CN113517242B - 热电集成散热模块 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种热电集成散热模块。本发明的热电集成散热模块包括：功率器件，第一基板和第二基板；功率器件的衬底上设置有蚀微结构；第一基板上设置有进口、出口和两个散热口，两个散热口分别与蚀微结构连通；第二基板上设置有进液槽和出液槽，进液槽分别与进口和其中一个散热口连通，出液槽分别与其中另一个散热口和出口连通。本发明的热电集成散热模块中，设置散热口、进液槽和出液槽，冷却液通过进口进入进液槽内，再通过其中一个散热口通入蚀微结构对功率器件散热口，散热后再通过另一个散热口进入到出液槽内。在满足功率器件电学正常工作的基础上，能够快速对功率器件进行散热，散热效果好且结构简单。
Description
技术领域
本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种热电集成散热模块。
背景技术
功率器件是一种高功率密度的半导体工艺器件。功率器件的局部功率密度往往达到5-10KW/cm2,使功率器件的工作温度往往大于100℃，高于传统电子器件的工作温度。受限于较高的工作温度，功率器件的电学特性无法得到有效的发挥，并且功率器件的可靠性收到很大的影响。据统计，有55％的电子设备失效是电子芯片温度过高导致的。电子芯片的温度每升高10℃，电子设备的可靠性将降低50％。因此，功率器件的有效热管理是充分发挥器件潜力的关键。
随着电子设备中芯片的系统集成向更高密度、更大功率、更多功能和智能化方向发展。为保证功率器件正常工作，需要配合复杂的外围电路。既要确保功率器件及配套电路正常工作，又要满足器件较高的散热需求，使功率模块的设计与封装变得更加复杂。
在功率器件下方加工微散热结构，通过电路板将散热工质引入射频功率模块内，并约束流经功率器件的微散热结构，可以再不影响器件正常工作的前提下，实现局部热点高效散热，可有效降低器件温度，实现高性能高可靠性工作。
综上所述，现有的电子设备中芯片的散热的结构，使设计与封装复杂。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有的电子设备中芯片的散热的结构，使设计与封装复杂的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种热电集成散热模块，其中，所述方法包括：
功率器件，所述功率器件的衬底上设置有蚀微结构；
第一基板，所述第一基板上设置有进口、出口和两个散热口，两个所述散热口分别与所述蚀微结构连通；
第二基板，所述第二基板上设置有进液槽和出液槽，所述进液槽分别与所述进口和其中一个所述散热口连通，所述出液槽分别与其中另一个所述散热口和所述出口连通。
在本发明的一些实施例中，所述功率器件为多个，多个所述功率器件的蚀微结构与所述散热口连通，所述进口和所述出口的数量为单个或多个。
根据本发明的热电集成散热模块中，设置散热口、进液槽和出液槽，冷却液通过所述进口进入进液槽内，再通过其中一个所述散热口通入蚀微结构对功率器件散热口，散热后再通过另一个所述散热口进入到出液槽内。在满足功率器件电学正常工作的基础上，能够快速对功率器件进行散热，散热效果好且结构简单。
另外，根据本发明的热电集成散热模块，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述蚀微结构包括凹槽，所述凹槽与所述散热口连通。
在本发明的一些实施例中，所述蚀微结构还包括凸起，所述凸起设置于所述凹槽内。
在本发明的一些实施例中，所述凸起的数量为多个，所述凸起的横截面为矩形、圆形或方形。
在本发明的一些实施例中，多个所述凸起的横截面为矩形时，多个所述凸起之间平行设置于所述凹槽内。
在本发明的一些实施例中，多个所述凸起的横截面为方形时，多个所述凸起之间截面积大小不同。
在本发明的一些实施例中，所述进口和所述出口分别沿所述第一基板的长度方向设置于所述第一基板的两端。
在本发明的一些实施例中，所述热电集成散热模块还包括进液件和出液件，所述进液件上设置有与所述进口连通的进液口，所述出液件上设置有与所述出口连通的出液口。
在本发明的一些实施例中，所述进液槽和出液槽的横截面为矩形、蛇形或梯形。
附图说明
