一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术涉及集成电路封装技术领域，具体公开了一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构，包括硅晶圆，硅晶圆上设置第一TSV通孔和芯片腔，芯片腔中放置有第一异构芯片，在硅晶圆的下表面覆盖有第一再布线层，在硅晶圆的上表面设有第一毛细芯微槽道，且上表面与设有第二TSV通孔与第二毛细芯微槽道的上盖板键合，上盖板的上方设有第二再布线层，上盖板上设有热管腔和平板热管管壳，第二异构芯片和平板热管管壳上覆盖有树脂晶圆片，在整个封装体的上表面覆盖有散热铜层，在第一再布线层的金属层处设置有焊球。本发明专利技术还公开了一种嵌入式平板热管的主动散热封装方法。本发明专利技术提供的嵌入式平板热管的主动散热封装结构,大大降低热阻，散热更快。热更快。热更快。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构及其封装方法


[0001]本专利技术涉及集成电路封装
，尤其涉及一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构及嵌入式平板热管的主动散热封装方法。

技术介绍

[0002]电子元器件本身热控制的完善程度关乎器件可靠性的改善，功率容量的增加以及结构的微小型化。电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化，使得单位容积电子器件的发热量快速增大，与此同时芯片耗能和散热问题也凸现出来。在三维封装系统中，电子器件的发热功率与功率密度急剧增加，散热不良，产生的过高温度不仅会降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时还会因为模块内部与外部环境间过大的温差而产生过大的热应力，影响芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性。
[0003]高密度集成的三维封装集成了多个芯片，发热量很大，但封装面积并未明显增加，传统的散热方式已经无法满足其散热要求。而微热管相对于其他的散热元件，可以不借助于外部驱动就自行启动，通过在一个微小空间中的相变换热来实现高效地热量传递。平板热管主动散热技术是将热管蒸发段集成在封装体内部，冷凝段固定在封装体上表面与散热铜片相连。液体工质在热管蒸发段被加热蒸发，蒸汽传递到热管的冷凝段释放热量，冷凝后的液态工质在热管吸液芯毛细力的驱动下从冷凝段回到蒸发段。循环往复，将热量不断地从蒸发段传递到冷凝段，其传热效率远大于热沉式散热，能保证电子器件在规定的温度下工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构及嵌入式平板热管的主动散热封装方法，以解决现有技术中存在的三维封装散热效率低的问题。
[0005]作为本专利技术的一个方面，提供一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构，包括硅晶圆，在所述硅晶圆上设置第一TSV通孔和芯片腔，所述芯片腔中放置有第一异构芯片，在所述硅晶圆的下表面覆盖有第一再布线层，在所述硅晶圆的上表面设有第一毛细芯微槽道，且上表面与设有第二TSV通孔与第二毛细芯微槽道的上盖板键合，所述上盖板的上方设有连通所述第二TSV通孔与第二异构芯片的第二再布线层，所述上盖板上设有热管腔的开口，在所述上盖板上设有平板热管管壳，所述平板热管管壳与热管腔组成封闭热管，所述第二异构芯片和平板热管管壳上覆盖有树脂晶圆片，然后在整个封装体的上表面覆盖有连接所述第二异构芯片和平板热管管壳的散热铜层，在所述第一再布线层的金属层处设置有焊球。
[0006]进一步地，所述第一异构芯片和第二异构芯片的衬底材料均包括Si、GaAs、GaN或SiC；所述第一异构芯片和第二异构芯片生长的凸点材料均包括Cu、CuSn、CuNiSn、CuNiSnAg、SnPb或SnAgCu。
[0007]进一步地，所述第一毛细芯微槽道和第二毛细芯微槽道均包括平行式微槽或放射式微槽。
[0008]进一步地，所述第一再布线层至少包括1层金属层。
[0009]进一步地，所述焊球的材料包括SnPb或SnAgCu。
[0010]作为本专利技术的另一个方面，提供一种嵌入式平板热管的主动散热封装方法，其中，所述嵌入式平板热管的主动散热封装方法包括如下步骤：步骤一：提供一片硅晶圆，在所述硅晶圆上刻蚀后填孔，制成第一TSV通孔；步骤二：在所述硅晶圆上进行芯片腔的刻蚀；步骤三：将两块第一异构芯片通过导热胶分别固定在所述芯片腔内，并在所述硅晶圆的下表面形成第一再布线层；步骤四：对所述硅晶圆的上表面进行减薄，漏出所述第一TSV通孔后，再进行第一毛细芯微槽道的刻蚀；步骤五：提供另一片硅晶圆作为上盖板，在所述上盖板上设置第二TSV通孔，再刻蚀第二毛细芯微槽道；步骤六：将带有所述第二毛细芯微槽道的上盖板与步骤四形成的硅晶圆进行混合键合，键合完成后对上盖板进行减薄，露出所述第二TSV通孔后，再设置第二再布线层；步骤七：对做好所述第二再布线层的封装体进行刻蚀，使所述上盖板露出热管腔；步骤八：将两块第二异构芯片分别倒装在封装体的上盖板上，并进行底部填充，再将平板热管管壳通过导热胶与上盖板进行位置固定；步骤九：将倒装的两块第二异构芯片和平板热管管壳壳进行灌封，固化重构形成树脂晶圆片；步骤十：对所述树脂晶圆片进行减薄，露出所述平板热管管壳壳和第二异构芯片后，对所述平板热管管壳进行密封；步骤十一：在密封后的整个封装体上表面覆盖散热铜层，并在所述第一再布线层的金属层处设置焊球，再对封装体进行划片形成最终的主动散热封装结构。
