[发明专利]带有层间复杂微通道流体冷却的3D‑IC

摘要

带有层间复杂微通道液体冷却的3D‑IC，属于3D‑IC微电子散热技术领域。包括依次叠层封装在一起的密封片、带有复杂微通道的芯片层、连接层；密封片上开有与外部管路连接的流体入口、流体出口；芯片层包括连接上下层的流体的通孔TSFV、背面刻蚀复杂微通道、正面布置电路层或微电子元器件。上层不需要TSEV；其他层需要。本发明采用复杂微通道，比于微针肋结构增强了芯片的层间连接强度同时也增大了芯片的强度；TSEV采用钨或钨铜材料，增强了异质材料的热匹配性；连接层的填充材料采用参杂无机纳米颗粒的聚酰亚胺复合薄膜，其增强了热匹配性并增大了导热性。弥补了微通道热沉的应用限制和芯片的温度分布不均匀的缺点。

主权项

一种具有层间复杂微通道流体强制对流冷却的3D‑IC，其特征在于，包括依次叠层封装在一起的密封片(1)、带有复杂微通道的芯片层、连接层(3)；密封片(1)上开有与外部管路连接的流体入口(4)、流体出口(5)；带有复杂微通道的芯片层分为带有复杂微通道的上层芯片层(2.1)、带有复杂微通道的中间芯片层(2.2)、带带有复杂微通道的底层芯片层(2.3)；定义靠近密封片(1)的一面为芯片层的背面，远离的一面为正面；带有复杂微通道的上层芯片层(2.1)背面刻蚀复杂微通道(8)、正面布置电路层或微电子元器件(6)，复杂微通道(8)左右两侧设有通孔TSFV(7),通孔TSFV(7)与上层芯片层(2.1)的复杂微通道相连通，上层芯片层(2.1)不需要TSEV(9)；带有复杂微通道的中间芯片层(2.2)背面刻蚀复杂微通道(8)、正面布置电路层或微电子元器件(6)，复杂微通道(8)左右两侧设有通孔TSFV(7),通孔TSFV(7)与中间芯片层(2.2)的复杂微通道相连通，复杂微通道(8)肋上设有连接上下层电的硅穿孔电连接TSEV(9)；带有复杂微通道的底层芯片层(2.3)背面刻蚀复杂微通道(8)、正面布置电路层或微电子元器件(6)，复杂微通道(8)左右两侧设有TSFV(7),TSFV(7)与底层芯片层(2.3)的复杂微通道相连通，复杂微通道(8)肋上设有连接上层电的硅穿孔电连接TSEV(9)，此层芯片的TSFV(7)的刻蚀深度与微通道(8)的深度相同，从而形成底端封闭的TSFV(7)；连接层(3)；上述密封片(1)、带有复杂微通道的芯片层、连接层(3)的位置关系为上下结构，依次为：密封片(1)、上层芯片层(2.1)、连接层(3)、中间芯片层(2.2)、连接层(3)、底层芯片层(2.3)，在底层芯片层(2.3)和上层芯片层(2.1)之间可根据需要设计多层中间芯片层(2.2)，中间均采用连接层(3)连接，上述上层芯片层(2.1)、中间芯片层(2.2)、连接层(3)、底层芯片层(2.3)的两侧的TSFV(7)分别对应叠合，形成左右两个腔体；上层芯片层(2.1)、中间芯片层(2.2)和底层芯片层(2.3)的复杂微通道形成并联并分别与左右两个腔体垂直连通，密封片(1)的流体入口(4)、流体出口(5)分别与两个腔体连通；在带有层间复杂微通道流体冷却的3D‑IC内形成封闭的流体流动循环，流体流经路线为：流体入口(4)、TSFV(7)、复杂微通道(8)、TSFV(7)、流体出口(5)；冷却流体经TSFV(7)后，将均匀分散到各层的复杂结构微通道(8)，将从复杂微通道表面及连接层表面吸收热量，最后从流体出口(5)流出；芯片层(2)采用硅、TSEV(9)采用钨或钨铜、连接层采用的填充材料采用与芯片热膨胀系数匹配的导热性好的掺杂无机纳米颗粒的聚酰亚胺材料；相应的密封片(1)选用硅或玻璃；连接层使用金属材料连接上层芯片与下层芯片层的电路，金属材料连接层将其下面的芯片上的TSEV与上面芯片上的电路或微电子元器件连接，连接层中金属材料之间的间隙采用掺杂无机纳米颗粒的聚酰亚胺进行密封绝缘；复杂微通道是由含有扇形凹槽的长条微结构或由含有三角凹槽的长条微结构错位形成的通道；所述含有扇形凹槽的长条微结构指的是以多个平行的平直长条微结构为基础，任一个平直长条与相邻的平直长条平行相对的两侧面均刻有扇形凹槽，扇形凹槽是凹向平直长条中心轴的，扇形凹槽的高度与平直长条的高度齐平，扇形凹槽任意高度所在的扇面均与平直长条的中心轴平行，扇形凹槽在平直长条的两个侧面错位均匀分散布置，即在同一侧面是扇形凹槽和未刻蚀的直平面交替分布，同一平直长条两侧面的扇形凹槽是交错分布的，即一侧面的扇形凹槽对应另一侧面的未刻蚀的直平面，从总体看形成波浪形状；任意相邻两个含有扇形凹槽的长条微结构之间形成微通道的相对的两侧面是扇形凹槽相对扇形凹槽、未刻蚀的直平面相对未刻蚀的直平面；所述的含有三角凹槽的长条微结构与含有扇形凹槽的长条微结构相同，只是将扇形凹槽替换为三角形凹槽。