一种微流道模组封装结构及其形成方法与流程

1.本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种微流道模组封装结构及其形成方法。


背景技术：

2.对于热流密度比较高的芯片，微流道散热是非常有效的解决方案。目前有三种组装方案，第一种是把散热片(热沉，heat sink)通过界面导热胶(thermal interface material，tim胶)贴在封装盖的背面，该方案优点是容易实现，缺点是尺寸过大、热阻较大。第二种是直接在热源芯片背面制作微流道，热阻最小，但制作难度大。第三种是封装盖内集成冷板装置，该方案热阻较小，但是实现很困难。
3.现微流道模组现需满足实现散热与信号传播两种需求。ibm团队在封装盖内集成冷板的基础上，制作了双面散热的模块，下层采用在转接板中制作微流道的方式，满足散热的同时进行了电信号的传播。但是转接板方案中，存在硅通孔结构结构，硅通孔内填充了金属铜。集成微流道技术风险大，成本较高，易失效。


技术实现要素：

4.本发明的任务是提供一种微流道模组封装结构及其形成方法，在具有微流道的第一晶圆的正面形成金属重布线层，并将芯片布置在金属重布线层上，在实现芯片散热的同时封装尺寸较小，且能够实现信号的芯片信号的高速传播。
5.在本发明的第一方面，针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微流道模组封装结构来解决，包括：
6.第一晶圆，其背面具有第一凸点；
7.绝缘层，其位于所述第一晶圆的正面；
8.金属布线层，其位于所述绝缘层中；
9.焊盘,其位于所述绝缘层中，并与所述金属布线层电连接；
10.第二晶圆，其背面具有第二凸点，所述第二晶圆与所述第一晶圆通过焊接所述第一凸点与所述第二凸点密封连接；
11.微流道，所述微流道由所述第一晶圆和所述第二晶圆的连接形成，且与所述第一晶圆和所述第二晶圆的连接面连通；
12.芯片，其与所述焊盘连接；
13.焊球，其与所述焊盘连接，且位于所述芯片的四周；
14.基板，其与所述焊球焊接；
15.进液模组，其罩设在所述第二晶圆上，且四周与所述基板连接；
16.第二晶圆液体通道，其贯穿所述第二晶圆，并与所述微流道连通；
17.进液模组开口，其贯穿所述进液模组，且与所述第二晶圆液体通道连通；以及
18.接口结构，其设置在所述进液模组开口和所述第二晶圆液体通道处。
19.在本发明的一个实施例中，所述微流道由位于所述第一晶圆中的微流道主体和所述第二晶圆的背面密封连接构成。
20.在本发明的一个实施例中，所述接口结构为弹性橡胶圈、环氧树脂材料结构、无机材料结构或金属结构。
21.在本发明的一个实施例中，所述接口结构的一部分伸出所述进液模组开口；以及
22.所述接口结构与所述进液模组开口以及所述第二晶圆液体通道密封连接。
23.在本发明的一个实施例中，所述芯片的正面具有第三凸点，所述第三凸点与所述焊盘焊接；和/或
24.所述焊球的高度大于所述芯片的厚度。
25.在本发明的第二方面，针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微流道模组封装结构的形成方法来解决，包括：
26.在第一晶圆的正面形成绝缘层、位于绝缘层中的金属布线层以及焊盘；
27.第一晶圆的背面形成第一凸点，在第二晶圆的背面形成第二凸点；
28.在第一晶圆的背面刻蚀形成微流道槽；
29.通过焊接第一凸点和第二凸点将第一晶圆与第二晶圆连接，实现微流道密封，然后将第二晶圆减薄；
30.在焊盘上布置芯片和焊球；
31.将焊球与基板焊接；
32.将进液模组罩设在第二晶圆上，且四周与基板连接，然后形成进液模组开口；
33.刻蚀第二晶圆形成第二晶圆液体通道；以及
34.在进液模组开口和第二晶圆液体通道处设置接口结构。
35.在本发明的一个实施例中，所述微流道由位于所述第一晶圆中的微流道槽和所述第二晶圆的背面密封连接构成。
36.在本发明的一个实施例中，所述接口结构的一部分伸出所述进液模组开口；以及
37.所述接口结构与所述进液模组开口以及所述第二晶圆液体通道密封连接。
