CN111244050B - 芯片级集成微流体散热模块及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种芯片级集成微流体散热模块及制备方法，芯片级集成微流体散热模块包括：上下层叠设置的封装体与衬底层；位于上层的所述封装体在朝向所述衬底层的一面，具有第一半开放式立体腔室；液冷板，容置于所述第一半开放式立体腔室中；其中所述液冷板在朝向所述封装体的一面，具有第二半开放式立体腔室；热源芯片，容置于所述第二半开放式立体腔室中；所述液冷板朝向所述衬底层的一面，具有第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道；所述衬底层具有第三垂直贯穿微通道，所述第三垂直贯穿微通道分别连通所述第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道形成三维垂直结构微流道系统，冷却液在所述三维垂直结构微流道系统中流动。

Description

芯片级集成微流体散热模块及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种芯片级集成微流体散热模块及制备方法。

背景技术

随着半导体技术的快速发展，晶体管密度不断增加，芯片性能不断提高，芯片功率和热流密度越来越大，芯片散热能力成为制约摩尔定律进一步发展的关键因素。传统散热方式以液冷或风冷的方式通过热沉为封装后的芯片散热，芯片表面功能层热量的传导需要经过芯片衬底、芯片封装体、导热硅脂和热沉等大量中间热阻才能到达制冷介质，并且因为集成了多种异质材料容易产生热失配等大量寄生问题。由于大量界面热阻的存在，传统散热方式的散热能力已逼近极限，即使使用了微流道等高换热面积散热结构，仍不能解决高性能微处理器、通讯射频器件等高热流密度芯片的散热问题。随着硅基微纳加工技术的进步一发展，与芯片尺寸相当的硅微流道散热结构的加工成为现实。将硅基微流道散热结构直接与芯片集成的散热方式，能够进一步减少中间界面热阻，成为进一步提高芯片散热能力的有效技术路径。

目前有三种组装方案，一种是冷板通过第二层热界面贴在封装盖的背面，该方案优点是容易实现，缺点是尺寸过大、热阻较大。第二种是直接在热源芯片背面制作微流道，热阻最小，但制作难度大。第三种是封装盖内集成冷板，该方案实现简单，热阻较小。例如在封装盖内集成冷板的基础上，制作了双面散热的模块，下层采用在硅中介层中制作微流道的方式，满足散热的同时进行了电信号的传播，但是硅中介层内集成微流道技术风险大，成本较高，易失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片级集成微流体散热模块及制备方法，以解决现有的芯片散热模块可靠性低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种芯片级集成微流体散热模块，所述芯片级集成微流体散热模块包括：

上下层叠设置的封装体与衬底层；其中位于上层的所述封装体在朝向所述衬底层的一面，具有第一半开放式立体腔室；

液冷板，容置于所述第一半开放式立体腔室中；其中所述液冷板在朝向所述封装体的一面，具有第二半开放式立体腔室；

热源芯片，容置于所述第二半开放式立体腔室中；

所述液冷板朝向所述衬底层的一面，具有第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道；

所述衬底层具有第三垂直贯穿微通道，所述第三垂直贯穿微通道分别连通所述第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道形成三维垂直结构微流道系统，冷却液在所述三维垂直结构微流道系统中流动。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块中，所述第一垂直贯穿微通道分布于所述热源芯片的侧面，所述第一垂直贯穿微通道沿着平行于所述液冷板侧表面的方向延伸至所述液冷板与所述封装体的接触面以下；以及

所述第二垂直贯穿微通道分布于所述热源芯片的下方，所述第二垂直贯穿微通道沿着平行于所述液冷板侧表面的方向延伸至所述液冷板与所述热源芯片的接触面以下，以形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片的鳍片。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块中，所述液冷板朝向所述封装体的一面具有绝缘体薄膜，所述绝缘体薄膜隔开所述热源芯片与所述封装体，所述绝缘体薄膜中具有重布金属层，所述绝缘体薄膜表面具有焊盘，所述焊盘通过重布金属层与所述热源芯片连接，所述焊盘通过金属线与所述衬底层连接。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块中，所述液冷板朝向所述衬底层的一面具有焊接凸点及金属密封环，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道和/或所述第二垂直贯穿微通道之间，所述金属密封环用于密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液。

