CN116845038A - 一种针对晶圆级处理器的散热装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对晶圆级处理器的散热装置，包括晶圆、芯片、凸块下金属结构、芯片球、散热结构；晶圆承载多个芯片，在每个芯片的表面键合有多个凸块下金属结构，每个凸块下金属结构的开口处键合有芯片球；散热结构包括多个导热管，每个导热管的一端与对应的凸块下金属结构的底部连接，所述导热管依次穿过芯片和晶圆，通过导热管将芯片内的热量传递至外界。该装置能够将有效提高晶圆级处理器的散热效率。本发明还公开了一种针对晶圆级处理器的散热装置的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于晶圆级散热制造领域，特别涉及一种针对晶圆级处理器的散热装置及其制备方法。
背景技术
软件定义晶上系统（SDSoW）将软硬件协同计算架构贯穿到集成电路设计、加工和封装的全流程，融合预制件组装和晶圆集成等先进理念，借助晶圆级互连的高带宽、低延迟、低功耗等显著优势，可以实现单一晶圆上集成成千上万的传感、射频、计算、存储、通信等“预制件”颗粒，打破现有集成电路的设计方法、计算范式、实现材料、集成方式等边界条件，将SoC升维至SoW系统，将IP复用提升至预制件复用，将2D封装升级至2.5D/3D封装，将单一工艺拓展至多种工艺，将硅基材料拓展至多种异质基材，将刚性的系统结构提升至柔性的软件定义结构，有效破解当前芯片性能极限并打破关键信息基础设施依赖“堆砌式”工程技术路线面临的“天花板效应”，刷新传统装备或系统的技术物理形态，使系统综合技术指标获得连乘性增益，满足智能时代5G、大数据、云平台、AI、边缘计算、智慧网络等新一代基础设施的可持续发展需求。
软件定义晶上系统（SDSoW）由成千上万个Dielet所构成，每种Dielet的供电需求存在差异，SDSoW 总体功率和功耗密度也将大幅上升，针对软件定义晶上系统大规模高密度Dielet集成的需求，需要解决高热流密度下晶圆级系统的供电与散热方案。针对高密度集成软件定义晶上系统在信息处理过程中所产生的高总热功率与高热功率密度所造成的结温过高问题，开展局部高功率密度热点高效冷却技术、大面积高功率密度热区冷区技术、高功率密度热点阵列冷却技术的研究，实现软件定义晶上系统SDSoW高效可靠散热。
影响芯片产品寿命的主要因素除芯片本身外，针对大面积芯片与晶圆级系统在信息处理过程中所产生的高总热功率与高热功率密度（10KW级别）所造成的结温过高问题，新一代高密度芯片封装工艺将多种不同材质、不同功能的芯片实现整合，在一个微小体积的封装结构内实现完整系统功能。随着集成密度的提高，特别是大量高功率射频芯片和高速处理芯片的集成，会在微小的集成空间内产生大量热量。由于芯片嵌入在散热能力不良的有机材料内部，造成热量无法快速散出，这会导致封装结构内温度急剧上升，进而导致芯片烧毁，互连金属熔化，热失配破坏等封装失效，造成系统性能下降，甚至完全失效。
如何通过散热装置将热量传出封装体外，成为大功率芯封装性能表现优劣的关键，现有的晶圆封装结构散热效率低下，使用寿命不佳。
发明内容
本发明提供了一种针对晶圆级处理器的散热装置，该装置能够将有效提高晶圆级处理器的散热效率。
本发明具体实施例提供了一种针对晶圆级处理器的散热装置，包括晶圆、芯片、凸块下金属结构、芯片球、散热结构；
所述晶圆承载多个芯片，在每个芯片的表面键合有多个凸块下金属结构，每个凸块下金属结构的开口处键合有芯片球；
所述散热结构包括多个导热管，每个导热管的一端与对应的凸块下金属结构的底部连接，所述导热管依次穿过芯片和晶圆，通过导热管将芯片内的热量传递至外界。
进一步的，所述散热结构还包括匀热管，匀热管位于对应的芯片内部，且匀热管与对应的芯片内部的多个导热管相连。
进一步的，所述晶圆包括第一承载晶盘，在第一承载晶盘的一面设置有多个芯片，另一面设置有阵列排布交错设置的第二凹槽，所述第二凹槽内部填充树脂，通过树脂的粘性使得第一承载晶盘内部产生聚合拉力，使得各个芯片聚合拉拢。
进一步的，所述晶圆还包括第二承载晶盘，所述第二承载晶盘的一面与第一承载晶盘设置有第二凹槽的一面通过键合胶点连接，并在键合胶点连接处设置通孔，从而在第一承载晶盘和第二承载晶盘间形成具有通孔的空腔，在第一承载晶盘中设置有第二凹槽的一面上粘结有放气材料层，所述放气材料层与第二凹槽相隔开；
通过通孔光照或辐射放气材料层，同时控制光照或辐射的辐射量，使得放气材料层向空腔内释放设定的气体量，以调节空腔内的压力，通过调节空腔内的压力以抵消打磨第一晶圆载盘或第二晶圆载盘时的机械力。
