TWM542326U - 三維晶片積體電路冷卻系統 - Google Patents

Description

三維晶片積體電路冷卻系統

本案係關於一種三維晶片積體電路冷卻系統，尤指一種利用流體泵浦提供驅動流體流動以進行散熱之三維晶片積體電路冷卻系統。

隨著科技的進步，各種電子設備例如可攜式電腦、平板電腦、工業電腦、可攜式通訊裝置、影音播放器等已朝向輕薄化、可攜式及高效能的趨勢發展，這些電子設備於其有限內部空間中必須配置各種高積集度或高功率之電子元件，為了使電子設備之運算速度更快和功能更強大，電子設備內部之電子元件於運作時將產生更多的熱能，並導致高溫。此外，這些電子設備大部分皆設計為輕薄、扁平且具緊湊外型，且沒有額外的內部空間用於散熱冷卻，故電子設備中的電子元件易受到熱能、高溫的影響，進而導致干擾或受損等問題。

近年以來，三維晶片積體電路(3D IC)已經被廣泛地利用於智能手機或平板電腦等可攜式電子產品中。三維晶片積體電路係為複數個二維晶片所組成，其係利用引線接合技術進行接合，例如：晶圓級封裝層疊(WAFER-LEVEL PACKAGING，WLP)、堆疊式封裝層疊(PAKAGE ON PACKAGE，POP)等技術，將複數個引線接合於每一二維晶片之間，再透過複數個晶片層層堆疊所構成。三維晶片積體電路的尺寸極小，且具有薄型化、重量輕、成本低、性能高、電池消耗低及速度快 等優點。

傳統的三維晶片積體電路散熱方式係透過設置導熱材料於三維晶片積體電路上進行散熱，例如：石墨片、金屬片、熱管或其他導熱材料等等。然而，前述的散熱方式係屬於被動式的散熱，僅利用熱傳導及自然對流以達到散熱效果，其散熱效率較差，無法滿足應用需求。

有鑑於此，實有必要發展一種三維晶片積體電路冷卻系統，以解決現有技術所面臨之問題。

本案之目的在於提供一種三維晶片積體電路冷卻系統，其可應用於各種電子設備，以對電子設備內部之三維晶片積體電路進行散熱，俾提升散熱效能，降低噪音，且使電子設備內部三維晶片積體電路之性能穩定並延長使用壽命。

為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種三維晶片積體電路冷卻系統，用以對三維晶片積體電路進行散熱，三維晶片積體電路係由主晶片層與複數個中間晶片層相互堆疊而成，每一相鄰之中間晶片層之間以及主晶片層與中間晶片層之間以複數個接點引線電性連通，並使每一相鄰之中間晶片層之間以及主晶片層與中間晶片層之間形成流體微通道，三維晶片積體電路冷卻系統包含：載體，對應設置於三維晶片積體電路之一側，具有導入端開口、排出端開口及流體通道；以及流體泵浦，固設於載體上，並封閉導入端開口，其中藉由驅動流體泵浦，以將流體由導入端開口導入，通過流體通道由排出端開口排出，並使排出端開口排出之流體流入三維晶片積體電路之每一流體微通道，與中間晶片層及主晶片層進行熱交換。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施樣態為提供一種三維晶片積體 電路冷卻系統，用以對三維晶片積體電路進行散熱，三維晶片積體電路係由主晶片層與複數個中間晶片層相互堆疊而成，每一相鄰之中間晶片層之間以及主晶片層與中間晶片層之間以複數個接點引線電性連通，並使每一相鄰之中間晶片層之間以及主晶片層與中間晶片層之間形成流體微通道，三維晶片積體電路冷卻系統包含：載體，鄰設於三維晶片積體電路之一側，具有導入端開口、排出端開口及流體通道；殼體膠模，包含流入開口、流出開口及容置空間，殼體膠模罩蓋封閉三維晶片積體電路，使三維晶片積體電路設置於容置空間，其中流入開口對應設置並連通於排出端開口；以及流體泵浦，固設於載體上，並封閉導入端開口，其中藉由驅動流體泵浦，以將流體由導入端開口導入，通過流體通道由排出端開口及流入開口流入殼體膠模之容置空間，接著使流體由三維晶片積體電路之每一流體微通道流入，與中間晶片層及主晶片層進行熱交換，並使進行熱交換後之流體經由複數個流體微通道流出，由殼體膠模之流出開口排出至三維晶片積體電路之外部。

為達上述目的，本案之再一較廣義實施樣態為提供一種三維晶片積體電路冷卻系統，用以對三維晶片積體電路進行散熱，三維晶片積體電路係由主晶片層與複數個中間晶片層相互堆疊而成，每一相鄰之中間晶片層之間以及主晶片層與中間晶片層之間以複數個接點引線電性連通，並使每一相鄰之中間晶片層之間以及主晶片層與中間晶片層之間形成流體微通道，三維晶片積體電路冷卻系統包含：載體，鄰設於三維晶片積體電路之一側，具有導入端開口、排出端開口及流體通道，其中排出端開口對應設置並連通於殼體膠模之流入開口；殼體膠模，包含流入開口及容置空間，殼體膠模罩蓋封閉三維晶片積體電路，使三維晶片積體電路設置於容置空間，其中流入開口對應設置並連通於 排出端開口；流體泵浦，固設於載體上，並封閉導入端開口；以及流體儲存裝置，封閉並連通於流體泵浦上，用以儲存流體；其中，藉由驅動流體泵浦，以將流體由流體儲存裝置導入導入端開口，通過流體通道由排出端開口流入殼體膠模之流入開口，接著使流體由三維晶片積體電路之每一流體微通道流入，與中間晶片層及主晶片層進行熱交換，藉由流體泵浦停止運作，使進行熱交換後之流體回流至流體儲存裝置中。

1‧‧‧三維晶片積體電路冷卻系統

10‧‧‧控制系統

101‧‧‧控制單元

102‧‧‧溫度感測器

11‧‧‧載體

12‧‧‧流體泵浦

120‧‧‧第一腔室

121‧‧‧導流板

121a‧‧‧導流孔

121b‧‧‧匯流排孔

121c‧‧‧中心凹部

122‧‧‧共振片

122a‧‧‧可動部

122b‧‧‧固定部

122c‧‧‧中空孔洞

123‧‧‧壓電致動器

1231‧‧‧懸浮板

1231a‧‧‧凸部

1231b‧‧‧第二表面

1231c‧‧‧第一表面

1232‧‧‧外框

1232a‧‧‧第二表面

1232b‧‧‧第一表面

1232c‧‧‧導電接腳

1233‧‧‧支架

1233a‧‧‧第二表面

1233b‧‧‧第一表面

1234‧‧‧壓電片

1235‧‧‧空隙

124a、124b‧‧‧絕緣片

125‧‧‧導電片

125a‧‧‧導電接腳

13‧‧‧導入端開口

14‧‧‧排出端開口

15‧‧‧流體通道

16‧‧‧隔板

2‧‧‧三維晶片積體電路

21‧‧‧中間晶片層

22‧‧‧接點引線

23‧‧‧流體微通道

3‧‧‧基板

4‧‧‧三維晶片積體電路冷卻系統

40‧‧‧控制系統

401‧‧‧控制單元

402‧‧‧溫度感測器

41‧‧‧載體

42‧‧‧流體泵浦

43‧‧‧導入端開口

44‧‧‧排出端開口

45‧‧‧流體通道

46‧‧‧隔板

47‧‧‧殼體膠膜

47a‧‧‧流入開口

47b‧‧‧流出開口

47c‧‧‧容置空間

48‧‧‧過濾系統

48a‧‧‧過濾器

48b‧‧‧連通管

48c‧‧‧殼體

48d‧‧‧內部空間

49‧‧‧過濾網

5‧‧‧三維晶片積體電路冷卻系統

50‧‧‧控制系統

501‧‧‧控制單元

502‧‧‧溫度感測器

51‧‧‧載體

52‧‧‧流體泵浦

53‧‧‧導入端開口

54‧‧‧排出端開口

55‧‧‧流體通道

56‧‧‧隔板

57‧‧‧殼體膠膜

57a‧‧‧流入開口

57c‧‧‧容置空間

59‧‧‧流體儲存裝置

59a‧‧‧儲存槽

59b‧‧‧連通管

59c‧‧‧殼體

59d‧‧‧內部空間

第1A圖為本案第一較佳實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖。

第1B圖為第1A圖所示之三維晶片積體電路冷卻系統之剖面結構示意圖。

第2A及2B圖分別為本案第一較佳實施例之流體泵浦於不同視角之分解結構示意圖。

第3圖為第2A及2B圖所示之壓電致動器之剖面結構示意圖。

第4圖為第2A及2B圖所示之流體泵浦之剖面結構示意圖。

第5A至5E圖為第2A及2B圖所示之流體泵浦作動之流程結構圖。

第6圖為本案第一較佳實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之控制系統之架構示意圖。

第7圖為本案第一較佳實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖。

第8A圖為本案第二實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖。

第8B圖為第8A圖所示之三維晶片積體電路冷卻系統之剖面結構示意圖。

第8C圖為本案第二實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之控制系統之架構示意圖。

第9A圖為本案第三實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖。

第9B圖為第9A圖所示之三維晶片積體電路冷卻系統之剖面結構示意圖。

第9C圖為本案第三實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之控制系統之架構示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1A圖及第1B圖，第1A圖為本案第一較佳實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖，以及第1B圖為第1A圖所示之三維晶片積體電路冷卻系統之剖面結構示意圖。如第1A及1B圖所示，本案之三維晶片積體電路冷卻系統1可應用於一電子設備，例如但不限於可攜式電腦、平板電腦、工業電腦、可攜式通訊裝置、影音播放器，以對電子設備內待散熱之三維晶片積體電路2進行散熱。第1B圖係為第1A圖之AA截面之剖面示意圖。三維晶片積體電路2係設置於基板3上，並鄰設於三維晶片積體電路冷卻系統1。三維晶片積體電路2係由主晶片層20與複數個中間晶片層21相互堆疊而成，每一相鄰之中間晶片層21之間及主晶片層20與一中間晶片層21之間以複數個接點引線22電性連通，並使每一相鄰之中間晶片層21之間及主晶片層20與一中間晶片層21之間形成流體微通道23。本案之三維晶片積體電路冷卻系統1包含載體11以及流體泵浦12，其中載體11包含導入 端開口13、排出端開口14及流體通道15。流體泵浦12係固設於載體11上，且組裝定位於導入端開口13，並且封閉該導入端開口13。其中藉由驅動流體泵浦12，以將流體由導入端開口13導入，通過流體通道15由排出端開口14排出，並使排出端開口14排出之流體流入三維晶片積體電路2之每一流體微通道23，與複數個中間晶片層21以及一主晶片層21進行熱交換，俾實現對三維晶片積體電路2之散熱。

於本實施例中，載體11係由該複數個隔板16相組接而形成，且複數個隔板16定義形成導入端開口13、排出端開口14及流體通道15。流體泵浦12係固設於載體11之隔板16上。載體11係相鄰設置於三維晶片積體電路2之一側，並且排出端開口14與三維晶片積體電路2對應設置。於本實施例中，用以進行冷卻之流體係為一氣體，但不以此為限，可依據所需求之散熱效果進行調整。

於本實施例中，流體泵浦12係為一壓電致動流體泵浦，用以驅動流體流動，以將流體由三維晶片積體電路冷卻系統1之外部經由導入端開口13導入流體通道15中。當流體泵浦12將流體導入流體通道15時，推動流體通道15中之流體快速流動，並經由排出端開口14排出，所排出流體流入鄰設之三維晶片積體電路2之流體微通道23，與複數個中間晶片層21以及一主晶片層20進行熱交換，並促使熱交換後之流體由流體微通道23排至三維晶片積體電路2之外部。由於流體泵浦12係連續地作動以導入流體，使三維晶片積體電路2可連續地與流體進行熱交換，同時使熱交換後的流體由流體微通道23排出，藉此可實現對三維晶片積體電路2之散熱，且可提高散熱效能，進而增加三維晶片積體電路2之性能穩定度及壽命。

請同時參閱第2A圖至第4圖，第2A及2B圖分別為本案第一較佳實施例之流體泵浦於不同視角之分解結構示意圖，第3圖為第2A及2B 圖所示之壓電致動器之剖面結構示意圖，以及第4圖為第2A及2B圖所示之流體泵浦之剖面結構示意圖。如第2A、2B、3及4圖所示，流體泵浦12係為一壓電致動流體泵浦，且包括一導流板121、一共振片122、一壓電致動器123、兩絕緣片124a、124b及一導電片125等結構，其中壓電致動器123係對應於共振片122而設置，並使導流板121、共振片122、壓電致動器123、絕緣片124a、導電片125及另一絕緣片124b等依序堆疊設置，其組裝完成之剖面圖係如第4圖所示。

於本實施例中，導流板121具有至少一導流孔121a，其中導流孔121a之數量以4個為較佳，但不以此為限。導流孔121a係貫穿導流板121，用以供流體自裝置外經由該至少一導流孔121a流入流體泵浦12之中。導流板121上具有至少一匯流排孔121b，用以與導流板121另一表面之該至少一導流孔121a對應設置。於匯流排孔121b的中心交流處係具有中心凹部121c，且中心凹部121c係與匯流排孔121b相連通，藉此可將自該至少一導流孔121a進入匯流排孔121b之流體引導並匯流集中至中心凹部121c，以實現流體傳遞。於本實施例中，導流板121具有一體成型的導流孔121a、匯流排孔121b及中心凹部121c，且於中心凹部121c處即對應形成一匯流流體的匯流腔室，以供流體暫存。於一些實施例中，導流板121之材質可為例如但不限於不鏽鋼材質所構成。於另一些實施例中，由該中心凹部121c處所構成之匯流腔室之深度與匯流排孔121b之深度相同，但不以此為限。共振片122係由一可撓性材質所構成，但不以此為限，且於共振片122上具有一中空孔洞122c，係對應於導流板121之中心凹部121c而設置，以使流體流通。 於另一些實施例中，共振片122係可由一銅材質所構成，但不以此為限。

壓電致動器123係由一懸浮板1231、一外框1232、至少一支架1233 以及一壓電片1234所共同組裝而成，其中，該壓電片1234貼附於懸浮板1231之第一表面1231c，用以施加電壓產生形變以驅動該懸浮板1231彎曲振動，以及該至少一支架1233係連接於懸浮板1231以及外框1232之間，於本實施例中，該支架1233係連接設置於懸浮板1231與外框1232之間，其兩端點係分別連接於外框1232、懸浮板1231，以提供彈性支撐，且於支架1233、懸浮板1231及外框1232之間更具有至少一空隙1235，該至少一空隙1235係與導入端開口13相連通，用以供流體流通。應強調的是，懸浮板1231、外框1232以及支架1233之型態及數量不以前述實施例為限，且可依實際應用需求變化。另外，外框1232係環繞設置於懸浮板1231之外側，且具有一向外凸設之導電接腳1232c，用以供電連接之用，但不以此為限。

懸浮板1231係為一階梯面之結構(如第3圖所示)，意即於懸浮板1231之第二表面1231b更具有一凸部1231a，該凸部1231a可為但不限為一圓形凸起結構。懸浮板1231之凸部1231a係與外框1232之第二表面1232a共平面，且懸浮板1231之第二表面1231b及支架1233之第二表面2233a亦為共平面，且該懸浮板1231之凸部1231a及外框1232之第二表面1232a與懸浮板1231之第二表面1231b及支架1233之第二表面1233a之間係具有一特定深度。懸浮板1231之第一表面1231c，其與外框1232之第一表面1232b及支架1233之第一表面1233b為平整之共平面結構，而壓電片1234則貼附於此平整之懸浮板1231之第一表面1231c處。於另一些實施例中，懸浮板1231之型態亦可為一雙面平整之板狀正方形結構，並不以此為限，可依照實際施作情形而任施變化。於一些實施例中，懸浮板1231、支架1233以及外框1232係可為一體成型之結構，且可由一金屬板所構成，例如但不限於不鏽鋼材質所構成。又於另一些實施例中，壓電片1234之邊長係小於該懸浮板1231 之邊長。再於另一些實施例中，壓電片1234之邊長係等於懸浮板1231之邊長，且同樣設計為與懸浮板1231相對應之正方形板狀結構，但並不以此為限。

流體泵浦12之絕緣片124a、導電片125及另一絕緣片124b係依序對應設置於壓電致動器123之下，且其形態大致上對應於壓電致動器123之外框1232之形態。於一些實施例中，絕緣片124a、124b係由絕緣材質所構成，例如但不限於塑膠，俾提供絕緣功能。於另一些實施例中，導電片125可由導電材質所構成，例如但不限於金屬材質，以提供電導通功能。於本實施例中，導電片125上亦可設置一導電接腳125a，以實現電導通功能。

於本實施例中，流體泵浦12係依序由導流板121、共振片122、壓電致動器123、絕緣片124a、導電片125及另一絕緣片124b等堆疊而成，且於共振片122與壓電致動器123之間係具有一間隙h，於本實施例中，係於共振片122及壓電致動器123之外框1232周緣之間的間隙h中填入一填充材質，例如但不限於導電膠，以使共振片122與壓電致動器123之懸浮板1231之凸部1231a之間可維持該間隙h之深度，進而可導引流體更迅速地流動，且因懸浮板1231之凸部1231a與共振片122保持適當距離使彼此接觸干涉減少，促使噪音產生可被降低。於另一些實施例中，亦可藉由加高壓電致動器123之外框1232之高度，以使其與共振片122組裝時增加一間隙，但不以此為限。

於本實施例中，當導流板121、共振片122與壓電致動器123依序對應組裝後，於共振片122具有一可動部122a及一固定部122b，可動部122a處可與其上的導流板121共同形成一匯流流體的腔室，且在共振片122與壓電致動器123之間更形成一第一腔室120，用以暫存流體，且第一腔室120係透過共振片122之中空孔洞122c而與導流板121之中心凹 部121c處的腔室相連通，且第一腔室120之兩側則由壓電致動器123之支架1233之間的空隙1235而與設置於其下之導入端開口13相連通。

第5A至5E圖為第2A及2B圖所示之流體泵浦作動之流程結構圖。請參閱第4圖、第5A圖至第5E圖，本案之流體泵浦之作動流程簡述如下。當流體泵浦12進行作動時，壓電致動器123受電壓致動而以支架1233為支點，進行垂直方向之往復式振動。如第5A圖所示，當壓電致動器123受電壓致動而向下振動時，由於共振片122係為輕、薄之片狀結構，是以當壓電致動器123振動時，共振片122亦會隨之共振而進行垂直之往復式振動，即為共振片122對應中心凹部121c的部分亦會隨之彎曲振動形變，即該對應中心凹部121c的部分係為共振片122之可動部122a，是以當壓電致動器123向下彎曲振動時，此時共振片122對應中心凹部121c的可動部122a會因流體的帶入及推壓以及壓電致動器123振動之帶動，而隨著壓電致動器123向下彎曲振動形變，則流體由導流板121上的至少一導流孔121a進入，並透過至少一匯流排孔121b以匯集到中央的中心凹部121c處，再經由共振片122上與中心凹部121c對應設置的中空孔洞122c向下流入至第一腔室120中。其後，由於受壓電致動器123振動之帶動，共振片122亦會隨之共振而進行垂直之往復式振動，如第5B圖所示，此時共振片122之可動部122a亦隨之向下振動，並貼附抵觸於壓電致動器123之懸浮板1231之凸部1231a上，使懸浮板1231之凸部1231a以外的區域與共振片122兩側之固定部122b之間的匯流腔室的間距不會變小，並藉由此共振片122之形變，以壓縮第一腔室120之體積，並關閉第一腔室120中間流通空間，促使其內的流體推擠向兩側流動，進而經過壓電致動器123之支架1233之間的空隙1235而向下穿越流動。之後，如第5C圖所示，共振片122之可動部122a向上彎曲振動形變，而回復至初始位置，且 壓電致動器123受電壓驅動以向上振動，如此同樣擠壓第一腔室120之體積，惟此時由於壓電致動器123係向上抬升，因而使得第一腔室120內的流體會朝兩側流動，而流體持續地自導流板121上的至少一導流孔121a進入，再流入中心凹部121c所形成之腔室中。之後，如第5D圖所示，該共振片122受壓電致動器123向上抬升的振動而共振向上，此時共振片122之可動部122a亦隨之向上振動，進而減緩流體持續地自導流板121上的至少一導流孔121a進入，再流入中心凹部121c所形成之腔室中。最後，如第5E圖所示，共振片122之可動部122a亦回復至初始位置，由此實施態樣可知，當共振片122進行垂直之往復式振動時，係可由其與壓電致動器123之間的間隙h以增加其垂直位移的最大距離，換句話說，於該兩結構之間設置間隙h可使共振片122於共振時可產生更大幅度的上下位移。是以，在經此流體泵浦12之流道設計中產生壓力梯度，使流體高速流動，並透過流道進出方向之阻抗差異，將流體由吸入端傳輸至排出端，以完成流體輸送作業，即使在排出端有壓力之狀態下，仍有能力持續將流體推入流體通道15，並可達到靜音之效果，如此重覆第5A至5E圖之流體泵浦12作動，即可使流體泵浦12產生一由外向內的流體傳輸。

承上所述，透過上述流體泵浦12之作動，將流體導入流體通道15並經由排出端開口14將流體導出，使所導出之流體流入三維晶片積體電路2之流體微通道23進行熱交換，並促使熱交換後的流體將熱能快速排出三維晶片積體電路冷卻系統1之外部，藉此以提高散熱冷卻的效率，進而增加三維晶片積體電路2之性能穩定度及壽命。

