CN112992848A - 基板及其制造方法 - Google Patents

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layer
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Abstract

本公开提供了基板及其制造方法。通过在基板内两线路层之间形成连通两线路层和基板表面的散热导孔，在不增加基板体积的情况下，实现基板散热，且导热路径较短，提升了散热性能。

Description

基板及其制造方法
技术领域
本公开涉及半导体封装技术领域，具体涉及基板及其制造方法。
背景技术
随着智能移动设备(例如，智能手机，智能平板电脑等)的发展，在追求功 能多样的同时追求体积越来越小，相应地线路、芯片、元件等的整合封装更加重 要。为了兼顾产品功能和设备体积，经常会将各种线路、元件等埋入基板以减少 电传输路径，进一步将功率损耗降低，以利于将各种功能的线路、集成电路(IC， Integrated Circuit)芯片、元件等整合成一颗小型的封装。
然而，随着埋入基板的线路、芯片、元件越来越多，相应热量的累积也越多， 为基板散热问题带来挑战。
发明内容
本公开提出了基板及其制造方法。
第一方面，本公开提供了一种基板，所述基板具有第一表面和与所述第一表 面相对的第二表面，所述基板包括：
第一线路层，设置于所述第一表面和所述第二表面之间；
第二线路层，设置于所述第一线路层与所述第二表面之间；
散热导孔，从所述第一表面向所述基板内延伸，连接所述第一线路层和所述 第二线路层。
在一些可选的实施方式中，所述第一线路层和所述第二线路层均设置有微流 道结构，所述散热导孔连通所述第一线路层的微流道结构和所述第二线路层的微 流道结构。
在一些可选的实施方式中，所述散热导孔的侧壁具有第一金属层以及设置于 第一金属层上的第二金属层。
在一些可选的实施方式中，所述散热导孔的侧壁还具有设置于第二金属层上 的防氧化层。
在一些可选的实施方式中，所述散热导孔的侧壁上设置的第一金属层、第二 金属层和防氧化层的粗糙度从大到小顺序排列。
在一些可选的实施方式中，所述散热导孔的高度大于等于300微米。
在一些可选的实施方式中，所述基板还包括内埋于所述基板内的至少一个电 子元件。
在一些可选的实施方式中，所述散热导孔设置于所述至少一个电子元件的侧 面。
在一些可选的实施方式中，所述至少一个电子元件设置于所述第一线路层和 所述第二线路层之间。
在一些可选的实施方式中，所述第一表面中所述散热导孔开口处设有冷却液 导流结构，所述冷却液导流结构具有开口，用于冷却液流入或流出。
在一些可选的实施方式中，所述散热导孔与所述第一表面相对的孔口处设置 有冷却液封闭结构，所述冷却液封闭结构与所述散热导孔形成冷却液容纳腔室。
在一些可选的实施方式中，所述冷却液导流结构和所述冷却液封闭结构为聚 二甲基硅氧烷。
在一些可选的实施方式中，所述基板还包括重布线层，设置于所述第二表面 下方。
在一些可选的实施方式中，所述基板包括至少两个所述散热导孔。
第二方面，本公开提供了一种制造基板的方法，所述方法包括：
提供基板，所述基板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述 基板具有设于第一表面和所述第二表面之间的第一线路层以及设于所述第一线 路层与所述第二表面之间的第二线路层；
在所述基板的第一表面向第二表面挖孔，以形成连接所述第一线路层和所述 第二线路层的散热导孔。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述散热导孔的侧壁上形成 第一金属层。
在一些可选的实施方式中，所述在所述散热导孔的侧壁上形成第一金属层， 包括：在所述散热导孔的侧壁上利用化学镀方式镀出第一金属层。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述散热导孔的侧壁上第一 金属层上形成第二金属层。
在一些可选的实施方式中，所述在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上形成 第二金属层，包括：在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上电镀出第二金属层。
