热管控微流道LTCC-M封装基板及其制造方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115064502A(43)申请公布日2022.09.16(21)申请号202210547703.0(22)申请日2022.05.18(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人海洋鲁聪(51)Int.Cl.H01L23/13(2006.01)H01L23/14(2006.01)H01L23/473(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称热管控微流道LTCC-M封装基板及其制造方法(57)摘要本发明公开的一种热管控微流道LTCC‑M封装基板，散热均匀，对流热换效率高，能有效提升散热能力，降低散热通道热阻，本发明通过下述技术方案予以实现：在热源的下方金属层的LTCC衬底中内嵌芯片的芯片传热通道，在所述芯片传热通道的下方的热通道方向上，设置道金属层热换流道复合为一体的水平对流热换且直线平行并列在金属结构盲腔中的多层微流道单元，固联在梯度功能FGM材料界面隔离层且内嵌于LTCC陶瓷层腔体中的阵列导热金属微柱，从而形成金属层热换流道通过FGM材料界面隔离层梯度热换功能界面‑阵列金属微柱‑多层微流道单元‑LTCC陶瓷层陶瓷界面‑层层互联，液冷流道、传热通道热界面对流热换的热管控单元。CN115064502ACN115064502A权利要求书1/3页1.一种热管控微流道LTCC‑M封装基板，包括：设置在LTCC/金属复合基板(1)面上的热源(4)、金属层(3)和位于热源(4)两边的入口及出口，连通所述入口及出口的水泵流道(2)，向下垂直连通入口及出口并与水泵管路形成双向垂直平行循环微流道的微流道拓扑结构，其特征在于：在热源(4)的下方金属层(3)的LTCC衬底中设有内嵌芯片的芯片传热通道(5)，并且在所述芯片传热通道(5)的下方设有与双向平行多层微流道(8)之间的热通道方向上，设有道金属层(3)热换流道复合为一体的水平对流热换且直线平行并列在金属结构盲腔中的多层微流道单元(8)，固联在梯度功能FGM材料界面隔离层(6)且内嵌于LTCC陶瓷层(9)腔体中的阵列导热金属微柱(7)，从而形成金属层(3)热换流道通过FGM材料界面隔离层(6)梯度热换功能界面‑阵列金属微柱(7)‑多层微流道单元(8)‑LTCC陶瓷层(9)陶瓷界面‑层层互联，液冷流道、传热通道热界面对流热换的热管控单元。2.如权利要求1所述的热管控微流道LTCC‑M封装基板，其特征在于：热源()4产生的热量转移，部分集成在金属层()3腔体中的无源元件及芯片借助LTCC盲腔制造中填入的“FGM嵌件”，将LTCC基板上表面热芯片热载荷用来模拟需要散热的热源，通过分子尺度上的扩散相互融合，形成无缝的物体和连续渐变纤维素基材料在界面处分配应力的流变特性，利用高对比度和多维刚度梯度得到多层微流道单元8的热流密度梯度信息；流体从入口流入，沿路经并行支流道分流出口处的主流道，从出口流出。3.如权利要求1所述的热管控微流道LTCC‑M封装基板，其特征在于：液冷流道冷流在对流热换中，发热芯片及LTCC的热扩散散热通过流过内嵌在FGM材料界面隔离层()6下方的阵列导热金属微柱()7来进行热传导，芯片产生的热量通过金属层()3对流热换流急速冷却及阵列导热金属微柱()7下方盲腔中的多层微流道单元()8并列流道快速、高效传递至液冷通道内，通过外界的热交换系统进行散热。4.如权利要求1所述的热管控微流道LTCC‑M封装基板，其特征在于：金属层()3的宽边方向制有金属微结构的热换流道，热换流道沿金属层3的宽边方向平行阵列。5.如权利要求1所述的热管控微流道LTCC‑M封装基板，其特征在于：LTCC陶瓷层()9的阵列导热金属微柱()7采用金浆料制作，参数以及分布设计等距间隔节距排列的矩阵排列，或以b为第边，c为腰的等腰三角形，并按45度交叉排列的点状阵列排列矩阵，以及点状线阵间隔形成点状等腰三角形交错混合排列分布的点状阵列排列矩阵。6.如权利要求1所述的热管控微流道LTCC‑M封装基板，其特征在于：按照新型LTCC基板开孔工艺和温度梯度分布设计LTCC基板，热源芯片放置于基板上表面，在基板表面保留四层生瓷片，采用25层生瓷片烧结而成，其中1‑4层生瓷片是实心层，主要是埋置一些无源器件和有源器件，5‑17是流道层，18‑25是出入口调整层，LTCC基板烧结后，LTCC尺寸：长宽WL≥60mm，厚度H≥8mm，其流道层的每层厚度为≥200um。7.如权利要求1所述的热管控微流道LTCC‑M封装基板，其特征在于：微流道结构采用ANSYS软件对直插型微流道、阿基米德矩形的螺旋型微流道、蛇型曲线微流道、H型和树型微流道六种常见结构的单层微流道进行建模和仿真，根据不同芯片功率下的不