热管理监控模块

摘要

本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种热管理监控模块。本发明的热管理监控模块包括：功率芯片，电路基板，散热工质基板，检测单元，报警模块和控制芯片，功率芯片的衬底上设置有蚀微结构；电路基板上设置有两个散热口，两个散热口分别与蚀微结构连通；散热工质基板上设置有进口、出口、进液槽和出液槽，进液槽分别与进口和其中一个散热口连通，出液槽分别与其中另一个散热口和出口连通；检测单元设置于进液槽内；报警模块设置于电路基板上；控制芯片设置于电路基板上，且控制芯片根据检测单元的信号向报警模块发送指令。本发明的热管理监控模块中，能够快速对功率芯片进行散热，同时能够通过检测单元对冷却液的状态进行监测。

权利要求

1.一种热管理监控模块，其特征在于，包括：

功率芯片，所述功率芯片的衬底上设置有蚀微结构；

电路基板，所述电路基板上设置有两个散热口，两个所述散热口分别与所述蚀微结构连通；

散热工质基板，所述散热工质基板上设置有进口、出口、进液槽和出液槽，所述进液槽分别与所述进口和其中一个所述散热口连通，所述出液槽分别与其中另一个所述散热口和所述出口连通；

检测单元，所述检测单元设置于所述进液槽内；

报警模块，所述报警模块设置于所述电路基板上；

控制芯片，所述控制芯片设置于所述电路基板上，且所述控制芯片根据所述检测单元的信号向所述报警模块发送指令。

2.根据权利要求1所述的热管理监控模块，其特征在于，所述检测单元包括传感器组，所述传感器组包括两个传感器，其中一个所述传感器设置于所述进液槽内，其中另一个所述传感器设置于所述出液槽内。

3.根据权利要求2所述的热管理监控模块，其特征在于，所述传感器组为压力传感器组和/或温度传感器组。

4.根据权利要求1或2所述的热管理监控模块，其特征在于，所述检测单元包括成分传感器，所述成分传感器设置于所述进液槽或所述出液槽内。

5.根据权利要求1所述的热管理监控模块，其特征在于，所述检测单元包括流量传感器，所述流量传感器设置于所述进液槽或所述出液槽内。

6.根据权利要求1所述的热管理监控模块，其特征在于，所述蚀微结构包括凹槽，所述凹槽与所述散热口连通。

7.根据权利要求6所述的热管理监控模块，其特征在于，所述蚀微结构还包括凸起，所述凸起设置于所述凹槽内，且所述凸起的底部与所述功率芯片底面齐平。

8.根据权利要求7所述的热管理监控模块，其特征在于，所述凸起的数量为多个，多个所述凸起的均匀布设于所述凹槽内。

9.根据权利要求7所述的热管理监控模块，其特征在于，所述凸起的数量为多个，多个所述凸起之间的截面积不同。

10.根据权利要求1所述的热管理监控模块，其特征在于，所述进液槽和所述出液槽的横截面为矩形、蛇形或梯形。

说明书

热管理监控模块

技术领域

[0001] 本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种热管理监控模块。

背景技术

[0002] 功率芯片是一种高功率密度的半导体工艺器件。功率芯片的局部功率密度往往达2
到5‑10KW/cm ,使功率芯片的工作温度往往大于100℃，高于传统电子器件的工作温度。受限于较高的工作温度，功率芯片的电学特性无法得到有效的发挥，并且功率芯片的可靠性受到很大的影响。据统计，有55％的电子设备失效是因电子芯片温度过高导致的。电子芯片的温度每升高10℃，电子设备的可靠性将降低50％。因此，功率芯片的有效热管理是充分发挥器件潜力的关键。

[0003] 随着功率芯片向更小尺寸、更大功率和智能化方向的发展，对功率芯片工况下的稳定性与可靠性需求也日益迫切。由于功率芯片极大的发热量，为保证芯片正常工作，需要配合水冷散热系统。

[0004] 综上所述，现有的电子设备中芯片的散热的结构设计复杂且无法进行监测。

发明内容

[0005] 本发明的目的是至少解决现有的电子设备中芯片的散热的结构设计复杂且无法进行监测的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

[0006] 本发明提出了一种热管理监控模块，其中，所述方法包括：

[0007] 功率芯片，所述功率芯片的衬底上设置有蚀微结构；

[0008] 电路基板，所述电路基板上设置有两个散热口，两个所述散热口分别与所述蚀微结构连通；

[0009] 散热工质基板，所述散热工质基板上设置有进口、出口、进液槽和出液槽，所述进液槽分别与所述进口和其中一个所述散热口连通，所述出液槽分别与其中另一个所述散热口和所述出口连通；

