CN110010572B - 用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器及其制作方法，具体处理包括如下步骤：101)射频芯片载板处理步骤、102)散热载板制作步骤、103)键合成形步骤；本发明提供大功率散热，在芯片底部设置大流量相变液制冷散热器的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器及其制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器及其制作方法。
背景技术
微波毫米波射频集成电路技术是现代国防武器装备和互联网产业的基础，随着智能通信、智能家居、智能物流、智能交通等“互联网+”经济的快速兴起，承担数据接入和传输功能的微波毫米波射频集成电路也存在巨大现实需求及潜在市场。
但是对于高频率的微系统，天线阵列的面积越来越小，且天线之间的距离要保持在某个特定范围，才能使整个模组具备优良的通信能力。但是对于射频芯片这种模拟器件芯片来讲，其面积不能像数字芯片一样成倍率的缩小，这样就会出现特高频率的射频微系统将没有足够的面积同时放置PA/LNA，需要把 PA/LNA堆叠起来，如此基于导热铜柱对上层芯片进行散热将变得非常困难。
未解决这个问题，在芯片下方设置液冷散热微流道开始被引入，但是微流道从一端进，另一端出，流动的液体的量有限，对于超大功率的射频模组来讲，会出现散热不及时的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供大功率散热，在芯片底部设置大流量相变液制冷散热器的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器及其制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，具体处理包括如下步骤：
101)射频芯片载板处理步骤：射频芯片载板上表面通过刻蚀工艺制作凹槽，凹槽深度小于转接板厚度；射频芯片载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；电镀金属，覆盖凹槽表面，200到500 度温度下密化金属；CMP工艺去除射频芯片载板的表面金属，留下凹槽内金属；凹槽内通过共晶键合工艺键合射频芯片；
射频芯片载板上表面通过临时键合工艺键合备用载板；射频芯片载板下表面进行减薄，减薄后的下表面跟凹槽底部距离在0um到100um之间；通过光刻、电镀工艺在射频芯片载板下表面制作键合金属形成焊盘；取下备用载板；
102)散热载板制作步骤：散热载板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作TSV孔， TSV孔深度小于散热载板厚度；散热载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；
通过光刻、刻蚀工艺在设置TSV孔的位置处设置空腔，每个空腔底部与两个TSV孔顶端互相联通形成单个流通模组；
103)键合成形步骤；散热载板上表面与射频芯片载板下表面键合，减薄散热载板下表面，露出TSV孔；切割得到散热器模组，将液体注入单个流通模组的其中一个TSV孔内。
进一步的，散热载板、射频芯片载板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
进一步的，凹槽宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间，种子层厚度范围在1nm到100um，种子层的材料采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或者多种，种子层本身结构为一层或多层。
进一步的，金属厚度在1um到100um之间；金属本身结构是一层或多层；金属采用钛、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种。
进一步的，焊盘厚度在10nm到1000um之间；焊盘采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种；焊盘本身结构为一层或多层。
进一步的，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；空腔的宽度范围在1um到1000um，深度在1um到500um之间。
一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器，包括散热载板、射频芯片载板、射频芯片，散热载板与射频芯片载板键合；射频芯片载板上设置放置射频芯片的凹槽；散热载板设置贯穿的TSV孔，每个两个TSV孔顶端设置空腔形成单个流通模组。
进一步的，TSV孔与空腔联通。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过在芯片底部设置大流量相变液体散热器，在芯片垂直方向上设置多个液体注入和排出通道，大大增加了制冷的沟槽数量，使散热器的散热能力成倍增加，可以实现百G赫兹射频芯片散热的能力。
附图说明
图1为本发明用于制作射频芯片载板的载板剖面图；
图2为本发明的形成凹槽和电镀金属的剖面图；
图3为本发明的图2键合备用载板的剖面图；
图4为本发明的射频芯片载板的剖面图；
图5为本发明的散热载板设置TSV孔的剖面图；
图6为本发明的图5设置空腔减薄下表面的剖面图；
图7为本发明的剖面图。
图中标识：射频芯片载板101、凹槽102、金属103、射频芯片104、备用载板105、TSV孔106。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明而不能作为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科技术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样的定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图7所示，一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器，包括散热载板、射频芯片载板101、射频芯片104，散热载板与射频芯片载板101 键合。射频芯片载板101上设置放置射频芯片104的凹槽102。散热载板设置贯穿的TSV孔106，每个两个TSV孔106顶端设置空腔形成单个流通模组。TSV孔106与空腔联通。
一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，具体处理包括如下步骤：