在一些可选的实施方式中，所述在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上电镀 出第二金属层，包括：在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上，先以第一电流电 镀再以第二电流电镀以形成第二金属层，所述第二电流大于所述第一电流。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述散热导孔的侧壁上第二 金属层上形成防氧化层。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述第一表面中所述散热导 孔开口处形成冷却液导流结构，所述冷却液导流结构具有开口，用于冷却液流入 或流出。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述散热导孔与所述第一表 面相对的孔口处形成冷却液封闭结构，所述冷却液封闭结构与所述散热导孔形成 冷却液容纳腔室。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：在所述第二表面形成重布线层。
为解决将线路、芯片、元件等埋入基板所导致的热能累积问题，现有技术中 大都采用在基板外设置散热片来实现散热。然而，该方法散热路径较长且由于增 加了散热片，导致封装体积较大，不符合减小设备体积的要求。
本公开提供的基板及其制造方法，通过在基板中两线路层到基板表面之间设 置散热导孔，方便将基板内两线路层的热量通过散热导孔传导到基板外，且没有 增大基板体积，符合减小设备体积的需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的 其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1A是根据本公开的基板的一个实施例的纵向截面结构示意图；
图1B是根据本公开的散热导孔的一个实施例的纵向截面结构示意图；
图1C是根据本公开的基板的一个实施例的立体爆炸图；
图2A和图2B是根据本公开的一个实施例在各个阶段制造的基板的俯视图；
图3A-图3E是根据本公开的一个实施例在各个阶段制造的基板的纵向截面 结构示意图。
符号说明：
100a 第一表面； 100b 第二表面；
101 第一线路层； 102 第二线路层；
1011 微流道； 1021 微流道；
103 散热导孔； 104 电子元件；
1031 第一金属层； 105 冷却液导流结构；
1032 第二金属层； 106 冷却液封闭结构；
1033 防氧化层； 107 重布线层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对说明本发明的具体实施方式，通过本说明书记载的 内容本领域技术人员可以轻易了解本发明所解决的技术问题以及所产生的技术 效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对 该发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说 明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本发明可 实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变 或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落 在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如 “上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限 定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下， 当也视为本发明可实施的范畴。
还需要说明的是，本公开的实施例对应的纵向截面可以为对应前视图方向截 面，横向截面可以为对应右视图方向截面，而水平截面可以为对应上视图方向截 面。
另外，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组 合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
参考图1A，图1A示出了根据本公开的基板的一个实施例的纵向截面结构示 意图。
如图1A所示，基板100具有第一表面100a和与第一表面100a相对的第二 表面100b，基板100内还可以设置有：
第一线路层101，设置于第一表面100a和第二表面100b之间。
第二线路层102，设置于第一线路层101与第二表面100b之间。
散热导孔103，从第一表面100a向基板100内延伸，连接第一线路层101和 第二线路层102。
这里，散热导孔103可以具有导电功能且成空心状，以实现将第一线路层101 电连接到第二线路层102，同时也可以将第一线路层101和第二线路层102在工 作中所产生的热量传导至基板100的第一表面100a外，继而实现在不增加基板 体积的情况下，对基板进行散热。可选地，散热导孔103内可以填充有冷却液(例 如，水)以通过所填充的冷却液实现散热。
