CN111653534B - 一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法 - Google Patents

一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，具体包括如下步骤：101)散热转接板制作步骤、102)涂布石墨烯层步骤、103)键合步骤；本发明通过结合设置薄层石墨烯做散热材质，使发热芯片与石墨烯涂层充分接触，将表面发热部分的热量能快速的被石墨烯传导到整个表面，避免芯片局部过热的问题的一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法。

Description

一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法。
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。
对于大功率射频芯片来讲，芯片的散热是一个重要的问题，目前业内一般都是采用在芯片底部设置液相微流道散热技术来实现芯片和模组的整体散热。但是芯片表面产生热的器件主要集中在发射和接收部分，如果液相散热在这两个部分不及时就会出现芯片发热部分局部过热提前失效的问题，进而影响整个模组的寿命。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，具体包括如下步骤：
101)散热转接板制作步骤：通过光刻，刻蚀工艺在散热转接板的下表面制作TSV孔，在散热转接板下表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，电镀金属，使金属填满TSV孔形成金属柱，在200到500度温度下密化金属；通过CMP工艺使散热转接板下表面金属去除，使散热转接板下表面只剩下填充的金属柱；
102)涂布石墨烯层步骤：通过旋涂，气相沉积工艺在TSV孔的开口面涂布石墨烯涂层；通过光刻和刻蚀工艺去除覆盖在金属柱上的石墨烯涂层，其中刻蚀工艺包括干法刻蚀、湿法刻蚀和电子束刻蚀中的一种或多种；
用临时载片与散热转接板设置石墨烯图层的面进行临时键合，通过研磨工艺减薄散热转接板的正面，使金属柱的底部露出；对散热转接板的正面通过沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成钝化层覆盖，再CMP工艺使金属柱露出，拆除临时载片；
103)键合步骤：在发热芯片表面制作微凸点，通过热压键合的工艺把发热芯片键合在散热转接板的下表面上，使芯片底部跟散热转接板上的石墨烯涂层直接接触，形成三维异构模组。
进一步的，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；种子层厚度范围在1nm到100um，其本身结构为一层或多层结构，其材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
进一步的，石墨烯涂层厚度范围在100nm到1000μm之间。
进一步的，散热转接板采用4、6、8、12寸中的一种尺寸，厚度范围为200um 到2000um之间，材质采用硅、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，还包括底板，通过光刻、刻蚀工艺在底板下表面制作微流沟槽，通过光刻和电镀工艺在底板该表面制作RDL和焊盘；
对步骤102)散热转接板的上表面制作与底板下表面相对应的微流沟槽，通过光刻和电镀工艺在该面制作RDL和焊盘；
把散热转接板的上表面和底板的下表面做键合，形成具有散热微流通道的转接板，其中键合温度控制在150到500度范围；键合方式采用热压共晶键合或胶粘方式；通过研磨工艺减薄转接板未设置石墨烯涂层的表面，使金属柱露出，并对该面通过沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成钝化层覆盖，再CMP工艺使金属柱露出。
进一步的，微流沟槽宽度范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过结合设置薄层石墨烯做散热材质，使发热芯片与石墨烯涂层充分接触，将表面发热部分的热量能快速的被石墨烯传导到整个表面，避免芯片局部过热的问题。
附图说明
图1为本发明的散热转接板设置TSV孔的示意图；
图2为本发明的图1设置石墨烯涂层的剖面图；
图3为本发明的图2的另一视角示意图；
图4为本发明的示意图；
图5为本发明的另一种散热转接板设置TSV孔示意图；
图6为本发明的图5设置石墨烯涂层的示意图；
图7为本发明的图设置散热微通道的示意图；
图8为本发明的另一种结构示意图。
图中标识：散热转接板101、TSV孔102、石墨烯涂层103、发热芯片104、微流沟槽105。
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1：
如图1至图4所示，一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，具体包括如下步骤：
101)散热转接板101制作步骤：通过光刻，刻蚀工艺在散热转接板101的下表面制作TSV孔102，TSV孔102直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。在散热转接板101下表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm 到100um之间。通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其本身结构为一层或多层结构，其材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。电镀金属，使金属填满TSV孔102形成金属柱，在200到500度温度下密化金属；通过CMP 工艺使散热转接板101下表面金属去除，使散热转接板101下表面只剩下填充的金属柱。金属柱本身结构可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种或多种混合。
散热转接板101采用4、6、8、12寸晶圆中的一种尺寸，厚度范围为200um 到2000um之间，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。
102)涂布石墨烯层步骤：通过旋涂，气相沉积工艺在TSV孔102的开口面涂布石墨烯涂层103，石墨烯涂层103厚度范围在100nm到1000μm之间。通过光刻和刻蚀工艺去除覆盖在金属柱上的石墨烯涂层103，其中刻蚀工艺包括干法刻蚀、湿法刻蚀和电子束刻蚀中的一种或多种。
用临时载片与散热转接板101设置石墨烯图层的面进行临时键合，通过研磨工艺减薄散热转接板101的正面，使金属柱的底部露出；对散热转接板101 的正面通过沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成钝化层覆盖，再通过 CMP工艺使金属柱露出，拆除临时载片。
103)键合步骤：在发热芯片104表面制作微凸点，通过热压键合的工艺把发热芯片104键合在散热转接板101的下表面上，使芯片底部跟散热转接板101 上的石墨烯涂层103直接接触，形成三维异构模组。其中，也可以在发热芯片104和散热转接板101之间增加粘合剂，增大芯片间的粘附力。
实施例2：
图5至图8所示，其区别于实施例1的部分在于，还包括底板，通过光刻、刻蚀工艺在底板下表面制作微流沟槽105，通过光刻和电镀工艺在底板该表面制作RDL和焊盘。
对步骤102)散热转接板101的上表面制作与底板下表面相对应的微流沟槽 105，通过光刻和电镀工艺在该面制作RDL和焊盘。其中，微流沟槽105宽度范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；焊盘厚度范围在1nm到100um，其本身结构可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种或多种混合。
把散热转接板101的上表面和底板的下表面做键合，形成具有散热微流通道的转接板，其中键合温度控制在150到500度范围；键合方式采用热压共晶键合或胶粘方式。通过研磨工艺减薄转接板未设置石墨烯涂层103的表面，使金属柱露出，并对该面通过沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成钝化层覆盖，再CMP工艺使金属柱露出。
其它操作和实施例1相同只是替换了新的转接板制作结构。
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 (6)