本发明还提供一种芯片级集成微流体散热模块的制备方法，所述芯片级集成微流体散热模块的制备方法包括：

在液冷板的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室；

在所述第二半开放式立体腔室中放置热源芯片；

将所述第二半开放式立体腔室进行密封；

刻蚀所述液冷板的第二面，依次形成第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道；

提供衬底层，对所述衬底层进行刻蚀，形成第三垂直贯穿微通道；

使所述第三垂直贯穿微通道对齐所述第一垂直贯穿微通道及所述第二垂直贯穿微通道后，将所述衬底层与所述液冷板的第二面进行焊接，以使所述第三垂直贯穿微通道分别连通所述第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道形成三维垂直结构微流道系统；

对所述衬底层与所述液冷板的第一面进行封装，形成所述封装体。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，对所述液冷板的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室包括：

对所述液冷板的第一面进行硅通孔刻蚀，在刻蚀过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体同时通入等离子体刻蚀腔体，并控制刻蚀腔体压力在高气压阶段和低气压阶段之间交替变化，直至刻蚀完成。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，将所述第二半开放式立体腔室进行密封包括：

通过模压注胶成型工艺对所述热源芯片与所述第二半开放式立体腔室之间的缝隙填充绝缘体薄膜；所述模压注胶成型工艺包括：通入特定的化学气体与前导化学品到反应室，利用化学反应将反应物沉积在所述液冷板的第一面形成绝缘体薄膜；

用干法或湿法蚀刻工艺在所述热源芯片表面上制备重布金属层，在所述重布金属层的周围填充绝缘体薄膜，用干法或湿法蚀刻工艺在所述绝缘体薄膜表面上制备焊盘，所述焊盘材料为CuNiPaAu；

在所述绝缘体薄膜表面进行临时键合工艺或塑封封装工艺，形成载板，所述载板用于为后续工艺提供支撑，将所述液冷板翻转，对所述液冷板的第二面进行机械抛光工艺。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，依次形成第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道包括：

在所述液冷板的第二面制作焊接凸点及金属密封环，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道和/或所述第二垂直贯穿微通道之间，所述焊接凸点用于焊接所述液冷板与所述衬底层，所述金属密封环分布于所述液冷板的边缘，所述焊接凸点及所述金属密封环的材料为CuSn或CuNiAu；

刻蚀分布于所述热源芯片的侧面的液冷板的第二面直至所述液冷板与所述封装体的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板侧表面；

刻蚀分布于所述热源芯片底面的液冷板的第二面直至所述液冷板与所述热源芯片的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板侧表面，形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片的鳍片。

可选的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，将所述衬底层与所述液冷板的第二面进行焊接后，所述金属密封环密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液；

通过解键合，去除载板，进行金属线接合工艺，以使所述热源芯片与所述衬底层实现电路互联，对所述衬底层进行封装，塑封所述热源芯片及所述液冷板；或

对所述衬底层及所述液冷板的侧面进行第二次塑封封装，与所述载板共同形成封装体，对所述封装体进行激光开槽，形成第一金属线槽及第二金属线槽，所述第一金属线槽延伸至所述焊盘，所述第二金属线槽延伸至所述衬底层，在所述第一金属线槽与所述第二金属线槽中填充银浆，在所述封装体的表面布置铜线连接所述第一金属线槽与所述第二金属线槽。

