TWI868631B - 一種具散熱封裝之積體電路元件 - Google Patents

Abstract

一種具散熱封裝之積體電路元件，包含電路基板、晶片、三維蒸氣腔元件以及半開放殼體。晶片設置於電路基板之上基板表面。三維蒸氣腔元件包含上蓋、下蓋。上蓋包含有基板與管體。基板具有基板空腔、開口、上外表面。當上蓋接合於下蓋時，管體空腔以及基板空腔形成密閉氣腔。下蓋的下凹槽用以容置晶片，晶片之晶片表面與下凹槽之下凹槽表面相接觸。半開放殼體具有輸入口以及輸出口。半開放殼體耦合於三維蒸氣腔元件之下蓋而形成熱交換腔體，使得上蓋設置於熱交換腔體中。輸入口以及輸出口連通熱交換腔體。

Description

一種具散熱封裝之積體電路元件

本發明係關於一種積體電路元件，尤其是指一種具散熱封裝之積體電路元件。

一般情況下，半導體晶片的運算速度越快，表示其具有的性能越高，同時晶片所產生的熱能也隨之增加。倘若不能有效地將晶片所產生的熱能散出，可能造成晶片超溫，進而導致晶片降頻工作甚至燒毀。日前由於電動車日益普及，對於動力電池快充快放的需求，以及對於車載IGBT功率晶片的散熱需求遽增。此外，由於汽車中的自動駕駛功能需使用高運算能力的晶片、雲端運算，導致數據中心服務器的CPU功率屢屢升高，單顆封裝的功率積體電路(power integrated circuit)已達500W或700W，甚至將來會有功率超過1000W的產品設計需求。

習知用於半導體晶片之散熱技術通常是利用晶片的封裝外殼緊貼著一個外掛的熱散器，將晶片產生的熱能傳導至散熱器，再藉由風冷或水冷的方式進行散熱。在習知技術中，封裝的積體電路元件與散熱器是兩個獨立的元件。當熱能在兩個元件間傳導時，通常存在層層的介面熱阻。一旦IC功率很大時，即使熱阻僅有微量的增加，就會導致晶片產生很 大的溫升值。

因此，為了解決習知技術的問題，有必要從晶片封裝上進行改良，減少積體電路元件與散熱器之間多餘的介面及熱阻，以突破高運算能力IC的功率限制。

有鑑於此，本發明提供一種具散熱封裝之積體電路元件，藉以解決以上所述的習知問題。

本發明提供一種具散熱封裝之積體電路元件，包含一電路基板、一晶片、以及一三維蒸氣腔元件。電路基板具有一上基板表面。晶片設置於電路基板之上基板表面。晶片具有一晶片表面。三維蒸氣腔元件包含一上蓋、一下蓋。上蓋包含有一基板與一管體，基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面。管體具有一管體空腔以及一管體內表面。管體設於上外表面並位於開口之上且自上外表面向外突出。下蓋相對於上蓋，具有一下凹槽，下凹槽具有一下凹槽表面，當上蓋接合於下蓋時，管體空腔以及基板空腔形成一密閉氣腔，以及下凹槽用以容置晶片，晶片之晶片表面與下凹槽之下凹槽表面相接觸。

其中，本發明之具散熱封裝之積體電路元件進一步包含一半開放殼體。半開放殼體具有一輸入口以及一輸出口。半開放殼體耦合於三維蒸氣腔元件之下蓋而形成一熱交換腔體，使得上蓋設置於熱交換腔體中，以及輸入口以及輸出口連通熱交換腔體。下凹槽用以容置設有晶片之電路基板，電路基板具有複數個鎖固孔，藉由複數個螺絲將設有晶片之電路基板鎖固於下凹槽之下凹槽表面。

其中，於熱交換腔體、輸入口以及輸出口中均設置有一冷卻液，以及冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。