[0010] 检测单元，所述检测单元设置于所述进液槽内；

[0011] 报警模块，所述报警模块设置于所述电路基板上；

[0012] 控制芯片，所述控制芯片设置于所述电路基板上，且所述控制芯片根据所述检测单元的信号向所述报警模块发送指令。

[0013] 根据本发明的热管理监控模块中，设置散热口、进液槽和出液槽，冷却液通过所述进口进入进液槽内，再通过其中一个所述散热口通入蚀微结构对功率芯片散热口，散热后再通过另一个所述散热口进入到出液槽内。在满足功率芯片电学正常工作的基础上，能够快速对功率芯片进行散热，同时能够通过检测单元对冷却液的状态进行监测，并报警提示使用者。

[0014] 另外，根据本发明的热管理监控模块，还可具有如下附加的技术特征：

[0015] 在本发明的一些实施例中，所述检测单元包括传感器组，所述传感器组包括两个传感器，其中一个所述传感器设置于所述进液槽内，其中另一个所述传感器设置于所述出液槽内。

[0016] 在本发明的一些实施例中，所述传感器组为压力传感器组和/或温度传感器组。

[0017] 在本发明的一些实施例中，所述检测单元包括成分传感器，所述成分传感器设置于所述进液槽或所述出液槽内。

[0018] 在本发明的一些实施例中，所述检测单元包括流量传感器，所述流量传感器设置于所述进液槽或所述出液槽内。

[0019] 在本发明的一些实施例中，所述蚀微结构包括凹槽，所述凹槽与所述散热口连通。

[0020] 在本发明的一些实施例中，所述蚀微结构还包括凸起，所述凸起设置于所述凹槽内，且所述凸起的底部与所述功率芯片底面齐平。

[0021] 在本发明的一些实施例中，所述凸起的数量为多个，多个所述凸起的均匀布设于所述凹槽内。

[0022] 在本发明的一些实施例中，所述凸起的数量为多个，多个所述凸起之间截面积不同。

[0023] 在本发明的一些实施例中，所述进液槽和所述出液槽的横截面为矩形、蛇形或梯形。

附图说明

[0024] 通过阅读下文优选实施例的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

[0025] 图1示意性地示出了根据本发明实施例的热管理监控模块的正面结构示意图；

[0026] 图2为图1中所示的热管理监控模块的俯视图；

[0027] 图3为图1中所示的热管理监控模块的左视图；

[0028] 图4为图1中所示的热管理监控模块的右视图；

[0029] 图5为图2中所示的热管理监控模块的A‑A剖视图；

[0030] 图6示意性地示出了根据本发明实施例的热管理监控模块中第一种蚀微结构的结构示意图；

[0031] 图7为图6中的B‑B方向的剖视图；

[0032] 图8示意性地示出了根据本发明实施例的热管理监控模块中第二种蚀微结构的结构示意图；

[0033] 图9示意性地示出了根据本发明实施例的热管理监控模块中第三种蚀微结构的结构示意图。

[0034] 1：功率芯片；2：电路基板；3：散热工质基板；4：控制芯片；5：报警模块；6：第一传感器；7：进口；8：出口；9：散热口；10：进液槽；11：出液槽；12：第二传感器；

[0035] 31：凹槽；32：凸起。

具体实施方式

[0036] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0037] 应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

[0038] 尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施例的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

[0039] 为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

[0040] 如图1至图5所示，本实施例中的热管理监控模块，其中，包括：功率芯片1，电路基板2，散热工质基板3，检测单元，报警模块5和控制芯片4，功率芯片1的衬底上设置有蚀微结构；电路基板2上设置有两个散热口9，两个散热口9分别与蚀微结构连通；散热工质基板3上设置有进口7、出口8、进液槽10和出液槽11，进液槽10分别与进口7和其中一个散热口9连通，出液槽11分别与其中另一个散热口9和出口8连通；检测单元设置于进液槽10内；报警模块5设置于电路基板2上；控制芯片4设置于电路基板2上，且控制芯片4根据检测单元的信号向报警模块5发送指令。

[0041] 具体地，进液槽10、两个散热口9及出液槽11之间形成散热通道；用于功率芯片1的衬底与流道内的散热工质进行热量交换。

[0042] 电路基板2上设置有射频电路、TSV结构，射频电路与功率芯片1连接，电路基板2与散热工质基板3兼容标准电路加工工艺。且射频电路、TSV结构与进口7、出口8和两个散热口9电学绝缘。

[0043] 电路基板2与散热工质基板3通过粘接方式或焊接方式连接。当功率芯片1结构较复杂或者涉及多个功率芯片1的贴装时，散热工质基板3可设计多层板结构，对散热工质进行分液和汇总。设置多个功率芯片1时，可以根据需求设置一条散热通道或多条散热通道。

