本發(fā)明屬于半導(dǎo)體芯片封裝，具體涉及集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、隨著集成電路的不斷發(fā)展，芯片的集成度和性能不斷提高，同時(shí)芯片的功耗和發(fā)熱量也在不斷增加。傳統(tǒng)的封裝散熱技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足高性能芯片的散熱需求，因此需要開(kāi)發(fā)新的封裝散熱技術(shù)。集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)是一種新型的封裝散熱技術(shù)，它可以有效地提高芯片的散熱性能，從而提高芯片的性能和可靠性。

2、現(xiàn)有的技術(shù)缺少有效的散熱結(jié)構(gòu)，由于芯片與芯片之間僅采用硅脂進(jìn)行導(dǎo)熱，芯片在散熱負(fù)荷較大的情況下，產(chǎn)生的熱量更多，硅脂承受的熱應(yīng)力更多，其性能衰退速度也會(huì)加快，但在芯片堆疊這種密集程度更高的情況下，硅脂需要在溫度較高的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，對(duì)硅脂的質(zhì)量要求更高。

3、因此，需要一種新型的集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)對(duì)上述裝置加以改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有裝置在對(duì)芯片進(jìn)行堆疊封裝時(shí)，芯片之間熱量高度聚集無(wú)法及時(shí)散出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)，包括基板組件，所述基板組件的頂部設(shè)置有芯片組件，所述芯片組件的頂部設(shè)置有散熱組件；

3、散熱組件，所述散熱組件包括第一導(dǎo)熱片、第二導(dǎo)熱片、散熱片、第三導(dǎo)熱片和第一導(dǎo)熱管，所述第一導(dǎo)熱片固定安裝在基板組件的頂部，所述第二導(dǎo)熱片固定安裝在芯片組件的一側(cè)，所述第三導(dǎo)熱片設(shè)置在芯片組件的頂部，所述第三導(dǎo)熱片的頂部設(shè)置有散熱片，所述第一導(dǎo)熱片的頂部固定連接有第一導(dǎo)熱管。

4、進(jìn)一步的，所述基板組件包括基板本體、散熱槽、第一支撐板、第一引腳、第二支撐板、第二引腳和第三引腳，所述基板本體設(shè)置在芯片組件的底部，所述基板本體的頂部開(kāi)設(shè)有散熱槽，所述基板本體的一側(cè)固定安裝有第一支撐板，所述第一支撐板的頂部設(shè)置有第一引腳，所述基板本體的另一側(cè)固定安裝有第二支撐板，所述第二支撐板的一側(cè)設(shè)置有第二引腳，所述第二支撐板的另一側(cè)設(shè)置有第三引腳，所述基板本體的底部均勻設(shè)置有錫球。

5、進(jìn)一步的，所述芯片組件包括第一芯片、第二芯片、第三芯片和鍵合點(diǎn)，所述第一芯片設(shè)置在散熱槽頂部的正中心，且第一芯片的寬度小于散熱槽，所述第一芯片的頂部固定安裝有第二芯片，且第一芯片與第二芯片的連接處均涂覆有硅脂，所述第二芯片的頂部固定安裝有第三芯片，所述第三芯片與第二芯片的連接處均涂覆有硅脂，所述第一芯片、第二芯片和第三芯片的一側(cè)均設(shè)置有鍵合點(diǎn)，且第一芯片、第二芯片和第三芯片交錯(cuò)設(shè)置。

6、進(jìn)一步的，所述第一芯片頂部的鍵合點(diǎn)與第三引腳通過(guò)鍵合線連接，所述第二芯片頂部的鍵合點(diǎn)通過(guò)鍵合線與第一支撐板頂部的第一引腳連接，所述第三芯片頂部的鍵合點(diǎn)通過(guò)鍵合線與第二引腳連接，所述第二芯片設(shè)置有鍵合點(diǎn)的一端對(duì)準(zhǔn)第一支撐板一側(cè)開(kāi)設(shè)的卡槽放置，所述第三芯片設(shè)置有鍵合點(diǎn)的一端對(duì)準(zhǔn)第二支撐板進(jìn)行放置。

