CN112750600B - 一种基于微流道的可调式电感及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于微流道的可调式电感，包括通过管道相连通的泵、热交换器以及设置于基板上的微流道。微流道包括相互连通的多个翅片，翅片内部填充有液态金属形成电感，具有选通功能的第一芯片通过第一重布线层电连接至翅片。

Description

一种基于微流道的可调式电感及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于微流道的可调式电感及其制造方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，电子器件组件朝着小型化、高频化及多功能化的方向发展。芯片功率密度的增加使得单位面积上产生的热量急剧增加。若热量无法快速散出，会导致封装结构内温度急剧上升，进而产生芯片性能下降、热失配、芯片烧毁、互连金属熔化等问题，带来系统性能下降和甚至系统失效。

微流道是一种高效的冷却方式，是解决高热流密度与高功耗芯片散热的非常有潜在价值的方案。常规的金属基微流道通常布置于封装体外，离芯片散热区域远，不能有效的将热量带出。布置于基板的微流道方案可尽可能将微流道与芯片靠近，有利于提高散热效果，此外，基于小型化及高集成化的考虑，如何充分利用微流道结构也已成为一个研究方向。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种基于微流道的可调式电感，包括：

微流道，设置于基板上，所述基板上设置有进液口及出液口，所述微流道包括：

多个翅片，其布置于所述基板内部，所述翅片相互连通，内部填充有液态金属形成电感，其中，最外侧的两个翅片分别设置有第一开口及第二开口，所述第一开口及第二开口分别与所述进液口及出液口连通；

第一重布线层，其布置于所述基板的第一表面，所述第一重布线层电连接至各翅片，所述第一重布线层表面还设置有第一介质层；

第二重布线层，其布置于所述基板的第二表面，所述第二重布线层电连接至所述第一重布线层；

水密板，其设置于所述基板的第二表面，所述水密板包括第五通孔及第六通孔，分别与所述进液口及出液口连通；

泵，其通过管道与所述第五通孔或第六通孔连通，使得液态金属在微流道内流动，实现散热；以及

热交换器，其通过管道与所述第五通孔或第六通孔以及泵连通，用于冷却回流的液态金属。

进一步地，所述基板的材料为硅或玻璃等水密性材料。

进一步地，所述系统还包括第一芯片，其电连接至所述第一重布线层，所述第一芯片具有选通功能。

进一步地，所述微流道还包括第一通孔，所述第一通孔内填充有导电介质，其两端分别电连接至所述翅片及所述第一重布线层。

进一步地，所述微流道还包括第四通孔，所述第四通孔内填充有导电介质，其两端分别电连接至所述第一重布线层以及所述第二重布线层。

进一步地，所述第二重布线层包括外接焊盘。

进一步地，所述管道的材料为聚氯乙烯或金属材料，但不可采用铝。

本发明另一方面提供所述可调式电感的制造方法，包括：

在第一基板上制作第一通孔及第二通孔；

在所述第一基板第一表面形成第一重布线层；

第二通孔露头，并在所述第一基板的第二表面刻蚀第一沟道；

在所述第一沟道表面电镀金属层，并在所述第一基板的第二表面形成第一键合面；

在第二基板上制作第三通孔，并在所述第二基板的第一表面形成第二键合面，在所述第二基板的第二表面刻蚀第二沟道，并形成第三键合面，所述第二键合面围绕进液口或出液口的预设位置布置；

