CN117727636A - 一种石英基底微流道制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石英基底微流道制备方法，包括步骤S1：采用激光打孔技术，进行石英玻璃基底的微流道入口和微流道出口的制作，在流道出入口的位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，从而得到垂直方向的微流道入口和微流道出口；步骤S2：采用干法刻蚀工艺，按照预设的微流道版图设计，在石英玻璃基底的表面刻蚀连通微流道入口和微流道出口的微流道凹槽。本发明公开的一种石英基底微流道制备方法，采用激光打孔和干法刻蚀、化学沉积二氧化硅工艺制作微流道，最终实现微流道方式的芯片散热。
Description
技术领域
本发明属于封装技术领域，具体涉及一种石英基底微流道制备方法，用于光电芯片异质集成封装。
背景技术
随着信息时代的到来，半导体器件的2.5D/3D集成在不同的应用中取得了显著的进展，面对芯片集成日益增高的高性能、高集成度和小型化的应用需求，高效的冷却性能对其发展至关重要。
目前，微流道冷却技术己经被证明是一种有效的冷却方式，它具有极低的热阻、较大的换热系数和良好的散热效果。目前，使用微流道冷却技术进行芯片异质集成冷却的研究很多，研究主要集中在内嵌微流道TSV转接板技术，为高功率三维集成散热提供技术方案，本发明提供了一种石英基底微流道制备方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种石英基底微流道制备方法，采用激光打孔和干法刻蚀、化学沉积二氧化硅工艺制作微流道，最终实现微流道方式的芯片散热。
为达到以上目的，本发明提供一种石英基底微流道制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：采用激光打孔技术，进行石英玻璃基底的微流道入口和微流道出口的制作，(具体为)在流道出入口的位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，从而得到垂直方向的微流道入口和微流道出口；
步骤S2：采用干法刻蚀工艺，按照预设的微流道版图设计，在石英玻璃基底的表面刻蚀连通微流道入口和微流道出口的微流道凹槽；
步骤S3：采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺，在石英玻璃基底上沉积二氧化硅，以封闭微流道凹槽，从而形成水平方向流道；同时二氧化硅沉积封闭垂直方向的微流道入口的上端口和微流道出口的上端口，形成连通微流道入口与微流道出口的开放流道结构。
步骤S4：采用激光打孔技术，制作TGV通孔，在TGV通孔位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，得到垂直的TGV盲孔；
步骤S5：采用物理气相沉积(PVD)工艺在TGV盲孔内侧壁沉积具有粘附性的Ti-Cu结构种子层；通过深孔电镀工艺对石英玻璃基底的TGV盲孔进行镀铜，形成电信号垂直方向互联；
步骤S6：TGV盲孔表面平坦化，上表面重新布线金属互联层(RDL)，经过临时键合、研磨减薄露铜、底部RDL制备和解键合，布线层实现X和Y方向电信号的平面互连；
步骤S7：在石英玻璃基底上集成芯片，实现微流道方式的芯片散热。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在步骤S1中，激光打孔制作的微流道入口和微流道出口的直径为500μm～1mm。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在步骤S3中，微流道凹槽深宽比大于5：1，从而保证进行二氧化硅层沉积时封闭上端开口，留下未能沉积填充的流道，刻蚀微流道凹槽的宽度范围为40μm～100μm，深度是宽度5倍以上。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3中，刻蚀微流道版图，水平方向微流道不限于数目和形状排布，根据具体散热需求进行设计水平方向的刻蚀微流道分布。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在步骤S2中干法刻蚀工艺具体步骤为：在石英衬底表面使用物理气相沉积(PVD)工艺沉积金属Cr，作为掩膜层结构；使用化学气相沉积工艺(PECVD)沉积二氧化硅，作为掩膜层结构；旋涂光刻胶，按照预设的微流道版图进行光刻；依次等离子刻蚀(ICP)二氧化硅、金属Cr、石英衬底；去除金属Cr掩膜层；得到微流道凹槽结构。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对于步骤S5，将PDMS材料(聚二甲基硅氧烷)进行固化得到(厚度3～5mm的)薄片状，然后切取两片一样的合适面积的片状结构，使其覆盖微流道入口和微流道出口；
采用打孔器在中间进行打孔，以获得通孔(通孔8直径1mm～2mm，要求比微流道出入口大，方便对准)；
用等离子活化的方式，活化石英玻璃基底设有微流道入口和微流道出口的一侧表面以及切取的片状结构的表面,然后将两片片状结构分别对准微流道入口和微流道出口并且进行贴合；
