CN109585399A - 一种高效导热芯片基板结构及制备方法 - Google Patents

一种高效导热芯片基板结构及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109585399A
CN109585399A CN201811395177.0A CN201811395177A CN109585399A CN 109585399 A CN109585399 A CN 109585399A CN 201811395177 A CN201811395177 A CN 201811395177A CN 109585399 A CN109585399 A CN 109585399A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
heat
fluid channel
metal
conducting layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811395177.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109585399B (zh
Inventor
赵立霞
唐晔
明宪良
汪小明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Original Assignee
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Remote Sensing Equipment filed Critical Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Priority to CN201811395177.0A priority Critical patent/CN109585399B/zh
Publication of CN109585399A publication Critical patent/CN109585399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109585399B publication Critical patent/CN109585399B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids

Abstract

本发明公开了一种高效导热芯片基板结构及制备方法，所述结构包括：基板导热层、基板封装层，还包括：金属化传导热网。其中，金属化热传导网由金属热点阵列和金属扩热膜构成。工作时，微流道中充满循环流动的制冷液。芯片发热的热流从基板导热层的上表面，通过金属化热传导网的金属热点阵列快速传入金属扩热膜，再由循环流动的制冷液将金属扩热膜的热量传出芯片导热基板。本发明解决了基板热面到微流道的热阻大，导致微流道散热的效率低，限制芯片功率密度提高的问题。

