一种内嵌金属微通道的转接板及其制备方法与流程

本发明涉及一种内嵌金属微通道的转接板及其制备方法。

背景技术：

tsv/tgv转接板技术(through-si-via，tsv/through-glass-via，tgv)是从tsv互连技术衍生出来的重要发展方向，可以提供与三维封装集成电路ic相匹配的线宽/节距、热膨胀系数，具有小尺寸、高密度、高集成度的特点，可以有效缩小封装尺寸，减小传输延时、降低噪声、提高电学性能、降低功耗等，已成为集成电路ic、mems、微纳传感器等芯片级三维集成的最具竞争力的转接基板技术。

三维系统级封装中集成高密度芯片、大功耗芯片时，芯片体的散热问题导致芯片在工作中性能下降、寿命降低甚至功能失效。

考虑到转接板集成高密度芯片时的散热问题，已公开的发明专利申请(公开号：cn104900611a)中涉及到用石墨烯散热片，在基于柔性基板的三维封装过程中，在封装体内埋入超薄且柔韧性较好的石墨烯散热片，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道解决散热问题，这种方法虽可解决散热问题，但是石墨烯与芯片的贴合强度不好，降低了散热能力；已公开的发明专利申请(公开号：cn104716112a)中采用多级散热器热耦合递进散热，封装散热器热耦合到第一管芯封装和管芯封装散热器。管芯封装散热器热耦合到第二管芯封装，并且提供了用于将热量从第二管芯封装传导到封装散热器的热路径。这种方式散热结构复杂，工艺要求高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种内嵌金属微通道的转接板及其制备方法，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种内嵌金属微通道的转接板，用于集成高密度芯片，包括相互键合的第一衬底和第二衬底，所述第一衬底内部设置有金属微通道；

所述第一衬底上设有多个通孔、多个贯穿孔、绝缘层、金属互连层和金属再布线层；所述通孔和贯穿孔间隔分布于所述第一衬底；所述绝缘层连续布置于所述通孔的侧壁、贯穿孔的侧壁和所述第一衬底的上下表面；所述金属互连层连续布置于所述通孔侧壁和贯穿孔侧壁的绝缘层表面；所述金属再布线层布置于所述第一衬底上表面绝缘层上与高密度芯片接触的部分、第一衬底下表面绝缘层上与第二衬底接触的部分；所述金属再布线层与金属互连层接触形成电信号通路；

所述第二衬底的上表面设置有若干金属翅片，所述金属翅片位于所述贯穿孔内，且下端与第二衬底固定连接，上端延伸至所述第一衬底上表面的金属再布线层所在平面；

所述金属微通道包括贯穿孔和金属翅片；高密度芯片集成于转接板时，高密度芯片置于第一衬底上方，电信号通过第一衬底上表面的金属再布线层和金属互连层实现再分配，高密度芯片产生的热量通过金属微通道导热。

在本发明一较佳实施例中，所述第一衬底和第二衬底相互键合而成，键合方式包括金金键合、硅玻璃阳极键合、硅硅键合、bcb键合。

在本发明一较佳实施例中，所述第一衬底材质包括硅、玻璃、氮化硅、砷化镓、金属。

在本发明一较佳实施例中，所述第二衬底材质包括硅、玻璃、氮化硅、砷化镓；所述金属翅片的材质包括铜、铝、金、钨，通过liga电铸工艺形成于所述第二衬底的表面。

在本发明一较佳实施例中，所述第二衬底材质包括金属和/或其金属合金，所述金属为钨、钛、钼、钛化钨、镍、锗中的至少一种；所述金属翅片的材质与第二衬底的材质相同，通过金属drie刻蚀工艺形成于所述第二衬底的表面。

在本发明一较佳实施例中，所述金属翅片的高度与所述第一衬底上下表面的金属再布线层间距离相适配。

在本发明一较佳实施例中，所述金属互连层与绝缘层、金属再布线层与绝缘层之间还布置有一阻挡层，所述阻挡层材料包括ta、tan、tiw中的至少一种，布置于通孔侧壁的绝缘层、金属互连层、阻挡层横切面为环状。