在本发明提供的芯片级集成微流体散热模块及制备方法中，通过封装体扣在衬底层上形成第一半开放式立体腔室，将液冷板放置于第一半开放式立体腔室中，液冷板嵌入封装体中形成第二半开放式立体腔室，将热源芯片放置于第二半开放式立体腔室中，衬底层中的第三垂直贯穿微通道分别连通液冷板的第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道，以形成三维垂直结构微流道系统，供冷却液在三维垂直结构微流道系统中流动，实现了利用热源芯片埋入液冷板中，液冷板对热源芯片底部与四周的散热，五面散热，提高了热源芯片的散热能力，且实现了在衬底层上直接集成狭缝结构，即第三垂直贯穿微通道，使微流道系统的工艺过程一气呵成，简单可靠降低成本，另外，冷却液的进出水口均位于衬底层的底端，无需在液冷板的表面制作较大的金属进液模块，不仅使整个散热模块的体积大大减小，最后，热源芯片及液冷板在封装体的注塑成型材料里，封装体的塑封层对热源芯片和液冷板分别进行保护，提高了整个散热系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例芯片级集成微流体散热模块示意图；

图2～10是本发明一实施例芯片级集成微流体散热模块的制备方法示意图；

图中所示：10-液冷板；11-第一半开放式立体腔室；12-第一垂直贯穿微通道；13-第二垂直贯穿微通道；20-热源芯片；21-第二半开放式立体腔室；30-衬底层；31-第三垂直贯穿微通道；40-封装体；41-金属线；42-第一金属线槽；43-第二金属线槽；44-铜线；50-绝缘体薄膜；51-重布金属层；52-焊盘；53-载板；60-焊接凸点及金属密封环。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的芯片级集成微流体散热模块及制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种芯片级集成微流体散热模块及制备方法，以解决现有的芯片散热模块可靠性低的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种芯片级集成微流体散热模块及制备方法，所述芯片级集成微流体散热模块包括：上下层叠设置的封装体与衬底层；其中位于上层的所述封装体在朝向所述衬底层的一面，具有第一半开放式立体腔室；液冷板，容置于所述第一半开放式立体腔室中；其中所述液冷板在朝向所述封装体的一面，具有第二半开放式立体腔室；热源芯片，容置于所述第二半开放式立体腔室中；所述液冷板朝向所述衬底层的一面，具有第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道；所述衬底层具有第三垂直贯穿微通道，所述第三垂直贯穿微通道分别连通所述第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道形成三维垂直结构微流道系统，冷却液在所述三维垂直结构微流道系统中流动。

<实施例一>

本实施例提供一种芯片级集成微流体散热模块，如图1所示，所述芯片级集成微流体散热模块包括：上下层叠设置的封装体40与衬底层30；其中位于上层的所述封装体40在朝向所述衬底层30的一面，具有第一半开放式立体腔室11；液冷板10，容置于所述第一半开放式立体腔室11中；其中所述液冷板10在朝向所述封装体40的一面，具有第二半开放式立体腔室21；热源芯片20，容置于所述第二半开放式立体腔室21中；所述液冷板10朝向所述衬底层30的一面，具有第一垂直贯穿微通道12和第二垂直贯穿微通道13；所述衬底层30具有第三垂直贯穿微通道31，所述第三垂直贯穿微通道31分别连通所述第一垂直贯穿微通道12、第二垂直贯穿微通道13形成三维垂直结构微流道系统。第二垂直贯穿微通道13可以包括多个与外部连通的开口，作为冷却液的入口和出口，冷却液从第二垂直贯穿微通道13的入口进入并在所述三维垂直结构微流道系统中流动，然后从第二垂直贯穿微通道13的出口离开该三维垂直结构微流道系统。

在本发明的其他实施例中，液冷板10不限于硅材料，且可包括多种多样的半导体材料、如硅、锗、砷化镓、磷化铟等，可替代地，也可由电学非导电材料、如玻璃、塑料、或蓝宝石晶片制成。

在本发明的一个实施例中，在所述的芯片级集成微流体散热模块中，所述第一垂直贯穿微通道12分布于所述热源芯片20的侧面，所述第一垂直贯穿微通道12沿着平行于所述液冷板10侧表面的方向延伸至所述液冷板10与所述封装体40的接触面以下；以及所述第二垂直贯穿微通道13分布于所述热源芯片20的下方，所述第二垂直贯穿微通道13沿着平行于所述液冷板10侧表面的方向延伸至所述液冷板10与所述热源芯片20的接触面以下，以形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片20的鳍片。