Description

一种高效导热芯片基板结构及制备方法
技术领域
本发明涉及一种高效导热芯片基板结构及制备方法。
背景技术
随着芯片性能的提高，芯片的体积越来越小，功率越来越大，使得很多新研制芯片的单位面积的热密度远远超过了以往产品。高效导热成为芯片的关键。
芯片基板由于电性能的要求，制造基板的材料通常是玻璃、陶瓷等低导热率非金属材料，这使得基板成为芯片热传导的主要瓶颈。为了提高基板导热效率，在基板内部设计微流道，通过微泵增加压力，驱动气、液快速循环，可获得更高的导热性能。但是，由于微流道包覆在基板内部，与基板热面依然隔离着玻璃、陶瓷等低导热率非金属材料，要减小热阻，需要将基板顶层设计的非常薄，而这又会导致微流道无法承受微泵增加压力，出现破裂等严重问题。而可以承受足够压力的基板顶层较厚，从基板热面到微流道的热阻依旧较大，降低了微流道散热的效率，限制了芯片功率密度的提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种高效导热芯片基板结构，解决基板热面到微流道的热阻大，导致微流道散热的效率低，限制芯片功率密度提高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高效导热芯片基板结构，其特征在于，包括：基板导热层、基板封装层，还包括：金属化传导热网，其中，金属化热传导网由金属热点阵列和金属扩热膜构成；所述基板导热层通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部形成通孔阵列，在基板导热层的微流道顶部表面、孔阵列中形成金属热点阵列，在微流道的底部形成金属扩热膜，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网。
本发明的另一目的还在于提供一种高效导热芯片基板结构的制备方法，其特征在于，包括：使用玻璃材料制造基板导热层，通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部，刻蚀通孔阵列；通过沉积工艺，在基板导热层的微流道顶部表面、孔阵列中进行紫铜的沉积，直到通孔阵列被完全填满形成金属热点阵列，在微流道的底部形成，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网。
本发明实现了以下显著的有益效果：
结构简单，可以实现芯片基板热面到微流道的低热阻设计。通过与基板导热层一体融合的金属化热传导网，在不减少基板导热层强度的情况下，构建从基板热面到金属热点阵列和金属扩热膜的高效热传导路线，可大幅度提高基板传热的效率，为芯片功率密度的提高提供基础。解决了基板热面到微流道的热阻大，导致微流道散热的效率低，限制芯片功率密度提高的问题。
附图说明
图1为本发明的一种高效导热芯片基板结构示意图；
图2为本发明的金属化热传导网结构示意图；
图3为本发明的高效导热芯片基板热传导路径成示意图。
附图标记示意
1.基板导热层 2.基板封装层 3.金属化热传导网
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元器件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
请参照图1至图3，本发明的一种高效导热芯片基板结构，包括：基板导热层、基板封装层，还包括：金属化传导热网，其中，金属化热传导网由金属热点阵列和金属扩热膜构成；所述基板导热层通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部形成通孔阵列，在基板导热层的微流道顶部表面、孔阵列中形成金属热点阵列，在微流道的底部形成金属扩热膜，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网。
在一个实施例中，所述基板导热层通过钎焊与基板封装层连接为一体。
在一个实施例中，所述基板导热层的厚度大于2mm。
在一个实施例中，所述微流道的深度为1.5mm。
在一个实施例中，所述通孔阵列的直径为0.5mm。
在一个实施例中，所述金属扩热膜的厚度为0.5mm。
在一个实施例中，所述基板封装层的厚度为1mm。
本发明还提供一种高效导热芯片基板结构的制备方法，包括：使用玻璃材料制造基板导热层，通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部，刻蚀通孔阵列；通过沉积工艺，在基板导热层的微流道顶部表面、孔阵列中进行紫铜的沉积，直到通孔阵列被完全填满形成金属热点阵列，在微流道的底部形成，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网。
在一个实施例中，还包括将玻璃材料制成的基板封装层通过钎焊，与基板导热层连接为一体，实现微流道上下的密封。
在一个实施例中，所述通孔阵列的直径为0.5mm。
本发明的一种高效导热芯片基板结构，包括：基板导热层(1)、基板封装层(2)，还包括：金属化传导热网(3)。其中，金属化热传导网由金属热点阵列和金属扩热膜构成。
在制造过程中，使用厚度大于2mm玻璃材料制造基板导热层(1)，通过刻蚀形成深度1.5mm的微流道，在微流道的顶部，刻蚀0.5mm直径的通孔阵列；通过沉积工艺，在基板导热层(1)的微流道顶部表面、孔阵列中进行紫铜的沉积，直到通孔阵列被完全填满形成直径0.5mm的金属热点阵列，在微流道的底部形成0.5mm厚度的金属扩热膜，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网(3)；将厚度1mm玻璃材料制成的基板封装层通过钎焊，与基板导热层(1)连接为一体，实现微流道上下的密封。
工作时，微流道中充满循环流动的制冷液。芯片发热的热流从基板导热层(1)的上表面，通过金属化热传导网(3)的金属热点阵列快速传入金属扩热膜，再由循环流动的制冷液将金属扩热膜的热量传出芯片导热基板。
至此，完成一种高效导热芯片基板结构。
在一个实施例中，本发明提供一种高效导热芯片结构，包括：基板导热层、基板封装层，还包括：金属化传导热网。其中，金属化热传导网由金属热点阵列和金属扩热膜构成。
在制造过程中，使用玻璃材料制造基板导热层，通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部，刻蚀通孔阵列；通过沉积工艺，在基板导热层的微流道顶部表面和通孔阵列中进行紫铜的沉积，直到通孔阵列被完全填满形成金属热点阵列，在微流道的顶部形成金属扩热膜，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网；将玻璃材料制成的基板封装层通过钎焊，与基板导热层连接为一体，实现微流道上下的密封。
工作时，微流道中充满循环流动的制冷液。芯片发热的热流从基板导热层的上表面，通过金属化热传导网的金属热点阵列快速传入金属扩热膜，再由循环流动的制冷液将金属扩热膜的热量传出芯片导热基板。
本发明实现了以下显著的有益效果：
结构简单，可以实现芯片基板热面到微流道的低热阻设计。通过与基板导热层一体融合的金属化热传导网，在不减少基板导热层强度的情况下，构建从基板热面到金属热点阵列和金属扩热膜的高效热传导路线，可大幅度提高基板传热的效率，为芯片功率密度的提高提供基础。解决了基板热面到微流道的热阻大，导致微流道散热的效率低，限制芯片功率密度提高的问题。
根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效导热芯片基板结构，其特征在于，包括：基板导热层、基板封装层，还包括：金属化传导热网，其中，金属化热传导网由金属热点阵列和金属扩热膜构成；
所述基板导热层通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部形成通孔阵列，在基板导热层的微流道顶部表面、孔阵列中形成金属热点阵列，在微流道的底部形成金属扩热膜，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网。
2.根据权利要求1所述的高效导热芯片基板结构，其特征在于，所述基板导热层通过钎焊与基板封装层连接为一体。
3.根据权利要求1所述的高效导热芯片基板结构，其特征在于，所述基板导热层的厚度大于2mm。
4.根据权利要求1所述的高效导热芯片基板结构，其特征在于，所述微流道的深度为1.5mm。
5.根据权利要求1所述的高效导热芯片基板结构，其特征在于，所述通孔阵列的直径为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的高效导热芯片基板结构，其特征在于，所述金属扩热膜的厚度为0.5mm。
7.根据权利要求2所述的高效导热芯片基板结构，其特征在于，所述基板封装层的厚度为1mm。
8.一种高效导热芯片基板结构的制备方法，其特征在于，包括：
使用玻璃材料制造基板导热层，通过刻蚀形成微流道，在微流道的顶部，刻蚀通孔阵列；通过沉积工艺，在基板导热层的微流道顶部表面、孔阵列中进行紫铜的沉积，直到通孔阵列被完全填满形成金属热点阵列，在微流道的底部形成，金属热点阵列和金属扩热膜共同形成金属化热传导网。
9.根据权利要求8所述的高效导热芯片基板结构的制备方法，其特征在于，还包括将玻璃材料制成的基板封装层通过钎焊，与基板导热层连接为一体，实现微流道上下的密封。
10.根据权利要求9所述的高效导热芯片基板结构的制备方法，其特征在于，所述通孔阵列的直径为0.5mm。
CN201811395177.0A 2018-11-22 2018-11-22 一种高效导热芯片基板结构及制备方法 Active CN109585399B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811395177.0A CN109585399B (zh) 2018-11-22 2018-11-22 一种高效导热芯片基板结构及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811395177.0A CN109585399B (zh) 2018-11-22 2018-11-22 一种高效导热芯片基板结构及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109585399A true CN109585399A (zh) 2019-04-05
CN109585399B CN109585399B (zh) 2020-07-14