进一步的，还包括引脚，所述引脚与芯片球连接，通过引脚将芯片和外部线路连接。
进一步的，通过封装装置对单个芯片进行封装，所述封装装置包括封装盖和封装导热板；
其中，所述封装盖的内壁与单个芯片和芯片球的表面键合，所述封装盖的底部与封装导热板通过键合件连接；
所述封装导热板的一端分别与单个芯片中的多个导热管的另一端连接，所述封装导热板的另一端与外界空气接触，从而通过封装导热板将导热管导出的热量传递至空气进行散热。
进一步的，所述封装导热板两侧设有凸起的键合件，所述封装盖的底部对应位置设有第一凹槽，所述键合件与第一凹槽进行卡接，从而达到将封装盖的底部与封装导热板连接的目的。
进一步的，所述键合件的顶部固定有粘结板，所述粘结板与封装盖底部的第一凹槽键合。
本发明具体实施例还提供了一种所述的针对晶圆级处理器的散热装置的制备方法，包括：
步骤1、对设置有多个芯片的晶圆的表面涂覆第一层聚合物薄膜，使得芯片表面形成钝化层；
步骤2、在步骤1得到的晶圆上依次沉积溅射层和涂覆光刻胶，并对溅射层和光刻胶进行湿法刻蚀形成布线层，通过布线层使得芯片的焊区位置重新布局得到新焊区，同时在芯片内穿孔，以开设用于安装导热管的安装孔；
步骤3、在步骤2得到的晶圆上涂覆第二层聚合物薄膜，使得步骤2得到的晶圆平坦化，并在第二层聚合物薄膜上新焊区的位置进行光刻以暴露新焊区；
步骤4、在第二层聚合物薄膜上依次沉积金属层和涂覆光刻胶，对金属层和光刻胶进行湿法刻蚀，从而在新焊区表面形成多个凸块下金属结构，通过晶圆在芯片内刻蚀安装槽，通过焊料和安装槽将导热管安装到安装孔内，使得导热管与凸快下金属结构的底部通过焊料连接，在凸块下金属结构的开口处通过光刻胶湿法刻蚀形成芯片球。
进一步的，在凸块下金属结构开口处形成芯片球之后，在第一承载晶盘的一面上连接第二承载晶盘，包括：
步骤5、在第一承载晶盘的一面上粘结放气材料层，然后在放气材料层上刻蚀出阵列排布交错设置的第二凹槽，在第二凹槽内部填充树脂；
步骤7、通过键合点胶将第一承载晶盘中粘结放气材料层的一面和第二承载晶盘连接，并在键合点胶处设置通孔，通过键合点胶、第一承载晶盘和第二承载晶盘形成具有通孔的空腔；
步骤8、通过通孔控制光照或辐射放气材料层的辐射量，从而控制放气材料层释放气体的量，以达到调节空腔内的压力的目的；
所述晶圆包括第一承载晶盘和第二承载晶盘，所述多个芯片位于第一承载晶盘的另一面。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明能够通过在晶圆承载的每个芯片上贯穿多个导热管，通过多个导热管将芯片的热量传递至外界，从而提高晶圆级处理器的散热效率，提高了大功晶圆级处理器的性能表现及其使用寿命。
（2）本发明通过在每个芯片内放置与不同导热管连接的匀热管，使得各个导热管能够对热量进行均匀传导，进一步的提高了晶圆级处理器的散热效率。
（3）本发明通过在第一承载晶盘的另一面设置阵列排布交错设置的第二凹槽，并将在凹槽内填充满树脂，利用树脂的粘度使得第一承载晶盘内部产生聚合拉力，从而在切割晶圆获得单个芯片时，降低了芯片破碎的风险，以及降低了打磨晶圆时破碎的风险。
（4）本发明通过第一承载晶盘和第二承载晶盘间形成空腔，且空腔内设置放气材料层，通过调控放气量从而能够调控空腔与外界的压力差，降低了打磨第一承载晶盘和第二承载晶盘时破碎的风险。
（5）本发明通过切割晶圆得到单个芯片，通过单个芯片内的多个导热管分别与封装导热板连接，使得单个芯片内的热量高效的传输至封装导热板，通过封装导热板与空气大面积接触加快了热量流失的速度，提高了单个芯片的散热效率。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的晶圆级处理器的结构示意图；
图2为本发明具体实施例提供的单个芯片封装结构示意图；
图3为本发明具体实施例提供的包括第一承载晶盘和第二承载晶盘的晶圆级处理器的结构示意图；
图4为本发明具体实施例提供的刻蚀有第二凹槽的第一承载晶盘的结构示意图；
图5为本发明具体实施例提供的第一承载晶盘和第二承载晶盘结构剖视图；
图6为本发明具体实施例提供的晶圆级处理器的制备方法流程图；
图7为本发明具体实施例提供的在第一承载晶盘上连接第二承载晶盘的制备方法流程图。
其中，晶圆100，第一承载晶盘110，第二凹槽111，第二承载晶盘120，芯片200，凸块下金属结构300，芯片球400，散热结构500，导热管510，匀热管520，封装盖600，第一凹槽610，封装导热板700，封装导热板本体730，键合件710，粘结板720，键合胶点800，空腔900，引脚1000，放气材料层1100。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
