作者:Peter Singer

　　事实上，如果使用过笔记本电脑的人都知道芯片能够产生惊人的热量。半导体行业主要的挑战之一是如何对芯片、电路板和系统进行散热。

　　今天，微处理器主要是采用倒装芯片法封装的，其散热的主要模式是通过一个热沉/散热器从硅的背面进行。利用导热凝胶或环氧树脂使散热器与芯片的背部粘合成一个整体。

　　然而，根据国际半导体技术发展蓝图(ITRS)的估计，到2018年，高性能的芯片能够产生100 W/cm2的功率密度。利用传统的IC封装技术没有可制造的解决办法排除如此高的热通量。

　　最近在Burlingame举行的国际互连技术会议(IITC)上提出了一个令人关注的新选择，即在晶圆上通过向微流通道及热管输送冷却剂的方法散热，并把这一结构看作晶圆级封装互连的一部分。这种技术同CMOS和倒装芯片技术是兼容的，并且小型简单。

　　这种工艺是在对晶圆上芯片的互连系统进行后道加工（BEOL）之后，在将晶圆切割成单个芯片之前进行的。在晶圆背部蚀刻深沟槽并填充牺牲聚合物，然后覆盖上一种多孔材料（如图所示）。

　　当晶圆被加热时，牺牲聚合物分解并形成封闭的微通道。第二层涂层用于增强机械强度和密封性。这个涂层可以是一个旋涂聚合物层，一种高质量的SiO2薄膜或是一种电镀金属片。然后用一种标准的C4工艺在晶圆上形成焊接凸点。

　　芯片通孔和聚合物“管道”用作引入和引出，在晶圆正面由光可成像聚合物的厚层形成。聚合物通道应与引入/引出孔对准，然后管道内部的钝化层被刻蚀从而使流体循环。

　　清洁和干燥之后，准备切割晶圆。将最终的倒装芯片安装在一个液体冷却的PWB衬底上，一起装入微流通道并通过集成或外用泵对流体循环提供动力。采用传统的底部填充法实现密封结构。

　　研究组研究了两种不同的带有多路引入/引出结构的通道阵列设计，从而通过冷却系统测出压降并评估散热能力。第一个设计有51个并联通道并且每3个通道共用一组引入/引出孔。在第二个设计里，通道是一种蛇形弯曲的形状，从而获得更均匀的温度梯度。

　　由于两种设计的整体热交换区域是一样的，所以对于某种冷却液体的整体流速来说，它们的散热能力是相同的。研究人员们说，采用去离子水可以散除100 W/cm2热通量，引入和引出之间的温度差为60℃时，要求最低的整体流速为0.4 cc/sec。研究人员们得出的结论是采用压降小于2个大气压，将有可能排除100 W/cm2的热通量。