Family

ID=65923328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811395177.0A Active CN109585399B (zh) 2018-11-22 2018-11-22 一种高效导热芯片基板结构及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109585399B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110223964A (zh) * 2019-05-31 2019-09-10 王晗 一种散热型芯片扇出结构及冷却方案
CN111968921A (zh) * 2020-08-24 2020-11-20 浙江集迈科微电子有限公司 一种具有液态散热功能的pcb组装方式

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4199075A1 (de) * 2021-12-16 2023-06-21 Siemens Aktiengesellschaft Elektronikmodul umfassend eine pulsierende heatpipe mit einer kanalstruktur
EP4199074A1 (de) * 2021-12-16 2023-06-21 Siemens Aktiengesellschaft Elektronikmodul umfassend eine pulsierende heatpipe mit einer kanalstruktur

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1794444A (zh) * 2005-11-10 2006-06-28 上海交通大学 基于金刚石薄膜的微通道式散热器
JP2009239043A (ja) * 2008-03-27 2009-10-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 微細流路を備えた冷却装置、その製造方法
CN102620590A (zh) * 2012-03-30 2012-08-01 中国科学院工程热物理研究所 一种微通道热沉及微通道热沉性能测试装置
CN202816913U (zh) * 2012-10-24 2013-03-20 中国电子科技集团公司第三十八研究所 微通道液冷热沉装置
US20150194363A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-09 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor device and method of fabricating the same
CN107731767A (zh) * 2017-10-09 2018-02-23 上海工程技术大学 一种具有水平方向及垂直方向扰流结构的微通道散热器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1794444A (zh) * 2005-11-10 2006-06-28 上海交通大学 基于金刚石薄膜的微通道式散热器
JP2009239043A (ja) * 2008-03-27 2009-10-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 微細流路を備えた冷却装置、その製造方法
CN102620590A (zh) * 2012-03-30 2012-08-01 中国科学院工程热物理研究所 一种微通道热沉及微通道热沉性能测试装置
CN202816913U (zh) * 2012-10-24 2013-03-20 中国电子科技集团公司第三十八研究所 微通道液冷热沉装置
US20150194363A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-09 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor device and method of fabricating the same
CN107731767A (zh) * 2017-10-09 2018-02-23 上海工程技术大学 一种具有水平方向及垂直方向扰流结构的微通道散热器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110223964A (zh) * 2019-05-31 2019-09-10 王晗 一种散热型芯片扇出结构及冷却方案
CN111968921A (zh) * 2020-08-24 2020-11-20 浙江集迈科微电子有限公司 一种具有液态散热功能的pcb组装方式
CN111968921B (zh) * 2020-08-24 2022-04-15 浙江集迈科微电子有限公司 一种具有液态散热功能的pcb组装方式

Also Published As

Publication number Publication date
CN109585399B (zh) 2020-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109585399A (zh) 一种高效导热芯片基板结构及制备方法
US10727156B2 (en) Heat spreader with high heat flux and high thermal conductivity
US5386143A (en) High performance substrate, electronic package and integrated circuit cooling process
CN104167399B (zh) 错位复杂微通道微型换热器
CN101826494B (zh) 基于碳纳米管阵列和低温共烧陶瓷的散热装置及制备方法
CN201549488U (zh) 金属基板、散热部件以及具有该散热部件的半导体装置
TWI429848B (zh) 均熱結構與其製法及具有該均熱結構之散熱模組
CN107731767A (zh) 一种具有水平方向及垂直方向扰流结构的微通道散热器
CN104465562A (zh) 一种链式交错型微通道结构
CN201594969U (zh) 针状相变电子散热器
Fan et al. An innovative passive cooling method for high performance light-emitting diodes
CN110364501A (zh) 一种微流道散热结构、制造方法及电子器件
TW200532158A (en) Heat-dissipating module
CN106129240A (zh) 基于石墨烯材质的大功率led芯片及其cob封装方法
JP2006518100A (ja) 三次元高性能ヒートシンク
Hamida et al. A three-dimensional thermal analysis and optimization of square light edding diode subcomponents
WO2013139058A1 (zh) 散热基板及其制造方法
CN104112736B (zh) 带有层间复杂微通道流体冷却的3d‑ic
TW201510460A (zh) 散熱器之立體式導熱裝置
CN105990274B (zh) 一种导热膜及其制作方法
Al-Hinaai et al. A novel packaging with direct dielectric liquid cooling for high voltage power electronics
CN209418488U (zh) 一种应用于芯片散热的金属微通道热沉结构
TWM560615U (zh) 散熱裝置
CN109152310A (zh) 一种多圆弧微通道散热装置
CN114256178A (zh) 一种高功率芯片散热结构及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant