專利名稱：棱柱陣列微通道散熱器三維堆疊封裝的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型微通道堆疊封裝散熱裝置，是一種采用棱柱陣列微通道結構的三維堆疊封裝散熱裝置。
背景技術：
電子元器件封裝集成度的迅速提高，芯片尺寸的不斷減小以及功率密度的持續(xù)增力口，使得電子封裝過程中的散熱、冷卻問題越來越不容忽視。而且，芯片功率密度的分布不均會產(chǎn)生所謂的局部熱點，采用傳統(tǒng)的散熱技術已不能滿足現(xiàn)有先進電子封裝的熱設計、管理與控制需求，它不僅限制了芯片功率的增加，還會因過度冷卻而帶來不必要的能源浪費。20世紀70年代到90年代間，集成電路芯片中的熱流密度從約10W/cm_2增加到IO2W/ cm-2量級。傳統(tǒng)的微通道冷卻器中冷卻液不能夠完全將熱量帶走，同時冷卻液入口速度增加時會導致壓降增加。
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種棱柱陣列射流微通道的散熱器，是一種棱柱陣列微通道結構的三維堆疊封裝散熱裝置，該結構散熱器能增加散熱器和冷卻液之間的散熱面積，熱交換更加充分，提高散熱效率；減小散熱器的溫度梯度，達到均勻散熱；同時有效降低壓降，減少冷卻循環(huán)動力供給的功率。為達到上述目的，本實用新型的構思是本實用新型的任務在于設計一種具有高效散熱性能、散熱均勻等優(yōu)良性能的微冷卻裝置。在本實用新型的裝置中微通道材料采用碳納米管、封裝結構為硅材料。本實用新型裝置由五塊硅基板經(jīng)膠粘結組合。該新型裝置可同時冷卻兩塊芯片，提高了冷卻的效率。為了防止冷卻液流入芯片層，出入口蓋板與芯片基板之間、棱柱陣列結構板與芯片基板之間緊密密封。入口冷卻液流經(jīng)棱柱結構板，與棱柱結構和芯片基板底層充分接觸，及時帶走由芯片產(chǎn)生的熱量。采用棱柱陣列的結構，使冷卻液形成渦流增加散熱效果。此外，棱柱陣列材料采用碳納米管材料，與傳統(tǒng)的硅材料相比，碳納米管材料的熱導率高，因此，散熱效果也提高很多。根據(jù)上述構思，本實用新型采用下述技術方案—種棱柱陣列射流微通道的散熱器，包括進出口蓋板、第一芯片、第一分液結構層、第一棱柱陣列結構板、第二芯片、第二分液結構層以及第二棱柱陣列結構板；所述進出口蓋板、第一分液結構層、第一棱柱陣列結構板、第二分液結構層、第二棱柱陣列結構板相對應各邊尺寸相同，依次疊置粘合；所述進出口蓋板下表面有凹面和邊緣，所述凹面安裝第一芯片，所述邊緣開有第一流入口和第一流出口，所述第一流入口和第一流出口與凹面不連通，以避免冷卻水進入凹面中破壞第一芯片；所述第一分液結構層上表面為平面，下表面有凹面和邊緣，所述邊緣開有第二流入口和第二流出口，所述第二流入口和第二流出口與第一分液結構層下表面凹面相連通，便于冷卻水進入第一棱柱陣列結構板；所述第一棱柱陣列結構板上表面有凹面和邊緣，下表面有凹面和邊緣，所述凹面上安裝有若干棱柱；所述邊緣開有第三流入口和第三流出口，所述第三流入口和第三流出口與第一棱柱陣列結構板上表面的凹面連通,便于冷卻水進入第一棱柱陣列結構板；所述第一棱柱陣列結構板下表面的凹面安裝第二芯片，所述第三流入口和第三流出口與第一棱柱陣列結構板下表面的凹面不連通，防止冷卻水進入凹面中破壞的第二芯片；所述第二分液結構層上表面為平面，下表面有凹面和邊緣；所述邊緣開有第四流入口和第四流出口，所述第四流入口和第四流出口與第二分液結構層下表面凹面相連通，便于冷卻水進入第二棱柱陣列結構板；所述第二棱柱陣列結構板上表面有凹面和邊緣，下表面為平面，所述凹面上安裝有若干棱柱；冷卻水通過第四流入口進入凹面。上述進出口蓋板材料可采用熱導率較低的硅材料。上述第一棱柱陣列結構板和第二棱柱陣列結構板材料采用碳納米材料，棱柱橫截面為正方形，其對角長為棱柱間距的兩倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優(yōu)點本實用新型散熱器使散熱器和冷卻液之間的熱交換更加充分，提高散熱效率；較少散熱器的溫度梯度，達到均勻散熱；有效降低壓降，降低冷卻循環(huán)動力供給的功率。本發(fā)明在機械電子、集成電路等方面具有較大的應用前景。