为了提供晶圆级处理器的散热效率，本发明通过在晶圆级处理器上设置了多个导热管，通过多个导热管将晶圆级处理器的热量传递至外界，本发明具体实施例提供的一种针对晶圆级处理器的散热装置，如图1和图2所示，包括：晶圆100、芯片200、凸块下金属结构300、芯片球400、散热结构500；本发明具体实施例提供的晶圆100承载多个芯片200，在每个芯片200的表面沉积布线层，在布线层上键合有多个凸块下金属结构300（UBM，under ballmetal），每个凸块下金属结构300的开口处键合有芯片球400。本发明具体实施例提供的散热结构500包括多个导热管510，每个导热管510的一端与对应的凸块下金属结构3的底部通过焊膏焊接，所述导热管510依次穿过芯片200和晶圆100，通过导热管510将芯片200内的热量传递至封装导热板本体730。
如图2所示，本发明具体实施例提供的散热结构500还包括匀热管520，匀热管520位于对应的芯片200内部，且匀热管520与对应的芯片200内部的导热管510通过焊接连接。
如图3和图4所示，本发明具体实施例提供的晶圆包括第一承载晶盘110，在第一承载晶盘110的一面设置有多个芯片200，另一面设置有阵列排布交错设置的第二凹槽111，所述第二凹槽111内部填充树脂，通过树脂的粘性使得第一承载晶盘110内部产生聚合拉力。第一承载晶盘110的切割工艺需为切刀切割，第一承载晶盘110的厚度小于100微米，激光切割会融化树脂，厚度减小可以减少晶盘减薄，避免树脂被打磨掉。通过第二凹槽111内部的树脂对第一承载晶盘110产生聚合拉力，从而使第一承载晶盘110上的多个芯片200可以相互聚和，提高了第一承载晶盘110的集成度，然后使用切刀进行切割时就可以降低切割晶圆时芯片破碎风险，从而降低晶圆级芯片切割时的良品率，降低生产成本。
在一具体实施例中，如图3和图5所示，本发明具体实施例提供的晶圆100还包括第二承载晶盘120，第二承载晶盘120的一面与第一承载晶盘110设置有第二凹槽111的一面通过键合胶点800连接，并在键合胶点800连接处设置通孔，从而形成具有通孔的空腔900，在第一承载晶盘110中设置有第二凹槽111的一面上粘结有放气材料层1100，所述放气材料层1100与第二凹槽111相隔开。
本发明具体实施例通过光照或辐射放气材料层1100，使得放气材料层1100向空腔内释放气体，通过通孔控制光照或辐射的辐射量以调节空腔900内的压力，以抵消打磨第一晶圆载盘110或第二晶圆载盘120时的机械力。从而避免晶圆打磨时破裂，同时有效消除由于空腔内外的压力差导致的芯片变形对成像的影响。
在一具体实施例中，本发明具体实施例提供的放气材料层1100的材料为丙烯酸聚合物或偶氮二甲酰胺，通过紫外线的照射放出的气体为氮气。
在一具体实施例中，本发明具体实施例提供的针对晶圆级处理器的散热装置还包括引脚1000，返回图2，所述引脚1000与芯片球400的顶部焊接，通过引脚1000将芯片200和外部线路连接。
在一具体实施例中，本发明具体实施例对晶圆100进行切割得到单个芯片200，返回图2，通过封装装置对单个芯片200进行封装，该封装装置包括封装盖600和封装导热板700；封装盖600的内壁分别与对应单个芯片200表面和芯片球400的表面键合，所述封装盖600的底部与封装导热板700通过键合件710连接；封装导热板本体730的一端分别与单个芯片200中的多个导热管510的另一端连接，所述封装导热板本体730的另一端与外界空气大面积接触，从而通过封装导热板本体730将导热管510导出的芯片工作时的热量传递至空气进行迅速散热，可以理解的是，该封装导热板本体730的形状为波浪型、平面型等具有较大表面积的形状。
在一具体实施例中，返回图2，封装导热板700包括封装导热板本体730，封装导热板本体730两侧设有凸起的键合件710，封装盖600的底部设有第一凹槽610，所述键合件710与第一凹槽610进行卡接，从而达到了将封装盖600的底部与封装导热板700连接的目的。
在一具体实施例中，返回图2，键合件710的顶部固定有粘结板720，该粘结板720与封装盖600底部的第一凹槽610键合，从而能够将封装盖600的底部与封装导热板700连接更加紧密。
在一具体实施例中，在本发明具体实施例提供的封装盖600顶部涂覆有钝化层，能够起到应力缓冲的作用，所述钝化层的材料为硅氧化铝或硅氧化铁。
