CN110010565B - 一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法 - Google Patents
一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器及其制作方法，具体处理包括如下步骤：101）散热转接板制作步骤、102）射频芯片转接板制作步骤、103）键合步骤；本发明提供新的带走大量热量，达到降低芯片温度的一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器及其制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种用于射频微***组件的相变散热器及其制作方法。
背景技术
微波毫米波射频集成电路技术是现代国防武器装备和互联网产业的基础，随着智能通信、智能家居、智能物流、智能交通等“互联网+”经济的快速兴起，承担数据接入和传输功能的微波毫米波射频集成电路也存在巨大现实需求及潜在市场。
但是对于大功率芯片来讲，只做底部的散热配置，射频芯片产生的热会聚集在芯片的底部金属块附近，造成局部温度过高，而周围转接板因为没有金属，把热量导出效果有限。同时芯片将热量传递至PCB板上的镶铜，需要通过芯片跟底座的焊接面、焊接面跟TSV铜柱以及铜柱跟微***底部镶铜等界面，距离长，传热效果差。依靠PCB板镶铜散热，是把芯片的热量传导给了壳体，单纯的Z轴方向的热传导如果碰到PCB板传热效果不好，会对匹配更大功率的芯片不利。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供新的带走大量热量，达到降低芯片温度的一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器。
本发明的技术方案如下：
一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器的制作方法，具体处理包括如下步骤：
101）散热转接板制作步骤：散热转接板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔的底部呈倒圆台或倒圆锥形；散热转接板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；
减薄散热转接板下表面，露出TSV孔的底部；CMP工艺或减薄工艺去除TSV孔的部分底部形成开口，开口大小在0.1μm到100μm之间；散热转接板下表面通过光刻电镀工艺制作键合焊盘；
散热转接板下表面的TSV孔区域通过光刻、刻蚀工艺制作空腔，空腔包裹TSV孔区域；通过光刻和刻蚀工艺在空腔底部靠近内侧壁处制作盲孔；减薄散热转接板上表面将盲孔变成通孔；
102）射频芯片转接板制作步骤：射频芯片转接板上表面通过光刻和电镀工艺制作焊接焊盘；射频芯片转接板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作凹槽，凹槽深度小于转接板厚度；射频芯片转接板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；将射频芯片用共晶键合工艺设置在凹槽中；
减薄射频芯片转接板下表面，射频芯片转接板的厚度控制在10μm到500μm；射频芯片转接板下表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；射频芯片转接板下表面对应凹槽的位置通过光刻、刻蚀工艺设置凹坑，凹坑的宽度小于凹槽的宽度；
103）键合步骤：散热转接板包括顶层散热转接板和底层散热转接板，顶层散热转接板、底层散热转接板与射频芯片转接板键合，键合温度控制在100到300度；用刀片切割或者干法刻蚀工艺得到双层相变散热结构；通过微型针孔把相变材料注入到TSV孔内。
进一步的，TSV孔直径范围在1μm到1000μm，深度在10μm到1000μm之间；种子层厚度范围在1nm到100μm，其本身结构为一层或多层，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种；空腔截面为圆形、方形或三角形，空腔的边长或者直径范围在1μm到10000μm，其深度在10nm到500μm。
进一步的，焊接焊盘厚度为10nm到1000μm，焊接焊盘本身结构为一层或多层，其材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种。
进一步的，凹槽横截面采用正方形其边长为1μm到5cm之间，深度在10μm到1000μm；绝缘层厚度范围在10nm到100μm之间；凹坑宽度为10μm到5cm，其深度为10μm到500μm。
进一步的，盲孔直径范围在1μm到1000μm，深度在10μm到1000μm。
进一步的，射频芯片转接板和散热转接板的厚度范围在200μm到2000μm之间，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器，包括射频芯片转接板、散热转接板、射频芯片，散热转接板包括顶层散热转接板和底层散热转接板；射频芯片设置在射频芯片转接板的上表面，射频芯片转接板与顶层散热转接板、底层散热转接板键合；射频芯片转接板的上表面设置凹槽，其下表面设置凹坑，顶层散热转接板和底层散热转接板上都设置TSV孔，凹槽覆盖顶层散热转接板的TSV孔，凹坑覆盖底层散热转接板的TSV孔；TSV孔部分深度互通设置空腔，空腔底部靠近侧壁处设置通孔。
