Das ist nicht nur möglich sondern wurde auch schon gemacht. Im Selbstgebautes-Forum gab es vor einiger Zeit mal Bilder dazu.
Damals hat jemand die CPU-Oberseite quasi in Kunstharz eingegossen und nur über den Die frei gelassen (oder irgend was ähnliches, weiß nicht mehr genau). Da kam dann ein Deckel mit Anschlüssen drauf, fertig ist die Direktkühlung... und das hat sogar funktioniert.
Ich persönlich halte nicht all zu viel von der Idee. Meiner Meinung nach ist es besser die Hitze erstmal schnellstmöglich von der CPU weg zu bekommen und auf eine größere Fläche zu verteilen und dazu eignet sich ein herkömmlicher Metallkühlkörper aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ganz hervorragend...