CN111653489A - 一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，具体包括如下步骤：101)转接板制作步骤、102)底板制作步骤、103)键合步骤、104)芯片安置步骤；本发明通过在芯片底部设置导热金属或者导热管道，使热量能够快速的导到散热底座中，然后通过在散热底座中设置多层微流道液相散热通道，散热通道中冷却液采用不同的流动方向运动，以此来平衡不同层别以及不同芯片一侧的微流道中液体的温度，使微流道在芯片底部的散热能力趋于一致的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法。
背景技术
电子产品的迅猛发展是当今封装技术进化的主要驱动力,小型化、高密度、高频高速、高性能、高可靠性和低成本是先进封装的主流发展方向,其中***级封装是最重要也是最有潜力满足这种高密度***集成的技术之一。
在各种***级封装中，利用硅转接板作为***级封装的基板技术，为芯片到芯片和芯片到PCB板提供了最短的连接距离，最小的焊盘尺寸和中心间距。与其他互连技术如引线键合技术相比，硅转接板技术的优点包括：更好的电学性能、更高的带宽、更高的密度、更小的尺寸、更轻的重量。
但是硅转接板埋置工艺需要用到较为苛刻的散热结构，对于某些射频芯片来说，如果需要散热的面积较大，则会出现冷却液在一端进入微流道后，随着在芯片底部前进的距离越来越大，温度也越来越高，导致在留到芯片另一端时，散热能力大大降低，进而造成芯片表面的散热能力不一致，大大影响芯片工作时候的可靠性。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，具体包括如下步骤：
101)转接板制作步骤：通过光刻、干法或者湿法刻蚀工艺在转接板上表面制作微流道凹槽和TSV孔；微流道凹槽设置在TSV孔两侧；转接板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；转接板上表面制作RDL；
减薄转接板下表面使TSV孔的底部露出，通过光刻和电镀工艺在转接板下表面制作焊接焊盘；
102)底板制作步骤：通过光刻、干法或者湿法刻蚀工艺在底板上表面制作微流道凹槽和TSV孔；微流道凹槽设置在TSV孔两侧；底板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；底板上表面制作RDL；
103)键合步骤：通过焊接的方式把步骤101)的转接板和步骤102)底板键合形成带有多层微流道凹槽的散热底座；其中，转接板的TSV孔和底板的TSV孔贯通形成孔洞；
104)芯片安置步骤：孔洞中填充导热介质；或者对孔洞的侧壁或整个进行电镀金属形成种子层，然后对孔洞进行导热介质填充；切割散热底座成单个模组，在孔洞上面焊接功率芯片，且连通微流道凹槽，形成具有散热结构的三维射频模组。
进一步的，RDL制作过程包括RDL走线和焊盘，通过沉积氧化硅或者氮化硅制作绝缘层，并通过光刻、干法刻蚀使芯片PAD露出；通过光刻，电镀工艺进行RDL走线布置，其中RDL走线采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种或多种混合，其结构采用一层或多层结构，厚度范围为10nm到1000um；通过光刻，电镀工艺制作键合金属形成焊盘，焊盘开窗直径在10um到10000um之间。
进一步的，在RDL表面再覆盖绝缘层，并通过开窗工艺露出焊盘。
进一步的，TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；种子层本身结构为一层或多层结构，厚度范围都在1nm到100um，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
进一步的，三维射频模组内部的液体流通方向不定。
进一步的，转接板、底板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，材质采用玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂或聚氨酯。
进一步的，电镀金属本身结构采用一层或多层，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
进一步的，导热介质采用金属或非金属材质；其中，金属采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合，非金属采用石墨烯。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过在芯片底部设置导热金属或者导热管道，使热量能够快速的导到散热底座中，然后通过在散热底座中设置多层微流道液相散热通道，散热通道中冷却液采用不同的流动方向运动，以此来平衡不同层别以及不同芯片一侧的微流道中液体的温度，使微流道在芯片底部的散热能力趋于一致。
附图说明
图1为本发明的底板示意图；
图2为本发明的示意图；
图3为本发明的另一面剖视图；
图4为本发明的另一种转接板示意图；
图5为本发明的另一种底板示意图；
图6为本发明的另一种示意图。
图中标识：转接板101、TSV孔102、微流道凹槽103、功率芯片104和导热介质105。
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。
实施例1：
如图1至图3所示，一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，具体包括如下步骤：
101)转接板101制作步骤：通过光刻、干法或者湿法刻蚀工艺在转接板101上表面制作微流道凹槽103和TSV孔102，微流道凹槽103深度范围在10um到700um，长度范围在100um到10mm之间；TSV孔102直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间。微流道凹槽103设置在TSV孔102两侧。转接板101上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间。通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；种子层厚度范围在1nm到100um，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、镍等中的一种或多种混合。
