基于具有连接柱的冷板对裸芯片进行散热的结构的制作方法

1.本技术涉及芯片技术领域，特别涉及一种基于具有连接柱的冷板对裸芯片进行散热的结构。


背景技术：

2.随着半导体技术的快速发展，芯片上电子元器件的排布密度不断增加，芯片性能不断提高，芯片功率和热流密度越来越大，液冷散热已成为高算力高功耗芯片的主要选择之一。喷射液冷是一种高效的液冷散热方案。
3.喷射液冷结构一般包括进液室、集液室和出液室，进液室和集液室通过喷嘴连通，出液室和集液室通过通道连通，进液室上设置有进口管，出液室上设置有出液管，集液室上设置有冷板，冷板通过焊接和芯片键合，冷却工质通过外部循环系统从进口管泵入，进入进液室后分散给各喷嘴，随后冷却工质被喷嘴喷向冷板表面带走热量，冷板温度降低从而吸收芯片表面的热量，最后冷却工质由通道回流至出液室并由出口管排出。
4.然而，上述喷射液冷结构不仅冷板与芯片之间热阻较大，而且冷板与芯片的连接界面易出现空洞，导致喷射液冷结构的散热效率较低。


技术实现要素：

5.本技术提供一种基于具有连接柱的冷板对裸芯片进行散热的结构，降低了冷板与裸芯片之间的热阻，且使冷板和裸芯片之间连接紧密，避免出现空洞，解决了现有喷射液冷结构的冷板与裸芯片之间热阻较大，且冷板与裸芯片的连接界面易出现空洞的问题。
6.本技术实施例第一方面提供一种冷板，其中，包括基板、多个连接柱以及换热件，多个所述连接柱和所述换热件分别位于所述基板的相对两侧，多个所述连接柱在所述基板的表面上阵列排布。所述连接柱用于与裸芯片焊接，所述换热件用于与冷却工质接触以换热。
7.本技术实施例提供的冷板，通过在基板上设置阵列排布的连接柱和换热件，一方面，连接柱可以吸收裸芯片上的热量，并将热量传递给换热件和基板，冷却工质与基板和换热件接触，带走冷板上的热量。
8.另一方面，在焊接冷板和裸芯片时，多个连接柱之间的空隙，有利于排放焊接产生的气体，可以避免在焊接层上产生气泡，使冷板和裸芯片之间连接紧密。在冷板和裸芯片焊接后，冷板和裸芯片之间的连接层上具有焊料和连接柱，由于金属材质的连接柱的存在，可以降低该连接层的热阻，提高该连接层的体导热系数。此外，阵列的连接柱也可以发生弯曲形变与裸芯片的翘曲表面贴合紧密，保证了冷板和裸芯片连接紧密，避免出现空洞。
9.在一种可能的实现方式中，所述换热件为多个，多个所述换热件在所述基板上阵列排布。
10.这样，可以增大冷板和冷却工质的接触面积，增大冷板的换热面积，提高冷板的换热效率。
11.在一种可能的实现方式中，所述基板、所述连接柱和所述换热件一体成型。
12.这样，一方面可以简化冷板的结构，使冷板的制作工艺更简单，另一方面可以增强冷板的结构强度。
13.在一种可能的实现方式中，所述基板、所述连接柱和所述换热件分体成型。
14.这样，可以使冷板的各个部件根据需要进行制备，使冷板具有更好的弯曲变形能力、抗腐蚀能力等。
15.在一种可能的实现方式中，所述基板为柔性基板。
16.这样，可以通过柔性基板的弯曲形变实现与裸芯片的翘曲表面贴合紧密。
17.在一种可能的实现方式中，所述基板的相对两侧设置有金属层，所述连接柱、所述换热件均和所述金属层连接。
18.这样，可以使连接柱和换热件分别与基板的连接更稳固，提供较高的粘合力。
19.在一种可能的实现方式中，所述基板和所述金属层之间设置有钝化层。
20.这样，可以使钝化层和基板之间产生良好的结合力，便于为金属层或缓冲层提供稳定的粘合力。
21.在一种可能的实现方式中，在所述基板远离所述连接柱的一侧，所述钝化层和所述金属层之间设置有缓冲层。
22.这样，可以缓冲换热件和基板之间的应力，避免换热件对基板应力过大。
23.在一种可能的实现方式中，所述基板的热膨胀系数和所述裸芯片的热膨胀系数相匹配。
24.这样，可以使基板和裸芯片的热膨胀系数相近，不易发生热膨胀不一致导致的层间断裂，提高基板和裸芯片的连接稳固性。
25.在一种可能的实现方式中，所述基板的材料包括硅、硅基复合物、cu-mo合金、w-cu合金或导热陶瓷中的任意一种或多种。
26.所述钝化层的材料包括氮化硅或氧化硅。
27.所述金属层的材料包括钛、铬、铜、银或钨中的任意一种或多种。
28.所述缓冲层的材料包括铝基合金。
29.这样，一方面使基板具有较好的导热性，另一方面使基板具有较好的结构稳定性和较高的结构强度。
