[实用新型]基于阵列微喷结构的一体化散热封装结构

说明书

本实用新型公开了一种基于阵列微喷结构的一体化散热封装结构，包括CPU、转接板和壳体，转接板装配于壳体内，CPU设于转接板的封装区之上并与转接板封闭连接；转接板设有第一输入微流道、第二输入微流道、第三输入微流道和输出微流道，转接板的封装区内设有若干水平平行槽道，水平平行槽道的两端分别与第一输入微流道和输出微流道导通，水平平行槽道之内设有垂直阵列喷嘴，垂直阵列喷嘴于垂直方向上与第二输入微流道和第三输入微流道导通。本实用新型通过于转接板上同时设置平行直通式槽道与垂直阵列微喷结构实现扰流，有效提高散热能力的同时降低转接板与CPU的键合工艺难度，提高CPU的机械强度。

技术领域

本实用新型涉及微电子封装领域，更具体的涉及一种基于阵列微喷结构的一体化散热封装结构。

背景技术

随着信息时代的不断更迭，半导体行业的发展取得了显著的进展，面对日益增加的高性能和高集成度的需求，晶体管的不断小型化伴随着热流密度的急剧上升。高功率CPU作为现代计算机的核心部件，具有面积大、热流密度大的特点，若CPU的运行温度不能及时降低，其性能将大幅下降。当前已有的冷却方式有风冷散热，热管散热以及一体式水冷散热等。然而随着高功率CPU小型集成化发展，热流密度不断升高，散热问题依然成为高功率CPU应用发展亟需解决的问题。

为了满足高功率CPU的散热需求，微流道散热技术作为一种主动散热技术，具有极高的散热能力。1981年，美国斯坦福大学提出平行直通式硅基微流道散热结构，展示了790W/cm²的散热能力，最优热阻值为0.09℃/W。2011年，美国佐治亚理工学院提出了一种集成交错圆柱扰流式微通道结构的三维集成系统概念，实现单层或多层微流道分层散热。在流速为70mL/min条件下，可以使100W/cm²功率密度的测试芯片的温度降低至47.9℃。2017年，IMEC针对高性能应用，引入了一种基于低成本制造技术的新型3D形状的聚合物多喷嘴冲击冷却器，旨在直接冷却高性能芯片或芯片堆叠的背面。使用PVC机械加工制造了直径为450μm的4×4阵列射流冲击冷却器，并将其与测试芯片封装进行实验表征。结果表明，对于600mL/min的流量，所需的泵浦功率仅为0.4W，其热阻非常低，为0.25K/W，并且整个芯片表面具有良好的温度均匀性。

上述方案中，平行直通式微流道具有结构简单，流阻小，易于装配实现但散热效率低等特点。交错圆柱扰流式微通道散热效率高，但其流阻较大，对封装要求高，若采用开放的扰流柱式微流道与高功率CPU键合，键合工艺难度高。采用阵列微喷结构实现冷却的方法由于没有热界面材料，因此散热效率高，可使冷却表面温度分布均匀，但该结构流阻大。目标冷却芯片与阵列微喷结构的散热器键合暴露出的空腔结构，由于冷却工质的垂直喷射，存在应力变形问题，机械结构强度面临风险大，可能导致高功率CPU性能退化与可靠性下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于阵列微喷结构的一体化散热封装结构。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案为：

一种基于阵列微喷结构的一体化散热封装结构，包括CPU、转接板和壳体，所述转接板装配于所述壳体内，所述转接板的上表面具有封装区，所述CPU设于所述封装区之上并与所述转接板封闭连接；所述转接板的体内设有分别沿垂直方向延伸的第一输入微流道、第二输入微流道、第三输入微流道和输出微流道，所述转接板的封装区内设有第一导流结构和若干水平平行槽道，所述水平平行槽道的两端分别通过所述第一导流结构与所述第一输入微流道和所述输出微流道导通，所述水平平行槽道之内设有垂直阵列喷嘴，所述垂直阵列喷嘴于垂直方向上与所述第二输入微流道和第三输入微流道导通；所述壳体设有分别与所述第一输入微流道、第二输入微流道、第三输入微流道和输出微流道导通的流道。

可选的，所述第一输入微流道于所述转接板的上表面设有第一出口，于所述转接板的下表面设有第一入口；所述输出微流道于所述转接板的上表面设有输出入口，于所述转接板的下表面设有输出出口；所述水平平行槽道的两端分别通过所述第一导流结构与所述第一出口和输出入口导通。