采用橡胶材料的软管，分别插入微流道入口和微流道出口，并且在微流道出口的软管的另一端使用针管或者泵通去离子水，从而用于实现微流道通水给芯片冷却散热的目的。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对于步骤S1的结果进行检查，采用显微镜观察腐蚀的微流道入口和微流道出口的状况是否符合要求(包括大小、形貌等)，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S2的结果进行检查，使用扫描电子显微镜(SEM)观察微流道凹槽的刻蚀效果(包括宽度、深度、形貌等)，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S4的结果进行检查，采用显微镜观察腐蚀的TGV盲孔的状况是否符合要求(包括大小、形貌等)，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S5的结果进行检查，查看微流道入口和微流道出口是否有水流出，以及是否有漏水的现象产生。
本发明的有益效果为：
1、微流道结构与TGV通孔结合在转接板内，微流道直接位于芯片下方，可以实现芯片良好的散热效果；
2、采用激光打孔和干法刻蚀、化学沉积二氧化硅工艺制作微流道。
附图说明
图1是本发明的一种石英基底微流道制备方法的石英基底侧视图。
图2是本发明的一种石英基底微流道制备方法的石英基底俯视图。
图3是本发明的一种石英基底微流道制备方法的刻蚀微流道凹槽后的石英玻璃基底的示意图。
图4是本发明的一种石英基底微流道制备方法的经过二氧化硅沉积覆盖后形成封闭流道的石英玻璃基底的示意图。
图5是本发明的一种石英基底微流道制备方法的TGV盲孔的示意图。
图6是本发明的一种石英基底微流道制备方法的示意图。
附图标记包括：1、微流道入口；2、微流道出口；3、石英玻璃基底；4、二氧化硅；5、TGV通孔；6、微流道凹槽；7、TGV盲孔；8、片状结构；9、通孔；10、软管。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的石英玻璃等可被视为现有技术。
优选实施例。
如图1-6所示，本发明公开了一种石英基底微流道制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：采用激光打孔技术，进行石英玻璃基底的微流道入口1和微流道出口2的制作，(具体为)在流道出入口的位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底3，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，从而得到垂直方向的微流道入口1和微流道出口2；
步骤S2：采用干法刻蚀工艺，按照预设的微流道版图设计，在石英玻璃基底的表面刻蚀连通微流道入口1和微流道出口2的微流道凹槽6；
步骤S3：采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺，在石英玻璃基底3上沉积二氧化硅4，以封闭微流道凹槽6，从而形成水平方向流道；同时二氧化硅4沉积封闭垂直方向的微流道入口1的上端口和微流道出口2的上端口，形成连通微流道入口1与微流道出口2的开放流道结构。
步骤S4：采用激光打孔技术，制作TGV通孔5，在TGV通孔5位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底3，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，得到垂直的TGV盲孔7；
步骤S5：采用物理气相沉积(PVD)工艺在TGV盲孔7内侧壁沉积具有粘附性的Ti-Cu结构种子层；通过深孔电镀工艺对石英玻璃基底的TGV盲孔7进行镀铜，形成电信号垂直方向互联；
步骤S6：TGV盲孔表面平坦化，上表面重新布线金属互联层(RDL)，经过临时键合、研磨减薄露铜、底部RDL制备和解键合，布线层实现X和Y方向电信号的平面互连；
步骤S7：在石英玻璃基底上集成芯片，实现微流道方式的芯片散热。
具体的是，在步骤S1中，激光打孔制作的微流道入口和微流道出口的直径为500μm～1mm。
进一步的是，在步骤S3中，微流道凹槽深宽比大于5：1，从而保证进行二氧化硅层沉积时封闭上端开口，留下未能沉积填充的流道，刻蚀微流道凹槽的宽度范围为40μm～100μm，深度是宽度5倍以上。
更进一步的是，步骤S3中，刻蚀微流道版图，水平方向微流道不限于数目和形状排布，根据具体散热需求进行设计水平方向的刻蚀微流道分布。
优选地，在步骤S2中干法刻蚀工艺具体步骤为：在石英衬底表面使用物理气相沉积(PVD)工艺沉积金属Cr，作为掩膜层结构；使用化学气相沉积工艺(PECVD)沉积二氧化硅，作为掩膜层结构；旋涂光刻胶，按照预设的微流道版图进行光刻；依次等离子刻蚀(ICP)二氧化硅、金属Cr、石英衬底；去除金属Cr掩膜层；得到微流道凹槽结构。
优选地，如图6所示，对于步骤S5，将PDMS材料(聚二甲基硅氧烷)进行固化得到(厚度3～5mm的)薄片状，然后切取两片一样的合适面积的片状结构8，使其覆盖微流道入口1和微流道出口2；
采用打孔器在中间进行打孔，以获得通孔9(通孔9直径1mm～2mm，要求比微流道出入口大，方便对准)；
用等离子活化的方式，活化石英玻璃基底3设有微流道入口1和微流道出口2的一侧表面以及切取的片状结构8的表面,然后将两片片状结构8分别对准微流道入口1和微流道出口2并且进行贴合；