38.在本发明的一个实施例中，所述芯片的正面具有第三凸点，所述第三凸点与所述焊盘焊接；和/或
39.所述焊球的高度大于所述芯片的厚度。
40.本发明至少具有下列有益效果：本发明公开的一种微流道模组封装结构及其形成方法，在具有微流道的第一晶圆的正面形成金属重布线层，并将芯片布置在金属重布线层上，在实现芯片散热的同时封装尺寸较小，且能够实现信号的芯片信号的高速传播；相对于芯片背面接触，芯片的ic面与金属重布线层连接，更贴近于微流道，散热效果更好。
附图说明
41.为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
42.图1示出根据本发明的一个实施例形成的一种微流道模组封装结构的剖面示意
图；以及
43.图2a至图2j示出了根据本发明的一种微流道模组封装结构的形成过程剖面示意图。
具体实施方式
44.应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。
45.在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
46.在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
47.在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
48.在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。
49.在此还应当指出，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性。
50.另外，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
51.图1示出根据本发明的一个实施例形成的一种微流道模组封装结构的剖面示意图。
52.如图1所示，该微流道模组封装结构包括第一晶圆100、绝缘层101、金属布线层102、焊盘103、第二晶圆104、微流道105、芯片106、焊球107、基板108、进液模组109、进液模组开口110、第二晶圆液体通道111以及接口结构112。
53.第一晶圆100，其背面具有第一凸点1001。绝缘层101，其位于第一晶圆100的正面。在本发明的一个实施例中，绝缘层101为树脂、pi、底填胶、固化片等有机绝缘材料。在本法的又一实施例中，绝缘层101还可以为氧化硅等无机绝缘材料。
54.金属布线层102，其位于绝缘层101中。金属布线层可以是单层或多层，且多层金属布线层之间存在电连接。
55.焊盘103，其与金属布线层102电连接，位于绝缘层101中，且焊盘103的一部分露出绝缘层101。
56.第二晶圆104，其背面具有第二凸点1041。通过焊接第一凸点1001与第二凸点1041将第二晶圆104与第一晶圆100连接，构成微流道105。在本发明的一个实施例中，微流道105的主体设置在第一晶圆100中，由第一晶圆100的背面向内刻蚀形成。在本发明的一个实施
例中，微流道105的主体是在第一晶圆100上进行肋(fin)刻蚀以及s形流道刻蚀形成。在本发明的又一实施例中，第一晶圆100和第二晶圆104的材料为硅。
57.芯片106，其与第一晶圆100正面的焊盘103连接。芯片106的正面具有第三凸点1061，通过将焊盘103和第三凸点1061焊接，将芯片106布置在第一晶圆100的正面。芯片106可以是一个或多个，有多个芯片时，芯片的种类可以相同，也可以不同。例如一个芯片是热芯片，另一个芯片是高带宽存储器。在本发明的一个实施例中，芯片106距离第一晶圆100中的微流道105约为20微米至300微米。芯片106设置在第一晶圆100正面可以避免微流道105中的液体渗出损坏芯片。
58.焊球107，其与焊盘103连接，且位于芯片106的四周。焊球107的高度大于芯片106的厚度。焊球107实现芯片106与基板108的信号连接。
59.基板108，其位于微流道模组封装结构的最底部，与焊球107焊接。
60.进液模组109，其罩设在第二晶圆104上，且四周与基板108连接。进液模组109将从第二晶圆104至焊球107罩住，四周与基板108连接，顶部与第二晶圆104连接。