其中，下蓋具有複數個凹槽，凹槽之間形成一凹槽肋壁，凹槽肋壁具有一肋壁表面，並且每一凹槽具有一凹槽內表面以及一凹槽空腔。

進一步，包含有一多孔隙毛細結構，下蓋另具有一下內表面，多孔隙毛細結構連續設置於上內表面、下內表面、管體內表面、凹槽肋壁之肋壁表面以及凹槽內表面上。

其中，三維蒸氣腔元件另包含有複數個散熱鰭片，管體另具有一冷凝端，散熱鰭片耦接管體之冷凝端。

其中，多孔隙毛細結構之設置可以利用一含銅粉末預先鋪置於管體內表面、上內表面、下內表面、肋壁表面以及凹槽內表面上，並當散熱鰭片接合於管體之冷凝端上後，同時利用同一燒結製程以使多孔隙毛細結構連續設置於管體內表面、上內表面、下內表面、肋壁表面以及凹槽內表面，以及散熱鰭片耦接管體之冷凝端。

其中，管體另具有一頂端，頂端具有一注口封合結構。

其中，注口封合結構是由預先設置於頂端之一液注口，經由液注口以將一工作流體注入於密閉氣腔中之後，並封合液注口所形成。

本發明提供另一種具散熱封裝之積體電路元件，包含一電路基板、複數個晶片、一多重三維蒸氣腔元件以及一半開放殼體。電路基板具有一上基板表面。複數個晶片設置於電路基板之上基板表面，每一晶片具有一晶片表面。多重三維蒸氣腔元件包含複數個上蓋以及一下蓋。每一 上蓋包含有一基板與一管體。基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面。管體具有一管體空腔以及一管體內表面。管體設於上外表面並位於開口之上且自上外表面向外突出。下蓋相對於上蓋，具有一下凹槽。下凹槽具有一下凹槽表面。當上蓋接合於下蓋時，相對應之管體空腔以及基板空腔各自形成一密閉氣腔。下凹槽用以容置設有晶片。每一晶片之晶片表面與下凹槽之下凹槽表面相接觸。

綜上所述，本發明提供一種將晶片及電路基板與散熱元件整合為一體之具散熱封裝之積體電路元件，利用將晶片之晶片表面接觸三維蒸氣腔元件之下蓋的下凹槽表面，藉由透過具兩相流循環的三維蒸氣腔元件的冷凝端直接與熱交換腔體中的冷卻液體接觸進行熱交換，減少習知IC封裝技術晶芯與散熱器之間熱傳導的層層熱阻，進而提升本發明具散熱封裝之積體電路元件之散熱效率。此外，本發明具散熱封裝之積體電路元件可利用將設有晶片之電路基板透過螺絲而固定於殼體之下殼體表面上，藉由螺絲可增加晶片與三維蒸氣腔元件之下蓋之下凹槽表面的接觸壓力，進而減少接觸熱阻以提高積體電路元件之散熱效率。並且，本發明的具散熱封裝之積體電路元件的三維蒸氣腔元件藉由下蓋具有的複數個凹槽，在兼顧下蓋結構強度的情況下，透過縮短位於下蓋的多孔隙毛細結構與熱源的熱傳導距離，以降低熱源的熱能傳導至下蓋下內表面上多孔隙毛細結構的熱阻，進而提升熱傳導效率。再者，本發明的具散熱封裝之積體電路元件可藉由設置於管體的散熱鰭片，以增加冷凝端與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率；以及透過設置於散熱鰭片上的擾流結構在熱交換腔體中產生混流，以增加與熱交換腔體中冷卻液的熱交換效率，進而提升整體 散熱效率。此外，本發明的具散熱封裝之積體電路元件也可透過三維蒸氣腔元件中複數個上蓋耦合於同一個下蓋，分別接觸多個熱源或是同一個熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，進而提升本發明整體的散熱效率。相較習知技術，本發明的具散熱封裝之積體電路元件，將晶片及電路基板與散熱元件整合為一體，以減少積體電路元件與散熱器之間多餘的介面及熱阻，進以提升整體具散熱封裝之積體電路元件的散熱效率。

