[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

说明书

本发明公开了关于集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构及其制备方法，所述封装结构包括晶圆基板，芯片阵列和PCB供电板。晶圆基板为集成了高密度的纳米多孔微流道散热结构阵列和信号传递部分的一体结构。根据不同芯片的功耗，纳米多孔微流道散热结构可设置具有不同通道宽度和孔隙尺寸的微通道，在实现对芯片阵列精准散热的同时，明显减小封装结构的厚度，提高了系统集成度。微流道盖板采用聚二甲基硅氧烷材料，做密封层和应力缓冲层；并且在封装结构制备过程中采用两次临时氮化铝载板键合，可避免大尺寸晶圆基板异质异构集成过程产生的应力积累和基板损坏。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构及其制备方法。

背景技术

随着摩尔定律失效在即，芯片发展已经从一味追求单组件尺寸微缩和性能提升，转向超越摩尔定律的多组件封装整合阶段。因此，后摩尔时代出现了许多更务实且满足市场需求的先进封装技术，例如2.5D，3D，SIP，SoW等现在颇为主流的异质整合封装形式。其中，SoW以一整张晶圆作基板，在其上完成若干芯片，有源元件，甚至无源元件的集成，以及重布线层，硅通孔等。这种由全硅互连网络组成的晶上系统，与PCB板上的传统系统相比，可明显提高带宽，减少延迟以及能量损耗，最终可实现对逻辑芯片、存储芯片、射频芯片等异构芯片之间的互连，和集成性能的优化。

晶上系统的制备贯穿多种预制芯片的设计，晶圆基板的制备，互连工艺和微组装的过程，以完成计算、存储、控制等多功能模块一次集成。但是在大尺寸晶圆(8英寸以上)完成高密度的预制芯片阵列集成，必然伴随着小空间高热流密度，热量不均匀的产生，同时多种电子器件和在晶圆上的异质集成和互连也会产生应力积累，这将是SoW技术应用的重大挑战。传统的散热通过在微组装过程中外接热沉，以液冷或者风冷的方式对微电子系统降温；人们也会在微组装过程中将集成系统与缓冲载板键合，以减小变形。这些外接的形式除了组装过程中衍生出界面热阻，和异质材料热膨胀系数不匹配的问题，降低了散热效果，也限制了晶上系统的体积微型化。

因此，组装过程中衍生出界面热阻，和异质材料热膨胀系数不匹配的问题是亟需解决的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是克服大尺寸晶上系统的散热效果不理想和应力积累的问题，本发明提供了一种集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构，直接在晶圆基板上刻蚀出与芯片阵列一一对应的微流道散热结构阵列，并在微通道壁上通过电镀、脱合金得到孔隙分布和尺寸可控的多孔结构，可有效提高换热面积，减小压降，实现对高密度芯片阵列的精准散热，提高系统的可靠性。微流道盖板采用柔性材料做缓冲层，以减小大尺寸晶圆制备过程中，由于异质材料热膨胀系数不匹配引起的应力，同时晶上系统封装过程中采用两次氮化铝载板临时键合，以实现键合界面的应力释放。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种集成多孔微流道散热结构阵列的封装结构，该封装结构包括芯片阵列、晶圆基板和PCB供电板；

所述晶圆基板包括纳米多孔微流道散热结构阵列和信号传递部分；

所述纳米多孔微流道散热结构包括微通道、纳米多孔结构壁和微流道盖板；所述纳米多孔结构壁为连续且开放的拓扑结构；微流道盖板上设置有进液口和出液口以供冷却液的进出，所述冷却液经进液口进入，在微通道和纳米多孔结构壁内流动；

所述信号传递部分包括垂直分布的硅通孔、再布线层和焊盘，三者处于芯片阵列和PCB供电板之间能够使芯片阵列之间，以及与PCB供电板间的电信号互连；

所述纳米多孔结构壁由铜层和锌层在高温退火和脱合金后得到的。

进一步地，所述晶圆基板上的纳米多孔微流道散热结构相互独立的方式阵列，且位于芯片阵列的下方。

进一步地，所述纳米多孔微流道散热结构设置有纳米多孔结构壁。