30.在一种可能的实现方式中，所述基板的厚度介于50-200μm。
31.所述钝化层的厚度介于5-10nm。
32.所述金属层的厚度介于10-20nm。
33.所述缓冲层的厚度介于0.5-1μm。
34.这样，基板的厚度介于上述范围内，一方面可以保证基板具有较好的结构强度，另一方面使基板具有一定的弯曲变形能力，能够与裸芯片的翘曲表面贴合。钝化层的厚度介于上述范围内，可以保证与基板具有良好的结合力，为后续施加的工艺层提供稳定的粘合。金属层的厚度介于上述范围内，可以保证基板与换热件或连接柱连接可靠。缓冲层的厚度介于上述范围内，可以缓冲换热件和基板之间的热应力，避免发生断裂。
35.在一种可能的实现方式中，所述连接柱的高度介于50-200μm。所述连接柱的直径介于50nm-20μm。相邻所述连接柱之间的间距介于200nm-100μm。
36.这样，一方面可以使冷板和裸芯片之间具有较好的连接性能，另一方面可以降低冷板的制作成本。
37.在一种可能的实现方式中，所述换热件为柱状件，所述换热件的高度介于50-350μm。所述换热件的直径介于20-100μm。相邻所述换热件之间的间距介于40-600μm。
38.这样，一方面可以使冷板具有较高的换热性能，另一方面可以降低冷板的制作成本。
39.本技术实施例第二方面还提供一种散热组件，包括壳体和上述的冷板，所述壳体和所述冷板围成喷射腔，所述壳体上设置有进口管和出口管，所述进口管和所述出口管均与所述喷射腔连通；所述冷板的换热件位于所述冷板靠近所述喷射腔的一侧，所述连接柱用于与裸芯片焊接。所述壳体内设置有集流腔，所述进口管和所述集流腔连通，所述集流腔和所述喷射腔之间设置有喷嘴，所述喷嘴连通所述喷射腔和所述集流腔。
40.本技术实施例提供的散热组件，通过设置喷射腔和集流腔，使冷板的换热件位于喷射腔内，连接柱与裸芯片连接，这样，大量冷却工质在集流腔中聚集，进入喷射腔，在喷射腔内对冷板进行冷却，一方面，使冷板具有较高的冷却效率。
41.另一方面，在焊接冷板和裸芯片时，多个连接柱之间的空隙，有利于排放焊接产生的气体，可以避免在焊接层上产生气泡，使冷板和裸芯片之间连接紧密。在冷板和裸芯片焊接后，冷板和裸芯片之间的连接层上具有焊料和连接柱，由于金属材质的连接柱的存在，可以降低该连接层的热阻，提高该连接层的体导热系数。此外，阵列的连接柱也可以发生弯曲形变与裸芯片的翘曲表面贴合紧密，保证了冷板和裸芯片连接紧密，避免出现空洞。
42.本技术实施例第三方面还提供一种半导体器件，包括裸芯片和上述的散热组件，散热组件的冷板和裸芯片连接，且冷板的连接柱和裸芯片连接。
43.本技术实施例提供的半导体器件，通过设置喷射腔和集流腔，使冷板的换热件位于喷射腔内，连接柱与裸芯片连接，这样，大量冷却工质在集流腔中聚集，进入喷射腔，在喷射腔内对冷板进行冷却，一方面，使冷板具有较高的冷却效率。
44.另一方面，在焊接冷板和裸芯片时，多个连接柱之间的空隙，有利于排放焊接产生的气体，可以避免在焊接层上产生气泡，使冷板和裸芯片之间连接紧密。在冷板和裸芯片焊接后，冷板和裸芯片之间的连接层上具有焊料和连接柱，由于金属材质的连接柱的存在，可以降低该连接层的热阻，提高该连接层的体导热系数。此外，阵列的连接柱也可以发生弯曲形变与裸芯片的翘曲表面贴合紧密，保证了冷板和裸芯片连接紧密，避免出现空洞。
45.本技术实施例第四方面还提供一种冷板的制备方法，包括：
46.提供基底；
47.对所述基底进行处理，并形成基板；
48.在所述基板上形成多个连接柱和多个换热件，并形成冷板；其中，多个所述连接柱和多个所述换热件分别位于所述基板的相对两侧，且多个所述连接柱和多个所述换热件均在所述基板的表面上阵列排布。
49.本技术实施例提供的冷板的制备方法，通过在基板上形成阵列排布的连接柱和换热件，一方面，连接柱可以吸收裸芯片上的热量，并传递给换热件和基板，冷却工质与基板和换热件接触，带走冷板上的热量。
50.另一方面，在焊接冷板和裸芯片时，多个连接柱之间的空隙，有利于排放焊接产生
的气体，可以避免在焊接层上产生气泡，使冷板和裸芯片之间连接紧密。在冷板和裸芯片焊接后，冷板和裸芯片之间的连接层上具有焊料和连接柱，由于金属材质的连接柱的存在，可以降低该连接层的热阻，提高该连接层的体导热系数。此外，阵列的连接柱也可以发生弯曲形变与裸芯片的翘曲表面贴合紧密，保证了冷板和裸芯片连接紧密，避免出现空洞。