請同時參閱第6圖及第7圖，第6圖為本案第一較佳實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之控制系統之架構示意圖，第7圖為本案第一較佳實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖。如第6圖所示， 於另一些實施例中，三維晶片積體電路冷卻系統1更具有溫控功能，意即其更可包括控制系統10，但不以此為限。控制系統10包含控制單元101及溫度感測器102，其中控制單元101係與流體泵浦12電連接，以控制流體泵浦12之運作。溫度感測器102係可鄰近設置於三維晶片積體電路2之周圍(即如第7圖所示之位置)，又或者是可直接貼附於三維晶片積體電路2之主晶片層20或中間晶片層21上感測三維晶片積體電路2之溫度，其設置方式均不以此為限。溫度感測器102係電連接於控制單元101，感測三維晶片積體電路2之溫度，並將感測訊號傳輸至控制單元101。控制單元101依據溫度感測器102之感測訊號，判斷三維晶片積體電路2之溫度是否高於一溫度門檻值，當控制單元101判斷該三維晶片積體電路2之溫度高於該溫度門檻值時，發出一控制訊號至流體泵浦12，以致能流體泵浦12運作，藉此使流體泵浦12驅動流體流動以對三維晶片積體電路2進行散熱冷卻，俾使三維晶片積體電路2散熱冷卻並降低溫度。當控制單元101判斷該三維晶片積體電路2之溫度低於該溫度門檻值時，發出一控制訊號至流體泵浦12，以停止流體泵浦12運作，藉此可避免流體泵浦12持續運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損。是以，透過控制系統10之設置，使三維晶片積體電路冷卻系統1之流體泵浦12於三維晶片積體電路2溫度過熱時可進行散熱冷卻，並於三維晶片積體電路2溫度降低後停止運作，藉此可避免流體泵浦12持續運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，亦可使三維晶片積體電路2於一較佳溫度環境下運作，提高三維晶片積體電路2的穩定度。

又，於一些實施例中，控制系統10之控制單元101係可控制流體泵浦12之輸入電壓維持一特定電壓，使流體泵浦12輸出最大壓力，俾達到最佳散熱效率；或者，控制系統10之控制單元101亦可控制流體泵浦 12加速驅動或減速驅動，使流體泵浦12依據散熱之需求進行驅動，藉此控制系統10之系統溫度偵測與控制，而可避免流體泵浦12持續高速運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，亦可使三維晶片積體電路2於一較佳溫度環境下運作，提高三維晶片積體電路2的穩定度。

請參閱第8A圖及第8B圖，第8A圖為本案第二實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖，以及第8B圖為第8A圖所示之三維晶片積體電路冷卻系統之剖面結構示意圖。如第8A圖及第8B圖所示，第8B圖為8A圖之AA截面之剖面示意圖，本實施例之三維晶片積體電路冷卻系統4亦用以對三維晶片積體電路2進行散熱。三維晶片積體電路冷卻系統4包含載體41、流體泵浦42及殼體膠模47。載體41係鄰設於該三維晶片積體電路2之一側，其具有導入端開口43、排出端開口44及流體通道45，其中載體41係由複數個隔板46組接而成，並定義出導入端開口43、排出端開口44及流體通道45。流體泵浦42係固設於載體41上，並封閉導入端開口43，其中該流體泵浦42係為壓電致動流體泵浦，用以將流體導入導入端開口43中。由於本實施例之載體41及流體泵浦42之結構、元件與功能與本案第一實施例之載體及流體泵浦相同，故於此不再贅述。惟於本實施例中，三維晶片積體電路冷卻系統4更包含殼體膠模47，殼體膠膜47係用以罩蓋封閉該三維晶片積體電路2。殼體膠膜47包含流入開口47a、流出開口47b及容置空間47c，其中流入開口47a對應設置並連通於載體41之排出端開口44。藉由驅動流體泵浦42，以將流體由導入端開口43導入，通過流體通道45由排出端開口44及流入開口47a流入殼體膠模47之容置空間47c，並使流體流入三維晶片積體電路2之每一流體微通道23，與複數個中間晶片層21以及一主晶片層21進行熱交換，並使熱 交換後之流體經由殼體膠模47之流出開口47b排出三維晶片積體電路冷卻系統4之外，俾實現對三維晶片積體電路2之散熱。

此外，於本實施例中，三維晶片積體電路冷卻系統4更可包含過濾系統48，過濾系統48包含過濾器48a、連通管48b及殼體48c。殼體48c照蓋封閉於流體泵浦42上，並且定義出一內部空間48d，殼體48c之內部空間48d與流體泵浦42相連通。連通管48b係為但不限為一中空管狀之連通結構，連通於過濾器48a及殼體48c之內部空間48d之間。 過濾器48a係為但不限為一氣壓過濾器，用以對流體進行過濾。其中流體經由過濾器48a進行過濾後，使過濾後之流體經由連通管48b流入殼體48c之內部空間48d內，再藉由流體泵浦42將過濾後之流體由內部空間48d導入導入端開口43中，俾使過濾後之流體對三維晶片積體電路2進行散熱。藉由設置過濾系統48，使流體於對三維晶片積體電路2進行散熱前先進行過濾，以避免灰塵或懸浮微粒堆積於三維晶片積體電路2或流體泵浦42中，俾提升散熱效能及元件使用壽命。於本實施例中，用以進行冷卻之流體係為一氣體，但不以此為限，可依據所需求之散熱效果進行調整。

