CN110010573B - 一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构及其制作方法，包括散热结构、底座结构，底座结构上设置安置散热结构的安置槽和散热通道，散热通道均匀分布设置在安置槽一侧，安置槽和散热通道联通；散热结构包括第一圆柱形TSV孔、凹槽，第一圆柱形TSV孔与凹槽联通；第一圆柱形TSV孔与散热通道联通；本发明提供能够大大加强散热器跟射频模组互联的稳定性的一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构及其制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构及其制作方法。
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堆叠或者竖立放置。
这样散热结构就要采用更先进的液冷或者相变制冷工艺，一般都是用金属加工的方式做射频模组的底座，底座里面设置微流通道，采用焊接的工艺使模组固定在金属底座上完成芯片的放置。而对于竖立放置的模组来讲，单纯通过模组侧壁的焊盘跟底座进行互联，可靠性较差，不能用于条件苛刻的航天领域。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供能够大大加强散热器跟射频模组互联的稳定性的一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构及其制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构，包括散热结构、底座结构，底座结构上设置安置散热结构的安置槽和散热通道，散热通道均匀分布设置在安置槽一侧，安置槽和散热通道联通；散热结构包括第一圆柱形TSV孔、凹槽，第一圆柱形TSV孔与凹槽联通；第一圆柱形TSV孔与散热通道联通。
进一步的，散热通道呈L形。
一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构的制作方法，包括散热结构、底座结构，散热结构包括第一散热转接板、第二散热转接板，底座结构包括第一底座转接板、第二底座转接板；具体处理包括如下步骤：
101)散热结构制作步骤：第一散热转接板上表面、第二散热转接板上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；第一散热转接板上表面通过刻蚀工艺制作凹槽；凹槽内通过沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；第二散热转接板上表面通过刻蚀工艺制作第一圆柱形TSV孔，第一圆柱形TSV孔内通过沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；第一散热转接板上表面、第二散热转接板上表面键合；减薄第二散热转接板下表面，露出第一圆柱形TSV孔，形成散热结构；
102)底座结构制作步骤：第一底座转接板上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；第一底座转接板上通过光刻、刻蚀工艺制作第一矩形贯穿孔；第一矩形贯穿孔内侧壁靠近第一底座转接板下表面上，通过光刻、刻蚀工艺制作第一横向圆柱TSV孔；
第二底座转接板上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；第二底座转接板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作第一矩形槽；第二底座转接板上通过光刻、刻蚀工艺制作第一竖向圆柱TSV孔；
第一底座转接板上表面与第二底座转接板上表面键合形成底座结构；第一竖向圆柱TSV孔与第一横向圆柱TSV孔远离第一矩形贯穿孔的一端联通，形成散热通道；第一矩形槽与第一矩形贯穿孔联通，形成安置槽；
103)成形步骤：散热结构外表面涂胶或焊锡膏，散热结构插入底座进行结合，完成互联；第一圆柱形TSV孔与散热通道联通，散热结构尺寸与安置槽相同。
进一步的，焊接焊盘厚度范围在10nm到1000um，材料采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种，本身结构为一层或多层。
进一步的，凹槽、第一矩形槽、第一矩形贯穿孔、第一竖向圆柱TSV孔、第一横向圆柱TSV孔、第一圆柱形TSV孔的宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。
进一步的，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，种子层本身结构是一层或多层。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过芯片制作加工技术，制作一种带有微流通道散热器的底座，在底座上面开空腔用于放置竖立的射频模组，这种结构能够大大加强散热器跟射频模组互联的稳定性。
附图说明
图1为本发明第一散热转接板制作凹槽的剖面图；
图2为本发明第二散热转接板制作第一圆柱形TSV孔的剖面图；
图3为本发明的图1、图2键合的剖面图；
图4为本发明的图3中第二散热转接板下表面减薄的剖面图；
图5为本发明的图4侧面图；
图6为本发明第一底座转接板的剖面图；
图7为本发明第二底座转接板的剖面图；
图8为本发明的图6图7键合的剖面图；
图9为本发明的剖面图；
图10为本发明的双通道的底座结构的剖面图；
图11为本发明的双通道的整体结构的剖面图。
图中标识：第一散热转接板101、凹槽102、第二散热转接板103、第一圆柱形TSV孔104、第一底座转接板201、第二底座转接板202、第一横向圆柱TSV孔203、第一矩形贯穿孔204、第一矩形槽205、第一竖向圆柱TSV孔206、射频芯片301。
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。
实施例一：
如图1至图9所示，一种大功率射频芯片301的竖立放置液冷散热结构，包括散热结构、底座结构，底座结构上设置安置散热结构的安置槽和散热通道，散热通道均匀分布设置在安置槽一侧，安置槽和散热通道联通；散热结构包括第一圆柱形TSV孔104、凹槽102，第一圆柱形TSV孔104与凹槽102联通；第一圆柱形TSV孔104与散热通道联通。散热通道呈L形。实现散热通道进出液体，通过液体流动实现散热。
一种大功率射频芯片301的竖立放置液冷散热结构的制作方法，包括散热结构、底座结构，散热结构包括第一散热转接板101、第二散热转接板103，底座结构包括第一底座转接板201、第二底座转接板202。具体处理包括如下步骤：