圖1是本實用新型的一個實施例的整體模型圖。圖2是本實用新型的加入棱柱陣列微通道堆疊封裝模型圖。圖3是進出口蓋板上表面示意圖。圖4是進出口蓋板下表面示意圖。圖5是第一分液結構層上表面不意圖。圖6是第一分液結構層下表面不意圖。圖7是第一棱柱陣列結構板上表面不意圖。圖8是第一棱柱陣列結構板下表面不意圖。圖9是第二分液結構層上表面示意圖。圖10是第二分液結構層下表面示意圖。圖11是第二棱柱陣列結構板上表面示意圖。圖12是第二棱柱陣列結構板下表面示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合附圖說明如下如圖2所示，一種棱柱陣列射流微通道的散熱器，包括進出口蓋板1、第一芯片2、第一分液結構層3、第一棱柱陣列結構板4、第二芯片5、第二分液結構層6以及第二棱柱陣列結構板7 ;所述進出口蓋板1、第一分液結構層3、第一棱柱陣列結構板4、第二分液結構層6、第二棱柱陣列結構板7相對應各邊尺寸相同，依次疊置粘合。如圖3圖4所示，所述進出口蓋板I下表面有凹面10和邊緣11,所述凹面10安裝第一芯片2，所述邊緣11開有第一流入口 8和第一流出口 9，所述第一流入口 8和第一流出口 9與凹面10不連通，以避免冷卻水進入凹面10中破壞第一芯片2。如圖5圖6所不,所述第一分液結構層3上表面為平面,下表面有凹面14和邊緣15，所述邊緣15開有第二流入口 12和第二流出口 13，所述第二流入口 12和第二流出口 13與第一分液結構層3下表面凹面14相連通，便于冷卻水進入第一棱柱陣列結構板4。如圖7圖8所示,所述第一棱柱陣列結構板4上表面有凹面18和邊緣19，下表面有凹面21和邊緣22，所述凹面18上安裝有若干棱柱20 ;所述邊緣19開有第三流入口 16和第三流出口 17，所述第三流入口 16和第三流出口 17與第一棱柱陣列結構板4上表面的凹面18連通,便于冷卻水進入第一棱柱陣列結構板4 ;所述第一棱柱陣列結構板4下表面的凹面21安裝第二芯片5，所述第三流入口 16和第三流出口 17與第一棱柱陣列結構板4下表面的凹面21不連通，防止冷卻水進入凹面21中破壞的第二芯片5。如圖9圖10所示，所述第二分液結構層6上表面為平面，下表面有凹面25和邊緣 26 ;所述邊緣26開有第四流入口 23和第四流出口 24，所述第四流入口 23和第四流出口 24與第二分液結構層6下表面凹面25相連通，便于冷卻水進入第二棱柱陣列結構板7。所述第二棱柱陣列結構板7上表面有凹面28和邊緣29，下表面為平面30，所述凹面28上安裝有若干棱柱20 ;冷卻水通過第四流入口 23進入凹面28。第一棱柱陣列結構板4和第二棱柱陣列結構板7材料采用碳納米材料，棱柱20橫截面為正方形，其對角長為棱柱間距的兩倍。本實施例的工作圖參見圖1。第一芯片2與第二芯片5工作時產(chǎn)生的熱量分別從第一分液結構層3與第二分液結構層6傳遞到第一棱柱陣列結構板4與第二棱柱陣列結構板7上。冷卻液從入口進入之后，兩個分液結構將引入的冷卻液帶到第一棱柱陣列結構板4與第二棱柱陣列結構板7中，同時為了避免冷卻液進入第一芯片2與第二芯片5，進而破壞芯片，在芯片與棱柱陣列結構板之間設有第一分液結構層3與第二分液結構層6。冷卻液經(jīng)過棱柱陣列結構板時，由于棱柱陣列特殊的結構，有助于使冷卻液產(chǎn)生湍流現(xiàn)象，加大熱交換效率，此外，碳納米材料具有良好的熱交換能力，也大大增加了系統(tǒng)的冷卻能力。因此，本結構對于微電子產(chǎn)品的散熱有很好的應用前景。