在一些可选的实施方式中，第一线路层101和第二线路层102可以均设置有 微流道结构。请参考图1C，图1C示出了根据本公开的基板100的一个实施例的 立体爆炸图。如图1C所示，第一线路层101设置有微流道结构1011，第二线路 层102设置有微流道结构1021。而散热导孔103可以连通微流道结构1011和微 流道结构1021。这样，微流道结构1011、微流道结构1021和散热导孔103内可 以填充有冷却液(例如，水)。从而，冷却液从微流道结构1011内经过，可以带 走第一线路层101的热量。冷却液从微流道结构1021内经过，可以带走第二线 路层102的热量。从微流道结构1011和微流道结构1021流经的冷却液再经过散 热导孔103，可以将第一线路层101的热量和第二线路层102的热量传导到基板 100的第一表面100a外面。该可选实施方式，通过在第一线路层101和第二线路 层102设置微流道结构，进一步提高了基板散热效果。可以理解的是，第一线路 层101的微流道结构1011可以根据第一线路层101的实际线路布局进行相应设 计，以绕开第一线路层101的线路图案，并充分布局在第一线路层101，以实现 流经微流道结构1011的冷却液可充分带走第一线路层101的热量。同理，上述 描述可适用于第二线路层102和微流道结构1021，在此不再赘述。如图1C中箭 头右侧所示的四种微流道结构示意图，可以适用于微流道结构1011和微流道结 构1021。
在一些可选的实施方式中，基板100可包括至少两个散热导孔103，如图1C 所示，每个散热导孔103均连接第一线路层101和第二线路层102。这样，可以 更好地实现带走第一线路层101和第二线路层102工作中产生的热量。
在一些可选的实施方式中，基板100除了包括第一线路层101和第二线路层 102，还可以包括其他更多的线路层，而且所包括的其他线路层也可以分别设置 有相应的微流道结构，而散热导孔103也可以分别连通第一线路层101、第二线 路层102和其他线路层的微流道结构，以利用流经各线路层的微流道结构的冷却 液通过导孔103将各线路层的热量传到基板100的第一表面100a外。
下面参考图1B，其示出了根据本公开的散热导孔的一个实施例的纵向截面 结构示意图。
为了实现散热导孔103既具有导电功能且成空心状以容纳冷却液，在一些可 选的实施方式中，如图1B所示，散热导孔103的侧壁可具有第一金属层1031以 及设置于第一金属层1031上的第二金属层1032。即，散热导孔103侧壁上形成 有两层用于实现导电功能的金属层。这是由于，散热导孔103往往比较深，为了 在散热导孔103内形成导电材料，可以先利用化学镀方式制作第一金属层1031， 再采用电镀方式制作第二金属层1032。可选地，化学镀得到的第一金属层1031 的厚度可小于电镀得到的第二金属层1032的厚度。例如，第一金属层1031和第 二金属层1032可以是铜、银、金或者其合金等。
实践中，为了防止冷却液流经散热导孔103时可能会与散热导孔103内的导 电材料发生化学反应(比如，氧化反应)而影响导电性能，在一些可选的实施方 式中，散热导孔103的侧壁还具有设置于第二金属层1032上的防氧化层1033。 例如，防氧化层1033可以是金、铬、镍、锌等金属。这样，在冷却液(比如， 水)流经散热导孔103时，不会与散热导孔103侧壁设置的第一金属层1031(例 如，铜)和第二金属层1032(例如，铜)发生化学反应。
在一些可选的实施方式中，散热导孔103的侧壁上设置的第一金属层1031、 第二金属层1032和防氧化层1033的粗糙度可从大到小顺序排列。即，接触冷却 液的防氧化层1033是最光滑的，可以利于冷却液在导孔103内顺畅流动。
实践中，内埋在基板内的元件厚度一般在100到300微米之间，线路层的厚 度一般在50微米，为了实现在基板内埋元件或者制作多层线路，在一些可选的 实施方式中，散热导孔103的高度可大于等于300微米，以实现在基板内埋元件 或制作线路，并可实现将内埋元件或线路的热量传导至基板外。
在一些可选的实施方式中，如图1A所示，基板100还可包括内埋于基板100 内的至少一个电子元件104。例如，电子元件104可以是有源元件(主动元件， Activecomponents)，例如芯片等，也可以是无源组件(被动组件，Passive components)，例如电容器、电感器、电阻器等。
基于上述可选实施方式，散热导孔103可设置于至少一个电子元件104的侧 面。如图1A所示，由于散热导孔103设置在电子元件104的侧面，方便散热导 孔103将电子元件104中的热量导出。这里，可选地，至少一个电子元件104可 以设置于第一线路层101和第二线路层102之间。这样，当第一线路层101和第 二线路层101设置了微流道结构1011和1021时，流经微流道结构1011和1021 的冷却液还可以带走电子元件104的热量，以进一步利于基板散热。