101)散热结构制作步骤：第一散热转接板101上表面、第二散热转接板103上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘。焊接焊盘厚度范围在10nm到1000um，材料采用铜、铝、镍、银、金、锡等材料中的一种，本身结构是一层也可以是多层。当焊接焊盘结构为多层时，每层材料一般都相同。第一散热转接板101上表面通过刻蚀工艺制作凹槽102，凹槽102宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。凹槽102内通过沉积氧化硅、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。第二散热转接板103上表面通过刻蚀工艺制作第一圆柱形TSV孔104，第一圆柱形TSV孔104直径范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。第一圆柱形TSV孔104内通过沉积氧化硅、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。第一散热转接板101上表面与第二散热转接板103上表面用共晶键合的工艺键合，共晶键合温度控制在100度到300度之间。减薄第二散热转接板103下表面，减薄的厚度控制在10um到500um之间，便于减薄工艺控制处理，露出第一圆柱形TSV孔104即可，形成散热结构。
102)底座结构制作步骤：第一底座转接板201上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘。此处焊接焊盘与第一散热转接板101、第二散热转接板103上的焊接焊盘相同，厚度范围在10nm到1000um，材料采用铜、铝、镍、银、金、锡等材料中的一种，本身结构是一层也可以是多层。当焊接焊盘结构为多层时，每层材料一般都相同。第一底座转接板201上通过光刻、刻蚀工艺制作第一矩形贯穿孔204，第一矩形贯穿孔204的长度、宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。第一矩形贯穿孔204内侧壁靠近第一底座转接板201下表面上，通过光刻、刻蚀工艺制作第一横向圆柱TSV孔203，第一横向圆柱TSV孔203直径范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。第一横向圆柱TSV孔203设置的是一排，均匀分布。
第二底座转接板202上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘。第二底座转接板202上表面通过光刻、刻蚀工艺制作第一矩形槽205，第一矩形槽205的长度、宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。第二底座转接板202上通过光刻、刻蚀工艺制作第一竖向圆柱TSV孔206，第一竖向圆柱TSV孔206直径范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。第一竖向圆柱TSV孔206数量和直径尺寸与第一横向圆柱TSV孔203相同。
第一底座转接板201上表面与第二底座转接板202上表面键合形成底座结构。第一竖向圆柱TSV孔206与第一横向圆柱TSV孔203远离第一矩形贯穿孔204的一端联通，形成散热通道。第一矩形槽205与第一矩形贯穿孔204联通，形成安置槽。
103)成形步骤：散热结构外表面涂胶或焊锡膏，散热结构插入底座进行结合，完成互联。第一圆柱形TSV孔104与散热通道联通，散热结构尺寸与安置槽相同。图9为结合射频芯片301、散热结构，再插入底座结构。通过散热同道中的液体流通，将液体由散热通道进入安置槽，经过射频芯片301，再由散热通道流出，带走热量进行液冷散热。
实施例二：
其与实施例一基本相同，如图10、图11所示，实施例二是左右对称设计的双通结构，具体散热过程，由左侧散热同道中的液体流入，将液体由散热通道进入安置槽，经过射频芯片301，再由右侧散热通道流出，带走热量进行液冷散热。
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 (4)
1.一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构的制作方法，其特征在于，包括散热结构、底座结构，底座结构上设置安置散热结构的安置槽和散热通道，散热通道均匀分布设置在安置槽一侧，安置槽和散热通道联通；散热结构包括第一圆柱形TSV孔、凹槽，第一圆柱形TSV孔与凹槽联通；第一圆柱形TSV孔与散热通道联通；散热通道呈L形；散热结构包括第一散热转接板、第二散热转接板，底座结构包括第一底座转接板、第二底座转接板；具体处理包括如下步骤：
101）散热结构制作步骤：第一散热转接板上表面、第二散热转接板上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；第一散热转接板上表面通过刻蚀工艺制作凹槽；凹槽内通过沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；第二散热转接板上表面通过刻蚀工艺制作第一圆柱形TSV孔，第一圆柱形TSV孔内通过沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；第一散热转接板上表面、第二散热转接板上表面键合；减薄第二散热转接板下表面，露出第一圆柱形TSV孔，形成散热结构；
102）底座结构制作步骤：第一底座转接板上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；第一底座转接板上通过光刻、刻蚀工艺制作第一矩形贯穿孔；第一矩形贯穿孔内侧壁靠近第一底座转接板下表面上，通过光刻、刻蚀工艺制作第一横向圆柱TSV孔；
第二底座转接板上表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；第二底座转接板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作第一矩形槽；第二底座转接板上通过光刻、刻蚀工艺制作第一竖向圆柱TSV孔；
第一底座转接板上表面与第二底座转接板上表面键合形成底座结构；第一竖向圆柱TSV孔与第一横向圆柱TSV孔远离第一矩形贯穿孔的一端联通，形成散热通道；第一矩形槽与第一矩形贯穿孔联通，形成安置槽；
103）成形步骤：散热结构外表面涂胶或焊锡膏，散热结构插入底座进行结合，完成互联；第一圆柱形TSV孔与散热通道联通，散热结构尺寸与安置槽相同。
2.根据权利要求1所述的一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构的制作方法，其特征在于：焊接焊盘厚度范围在10nm到1000um，材料采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种，本身结构为一层或多层。
3.根据权利要求1所述的一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构的制作方法，其特征在于：凹槽、第一矩形槽、第一矩形贯穿孔、第一竖向圆柱TSV孔、第一横向圆柱TSV孔、第一圆柱形TSV孔的宽度范围在1um到5cm，深度在10um到1000um。
4.根据权利要求1所述的一种大功率射频芯片的竖立放置液冷散热结构的制作方法，其特征在于：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，种子层本身结构是一层或多层。
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