将所述第二基板的第二表面键合至所述第一基板的第二表面，使得第一沟道与第二沟道连通形成翅片，并使得第三通孔电连接至所述第二通孔；

形成进液口及出液口；

在第三基板的第一表面形成第三重布线层，并刻蚀深腔；

将第一芯片贴片至所述第一重布线层，并将所述第三基板的第一表面键合至所述第一基板的第一表面；以及

将所述第二基板贴装至陶瓷等水密板，并通过管道将进液口、出液口与泵、热交换器连通，在翅片内加注液态金属。

进一步地，所述第一键合面和/或第二键合面和/或第三键合面为环形结构，其材料为Cu或CuSn等金属或合金。

本发明提供的一种基于微流道的可调式电感及其制造方法，其将微流道设置于硅或玻璃材料制成的基板，从而可贴装于芯片的表面，甚至布置于有源芯片的内部，使得微流道能够尽可能的靠近芯片，提高散热效率，并进一步地缩小了封装结构的体积。此外，通过在微流道系统中填充液态金属，还可形成天然的电感，进而使得微流道在散热的同时，还可作为芯片的外围电路，或与集成无源元件(IPD)一起实现滤波、匹配、滤波的功能。还可以进一步地通过具有选通功能的开关芯片或集成芯片，选取实际接入到功能电路中的微流道翅片，实现实际电感感值的微调。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种基于微流道的可调式电感的结构示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种基于微流道的可调式电感的制造方法的流程示意图；以及

图3a-3i示出本发明一个实施例的一种基于微流道的可调式电感的制造方法的过程剖面示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本发明提供一种基于微流道的可调式电感及其制造方法，其将微流道设置于硅或玻璃材料制成的基板内，并在微流道系统中填充液态金属作为导热媒质，从而形成天然的电感。下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种基于微流道的可调式电感的结构示意图。如图1所示，一种基于微流道的可调式电感包括微流道散热系统以及第一芯片002，其中，所述微流道散热系统中采用液态金属作为散热媒质，所述液态金属使得微流道成为天然的电感，所述电感可接入功能电路中，作为芯片的外围电路或与集成无源元件(IPD)003一起实现滤波、匹配、滤波功能，根据接入功能电路中的翅片数量不同，实际产生的电感感值也有差别。在实际操作中，所述电感的一端直接电连接至功能电路，另一端则通过所述第一芯片002接入到所述功能电路中，所述第一芯片002具有选通功能，可控制选择实际接入到功能电路中的翅片，进而实现对电感感值的微调，所述第一芯片002可以为具有选通功能的开关芯片或者集成芯片。所述可调式电感结构还包括第三基板101，所述第三基板101上刻蚀有深腔，所述深腔包覆所述第一芯片及IPD。

所述微流道散热系统包括微流道、泵102以及热交换器103，所述微流道包括进液口111以及出液口112，所述泵102以及热交换器103分别通过管道与所述进液口111以及出液口112连通，且所述泵102与所述热交换器103也通过管道连通，形成散热媒质的流动通道，所述散热媒质在泵的驱动下，流经微流道，带走热量，然后经由所述热交换器103进行冷却，如此循环。其中，所述管道采用聚氯乙烯或金属材料制成，但不可采用金属铝。

所述微流道贴装于水密板004上，所述水密板004上设置有第五通孔401以及第六通孔402，所述第五通孔401以及第六通孔402分别与进液口111以及出液口112连通，所述水密板004的材料可以为金属，或陶瓷。所述微流道包括：

多个翅片113，其布置于基板114的内部，所述翅片相互连通，其内部填充液态金属后，即形成天然的电感，其中，最外侧的两个翅片分别设置有第一开口及第二开口，所述第一开口1131及第二开口1132分别与所述进液口111及出液口112连通；所述基板由第一基板、第二基板键合形成，在本发明的一个实施例中，所述基板为硅基板，在本发明的又一个实施例中，所述基板采用玻璃材料制成；应当理解的是，在本发明的其他实施例中，也可将有源芯片作为基板；

第一重布线层115，其布置于所述基板114的第一表面，所述第一重布线层电连接至各翅片113，所述第一重布线层115表面还设置有第一介质层116；在本发明的一个实施例中，所述第一重布线层115通过第一通孔1141与所述翅片113电连接；以及

第二重布线层117，其布置于所述基板114的第二表面，所述第二重布线层117电连接至所述第一重布线层115，所述第二重布线层117表面还设置有第二介质层118；在本发明的一个实施例中，所述第二重布线层117通过第二通孔1142与所述翅片113电连接；其中，所述第四通孔1142由设置于所述第一基板上的第二通孔与设置于所述第二基板上的第三通孔组成；所述第二重布线层117设置有外接焊盘，使得所述微流道形成的电感可连接到功能电路中。

图2及图3a-3i以硅基板为例，分别示出本发明一个实施例的一种基于微流道的可调式电感的制造方法的流程及过程剖面。如图所示，一种基于微流道的可调式电感的制造方法，包括：