进一步的，TSV孔与射频芯片转接板靠近的一端呈圆台形。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过微型针孔把相变材料注入到芯片下表面，相变材料受热相变排出，同时带走大量热量，达到降低芯片温度的目的新型相变散热器。
附图说明
图1为本发明的散热转接板形成TSV孔的剖面图；
图2为本发明的图1的设置空腔的剖面图；
图3为本发明的图2设置通孔的剖面图；
图4为本发明的散热转接板设置凹槽的剖面图；
图5为本发明的图4设置射频芯片的剖面图；
图6为本发明的图5设置凹坑的剖面图；
图7为本发明的剖面图。
图中标识：散热转接板101、TSV孔102、绝缘层103、空腔104、通孔105、射频芯片转接板201、凹槽202、射频芯片203、凹坑204。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明而不能作为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科技术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样的定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图7所示，一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器，包括射频芯片转接板201、散热转接板101、射频芯片203，散热转接板101包括顶层散热转接板和底层散热转接板；射频芯片203设置在射频芯片转接板201的上表面，射频芯片转接板201与顶层散热转接板、底层散热转接板键合；射频芯片转接板201的上表面设置凹槽202，其下表面设置凹坑204，顶层散热转接板和底层散热转接板上都设置TSV孔102，凹槽202覆盖顶层散热转接板的TSV孔102，凹坑204覆盖底层散热转接板的TSV孔102；TSV孔102部分深度互通设置空腔104，空腔104底部靠近侧壁处设置通孔105。TSV孔102与射频芯片转接板201靠近的一端呈圆台形。
作为优选，顶层散热转接板、底层散热转接板制作方法相同，但其制作的空腔大小不同，顶层散热转接板的空腔尺寸大于底层散热转接板的空腔尺寸。
一种用于射频微***中大功率组件的双层相变散热器的制作方法，具体处理包括如下步骤：
101）散热转接板101制作步骤：散热转接板101上表面通过光刻、刻蚀工艺制作TSV孔102，TSV孔102的底部呈倒圆台或倒圆锥形，TSV孔102直径范围在1μm到1000μm，深度在10μm到1000μm。散热转接板101上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层103，绝缘层103厚度范围在10nm到100μm之间。绝缘层103上通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层。种子层厚度范围在1nm到100μm，其本身结构可以是一层也可以是多层，材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种，当种子层本身为多层结构时，一般每层采用的材料相同。或者先做绝缘层103再通过沉积金属层来代替种子层。
减薄散热转接板101下表面，露出TSV孔102的底部；CMP工艺或减薄工艺去除TSV孔102的部分底部形成开口，开口大小在0.1μm到100μm之间；散热转接板101下表面通过光刻电镀工艺制作键合焊盘。
散热转接板101下表面的TSV孔102区域通过光刻、刻蚀工艺制作空腔104，空腔104包裹TSV孔102区域；空腔104横截面呈圆形、方形或者三角形，空腔104边长或者直径范围在1μm到10000μm，其深度在10nm到500μm。通过光刻和刻蚀工艺在空腔104底部靠近内侧壁处制作盲孔；盲孔直径范围在1μm到1000μm，深度在10μm到1000μm。减薄散热转接板101上表面将盲孔变成通孔105。
102）射频芯片转接板201制作步骤：射频芯片转接板201上表面通过光刻和电镀工艺制作焊接焊盘；焊接焊盘厚度范围在10nm到1000μm，材料可以是铜，铝，镍，银，金，锡等中的一种，其本身结构可以是一层也可以是多层，当焊接焊盘为多层结构时，其每层采用的材料一般相同。射频芯片转接板201上表面通过光刻、刻蚀工艺制作凹槽202，凹槽202深度小于转接板厚度；凹槽202截面呈正方形，边长范围在1μm到5cm，深度在10μm到1000μm。射频芯片转接板201上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层103；绝缘层103厚度范围在10nm到100μm之间。将射频芯片203用共晶键合工艺设置在凹槽202中。共晶键合温度控制在100度到300度之间。