權利要求1.一種棱柱陣列微通道散熱器三維堆疊封裝，其特征在于，包括進出口蓋板(I )、第一芯片(2)、第一分液結構層(3)、第一棱柱陣列結構板(4)、第二芯片(5)、第二分液結構層(6)以及第二棱柱陣列結構板(7);所述進出口蓋板(I)、第一分液結構層(3)、第一棱柱陣列結構板(4)、第二分液結構層(6)、第二棱柱陣列結構板(7)相對應各邊尺寸相同，依次疊置粘合；所述進出口蓋板(I)下表面有凹面(10)和邊緣(11)，所述凹面(10)安裝第一芯片(2)， 所述邊緣(11)開有第一流入口(8)和第一流出口(9)，所述第一流入口(8)和第一流出口(9)與凹面(10)不連通，以避免冷卻水進入凹面(10)中破壞第一芯片(2)；所述第一分液結構層(3)上表面為平面，下表面有凹面(14)和邊緣(15)，所述邊緣 (15)開有第二流入口( 12)和第二流出口( 13)，所述第二流入口( 12)和第二流出口( 13)與第一分液結構層(3)下表面凹面(14)相連通，便于冷卻水進入第一棱柱陣列結構板(4)；所述第一棱柱陣列結構板(4)上表面有凹面(18)和邊緣(19)，下表面有凹面(21)和邊緣(22)，所述凹面(18)上安裝有若干棱柱(20);所述邊緣(19)開有第三流入口(16)和第三流出口(17)，所述第三流入口(16)和第三流出口(17)與第一棱柱陣列結構板(4)上表面的凹面(18)連通，便于冷卻水進入第一棱柱陣列結構板(4);所述第一棱柱陣列結構板(4) 下表面的凹面(21)安裝第二芯片(5)，所述第三流入口(16)和第三流出口(17)與第一棱柱陣列結構板(4)下表面的凹面(21)不連通，防止冷卻水進入凹面(21)中破壞的第二芯片(5)；所述第二分液結構層(6)上表面為平面，下表面有凹面(25)和邊緣(26);所述邊緣 (26)開有第四流入口(23)和第四流出口(24)，所述第四流入口(23)和第四流出口(24)與第二分液結構層(6)下表面凹面(25)相連通，便于冷卻水進入第二棱柱陣列結構板(7)；所述第二棱柱陣列結構板(7 )上表面有凹面(28 )和邊緣(29 )，下表面為平面(30 )，所述凹面(28)上安裝有若干棱柱(20);冷卻水通過第四流入口(23)進入凹面(28)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種棱柱陣列微通道散熱器三維堆疊封裝，其特征在于，所述進出口蓋板(I)材料采用熱導率較低的硅材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種棱柱陣列微通道散熱器三維堆疊封裝，其特征在于，所述第一棱柱陣列結構板(4)和第二棱柱陣列結構板(7)材料采用碳納米材料，棱柱(20)橫截面為正方形，其對角長為棱柱間距的兩倍。
專利摘要實用新型涉及一種棱柱陣列微通道結構的三維堆疊封裝散熱裝置，包括進出口蓋板，兩個芯片，兩個分液結構層，兩個棱柱陣列結構板一次疊置粘合構成，其特征是進出口蓋板，兩個分液結構層及兩個棱柱陣列結構板每層的對應各邊尺寸相同，組成緊密的整體，兩個芯片分別安放于分液結構層與棱柱陣列結構板層中間。本實用新型散熱器使散熱器和冷卻液之間的熱交換更加充分，提高散熱效率；較少散熱器的溫度梯度，達到均勻散熱；有效降低壓降，降低冷卻循環(huán)動力供給的功率。本實用新型在機械電子、集成電路等方面具有較大的應用前景。
文檔編號H01L23/367GK202855726SQ20122048296
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2012年9月21日
發(fā)明者祁高安, 王小靜, 黃敏, 臧春陽, 吳兵, 王佃曉 申請人:上海大學