CN111952195B - 一种液态微流道互联接口及其焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液态微流道互联接口焊接工艺，包括以下步骤：(a)、提供带有微流道的衬底，在衬底上形成第一金属bump和第二金属bump；(b)、抛光第一金属bump表面的的第二金属，得到具有双层结构bump的衬底；(c)、在衬底表面开通孔，使微通道跟外界导通，然后在第一金属bump和第二金属bump表面刷焊锡，通过晶圆级键合工艺将两个刷焊锡的衬底键合在一起，得到最终结构。本发明的液态微流道互联接口焊接工艺在有焊接口的位置，用支撑金属和外围保护金属共同构成微流道的导入通道，这种焊接口不仅在接口的两个平面实现了焊接，同时在接口的外围用熔融金属做了整面的保护，大大增加了接口的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种液态微流道互联接口及其焊接工艺。
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。但是对于用半导体材质制作的可用于芯片堆叠工艺的微流道来说，不能用金属焊接的方式实现液态微流道互联接口的结合，只能用回流焊或者表面贴装的方式，这种传统的只有平面焊接互联的工艺不能有效应对液压较高的微流道工作环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种液态微流道互联接口及其焊接工艺，其增加了接口的稳定性。本发明采用的技术方案是：
一种液态微流道互联接口焊接工艺，其中，包括以下步骤：
(a)、提供带有微流道的衬底，在衬底上形成第一金属bump和第二金属bump；
(b)、抛光第一金属bump表面的第二金属，得到具有双层结构bump的衬底；
(c)、在衬底表面开通孔，使微流道跟外界导通，所述第一金属bump和第二金属bump均包括两个，两个第一金属bump设置在通孔两侧，两个第二金属bump设置在两个第一金属bump两侧并远离通孔，所述第一金属bump和第二金属bump接触设置；然后在第一金属bump和第二金属bump表面刷焊锡，通过晶圆级键合工艺将两个刷焊锡的衬底键合在一起，得到最终结构。
优选的是，所述的液态微流道互联接口焊接工艺，其中，所述步骤（a）具体为：
(a1)、在衬底上表面沉积绝缘层，在绝缘层上形成至少一层种子层，然后通过光刻胶定位第一bump位置，电镀第一金属bump；
(a2)、去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面种子层，剩下第一金属bump；
(a3)、在绝缘层上形成至少一层种子层，然后通过光刻胶定位第二bump位置，电镀第二金属bump；
(a4)、去除光刻胶，腐蚀掉第一衬底表面第二种子层，剩下第二金属bump。
优选的是，所述的液态微流道互联接口焊接工艺，其中，所述绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅，厚度为0.01um～100um；所述种子层厚度为0.001um～100um，所述种子层材质选自钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种。
优选的是，所述的液态微流道互联接口焊接工艺，其中，所述第一金属bump的材质为钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um，金属为一层或多层；所述第二金属bump的材质为锡、铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um，金属为一层或多层。
一种液态微流道互联接口，其中，包括：两个衬底，每个所述衬底内均设置微流道，每个所述衬底中间均设置通孔使微流道和外界导通，所述通孔两侧均设置至少一层第一金属bump和至少一层第二金属bump，所述第一金属bump和第二金属bump上均设置焊锡层，所述两个衬底通过焊锡层结合；所述第一金属bump和第二金属bump均包括两个，两个第一金属bump设置在通孔两侧，两个第二金属bump设置在两个第一金属bump两侧并远离通孔，所述第一金属bump和第二金属bump接触设置。
优选的是，所述的液态微流道互联接口，其中，所述第一金属bump的材质为钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um；所述第二金属bump的材质为锡、铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um，金属为一层或多层。
本发明的优点在于：本发明的液态微流道互联接口焊接工艺在有焊接口的位置，通过设置第一金属bump和第二金属bump作为支撑金属和外围保护金属，用支撑金属和外围保护金属共同构成微流道的导入通道，这种焊接口不仅在接口的两个平面实现了焊接，同时在接口的外围用熔融金属做了整面的保护，大大增加了接口的稳定性。
附图说明
图1为本发明的实施例1衬底电镀出铜金属bump的示意图。
图2为本发明的实施例1衬底剩下铜金属bump的示意图。
图3为本发明的实施例1在绝缘层上制作种子层的示意图。
图4为本发明的实施例1衬底电镀出锡金属bump的示意图。
图5为本发明的实施例1和实施例2双层结构bump的示意图。
图6为本发明的衬底和外界导通的示意图。
图7为本发明的两个衬底键合在一起的示意图。
图8为本发明的液态微流道互联接口示意图。
图9为本发明的实施例2衬底电镀出锡金属bump示意图。
图10为本发明的实施例2衬底剩下锡金属bump的示意图。
图11为本发明的实施例2在绝缘层上制作种子层示意图。
图12为本发明的实施例2衬底电镀出铜金属bump示意图。
图13为本发明的实施例3的衬底电镀出铜金属bump示意图。
图14为本发明的实施例3的衬底剩下铜金属bump示意图。
图15为本发明的实施例3的在绝缘层上制作种子层示意图。
图16为本发明的实施例3的衬底剩下锡金属bump示意图。
图17为实施例3双层结构bump的示意图。
图18为本发明的实施例4光刻定义锡金属bump位置示意图。
图19为本发明的实施例4衬底电镀出锡金属bump的示意图。
图20为本发明的实施例4衬底剩下锡金属bump示意图。
图21为本发明的实施例4在绝缘层上制作种子层示意图。
图22为本发明的实施例4的衬底电镀出锡金属bump示意图。
图23为本发明的实施例4的双层结构bump示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一；
本实施例提供的液态微流道互联接口焊接工艺，包括以下步骤：
如图1所示，
(a)、提供带有微流道的衬底，在衬底上依次形成铜金属bump和锡金属bump；
