CN201490184U - 具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构，包括：至少一芯片，所述芯片的顶部上刻蚀有若干组微流体通道；硅过孔通道，设置在所述每组微流体通道两端的微流体通道下方，且与所述两端的微流体通道相连通；垂直微管，设置在所述硅过孔通道下方，且与所述的硅过孔通道相连通；基底，所述的基底内设有微流体通道，通过基底的表面开设的微流体通道开口与所述的硅过孔通道相连通。本实用新型实现了从基底向芯片直接提供冷却流体的紧凑封装形式，同时，由于芯片上具备硅过孔通道及垂直微管，可以允许多个芯片紧凑的集成在一起仍然具有足够的散热能力。

Description

具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构
技术领域
本实用新型涉及一种集成电路封装结构，特别是涉及一种具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构。
背景技术
随着半导体集成电路的集成度越来越高，单位面积的芯片上的晶体管数越来越多，相应地芯片功率也越来越大。特别是高性能芯片的总散热量已经接近传统的风冷方法的物理极限。图1为传统的风冷芯片封装结构，1’为风冷散热器，但是由于高功率芯片上功耗分布不均匀，会产生极高温度的热点，因此传统的风冷方式已不能满足高性能芯片散热的要求。另外，三维芯片集成是“后摩尔定律时代”提高系统性能的新的手段，因而是半导体工业的一个重要的发展方向。但是，由于芯片层与层之间空间有限，散热是三维芯片集成的一个主要挑战。要想解决以上高性能芯片封装冷却的问题，传统的风冷已显得严重不足。流体冷却通常有更高的散热能力，特别是微流体冷却，由于有效散热面积可以通过微通道来成倍地增加，因而被认为是冷却效率最高的方法，越来越受到人们的关注。图2为传统的流体冷却芯片封装结构，微流体从进管口2’流入微流体通道3’进行对芯片的冷却。然而，传统的芯片上微流体通道制备工艺不适合已有CMOS晶体管及其他器件的晶圆。而且，芯片上微通道与封装外体结构之间的集成问题尚未被很好地解决。
例如，传统的微流体通道制备工艺利用深度硅刻蚀形成沟槽，然后将一个帽盖晶圆在高温高压下键合上去，在一些阴极辅助键合的工艺里，甚至需要高达几百伏至上千伏的电压被来辅助键合。这些晶圆上微流体通道形成工艺会对使晶圆上已有的CMOS晶体管受到冲击。
另外，已报道的微通道流体技术通常只能从芯片背后连接输入/输出的流体引管，组装工艺大多无法实现自动化操作。而且由于需要帽盖晶圆，不利于多层芯片三维堆叠。
此外微流体散热器可单独制备，然后以热介质材料粘附到芯片背面。这样一来，热介质材料又成为散热能力的限制性因素，微流体散热的效果不能充分发挥。
实用新型内容
本实用新型的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构。
本实用新型的目的通过以下方案来实现：
一种具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构，包括：
芯片，所述芯片的顶部上刻蚀有若干组微流体通道；
硅过孔通道，贯穿在所述芯片内并且与所述每组微流体通道两端相连通；
垂直微管，设置在所述硅过孔通道下方，且与所述的硅过孔通道相连通；
基底，所述的基底内设有微流体通道，通过基底的表面开设的微流体通道开口与所述的硅过孔通道、垂直微管相连通。
其中，芯片顶部上的微流体通道上覆盖有一高分子薄膜层；微流体通道之间是互相连通的。
通过芯片中的微流体通道，微流体可以在微流体通道及基底中的微流体通道之间流动，可以实现芯片的散热。
其中，所述的芯片还可为多个堆叠互联形成的芯片组，且每个芯片的硅过孔通道透过芯片上的高分子薄膜层相连通。
本实用新型的优点：
冷却的流体可以在芯片及基底中的微流体通道流动，实现了从基底向芯片直接提供冷却流体的紧凑封装形式，同时，由于芯片上具备硅过孔通道及垂直微管，可以允许多个芯片紧凑的集成在一起仍然具有足够的散热能力。
附图说明
图1为传统的风冷芯片封装结构；
图2为传统的流体冷却芯片封装结构；
图3为具有高分子薄膜为覆盖层所密封的具有微流体通道的芯片；
图4为具有微流体通道的基底封装结构；
图5为具有微流体通道的芯片顶部示意图；
图6为具有微流体通道的芯片底部示意图；
图7为具有微流体通道的芯片键合到具有微流体通道的基底上形成的封装结构示意图；
图8为其他的可能具有微流体网络的二维封装结构示意图；
图9微流体网络的三维芯片封装结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图3、4所示，一种具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构，包括：芯片1，芯片1的顶部上刻蚀有若干组微流体通道2；硅过孔通道3，贯穿在芯片1内并且与所述每组微流体通道两端相连通；垂直微管4，设置在所述硅过孔通道3的下方，且与硅过孔通道3相连通；基底5，基底5内设有微流体通道6，通过基底5表面开设的微流体通道开口7与所述的硅过孔通道3、垂直微管4相连通。
其中芯片1顶部上的微流体通道2上覆盖有一高分子薄膜层8，微流体通道2之间是互相连通的。
图5为具有微流体通道的芯片顶部示意图，图6为具有微流体通道的芯片底部示意图，图7为具有微流体通道的芯片键合到具有微流体通道的基底上形成的封装结构示意图。
如图8所示，当多个芯片被集成到同一个基底上时，它们可以互连共享基底上的冷却微流体通道，形成二维封装结构。由于冷却流体可以直接传送至每一个芯片背后的垂直微管，因此能允许多个大功率芯片紧凑的集成一起，同时仍具有足够的散热能力。
实施例2
如图9所示，为多层芯片堆叠互联形成三维封装结构，该结构包括：多组芯片1″，每组芯片的顶部上刻蚀有若干组微流体通道2；硅过孔通道3，设置在所述每组微流体通道2两端的微流体通道下方，且与所述两端的微流体通道相连通；垂直微管4，设置在最底层芯片的硅过孔通道3的下方，且与硅过孔通道3相连通；基底5，基底5内设有微流体通道6，通过基底5表面开设的微流体通道开口7与所述的硅过孔通道3、垂直微管4相连通。
每个芯片顶部上的微流体通道2上覆盖有一高分子薄膜层8，微流体通道2之间是互相连通的。其中每个芯片的硅过孔通道3透过芯片上的高分子薄膜层相连通。由于冷却流体可以直接传送至每一个芯片背后的垂直微管，因此能允许多个大功率芯片紧凑的堆叠在一起，同时仍具有足够的散热能力。

Claims (3)

1.一种具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构，其特征在于，包括：
芯片，所述芯片的顶部上刻蚀有若干组微流体通道，且所述的微流体通道上覆盖有一高分子薄膜层；
硅过孔通道，贯穿在所述芯片内并且与所述每组微流体通道两端相连通；
垂直微管，设置在所述硅过孔通道下方，且与所述的硅过孔通道相连通；
基底，所述的基底内设有微流体通道，通过基底的表面开设的微流体通道开口与所述的硅过孔通道相连通。
2.根据权利要求1所述的具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构，其特征在于，所述的微流体通道之间是互相连通的。
3.根据权利要求1所述的具有微流体冷却通道的集成电路芯片及其封装结构，其特征在于，所述的芯片为多个堆叠互联形成的芯片组，且每个芯片的硅过孔通道透过芯片上的高分子薄膜层相连通。
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