CN115315064A - 基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法 - Google Patents

基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法 Download PDF

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徐诺心
曾策
卢茜
向伟玮
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Abstract

本发明涉及微电子封装技术领域，具体公开了一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法；其中，气密封装组件包括内嵌微流道的印制电路板、分别安装在印制电路板上下表面且与印制电路板配合形成气密腔的气密封装构件；所述印制电路板包括依次层叠设置的上布线层、金属芯、下布线层；所述金属芯内嵌有微流道，所述金属芯内设置有两端分别与上布线层、下布线层连接且位于气密腔内的垂直传输构造；所述气密封装构件穿过上布线层或下布线层且与金属芯气密焊接。以及公开了其制备方法。本发明具有良好的气密性，同时具有高效散热能力，还能够实现高密度电气信号的传输。

Description

基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域，更具体地讲，涉及一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法。
背景技术
随着电子系统集成密度的进一步提升和功率密度的逐渐增大，热管理问题已经逐渐成为了电子系统发展的技术瓶颈之一。传统的被动散热技术已经不能满足大功率器件的散热需求，利用微流体实现增强散热的热管理技术成为重要的解决途径。
印制电路板是一种通用的电子系统基板，是电子元器件电气连接的提供者，是实现电子系统高密度集成的重要载体。传统的印制电路板主要由有机介质层和铜布线层组成，由于有机材料的热导率很低(通常＜1W/m·K)，很难满足大功率器件高密度集成的需要。中国专利ZL202110118888.9提出了一种内嵌微流道的印制电路板及其制备方法，将微流道散热技术与印制电路板高密度集成技术相结合，实现高热流密度散热。
传统的印制电路板利用封装器件的印制电路板表面贴装技术来实现高密度集成。然而，对于大功率芯片，为了实现其高效散热，必须尽可能多的去除封装界面的热阻。将裸芯片直接集成在印制电路板中微流道的表面就成为了低热阻集成的最有效方法之一。这就对基于内嵌微流道印制电路板的组件封装过程提出了更高的要求。特别是对于有气密性要求的高可靠封装应用领域，急需开发一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件及其制备方法；利用内嵌微流道的印制电路板作为电气信号互联的基板，同时与气密封装构件配合作为组件封装结构的一部分，替代传统的金属封装盒体，实现了组件的结构功能一体化；与传统的“金属盒体+基板”封装方法相比，本发明集成密度高；同时还具有良好的散热能力。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一方面：
本发明公开了一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，包括内嵌微流道的印制电路板、分别安装在印制电路板上下表面且与印制电路板配合形成气密腔的气密封装构件；
所述印制电路板包括依次层叠设置的上布线层、金属芯、下布线层；
所述金属芯内嵌有微流道，所述金属芯内设置两端分别与上布线层、下布线层连接且位于气密腔内的垂直传输构造；
所述气密封装构件穿过上布线层或下布线层且与金属芯气密焊接。
在一些可能的实施方式中，为了有效实现气密，所述气密腔由两个或多个气密封装构件与印制电路板连接后形成。
在一些可能的实施方式中，所述上布线层和下布线层包括有机介质层和铜布线层。
在一些可能的实施方式中，所述气密封装构件包括穿过上布线层或下布线层与金属芯连接的金属围框、安装在金属围框上的金属盖板、以及与金属围框气密连接的电连接器；
所述电连接器的一端伸入气密腔内且与印制电路板连接，其另外一端位于气密腔的外侧。
在一些可能的实施方式中，所述气密封装组件还包括安装在金属芯上下表面或上布线层上表面或下布线层下表面且位于气密腔内的芯片。
在一些可能的实施方式中，所述垂直传输构造包括设置在金属芯上的互联外孔、套装在互联外孔内的有机绝缘件、以及设置有机绝缘件上的互联内孔；所述互联内孔的内侧镀有与上布线层、下布线层连接的导电金属。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现信号的传输，并避免垂直传输构造不气密对组件气密性的影响；
所述垂直传输构造位于气密腔内。
在一些可能的实施方式中，所述金属芯上设置有与微流道连通的进液口和出液口；在所述进液口和出液口上分别安装有液冷连接器。
在一些可能的实施方式中，为了有效的避免液冷连接器安装接口的不气密对组件气密性的影响；
所述液冷连接器位于气密腔的外侧。
另一方面：
本发明公开了一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1:采用软钎焊工艺将金属围框与电连接器连接，形成组合体；