51.在一种可能的实现方式中，所述对所述基底进行处理，并形成基板的步骤中，具体包括：
52.对所述基底减薄处理。
53.在所述基底的第一表面和第二表面分别形成钝化层；其中，所述第一表面和所述第二表面相对设置。
54.在所述钝化层上形成金属层。
55.在所述第一表面的所述金属层上形成缓冲层，并形成所述基板。
56.所述在所述基板上形成多个连接柱和多个换热件，并形成冷板的步骤中，具体包括：
57.在所述第一表面的所述缓冲层上形成所述换热件，在所述第二表面的所述金属层上形成所述连接柱。
58.这样，可以使基板具有较好的结合面，便于在基板上形成换热件和连接柱。
59.在一种可能的实现方式中，所述在所述基板上形成多个连接柱和多个换热件，并形成冷板的步骤中，包括：
60.在所述基板上一体化形成所述换热件和所述连接柱。
61.在所述换热件、所述连接柱和所述基板的表面形成金属层。
62.这样，将换热件、连接柱和基板一体制作，一方面可以简化冷板的结构，使冷板的制作工艺更简单，另一方面可以增强冷板的结构强度。此外，还可以提高冷板的导热能力。
63.本技术实施例第五方面还提供一种半导体器件的制备方法，包括：
64.提供冷板和裸芯片；所述冷板包括基板、多个连接柱以及多个换热件，多个所述连接柱和多个所述换热件分别位于所述基板的相对两侧，且多个所述连接柱和多个所述换热件均在所述基板的表面上阵列排布。
65.在所述裸芯片的表面形成金属化层。
66.在所述裸芯片的所述金属化层上形成焊料。
67.焊接所述冷板和所述裸芯片。其中，所述冷板上具有所述连接柱的一侧与所述裸芯片焊接连接。
68.本技术实施例提供的半导体器件的制备方法，一方面，通过在裸芯片的表面依次形成金属化层和焊料，可以便于裸芯片和冷板焊接连接，使裸芯片和冷板连接更稳固。
69.另一方面，在焊接冷板和裸芯片时，多个连接柱之间的空隙，有利于排放焊接产生的气体，可以避免在焊接层上产生气泡，使冷板和裸芯片之间连接紧密。在冷板和裸芯片焊接后，冷板和裸芯片之间的连接层上具有焊料和连接柱，由于金属材质的连接柱的存在，可以降低该连接层的热阻，提高该连接层的体导热系数。此外，阵列的连接柱也可以发生弯曲形变与裸芯片的翘曲表面贴合紧密，保证了冷板和裸芯片连接紧密，避免出现空洞。
附图说明
70.图1为本技术提供的喷射液冷结构的结构示意图；
71.图2为本技术提供的喷射液冷结构的喷嘴孔和回收孔的分布示意图；
72.图3为本技术一实施例提供的冷板的结构示意图；
73.图4为本技术一实施例提供的冷板和裸芯片的结构示意图；
74.图5为本技术一实施例提供的散热组件的结构示意图；
75.图6为本技术一实施例提供的半导体器件的结构示意图；
76.图7为图6中ⅰ部分的局部放大图；
77.图8a为本技术一实施例提供的未采用散热组件的裸芯片的表面温度分布示意图；
78.图8b为本技术一实施例提供的采用散热组件的裸芯片的表面温度分布示意图；
79.图9为本技术一实施例提供的冷板的制备方法的流程示意图；
80.图10为本技术一实施例提供的冷板的制备方法中分体制作的流程示意图；
81.图11为本技术一实施例提供的冷板的制备方法中一体制作的流程示意图；
82.图12为本技术一实施例提供的半导体器件的制备方法的流程示意图；
83.图13为本技术一实施例提供的基底在减薄处理后的结构示意图；
84.图14为本技术一实施例提供的基底在形成钝化层后的结构示意图；
85.图15为本技术一实施例提供的基底在形成金属层后的结构示意图；
86.图16为本技术一实施例提供的基底在形成缓冲层后的结构示意图；
87.图17为本技术一实施例提供的基板在施加模板后的结构示意图；
88.图18为本技术一实施例提供的基板在电镀后的结构示意图；
89.图19为本技术一实施例提供的基板在去除模板后的结构示意图；
90.图20为本技术一实施例提供的裸芯片在形成金属化层后的结构示意图；
91.图21为本技术一实施例提供的裸芯片在形成焊料后的结构示意图；
92.图22为本技术一实施例提供的裸芯片在施加冷板后的结构示意图；
93.图23为本技术一实施例提供的裸芯片在施加夹具后的结构示意图；
94.图24为本技术一实施例提供的裸芯片和冷板焊接完成后的结构示意图。