通过阅读下文优选实施例的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施例的热电集成散热模块的正面结构示意图；
图2示意性地示出了根据本发明实施例的热电集成散热模块的俯视图；
图3为图2中的A-A方向的剖视图；
图4为图2中的B-B方向的剖视图；
图5示意性地示出了根据本发明实施例的热电集成散热模块的立体结构示意图；
图6示意性地示出了根据本发明实施例的热电集成散热模块中一种蚀微结构的结构示意图；
图7为图6中的A-A方向的剖视图；
图8示意性地示出了根据本发明实施例的热电集成散热模块中另一种蚀微结构的结构示意图；
图9示意性地示出了根据本发明实施例的热电集成散热模块中又一种蚀微结构的结构示意图。
1：进液件；2：出液件；3：功率器件；4：第一基板；5：引线；6：电路板端子；7：第二基板；8：进口；9：出口；10：进液槽；11：第一散热口；12：第二散热口；13：出液槽；
31：凹槽；32：凸起。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施例的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1至图5所示，本实施例中的热电集成散热模块，其中，包括：功率器件3，第一基板4和第二基板7；功率器件3的衬底上设置有蚀微结构；第一基板4上设置有进口8、出口9和两个散热口，两个散热口分别与蚀微结构连通；第二基板7上设置有进液槽10和出液槽13，进液槽10分别与进口8和其中一个散热口连通，出液槽13分别与其中另一个散热口和出口9连通。
具体地，第一基板4上设置有射频电路、TSV结构，射频电路与功率器件3连接，第一基板4与第二基板7兼容标准电路加工工艺。且射频电路、TSV结构与进口8、出口9和两个散热口电学绝缘。
需要说明的是，第一基板4与第二基板7通过粘接方式或焊接方式连接。当功率器件3结构较复杂或者涉及多个功率器件3的贴装时，第二基板7可设计多层板结构，对散热工质进行分液和汇总。
两个散热口为第一散热口11和第二散热口12，冷却液通过进口8进入进液槽10内，再通过第一散热口11通入蚀微结构对功率器件3散热口，散热后再通过第二散热口12进入到出液槽13内。
在本发明的一些实施例中，功率器件3为多个，多个功率器件3的蚀微结构与散热口连通，进口8和出口9的数量为单个或多个。
具体地，贴装多个功率器件3的时候，可以采用一套进口8和出口9为多个的功率芯片提供散热，也可以采用多套进口8和出口9同时为多个功率芯片提供散热。如设置三个功率器件3，可以只采用一个进口8和出口9，或设置三个功率器件3，其中两个功率器件3采用一个进口8和出口9，其中另一个功率器件3采用另一个进口8和出口9。
如图6所示，在本发明的一些实施例中，蚀微结构包括凹槽31，凹槽31与散热口连通。
具体地，设置凹槽31分别与第一散热口11和第二散热口12连通，设置凹槽31便于冷却液从功率器件3底部通过，对功率器件3进行散热。功率器件3工作时产生的热量向凹槽31传导通过衬底处的微流散热结构与散热工质进行热交换，以实现带走热量降低功率器件3工作温度的目的。凹槽31设置在功率器件3的中间部分。
如图7所示，在本发明的一些实施例中，蚀微结构还包括凸起32，凸起32设置于凹槽31内。
具体地，凸起32的底部与功率器件3底部齐平，设置凸起32能够增加热交换面积，使散热效果更好。
如图7至图9所示，在本发明的一些实施例中，凸起32的数量为多个，凸起32的横截面为矩形、圆形或方形。具体地，也可以是其他形状或三角形或梯形，但是矩形和方形更便于加工。
在本发明的一些实施例中，多个凸起32的横截面为矩形时，多个凸起32之间平行设置于凹槽31内。
具体地，多个平行凸起32之间形成流道，便于冷却液通过。
如图9所示，在本发明的一些实施例中，多个凸起32的横截面为方形时，多个凸起32之间截面积大小不同。具体地，多个凸起32之间的截面大小不同，多个凸起32也可以为均布排布在凹槽31内或间距不同的排布在凹槽31内。
在本发明的一些实施例中，进口8和出口9分别沿第一基板4的长度方向设置于第一基板4的两端。
具体地，进口8和出口9沿第一基板4的长度方向设置于第一基板4的两端，能够增加散热面积，使散热效果更好。
第一基板4上还设置有电路板端子6，功率器件3通过引线5与电路板端子6连接。