在一些可选的实施方式中，如图1A所示，基板100的第一表面100a中散热 导孔103开口处可设有冷却液导流结构105，冷却液导流结构105具有开口，用 于冷却液流入或流出。这里，冷却液导流结构105可以是各种具备防水性能的材 质。例如，PDMS(聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane)。由于设置冷却液导 流结构105，可方便冷却液从冷却液导流结构105流入或留出基板100，进而实 现由流入基板的冷却液将基板内热量在冷却液流出基板时传导到基板外，实现散 热效果。
在一些可选的实施方式中，如图1A所示，散热导孔103与第一表面100a相 对的孔口处可设置有冷却液封闭结构106，冷却液封闭结构106与散热导孔103 形成冷却液容纳腔室。冷却液封闭结构106可以是各种具备防水性能的材质。例 如，PDMS。由于设置了冷却液封闭结构106，冷却液可以从散热导孔103进入 冷却液封闭结构106与散热导孔103形成冷却液容纳腔室，进而实现流经冷却液 容纳腔室的冷却液带走散热导孔103附近的热量。
在一些可选的实施方式中，如图1A和图1C所示，基板100还可包括重布 线层107，设置于第二表面100b下方。当基板100不包括冷却液封闭结构106 时，该重布线层107可以使得基板100提供更多功能线路。当基板100包括冷却 液封闭结构106时，该重布线层107除了可以使得基板100提供更多线路外，还 可以作为加固层对冷却液封闭结构106提供保护，使得冷却液封闭结构106不是 裸露在外。
图2A和图2B是根据本公开的一个实施例在各个阶段制造的基板的俯视图， 图3A-图3D是根据本公开的一个实施例在各个阶段制造的基板的纵向截面结构 示意图。下面结合图2A、2B、3A、3B、3C和3D说明根据本公开的一个实施例 在各个阶段制造的基板的俯视图和纵向截面结构示意图。为了更好地理解本公开 的各方面，已简化各图。
参考图2A和3A，提供基板100。其中，图2A是基板100的俯视图，图3A 是基板100的纵向截面结构示意图。
这里，基板100具有第一表面100a和与第一表面100a相对的第二表面100b。 基板100具有设于第一表面100a和第二表面100b之间的第一线路层101以及设 于第一线路层101与所述第二表面100b之间的第二线路层102。可选地，基板 100还可以具有设于第一线路层101和第二线路层102之间的电子元件104。
参考图3B和图2B，在基板100的第一表面100a向第二表面100b挖孔，以 形成连接第一线路层101和第二线路层102的散热导孔103。图2B是基板100 在挖孔后的俯视图，图3B是基板100在挖孔后的纵向截面结构示意图。
例如，这里可以采用机械钻孔或类似技术进行挖孔。
如图3B所示，若散热导孔103没有连接第一线路层101和第二线路层102， 还可以在挖孔之后，如图3C所示，在散热导孔103的侧壁上形成第一金属层， 以使得散热导孔103连接第一线路层101和第二线路层102。例如，这里可以利 用化学镀方式在散热导孔103的侧壁上镀出第一金属层。进而，通过第一金属层 实现连接第一线路层101和第二线路层102。
在一些可选的实施方式中，还可以在形成第一金属层后，在散热导孔103的 侧壁上第一金属层上形成第二金属层。例如，这里可以在散热导孔103的侧壁上 第一金属层上电镀出第二金属层。即，先采用化学镀方式形成第一金属层，再采 用电镀方式形成第二金属层。这是由于，基板100由于内埋线路或元件导致基板 厚度较厚，进而散热导孔103的深度也较深，采用化学镀先镀一层薄金属层(即， 第一金属层)作为后续电镀线基础，再电镀达到最终所要求的金属层厚度(即， 第一金属层加第二金属层的厚度)。可选地，在电镀出第二金属层时，可以先以 第一电流电镀再以第二电流电镀以形成第二金属层，其中，第二电流大于第一电 流。即，先以小电流进行电镀制程以平缓地增加第二金属层厚度，再开大电流完 成最终所要求的金属层厚度。按照上述先化学镀得到第一金属层，再小电流电镀，最后大电流电镀的方式得到的第一金属层的粗糙度大于第二金属层的粗糙度。可 以实现从散热导孔侧壁到散热导孔中心之间粗糙度的渐近过度。
在一些可选的实施方式中，还可以在散热导孔103的侧壁上形成第二金属层 后，再第二金属层上形成防氧化层，以防止冷却液对散热导孔103造成的腐蚀氧 化等。防氧化层例如可以是金、铬、镍、锌等金属，相应地，可以采用电镀或类 似技术形成防氧化层。
在一些可选的实施方式中，如图3D所示，可以在第一表面100a中散热导孔 103开口处形成冷却液导流结构105。这里，冷却液导流结构105具有开口，用 于冷却液流入或流出。例如，可以采用层压、化学键合或氧电浆等类似技术将冷 却液导流结构105设置在第一表面100a中散热导孔103开口处。