於另一些實施例中，過濾系統48更包含過濾網49。過濾網49係可為但不限為一不鏽鋼過濾網，用以封閉設置於殼體膠膜47之流出開口47b，用以對流體進行過濾。於進行散熱冷卻之過程中，殼體膠膜47之容置空間47c會產生之壓力變化，易導致未經過濾之流體由流出開口47b逆流至殼體膠膜47之容置空間47c中。故藉由進一步封閉設置過濾網49於流出開口47b上，可避免未經過濾之流體由流出開口47b逆流至殼體膠膜47之容置空間47c中，俾提升散熱效能及元件使用壽命。

請同時參閱第8A圖至第8C圖，第8C圖為本案第二實施例之三維晶 片積體電路冷卻系統之控制系統之架構示意圖。如圖所示，於一些實施例中，三維晶片積體電路冷卻系統4亦具有溫控功能，並包含一控制系統40，該控制系統40包含控制單元401及溫度感測器402，其中控制單元401係與流體泵浦42電連接，以控制流體泵浦42之運作。溫度感測器402係設置於殼體膠膜47之容置空間47c，並相鄰於三維晶片積體電路2之周圍而設置，或者直接貼附於三維晶片積體電路2之主晶片層20或中間晶片層21上感測三維晶片積體電路2之溫度。溫度感測器402係電連接於控制單元401，感測三維晶片積體電路2之溫度，並將感測訊號傳輸至控制單元401。控制單元401依據溫度感測器402之感測訊號，判斷三維晶片積體電路2之溫度是否高於一溫度門檻值，當控制單元401判斷該三維晶片積體電路2之溫度高於該溫度門檻值時，發出一控制訊號至流體泵浦42，以致能流體泵浦42運作，藉此使流體泵浦42驅動流體流動以對三維晶片積體電路2進行散熱冷卻，俾使三維晶片積體電路2散熱冷卻並降低溫度。當控制單元401判斷該三維晶片積體電路2之溫度低於該溫度門檻值時，發出一控制訊號至流體泵浦42，以停止流體泵浦42運作，藉此可避免流體泵浦42持續運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損。是以，透過控制系統40之設置，使三維晶片積體電路冷卻系統1之流體泵浦42於三維晶片積體電路2溫度過熱時可進行散熱冷卻，並於三維晶片積體電路2溫度降低後停止運作，藉此可避免流體泵浦42持續運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，亦可使三維晶片積體電路2於一較佳溫度環境下運作，提高三維晶片積體電路2的穩定度。

同樣地，控制單元401亦與過濾系統48電性連接。當流體泵浦42開始運作時，控制單元401發送一控制訊號至流過濾系統48，並驅動流過濾系統48之過濾器48a運作，使流體先經由流過濾系統48過濾之後， 再透過流體泵浦42導入導入端開口43；當流體泵浦42停止運作時，控制單元401發送一控制訊號至流過濾系統48，並使流過濾系統48之過濾器48a停止運作。藉此以避免流過濾系統48因連續運作而導致壽命減短，亦可達到最佳散熱冷卻效率。

以及，控制系統40之控制單元401亦可控制流體泵浦42之輸入電壓維持一特定電壓，使流體泵浦42輸出最大壓力，俾達到最佳散熱效率；或者，控制系統40之控制單元401亦可控制流體泵浦42加速驅動或減速驅動，使流體泵浦42依據散熱之需求進行驅動，藉此控制系統40之系統溫度偵測與控制，而可避免流體泵浦42持續高速運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，亦可使三維晶片積體電路2於一較佳溫度環境下運作，提高三維晶片積體電路2的穩定度。

請參閱第9A圖及第9B圖，第9A圖為本案第三實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之結構示意圖，以及第9B圖為第9A圖所示之三維晶片積體電路冷卻系統之剖面結構示意圖。如第9A圖及第9B圖所示，第9B圖為第9A圖於AA截面之剖面示意圖，本實施例之三維晶片積體電路冷卻系統5亦用以對該三維晶片積體電路2進行散熱。三維晶片積體電路冷卻系統5包含載體51、流體泵浦52、殼體膠模57及流體儲存裝置59。載體51係鄰設於三維晶片積體電路2之一側，其具有導入端開口53、排出端開口54及流體通道55，載體51係由複數個隔板56所組接而成，以進一步定義出導入端開口53、排出端開口54及流體通道55。流體泵浦52係固設於載體51上，並封閉導入端開口53，其中該流體泵浦52係為壓電致動流體泵浦，用以將流體導入導入端開口53中。由於本實施例之載體51及流體泵浦52之結構、元件與功能亦與本案第一實施例之載體及流體泵浦相同，故於此不再贅述。惟於本實施例中，三維晶片積體電路冷卻系統5更包含殼體膠模57及流體 儲存裝置59。殼體膠模57包含流入開口57a及容置空間57c，殼體膠模57罩蓋封閉三維晶片積體電路2，使三維晶片積體電路2設置於容置空間57c，其中流入開口57a對應設置並連通於排出端開口54。流體儲存裝置59封閉並連通於流體泵浦52。流體儲存裝置59更包含儲存槽59a、連通管59b及殼體59c。殼體59c罩蓋接合於流體泵浦52，並定義出一內部空間59d，且內部空間59d與流體泵浦52相連通。連通管59b係為但不限為一中空管狀之連通結構，連通於儲存槽59a及殼體59c之內部空間59d之間。儲存槽59a係可為但不限為一密閉之中空槽狀容置結構，用以儲存流體。其中藉由驅動流體泵浦52，以將容置於儲存槽59a之流體經由連通管59b及內部空間59c導入導入端開口53，通過流體通道55由排出端開口54流入殼體膠模57之流入開口57a，接著使流體由三維晶片積體電路2之每一流體微通道23流入，與每一中間晶片層21或主晶片層20進行熱交換。並藉由流體泵浦52停止運作，使進行熱交換後之流體回流至流體儲存裝置59中，俾實現對三維晶片積體電路2之散熱。於本實施例中，用以進行冷卻之流體係為一氣體冷卻劑，例如：氣態冷媒、空氣、氫氣、二氧化碳或惰性氣體等等；或者，用以進行冷卻之流體係為一液體冷卻劑，例如：液態氯氟烴(CFCs)或其他液態冷媒等等，但不以此為限，可依據所需求之散熱效果進行調整。