如图1所示，在带有微流道的衬底101表面沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，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第一种子层102，第一种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，第一种子层材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义第一bump位置103，电镀做出铜金属bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层；
此步骤的衬底包括4，6，8，12寸晶圆，厚度范围为200um到2000um，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。
如图2所示，去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面第一种子层，剩下第一金属bump；
如图3所示，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作第二种子层，第二种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义第二锡bump位置；
如图4所示，电镀做出锡bump104，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质为锡，也可以是铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面第二种子层，剩下锡金属bump。
(b)、抛光铜金属表面的锡层，得到具有双层结构bump的衬底；
如图5所示，抛光铜金属表面锡层，得到双层结构的bump；
(c)、在衬底表面开通孔105，使微流道跟外界导通，然后在第一金属bump和第二金属bump表面刷焊锡，通过晶圆级键合工艺将两个刷焊锡的衬底键合在一起，完成液态微流道互联接口焊接。
如图6所示，在衬底表面开通孔，使微通道跟外界导通；
如图7所示，在铜金属bump和锡金属bump表面刷焊锡，用晶圆级键合工艺把两个衬底键合在一起；
如图8所示，回流得到最终结构。
实施例2：
本实施例提供的液态微流道互联接口焊接工艺，包括以下步骤：
(a)、提供带有微流道的衬底，在衬底上依次形成锡金属bump和铜金属bump；
如图8所示，在带有微流道的衬底表面沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，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第一种子层，第一种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义锡bump位置；
如图9所示，电镀做出锡金属bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质为锡，也可以是铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
此步骤的衬底包括4，6，8，12寸晶圆，厚度范围为200um到2000um，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。
如图10所示，去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面第一种子层，剩下锡金属bump。
如图11所示，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作第二种子层，第二种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义铜bump位置；
如图12所示，电镀做出铜bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质为铜，也可以是铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面种子层，剩下铜金属bump。
（b）：抛光铜金属表面铜层，得到双层结构的bump；
如图5所示，抛光铜金属表面锡层，得到双层结构的bump；
（c）：在衬底表面开通孔，使微流道跟外界导通，然后在第一金属bump和第二金属bump表面刷焊锡，通过晶圆级键合工艺将两个刷焊锡的衬底键合在一起，完成液态微流道互联接口焊接。
如图6所示，在衬底表面开通孔105，使微通道跟外界导通；
如图7所示，在铜金属bump和锡金属bump表面刷焊锡，用晶圆级键合工艺把两个衬底键合在一起；
如图8所示，回流得到最终结构。
实施例3：
本实施例提供的液态微流道互联接口焊接工艺，包括以下步骤：
（1）：提供带有微流道的衬底，在衬底上依次形成铜金属bump和锡金属bump；
如图13所示，在带有微流道的衬底表面沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，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，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义bump位置，电镀做出铜金属bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层；
此步骤的衬底包括4，6，8，12寸晶圆，厚度范围为200um到2000um，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。
如图14所示，去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面第一种子层，剩下铜金属bump。
如图15所示，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，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义锡bump位置；
如图16所示，电镀做出锡bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质为锡，也可以是铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面第二种子层，剩下锡金属bump。
（b）：抛光铜金属表面锡层，得到双层结构的bump；
如图17所示，抛光铜金属表面锡层，得到双层结构的bump；
（c）：在衬底表面刻蚀铜金属，然后继续刻蚀硅材质，开通孔105，使微流道跟外界导通，然后在金属表面刷焊锡，用晶圆级键合工艺把两个衬底键合在一起，得到最终结构。
如图6所示，在衬底表面刻蚀铜金属，然后继续刻蚀硅材质，开通孔，使微通道跟外界导通；
如图7所示，在铜金属bump和锡金属bump表面刷焊锡，用晶圆级键合工艺把两个衬底键合在一起；
如图8所示，回流得到最终结构。
实施例4：
本实施例提供的液态微流道互联接口焊接工艺，包括以下步骤：
（1）：提供带有微流道的衬底，在带有微通道的衬底表面制作锡金属bump，继续在该表面制作铜金属bump。