步骤S2:采用软钎焊工艺将组合体焊接在金属芯上；
步骤S3:将芯片集成在印制电路板上,并与印制电路板互联；
步骤S4:将金属盖板与金属围框焊接；
步骤S5:安装液冷连接器，并采用导线与电连接器位于气密腔外侧的一端连接。
在一些可能的实施方式中，在进行将组合体焊接在金属芯上时，其焊接温度将低于金属围框与电连接器焊接时的焊接温度，其温度差至少为20℃。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S3具体是指；采用低热阻集成工艺将芯片集成在印制电路板上，并使用键合引线将芯片与内嵌微流道印制电路板互联。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S4具体是指：采用平行封焊或激光封焊工艺将金属盖板焊接在金属围框表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明利用内嵌微流道的印制电路板作为电气信号互联的基板，同时将其作为组件封装结构的一部分，替代传统的金属封装盒体，实现了组件的结构功能一体化；与传统的“金属盒体+基板”封装方法相比，集成密度可提升一倍以上。
本发明利用内嵌微流道的印制电路板作为电气信号互联的基板，利用流体在微流道内流动的增强散热效应，实现300W/cm2以上的高热流密度散热。与普通的金属封装相比，其高效散热能力提升3倍以上。
本发明通过将金属围框与金属芯直接焊接，并利用金属盖板进行气密封焊的方法，实现组件的气密封装；
本发明通过将液冷连接器接口分置在封装外部，垂直传输构造置于封装内的方法，避免了流体、电气信号传输接口不气密对组件气密性的影响；通过电连接器与金属围框的气密焊接，实现组件对外的电气互联。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明中金属芯与气密封装构件的连接示意图；
图3为本发明中金属芯、垂直传输构造的结构关系示意图；
其中：1、印制电路板；2、金属芯；3、微流道；4、有机介质层；5、铜布线层；6、气密焊接界面；7、金属围框；8、金属盖板；9、电连接器；10、导线；11、进液口；12、液冷连接器；13、键合引线；14、芯片；15、垂直传输构造；16、出液口；17互联外孔；18、有机绝缘件；19、互联内孔；20、气密腔；21、气密封装构件；22、气密封装组件。
具体实施方式
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1-图3所示，本实施例公开了一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件22，包括内嵌微流道3的印制电路板1、分别安装在印制电路板1上下表面且与印制电路板1配合形成气密腔20的气密封装构件21；
所述印制电路板1包括依次层叠设置的上布线层、金属芯2、下布线层；
所述金属芯2内嵌有微流道3，所述金属芯2内设置两端分别与上布线层、下布线层连接且位于气密腔20内的垂直传输构造15；
所述气密封装构件21穿过上布线层或下布线层且与金属芯2气密焊接，从而有效的保证了气密性。
在一些可能的实施方式中，所述微流道3的流道尺寸在50um～10mm之间；
优选地，所述流道尺寸为300um。
在一些可能的实施方式中，为了有效实现气密，所述气密腔20由两个或多个气密封装构件21与印制电路板1连接后形成。
如图1所示，气密封装构件21为两个，且分别位于印制电路板1上表面和下表面。
在一些可能的实施方式中，所述上布线层和下布线层包括有机介质层4和铜布线层5。
在一些可能的实施方式中，所述气密封装构件21包括穿过上布线层或下布线层与金属芯2连接的金属围框7、安装在金属围框7上的金属盖板8、以及与金属围框7气密连接的电连接器9；
所述电连接器9的一端伸入气密腔20内且与印制电路板1连接，其另外一端位于气密腔20的外侧。
在一些可能的实施方式中，所述气密封装组件22还包括安装在金属芯2上下表面或上布线层上表面或下布线层下表面且位于气密腔20内的芯片14。
芯片14可以之间集成在金属芯2上表面和/或下表面且与铜布线层5连接，也可集成在上布线层上表面或下布线层下表面且与铜布线层5连接。
当其直接集成在金属芯2上时，散热性能更好。
在一些可能的实施方式中，所述垂直传输构造15包括设置在金属芯2上的互联外孔17、套装在互联外孔17内的有机绝缘件18、以及设置有机绝缘件18上的互联内孔19；所述互联内孔19的内侧镀有与上布线层、下布线层连接的导电金属。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现信号的传输，并避免垂直传输构造15不气密对组件气密性的影响；所述垂直传输构造15位于气密腔20内。
在一些可能的实施方式中，所述金属芯2上设置有与微流道3连通的进液口11和出液口16；在所述进液口11和出液口16上分别安装有液冷连接器12。
在一些可能的实施方式中，为了有效的避免液冷连接器12安装接口的不气密对组件气密性的影响；
所述液冷连接器12位于气密腔20的外侧。
本实施例利用内嵌微流道3的印制电路板1作为电气信号互联的基板，同时将其作为组件封装结构的一部分，替代传统的金属封装盒体，实现了组件的结构功能一体化；与传统的“金属盒体+基板”封装方法相比，集成密度可提升一倍以上。