A、A’、B、C、D、E:具散熱封裝之積體電路元件

1、1”、1'''、1'''':電路基板

11、11''':上基板表面

12:鎖固孔

13”:下基板表面

2、2''':晶片

21、21''':晶片表面

3、3’、3”、3'''、3'''':三維蒸氣腔元件

31、31'''、31'''':上蓋

311、311''':基板

3111、3111''':基板空腔

3112、3112''':開口

3113、3113''':上外表面

3114、3114''':上內表面

312、312''':管體

3121、3121''':管體空腔

3122、3122''':管體內表面

3123:頂端

3124、3124''':冷凝端

3125:管體外表面

32、32’、32”、32'''、32'''':下蓋

321、321'''、321'''':下凹槽

3211、3211''':下凹槽表面

322:凹槽

3220:凹槽肋壁

3221:肋壁表面

3222:凹槽內表面

3223:凹槽空腔

323:下內表面

33、33''':密閉氣腔

4、4’、4'''、4'''':半開放殼體

41、41''':輸入口

42、42''':輸出口

43、43''':熱交換腔體

44、44''':接合端

45、45''':螺絲

5:注口封合結構

51:液注口

6:散熱鰭片

61:孔洞

62:凸出結構

63:擾流結構

631:擾流片

632:擾流片開口

7:多孔隙毛細結構

圖1係繪示本發明一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件的結構剖面示意圖。

圖2係繪示圖1的三維蒸氣腔元件的結構剖面示意圖。

圖3係繪示本發明另一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件的結構剖面示意圖。

圖4係根據圖3的散熱鰭片的結構示意圖。

圖5係繪示本發明又一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件的結構剖面示意圖。

圖6係繪示本發明再一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件的結構剖面示意圖。

圖7係繪示本發明再一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件的結構剖面示意圖。

圖8係繪示本發明再一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件的結構剖面示意圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。需注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各元件僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，本發明之步驟編號僅為區隔不同步驟，並非代表其步驟順序，合先敘明。

請一併參閱圖1以及圖2。圖1係繪示本發明一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件A的結構剖面示意圖。圖2係繪示圖1的三維蒸氣腔元件3的結構剖面示意圖。如圖1所示，本發明提供一種具散熱封裝之積體電路元件A，包含有電路基板1、晶片2、以及三維蒸氣腔元件3。電路基板1具有上基板表面11。晶片2設置於電路基板1之上基板表面11，並且晶片2具有晶片表面21。三維蒸氣腔元件3包含上蓋31、下蓋32。本具體實施例中，三維蒸氣腔元件3的上蓋31包含有基板311與管體312。基板311具有基板空腔3111、開口3112、上外表面3113以及上內表面3114。管體312具有管體空腔3121以及管體內表面3122。管體312設於上外表面3113並位於開口3112之上且自上外表面3113向外突出。當上蓋31接合於下蓋32時，管體空腔3121以及基板空腔3111形成密閉氣腔33。

如圖2所示，管體312另具有頂端3123，頂端3123具有注口封合結構5。注口封合結構5是由預先設置於頂端3123之液注口51，經由液注口51以將工作流體注入於密閉氣腔33中之後，並封合液注口51所形成。值得注意的是，在本具體實施例中，注口封合結構5是由預先設置於頂端3123之液注口51，經由液注口51以將工作流體注入於密閉氣腔33中之後，並封 合液注口51所形成。但於實際應用中，液注口51可藉由焊接等方式進行封合。此外，本具體實施例中的三維蒸氣腔元件3的液注口51以及注口封合結構5位於管體312的頂端3123，但實際應用上不限於此，液注口51以及注口封合結構5也可設置於管體312上的任意位置。

此外，本具體實施例中，三維蒸氣腔元件3的下蓋32相對於上蓋31，具有下凹槽321。下凹槽321具有下凹槽表面3211。下凹槽321用以容置晶片2。晶片2之晶片表面21與下凹槽321之下凹槽表面3211相接觸。進一步，下凹槽321用以容置設有晶片2之電路基板1，電路基板1具有複數個鎖固孔12，藉由複數個螺絲(圖未示)將設有晶片2之電路基板1鎖固於下凹槽321之下凹槽表面3211，以使電路基板1可以透過相對應之複數個螺絲而固定於下蓋32，藉由螺絲的鎖緊可增加晶片2與三維蒸氣腔元件3中下凹槽321之下凹槽表面3211的接觸壓力，進而減少接觸熱阻以提高整個具散熱封裝之積體電路元件A之散熱效率。於實務上，當電路基板1未能完全緊密貼合於下蓋32之下凹槽321時，可使用導熱膠填充電路基板1與下凹槽321之間的空隙，使電路基板1與下凹槽321更加緊密貼合，減少因接觸熱阻所影響的熱傳導效能。