95.附图标记说明：
96.1，40-裸芯片；
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2-射流腔；
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3-喷嘴；
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4-进液室；
97.5-出液室；
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6-喷嘴孔；
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7-回收孔；
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8，22-进口管；
98.9，23-出口管；
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100-散热组件；
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20-壳体；
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21-喷射腔；
99.24-集流腔；
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25-喷嘴；
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30-冷板；
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31-连接柱；
100.32-基板；
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321-钝化层；
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322-金属层；
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323-缓冲层；
101.324-基底；
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33-换热件；
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34-模板；
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35-电镀液；
102.41-金属化层；
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42-焊料；
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43-高温区；
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44-低温区；
103.45-夹具；
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200-半导体器件。
具体实施方式
104.随着半导体技术的快速发展，芯片(包括裸芯片)上电子元器件的排布密度不断增加，芯片性能不断提高，芯片功率和热流密度越来越大，液冷散热已成为高算力高功耗芯片
的主要选择之一。喷射液冷是一种高效的液冷散热方案，通过结合本技术提供的冷板，能够对裸芯片进行更高效地散热。
105.如图1所示，本技术提供了一种的喷射液冷结构，该喷射液冷结构包括进液室4、射流腔2、出液室5和喷嘴3，喷嘴3设置在进液室4和射流腔2之间，进液室4和射流腔2通过喷嘴孔6连通，出液室5和射流腔2通过回收孔7连通，进液室4上设置有进口管8，出液室5上设置有出液管，裸芯片(die)1的背面构成射流腔2的部分内壁面，冷却工质通过外部循环系统从进口管8泵入，进入进液室4到达喷嘴3，从喷嘴孔6流入射流腔2，冷却工质在射流腔2内和裸芯片1发生热交换，然后从回收孔7进入出液室5，最后从出口管9流出，其中，本技术中，裸芯片1。喷嘴孔6和回收孔7在裸芯片1背面的布置方式如图2所示。