采用橡胶材料的软管10，分别插入微流道入口1和微流道出口2，并且在微流道出口1的软管的另一端使用针管或者泵通去离子水，从而用于实现微流道通水给芯片冷却散热的目的。
优选地，对于步骤S1的结果进行检查，采用显微镜观察腐蚀的微流道入口和微流道出口的状况是否符合要求(包括大小、形貌等)，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S2的结果进行检查，使用扫描电子显微镜(SEM)观察微流道凹槽的刻蚀效果(包括宽度、深度、形貌等)，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S4的结果进行检查，采用显微镜观察腐蚀的TGV盲孔的状况是否符合要求(包括大小、形貌等)，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S5的结果进行检查，查看微流道入口和微流道出口是否有水流出，以及是否有漏水的现象产生。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的石英玻璃等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种石英基底微流道制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：采用激光打孔技术，进行石英玻璃基底的微流道入口和微流道出口的制作，在流道出入口的位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，从而得到垂直方向的微流道入口和微流道出口；
步骤S2：采用干法刻蚀工艺，按照预设的微流道版图设计，在石英玻璃基底的表面刻蚀连通微流道入口和微流道出口的微流道凹槽；
步骤S3：采用等离子增强化学气相沉积工艺，在石英玻璃基底上沉积二氧化硅，以封闭微流道凹槽，从而形成水平方向流道；同时二氧化硅沉积封闭垂直方向的微流道入口的上端口和微流道出口的上端口，形成连通微流道入口与微流道出口的开放流道结构；
步骤S4：采用激光打孔技术，制作TGV通孔，在TGV通孔位置，按照通孔直径大小，采用激光诱导改性；然后将激光诱导改性过的石英玻璃基底，使用氢氟酸腐蚀液进行湿法腐蚀，得到垂直的TGV盲孔；
步骤S5：采用物理气相沉积工艺在TGV盲孔内侧壁沉积具有粘附性的Ti-Cu结构种子层；通过深孔电镀工艺对石英玻璃基底的TGV盲孔进行镀铜，形成电信号垂直方向互联；
步骤S6：TGV盲孔表面平坦化，上表面重新布线金属互联层，经过临时键合、研磨减薄露铜、底部RDL制备和解键合，布线层实现X和Y方向电信号的平面互连；
步骤S7：在石英玻璃基底上集成芯片，实现微流道方式的芯片散热。
2.根据权利要求1所述的一种石英基底微流道制备方法，其特征在于，在步骤S1中，激光打孔制作的微流道入口和微流道出口的直径为500μm～1mm。
3.根据权利要求1所述的一种石英基底微流道制备方法，其特征在于，在步骤S3中，微流道凹槽深宽比大于5：1，从而保证进行二氧化硅层沉积时封闭上端开口，留下未能沉积填充的流道，刻蚀微流道凹槽的宽度范围为40μm～100μm，深度是宽度5倍以上。
4.根据权利要求1所述的一种石英基底微流道制备方法，其特征在于，步骤S3中，刻蚀微流道版图，水平方向微流道不限于数目和形状排布，根据具体散热需求进行设计水平方向的刻蚀微流道分布。
5.根据权利要求1所述的一种石英基底微流道制备方法，其特征在于，在步骤S2中干法刻蚀工艺具体步骤为：在石英衬底表面使用物理气相沉积工艺沉积金属Cr，作为掩膜层结构；使用化学气相沉积工艺沉积二氧化硅，作为掩膜层结构；旋涂光刻胶，按照预设的微流道版图进行光刻；依次等离子刻蚀二氧化硅、金属Cr、石英衬底；去除金属Cr掩膜层；得到微流道凹槽结构。
6.根据权利要求1所述的一种石英基底微流道制备方法，其特征在于，对于步骤S5，将PDMS材料进行固化得到薄片状，然后切取两片一样的合适面积的片状结构，使其覆盖微流道入口和微流道出口；
采用打孔器在中间进行打孔，以获得通孔；
用等离子活化的方式，活化石英玻璃基底设有微流道入口和微流道出口的一侧表面以及切取的片状结构的表面,然后将两片片状结构分别对准微流道入口和微流道出口并且进行贴合；
采用橡胶材料的软管，分别插入微流道入口和微流道出口，并且在微流道出口的软管的另一端使用针管或者泵通去离子水，从而用于实现微流道通水给芯片冷却散热的目的。
7.根据权利要求6所述的一种石英基底微流道制备方法，其特征在于：
对于步骤S1的结果进行检查，采用显微镜观察腐蚀的微流道入口和微流道出口的状况是否符合要求，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S2的结果进行检查，使用扫描电子显微镜观察微流道凹槽的刻蚀效果，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S4的结果进行检查，采用显微镜观察腐蚀的TGV盲孔的状况是否符合要求，如果符合则继续进行后续步骤，否则进行改进直至符合；
对于步骤S5的结果进行检查，查看微流道入口和微流道出口是否有水流出，以及是否有漏水的现象产生。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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