首先，在步骤201，如图3a所示，制作硅通孔。在第一硅基板301的第一表面制作第一硅通孔311以及第二硅通孔312，其中，所述第二硅通孔312的深度大于所述第一硅通孔311，所述第一及第二硅通孔的具体制作方法包括：采用例如反应粒子刻蚀法等，刻蚀形成通孔，然后所述通孔内制备绝缘层，所述绝缘层的材料可以为二氧化硅或聚酰亚胺或聚苯并环丁烯等，然后采用例如物理气相沉积法在所述通孔内制备金属柱，填满所述通孔；

接下来，在步骤202，如图3b所示，形成第一重布线层。在所述第一硅基板301的第一表面形成第一重布线层313，所述第一重布线层313与所述第一硅通孔311以及第二硅通孔312电连接，第一介质层314覆盖所述第一重布线层313的表面及间隙，形成绝缘保护，在本发明的一个实施例中，所述第一重布线层313具体行程方法可以通过沉积电镀种子层、光刻形成电镀开口和掩膜、电镀、去除电镀掩膜以及去除裸露电镀种子层形成，所述第一重布线层313的材料可以为铜、铝、钨等导电金属材料，所述第一介质层314可以通过旋涂、沉积等工艺形成，其材料可以为PI、树脂等有机材料或者氧化硅、氮化硅等无机绝缘材料；

接下来，在步骤203，如图3c所示，硅通孔露头以及沟道刻蚀。通过研磨减薄所述第一硅基板301的第二表面，使得所述第二硅通孔312露头，并通过例如反应粒子刻蚀法等工艺，在所述第一硅基板301的第二表面刻蚀第一沟道315，所述第一沟道315停留于所述第一硅通孔的底部；

接下来，在步骤204，如图3d所示，形成微流道键合面。在所述第一沟道315内壁上电镀形成金属层316，并在所述第一硅基板301的第二表面形成第一键合面317，所述第一键合面317为环形结构，围绕所述第一沟道315，所述第一键合面的材料为Cu或CuSn等金属或合金，至此完成微流道上层结构；

接下来，在步骤205，如图3e所示，制作微流道下层结构。在第二硅基板302上制作微流道下层结构，具体来说，包括：首先，在第二硅基板302的第一表面制作第三硅通孔321，其工艺与第一硅通孔工艺相同，然后在所述第二硅基板302的第一表面上形成第二键合面322，所述第二键合面322为环形结构，围绕进液口及出液口的预设位置，然后研磨减薄所述第二硅基板302的第二表面，使得所述第三硅通孔321露头，并在所述第二硅基板302的第二表面对应于所述第一沟道315的位置，刻蚀形成第二沟道323，最后，在所述第二硅基板302的第二表面形成第三键合面324，所述第三键合面324为环形结构，围绕所述第二沟道323，所述第二及第三键合面的材料为Cu或CuSn等金属或合金，至此完成微流道下层结构；

接下来，在步骤206，如图3f所示，微流道键合。将所述第二硅基板302的第二表面键和至所述第一硅基板301的第二表面，使得所述第一沟道与第二沟道对齐密封，形成微流道翅片，且使得所述第二硅通孔与所述第三硅通孔电连接，形成第四通孔；

接下来，在步骤207，如图3g所示，形成进液口及出液口。在所述第二硅基板302的第一表面上刻蚀形成进液口325及出液口326；

接下来，在步骤208，如图3h所示，形成微系统。在所述第一重布线层313上贴装第一芯片341及其他如IPD 342等器件，并在所述微流道上键合硅腔，形成微系统。其中，所述硅腔的制造方法包括：在第三硅基板303的第一表面制备第三重布线层311，并在所述第三重布线层311上形成凸点键合312，其中，所述凸点键合312的材料为CuSn或C4等金属或合金，然后在所述第三硅基板303的第一表面刻蚀硅腔313；以及

最后，在步骤209，如图3i所示，加注导热媒质。将所述微系统贴装至水密板305上，所述水密板上对应于所述进液口及出液口的位置设置有第五通孔351及第六通孔352，然后，通过管道将第五通孔351及第六通孔352与泵306及热交换器307连通，最后，向微流道内加注导热媒质，为形成电感，采用液态金属作为导热媒质。

