CN115763406A - 一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，公开了一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，包括底座基板和歧管基板，所述底座基板和歧管基板两者间相互键合，所述底座基板内具有多个阵列排布的环形鳍片，所述环形鳍片为由底座基板的底面向上凸起的内部中空的圆柱体，其内环形成第一通孔；所述歧管基板上具有多个上下贯穿的第二通孔，歧管基板的第二通孔与底座基板的第一通孔一一对准，所述歧管基板上具有多个并行的冷却液出入通道。本发明采用并行的歧管式结构，使芯片上冷却液分布更均匀；利用通孔形成环形鳍片结构，无需额外设计换热通道、增加芯片高度；通孔贯穿芯片，内部可填充导电金属，实现堆叠芯片的电路连接。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片。
背景技术
随着算力需求的提升，市场对于多芯片堆叠封装技术来实现同尺寸器件的高算力密度的需求也日益增长。同时，算力密度的提升不可避免地带来热流密度的提升，导致芯片发热问题严峻。传统的表面式冷却无法解决中间层芯片的热量，芯片的嵌入式微通道冷却技术应运而生。
嵌入式微通道冷却技术是在半导体衬底背面蚀刻微通道，冷却液流经微通道带走芯片热量，具有换热效率高、制造成本低和使用寿命长等特点。但对于存在硅通孔贯穿的堆叠式芯片，半导体衬底无法整面蚀刻微通道，冷却液换热效率大程度受限。
发明内容
本发明目的在于提供一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片的具体技术方案如下：
一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，包括底座基板和歧管基板，所述底座基板和歧管基板两者间相互键合，所述底座基板内具有多个阵列排布的环形鳍片，所述环形鳍片为由底座基板的底面向上凸起的内部中空的圆柱体，其内环形成第一通孔；所述歧管基板上具有多个上下贯穿的第二通孔，歧管基板的第二通孔与底座基板的第一通孔一一对准，所述歧管基板上具有多个并行的冷却液出入通道。
进一步的，所述底座基板与歧管基板采用平板结构，材料为电路板或陶瓷、硅。
进一步的，所述底座基板下表面为有源器件。
进一步的，相邻的所述环形鳍片之间形成微通道。
进一步的，所述环形鳍片蚀刻在半导体材料为基的芯片背面，采用激光刻蚀和等离子体干法刻蚀工艺加工而成。
进一步的，所述歧管基板为蛇形挡板结构，挡板之间形成左右相互交替排列的冷却液出入通道，分别为左通道和右通道，左通道左边开口，右通道右边开口，左通道和右通道用于提供冷却液的进出口。
进一步的，所述第一通孔和第二通孔内填充导电金属，实现电路连通。
进一步的，所述歧管基板上的第二通孔和冷却液出入通道均采用激光刻蚀、等离子体干法刻蚀工艺在歧管基板上刻出。
进一步的，冷却液由歧管基板进入微通道。
进一步的，冷却液从歧管基板一侧的冷却液出入通道进入歧管基板；之后，冷却液进入底座基板的微通道，与环形鳍片外表面和底座基板上表面进行换热，最后，冷却液从歧管基板另一侧的冷却液出入通道流出芯片。
本发明的一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片具有以下优点：本发明采用并行的歧管式结构，使芯片上冷却液分布更均匀；利用通孔形成环形鳍片结构，无需额外设计换热通道、增加芯片高度；通孔贯穿芯片，内部可填充导电金属，实现堆叠芯片的电路连接。
附图说明
图1为本发明一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片结构示意图；
图2为本发明的底座基板结构示意图；
图3为本发明的歧管基板结构示意图；
图4为本发明的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片的剖面图；
图5为本发明的芯片局部结构剖视图。
图中标记说明：1-底座基板；2-歧管基板；11-环形鳍片；111-第一通孔；22-第二通孔；21-冷却液出入通道；211-左通道；212、右通道；12-微通道。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片做进一步详细的描述。
如图1-图5所示，本发明的一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，包括底座基板1和歧管基板2，底座基板1与歧管基板2采用平板结构，材料为电路板或陶瓷、硅等材料，可选用硅、碳化硅、氮化镓、氧化镓等半导体材料，两者间相互键合。底座基板1在下，歧管基板2在上，底座基板1下表面为有源器件。
如图2所示，底座基板1内具有多个阵列排布的环形鳍片11，环形鳍片11为由底座基板1的底面向上凸起的内部中空的圆柱体，其内环形成第一通孔111。相邻的环形鳍片11之间形成微通道12。环形鳍片11蚀刻在以硅、碳化硅、氮化镓、氧化镓等半导体材料为基的芯片背面，采用激光刻蚀和等离子体干法刻蚀等刻蚀工艺加工而成。