106.喷射冲击液冷具有以下优势：1、射流直冷，省去了热界面材料热阻；2、喷嘴孔6依据裸芯片1功率空间分布情况设计，可缓解或消除局部热点；3、模组紧凑，缩小射流腔2换热空间。然而，随着裸芯片1散热要求的进一步提高，喷射冲击液冷的散热能力仍然需要进一步提升。一种比较有效的方式就是在平坦的裸芯片1表面加工微型的翅片阵列等微型结构，提升裸芯片1与换热工质的接触表面积，从而进一步提升换热效率。
107.为了更好地对裸芯片进行散热，本技术提供了一种冷板、散热组件、半导体器件、冷板的制备方法以及半导体器件的制备方法。下面将进行具体介绍，需要说明的是，本技术的实施方式部分使用的术语仅用于对本技术的具体实施例进行解释，而非旨在限定本技术。
108.本技术实施例第一方面提供一种冷板，该冷板30可以应用于裸芯片40，裸芯片40的类型可以包括：现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、复杂可编程逻辑器件(complex programming logic device，简称cpld)、图形处理器(graphics processing unit，简称gpu)、中央处理器(central processing unit，简称cpu)和绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，简称igbt)等。
109.如图3所示，冷板30包括基板32、多个连接柱(pillar)31以及多个换热件33，多个连接柱31和多个换热件33分别位于基板32的相对两侧，多个连接柱31和多个换热件33均在基板32的表面上阵列排布。连接柱31用于与裸芯片40焊接，换热件33用于与冷却工质接触以换热。上述设置，一方面，连接柱31可以吸收裸芯片40上的热量，并传递给换热件33和基板32，冷却工质与基板32和换热件33接触，带走冷板30上的热量。另一方面，在焊接冷板30和裸芯片40时，多个连接柱31之间的空隙，有利于排放焊接产生的气体，可以避免在焊接层上产生气泡，使冷板30和裸芯片40之间连接紧密。在冷板30和裸芯片40焊接后，冷板30和裸芯片40之间的连接层上具有焊料和连接柱31，由于金属材质的连接柱31的存在，可以降低该连接层的热阻，提高该连接层的体导热系数。本技术中，连接柱31的形状并不限定，可以是圆柱体、立方体等规则的形状，也可以是其他不规则的形状。
110.需要说明的是，本技术实施例中的裸芯片40是未封装的芯片，并且，阵列排布的连接柱31可以是毛细结构，这样，阵列的连接柱31可以发生弯曲形变与裸芯片40的翘曲表面贴合紧密，保证了冷板30和裸芯片40连接紧密，避免出现空洞。
111.在一种可以实现的实施方式中，基板32、连接柱31和换热件33可以一体成型，例如：冷板30可以采用陶瓷或其他热膨胀系数较低的材料，通过一体烧结的方式成型。为了方
便焊接并且提高冷板30的导热能力，可以在冷板30的表面形成一层金属，该金属可以是镍和钛的组合层，或铜、银等其他金属的组合层。将冷板30一体设置，一方面可以简化冷板30的结构，使冷板30的制作工艺更简单，另一方面可以增强冷板30的结构强度。
112.在另一种可以实现的实施方式中，基板32、连接柱31和换热件33分体成型，例如：可以首先形成基板32，在基板32上电镀连接柱31或换热件33，或将连接柱31、换热件33与基板32粘接或焊接。这样可以使冷板30的各个部件根据需要进行制备，使冷板30具有更好的弯曲变形能力、抗腐蚀能力等。
113.具体的，基板32可以为柔性基板，例如基板32可以采用聚酰亚胺或其他具有柔性的材质制成，这样可以通过柔性基板的弯曲形变实现与裸芯片40的翘曲表面贴合紧密。
114.具体的，基板32的相对两侧可以设置有金属层322，连接柱31、换热件33均和金属层322连接。设置金属层322可以使连接柱31和换热件33分别与基板32的连接更稳固，提供较高的粘合力。金属层322的材料可以包括钛、铬、铜、银或钨中的任意一种或多种。