再著，本具體實施例中，三維蒸氣腔元件3的下蓋32具有複數個凹槽322。凹槽322之間形成凹槽肋壁3220。凹槽肋壁3220具有肋壁表面3221，並且每凹槽322具有凹槽內表面3222以及凹槽空腔3223。當上蓋31接合於下蓋32時，管體空腔3121、基板空腔3111以及凹槽空腔3223形成密閉氣腔33。值得注意的是，在本具體實施例中，下蓋32的凹槽322的形狀為正方形，但於實際應用中不限於此，凹槽322的形狀以及數量皆可根據需求 而設計。

請一併參閱圖1以及圖3。圖3係繪示本發明另一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件A’的結構剖面示意圖。如圖3所示，本具體實施例之具散熱封裝之積體電路元件A’與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例進一步包含半開放殼體4。其中，半開放殼體4具有輸入口41以及輸出口42，半開放殼體4耦合於三維蒸氣腔元件3之下蓋32而形成熱交換腔體43，使得上蓋31設置於熱交換腔體43中，以及輸入口41以及輸出口42連通熱交換腔體43。另外，在另一具體實施例中，輸入口41及輸出口42亦可設置於半開放殼體4的同一面。此外，本具體實施例中的具散熱封裝之積體電路元件A’，可藉由半開放殼體4的接合端44與三維蒸氣腔元件3之下蓋32之下內表面323接合，並利用螺絲45將接合端44與下蓋32拴緊固定，亦可利用攪拌摩擦焊接使半開放殼體4耦合於三維蒸氣腔元件3形成熱交換腔體43。但實際應用上，半開放殼體4與三維蒸氣腔元件3接合的方式不限與此。

於本具體實施例中，具散熱封裝之積體電路元件A’的熱交換腔體43、輸入口41以及輸出口42中均設置有冷卻液(圖未示)。當具散熱封裝之積體電路元件A’運作時，冷卻液可自輸入口41流至熱交換腔體43中，並且自熱交換腔體43流至輸出口42(如圖3中的箭頭所示)。於實務中，冷卻液可為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者，但不限於此，冷卻液也可為其他具有吸熱且帶走熱能的流體。

請一併參閱圖1至圖4。圖4係根據圖3的散熱鰭片6的結構示意圖。如圖1至圖3所示，三維蒸氣腔元件3另包含有複數個散熱鰭片6，管體312另具有冷凝端3124，散熱鰭片6耦接管體312之冷凝端3124。在本具體 實施例中，三維蒸氣腔元件3包含有複數個散熱鰭片6設置於管體312上，管體312具有冷凝端3124。散熱鰭片6耦接管體312之冷凝端3124。散熱鰭片6具有孔洞61以及凸出結構62。孔洞61的直徑可等於或略小於管體312的直徑，以使散熱鰭片6可以透過孔洞61穿設置在管體312之冷凝端3124。並且凸出結構62環設於孔洞61的邊緣處。此外，當複數個散熱鰭片6設置於管體312上時，位於上層的散熱鰭片6的凸出結構62可抵住下層的散熱鰭片6，使得複數個散熱鰭片6能夠維持一定的間距排列。於實際應用中，散熱鰭片6的數量以及凸出結構62的長度皆可根據需求而設計。

如圖1及圖2所示，於本具體實施例中，具散熱封裝之積體電路元件A運作過程中，當氣相工作流體中的熱能傳導至管體312後，熱能可自管體外表面3125傳導至散熱鰭片6，並藉由風冷技術將熱能帶走以進行散熱。另外，如圖3所示，本具體實施例中的具散熱封裝之積體電路元件A’則是將傳導至散熱鰭片6的熱能，藉由液冷技術將熱能帶走以進行散熱，並且藉由設置於管體312的散熱鰭片6，增加冷凝端3124與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率。

