連接示意圖或散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
其中，圖中序號具體為:1.芯片，2.芯片下金屬，3.散熱組件1，4.散熱組件2，
5.焊盤，6.組件內(nèi)管道，7.芯片基板，8.焊球，9.微型栗，10.微型水箱，11.散熱翅片，12.散熱系統(tǒng)管道，13.主板，14.散熱片，15.組件內(nèi)管道進口，16.組件內(nèi)管道出口，17.芯片散熱組件，18.散熱裝置
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，但并非對本發(fā)明的限制，凡依照本發(fā)明公開內(nèi)容所作的任何本領(lǐng)域的等同替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0025]實施例1
一種新型封裝內(nèi)芯片散熱組件，包括芯片、芯片基板和焊球，設(shè)有散熱組件1、散熱組件
2、管道連接焊盤和組件內(nèi)管道，散熱組件I固定設(shè)在芯片基板上，并位于芯片側(cè)面四周；散熱組件2設(shè)在芯片頂部，散熱組件I和散熱組件2通過管道連接焊盤連接成密閉管道;組件內(nèi)管道分布于組件I和組件2中，組件內(nèi)管道還設(shè)有進口和出口，進口和出口穿過芯片基板與外部所需裝置連接。散熱組件I和散熱組件2所用材料為高熱導(dǎo)率材料，比如為硅、金屬或陶瓷材料，能夠有效地將堆疊芯片產(chǎn)生的熱量通過組件內(nèi)管道的冷卻劑傳到出去;且硅，陶瓷材料使用成熟的半導(dǎo)體工藝制造，工藝成熟，成本可降低。
[0026]組件內(nèi)管道在封裝內(nèi)分布為彎曲分布，形成大面積散熱面，散熱面積貼疊層芯片四周和底部，對芯片進行高效散熱。該發(fā)明的散熱組件使芯片熱量不僅僅從頂部和底部基板進行散出，還將從疊層芯片四周將熱量引出至冷卻劑，然后帶出至環(huán)境。
[0027]散熱組件I與芯片基板通過焊盤固定連接，管道連接焊盤采用高溫回流焊接，通常為錫鉛焊料。管道連接焊盤使用成熟的半導(dǎo)體工藝制作，組件間組裝的回流工藝成熟，焊接后接口密閉性可靠，使組件間管道的互連。
[0028]冷卻劑為去離子水，相比強制風(fēng)冷，具有更大的吸熱能力，散熱效果更好。
[0029]實施例2
一種新型封裝內(nèi)疊層芯片散熱組件，包括疊層芯片、芯片基板和焊球，設(shè)有散熱組件1、散熱組件2、管道連接焊盤和組件內(nèi)管道，散熱組件I固定設(shè)在芯片基板上，并位于疊層芯片側(cè)面四周;散熱組件2設(shè)在疊層芯片頂部，散熱組件I和散熱組件2通過管道連接焊盤連接成密閉管道;組件內(nèi)管道分布于組件I和組件2中，組件內(nèi)管道還設(shè)有進口和出口，進口和出口穿過芯片基板與外部所需裝置連接。
[0030]散熱組件I和散熱組件2所用材料為高熱導(dǎo)率材料，比如為硅、金屬或陶瓷材料，能夠有效地將堆疊芯片產(chǎn)生的熱量通過組件內(nèi)管道的冷卻劑傳到出去;且硅，陶瓷材料使用成熟的半導(dǎo)體工藝制造，工藝成熟，成本可降低。
[0031 ]組件內(nèi)管道分布為彎曲分布，形成大面積散熱面，散熱面積貼疊層芯片四周和底部，對芯片進行高效散熱。該發(fā)明的散熱組件使芯片熱