CN111968919B - 一种射频模组散热工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种射频模组散热工艺，包括以下步骤：(a)、提供衬底，衬底正面形成侧壁焊盘，制作TSV导电柱、RDL和互联焊盘；(b)、在衬底背面形成侧壁焊盘，形成第二衬底；(c)、在衬底背面干法刻蚀凹槽，使TSV导电柱顶部金属露出，形成第三衬底；(d)、在第三衬底背面凹槽嵌入芯片，在第三衬底背面制作RDL和互联焊盘，形成第四衬底；(e)、提供PCB板和散热导管，切割第四衬底成单一模组，在模组背面贴装散热导管，将模组的侧壁焊盘和PCB板一侧的互联焊盘做贴片，散热导管内充入循环液体做散热，得到具有散热能力的射频模组。本发明的射频模组散热工艺，既能实现高可靠性的散热功能，还能有助于模组的稳定焊接。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种射频模组散热工艺。
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。
但是对于高频率的微***，天线阵列的面积越来越小，且天线之间的距离要保持在某个特定范围，才能使整个模组具备优良的通信能力。但是对于射频芯片这种模拟器件芯片来讲，其面积不能像数字芯片一样成倍率的缩小，这样就会出现特高频率的射频微***将没有足够的面积同时放置PA/LNA，需要把PA/LNA堆叠或者竖立放置。
对于竖立放置的射频模组，常规工艺采用半导体内嵌入微流道的工艺来解决其散热难题，但是工艺复杂，可靠性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种射频模组散热工艺，其具有可靠性高，散热性好，工艺简单。本发明采用的技术方案是：
一种射频模组散热工艺，其中，包括以下步骤：
(a)、提供衬底，衬底具有相对应的衬底正面和衬底背面，用光刻和干法刻蚀的方式在衬底正面制作侧壁互联凹槽，侧壁互联凹槽填充金属形成侧壁焊盘，然后在衬底正面制作TSV导电柱、RDL和互联焊盘，形成第一衬底；
(b)、对衬底正面做临时键合，并减薄衬底背面，然后在衬底背面制作侧壁互联凹槽，侧壁互联凹槽填充金属形成侧壁焊盘，形成第二衬底；
(c)、在衬底背面干法刻蚀凹槽，使TSV导电柱背面露头，沉积钝化层，然后通过光刻和干法刻蚀工艺使TSV导电柱顶部金属露出，形成第三衬底；
(d)、在第三衬底背面凹槽嵌入芯片，并将芯片和凹槽之间的缝隙填充，然后在衬底背面制作RDL和互联焊盘，形成第四衬底；
(e)、提供PCB板和散热导管，拆第四衬底正面的临时键合，切割第四衬底成单一模组，在模组背面贴装带有微流控的散热导管，以散热导管为支撑，将模组的侧壁焊盘和PCB板一侧的互联焊盘做贴片，散热导管内充入循环液体做散热，得到具有散热能力的射频模组。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述步骤（a）具体为：
(a1)、在衬底上形成侧壁互联凹槽，并在衬底上沉积第一绝缘层，在第一绝缘层上方制作第一种子层，电镀铜使铜充满侧壁互联凹槽形成侧壁焊盘，去除衬底表面的铜，使衬底表面只剩下侧壁互联凹槽的铜；
(a2)、通过光刻和刻蚀工艺在衬底正面制作TSV深孔；
(a3)、在衬底正面沉积第二绝缘层，在第二绝缘层上制作第二种子层；
(a4)、电镀铜，使铜金属充满TSV深孔，去除衬底表面的铜，使衬底表面只剩下TSV深孔的铜形成TSV导电柱；
(a5)、在第二绝缘层上制作第三种子层，光刻定义RDL和焊盘位置，电镀做出RDL和互联焊盘。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述步骤（a）第一绝缘层、第二绝缘层的材质均为氧化硅或氮化硅，厚度为0.01um～100um；所述第一种子层、第二种子层和第三种子层厚度为0.001um～100um，所述第一种子层、第二种子层和第三种子层材质选自钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种；所述侧壁互联凹槽长和宽均为1um～1000um，深度为10um～1000um。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述步骤（c）凹槽深度为10um～1000um。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述互联焊盘的材质选自钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述步骤（e）散热导管包括第一直管、过渡管和第二直管，所述第一直管顶端封闭，所述第二直管顶端设置进出液口。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述散热导管为直管，所述直管顶端设置进出液口，底端封闭。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述散热导管厚度为10um～10000um，所述散热导管内设置微流道，微流道厚度1um～1000um，散热导管内部形成循环管道。
优选的是，所述的射频模组散热工艺，其中，所述步骤（e）PCB板另一侧贴装天线。
本发明的优点在于：本发明的射频模组散热工艺，通过在竖立放置的模组底部设置独立的金属散热微流道液冷槽，并通过该微流道槽跟PCB进行固定，既能实现高可靠性的散热功能，还能有助于模组的稳定焊接。
附图说明