此外，如圖4所示，散熱鰭片6具有複數個擾流結構63，擾流結構63具有擾流片631以及擾流片開口632。請一併參考圖3以及圖4。於實際應用中，當具散熱封裝之積體電路元件A’帶走位於冷凝端3124的熱能時，自輸入口41輸入至熱交換腔體43的冷卻液，藉由擾流結構63在熱交換腔體43中產生混流，以增加與熱交換腔體43中冷卻液的熱交換效率，進而提升整體散熱效率。值得注意的是，在本具體實施例中，散熱鰭片6上的擾流結構63的擾流片631以及擾流片開口632的形狀為三角形，但於實際應用 中不限於此。於實際應用中，擾流結構63的形狀以及數量可根據需求而設計。

再者，如圖1至圖3所示，本具體實施例之三維蒸氣腔元件3包含有多孔隙毛細結構7。三維蒸氣腔元件3的下蓋32另具有下內表面323，多孔隙毛細結構7連續設置於上內表面3114、下內表面323、管體內表面3122、凹槽肋壁3220之肋壁表面3221以及凹槽內表面3222上。於實務中，多孔隙毛細結構7之設置可以利用含銅粉末預先鋪置於管體內表面3122、上內表面3114、下內表面323、肋壁表面3221以及凹槽內表面3222上，並當散熱鰭片6接合於管體312之冷凝端3124上後，同時利用同一燒結製程以使多孔隙毛細結構7連續設置於管體內表面3122、上內表面3114、下內表面323、肋壁表面3221以及凹槽內表面3222，以及散熱鰭片6耦接管體312之冷凝端3124。但實際應用中不限於此。於實務上，多孔隙毛細結構7可藉由含銅粉末經燒結以及由漿料經烘乾、裂解、燒結過程而形成。

本具體實施例的三維蒸氣腔元件3藉由下蓋32具有的複數個凹槽322，縮短位於下蓋32的多孔隙毛細結構7與晶片2間的熱傳導距離，降低了晶片2的熱能傳導至下蓋32的熱阻。藉由三維蒸氣腔元件3具有完整且連續的多孔隙毛細結構7，使管體312的冷凝端3124中的多孔隙毛細結構7中的液相工作流體能夠順利且快速地回流至下蓋32吸熱端的多孔隙毛細結構7中，使得三維蒸氣腔元件3中的兩相流循環順暢，進而提升導熱及散熱效率。

此外，如圖3所示，當本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件A’運作時，接觸晶片2的下凹槽321之下凹槽表面3211會吸取熱源所 產生的熱能。此時，位於凹槽內表面3222的多孔隙毛細結構7中的液相工作流體會吸取晶片2產生的熱能而轉變為氣相工作流體，並且氣相工作流體將熱能帶至管體312之冷凝端3124，再與熱交換腔體43中的冷卻液進行熱交換，自半開放殼體4的輸入口41流入的冷卻液將會從冷凝端3124吸取熱能。此時，三維蒸氣腔元件3中的氣相工作流體在冷凝端3124轉變為液相工作流體，並且液相工作流體再藉由多孔隙毛細結構7回流至下蓋32之下內表面323上的多孔隙毛細結構7。接著，吸收熱能的冷卻液再從半開放殼體4輸出口42流出，以帶走晶片2產生的熱能進而達到散熱的功能。因此，本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件A’可透過三維蒸氣腔元件3的冷凝端3124直接與熱交換腔體43的冷卻液進行熱交換，進而提升散熱效率。

請一併參考圖3以及圖5。圖5係繪示本發明又一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件B的結構剖面示意圖。如圖5所示，本具體實施例之具散熱封裝之積體電路元件B與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例中的三維蒸氣腔元件3’與半開放殼體4’的耦合係藉由黏合、焊接以及攪拌摩擦焊接等方式與將三維蒸氣腔元件3’之下蓋32’與半開放殼體4’進行封合。其中，三維蒸氣腔元件3’之下蓋32’的長度可等於或略小於半開放殼體4’的寬度，使半開放殼體4’與三維蒸氣腔元件3’形成封合式的具散熱封裝之積體電路元件B。請注意，本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件B，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。此外，於實際應用上，三維蒸氣腔元件3’之下蓋32’的長度、半開放殼體4’的寬度以及三維蒸氣腔元件3’與半開放殼體4’的耦合方式不限於此。