在本发明的具体实施例中，在所述的芯片级集成微流体散热模块中，所述液冷板10朝向所述封装体40的一面具有绝缘体薄膜50，所述绝缘体薄膜50隔开所述热源芯片20与所述封装体40，所述绝缘体薄膜50中具有重布金属层51，所述绝缘体薄膜50表面具有焊盘52，所述焊盘52通过重布金属层51与所述热源芯片20连接，所述焊盘52通过金属线41与所述衬底层30连接。在所述的芯片级集成微流体散热模块中，所述液冷板10朝向所述衬底层30的一面具有焊接凸点及金属密封环60，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道12和/或所述第二垂直贯穿微通道13之间，所述金属密封环用于密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液。

综上，上述实施例对芯片级集成微流体散热模块的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

<实施例二>

本实施例还提供一种芯片级集成微流体散热模块的制备方法，如图2～10所示，所述芯片级集成微流体散热模块的制备方法包括：在所述液冷板10的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室21；在所述第二半开放式立体腔室21中放置热源芯片20；将所述第二半开放式立体腔室21进行密封；刻蚀所述液冷板10的第二面，依次形成第一垂直贯穿微通道12和第二垂直贯穿微通道13；提供衬底层30，对所述衬底层30进行刻蚀，形成第三垂直贯穿微通道31；使所述第三垂直贯穿微通道31对齐所述第一垂直贯穿微通道12及所述第二垂直贯穿微通道13后，将所述衬底层30与所述液冷板10的第二面进行焊接，以使所述第三垂直贯穿微通道31分别连通所述第一垂直贯穿微通道12、第二垂直贯穿微通道13形成三维垂直结构微流道系统；对所述衬底层30与所述液冷板10的第一面进行封装，形成所述封装体40。

具体的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，对所述液冷板10的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室21包括：对所述液冷板10的第一面进行硅通孔刻蚀，在刻蚀过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体同时通入等离子体刻蚀腔体，并控制刻蚀腔体压力在高气压阶段和低气压阶段之间交替变化，直至刻蚀完成。

进一步的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，将所述第二半开放式立体腔室21进行密封包括：如图3所示，通过模压注胶成型工艺对所述热源芯片20与所述第二半开放式立体腔室21之间的缝隙填充绝缘体薄膜50；所述模压注胶成型工艺包括：通入特定的化学气体与前导化学品到反应室，利用化学反应将反应物沉积在所述液冷板10的第一面形成绝缘体薄膜50；用干法或湿法蚀刻工艺在所述热源芯片20表面上制备重布金属层51，在所述重布金属层51的周围填充绝缘体薄膜50，如图4所示，用干法或湿法蚀刻工艺在所述绝缘体薄膜50表面上制备焊盘52，所述焊盘52材料为CuNiPaAu；如图5所示，在所述绝缘体薄膜50表面进行临时键合工艺形成载板53，目的是通过临时键合工艺将芯片级集成微流体散热模块的焊盘52一侧键合到载板53上，载板53用于为后续处理工艺提供支撑，将所述液冷板10翻转，对所述液冷板10的第二面进行机械抛光工艺。

如图6所示，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，依次形成第一垂直贯穿微通道12和第二垂直贯穿微通道13包括：在所述液冷板10的第二面制作焊接凸点及金属密封环60，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道12和/或所述第二垂直贯穿微通道13之间，所述焊接凸点用于焊接所述液冷板10与所述衬底层30，所述金属密封环分布于所述液冷板10的边缘，所述焊接凸点及所述金属密封环60的材料为CuSn或CuNiAu；刻蚀分布于所述热源芯片20的侧面的液冷板10的第二面直至所述液冷板10与所述封装体40的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板10侧表面；刻蚀分布于所述热源芯片20底面的液冷板10的第二面直至所述液冷板10与所述热源芯片20的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板10侧表面，形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片20的鳍片。