在一具体实施例中，凸块下金属结构300与芯片球400的键合，以及封装盖600的内壁分别与芯片200和芯片球400的表面的键合均采用芯片连接膜实现键合，该芯片连接膜为daf膜或eva膜。芯片连接膜通过紫外线照射后可以附着于第一承载晶盘待粘接面进行保护。
在一具体实施例中，本发明提供的导热管510的一端通过锡膏焊接在凸块下金属结构300的底部。从而减小电感，使传输更加稳定。
在一些实施例中，凸块下金属结构300可通过无电电镀(electroless plating)、溅镀或电镀而形成。在至少一实施例中，凸块下金属结构300包括一多层结构，例如粘着层、阻挡层和/或润湿层。在一些实施例中，粘着层由铬(Cr)、钛钨(TiW)、钛(Ti)或铝(Al)所构成。在一些实施例中，阻挡层为非必需的，且由镍(Ni)、镍钒(NiV)、铬铜(CrCu)、氮化钛(TiN)或钛钨(TiW)所构成。在一些实施例中，润湿层由铜(Cu)、金(Au)或银(Ag)所构成。
在一些实施例中，芯片球400可通过蒸镀、电解电镀(electrolytic plating)、无电电镀、和/或网版印刷一个或多个导电材料而形成于凸块下金属结构300。用于芯片球400的导电材料包括金属，例如锡(Sn)、铅(Pb)、镍、金、银、铜、铋(Bi)或其合金或与其他导电材料的混合物。在至少一实施例中，芯片球400包括63wt％(重量百分比)的锡与37wt％的铅。在一些实施例中，芯片球400可通过临时加热导电材料至其熔点以上的温度而形成。虽然图2中芯片球400直接形成于凸块下金属结构300上，然而在一些实施例中，一个或多个额外的特征部件可形成于芯片球400与凸块下金属结构300之间，凸块柱体(bump post)或一层或多层导电材料层。
本发明实施例还提供了针对晶圆级处理器的散热装置的制备方法，如图6所示，包括：
步骤1、对设置有多个芯片200的第一承载晶盘110的表面上涂覆第一层聚合物薄膜，使得芯片200表面形成钝化层，在一些实施例中，第一层聚合物薄膜采用的聚合物薄膜为光敏聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚苯并恶唑。
步骤2、通过布线层对芯片的焊区位置进行重新布局，具体步骤为：在涂覆有第一层聚合物薄膜的第一承载晶盘110上依次沉积溅射层和涂覆光刻胶，并对溅射层和光刻胶进行湿法刻蚀形成重新布线层，通过重新布线层使得芯片的铝/铜焊球位置重新布局得到新焊区，使得在新焊区的焊料球的间距满足设定要求，并使得新焊区按照阵列排布，该光刻胶用于选择性电镀的模板以规划布线层（RDL）的线路图形，同时在芯片内穿孔，以开设用于安装导热管510的安装孔。
步骤3、对第一承载晶盘110上的布线层进行平坦化后在新焊区的位置进行光刻暴露新焊区，具体步骤为：在第一承载晶盘110上的布线层上涂覆第二层聚合物薄膜，使得第一承载晶盘平坦化，并在第二层聚合物薄膜上对应的新焊区的位置进行光刻已暴露新焊区，第二层聚合物薄膜所采用的聚合物薄膜为光敏聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚苯并恶唑。
步骤4、在步骤3光刻出的新焊区上沉积凸块下金属结构300，并在凸块下金属结构300底部焊接导热管510，同时在凸块下金属结构300上形成芯片球，具体步骤为：
步骤4.1、在第二层聚合物薄膜和新焊区上依次沉积金属层和涂覆光刻胶，对金属层和光刻胶进行湿法刻蚀，从而在新焊区的芯片200上形成凸块下金属结构300。
步骤4.2、通过第一承载晶盘110下表面在芯片200内部开设安装导热管510和匀热管520的安装槽，然后通过安装孔和安装槽采用焊料将导热管510穿过芯片与凸快下金属结构300连接，通过安装槽，安装匀热管520，将匀热管520与导热管510相连接。
步骤4.3、通过掩板将焊膏和焊料球放置在凸块下金属结构300的顶部，通过加热将焊膏和焊料球与凸块下金属结构300浸润结合，使得在凸块下金属结构300的顶部形成芯片球400。
在一些实施例中，本发明实施例还提供了在第一承载晶盘110上连接第二承载晶盘120的制备方法，如图7所示，包括：
步骤5、在第一承载晶盘110上粘结放气材料层，然后在放气材料层上开始刻蚀，得到阵列排布交错设置的第二凹槽111。
步骤6、通过键合点胶800将第一承载晶盘110中粘结放气材料层的一面和第二承载晶盘120连接，并在键合点胶800处设置通孔，通过键合点胶800、第一承载晶盘110和第二承载晶盘120形成具有通孔的空腔900。
步骤7、通过光照或辐射放气材料层，使得放气材料层向空腔900内释放气体，通过通孔控制光照或辐射的辐射量以调节空腔900内的压力。