115.在一种可能的实现方式中，基板32和金属层322之间可以设置有钝化层321。钝化层321的材料可以包括氮化硅或氧化硅，这样可以使钝化层321和基板32之间产生良好的结合力，便于为金属层322或缓冲层323提供稳定的粘合力。
116.在一种可能的实现方式中，在基板32远离连接柱31的一侧，钝化层321和金属层322之间设置有缓冲层323。缓冲层323的材料可以是铝基合金，例如：铝硅铜合金，其中，硅的质量含量为1％，铜的质量含量为0.5％，其余为铝。这样可以缓冲换热件33和基板32之间的应力，避免换热件33对基板32应力过大。
117.在一种可能的实现方式中，基板32的热膨胀系数和裸芯片40的热膨胀系数相匹配，可以理解的是，这里指的是，基板32的热膨胀系数和裸芯片40的热膨胀系数相等，或基板32的热膨胀系数和裸芯片40的热膨胀系数接近。这样，可以使基板32和裸芯片40发生的膨胀尽可能一致，避免热膨胀不一致导致的层间断裂，提高基板32和裸芯片40的连接稳固性。
118.在一种可能的实现方式中，基板32的材料包括硅、硅基复合物(例如碳化硅或氮化硅)、cu-mo合金、w-cu合金或导热陶瓷(例如氮化铝)中的任意一种或多种。
119.需要说明的是，本发明实施例中，基板32的采用硅材料制作而成，这样可以和裸芯片40的热膨胀系数一致，减小了裸芯片40和冷板30连接界面的热应力，避免发生断裂。
120.在一种可能的实现方式中，基板32的厚度范围介于50-200μm之间，该厚度具体可以是50μm、60μm、80μm、90μm、120μm、150μm、180μm或200μm，基板32的厚度介于上述范围内，一方面可以保证基板32具有较好的结构强度，另一方面使基板32具有一定的弯曲变形能力，能够与裸芯片40的翘曲表面贴合。
121.在一种可能的实现方式中，钝化层321的厚度范围介于5-10nm之间，该厚度具体可以是5nm、6nm、8nm、9nm或10nm，钝化层321的厚度介于上述范围内，一方面可以保证与基板32具有良好的结合力，为后续施加的工艺层提供稳定的粘合，另一方面可以保证基板32成型后的尺寸尽量小。
122.在一种可能的实现方式中，金属层322的厚度范围介于10-20nm之间，该厚度具体可以是10nm、13nm、15nm、18nm或20nm，金属层322的厚度介于上述范围内，一方面可以保证与换热件33或连接柱31连接可靠，另一方面可以保证基板32成型后的尺寸尽量小。
123.在一种可能的实现方式中，缓冲层323的厚度范围介于0.5-1μm之间，该厚度具体可以是0.5μm、0.6μm、0.8μm、0.9μm和1μm，缓冲层323的厚度介于上述范围内，一方面可以缓冲换热件33和基板32之间的热应力，避免发生断裂，另一方面也能保证基板32成型后的尺寸尽量小。
124.在一种可能的实现方式中，连接柱31的高度范围介于50-200μm之间，具体可以是50μm、100μm、150μm或200μm。连接柱31为圆柱体时，其直径范围可以介于50nm-20μm之间，具体可以是50nm、100nm、10μm或20μm。相邻连接柱31之间的间距介于200nm-100μm之间，具体可以是200nm、10μm、50μm或100μm。在本技术实施例中，连接柱31的高度为100μm，直径为20μm，间距为100μm。如果是其他形状，相应的尺寸也可以参考圆柱体进行设置。
125.需要说明的是，连接柱31的高度可以根据裸芯片40与冷板30的装配位置进行调节，连接柱31的直径可以在上述范围内进行选择，相邻连接柱31之间的距离可以根据连接柱31的直径大小来调整，例如：连接柱31的直径较大时，相邻连接柱31之间的距离可以稍大；连接柱31的直径较小时，相邻连接柱31之间的距离可以稍小。
126.在一种可能的实现方式中，换热件33为柱状件，换热件33的高度范围介于50-350μm之间，具体可以是50μm、100μm、150μm、200μm、300μm或350μm。换热件33的直径介于20-100μm，具体可以是20μm、40μm、50μm、80μm或100μm。相邻换热件33之间的间距介于40-600μm，具体可以是40μm、200μm、400μm或600μm。在本技术实施例中，换热件33的直径为80μm，高为150μm，间距为300μm。