請一併參考圖3以及圖6。圖6係繪示本發明再一具體實施例 的具散熱封裝之積體電路元件C的結構剖面示意圖。如圖6所示，本具體實施例之具散熱封裝之積體電路元件C與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例中的電路基板1”的長度可等於或略大於三維蒸氣腔元件3”之下蓋32”的長度。再者，於實際應用中，電路基板1”可以是球柵陣列封裝(Ball grid array,BGA)基板，而電路基板1”之下基板表面13”上設有複數個銲球131”；電路基板1”也可以是插針網格陣列(Pin grid array,PGA)基板，而電路基板1”之下基板表面13”上設有複數個銲針(圖未示)。請注意，本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件C，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。於實際應用上，電路基板的長度、種類可依據使用者需求進行調整。因此本發明之具散熱封裝之積體電路元件可應用於各式不同大小的電路基板中。

本發明的具散熱封裝之積體電路元件除了可為前述的樣態之外，也可為其他樣態。請參考圖7。圖7係繪示本發明再一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件D的結構剖面示意圖。本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件D包含電路基板1'''、複數個晶片2'''、多重三維蒸氣腔元件3'''以及半開放殼體4'''。電路基板1'''具有上基板表面11'''。複數個晶片2'''設置於電路基板1'''之上基板表面11'''，每一晶片2'''具有晶片表面21'''。多重三維蒸氣腔元件3'''包含複數個上蓋31'''以及單一下蓋32'''。每一上蓋31'''包含有基板311'''與管體312'''。基板311'''具有基板空腔3111'''、開口3112'''、上外表面3113'''以及上內表面3114'''。管體312'''具有管體空腔3121'''以及管體內表面3122'''。管體312'''設於上外表面3113'''並位於開口3112'''之上且自上外表面3113'''向外突出。下蓋32'''相對於上蓋31'''，具有 複數個下凹槽321'''。每一下凹槽321'''具有下凹槽表面3211'''。當每一上蓋31'''接合於下蓋32'''時，相對應之管體空腔3121'''以及基板空腔3111'''各自形成密閉氣腔33'''。每一下凹槽321'''用以容置設晶片2'''。每一晶片2'''之晶片表面21'''與每一下凹槽321'''之下凹槽表面3211'''相接觸。

此外，本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件D，可以進一步包含半開放殼體4'''具有輸入口41'''以及輸出口42'''。半開放殼體4'''耦合於三維蒸氣腔元件3'''之下蓋32'''而形成熱交換腔體43'''。使得上蓋31'''設置於熱交換腔體43'''中。輸入口41'''以及輸出口42'''連通熱交換腔體43'''。

如圖7所示，本具體實施例之具散熱封裝之積體電路元件D包與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例中透過三維蒸氣腔元件3'''中的複數個上蓋31”耦合同一個下蓋32'''，可以分別接觸電路基板1'''上的複數個不同的晶片2'''，並且於同一個熱交換腔體43'''中進行熱交換。於實務上，三維蒸氣腔元件3'''中的複數個上蓋31'''可以經併排以及其他方式排列而設置於同一個熱交換腔體43'''中。其中，可藉由半開放殼體4'''的接合端44'''與下蓋32'''接合，並利用螺絲45'''將接合端44'''與下蓋32'''拴緊固定，亦可利用焊接、黏合以及攪拌摩擦焊接使半開放殼體4'''耦合於三維蒸氣腔元件3'''形成熱交換腔體43'''。但實際應用上，半開放殼體4'''與三維蒸氣腔元件3'''接合的方式不限與此。

此外，當具散熱封裝之積體電路元件D運作時，冷卻液可自輸入口41'''流至熱交換腔體43'''中，經由不同上蓋31'''，帶走位於不同上蓋31”的冷凝端3124'''的熱能，並且自熱交換腔體43'''流至輸出口42'''(如圖7 中的箭頭所示)。於實際應用中，上蓋31'''的數量以及排列方式可根據需求而設計。請注意，本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件D，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。因此，本發明的具散熱封裝之積體電路元件D也可透過三維蒸氣腔元件中複數個上蓋耦合於同一個下蓋，分別接觸多個熱源亦或是同一個熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，進而提升具散熱封裝之積體電路元件整體的散熱效率。再者，於另一實施例中(圖未示)，具散熱封裝之積體電路元件可不包含半開放殼體4'''以及設置於熱交換腔體43'''、輸入口41'''及輸出口42'''中的冷卻液。於實際應用中，本具體實施例可透過風冷技術以進行散熱。