請參閱第9C圖，第9C圖為本案第三實施例之三維晶片積體電路冷卻系統之控制系統之架構示意圖。，於一些實施例中，三維晶片積體電路冷卻系統5亦同樣具有溫控功能，並包含一控制系統50，該控制系統50包含控制單元501及溫度感測器502，其中控制單元501係與流體泵浦52電連接，以控制流體泵浦52之運作。溫度感測器502係設置於殼體膠膜57之容置空間57c，並相鄰於三維晶片積體電路2之周圍 而設置，或者直接貼附於三維晶片積體電路2之主晶片層20或中間晶片層21上感測三維晶片積體電路2之溫度。溫度感測器502係電連接於控制單元501，感測三維晶片積體電路2之溫度，並將感測訊號傳輸至控制單元501。控制單元501依據溫度感測器502之感測訊號，判斷三維晶片積體電路2之溫度是否高於一溫度門檻值，當控制單元501判斷該三維晶片積體電路2之溫度高於該溫度門檻值時，發出一控制訊號至流體泵浦52，以致能流體泵浦52運作，藉此使流體泵浦52驅動流體流動以對三維晶片積體電路2進行散熱冷卻，俾使三維晶片積體電路2散熱冷卻並降低溫度。當控制單元501判斷該三維晶片積體電路2之溫度低於該溫度門檻值時，發出一控制訊號至流體泵浦52，以停止流體泵浦52運作，藉此可避免流體泵浦52持續運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，且使流體回流至流體儲存裝置59中。是以，透過控制系統50之設置，使三維晶片積體電路冷卻系統1之流體泵浦52於三維晶片積體電路2溫度過熱時可進行散熱冷卻，並於三維晶片積體電路2溫度降低後停止運作，藉此可避免流體泵浦52持續運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，亦可使三維晶片積體電路2於一較佳溫度環境下運作，提高三維晶片積體電路2的穩定度。

於一些實施例中，控制系統50之控制單元501亦可以控制流體泵浦52之輸入電壓維持一特定電壓，使流體泵浦52輸出最大壓力，俾達到最佳散熱效率；或者，控制系統50之控制單元501亦可控制流體泵浦52加速驅動或減速驅動，使流體泵浦52依據散熱之需求進行驅動，藉此可避免流體泵浦52持續高速運作而導致壽命減短，降低額外的能量的耗損，亦可使三維晶片積體電路2於一較佳溫度環境下運作，提高三維晶片積體電路2的穩定度。

綜上所述，本案提供一種三維晶片積體電路冷卻系統，其可應用於各 種三維晶片積體電路以對其內部之中間晶片層或主晶片層散熱，俾提升散熱效能、降低噪音，且使三維晶片積體電路之性能穩定並延長使用壽命。此外，本案之三維晶片積體電路冷卻系統，其具有溫控功能，可依據三維晶片積體電路之內部溫度變化，控制流體泵浦之運作，俾提升散熱效能，以及延長散熱裝置之使用壽命。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧三維晶片積體電路冷卻系統

11‧‧‧載體

12‧‧‧流體泵浦

13‧‧‧導入端開口

14‧‧‧排出端開口

15‧‧‧流體通道

16‧‧‧隔板

2‧‧‧三維晶片積體電路

21‧‧‧中間晶片層

22‧‧‧接點引線

23‧‧‧流體微通道

3‧‧‧基板

Claims (14)

