CN111370376A - 一种芯片封装散热结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种芯片封装散热结构及其制备方法，属于集成电路封装技术领域。该封装散热结构包括硅衬底、散热槽、芯片槽、芯片、插入层和焊球。散热槽刻蚀在硅衬底正面，芯片槽刻蚀在硅衬底背面，并且散热槽和芯片槽相连通，散热槽中填充有电镀金属；芯片粘贴在芯片槽中，并且芯片背面与芯片槽底面平齐，正面与芯片槽的开口面平齐；插入层制作在硅衬底的底部，焊球制作在插入层的表面。本发明使用晶圆级封装工艺制造，通过在封装上制造散热槽并填充金属作为散热结构，使散热结构与芯片背面接触，形成直接散热通道，降低热阻，扩大散热面积，可以有效提高散热效率，提高芯片封装可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，特别涉及一种芯片封装散热结构及其制备方法。
背景技术
新一代高密度芯片封装工艺将多种不同材质、不同功能的芯片实现整合，在一个微小体积的封装结构内实现完整系统功能。随着集成密度的提高，特别是大量高功率射频芯片和高速处理芯片的集成，会在微小的集成空间内产生大量热量。由于芯片嵌入在散热能力不良的有机材料内部，造成热量无法快速散出，这会导致封装结构内温度急剧上升，进而导致芯片烧毁，互连金属熔化，热失配破坏等封装失效，造成系统性能下降，甚至完全失效。
现有的高密度芯片封装的散热方法是使用冷板和热沉贴在封装结构背面，将热量传递到系统环控或空气中，但这种散热结构与芯片不直接接触，中间隔着封装基板和外壳，由于封装基板热导率低，多层材料界面热阻大，热量不能及时高效地传递出来，造成封装结构散热能力差的不良影响，进而导致封装可靠性差，影响使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片封装散热结构及其制备方法，以解决现有的封装结构散热效率低、导致封装可靠性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种芯片封装散热结构，包括：
硅衬底，所述硅衬底正面刻蚀有散热槽，背面刻蚀有芯片槽；所述散热槽和所述芯片槽连通；
芯片，安装在所述芯片槽中；
插入层，具有电互连功能，制造在所述硅衬底的底部；
焊球，制造在所述插入层表面。
可选的，所述芯片背面与所述芯片槽底面平齐，所述芯片正面与所述芯片槽开口面平齐。
可选的，所述芯片与所述插入层接触。
可选的，所述散热槽和所述芯片槽通过干法刻蚀工艺制造而成，所述干法刻蚀工艺包括DRIE工艺和ICP工艺。
可选的，所述散热槽中填充有金属材料，所述金属材料包括铜、铝和钛钨合金。
可选的，所述金属材料与所述芯片接触。
可选的，所述插入层的材质包括铜和聚酰亚胺；所述焊球的材质包括锡铅合金。
本发明还提供了一种芯片封装散热结构的制备方法，包括：
步骤1：提供硅衬底，在其正面刻蚀散热槽；
步骤2：在所述散热槽中通过电镀填充金属材料；
步骤3：减薄金属材料露出散热槽图形；
步骤4：在硅衬底背面刻蚀芯片槽；
步骤5：通过导热胶在芯片槽内安装芯片；
步骤6：硅衬底背面制造插入层和焊球。
可选的，在所述散热槽中通过电镀填充金属材料包括：
电镀金属材料覆盖硅衬底整个表面并完全填充散热槽。
可选的，在硅衬底背面刻蚀芯片槽包括：
在硅衬底背面通过光刻和干法刻蚀工艺刻蚀制造芯片槽，所述芯片槽深度达到所述散热槽中金属材料的底面，其中所述芯片槽的尺寸根据待安装芯片的尺寸确定。
在本发明中提供了一种芯片封装散热结构及其制备方法，使用晶圆级封装工艺制造，通过在封装上制造散热槽并填充金属作为散热结构，使散热结构与芯片背面接触，形成直接散热通道，降低热阻，扩大散热面积，可以有效提高散热效率，提高芯片封装可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的芯片封装散热结构示意图；
图2是在硅衬底上刻蚀散热槽的示意图；
图3是在散热槽中电镀金属的示意图；
图4是研磨硅衬底表面金属的示意图；
图5是在硅衬底背面刻蚀芯片槽的示意图；
图6是在芯片槽中安装芯片的示意图；