本实施例利用内嵌微流道3的印制电路板1作为电气信号互联的基板，利用流体在微流道3内流动的增强散热效应，实现300W/cm2以上的高热流密度散热。与普通的金属封装相比，其高效散热能力提升3倍以上。
本实施例通过将液冷连接器12接口分置在封装外部，垂直传输构造15置于封装内的方法，避免了流体、电气信号传输接口不气密对组件气密性的影响。
实施例2：
本实施例公开了实施例1的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1:采用软钎焊工艺将金属围框7与电连接器9连接，形成组合体；
步骤S2:采用软钎焊工艺将组合体焊接在金属芯2上；
步骤S3:将芯片14集成在印制电路板1上,并与印制电路板1互联；
步骤S4:金属盖板8与金属围框7焊接；
步骤S5:安装液冷连接器12，并采用导线10与电连接器9位于气密腔20外侧的一端连接。
在一些可能的实施方式中，在进行将组合体焊接在金属芯2上时，其焊接温度将低于金属围框7与电连接器9焊接时的焊接温度，其温度差至少为20℃。
优选的，在进行金属围框7与电连接器9焊接时，焊接温度为260℃；当进行组合体与金属芯2焊接时，焊接温度需低于上述焊接温度至少20℃，例如220℃。
这样设置的目的在于，有效的避免在进行组合体与金属芯2焊接时，由于焊接温度过高，造成金属围框7与电连接器9的焊接点熔化，从而无法到达气密性要求。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S3具体是指；采用低热阻集成工艺将芯片14集成在印制电路板1上，并使用键合引线13将芯片14与印制电路板1互联。
优选的，低热阻集成工艺为低空洞焊接工艺或纳米金属烧结工艺。
在一些可能的实施方式中，所述步骤S4具体是指：采用平行封焊或激光封焊工艺将金属盖板8焊接在金属围框7表面。
本实施例通过将金属围框7与金属芯2直接焊接，并利用金属盖板8进行气密封焊的方法，实现组件的气密封装。通过电连接器9与金属围框7的气密焊接，实现组件对外的电气互联。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，其特征在于，包括内嵌微流道的印制电路板、分别安装在印制电路板上下表面且与印制电路板配合形成气密腔的气密封装构件；
所述印制电路板包括依次层叠设置的上布线层、金属芯、下布线层；
所述金属芯内嵌有微流道，所述金属芯内设置有两端分别与上布线层、下布线层连接且位于气密腔内的垂直传输构造；
所述气密封装构件穿过上布线层或下布线层且与金属芯气密焊接。
2.根据权利要求1所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，其特征在于，所述气密封装构件包括穿过上布线层或下布线层与金属芯连接的金属围框、安装在金属围框上的金属盖板、以及与金属围框气密连接的电连接器；
所述电连接器的一端伸入气密腔内且与印制电路板连接，其另外一端位于气密腔的外侧。
3.根据权利要求2所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，其特征在于，所述垂直传输构造包括设置在金属芯上的互联外孔、套装在互联外孔内的有机绝缘件、以及设置有机绝缘件上的互联内孔；所述互联内孔的内侧镀有与上布线层、下布线层连接的导电金属。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，其特征在于，还包括安装在金属芯上下表面或上布线层上表面或下布线层下表面且位于气密腔内的芯片。
5.根据权利要求4所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，其特征在于，所述金属芯上设置有与微流道连通的进液口和出液口；在所述进液口和出液口上分别安装有液冷连接器。
6.根据权利要求5所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件，其特征在于，所述液冷连接器位于气密腔的外侧。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1:采用软钎焊工艺将金属围框与电连接器连接，形成组合体；
步骤S2:采用软钎焊工艺将组合体焊接在金属芯上；
步骤S3:将芯片集成在印制电路板上,并与印制电路板互联；
步骤S4:将金属盖板与金属围框焊接；
步骤S5:安装液冷连接器，并采用导线与电连接器位于气密腔外侧的一端连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件的制备方法，其特征在于，在进行将组合体焊接在金属芯上时，其焊接温度将低于金属围框与电连接器焊接时的焊接温度，其温度差至少为20℃。
9.根据权利要求7所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体是指；采用低热阻集成工艺将芯片集成在印制电路板上，并使用键合引线将芯片与内嵌微流道印制电路板互联。
10.根据权利要求7所述的一种基于内嵌微流道印制电路板的气密封装组件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体是指：采用平行封焊或激光封焊工艺将金属盖板焊接在金属围框表面。
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