如图3所示，歧管基板2为蛇形挡板结构，挡板之间形成左右相互交替排列的冷却液出入通道21，分别为左通道211和右通道212，左通道211左边开口，右通道212右边开口，左通道211和右通道212用于提供冷却液的进出口。歧管基板2的蛇形挡板上具有多个上下贯穿的第二通孔22。歧管基板2与底座基板1键合时，歧管基板2的第二通孔22与底座基板1的第一通孔111一一对准，歧管基板2的冷却液出入通道21与底座基板1的微通道12相通。第一通孔111和第二通孔22内填充导电金属铝，实现电路连通。
歧管基板2上的第二通孔22和冷却液出入通道21均采用激光刻蚀、等离子体干法刻蚀等刻蚀工艺在歧管基板2上刻出。
本发明的工作原理如下：工作时，外部冷却液从歧管基板2一侧的冷却液出入通道21（例如从左通道211）进入歧管基板2；之后，冷却液进入底座基板1的微通道12，与环形鳍片11外表面和底座基板1上表面进行换热，以降低底座基板1下表面有源器件的温度；最后，完成换热的冷却液从歧管基板2另一侧的冷却液出入通道21（例如从右通道212）流出芯片。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，包括底座基板（1）和歧管基板（2），所述底座基板（1）和歧管基板（2）两者间相互键合，所述底座基板（1）内具有多个阵列排布的环形鳍片（11），所述环形鳍片（11）为由底座基板（1）的底面向上凸起的内部中空的圆柱体，其内环形成第一通孔（111）；所述歧管基板（2）上具有多个上下贯穿的第二通孔（22），歧管基板（2）的第二通孔（22）与底座基板（1）的第一通孔（111）一一对准，所述歧管基板（2）上具有多个并行的冷却液出入通道（21）。
2.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，所述底座基板（1）与歧管基板（2）采用平板结构，材料为电路板或陶瓷、硅。
3.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，所述底座基板（1）下表面为有源器件。
4.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，相邻的所述环形鳍片（11）之间形成微通道（12）。
5.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，所述环形鳍片（11）蚀刻在半导体材料为基的芯片背面，采用激光刻蚀和等离子体干法刻蚀工艺加工而成。
6.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，所述歧管基板（2）为蛇形挡板结构，挡板之间形成左右相互交替排列的冷却液出入通道（21），分别为左通道（211）和右通道（212），左通道（211）左边开口，右通道（212）右边开口，左通道（211）和右通道（212）用于提供冷却液的进出口。
7.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，所述第一通孔（111）和第二通孔（22）内填充导电金属，实现电路连通。
8.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，所述歧管基板（2）上的第二通孔（22）和冷却液出入通道（21）均采用激光刻蚀、等离子体干法刻蚀工艺在歧管基板（2）上刻出。
9.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，冷却液由歧管基板（2）进入微通道（12）。
10.根据权利要求1所述的带歧管微通道的嵌入式冷却芯片，其特征在于，冷却液从歧管基板（2）一侧的冷却液出入通道（21）进入歧管基板（2）；之后，冷却液进入底座基板（1）的微通道（12），与环形鳍片（11）外表面和底座基板（1）上表面进行换热，最后，冷却液从歧管基板（2）另一侧的冷却液出入通道（21）流出芯片。
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Publications (1)
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| CN202211423969.0A Pending CN115763406A (zh) | 2022-11-15 | 2022-11-15 | 一种带歧管微通道的嵌入式冷却芯片 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN115763406A (zh) |
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2022
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