如图7所示，使所述第三垂直贯穿微通道31对齐所述第一垂直贯穿微通道12及所述第二垂直贯穿微通道13后，将所述衬底层30与所述液冷板10的第二面通过焊接凸点进行焊接，以使所述第三垂直贯穿微通道31分别连通所述第一垂直贯穿微通道12、第二垂直贯穿微通道13形成三维垂直结构微流道系统；在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，将所述衬底层30与所述液冷板10的第二面进行焊接后，所述金属密封环密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液；如图8所示，通过解键合，去除所述载板53，进行金属线41接合工艺，以使所述热源芯片20与所述衬底层30实现电路互联，对所述衬底层30进行封装，塑封所述热源芯片20及所述液冷板10；最终形成封装体40，并使所述液冷板10容置于所述第一半开放式立体腔室11中，如图8所示。

<实施例三>

本实施例还提供一种芯片级集成微流体散热模块的制备方法，如图2～10所示，所述芯片级集成微流体散热模块的制备方法包括：在所述液冷板10的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室21；在所述第二半开放式立体腔室21中放置热源芯片20；将所述第二半开放式立体腔室21进行密封；刻蚀所述液冷板10的第二面，依次形成第一垂直贯穿微通道12和第二垂直贯穿微通道13；提供衬底层30，对所述衬底层30进行刻蚀，形成第三垂直贯穿微通道31；使所述第三垂直贯穿微通道31对齐所述第一垂直贯穿微通道12及所述第二垂直贯穿微通道13后，将所述衬底层30与所述液冷板10的第二面进行焊接，以使所述第三垂直贯穿微通道31分别连通所述第一垂直贯穿微通道12、第二垂直贯穿微通道13形成三维垂直结构微流道系统；对所述衬底层30与所述液冷板10的第一面进行封装，形成所述封装体40。

具体的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，对所述液冷板10的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室21包括：对所述液冷板10的第一面进行硅通孔刻蚀，在刻蚀过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体同时通入等离子体刻蚀腔体，并控制刻蚀腔体压力在高气压阶段和低气压阶段之间交替变化，直至刻蚀完成。

进一步的，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，将所述第二半开放式立体腔室21进行密封包括：如图3所示，通过模压注胶成型工艺对所述热源芯片20与所述第二半开放式立体腔室21之间的缝隙填充绝缘体薄膜50；所述模压注胶成型工艺包括：通入特定的化学气体与前导化学品到反应室，利用化学反应将反应物沉积在所述液冷板10的第一面形成绝缘体薄膜50；用干法或湿法蚀刻工艺在所述热源芯片20表面上制备重布金属层51，在所述重布金属层51的周围填充绝缘体薄膜50，如图4所示，用干法或湿法蚀刻工艺在所述绝缘体薄膜50表面上制备焊盘52，所述焊盘52材料为CuNiPaAu；如图5所示，在所述绝缘体薄膜50表面进行塑封封装工艺，形成载板53，该载板的材料与第二次塑封的塑封材料相同，将所述液冷板10翻转，对所述液冷板10的第二面进行机械抛光工艺。

如图6所示，在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，依次形成第一垂直贯穿微通道12和第二垂直贯穿微通道13包括：在所述液冷板10的第二面制作焊接凸点及金属密封环60，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道12和/或所述第二垂直贯穿微通道13之间，所述焊接凸点用于焊接所述液冷板10与所述衬底层30，所述金属密封环分布于所述液冷板10的边缘，所述焊接凸点及所述金属密封环60的材料为CuSn或CuNiAu；刻蚀分布于所述热源芯片20的侧面的液冷板10的第二面直至所述液冷板10与所述封装体40的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板10侧表面；刻蚀分布于所述热源芯片20底面的液冷板10的第二面直至所述液冷板10与所述热源芯片20的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板10侧表面，形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片20的鳍片。

如图7所示，使所述第三垂直贯穿微通道31对齐所述第一垂直贯穿微通道12及所述第二垂直贯穿微通道13后，将所述衬底层30与所述液冷板10的第二面通过焊接凸点进行焊接，以使所述第三垂直贯穿微通道31分别连通所述第一垂直贯穿微通道12、第二垂直贯穿微通道13形成三维垂直结构微流道系统；在所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法中，将所述衬底层30与所述液冷板10的第二面进行焊接后，所述金属密封环密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液；如图9所示，对所述衬底层30及所述液冷板10的侧面进行第二次塑封封装，与所述载板53共同形成封装体40。

