[发明专利]集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构及其制备方法

权利要求书

1.一种集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，该封装结构包括芯片阵列(13)、晶圆基板(1)和PCB供电板(14)；

所述晶圆基板(1)包括纳米多孔微流道散热结构(4)阵列和信号传递部分；

所述纳米多孔微流道散热结构(4)包括微通道(5)、纳米多孔结构壁(8)和微流道盖板(9)；所述纳米多孔结构壁(8)为连续且开放的拓扑结构；微流道盖板(9)上设置有进液口(10)和出液口(11)以供冷却液的进出，所述冷却液经进液口(10)进入，在微通道(5)和纳米多孔结构壁(8)内流动；

所述信号传递部分包括垂直分布的硅通孔(2)、再布线层(3)和焊盘(12)，三者处于芯片阵列(13)和PCB供电板(14)之间能够使芯片阵列(13)之间，以及与PCB供电板(14)间的电信号互连；

所述纳米多孔结构壁(8)由铜层(6)和锌层(7)在高温退火和脱合金后得到的。

2.根据权利要求1所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述晶圆基板(1)上的纳米多孔微流道散热结构(4)相互独立的方式阵列，且位于芯片阵列(13)的下方。

3.根据权利要求1所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述纳米多孔微流道散热结构(4)设置有纳米多孔结构壁(8)。

4.根据权利要求1所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述微流道(5)的宽度范围为20～50μm，高度范围为80～100μm，间距范围为20～50μm，纳米多孔结构壁(8)的宽度范围为2～3μm。

5.根据权利要求1所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述纳米多孔结构壁(8)为连续，开放的，空间随机分布的多孔结构。

6.根据权利要求3所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，根据不同芯片的功耗，所述纳米多孔结构壁(8)的孔隙直径是100～200nm。

7.根据权利要求3所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述纳米多孔结构壁(8)的材料为金属，最好是铜。

8.根据权利要求1所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述微流道盖板(9)是通过铜锡焊料和微流道(5)键合的。

9.根据权利要求1所述的一种集成纳米多孔微流道散热结构阵列的封装结构，其特征在于，所述微流道盖板(9)的材料为聚二甲基硅氧烷。

10.一种集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在晶圆基板(1)正面上利用光刻、深刻蚀工艺刻蚀深孔，再利用沉积和电镀工艺生长铜来填充深孔，完成硅通孔制备；电镀的绝缘层、阻挡层和种子层所用材料分别为二氧化硅，氮化镓和铜；

步骤二：利用化学机械抛光工艺将晶圆基板(1)表面多余的铜磨去，经过等离子体增强化学气相沉积法沉积二氧化硅钝化层，再利用光刻，刻蚀和大马士革工艺制备再布线层(3)；

步骤三：在晶圆基板(1)上进行光刻和蚀刻工艺制作平行的矩形通道阵列，在微通道(5)底面和侧壁面电镀沉积生长铜；

步骤四：在铜基的微通道(5)壁面上通过化学镀生长锌；具体地，其化学镀工艺是：利用含3g锌粉的化学镀液和5M的氢氧化钠溶液，其温度设置为50℃，其时间范围为1～3h，在微通道壁面经过高温退火来制备铜-锌合金层；其退火的条件具体为：退火温度范围为150℃～500℃，退火时间范围为0.5～1h，其保护气体为氩气；

步骤五：在室温下将晶圆基板(1)放置于1.5M氢氧化钠溶液中，对微通道(5)壁面进行脱合金反应，时间范围为10～24h，去除掉微通道(5)壁上铜锌合金的锌成分，得到铜基多孔微通道(5)；所述铜基多孔微通道中的纳米多孔结构壁(8)的孔隙尺寸可通过改变脱合金时间进行设置；

步骤六：提供已刻蚀出液体出入口的微流道盖板(9)，微流道盖板(9)通过铜锡焊料与纳米多孔微流道散热结构(4)键合；

步骤七：利用化学机械抛光工艺，将再布线层(3)与微流道盖板(9)磨平至同一高度；

步骤八：用光刻，刻蚀，等离子体增强化学气相沉积工艺在微流道盖板(9)和再布线层(3)表面沉积金属铝来制作基板顶部焊盘(12)；

步骤九：在晶圆基板(1)底部进行第一次临时键合氮化铝载板；晶圆基板(1)与芯片预制件通过热压工艺键合；再进行底填、注塑封装工艺及注塑件减薄；对底部氮化铝载板(15)进行解键合；

步骤十：在注塑件(16)顶部进行第二次临时键合氮化铝载板(15)；利用化学机械抛光以及刻蚀工艺将硅通孔(2)背面裸露出；在晶圆基板(1)底部完成焊盘(12)和再布线层(3)制备；对顶部氮化铝载板(15)进行解键合；将晶圆基板(1)的底部焊盘(15)和PCB供电板(14)通过毛纽扣(17)进行连接。