转接板101上表面制作RDL。RDL制作过程包括RDL走线和焊盘，通过沉积氧化硅或者氮化硅制作绝缘层，并通过光刻、干法刻蚀使芯片PAD露出；通过光刻，电镀工艺进行RDL走线布置，其中RDL走线采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种或多种混合，其结构采用一层或多层结构，厚度范围为10nm到1000um；通过光刻，电镀工艺制作键合金属形成焊盘，焊盘开窗直径在10um到10000um之间。其中，在RDL表面可以再覆盖绝缘层，并通过开窗工艺露出焊盘。
减薄转接板101下表面使TSV孔102的底部露出，通过光刻和电镀工艺在转接板101下表面制作焊接焊盘。
102)底板制作步骤：通过光刻、干法或者湿法刻蚀工艺在底板上表面制作微流道凹槽103和TSV孔102；微流道凹槽103设置在TSV孔102两侧；底板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；底板上表面制作RDL。即底板与转接板101制作相同只是不需要进行减薄底板的下表面露出TSV孔102的底部。
103)键合步骤：通过焊接的方式把多个步骤101)的转接板101和步骤102)底板键合形成带有多层微流道凹槽103的散热底座。其中，转接板101的TSV孔102和底板的TSV孔102贯通形成孔洞。
104)芯片安置步骤：孔洞中填充导热介质105；或者对孔洞的侧壁或整个进行电镀金属形成种子层，然后对孔洞进行导热介质105填充；切割散热底座成单个模组，在孔洞上面焊接功率芯片104，且连通微流道凹槽103，形成具有散热结构的三维射频模组。三维射频模组内部的液体流通方向不定。即液体流通方向可以是同方向的，也可以是不同方向的。
其中，电镀金属本身结构采用一层或多层，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等中的一种或多种混合。导热介质105采用金属或非金属材质；其中，金属采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合，非金属采用石墨烯。
转接板101、底板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，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。
实施例2：
如图4至图6所示，其与实施例1的区别在于，TSV孔102设置在微流道凹槽103的两侧，且只有底板的TSV孔102是互相联通的。TSV孔102中填充导热介质105。在TSV孔102上面焊接功率芯片104。
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 (8)
1.一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
101)转接板制作步骤：通过光刻、干法或者湿法刻蚀工艺在转接板上表面制作微流道凹槽和TSV孔；微流道凹槽设置在TSV孔两侧；转接板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；转接板上表面制作RDL；
减薄转接板下表面使TSV孔的底部露出，通过光刻和电镀工艺在转接板下表面制作焊接焊盘；
102)底板制作步骤：通过光刻、干法或者湿法刻蚀工艺在底板上表面制作微流道凹槽和TSV孔；微流道凹槽设置在TSV孔两侧；底板上表面沉积氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化形成绝缘层，通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层；底板上表面制作RDL；
103)键合步骤：通过焊接的方式把步骤101)的转接板和步骤102)底板键合形成带有多层微流道凹槽的散热底座；其中，转接板的TSV孔和底板的TSV孔贯通形成孔洞；
104)芯片安置步骤：孔洞中填充导热介质；或者对孔洞的侧壁或整个进行电镀金属形成种子层，然后对孔洞进行导热介质填充；切割散热底座成单个模组，在孔洞上面焊接功率芯片，且连通微流道凹槽，形成具有散热结构的三维射频模组。
2.根据权利要求1所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：RDL制作过程包括RDL走线和焊盘，通过沉积氧化硅或者氮化硅制作绝缘层，并通过光刻、干法刻蚀使芯片PAD露出；通过光刻，电镀工艺进行RDL走线布置，其中RDL走线采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种或多种混合，其结构采用一层或多层结构，厚度范围为10nm到1000um；通过光刻，电镀工艺制作键合金属形成焊盘，焊盘开窗直径在10um到10000um之间。
3.根据权利要求2所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：在RDL表面再覆盖绝缘层，并通过开窗工艺露出焊盘。
4.根据权利要求2所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：TSV孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um之间；绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；种子层本身结构为一层或多层结构，厚度范围都在1nm到100um，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：三维射频模组内部的液体流通方向不定。
6.根据权利要求1所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：转接板、底板采用4、6、8、12寸中的一种，厚度范围为200um到2000um，材质采用玻璃、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂或聚氨酯。
7.根据权利要求1所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：电镀金属本身结构采用一层或多层，材质采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合。
8.根据权利要求1所述的一种基于多层散热结构的三维射频模组制作方法，其特征在于：导热介质采用金属或非金属材质；其中，金属采用钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍中的一种或多种混合，非金属采用石墨烯。
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