如图10所示，对所述封装体40进行激光开槽，形成第一金属线槽42及第二金属线槽43，所述第一金属线槽42延伸至所述焊盘52，所述第二金属线槽43延伸至所述衬底层30，在所述第一金属线槽42与所述第二金属线槽43中填充银浆，在所述封装体40的表面布置铜线44连接所述第一金属线槽42与所述第二金属线槽43。

在本发明提供的芯片级集成微流体散热模块及制备方法中，通过封装体40扣在衬底层30上形成第一半开放式立体腔室11，将液冷板10放置于第一半开放式立体腔室11中，液冷板10嵌入封装体40中形成第二半开放式立体腔室21，将热源芯片20放置于第二半开放式立体腔室21中，衬底层30中的第三垂直贯穿微通道31分别连通液冷板10的第一垂直贯穿微通道12、第二垂直贯穿微通道13，以形成三维垂直结构微流道系统，供冷却液在三维垂直结构微流道系统中流动，实现了利用热源芯片20埋入液冷板10中，液冷板10对热源芯片20底部与四周的散热，五面散热，提高了热源芯片20的散热能力，且实现了在衬底层30上直接集成狭缝结构，即第三垂直贯穿微通道31，使微流道系统的工艺过程一气呵成，简单可靠降低成本，另外，冷却液的进出水口均位于衬底层30的底端，无需在液冷板10的表面制作较大的金属进液模块，不仅使整个散热模块的体积大大减小，最后，热源芯片20及液冷板10在封装体40的注塑成型材料里，封装体40的塑封层对热源芯片20和液冷板10分别进行保护，提高了整个散热系统的可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (7)

1.一种芯片级集成微流体散热模块，其特征在于，所述芯片级集成微流体散热模块包括：

上下层叠设置的封装体与衬底层；其中位于上层的所述封装体在朝向所述衬底层的一面，具有第一半开放式立体腔室；

液冷板，容置于所述第一半开放式立体腔室中；其中所述液冷板在朝向所述封装体的一面，具有第二半开放式立体腔室；

热源芯片，容置于所述第二半开放式立体腔室中；

所述液冷板朝向所述衬底层的一面，具有第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道；

所述衬底层具有第三垂直贯穿微通道，所述第三垂直贯穿微通道分别连通所述第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道形成三维垂直结构微流道系统，冷却液在所述三维垂直结构微流道系统中流动；

第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片的鳍片；

三维垂直结构微流道系统包括：

所述第一垂直贯穿微通道分布于所述热源芯片的侧面，所述第一垂直贯穿微通道沿着平行于所述液冷板侧表面的方向延伸至所述液冷板与所述封装体的接触面以下；以及

所述第二垂直贯穿微通道分布于所述热源芯片的下方，所述第二垂直贯穿微通道沿着平行于所述液冷板侧表面的方向延伸至所述液冷板与所述热源芯片的接触面以下，以形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片的鳍片；

所述液冷板朝向所述衬底层的一面具有焊接凸点及金属密封环，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道和/或所述第二垂直贯穿微通道之间，所述金属密封环用于密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液；

进行金属线接合工艺，以使所述热源芯片与所述衬底层实现电路互联，或

对所述封装体进行激光开槽，形成第一金属线槽及第二金属线槽，所述第一金属线槽延伸至与所述热源芯片连接的焊盘，所述第二金属线槽延伸至所述衬底层，在所述第一金属线槽与所述第二金属线槽中填充银浆，在所述封装体的表面布置铜线连接所述第一金属线槽与所述第二金属线槽。

2.如权利要求1所述的芯片级集成微流体散热模块，其特征在于，所述液冷板朝向所述封装体的一面具有绝缘体薄膜，所述绝缘体薄膜隔开所述热源芯片与所述封装体，所述绝缘体薄膜中具有重布金属层，所述绝缘体薄膜表面具有焊盘，所述焊盘通过重布金属层与所述热源芯片连接，所述焊盘通过金属线与所述衬底层连接。