在一些实施例中，本发明实施例还提供了单个芯片200的制备方法，包括：
步骤8、使用切刀将步骤7得到的晶圆级处理器的散热装置进行切割，得到单个芯片200，在切割过程中，保留并减薄第一承载晶盘110，在减薄过程中保留填充的树脂。
步骤9、将获得的单个芯片200植入封装装置内部，并使得引脚1000与单个芯片200连接，具体步骤为：
步骤9.1、将引脚1000的一端焊接在芯片球400上，并引脚1000的另一端与外部线路连接。
步骤9.2、将封装盖600的内壁与单个芯片200表面、芯片球400表面和引脚1000表面进行键合，使得单个芯片200位于封装盖600的内部。
步骤9.3、将单个芯片200内部的多个导热管510的另一端分别与封装导热板700进行焊接连接，利用封装导热板700的另一端与空气的大面积接触，将芯片内部的温度导出。封装导热板700的一端的两侧与封装盖600的底部通过键合件连接。
在一些实施例中，封装导热板700两侧设有凸起的键合件710，封装盖600的底部对应位置设有第一凹槽610，所述键合件与第一凹槽610进行卡接，从而达到了将封装盖600的底部与封装导热板700连接的目的。
在一些实施例中，键合件710的顶部固定有粘结板720，所述粘结板720与封装盖600底部的第一凹槽610键合。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，包括晶圆、芯片、凸块下金属结构、芯片球、散热结构；
所述晶圆承载多个芯片，在每个芯片的表面键合有多个凸块下金属结构，每个凸块下金属结构的开口处键合有芯片球；
所述散热结构包括多个导热管，每个导热管的一端与对应的凸块下金属结构的底部连接，所述导热管依次穿过芯片和晶圆，通过导热管将芯片内的热量传递至外界。
2.根据权利要求1所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，所述散热结构还包括匀热管，匀热管位于对应的芯片内部，且匀热管与对应的芯片内部的多个导热管相连。
3.根据权利要求1所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，所述晶圆包括第一承载晶盘，在第一承载晶盘的一面设置有多个芯片，另一面设置有阵列排布交错设置的第二凹槽，所述第二凹槽内部填充树脂，通过树脂的粘性使得第一承载晶盘内部产生聚合拉力，通过聚合拉力使得各个芯片聚合拉拢。
4.根据权利要求3所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，所述晶圆还包括第二承载晶盘，所述第二承载晶盘的一面与第一承载晶盘设置有第二凹槽的一面通过键合胶点连接，并在键合胶点连接处设置通孔，从而在第一承载晶盘和第二承载晶盘间形成具有通孔的空腔，在第一承载晶盘中设置有第二凹槽的一面上粘结有放气材料层，所述放气材料层与第二凹槽相隔开；
通过通孔光照或辐射放气材料层，同时控制光照或辐射的辐射量，使得放气材料层向空腔内释放设定的气体量，以调节空腔内的压力，通过调节空腔内的压力以抵消打磨第一晶圆载盘或第二晶圆载盘时的机械力。
5.根据权利要求1所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，还包括引脚，所述引脚与芯片球连接，通过引脚将芯片和外部线路连接。
6.根据权利要求1所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，通过封装装置对单个芯片进行封装，所述封装装置包括封装盖和封装导热板；
其中，所述封装盖的内壁与单个芯片和芯片球的表面键合，所述封装盖的底部与封装导热板通过键合件连接；
所述封装导热板的一端分别与单个芯片中的多个导热管的另一端连接，所述封装导热板的另一端与外界空气接触，从而通过封装导热板将导热管导出的热量传递至空气进行散热。
7.根据权利要求6所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，所述封装导热板两侧设有凸起的键合件，所述封装盖的底部对应位置设有第一凹槽，所述键合件与第一凹槽进行卡接，从而达到将封装盖的底部与封装导热板连接的目的。
8.根据权利要求7所述的针对晶圆级处理器的散热装置，其特征在于，所述键合件的顶部固定有粘结板，所述粘结板与封装盖底部的第一凹槽键合。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的针对晶圆级处理器的散热装置的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、对设置有多个芯片的晶圆的表面涂覆第一层聚合物薄膜，使得芯片表面形成钝化层；