7、進(jìn)一步的，所述散熱組件還包括導(dǎo)熱板、第二導(dǎo)熱管、第四導(dǎo)熱片、第三導(dǎo)熱管和冷卻管套，所述導(dǎo)熱板固定安裝在散熱槽的內(nèi)部，且導(dǎo)熱板的底面與散熱槽之間均勻涂覆有硅脂，導(dǎo)熱板的厚度小于散熱槽的高度，所述導(dǎo)熱板的頂部固定連接有第二導(dǎo)熱管，所述第四導(dǎo)熱片設(shè)置在第二芯片的頂部，所述第三導(dǎo)熱管固定安裝在第二導(dǎo)熱片的頂部，所述第三導(dǎo)熱管的頂部固定連接有冷卻管套。

8、進(jìn)一步的，所述冷卻管套分別與第一導(dǎo)熱管、第二導(dǎo)熱管和第三導(dǎo)熱管進(jìn)行連接，且冷卻管套的內(nèi)部設(shè)置有熱管，熱管的兩端分別與第一導(dǎo)熱管、第二導(dǎo)熱管和第三導(dǎo)熱管的左右兩端直接接觸。

9、進(jìn)一步的，所述冷卻管套固定安裝在散熱片與第三導(dǎo)熱片之間，所述冷卻管套的外殼為石墨烯管，內(nèi)部為全封閉的熱管，且石墨烯管底部的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)有孔，熱管通過(guò)孔分別與第一導(dǎo)熱管、第二導(dǎo)熱管和第三導(dǎo)熱管直接接觸。

10、進(jìn)一步的，通過(guò)熱流分析結(jié)果來(lái)配置冷卻管套的熱管數(shù)量，具體的，包括步驟：

11、獲取每個(gè)芯片的發(fā)熱量和熱流分布，根據(jù)熱流密度和每個(gè)熱管的最大傳熱能力，計(jì)算所需的熱管數(shù)量，定義每個(gè)熱管的最大傳熱能力為qmax，總發(fā)熱量為qtotal，則所需熱管數(shù)量n表示為：

12、；

13、其中，表示向上取整。

14、進(jìn)一步的，通過(guò)cfd模擬來(lái)優(yōu)化散熱片（303）的結(jié)構(gòu)，具體的，包括步驟：

15、首先，建立散熱片（303）及其周圍環(huán)境的三維幾何模型，對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置邊界條件，使用層流模型和耦合傳熱模型，選擇直翅片、波浪形翅片或鋸齒形翅片，通過(guò)cfd模擬比較不同形狀的散熱效果，選擇散熱效果最優(yōu)翅片形狀，通過(guò)模擬不同翅片高度的散熱效果，確定翅片高度，通過(guò)模擬不同翅片間距的散熱效果，確定翅片間距，通過(guò)模擬不同傾斜角度的散熱片，確定翅片角度，制作散熱片（303）的原型，在實(shí)際環(huán)境中對(duì)散熱片（303）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量其散熱效果，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

16、進(jìn)一步的，層流模型包括：

17、；

18、；

19、式中，u表示流體速度矢量；▽表示梯度算子；ρ表示流體密度；t表示時(shí)間；p表示壓力；μ表示動(dòng)力粘度；f表示外力；

20、耦合傳熱模型包括：

21、；

22、；

23、；

24、總傳熱方程為：

25、；

26、式中，

27、q''c表示對(duì)流傳熱熱流密度；h表示對(duì)流換熱系數(shù)；ts表示壁面溫度；t∞表示環(huán)境溫度；

28、q''k表示傳導(dǎo)傳熱熱流密度；k表示熱導(dǎo)率；▽t表示溫度梯度；q''r表示輻射傳熱熱流密度；表示發(fā)射率；σ表示斯特藩玻爾茲曼常數(shù)，σ=5.67*10-8w/m2k4；ts表示壁面溫度；t∞表示環(huán)境溫度；

29、使用層流模型和耦合傳熱模型模擬過(guò)程包括：

30、初始化：設(shè)置初始條件，包括流體的速度、壓力；

31、求解：使用cfd軟件求解層流模型和耦合傳熱模型的方程，計(jì)算流體的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)；