本发明提供了一种内嵌金属微通道的转接板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制作第一衬底和绝缘层：取板状材料一块作为第一衬底，在其上通过drie、激光、喷砂或湿法刻蚀工艺形成多个通孔以及多个贯穿孔，所述贯穿孔的孔径大于通孔的孔径；通过气相沉积法在所述通孔侧壁、贯穿孔侧壁和所述第一衬底的上下表面形成致密的绝缘层，所述绝缘层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、bcb、聚酰亚胺、玻璃、聚丙烯和聚对二甲苯；所述第一衬底的材质包括硅、玻璃、氮化硅和砷化镓；

(2)制作电信号通路和金属翅片

①制作电信号通路：通过pvd溅射在所述绝缘层表面形成一连续的金属层，利用图形化电镀工艺在第一衬底上下表面的金属层上蚀刻出图案形成金属再布线层，使金属再布线层布置于第一衬底上表面与高密度芯片接触的部分和第一衬底下表面与第二衬底接触的部分；分布于所述通孔的侧壁、贯穿孔的侧壁绝缘层表面的连续金属层为金属互连层，与所述金属再布线层接触，形成电信号通路；

②制作金属翅片：取半导体板一块作为第二衬底，利用liga电铸形成若干个相互平行阵列分布的金属翅片，所述金属翅片的长度等于所述第一衬底上下表面的金属再布线层间的距离；所述第二衬底材质包括硅、玻璃、氮化硅、砷化镓；所述金属翅片的材质包括铜、铝、金、钨；

(3)通过键合工艺将上述第一衬底和第二衬底键合，所述金属翅片置于所述贯穿孔中，所述贯穿孔和金属翅片组成金属微通道，进而形成所述一种内嵌金属微通道的转接板。

本发明还提供了一种内嵌金属微通道的转接板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制作第一衬底和绝缘层：取板状材料一块作为第一衬底，在其上通过drie、激光、喷砂或湿法刻蚀工艺形成通孔，形成多个通孔以及多个贯穿孔，所述贯穿孔的孔径大于通孔的孔径；通过气相沉积法在所述通孔侧壁、贯穿孔侧壁和所述第一衬底的上下表面形成致密的绝缘层，所述绝缘层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、bcb、聚酰亚胺、玻璃、聚丙烯和聚对二甲苯；所述板状材料的材质包括硅、玻璃、氮化硅和砷化镓；

(2)制作电信号通路和金属翅片

①制作电信号通路：通过pvd溅射在所述绝缘层表面形成一连续的金属层，利用图形化电镀工艺在第一衬底上下表面的金属层上蚀刻出图案形成金属再布线层，使金属再布线层布置于第一衬底上表面与高密度芯片接触的部分和第一衬底下表面与第二衬底接触的部分；分布于所述通孔的侧壁、贯穿孔的侧壁绝缘层表面的连续金属层为金属互连层，与所述金属再布线层接触，形成电信号通路；

②制作金属翅片：取金属板或合金板一块作为第二衬底，利用drie蚀刻工艺形成若干个相互平行阵列分布的金属翅片，所述金属翅片的长度等于所述第一衬底上下表面的金属再布线层间的距离；所述第二衬底和金属翅片材质相同，包括钨、钛、钼、钛化钨、镍、锗及其金属合金中的至少一种；

(3)通过键合工艺将上述第一衬底和第二衬底键合，所述金属翅片置于所述贯穿孔中，所述贯穿孔和金属翅片组成金属微通道，进而形成所述一种内嵌金属微通道的转接板。

在本发明一较佳实施例中，步骤(2)之①制作电信号通路：在所述绝缘层表面形成连续的阻挡层和金属层，所述阻挡层布置于所述金属层和绝缘层之间，利用图形化电镀工艺在第一衬底上下表面的阻挡层和金属层上蚀刻出图案形成金属再布线层，使金属再布线层布置于第一衬底上表面与高密度芯片接触的部分和第一衬底下表面与第二衬底接触的部分；分布于所述通孔的侧壁、贯穿孔的侧壁绝缘层表面的连续金属层为金属互连层，与所述金属再布线层接触，形成电信号通路；所述阻挡层材料包括ta、tan、tiw中的至少一种，布置于通孔侧壁的绝缘层、金属互连层、阻挡层横切面为环状。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.贯穿孔设置于通孔间，贯穿孔内阵列布置有金属翅片，所述金属翅片上端顶抵高密度芯片，下端与第二衬底固定连接；贯穿孔大小和金属翅片数量均可根据高密度芯片进行设置，以达到良好的导热效果。