步骤2、在步骤1得到的晶圆上依次沉积溅射层和涂覆光刻胶，并对溅射层和光刻胶进行湿法刻蚀形成布线层，通过布线层使得芯片的焊区位置重新布局得到新焊区，同时在芯片内穿孔，以开设用于安装导热管的安装孔；
步骤3、在步骤2得到的晶圆上涂覆第二层聚合物薄膜，使得步骤2得到的晶圆平坦化，并在第二层聚合物薄膜上新焊区的位置进行光刻以暴露新焊区；
步骤4、在第二层聚合物薄膜上依次沉积金属层和涂覆光刻胶，对金属层和光刻胶进行湿法刻蚀，从而在新焊区表面形成多个凸块下金属结构，通过晶圆在芯片内刻蚀安装槽，通过焊料和安装槽将导热管安装到安装孔内，使得导热管与凸快下金属结构的底部通过焊料连接，在凸块下金属结构的开口处通过光刻胶湿法刻蚀形成芯片球。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在凸块下金属结构开口处形成芯片球之后，在第一承载晶盘的一面上连接第二承载晶盘，包括：
步骤5、在第一承载晶盘的一面上粘结放气材料层，然后在放气材料层上刻蚀出阵列排布交错设置的第二凹槽，在第二凹槽内部填充树脂；
步骤7、通过键合点胶将第一承载晶盘中粘结放气材料层的一面和第二承载晶盘连接，并在键合点胶处设置通孔，通过键合点胶、第一承载晶盘和第二承载晶盘形成具有通孔的空腔；
步骤8、通过通孔控制光照或辐射放气材料层的辐射量，从而控制放气材料层释放气体的量，以达到调节空腔内的压力的目的；
所述晶圆包括第一承载晶盘和第二承载晶盘，所述多个芯片位于第一承载晶盘的另一面。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117930212A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 成都智芯雷通微系统技术有限公司 | 一种相控阵雷达模块 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070138628A1 (en) * | 2005-12-15 | 2007-06-21 | Lam Ken M | Apparatus and method for increasing the quantity of discrete electronic components in an integrated circuit package |
| US20120146209A1 (en) * | 2010-12-14 | 2012-06-14 | Unimicron Technology Corporation | Packaging substrate having through-holed interposer embedded therein and fabrication method thereof |
| EP2506295A2 (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-03 | Apic Yamada Corporation | Bonding apparatus and bonding method |
| CN103199070A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-07-10 | 日月光半导体制造股份有限公司 | 具有钝化区段的半导体元件及其制造方法 |
| CN104465584A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-03-25 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 基于有源埋入的微波射频基板结构及其制备方法 |
| CN204230225U (zh) * | 2013-10-15 | 2015-03-25 | 意法半导体(格勒诺布尔2)公司 | 电子器件 |
| CN109904082A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-18 | 中国科学院微电子研究所 | 一种基板埋入型三维系统级封装方法及结构 |
| CN110034026A (zh) * | 2017-11-30 | 2019-07-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 封装件结构和方法 |