32、收斂檢查：檢查模擬結(jié)果是否收斂，如果未收斂，調(diào)整網(wǎng)格或時(shí)間步長(zhǎng)，重新求解直到模擬結(jié)果收斂。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

34、本技術(shù)提供了一種集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)，包括基板組件、芯片組件和散熱組件。本技術(shù)具有多個(gè)顯著的有益效果：

35、1.高效的熱量傳導(dǎo)

36、硅脂的應(yīng)用：在芯片之間和導(dǎo)熱板與散熱槽之間涂覆硅脂，有效降低了接觸熱阻，提高了熱量傳導(dǎo)效率。

37、多級(jí)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)：通過(guò)第一導(dǎo)熱片、第二導(dǎo)熱片、第三導(dǎo)熱片、導(dǎo)熱板、第一導(dǎo)熱管、第二導(dǎo)熱管和第三導(dǎo)熱管的多級(jí)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，確保熱量能夠從芯片迅速傳導(dǎo)到冷卻管套，再通過(guò)散熱片散出。

38、2.優(yōu)化的熱管設(shè)計(jì)

39、熱管數(shù)量的確定：通過(guò)熱流密度分析和熱仿真軟件進(jìn)行模擬，精確計(jì)算所需的熱管數(shù)量，確保散熱系統(tǒng)能夠處理芯片組件的總發(fā)熱量。

40、3.均勻的熱量分布

41、熱管排列：熱管在冷卻管套內(nèi)的排列方式經(jīng)過(guò)優(yōu)化，確保熱量能夠均勻分布。采用平行排列或交錯(cuò)排列的方式，具體取決于熱流分布和空間限制，提高了散熱效果。

42、多通道流道設(shè)計(jì)：冷卻管套內(nèi)部設(shè)計(jì)成多通道結(jié)構(gòu)，增加了熱交換面積，確保冷卻液能夠均勻流動(dòng)，避免局部過(guò)熱。

43、4.優(yōu)良的熱傳遞效率

44、熱管與冷卻管套的接觸：使用導(dǎo)熱膏或?qū)釅|片減少接觸熱阻，確保熱管與冷卻管套的接觸面積盡可能大，提高了熱傳遞效率。

45、石墨烯管的應(yīng)用：石墨烯管具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，其與熱管的良好接觸進(jìn)一步提高了熱傳遞效率，確保熱量能夠迅速散出。

46、5.優(yōu)化的散熱片設(shè)計(jì)

47、形狀優(yōu)化：通過(guò)cfd模擬，選擇波浪形翅片作為散熱片的形狀，增加表面積，提高傳熱效率。

48、尺寸優(yōu)化：通過(guò)模擬不同翅片高度和間距的散熱效果，確定最優(yōu)的翅片高度為8mm，間距為3mm，確保散熱片的總面積為1000平方厘米，滿足散熱需求。

49、排列方式優(yōu)化：散熱片采用垂直排列，間距為3mm，確保氣流順暢通過(guò)，減少阻力，提高散熱效果。

50、6.結(jié)構(gòu)的緊湊性和可靠性

51、支撐板和引腳的設(shè)計(jì)：通過(guò)第一支撐板和第二支撐板的設(shè)置，以及第一引腳、第二引腳和第三引腳的連接，確保芯片組件的穩(wěn)定性和可靠性。

52、7.降低制造成本

53、材料選擇：散熱片采用鋁合金材料，導(dǎo)熱性能良好且成本較低，同時(shí)減輕了整體重量。

54、優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過(guò)數(shù)學(xué)模型和cfd模擬，優(yōu)化了熱管數(shù)量、長(zhǎng)度和散熱片的形狀、尺寸及排列方式，減少了不必要的材料和制造工序，降低了制造成本。

55、本技術(shù)的集成電路堆疊封裝散熱結(jié)構(gòu)不僅能夠高效地將芯片組件的熱量迅速散出，確保芯片在高溫環(huán)境下正常工作，還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種高性能電子設(shè)備的散熱需求。