請一併參考圖7以及圖8。圖8係繪示本發明再一具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件E的結構剖面示意圖。本具體實施例之具散熱封裝之積體電路元件E與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例中的三維蒸氣腔元件3''''包含單一下蓋3'''''並且相對於複數個上蓋31''''，僅具有單一個下凹槽321''''。於實務上，當電路基板1''''未能完全緊密貼合於下蓋32''''之下凹槽321''''時，可使用導熱膠填充電路基板1''''與下凹槽321''''之間的空隙，使電路基板1''''與下凹槽321''''更加緊密貼合，減少因接觸熱阻所影響的熱傳導效能。此外，三維蒸氣腔元件3''''之下蓋32''''的長度可等於或略小於半開放殼體4''''的寬度，使半開放殼體4''''與三維蒸氣腔元件3''''形成封合式的具散熱封裝之積體電路元件E。於另一實施例中(圖未示)，電路基板1''''的長度可等於或略大於三維蒸氣腔元件3''''之下蓋32''''的長度。於實際應用上，電路基板的長度、種類可依據使用者需求進行調整。因此本發明之具散熱封裝之積體電路元件可應用於各式不同大小的電路基 板中。請注意，本具體實施例的具散熱封裝之積體電路元件E，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。

綜上所述，本發明提供一種將晶片及電路基板與散熱元件整合為一體之具散熱封裝之積體電路元件，利用將晶片之晶片表面接觸三維蒸氣腔元件之下蓋的下凹槽表面，藉由透過具兩相流循環的三維蒸氣腔元件的冷凝端直接與熱交換腔體中的冷卻液體接觸進行熱交換，減少習知IC封裝技術晶芯與散熱器之間熱傳導的層層熱阻，進而提升本發明具散熱封裝之積體電路元件之散熱效率。此外，本發明具散熱封裝之積體電路元件可利用將設有晶片之電路基板透過螺絲而固定於殼體之下殼體表面上，藉由螺絲可增加晶片與三維蒸氣腔元件之下蓋之下凹槽表面的接觸壓力，進而減少接觸熱阻以提高積體電路元件之散熱效率。並且，本發明的具散熱封裝之積體電路元件的三維蒸氣腔元件藉由下蓋具有的複數個凹槽，在兼顧下蓋結構強度的情況下，透過縮短位於下蓋的多孔隙毛細結構與熱源的熱傳導距離，以降低熱源的熱能傳導至下蓋下內表面上多孔隙毛細結構的熱阻，進而提升熱傳導效率。再者，本發明的具散熱封裝之積體電路元件可藉由設置於管體的散熱鰭片，以增加冷凝端與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率；以及透過設置於散熱鰭片上的擾流結構在熱交換腔體中產生混流，以增加與熱交換腔體中冷卻液的熱交換效率，進而提升整體散熱效率。此外，本發明的具散熱封裝之積體電路元件也可透過三維蒸氣腔元件中複數個上蓋耦合於同一個下蓋，分別接觸多個熱源或是同一個熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，進而提升本發明整體的散熱效率。相較習知技術，本發明的具散熱封裝之積體電路元件，將晶片及電路基板 與散熱元件整合為一體，以減少積體電路元件與散熱器之間多餘的介面及熱阻，進以提升整體具散熱封裝之積體電路元件的散熱效率。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

A’:具散熱封裝之積體電路元件

1:電路基板

11:上基板表面

12:鎖固孔

2:晶片

21:晶片表面

3:三維蒸氣腔元件

31:上蓋

311:基板

3111:基板空腔

3112:開口

3113:上外表面

3114:上內表面

312:管體

3121:管體空腔

3122:管體內表面

3124:冷凝端

32:下蓋

321:下凹槽

3211:下凹槽表面

323:下內表面

33:密閉氣腔

4:半開放殼體

41:輸入口

42:輸出口

43:熱交換腔體

44:接合端

45:螺絲

6:散熱鰭片

7:多孔隙毛細結構

Claims (9)