2.内嵌的金属翅片有效提高转接板上芯片组装的密度，减小的芯片三维封装的尺寸。

3.本发明制备方法工艺简单，成本可控。

附图说明

图1为本发明的第一衬底、通孔、贯穿孔结构示意图；

图2为本发明的绝缘层结构示意图；

图3为本发明的金属互连层和金属再布线层结构示意图；

图4为本发明的第二衬底和金属翅片结构示意图；

图5为本发明一种内嵌金属微通道的转接板结构示意图；

图6为本发明一种内嵌金属微通道的转接板横截面结构示意图；

图7为本发明一种内嵌金属微通道的转接板俯视图；

图8为本发明配合高密度芯片使用的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

请查阅图1-7，本实施例的一种内嵌金属微通道的转接板的制备方法，包括如下步骤：

(1)制作第一衬底1和绝缘层11：取硅材料板一块作为第一衬底1，在其上通过drie工艺形成多个通孔13和多个贯穿孔14，所述贯穿孔14孔径大于通孔13直径；通过气相沉积法在所述通孔13侧壁、贯穿孔14侧壁和所述第一衬底1的上下表面形成致密的绝缘层11；

(2)制作电信号通路和金属翅片：

①制作电信号通路：通过pvd溅射在所述绝缘层11表面形成一连续的金属层，利用图形化电镀工艺在第一衬底1上下表面的金属层上蚀刻出图案形成金属再布线层15，使金属再布线层15布置于第一衬底1上表面与高密度芯片接触的部分和第一衬底1下表面与第二衬底2接触的部分；分布于所述通孔13的侧壁、贯穿孔14的侧壁绝缘层表面的连续金属层为金属互连层12，与所述金属再布线层15接触形成互连区域，通过上述图形化电镀工艺的加厚作用，使金属互连层12与金属再布线层15间形成稳定连续的电信号通路，实现高密度芯片3信号的再分配；

②制作金属翅片22：取玻璃板一块作为第二衬底2，在第二衬底2上制作su-8光刻胶掩膜并通过liga电铸铜工艺形成若干个相互平行、阵列分布的金属翅片22，所述金属翅片22的长度等于所述第一衬底1上下表面的图案化的金属层间的距离；

所述贯穿孔14和金属翅片22组成金属微通道；金属翅片22上端与高密度芯片3顶抵，下端连接第二衬底2，可起到良好的导热、散热效果；

(3)对第二衬底2的背面进行减薄，再通过硅玻璃阳极键合工艺将上述第一衬底1和第二衬底2键合，所述金属翅片22置于所述贯穿孔14中，形成金属微通道，进而形成所述一种内嵌金属微通道的转接板。

本实施例制备的一种内嵌金属微通道的转接板，用于集成高密度芯片，包括相互键合的第一衬底1和第二衬底2，所述第一衬底1厚度为300μm～500μm，内部设置有金属微通道；

所述第一衬底1上设有多个通孔13、多个贯穿孔14、绝缘层11、金属互连层12和金属再布线层15；所述通孔13和贯穿孔14间隔分布于所述第一衬底1；所述绝缘层11连续布置于所述通孔13的侧壁、贯穿孔14的侧壁和所述第一衬底1的上下表面；所述金属互连层12连续布置于所述通孔13侧壁和贯穿孔14侧壁的绝缘层表面所述绝缘层11与金属互连层12之间还设置有阻挡层，布置于所述通孔侧壁的绝缘层11、金属互连层12、阻挡层横切面为环状，保型性电镀在孔侧壁生长环状金属互连层有效地避免衬底应力集中；所述金属再布线层15布置于所述第一衬底1上表面绝缘层11上与高密度芯片3接触的部分、第一衬底1下表面绝缘层上与第二衬底2接触的部分；所述金属再布线层15与金属互连层12接触形成电信号通路；

所述第一衬底1和第二衬底2具有相互嵌套的键合结构，所述第一衬底的下表面与第二衬底的上表面相互键合，所述第二衬底2与第一衬底1的键合面所在位置设置有若干金属翅片22，所述金属翅片22位于所述贯穿孔14内，且下端与第二衬底2固定连接，上端延伸至所述第一衬底1上表面的金属再布线层15所在平面；

所述金属微通道包括贯穿孔14和金属翅片22；高密度芯片3集成于转接板时，高密度芯片3置于第一衬底1上方，电信号通过第一衬底1上表面的金属再布线层15和金属互连层实现再分配，高密度芯片3产生的热量通过金属微通道导出。