图1为本发明的衬底正面形成侧壁互联凹槽的示意图。
图2为本发明的衬底上沉积第一绝缘层和第一种子层的示意图。
图3为本发明的第二衬底示意图。
图4为本发明的第三衬底示意图。
图5为本发明的第四衬底示意图。
图6为本发明的模组背面贴装散热导管的示意图。
图7为本发明的模组背面贴装另一结构散热导管的示意图。
图8为本发明的具有散热能力的射频模组示意图。
图9为本发明的具有散热能力的另一结构射频模组示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一；
本实施例提供的射频模组散热工艺，包括以下步骤：
(a)、提供衬底，衬底具有相对应的衬底正面和衬底背面，用光刻和干法刻蚀的方式在衬底正面制作侧壁互联凹槽，侧壁互联凹槽填充金属形成侧壁焊盘，然后在衬底正面制作TSV导电柱、RDL和互联焊盘，形成第一衬底；
所述步骤（a）具体为：
(a1)、如图1所示，在衬底正面形成侧壁互联凹槽，凹槽长宽范围在1um到1000um，深度在10um到1000um，如图2所示，在衬底上沉积第一绝缘层，在第一绝缘层上方制作第一种子层，电镀铜使铜充满侧壁互联凹槽形成侧壁焊盘，200到500度温度下密化使铜更致密，去除衬底表面的铜，使衬底表面只剩下侧壁互联凹槽的铜，衬底表面第一绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除，衬底表面第一绝缘层也可以保留；第一绝缘层为氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化，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第一种子层，第一种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
(a2) 、如图3所示，通过光刻和刻蚀工艺在衬底正面制作TSV深孔，深孔直径范围为1um～1000um，深度为10um～1000um；
(a3)、在衬底正面沉积第二绝缘层，在第二绝缘层上制作第二种子层；
第二绝缘层为氧化硅或者氮化硅，或者直接热氧化，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第二绝缘层上方制作第二种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
(a4)、电镀铜104，使铜金属充满TSV深孔，200到500度温度下密化使铜更致密，使硅片表面铜去除，去除衬底表面的铜，使衬底表面只剩下TSV深孔的铜形成TSV导电柱；电镀铜104，衬底表面第二绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除；硅片表面绝缘层也可以保留；
(a5)、在第二绝缘层上制作第三种子层，光刻定义RDL和焊盘位置，电镀做出RDL和互联焊盘。
首先通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在第二绝缘层上方制作第三种子层，第三种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后光刻定义RDL和焊盘位置，电镀做出RDL和焊盘金属105，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
(b)、对衬底正面做临时键合，并减薄衬底背面，然后在衬底背面制作侧壁互联凹槽，侧壁互联凹槽填充金属形成侧壁焊盘，形成第二衬底；
如图3所示，对衬底正面做临时键合，然后减薄晶圆背面，通过光刻，刻蚀工艺在衬底背面制作侧壁互联凹槽，凹槽长宽范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；
在衬底背面沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，或者直接热氧化，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，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
电镀铜，使铜金属充满侧壁互联凹槽，200到500度温度下密化使铜更致密；铜化学机械抛光使衬底表面铜去除，使衬底表面只剩下填铜；衬底表面绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除；硅片表面绝缘层也可以保留；
(c)、在衬底背面干法刻蚀凹槽，使TSV导电柱背面露头，沉积钝化层，然后通过光刻和干法刻蚀工艺使TSV导电柱顶部金属露出，形成第三衬底；
如图4所示，干法刻蚀凹槽106，凹槽深度范围在10um到1000um；使TSV导电柱背面背面露头，沉积氧化硅或氮化硅绝缘层，然后通过光刻和干法刻蚀工艺使TSV顶部金属露出；
(d)、在第三衬底背面凹槽嵌入芯片，并将芯片和凹槽之间的缝隙填充，然后在衬底背面制作RDL和互联焊盘，形成第四衬底；
如图5所示，在第三衬底背面凹槽嵌入芯片107，芯片底部用热熔胶固定，对于功耗较大的芯片，芯片底部也可以用焊锡或金锡焊料片制作。
用喷胶工艺将芯片和凹槽之间的缝隙填充，然后用通过物理溅射，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，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