具体地，第一基板4上设计有多组满足器件工作的外围电路，电路板端子6与外围电路电连接，功率器件3上设置有器件端子，器件端子通过引线5与电路板端子6电连接。使功率器件3与第一基板4上的外围电路连接，使功率器件3具备正常工作能力。
当功率器件3的外围电路较复杂时，第二基板7也可以设计外围电路，与第一基板4之间通过TSV垂直传输线进行电学连接。用于建立电学连接的基板(本实施例中的第一基板4)作为电路板，其材质可以为传统的FR-4材料和陶瓷材料。不用于电学连接的基板(本实施例中的第二基板7)可以为FR-4、陶瓷、玻璃、亚克力等材料。
在本发明的一些实施例中，热电集成散热模块还包括进液件1和出液件2，进液件1上设置有与进口8连通的进液口，出液件2上设置有与出口9连通的出液口。
具体地，设置进液件1和出液件2可通过粘接或者焊接的方式连接水管或者接头，使散热工质流入或者流出热电集成散热模块。
在本发明的一些实施例中，进液槽10和出液槽13的横截面为矩形、蛇形或梯形。
本发明的热电集成散热模块中，将功率器件3直接贴装在由多层基板叠加的散热结构上，可以将散热工质直接引入功率器件3底部，减小了功率器件3的传热路径，散热效果较好。
综上，本发明的热电集成散热模块中，在满足功率器件正常工作的射频电路及TSV结构中，设置散热口、进液槽10和出液槽13，冷却液通过进口8进入进液槽10内，再通过其中一个散热口通入蚀微结构对功率器件3散热口，散热后再通过另一个散热口进入到出液槽13内。在满足功率器件电学正常工作的基础上，能够快速对功率器件3进行散热，散热效果好且结构简单。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种热电集成散热模块，其特征在于，包括：
功率器件，所述功率器件的衬底上设置有蚀微结构；
第一基板，所述第一基板上设置有进口、出口和两个散热口，两个所述散热口分别与所述蚀微结构连通；
第二基板，所述第二基板上设置有进液槽和出液槽，所述进液槽分别与所述进口和其中一个所述散热口连通，所述出液槽分别与其中另一个所述散热口和所述出口连通。
2.根据权利要求1所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述功率器件为多个，多个所述功率器件的蚀微结构与所述散热口连通，所述进口和所述出口的数量为单个或多个。
3.根据权利要求1所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述蚀微结构包括凹槽，所述凹槽与所述散热口连通。
4.根据权利要求3所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述蚀微结构还包括凸起，所述凸起设置于所述凹槽内。
5.根据权利要求4所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述凸起的数量为多个，所述凸起的横截面为矩形或圆形。
6.根据权利要求5所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述凸起的横截面为方形。
7.根据权利要求5所述的热电集成散热模块，其特征在于，多个所述凸起的横截面为矩形时，多个所述凸起之间平行设置于所述凹槽内。
8.根据权利要求6所述的热电集成散热模块，其特征在于，多个所述凸起的横截面为方形时，多个所述凸起之间截面积大小不同。
9.根据权利要求1所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述进口和所述出口分别沿所述第一基板的长度方向设置于所述第一基板的两端。
10.根据权利要求1所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述热电集成散热模块还包括进液件和出液件，所述进液件上设置有与所述进口连通的进液口，所述出液件上设置有与所述出口连通的出液口。
11.根据权利要求1所述的热电集成散热模块，其特征在于，所述进液槽和出液槽的横截面为矩形、蛇形或梯形。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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