图7是在硅衬底背面制作插入层和焊球的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种芯片封装散热结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种芯片封装散热结构，其结构如图1所示，包括硅衬底11、散热槽12、芯片槽13、芯片14、插入层15和焊球16。所述散热槽12刻蚀在所述硅衬底11正面，所述芯片槽13刻蚀在所述硅衬底11背面，并且所述散热槽12和所述芯片槽13相连通；所述芯片14通过导热胶粘贴在所述芯片槽13中，并且所述芯片14背面与所述芯片槽13底面平齐，所述芯片14正面与所述芯片槽13的开口面平齐；所述插入层15具有电互连功能，制作在所述硅衬底11的底部，所述焊球制作在所述插入层的表面。
所述散热槽12中通过电镀工艺填充有金属材料，该金属材料优选为金属铜，也可以选择铝、钛钨合金，填充的金属材料与安装在芯片槽13中的芯片14相接触，所述芯片14的另一面与所述插入层15接触。
另外，所述散热槽12和所述芯片槽13通过干法刻蚀工艺制作而成，该干法刻蚀工艺可以为DRIE工艺和ICP工艺。所述插入层15的材质可以为铜和聚酰亚胺；所述焊球16的材质可以为锡铅合金。
本发明实施例一提供的芯片封装散热结构，使用晶圆级封装工艺制造，通过在封装上制造散热槽并填充金属作为散热结构，使散热结构与芯片背面接触，形成直接散热通道，降低热阻，扩大散热面积，可以有效提高散热效率，提高芯片封装可靠性。
实施例二
本发明提供了一种芯片封装散热结构的制备方法，包括如下步骤：
提供硅衬底11，通过光刻和硅干法刻蚀工艺在所述硅衬底11正面制作散热槽12，如图2所示；
通过电镀工艺电镀金属材料填充所述散热槽12并完全覆盖所述硅衬底11的整个表面，如图3所示；其中，该金属材料优选为金属铜，也可以选择铝、钛钨合金；
通过研磨和化学机械抛光工艺对金属材料进行抛光研磨，直至露出所述散热槽12的图形，如图4所示；
通过光刻和硅干法刻蚀工艺在所述硅衬底11背面制作芯片槽13，如图5所示；所述芯片槽13的深度达到所述金属材料的底面，所述芯片槽13的尺寸根据待安装的芯片尺寸确定；
在所述芯片槽13中通过导热胶粘贴芯片14，如图6；
在所述硅衬底11背面制作插入层15和焊球16，如图7所示；其中，所述插入层15通过晶圆上聚酰亚胺涂覆、金属沉积和光刻图形化工艺制造，所述焊球16通过植球或电镀工艺制造。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种芯片封装散热结构，其特征在于，包括：
硅衬底（11），所述硅衬底（11）正面刻蚀有散热槽（12），背面刻蚀有芯片槽（13）；所述散热槽（12）和所述芯片槽（13）连通；
芯片（14），安装在所述芯片槽（13）中；
插入层（15），具有电互连功能，制造在所述硅衬底（11）的底部；
焊球（16），制造在所述插入层（15）表面。
2.如权利要求1所述的芯片封装散热结构，其特征在于，所述芯片（14）背面与所述芯片槽（13）底面平齐，所述芯片（14）正面与所述芯片槽（13）开口面平齐。
3.如权利要求1所述的芯片封装散热结构，其特征在于，所述芯片（14）与所述插入层（15）接触。
4.如权利要求1所述的芯片封装散热结构，其特征在于，所述散热槽（12）和所述芯片槽（13）通过干法刻蚀工艺制造而成，所述干法刻蚀工艺包括DRIE工艺和ICP工艺。
5.如权利要求1所述的芯片封装散热结构，其特征在于，所述散热槽（12）中填充有金属材料，所述金属材料包括铜、铝和钛钨合金。
6.如权利要求5所述的芯片封装散热结构，其特征在于，所述金属材料与所述芯片（14）接触。
7.如权利要求1所述的芯片封装散热结构，其特征在于，所述插入层（15）的材质包括铜和聚酰亚胺；所述焊球（16）的材质包括锡铅合金。
8.一种芯片封装散热结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：提供硅衬底，在其正面刻蚀散热槽；
步骤2：在所述散热槽中通过电镀填充金属材料；
步骤3：减薄金属材料露出散热槽图形；
步骤4：在硅衬底背面刻蚀芯片槽；
步骤5：通过导热胶在芯片槽内安装芯片；
步骤6：硅衬底背面制造插入层和焊球。
9.如权利要求8所述的芯片封装散热结构的制备方法，其特征在于，在所述散热槽中通过电镀填充金属材料包括：
电镀金属材料覆盖硅衬底整个表面并完全填充散热槽。
10.如权利要求8所述的芯片封装散热结构的制备方法，其特征在于，在硅衬底背面刻蚀芯片槽包括：
在硅衬底背面通过光刻和干法刻蚀工艺刻蚀制造芯片槽，所述芯片槽深度达到所述散热槽中金属材料的底面，其中所述芯片槽的尺寸根据待安装芯片的尺寸确定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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