然后在衬底背面光刻定义RDL和焊盘位置，电镀做出RDL和互联焊盘，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；
(e)、提供PCB板和散热导管，拆第四衬底正面的临时键合，切割第四衬底成单一模组，在模组背面贴装带有微流控的散热导管，以散热导管为支撑，将模组的侧壁焊盘和PCB板一侧的互联焊盘做贴片，散热导管内充入循环液体做散热，得到具有散热能力的射频模组。
如图6所示，拆第四衬底正面的临时键合，切割第四衬底成成单一模组，在模组背面贴装带有微流控的散热导管；
此处散热导管108由铜或者热膨胀系数跟硅相当的金属制作，散热导管厚度10um到10000um，内部有微流道109，微流道厚度1um到1000um；散热导管包括第一直管、过渡管和第二直管，所述第一直管顶端封闭，所述第二直管顶端设置进出液口，内部形成循环管道；
如图7所示，散热导管为直管，所述直管顶端设置进出液口，底端封闭，导热液由顶部通道进入和流出，内部形成循环管道。
如图8或9所示，以散热导管为支撑，将模组的侧壁焊盘跟PCB板一侧的互联焊盘做贴片，同时在PCB板另一侧贴装天线，散热导管内充入循环液体做散热，最终得到具有散热能力的射频模组。
本发明的射频模组散热工艺，通过在竖立放置的模组底部设置独立的金属散热微流道液冷槽，并通过该微流道槽跟PCB进行固定，既能实现高可靠性的散热功能，还能有助于模组的稳定焊接。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种射频模组散热工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、提供衬底，衬底具有相对应的衬底正面和衬底背面，用光刻和干法刻蚀的方式在衬底正面制作侧壁互联凹槽，侧壁互联凹槽填充金属形成侧壁焊盘，然后在衬底正面制作TSV导电柱、RDL和互联焊盘，形成第一衬底；
(b)、对衬底正面做临时键合，并减薄衬底背面，然后在衬底背面制作侧壁互联凹槽，侧壁互联凹槽填充金属形成侧壁焊盘，形成第二衬底；
(c)、在衬底背面干法刻蚀凹槽，使TSV导电柱背面露头，沉积钝化层，然后通过光刻和干法刻蚀工艺使TSV导电柱顶部金属露出，形成第三衬底；
(d)、在第三衬底背面凹槽嵌入芯片，并将芯片和凹槽之间的缝隙填充，然后在衬底背面制作RDL和互联焊盘，形成第四衬底；
(e)、提供PCB板和散热导管，拆第四衬底正面的临时键合，切割第四衬底成单一模组，在模组背面贴装带有微流控的散热导管，以散热导管为支撑，将模组的侧壁焊盘和PCB板一侧的互联焊盘做贴片，散热导管内充入循环液体做散热，得到具有散热能力的射频模组。
2.如权利要求1所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述步骤（a）具体为：
(a1)、在衬底上形成侧壁互联凹槽，并在衬底上沉积第一绝缘层，在第一绝缘层上方制作第一种子层，电镀铜使铜充满侧壁互联凹槽形成侧壁焊盘，去除衬底表面的铜，使衬底表面只剩下侧壁互联凹槽的铜；
(a2)、通过光刻和刻蚀工艺在衬底正面制作TSV深孔；
(a3)、在衬底正面沉积第二绝缘层，在第二绝缘层上制作第二种子层；
(a4)、电镀铜，使铜金属充满TSV深孔，去除衬底表面的铜，使衬底表面只剩下TSV深孔的铜形成TSV导电柱；
(a5)、在第二绝缘层上制作第三种子层，光刻定义RDL和焊盘位置，电镀做出RDL和互联焊盘。
3.如权利要求2所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述步骤（a）第一绝缘层、第二绝缘层的材质均为氧化硅或氮化硅，厚度为0.01um～100um；所述第一种子层、第二种子层和第三种子层厚度为0.001um～100um，所述第一种子层、第二种子层和第三种子层材质选自钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种；所述侧壁互联凹槽长和宽均为1um～1000um，深度为10um～1000um。
4.如权利要求1所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述步骤（c）凹槽深度为10um～1000um。
5.如权利要求1或2所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述互联焊盘的材质选自钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍的一种。
6.如权利要求1所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述步骤（e）散热导管包括第一直管、过渡管和第二直管，所述第一直管顶端封闭，所述第二直管顶端设置进出液口。
7.如权利要求1所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述散热导管为直管，所述直管顶端设置进出液口，底端封闭。
8.如权利要求6或7所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述散热导管厚度为10um～10000um，所述散热导管内设置微流道，微流道厚度1um～1000um，散热导管内部形成循环管道。
9.如权利要求1所述的射频模组散热工艺，其特征在于，所述步骤（e）PCB板另一侧贴装天线。
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