请查阅图8，在本实施例中，所述金属再布线层15还包括设置于所述第一衬底1上表面的不与高密度芯片3接触的部分，所述金属再布线层15通过金线与高密度芯片3电连接，保证了信号分配的多样性。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于：步骤(2)制作电信号通路和金属翅片：

①制作电信号通路：通过pvd溅射在所述绝缘层11表面形成一连续的金属层，所述金属层包括阻挡层tiw和种子层cu，利用电镀铜工艺通过光刻胶掩膜、电镀铜加厚、去除光刻胶及种子层/阻挡层后，在第一衬底1上下表面的金属层上蚀刻出图案形成金属再布线层15，使金属再布线层15布置于第一衬底1上表面与高密度芯片接触的部分和第一衬底1下表面与第二衬底2接触的部分；分布于所述通孔13的侧壁、贯穿孔14的侧壁绝缘层表面的连续金属层为金属互连层12，与所述金属再布线层15接触形成互连区域，通过上述图形化电镀工艺的加厚作用，使金属互连层12与金属再布线层15间形成稳定连续的电信号通路，形成电信号通路，实现高密度芯片3信号的再分配；

②制作金属翅片22：取金属钨板作为第二衬底，在第二衬底2上制作su-8光刻胶掩膜并通过drie工艺形成若干个相互平行、阵列分布的金属翅片22，所述金属翅片22的长度等于所述第一衬底1上下表面的金属再布线层15间的距离；所述第二衬底2和金属翅片22材质相同。

本实施例制备的一种内嵌金属微通道的转接板，用于集成高密度芯片，包括相互键合的第一衬底1和第二衬底2，所述第一衬底1厚度为300μm～500μm，内部设置有金属微通道；

所述第一衬底1上设有多个通孔13、多个贯穿孔14、绝缘层11、金属互连层12和金属再布线层15；所述通孔13和贯穿孔14间隔分布于所述第一衬底1；所述绝缘层11连续布置于所述通孔13的侧壁、贯穿孔14的侧壁和所述第一衬底1的上下表面；所述金属互连层12连续布置于所述通孔13侧壁和贯穿孔14侧壁的绝缘层表面；所述绝缘层11与金属互连层12之间还设置有阻挡层，布置于所述通孔侧壁的绝缘层11、金属互连层12、阻挡层横切面为；所述金属再布线层15布置于所述第一衬底1上表面绝缘层11上与高密度芯片3接触的部分、第一衬底1下表面绝缘层上与第二衬底2接触的部分；所述金属再布线层15与金属互连层12接触形成电信号通路；

所述第一衬底1和第二衬底2具有相互嵌套的键合结构，所述第一衬底的下表面与第二衬底的上表面相互键合，所述第二衬底2与第一衬底1的键合面所在位置设置有若干金属翅片22，所述金属翅片22位于所述贯穿孔14内，且下端与第二衬底2固定连接，上端延伸至所述第一衬底1上表面的金属再布线层15所在平面；

所述金属微通道包括贯穿孔14和金属翅片22；高密度芯片3集成于转接板时，高密度芯片3置于第一衬底1上方，电信号通过第一衬底1上表面的金属再布线层15和金属互连层实现再分配，高密度芯片3产生的热量通过金属微通道导出。

本领域技术人员可知，当本发明的技术参数在如下范围内变化时，可以预期得到与上述实施例相同或相近的技术效果：

所述第一衬底1的材质包括硅、玻璃、氮化硅、砷化镓。

所述绝缘层11材质包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、bcb、聚酰亚胺、玻璃、聚丙烯或聚对二甲苯。

liga电铸工艺所需的第二衬底2材质包括硅、玻璃、氮化硅、砷化镓；所述金属翅片22的材质包括铜、铝、金、钨。

drie工艺所需的第二衬底2材质包括钨、钛、钼、钛化钨、镍、锗及其合金，所述金属翅片22的材质与第二衬底2的材质相同。

所述第一衬底1上通孔13及贯穿孔14的制作方法包括drie、激光、喷砂、湿法刻蚀、超声加工。

所述绝缘层11制作方法包括热氧化、原子层沉积、化学气相沉积、溅射、旋涂、喷胶及其组合。

所述金属互连层12和金属再布线层15制作方法包括括蒸发、溅射、电镀、化学镀、化学气相沉积中的至少一种。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。