3.一种如权利要求1所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法，其特征在于，所述芯片级集成微流体散热模块的制备方法包括：

在液冷板的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室；

在所述第二半开放式立体腔室中放置热源芯片；

将所述第二半开放式立体腔室进行密封；

刻蚀所述液冷板的第二面，依次形成第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道，以形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片的鳍片；

提供衬底层，对所述衬底层进行刻蚀，形成第三垂直贯穿微通道；

使第三垂直贯穿微通道对齐所述第一垂直贯穿微通道及所述第二垂直贯穿微通道后，将所述衬底层与所述液冷板的第二面进行焊接，以使所述第三垂直贯穿微通道分别连通所述第一垂直贯穿微通道、第二垂直贯穿微通道形成三维垂直结构微流道系统；

对所述衬底层与所述液冷板的第一面进行封装，形成封装体。

4.如权利要求3所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法，其特征在于，对所述液冷板的第一面进行刻蚀形成第二半开放式立体腔室包括：

对所述液冷板的第一面进行硅通孔刻蚀，在刻蚀过程中，刻蚀气体和侧壁保护气体同时通入等离子体刻蚀腔体，并控制刻蚀腔体压力在高气压阶段和低气压阶段之间交替变化，直至刻蚀完成。

5.如权利要求3所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法，其特征在于，将所述第二半开放式立体腔室进行密封包括：

通过模压注胶成型工艺对所述热源芯片与所述第二半开放式立体腔室之间的缝隙填充绝缘体薄膜；所述模压注胶成型工艺包括：通入特定的化学气体与前导化学品到反应室，利用化学反应将反应物沉积在所述液冷板的第一面形成绝缘体薄膜；

用干法或湿法蚀刻工艺在所述热源芯片表面上制备重布金属层，在所述重布金属层的周围填充绝缘体薄膜，用干法或湿法蚀刻工艺在所述绝缘体薄膜表面上制备焊盘，所述焊盘材料为CuNiPaAu；

在所述绝缘体薄膜表面进行临时键合工艺或塑封封装工艺，形成载板，所述载板用于为后续工艺提供支撑，将所述液冷板翻转，对所述液冷板的第二面进行机械抛光工艺。

6.如权利要求5所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法，其特征在于，依次形成第一垂直贯穿微通道和第二垂直贯穿微通道包括：

在所述液冷板的第二面制作焊接凸点及金属密封环，所述焊接凸点分布于所述第一垂直贯穿微通道和/或所述第二垂直贯穿微通道之间，所述焊接凸点用于焊接所述液冷板与所述衬底层，所述金属密封环分布于所述液冷板的边缘，所述焊接凸点及所述金属密封环的材料为CuSn或CuNiAu；

刻蚀分布于所述热源芯片的侧面的液冷板的第二面直至所述液冷板与所述封装体的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板侧表面；

刻蚀分布于所述热源芯片底面的液冷板的第二面直至所述液冷板与所述热源芯片的接触面以上，刻蚀方向为平行于所述液冷板侧表面，形成四个侧面及一个底面包围所述热源芯片的鳍片。

7.如权利要求6所述的芯片级集成微流体散热模块的制备方法，其特征在于，将所述衬底层与所述液冷板的第二面进行焊接后，所述金属密封环密封三维垂直结构微流道系统中的冷却液；

通过解键合，去除载板，进行金属线接合工艺，以使所述热源芯片与所述衬底层实现电路互联，对所述衬底层进行封装，塑封所述热源芯片及所述液冷板；或

对所述衬底层及所述液冷板的侧面进行第二次塑封封装，与所述载板共同形成封装体，对所述封装体进行激光开槽，形成第一金属线槽及第二金属线槽，所述第一金属线槽延伸至所述焊盘，所述第二金属线槽延伸至所述衬底层，在所述第一金属线槽与所述第二金属线槽中填充银浆，在所述封装体的表面布置铜线连接所述第一金属线槽与所述第二金属线槽。

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