127.需要说明的是，换热件33也可以为片状或其他形状，换热件33的高度可以根据裸芯片40与冷板30的装配位置进行调节，换热件33的直径可以在上述范围内进行选择，相邻换热件33之间的距离可以根据换热件33的直径大小来调整，例如：换热件33的直径较大时，相邻换热件33之间的距离可以稍大；换热件33的直径较小时，相邻换热件33之间的距离可以稍小。可以理解的是，在一定的热量范围内，换热件33的表面积越大，换热件33的换热量越大，换热件33的大小和数量可以根据实际进行选择。
128.这里需要说明的是，本技术实施例涉及的数值和数值范围为近似值，受制造工艺的影响，可能会存在一定范围的误差，这部分误差本领域技术人员可以认为忽略不计。
129.需要说明的是，换热件33和连接柱31的材料可以和基板32的材料相同，还可以是金属或金属复合物，例如：铜、银、碳纳米管铜浆复合物或碳纳米管银浆复合物，采用金属复合物一方面可以具有较好的导热性，一方面可以具有较好的耐腐蚀性。
130.如图4所示，在冷板30和裸芯片40焊接时，裸芯片40具有金属化层41，首先在裸芯片40上沉积焊料42，然后将冷板30和裸芯片40抵接，并进行焊接，在焊接时，焊料42在熔融状态下被阵列排布的连接柱31通过毛细吸力吸引，形成均匀良好的焊接界面。同时由于阵列的多孔结构，如图4中箭头a所示，助焊剂挥发产生的气体能提过连接柱31之间的间隙排出，而不会在焊接界面内形成气孔，造成焊接质量不良。
131.需要说明的是，由于连接柱31的阵列排布结构具备一定的横移拉伸自由度，相比焊料具备更好的吸收连接界面热膨胀系数失配的能力。此外，通过连接柱31阵列焊接的方式，比热压焊工艺更简单，并且对清洁度、平面度和压力的要求都较低。
132.本技术实施例第二方面提供一种散热组件，如图5所示，该散热组件100包括壳体20和上述的冷板30，壳体20和冷板30围成喷射腔21，壳体20上设置有进口管22和出口管23，
进口管22和出口管23均与喷射腔21连通。壳体20内设置有集流腔24，进口管22和集流腔24连通，集流腔24和喷射腔21之间设置有喷嘴25，喷嘴25连通喷射腔21和集流腔24。冷板30的换热件33位于冷板30靠近喷射腔21的一侧，连接柱31用于与裸芯片40焊接。
133.在一种可以实现的实施方式中，喷射腔21由壳体20和冷板30围成，这样冷却工质不与裸芯片40直接接触，在另一种可以实现的实施方式中，喷射腔21可以由壳体20、冷板30和部分裸芯片40围成，这样冷却工质可以与裸芯片40的一部分直接接触，冷却工质可以对裸芯片40的局部直接散热。
134.本技术实施例第三方面提供一种半导体器件，如图6和图7所示，该半导体器件200包括裸芯片40和上述的散热组件100，散热组件100的冷板30和裸芯片40焊接连接，且冷板30的连接柱31和裸芯片40也通过焊接连接。
135.本技术的发明人进行了实验对比，第一组为未采用上述的散热组件100进行散热的裸芯片40，第二组为采用上述的散热组件100进行散热的裸芯片40。具体的，喷射速度为2.5m/s，喷射水温为35℃，图8a为未采用散热组件100的裸芯片40表面温度分布，高温区43的温度为89.6℃，低温区44的温度为83.2℃。图8b为采用了散热组件100的裸芯片40表面温度分布，高温区43的温度68.7℃，低温区44的温度为60.7℃，通过对比可知，最高温度降低了21℃，说明本技术实施例提供的半导体器件200具有较高的换热效率。
136.本技术实施例第四方面提供一种冷板的制备方法，该冷板的制备方法可以用于制备上述的冷板，如图9所示，该冷板的制备方法包括：
137.s1：提供基底。基底324的材料包括硅、硅基复合物(例如碳化硅或氮化硅)、cu-mo合金、w-cu合金或导热陶瓷(例如氮化铝)中的任意一种或多种。
138.s2：对基底进行处理，并形成基板。
139.s3：在基板上形成多个连接柱和多个换热件，并形成冷板。其中，多个连接柱31和多个换热件33分别位于基板32的相对两侧，且多个连接柱31和多个换热件33均在基板32的表面上阵列排布。这样，可以提高冷板30与裸芯片40的连接稳定性，以及冷板30的换热效率。
140.在一种可以实现的实施方式中，冷板可以采用分体制作的方法，如图10所示，冷板的制备方法可以包括：
141.s21：对基底减薄处理。将基底324双面抛光减薄至50～200um，并使用等离子体清洁上下表面，为后续结合层沉积提供良好的表面条件，减薄后的基底324如图13所示。