1. 一種具散熱封裝之積體電路元件，包含有：一電路基板，具有一上基板表面；一晶片，設置於該電路基板之該上基板表面，該晶片具有一晶片表面；以及一三維蒸氣腔元件，包含有：一上蓋，包含有一基板與一管體，該基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面，該管體具有一管體空腔以及一管體內表面，該管體設於該上外表面並位於該開口之上且自該上外表面向外突出；以及一下蓋，相對於該上蓋，具有一下內表面、複數個凹槽以及一下凹槽，該等凹槽設置於該下內表面上並且對應該上蓋，該下凹槽設置於相對於該下內表面的另一表面上並且具有一下凹槽表面，該等凹槽之間形成一凹槽肋壁，該凹槽肋壁具有一肋壁表面，並且每一凹槽具有一凹槽內表面以及一凹槽空腔，當該上蓋接合於該下蓋時，該管體空腔以及該基板空腔形成一密閉氣腔，以及該下凹槽用以容置該晶片，該晶片之該晶片表面與該下凹槽之該下凹槽表面相接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具散熱封裝之積體電路元件，另包含有一半開放殼體，具有一輸入口以及一輸出口，該半開放殼體耦合於該三維蒸氣腔元件之該下蓋而形成一熱交換腔體，使得該上蓋設置於該熱交換腔體中，以及該輸入口以及該輸出口連通該熱交換腔體，該下凹槽用以 容置設有該晶片之該電路基板，該電路基板具有複數個鎖固孔，藉由複數個螺絲將設有該晶片之該電路基板鎖固於該下凹槽之該下凹槽表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具散熱封裝之積體電路元件，其中於該熱交換腔體、該輸入口以及該輸出口中均設置有一冷卻液，以及該冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具散熱封裝之積體電路元件，另包含有一多孔隙毛細結構，該多孔隙毛細結構連續設置於該上內表面、該下內表面、該管體內表面、該凹槽肋壁之該肋壁表面以及該等凹槽內表面上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具散熱封裝之積體電路元件，其中該三維蒸氣腔元件另包含有複數個散熱鰭片，該管體另具有一冷凝端，該等散熱鰭片耦接該管體之該冷凝端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具散熱封裝之積體電路元件，其中該多孔隙毛細結構之設置可以利用一含銅粉末預先鋪置於該管體內表面、該上內表面、該下內表面、該肋壁表面以及該等凹槽內表面上，並當該散熱鰭片接合於該管體之該冷凝端上後，同時利用同一燒結製程以使該多孔隙毛細結構連續設置於該管體內表面、該上內表面、該下內表面、該肋壁表面以及該等凹槽內表面，以及該等散熱鰭片耦接該管體之該冷凝端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具散熱封裝之積體電路元件，其中該管體另具有一頂端，該頂端具有一注口封合結構。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具散熱封裝之積體電路元件，其中該注口封合結構是由預先設置於該頂端之一液注口，經由該液注口以將一工作流體注入於該密閉氣腔中之後，並封合該液注口所形成。
9. 一種具封裝之積體電路元件，包含有：一電路基板，具有一上基板表面；複數個晶片，設置於該電路基板之該上基板表面，每一晶片具有一晶片表面；以及一多重三維蒸氣腔元件，包含有：複數個上蓋，每一上蓋包含有一基板與一管體，該基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面，該管體具有一管體空腔以及一管體內表面，該管體設於該上外表面並位於該開口之上且自該上外表面向外突出；以及一下蓋，相對於該等上蓋，具有一下內表面、複數個凹槽以及複數個下凹槽，該等凹槽設置於該下內表面上並且對應該等上蓋，該等下凹槽設置於相對於該下內表面的另一表面上並且每一下凹槽具有一下凹槽表面，該等凹槽之間形成一凹槽肋壁，該凹槽肋壁具有一肋壁表面，並且每一凹槽具有一凹槽內表面以及一凹槽空腔，當該等上蓋接合於該下蓋時，相對應之該管體空腔以及該基板空腔各自形成一密閉氣腔，以及該等下凹槽分別用以容置設有該等晶片，每一晶片之該晶片表面與該下凹槽之每一該下凹槽表面相接觸。

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