若采用玻璃或其他材质的基板制造所述可调式电感，其步骤与基于硅基板的步骤基本一致，区别仅在于部分工艺，例如制作通孔的工艺略有差别，但这均属于本领域常见工艺，在此不再赘述。

本发明提供的一种基于微流道的可调式电感及其制造方法，通过在微流道系统中填充液态金属形成天然的电感，进而使得微流道在散热的同时，还可作为芯片的外围电路，或与IPD一起实现滤波、匹配、滤波的功能。此外，通过电连接至具有选通功能的开关芯片或集成芯片，选取实际接入到功能电路中的微流道翅片，还可实现实际电感感值的微调。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (8)

1.一种基于微流道的可调式电感，其特征在于，包括：

微流道，设置于基板上，所述基板上设置有进液口及出液口，所述微流道包括：

多个翅片，其布置于基板内部，所述翅片相互连通，内部填充有液态金属形成电感，其中，最外侧的两个翅片分别设置有第一开口及第二开口，所述第一开口及第二开口分别与所述进液口及出液口连通；

第一重布线层，其布置于所述基板的第一表面，所述第一重布线层电连接至各翅片，所述第一重布线层表面还设置有第一介质层；以及

第二重布线层，其布置于所述基板的第二表面，所述第二重布线层电连接至所述第一重布线层；

第一芯片，其电连接至所述第一重布线层，所述第一芯片具有选通功能，用于控制选择接入到功能电路中的翅片；

水密板，其设置于所述基板的第二表面，所述水密板包括第五通孔及第六通孔，所述第五通孔及第六通孔分别与所述进液口及出液口连通；

泵，其通过管道与所述第五通孔或第六通孔连通，使得液态金属在微流道内流动，实现散热；以及

热交换器，其通过管道与所述第五通孔或第六通孔以及泵连通，所述热交换器被配置为冷却回流的液态金属。

2.如权利要求1所述的可调式电感，其特征在于，所述基板的材料为硅或玻璃。

3.如权利要求1所述的可调式电感，其特征在于，所述微流道还包括第一通孔，其内部填充有导电介质，两端分别电连接至所述翅片及所述第一重布线层。

4.如权利要求1所述的可调式电感，其特征在于，所述微流道还包括第四通孔，其内部填充有导电介质，两端分别电连接至所述第一重布线层以及所述第二重布线层。

5.如权利要求1所述的可调式电感，其特征在于，所述第二重布线层包括外接焊盘。

6.如权利要求1所述的可调式电感，其特征在于，所述管道的材料为聚氯乙烯或金属材料，但不可采用铝。

7.一种基于微流道的可调式电感的制造方法，其特征在于，包括步骤：

在第一基板上制作第一通孔及第二通孔，并在所述第一通孔及第二通孔内填充导电介质；

在所述第一基板第一表面形成第一重布线层；

第二通孔露头，并在所述第一基板的第二表面刻蚀第一沟道，所述第一沟道停留于所述第一通孔的底部；

在所述第一沟道表面电镀金属层，并在所述第一基板的第二表面形成第一键合面；

在第二基板上制作第三通孔，并在所述第三通孔内填充导电介质，且在所述第二基板的第一表面进液口或出液口的预设位置周围形成第二键合面，在所述第二基板的第二表面刻蚀第二沟道，并形成第三键合面；

将所述第二基板的第二表面键合至所述第一基板的第二表面，使得第一沟道与第二沟道连通形成翅片，并使得第三通孔电连接至所述第二通孔；

形成进液口及出液口；

在第三基板的第一表面形成第三重布线层，并刻蚀深腔；

将第一芯片贴片至所述第一重布线层，并将所述第三基板的第一表面键合至所述第一基板的第一表面，其中，所述第一芯片具有选通功能；以及

将所述第二基板贴装至水密板，并通过管道将进液口、出液口与泵、热交换器连通，在翅片内加注液态金属，形成电感，所述电感通过第一重布线层与第一芯片电连接，所述第一芯片通过控制选择接入到功能电路中的翅片，调节电感值。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述第一键合面和/或第二键合面和/或第三键合面为环形结构，其材料为金属和/或合金。

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