142.s22：在基底的第一表面和第二表面分别形成钝化层。形成钝化层321后的基底324如图14所示。其中，第一表面和第二表面相对设置。钝化层321的材料可以包括氮化硅或氧化硅，钝化层321的厚度范围介于5-10nm之间。
143.s23：在钝化层上形成金属层。形成金属层322后的基底324如图15所示，金属层322的材料可以包括钛、铬、铜、银或钨中的任意一种或多种。金属层322的厚度范围介于10-20nm之间。
144.s24：在第一表面的金属层上形成缓冲层，并形成基板。形成缓冲层323后的基底324如图16所示，缓冲层323的材料可以是铝基合金，例如：铝硅铜合金，其中，硅的质量含量为1％，铜的质量含量为0.5％，其余为铝。缓冲层323的厚度范围介于0.5-1μm之间。
145.s25：在第一表面的缓冲层上形成换热件，在第二表面的金属层上形成连接柱。具
体的，如图17所示，首先在基板32上施加模板34，模板34为带孔的电镀掩膜版，模板34材质可以为pet或者pi薄膜，通过热压合的方式贴合在基板32上。接着，如图18所示，对基板32的两面进行电镀，模板34上的孔阵列暴露在电镀液35中，使得金属只能被电镀沉积在孔阵列当中。最后去除模板34，如图19所示，得到阵列排布的换热件33和连接柱31。需要说明的是，电镀工艺也可通过印刷铜浆后烧结金属代替。为了提升换热件33和连接柱31的强度和耐腐蚀性，可采用碳纳米管铜浆复合物或碳纳米管银浆复合物。
146.需要说明的是，这里的基底324可以理解为基板32的坯料，基板32通过基底324加工而成。在上述步骤中，s21-s24属于s2的详细步骤，s25属于s3的详细步骤。
147.在另一种可以实现的实施方式中，冷板可以采用分体制作的方法，如图11所示，冷板的制备方法可以包括：
148.s31：在基板上一体化形成换热件和连接柱。
149.s32：在换热件、连接柱和基板的表面形成金属层。
150.这样，将换热件33、连接柱31和基板32一体制作，一方面可以简化冷板30的结构，使冷板30的制作工艺更简单，另一方面可以增强冷板30的结构强度。此外，还可以提高冷板30的导热能力。
151.本技术实施例第五方面提供一种半导体器件的制备方法，该半导体器件的制备方法可以用于制备上述的半导体器件，如图12所示，该半导体器件的制备方法包括：
152.s101：提供冷板和裸芯片，其中，裸芯片(die)40为未封装的芯片。
153.s102：在裸芯片的表面形成金属化层。如图20所示，为了冷板30与裸芯片40的焊接，需要先对裸芯片40表面进行金属化，金属化层41可以为ti、ni组合，其中ti提供裸芯片40与金属化层41的结合力，ni主要与焊接所用的焊料42形成结合层。
154.s103：在裸芯片的金属化层上形成焊料。具体的，如图21所示，在裸芯片40表面沉积5～10um的低温焊料42(如insn、insnbi或insnpb)，为了提升焊料42融化时的润湿性，还可以在焊料42上再沉积一层助焊剂。
155.s104：焊接冷板和裸芯片。具体的，如图22所示，首先施加冷板30，然后，如图23所示，施加夹具45，通过夹具45下压冷板30，使得基板32发生弹性形变，确保连接柱31与裸芯片40表面的翘曲形貌完全贴合，然后进行回流焊接，如图4所示，在焊接时，焊料42在熔融状态下被阵列排布的连接柱31通过毛细吸力吸引，形成均匀良好的焊接界面。同时由于阵列的多孔结构，如图4中箭头a所示，助焊剂挥发产生的气体能提过连接柱31之间的间隙排出，而不会在焊接界面内形成气孔，造成焊接质量不良。最后去除夹具45，如图24所示，裸芯片40和冷板30焊接完成。
156.需要说明的是，冷板30在与裸芯片40焊接完成后，可以将冷板30与散热组件壳体20组装。
157.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
158.本技术实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次
序。
159.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例各实施例技术方案的范围。