减薄射频芯片转接板201下表面，射频芯片转接板201的厚度控制在10μm到500μm；射频芯片转接板201下表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；此处焊接焊盘与上表面的相同，其厚度范围在10nm到1000μm，材料可以是铜，铝，镍，银，金，锡等中的一种，其本身结构可以是一层也可以是多层，当焊接焊盘为多层结构时，其每层采用的材料一般相同。射频芯片转接板201下表面对应凹槽202的位置通过光刻、刻蚀工艺设置凹坑204，凹坑204的宽度小于凹槽202的宽度；凹坑204形状与凹槽202相同，其边长在10μm到5cm，其深度控制在10μm到500μm。
103）键合步骤：根据步骤101）制作的散热转接板101一共两块，其为顶层散热转接板和底层散热转接板，顶层散热转接板、底层散热转接板与射频芯片转接板201键合，键合温度控制在100到300度；用刀片切割或者干法刻蚀工艺得到双层相变散热结构；通过微型针孔把相变材料注入到TSV孔102内。
射频芯片转接板201和散热转接板101采用包括4、6、8、12寸晶圆中的一种，厚度范围为200μm到2000μm，一般采用硅片材料，也可以是其他材质，包括玻璃，石英，碳化硅，氧化铝等无机材料，也可以是环氧树脂，聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。
综上所述，本方案通过在特殊处理射频芯片转接板201，使其与散热转接板101距离拉近，并且通过TSV孔102注入相变材料，因与射频芯片转接板201接触的位置具有较大的空间，从而为散热提供了更大的流通空间，满足高散热需求的射频芯片203，以降低功耗，避免发烫损坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法，其特征在于，具体处理包括如下步骤：
101）散热转接板制作步骤：散热转接板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作TSV孔，TSV孔的底部呈倒圆台或倒圆锥形；散热转接板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；绝缘层上通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺中的一种，制作种子层；
减薄散热转接板下表面，露出TSV孔的底部；CMP工艺或减薄工艺去除TSV孔的部分底部形成开口，开口大小在0.1μm到100μm之间；散热转接板下表面通过光刻电镀工艺制作键合焊盘；
散热转接板下表面的TSV孔区域通过光刻、刻蚀工艺制作空腔，空腔包裹TSV孔区域；通过光刻和刻蚀工艺在空腔底部靠近内侧壁处制作盲孔；减薄散热转接板上表面将盲孔变成通孔；
102）射频芯片转接板制作步骤：射频芯片转接板上表面通过光刻和电镀工艺制作焊接焊盘；射频芯片转接板上表面通过光刻、刻蚀工艺制作凹槽，凹槽深度小于转接板厚度；射频芯片转接板上表面采用沉积氧化硅、沉积氮化硅或者直接热氧化方法中的一种，形成绝缘层；将射频芯片用共晶键合工艺设置在凹槽中；
减薄射频芯片转接板下表面，射频芯片转接板的厚度控制在10μm到500μm；射频芯片转接板下表面通过光刻、电镀工艺制作焊接焊盘；射频芯片转接板下表面对应凹槽的位置通过光刻、刻蚀工艺设置凹坑，凹坑的宽度小于凹槽的宽度；
103）键合步骤：散热转接板包括顶层散热转接板和底层散热转接板，顶层散热转接板、底层散热转接板与射频芯片转接板键合，键合温度控制在100到300度；用刀片切割或者干法刻蚀工艺得到双层相变散热结构；通过微型针孔把相变材料注入到TSV孔内。
2.根据权利要求1所述的一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法，其特征在于：TSV孔直径范围在1μm到1000μm，深度在10μm到1000μm之间；种子层厚度范围在1nm到100μm，其本身结构为一层或多层，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种；空腔截面为圆形、方形或三角形，空腔的边长或者直径范围在1μm到10000μm，其深度在10nm到500μm。
3.根据权利要求1所述的一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法，其特征在于：焊接焊盘厚度为10nm到1000μm，焊接焊盘本身结构为一层或多层，其材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法，其特征在于：凹槽横截面采用正方形其边长为1μm到5cm之间，深度在10μm到1000μm；绝缘层厚度范围在10nm到100μm之间；凹坑宽度为10μm到5cm，其深度为10μm到500μm。
5.根据权利要求1所述的一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法，其特征在于：盲孔直径范围在1μm到1000μm，深度在10μm到1000μm。
6.根据权利要求1所述的一种射频微***中大功率组件的双层相变散热器制作方法，其特征在于：射频芯片转接板和散热转接板的厚度范围在200μm到2000μm之间，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂、聚氨酯中的一种。
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