如图18所示，在带有微流道的衬底表面沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，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第一种子层，第一种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义锡bump位置；
如图19所示，电镀做出锡金属bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质为锡，也可以是铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
此步骤的衬底包括4，6，8，12寸晶圆，厚度范围为200um到2000um，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。
如图20所示，去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面种子层，剩下锡金属bump。
如图21所示，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，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义铜bump位置；
如图22所示，电镀做出铜bump，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质为铜，也可以是铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
如图23所示，去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面第二种子层，剩下铜金属bump。
B：抛光铜金属表面铜层，得到双层结构的bump；
C：在衬底表面刻蚀铜金属，然后继续刻蚀硅材质，开通孔105，使微流道跟外界导通，然后在金属表面刷焊锡，用晶圆级键合工艺把两个晶圆键合在一起，得到最终结构。
如图6所示，在晶圆表面刻蚀铜金属，然后继续刻蚀硅材质，开通孔，使微通道跟外界导通；
如图7所示，在金属表面刷焊锡，用晶圆级键合工艺把两个晶圆键合在一起；
如图8所示，回流得到最终结构。
实施例5：
如图8所示，一种液态微流道互联接口，其中，包括：两个衬底101，每个所述衬底101内均设置微流道，每个所述衬底中间均设置通孔105使微流道和外界导通，所述通孔两侧均设置至少一层第一金属bump103和至少一层第二金属bump104，所述第一金属bump103和第二金属bump104上均设置焊锡层，所述两个衬底101通过焊锡层结合。
所述第一金属bump的材质为钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种；金属厚度为1um～100um；所述第二金属bump的材质为锡、铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um，可以是一层也可以是多层；所述第一金属bump和第二金属bump均包括两个，两个第一金属bump设置在通孔两侧，两个第二金属bump设置在两个第一金属bump两侧并远离通孔。
本发明的液态微流道互联接口焊接工艺在有焊接口的位置，通过设置第一金属bump和第二金属bump作为支撑金属和外围保护金属，用支撑金属和外围保护金属共同构成微流道的导入通道，这种焊接口不仅在接口的两个平面实现了焊接，同时在接口的外围用熔融金属做了整面的保护，大大增加了接口的稳定性。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种液态微流道互联接口焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、提供带有微流道的衬底，在衬底上形成第一金属bump和第二金属bump；
(b)、抛光第一金属bump表面的第二金属，得到具有双层结构bump的衬底；
(c)、在衬底表面开通孔，使微通道跟外界导通，所述第一金属bump和第二金属bump均包括两个，两个第一金属bump设置在通孔两侧，两个第二金属bump设置在两个第一金属bump两侧并远离通孔，所述第一金属bump和第二金属bump接触设置；然后在第一金属bump和第二金属bump表面刷焊锡，通过晶圆级键合工艺将两个刷焊锡的衬底键合在一起，得到最终结构。
2.如权利要求1所述的液态微流道互联接口焊接工艺，其特征在于，所述步骤（a）具体为：
(a1)、在衬底上表面沉积绝缘层，在绝缘层上形成至少一层种子层，然后通过光刻胶定位第一bump位置，电镀第一金属bump；
(a2)、去除光刻胶，腐蚀掉衬底表面种子层，剩下第一金属bump；
(a3)、在绝缘层上形成至少一层种子层，然后通过光刻胶定位第二bump位置，电镀第二金属bump；
(a4)、去除光刻胶，腐蚀掉第一衬底表面第二种子层，剩下第二金属bump。
3.如权利要求2所述的液态微流道互联接口焊接工艺，其特征在于，所述绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅，厚度为0.01um～100um；所述种子层厚度为0.001um～100um，所述种子层材质选自钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种。
4.如权利要求2所述的液态微流道互联接口焊接工艺，其特征在于，所述第一金属bump的材质为钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种；金属厚度为1um～100um，金属为一层或多层；所述第二金属bump的材质为锡、铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um，金属为一层或多层。
5.一种液态微流道互联接口，其特征在于，包括：两个衬底，每个所述衬底内均设置微流道，每个所述衬底中间均设置通孔使微流道和外界导通，所述通孔两侧均设置至少一层第一金属bump和至少一层第二金属bump，所述第一金属bump和第二金属bump上均设置焊锡层，所述两个衬底通过焊锡层结合；
所述第一金属bump和第二金属bump均包括两个，两个第一金属bump设置在通孔两侧，两个第二金属bump设置在两个第一金属bump两侧并远离通孔，所述第一金属bump和第二金属bump接触设置。
6.如权利要求5所述的液态微流道互联接口，其特征在于，所述第一金属bump的材质为钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um；所述第二金属bump的材质为锡、铟、钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种，金属厚度为1um～100um，金属为一层或多层。
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