[0011]进一步地，使用PI胶和晶圆级多层再布线工艺依次实现RDL和UBM多层互联金属再布线，以在所述硅晶圆的下表面形成所述第一再布线层；其中，所述晶圆级多层再布线工艺是一种钝化层和金属层多次交叠的布线工艺。
[0012]进一步地，所述第一再布线层的层数最少为1层金属层；所述钝化层的厚度大于形成的金属层，且钝化层包覆金属层；所述金属层厚度均不小于1μm，所述钝化层厚度均不小于3μm。
[0013]进一步地，所述第二异构芯片的倒装焊接方式包括回流焊和热压焊；使用底填胶将倒装焊接的凸点间的缝隙填实，底部填充方式包括压干膜工艺和点胶工艺。
[0014]进一步地，在所述第一再布线层金属层处设置焊球的工艺包括晶圆级植球、单芯片植球和印刷锡膏。
[0015]本专利技术提供的嵌入式平板热管的主动散热封装结构及其封装方法具有以下优点：（1）利用硅衬底芯片埋入结构和热管盖板上表面倒装芯片结构，使平板热管与功能芯片正面直接接触，形成直接散热通道，大大降低热阻，散热更快；（2）平板热管结构直接嵌入在三维集成封装体内部，液体工质在内部直接将芯片
发热量通过气化蒸发带走，独特的内部相变传热机理有效的将大量热量远距离传输，而且完成时只依靠内部工质的循环，是一种直接、高效的基板级主动散热方式，实现了三维封装系统的多维度、多尺度的热管理；（3）利用埋入硅基板扇出技术、树脂基晶圆重构技术和热管散热技术，不仅实现了多芯片三维异构集成，且封装体具备了体积小巧、传热能力强、对热流的控制精确、温度均匀性好等优点。
附图说明
[0016]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。
[0017]图1为本专利技术的硅晶圆填孔后的示意图。
[0018]图2为本专利技术的硅晶圆刻蚀芯片腔示意图。
[0019]图3为本专利技术的硅晶圆装芯片后做再布线示意图。
[0020]图4为本专利技术的硅晶圆减薄后刻蚀毛细芯微槽道示意图。
[0021]图5为本专利技术的硅盖板与硅晶圆进行混合键合示意图。
[0022]图6为本专利技术的硅盖板减薄后再布线的示意图。
[0023]图7为本专利技术的硅盖板刻蚀热管腔体通道的示意图。
[0024]图8为本专利技术的倒装热管管壳和芯片的示意图。
[0025]图9为本专利技术的晶圆级注塑的示意图。
[0026]图10为本专利技术的减薄树脂晶圆漏出热管铜壳和芯片的示意图。
[0027]图11为本专利技术的封装体贴装散热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式平板热管的主动散热封装结构，其特征在于，包括硅晶圆（111），在所述硅晶圆（111）上设置第一TSV通孔（112）和芯片腔（113），所述芯片腔（113）中放置有第一异构芯片（114），在所述硅晶圆（111）的下表面覆盖有第一再布线层（115），在所述硅晶圆（111）的上表面设有第一毛细芯微槽道（116），且上表面与设有第二TSV通孔（117）与第二毛细芯微槽道（118）的上盖板键合，所述上盖板的上方设有连通所述第二TSV通孔（117）与第二异构芯片（121）的第二再布线层（119），所述上盖板上设有热管腔（120）的开口，在所述上盖板上设有平板热管管壳（122），所述平板热管管壳（122）与热管腔（120）组成封闭热管，所述第二异构芯片（121）和平板热管管壳（122）上覆盖有树脂晶圆片（123），然后在整个封装体的上表面覆盖有连接所述第二异构芯片（121）和平板热管管壳（122）的散热铜层（124），在所述第一再布线层（115）的金属层处设置有焊球（125）。2.根据权利要求1所述的嵌入式平板热管的主动散热封装结构，其特征在于，所述第一异构芯片（114）和第二异构芯片（121）的衬底材料均包括Si、GaAs、GaN或SiC；所述第一异构芯片（114）和第二异构芯片（121）生长的凸点材料均包括Cu、CuSn、CuNiSn、CuNiSnAg、SnPb或SnAgCu。3.根据权利要求1所述的嵌入式平板热管的主动散热封装结构，其特征在于，所述第一毛细芯微槽道（116）和第二毛细芯微槽道（118）均包括平行式微槽或放射式微槽。4.根据权利要求1所述的嵌入式平板热管的主动散热封装结构，其特征在于，所述第一再布线层（115）至少包括1层金属层。5.根据权利要求1所述的嵌入式平板热管的主动散热封装结构，其特征在于，所述焊球（125）的材料包括SnPb或SnAgCu。6.一种嵌入式平板热管的主动散热封装方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：提供一片硅晶圆（111），在所述硅晶圆（111）上刻蚀后填孔，制成第一TSV通孔（112）；步骤二：在所述硅晶圆（111）上进行芯片腔（113）的刻蚀；步骤三：将两块第一异构芯片（114）通过导热胶分别固定在所述芯片腔（113）内，并在所述硅晶圆（111）的下表面形成第一再布线层（115）；步骤四：对所述硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超杰，夏晨辉，王刚，李奇哲，叶刚，
申请(专利权)人：无锡中微高科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：