1. 一種三維晶片積體電路冷卻系統，用以對一三維晶片積體電路進行散熱，該三維晶片積體電路係由一主晶片層與複數個中間晶片層相互堆疊而成，每一相鄰之該中間晶片層之間以及該主晶片層與該中間晶片層之間以複數個接點引線電性連通，並使每一相鄰之該中間晶片層之間以及該主晶片層與該中間晶片層之間形成一流體微通道，該三維晶片積體電路冷卻系統包含：一載體，對應設置於該三維晶片積體電路之一側，具有一導入端開口、一排出端開口及一流體通道；以及一流體泵浦，固設於該載體上，並封閉該導入端開口，其中藉由驅動該流體泵浦，以將流體由該導入端開口導入，通過該流體通道由該排出端開口排出，並使該排出端開口排出之流體流入該三維晶片積體電路之每一該流體微通道，與該中間晶片層以及該主晶片層進行熱交換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該載體包括複數個隔板組接以定義形成該流體通道、該導入端開口及該排出端開口。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該流體泵浦為一壓電致動流體泵浦。
4. 如申請專利範圍第3項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該壓電致動流體泵浦包括：一導流板，具有至少一導流孔、至少一匯流排孔及構成一匯流腔室之一中心凹部，其中該至少一導流孔供導入流體，該匯流排孔對應該導流孔，且引導該導流孔之流體匯流至該中心凹部所構成之該匯流腔室；一共振片，具有一中空孔對應於該匯流腔室，且該中空孔之周圍 為一可動部；以及一壓電致動器，與該共振片相對應設置；其中，該共振片與該壓電致動器之間具有一間隙形成一腔室，以使該壓電致動器受驅動時，使流體由該導流板之該至少一導流孔導入，經該至少一匯流排孔匯集至該中心凹部，再流經該共振片之該中空孔，以進入該腔室內，由該壓電致動器與該共振片之可動部產生共振傳輸流體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該壓電致動器包含：一懸浮板，具有一第一表面及一第二表面，且可彎曲振動；一外框，環繞設置於該懸浮板之外側；至少一支架，連接於該懸浮板與該外框之間，以提供彈性支撐；以及一壓電片，具有一邊長，該邊長係小於或等於該懸浮板之一邊長，且該壓電片係貼附於該懸浮板之一第一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動。
6. 如申請專利範圍第5項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該懸浮板為一正方形懸浮板，並具有一凸部。
7. 如申請專利範圍第4項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該壓電致動流體泵浦包括一導電片、二絕緣片，其中該導流板、該共振片、該壓電致動器、該絕緣片、該導電片及另一該絕緣片係依序堆疊設置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其更包括一控制系統，該控制系統包括：一控制單元，電連接於該流體泵浦，以控制該流體泵浦運作；以及 一溫度感測器，電連接於該控制單元且鄰設於該三維晶片積體電路，以感測該三維晶片積體電路之一溫度以輸出一感測訊號至該控制單元；其中，當該控制單元於接收到該感測訊號，並判斷該三維晶片積體電路之該溫度大於一溫度門檻值時，該三維晶片積體電路使該流體泵浦致能，以驅動流體流動，以及當該控制單元於接收到該感測訊號，並判斷該三維晶片積體電路之該溫度低於該溫度門檻值時，該控制單元使該流體泵浦停止運作。
9. 如申請專利範圍第8項所述三維晶片積體電路冷卻系統，其中該控制單元可以控制該流體泵浦之輸入電壓維持一特定電壓，使該流體泵浦輸出最大壓力。
10. 如申請專利範圍第8項所述三維晶片積體電路冷卻系統，其中該控制模組可控制該流體泵浦加速驅動或減速驅動。
11. 一種三維晶片積體電路冷卻系統，用以對一三維晶片積體電路進行散熱，該三維晶片積體電路係由一主晶片層與複數個中間晶片層相互堆疊而成，每一相鄰之該中間晶片層之間以及該主晶片層與該中間晶片層之間以複數個接點引線電性連通，並使每一相鄰之該中間晶片層之間以及該主晶片層與該中間晶片層之間形成一流體微通道，該三維晶片積體電路冷卻系統包含：一載體，鄰設於該三維晶片積體電路之一側，具有一導入端開口、一排出端開口及一流體通道；一殼體膠模，包含一流入開口、一流出開口及一容置空間，該殼體膠模罩蓋封閉該三維晶片積體電路，使三維晶片積體電路設置於該容置空間，其中該流入開口對應設置並連通於該排出端開口；以及一流體泵浦，固設於該載體上，並封閉該導入端開口，其中藉由 驅動該流體泵浦，以將流體由該導入端開口導入，通過該流體通道由該排出端開口及該流入開口流入該殼體膠模之該容置空間，接著使流體由該三維晶片積體電路之每一該流體微通道流入，與該中間晶片層以及該主晶片層進行熱交換，並使進行熱交換後之流體經由該複數個流體微通道流出，由該殼體膠模之該流出開口排出至該三維晶片積體電路之外部。
12. 如申請專利範圍第11項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該三維晶片積體電路冷卻系統包含一過濾系統，該過濾系統包含一殼體、一連通管及一過濾器，該殼體封閉並連通設置於該流體泵浦上，並定義一內部空間，該連通管係連通於該過濾器及該殼體之間，該過濾器用以對流體進行過濾，其中流體經由該過濾器進行過濾，過濾後之流體經由該連通管流入該殼體之該內部空間內，再藉由該流體泵浦將過濾後之流體由該內部空間導入該導入端開口。
13. 如申請專利範圍第12項所述之三維晶片積體電路冷卻系統，其中該過濾系統包含一過濾網，封閉設置於該流出開口。
14. 一種三維晶片積體電路冷卻系統，用以對一三維晶片積體電路進行散熱，該三維晶片積體電路係由一主晶片層與複數個中間晶片層相互堆疊而成，每一相鄰之該中間晶片層以及該主晶片層與該中間晶片層之間以複數個接點引線電性連通，並使每一相鄰之該中間晶片層之間以及該主晶片層與該中間晶片層之間形成一流體微通道，該三維晶片積體電路冷卻系統包含：一載體，鄰設於該三維晶片積體電路之一側，具有一導入端開口、一排出端開口及一流體通道，其中該排出端開口對應設置並連通於該殼體膠模之該流入開口；一殼體膠模，包含一流入開口及一容置空間，該殼體膠模罩蓋封 閉該三維晶片積體電路，使三維晶片積體電路設置於該容置空間，其中該流入開口對應設置並連通於該排出端開口；一流體泵浦，固設於該載體上，並封閉該導入端開口；以及一流體儲存裝置，封閉並連通於該流體泵浦，用以儲存流體；其中，藉由驅動該流體泵浦，以將流體由該流體儲存裝置導入該導入端開口，通過該流體通道由該排出端開口流入該殼體膠模之該流入開口，接著使流體由該三維晶片積體電路之每一該流體微通道流入，與該中間晶片層以及該主晶片層進行熱交換，藉由該流體泵浦停止運作，使進行熱交換後之流體回流至流體儲存裝置中。