作者:Peter Singer

　　事實上，如果使用過筆記本電腦的人都知道芯片能夠產生驚人的熱量。半導體行業主要的挑戰之一是如何對芯片、電路板和系統進行散熱。

　　今天，微處理器主要是采用倒裝芯片法封裝的，其散熱的主要模式是通過一個熱沉/散熱器從硅的背面進行。利用導熱凝膠或環氧樹脂使散熱器與芯片的背部粘合成一個整體。

　　然而，根據國際半導體技術發展藍圖(ITRS)的估計，到2018年，高性能的芯片能夠產生100 W/cm2的功率密度。利用傳統的IC封裝技術沒有可制造的解決辦法排除如此高的熱通量。

　　最近在Burlingame舉行的國際互連技術會議(IITC)上提出了一個令人關注的新選擇，即在晶圓上通過向微流通道及熱管輸送冷卻劑的方法散熱，并把這一結構看作晶圓級封裝互連的一部分。這種技術同CMOS和倒裝芯片技術是兼容的，并且小型簡單。

　　這種工藝是在對晶圓上芯片的互連系統進行后道加工（BEOL）之后，在將晶圓切割成單個芯片之前進行的。在晶圓背部蝕刻深溝槽并填充犧牲聚合物，然后覆蓋上一種多孔材料（如圖所示）。

　　當晶圓被加熱時，犧牲聚合物分解并形成封閉的微通道。第二層涂層用于增強機械強度和密封性。這個涂層可以是一個旋涂聚合物層，一種高質量的SiO2薄膜或是一種電鍍金屬片。然后用一種標準的C4工藝在晶圓上形成焊接凸點。

　　芯片通孔和聚合物“管道”用作引入和引出，在晶圓正面由光可成像聚合物的厚層形成。聚合物通道應與引入/引出孔對準，然后管道內部的鈍化層被刻蝕從而使流體循環。

　　清潔和干燥之后，準備切割晶圓。將最終的倒裝芯片安裝在一個液體冷卻的PWB襯底上，一起裝入微流通道并通過集成或外用泵對流體循環提供動力。采用傳統的底部填充法實現密封結構。

　　研究組研究了兩種不同的帶有多路引入/引出結構的通道陣列設計，從而通過冷卻系統測出壓降并評估散熱能力。第一個設計有51個并聯通道并且每3個通道共用一組引入/引出孔。在第二個設計里，通道是一種蛇形彎曲的形狀，從而獲得更均勻的溫度梯度。

　　由于兩種設計的整體熱交換區域是一樣的，所以對于某種冷卻液體的整體流速來說，它們的散熱能力是相同的。研究人員們說，采用去離子水可以散除100 W/cm2熱通量，引入和引出之間的溫度差為60℃時，要求最低的整體流速為0.4 cc/sec。研究人員們得出的結論是采用壓降小于2個大氣壓，將有可能排除100 W/cm2的熱通量。