[0044] 在本发明的一些实施例中，检测单元包括传感器组，传感器组包括两个传感器，其中一个传感器设置于进液槽10内，其中另一个传感器设置于出液槽11内。

[0045] 即，第一传感器6设置于进液槽10内，第二传感器12设置于出液槽11内，传感器的电学信号通过电路基板2中的垂直信号通孔引入电路基板2正面，由控制芯片4收集传感器。其中一个传感器设置在散热通道的上游即进液槽10内，另一个传感器设置在散热通道的下游即出液槽11内。

[0046] 控制芯片4还可以对收集到的传感器信号进行处理。当功率芯片1或者传感器处于异常状态或者信号超过设计阈值时，向报警模块5发送指令，由报警模块5向使用者发出警示信号。

[0047] 在本发明的一些实施例中，传感器组为压力传感器组和/或温度传感器组。传感器组为压力传感器组和温度传感器组时，在进液槽10内设置有一个压力传感器和一个温度传感器，在出液槽11内设置有一个压力传感器和一个温度传感器。传感器组为压力传感器组时，只在进液槽10内设置有一个压力传感器，在出液槽11内设置有一个压力传感器。同理，传感器组为温度传感器组时，只在进液槽10内设置有一个温度传感器，在出液槽11内设置有一个温度传感器。当两个温度传感器测量的温度阈值超过设定的温度阈值则进行报警，防止温度改变工质内成分的浓度，当压力传感器测量的压力超过压力阈值，说明工质进入较多，会发出警示。

[0048] 在本发明的一些实施例中，检测单元包括成分传感器，成分传感器设置于进液槽10或出液槽11内。

[0049] 具体地，成分传感器测量到成分发生变化与设定值存在差异的时候，会有一个报警信号。

[0050] 在本发明的一些实施例中，检测单元包括流量传感器，流量传感器设置于进液槽10或出液槽11内。

[0051] 流量传感器测量到进液槽10或出液槽11内的流量过低时，控制芯片根据所述检测单元的信号向所述报警模块发送指令，进行报警。

[0052] 如图6至图9所示，在本发明的一些实施例中，蚀微结构包括凹槽31，凹槽31与散热口9连通。

[0053] 具体地，设置凹槽31分别与两个散热口9连通，设置凹槽31便于冷却液从功率芯片1底部通过，对功率芯片1进行散热。功率芯片1工作时产生的热量向凹槽31传导通过衬底处的微流散热结构与散热工质进行热交换，以实现带走热量降低功率芯片1工作温度的目的。
凹槽31设置在功率芯片1的中间部分。

[0054] 在本发明的一些实施例中，蚀微结构还包括凸起32，凸起32设置于凹槽31内，且凸起32的底部与功率芯片1底面齐平。

[0055] 具体地，凸起32的底部与功率芯片1底部齐平，设置凸起32能够增加热交换面积，使散热效果更好。

[0056] 在本发明的一些实施例中，凸起32的数量为多个，多个凸起32的均匀布设于凹槽31内。均匀布设于凹槽31内能够对功率芯片1的散热效果更佳均匀。

[0057] 凸起32的横截面为矩形、圆形或正方形。具体地，也可以是其他形状或三角形或梯形，但是矩形和方形更便于加工。多个凸起32的横截面为矩形时，多个凸起32之间平行设置于凹槽31内。

[0058] 在本发明的一些实施例中，凸起32的数量为多个，多个凸起32之间截面积不同。

[0059] 多个凸起32之间的截面大小不同，多个凸起32也可以为均布排布在凹槽31内或间距不同的排布在凹槽31内。

[0060] 在本发明的一些实施例中，进液槽10和出液槽11的横截面为矩形、蛇形或梯形。

[0061] 散热工质基板3可由硅、陶瓷、亚克力、金属、玻璃等材料构成，进口7处通入散热工质，最后由出口8排出。进液槽10和出液槽11的横截面为蛇形能够增加功率芯片1的散热面积。

[0062] 本发明的热管理监控模块中，将功率芯片1直接贴装在由多层基板叠加的散热结构上，可以将散热工质直接引入功率芯片1底部，减小了功率芯片1的传热路径，散热效果较好。控制芯片4可以对功率芯片1的电学特性进行实时监测，电学特性包括工作电流、工作电压及上述电学参数的变化。同时控制芯片4还可以对收集到的传感器信号进行处理。当功率芯片1或者传感器处于异常状态或者信号超过设计阈值时，向报警模块5发送指令，由报警模块5向使用者发出警示信号。

[0063] 综上，本发明的热管理监控模块中，在满足功率芯片1正常工作的射频电路及TSV结构中，设置散热口9、进液槽10和出液槽11，冷却液通过进口7进入进液槽10内，再通过其中一个散热口9通入蚀微结构对功率芯片1散热，散热后再通过另一个散热口9进入到出液槽11内。在满足功率芯片1电学正常工作的基础上，能够快速对功率芯片1进行散热，同时能够通过检测单元对冷却液的状态进行监测，并报警提示使用者。

[0064] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。