61.进液模组开口110，其位于进液模组109中，贯穿进液模组109。
62.第二晶圆液体通道111，其贯穿第二晶圆104。进液模组开口110、第二晶圆液体通道111以及微流道105一起构成液体循环通路。
63.接口结构112，其设置在进液模组开口110和第二晶圆液体通道111处。接口结构112与进液模组开口110以及第二晶圆液体通道111密封连接，起到连接进液模组与第二晶圆的作用，且能够防止液体渗出。接口结构112起到液体密封作用以及便于液体进出，接口结构112的一部分伸出进液模组开口110。接口结构112可以是弹性橡胶圈、环氧树脂材料、金属等密封结构。
64.图2a至图2j示出了根据本发明的一种微流道模组封装结构的形成过程剖面示意图。
65.在步骤1，如图2a所示，在第一晶圆200的正面形成绝缘层201、金属布线层202和焊盘203。先在第一晶圆200上的正面涂覆绝缘层，然后刻蚀绝缘层201形成线路图形，在线路图形上电镀金属形成金属布线层202。焊盘203的形成方法与金属布线层202的形成方法相同。
66.在步骤2，如图2b和2c所示，在第一晶圆200的背面形成第一凸点2001，在第二晶圆204的背面形成第二凸点2041。
67.在步骤3，如图2d所示，在第一晶圆200的背面刻蚀形成微流道槽205。在本发明的一个实施例中，在第一晶圆200的背面不含第一凸点2001的区域进行肋片刻蚀以及s形流道刻蚀形成微流道槽205。微流道槽205的截面可以为方形、半圆形、三角形、梯形等形状。微流道槽205的结构尺寸可以根据设计需要进行确认。在本发明的一个实施例中，第一晶圆200为硅材料。
68.在步骤4，如图2e所示，通过焊接第一凸点2001和第二凸点2041将第一晶圆200与第二晶圆204连接，然后将第二晶圆204减薄。将第一晶圆200与第二晶圆204连接实现微流道的密封。
69.在步骤5，如图2f所示，在焊盘203上布置芯片206和焊球207。焊球207位于芯片206的四周。芯片206的正面具有第三凸点2061，通过将焊盘203和第三凸点2061焊接，将芯片
206布置在第一晶圆100的正面。通过植球工艺将焊球207布置在芯片206四周的焊盘203上。
70.在步骤6，如图2g所示，将焊球207与基板208焊接。其中组装基板312上具有导电线路和焊盘(图中未示出)。
71.在步骤7，如图2h所示，将进液模组209罩设在第二晶圆204上，且四周与基板108连接，然后形成进液模组开口210。进液模组209将第二晶圆204至焊球207罩住。进液模组209的四周与基板208连接，顶部与第二晶圆204连接。进液模组209可以为树脂、pi等有机绝缘材料，还可以为氧化硅、氮化硅、金属等无机绝缘材料。通过刻蚀或者激光烧蚀等方式在液模组209的顶部形成进液模组开口210。
72.在步骤8，如图2i所示，刻蚀第二晶圆204形成第二晶圆液体通道211。在本发明的一个实施例中，第二晶圆液体通道211的尺寸小于进液模组开口210的尺寸。进液模组开口210、第二晶圆液体通道211以及微流道205一起构成液体循环通路。
73.在步骤9，如图2j所示，在进液模组开口210和第二晶圆液体通道211处设置接口结构212。接口结构212与进液模组开口210以及第二晶圆液体通道211密封连接，起到连接进液模组与第二晶圆的作用，且能够防止液体渗出。接口结构212起到液体密封作用以及便于液体进出，接口结构212的一部分伸出进液模组开口210。接口结构212可以是弹性橡胶圈、环氧树脂材料、金属结构等。
74.本发明至少具有下列有益效果：本发明公开的一种微流道模组封装结构及其形成方法，在具有微流道的第一晶圆的正面形成金属重布线层，并将芯片布置在金属重布线层上，在实现芯片散热的同时封装尺寸较小，且能够实现信号的芯片信号的高速传播；相对于芯片背面接触，芯片的ic面与金属重布线层连接，更贴近于微流道，散热效果更好。
75.虽然本发明的一些实施方式已经在本技术文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。