| CN112913007A (zh) * | 2019-01-30 | 2021-06-04 | 京瓷株式会社 | 安装构造体 |
| TW202306066A (zh) * | 2021-07-15 | 2023-02-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 積體電路元件和其形成方法 |
| CN116053202A (zh) * | 2023-02-11 | 2023-05-02 | 浙江嘉辰半导体有限公司 | 一种空腔结构晶圆级封装工艺方法 |
-
2023
- 2023-08-29 CN CN202311090645.4A patent/CN116845038B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070138628A1 (en) * | 2005-12-15 | 2007-06-21 | Lam Ken M | Apparatus and method for increasing the quantity of discrete electronic components in an integrated circuit package |
| US20120146209A1 (en) * | 2010-12-14 | 2012-06-14 | Unimicron Technology Corporation | Packaging substrate having through-holed interposer embedded therein and fabrication method thereof |
| EP2506295A2 (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-03 | Apic Yamada Corporation | Bonding apparatus and bonding method |
| CN103199070A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-07-10 | 日月光半导体制造股份有限公司 | 具有钝化区段的半导体元件及其制造方法 |
| CN204230225U (zh) * | 2013-10-15 | 2015-03-25 | 意法半导体(格勒诺布尔2)公司 | 电子器件 |
| CN104465584A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-03-25 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 基于有源埋入的微波射频基板结构及其制备方法 |
| CN110034026A (zh) * | 2017-11-30 | 2019-07-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 封装件结构和方法 |
| CN112913007A (zh) * | 2019-01-30 | 2021-06-04 | 京瓷株式会社 | 安装构造体 |
| CN109904082A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-18 | 中国科学院微电子研究所 | 一种基板埋入型三维系统级封装方法及结构 |
| TW202306066A (zh) * | 2021-07-15 | 2023-02-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 積體電路元件和其形成方法 |
| CN116053202A (zh) * | 2023-02-11 | 2023-05-02 | 浙江嘉辰半导体有限公司 | 一种空腔结构晶圆级封装工艺方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117930212A (zh) * | 2024-03-21 | 2024-04-26 | 成都智芯雷通微系统技术有限公司 | 一种相控阵雷达模块 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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