1.一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
101)散热转接板制作步骤：通过光刻，刻蚀工艺在散热转接板的下表面制作TSV孔，在散热转接板下表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，电镀金属，使金属填满TSV孔形成金属柱，在200到500度温度下密化金属；通过CMP工艺使散热转接板下表面金属去除，使散热转接板下表面只剩下填充的金属柱；
102)涂布石墨烯层步骤：通过旋涂，气相沉积工艺在TSV孔的开口面涂布石墨烯涂层；通过光刻和刻蚀工艺去除覆盖在金属柱上的石墨烯涂层，其中刻蚀工艺包括干法刻蚀、湿法刻蚀和电子束刻蚀中的一种或多种；
用临时载片与散热转接板设置石墨烯图层的面进行临时键合，通过研磨工艺减薄散热转接板的正面，使金属柱的底部露出；对散热转接板的正面通过沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成钝化层覆盖，再CMP工艺使金属柱露出，拆除临时载片；
103)键合步骤：在发热芯片表面制作微凸点，通过热压键合的工艺把发热芯片键合在散热转接板的下表面上，使芯片底部跟散热转接板上的石墨烯涂层直接接触，形成三维异构模组。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，其特征在于：TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；种子层厚度范围在1nm到100um，其本身结构为一层或多层结构，其材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，其特征在于：石墨烯涂层厚度范围在100nm到1000μm之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，其特征在于：散热转接板采用4、6、8、12寸中的一种尺寸，厚度范围为200um到2000um之间，材质采用硅、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，其特征在于：还包括底板，通过光刻、刻蚀工艺在底板下表面制作微流沟槽，通过光刻和电镀工艺在底板该表面制作RDL和焊盘；
对步骤102)散热转接板的上表面制作与底板下表面相对应的微流沟槽，通过光刻和电镀工艺在该面制作RDL和焊盘；
把散热转接板的上表面和底板的下表面做键合，形成具有散热微流通道的转接板，其中键合温度控制在150到500度范围；键合方式采用热压共晶键合或胶粘方式；通过研磨工艺减薄转接板未设置石墨烯涂层的表面，使金属柱露出，并对该面通过沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成钝化层覆盖，再CMP工艺使金属柱露出。
6.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯做散热涂层的三维异构模组的制作方法，其特征在于：微流沟槽宽度范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间。
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