在一些可选的实施方式中，如图3D所示，也可以在散热导孔103与第一表 面100a相对的孔口处形成冷却液封闭结构106。这里，冷却液封闭结构106与散 热导孔103形成冷却液容纳腔室。例如，可以采用层压、化学键合或者氧电浆等 类似技术。
在一些可选的实施方式中，如图3E所示，还可以在第二表面100b形成重布 线层107，以实现更多线路功能，或者在基板100中散热导孔103与第一表面100a 相对的孔口处形成冷却液封闭结构106的情况下，由重布线层107对冷却液封闭 结构106提供加固和保护的功能。
尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不 限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施 例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范 围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的技术 再现与实际实施之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。 应将说明书和图示视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、 材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修 改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作 描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、 细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本公开。

Claims (10)

1.一种基板，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述基板包括：
第一线路层，设置于所述第一表面和所述第二表面之间；
第二线路层，设置于所述第一线路层与所述第二表面之间；
散热导孔，从所述第一表面向所述基板内延伸，连接所述第一线路层和所述第二线路层。
2.根据权利要求1所述的基板，其中，所述散热导孔的侧壁具有第一金属层以及设置于第一金属层上的第二金属层，设置于第二金属层上的防氧化层。
3.根据权利要求2所述的基板，其中，所述散热导孔的侧壁上设置的第一金属层、第二金属层和防氧化层的粗糙度从大到小顺序排列。
4.根据权利要求3所述的基板，其中，所述第一线路层和所述第二线路层均设置有微流道结构，所述散热导孔连通所述第一线路层的微流道结构和所述第二线路层的微流道结构。
5.根据权利要求1-4中任一所述的基板，其中，所述基板还包括内埋于所述基板内的至少一个电子元件，所述散热导孔设置于所述至少一个电子元件的侧面，所述至少一个电子元件设置于所述第一线路层和所述第二线路层之间。
6.根据权利要求1-4所述的基板，其中，所述第一表面中所述散热导孔开口处设有冷却液导流结构，所述冷却液导流结构具有开口，用于冷却液流入或流出，所述散热导孔与所述第一表面相对的孔口处设置有冷却液封闭结构，所述冷却液封闭结构与所述散热导孔形成冷却液容纳腔室，所述冷却液导流结构和所述冷却液封闭结构为聚二甲基硅氧烷。
7.一种制造基板的方法，包括：
提供基板，所述基板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述基板具有设于第一表面和所述第二表面之间的第一线路层以及设于所述第一线路层与所述第二表面之间的第二线路层；
在所述基板的第一表面向第二表面挖孔，以形成连接所述第一线路层和所述第二线路层的散热导孔。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法还包括：
在所述散热导孔的侧壁上利用化学镀方式镀出第一金属层；
在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上电镀出第二金属层；
在所述散热导孔的侧壁上第二金属层上形成防氧化层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上电镀出第二金属层，包括：
在所述散热导孔的侧壁上第一金属层上，先以第一电流电镀再以第二电流电镀以形成第二金属层，所述第二电流大于所述第一电流。
10.根据权利要求7-9所述的方法，其中，所述方法还包括：
在所述第一表面中所述散热导孔开口处形成冷却液导流结构，所述冷却液导流结构具有开口，用于冷却液流入或流出；
在所述散热导孔与所述第一表面相对的孔口处形成冷却液封闭结构，所述冷却液封闭结构与所述散热导孔形成冷却液容纳腔室。
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