[发明专利]用于微电子立体封装的制冷结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微电子封装领域的装置及其制备方法，具体是一种用于微电子立体封装的制冷结构及其制备方法。 

背景技术

伴随摩尔定律的电子产品高密度化发展，封装技术亦朝着高密度、微型化、多芯片以及三维尺度等方向发展，为了更为高效地缩减封装面积，发展了具有多重芯片的立体堆叠式封装结构。立体堆叠封装由两个或两个以上的芯片封装在单个器件中经电性互连而构成，可以有效地减小器件体积，但同时也带来了高功率器件的散热问题。 

对现有文献进行检索发现(Fabrication of Silicon Carriers with TSVElectrical Interconnections and Embedded Thermal Solutions for High Power 3-DPackage，采用硅通孔电连接和嵌入式热管理方案的高功率3-D硅片基封装制备，Aibin Yu，Electronic Components and Technology Conference，(2008)24-28)，采用芯片级嵌入式Au/Sn键合密闭通道的水冷方案，实现高功率立体电子封装的散热。尽管上述技术可以解决高功率立体电子封装的散热问题，但是仍然存在以下问题： 

通过嵌入式方式进行水冷通道结构的构建，使水冷通道直接作用于工作芯片，降低了芯片的工作可靠性，复杂的通道结构增大了制冷剂外露的几率；采用水冷结构必须在散热回路里考虑供给机构，势必增大集成的器件体积；这有悖于高集成度芯片降低其器件体积的初衷，因此对于体积大小有严格要求的高功率器件集成，嵌入式水冷方式并不适用。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于微电子立体封装的制冷结构及其制备方法，为局部热点区提供高效快速的散热通道，是立体电子封装的有效热管理方案，可以提高其工作可靠性。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

本发明涉及用于微电子立体封装的制冷结构包括：两块叠层芯片、两个纵向金属散热通道阵列和一个横向金属散热通道阵列，其中：上叠层芯片的下表面和下叠层芯片的上表面分别各设有一个纵向金属散热通道阵列，横向金属散热通道阵列连通于两个纵向金属散热通道阵列之间。 

所述的纵向金属散热通道阵列由多个纵向金属散热通道组成，具体位于所述上叠层芯片局部热点区下方以及所述的下叠层芯片的非工作区上方，多个纵向金属散热通道的最小间距在10~100000μm范围内。 

所述的纵向金属散热通道为矩形柱结构或圆柱结构，其中：矩形柱的对角线尺寸或圆柱为直径在10~200μm范围内，矩形柱或圆柱高在10~1000μm范围内。 

所述的横向金属散热通道由若干个横向金属散热通道组成，其厚度在1~500μm范围内，横向最大截面宽度在10~100000μm范围内，横向最大截面长度在100~100000μm范围内。 

所述的横向金属散热通道和纵向金属散热通道均为Cu、Au、Zn、Ag或Ni中的一种或其组合制成。 

本发明涉及上述用于微电子立体封装的制冷结构的制备方法，包括以下步骤： 

第一步：确认上叠层芯片热点区，在其背面对应区域采用光刻图形化工艺形成已述孔阵列图形，后采用干湿法刻蚀工艺加工成深孔，在孔内壁和表面溅射金属薄膜作为电镀的种子层，并在其内部采用电化学镀方法填充金属，即可形成纵向金属散热通道阵列； 

所述的热点区是指上叠层芯片中功率输出为5W以上的芯片区域。 

所述的填充金属是指Cu、Au、Zn、Ag或Ni中的一种或其组合。 

第二步：在纵向金属散热通道的底部，即上叠层芯片的下表面上，采用溅射种子层、光刻图形化和电化学镀方法制备横向金属散热通道，使热量在绕开芯片工作区的前提下，以最短的散热路径到达最外围的散热系统； 

第三步、重复第二步采用的方法对下叠层芯片局部热点区进行横向金属散热通道的制备，实现上叠层芯片至下叠层芯片至散热系统的散热路径。