101)射频芯片载板101处理步骤：射频芯片载板101上表面通过刻蚀工艺制作凹槽102，凹槽102深度小于转接板厚度。凹槽102宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um，一般采用长方体。射频芯片载板101上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um之间，其本身结构是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种。当种子层为多层结构时，其每层采用的材料一般相同。电镀金属103一般采用铜，覆盖凹槽102表面，200到500度温度下密化金属103。CMP工艺去除射频芯片载板101的表面金属103，留下凹槽102内金属103。此处覆盖的金属103 本身可以是多层结构，即可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种；当采用多层结构时，其每层一般采用相同材质。射频芯片载板101上表面的绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除，也可以保留。
凹槽102内通过共晶键合工艺键合射频芯片104。射频芯片载板101上表面通过临时键合工艺键合备用载板105，把射频芯片104正面保护住。射频芯片载板101下表面进行减薄，减薄厚度范围在1um到700um，减薄后的下表面跟凹槽 102底部距离在0um到100um之间。通过光刻、电镀工艺在射频芯片载板101下表面制作键合金属103形成焊盘，焊盘厚度范围在10nm到1000um，材料是铜，铝，镍，银，金，锡等材料中的一种，本身结构可以是一层也可以是多层；当其结构为多层时，每层采用相同的材料。取下备用载板105。
102)散热载板制作步骤：散热载板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作TSV孔 106，TSV孔106深度小于散热载板厚度。TSV孔106直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um。散热载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。
通过光刻、刻蚀工艺在设置TSV孔106的位置处设置空腔，每个空腔底部与两个TSV孔106顶端互相联通形成单个流通模组。空腔宽度范围在1um到 1000um，深度在1um到500um之间。
103)键合成形步骤。散热载板上表面与射频芯片载板101下表面键合，减薄散热载板下表面，露出TSV孔106。切割得到散热器模组，将液体注入单个流通模组的其中一个TSV孔106内。从而形成大量相变液冷材料的流通，即其在芯片垂直方向上设置多个液体注入和排出通道，大大增加了制冷的沟槽数量，使整体散热能力成倍增加，可以实现百G赫兹射频芯片104散热的能力。
散热载板、射频芯片载板101采用4、6、8、12寸晶圆中的一种，厚度范围为200um到2000um，一般采用硅片，也可以是其他材质，包括玻璃，石英，碳化硅，氧化铝等无机材料，也可以是环氧树脂，聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，其特征在于，具体处理包括如下步骤：
101)射频芯片载板处理步骤：射频芯片载板上表面通过刻蚀工艺制作凹槽，凹槽深度小于转接板厚度；射频芯片载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上采用物理溅射、磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；电镀金属，覆盖凹槽表面，200到500度温度下密化金属；CMP工艺去除射频芯片载板的表面金属，留下凹槽内金属；凹槽内通过共晶键合工艺键合射频芯片；
射频芯片载板上表面通过临时键合工艺键合备用载板；射频芯片载板下表面进行减薄，减薄后的下表面跟凹槽底部距离在0um到100um之间；通过光刻、电镀工艺在射频芯片载板下表面制作键合金属形成焊盘；取下备用载板；
102)散热载板制作步骤：散热载板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔深度小于散热载板厚度；散热载板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；
通过光刻、刻蚀工艺在设置TSV孔的位置处设置空腔，每个空腔底部与两个TSV孔顶端互相连通形成单个流通模组；
103)键合成形步骤；散热载板上表面与射频芯片载板下表面键合，减薄散热载板下表面，露出TSV孔；切割得到散热器模组，将液体注入单个流通模组的其中一个TSV孔内。
2.根据权利要求1所述的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，其特征在于：散热载板、射频芯片载板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，其特征在于：凹槽宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间，种子层厚度范围在1nm到100um，种子层的材料采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或者多种，种子层本身结构为一层或多层。
4.根据权利要求1所述的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，其特征在于：金属厚度在1um到100um之间；金属本身结构是一层或多层；金属采用钛、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，其特征在于：焊盘厚度在10nm到1000um之间；焊盘采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种；焊盘本身结构为一层或多层。
6.根据权利要求1所述的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法，其特征在于：TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；空腔的宽度范围在1um到1000um，深度在1um到500um之间。
7.一种采用权利要求1所述的一种用于系统级大功率模组的大流量液冷散热器的制作方法制作的散热器，其特征在于：包括散热载板、射频芯片载板、射频芯片，散热载板与射频芯片载板键合；射频芯片载板上设置放置射频芯片的凹槽；散热载板设置贯穿的TSV孔，每个两个TSV孔顶端设置空腔形成单个流通模组。
8.根据权利要求7所述的散热器，其特征在于：TSV孔与空腔连通。
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