一种片内微流GaNHEMT功率器件冷却集成组件及其制备方法与流程

一种片内微流gan hemt功率器件冷却集成组件及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及gan hemt功率器件，尤其涉及一种片内微流gan hemt功率器件冷却集成组件及其制备方法。


背景技术：

2.以gan为代表的新三代半导体功率器件正往更小尺寸、更大功率的方向发展，但是随着集成度的进一步提升，gan功率器件自身热积累效应显著增加，导致功率器件结温升高，使gan功率器件性能及其可靠性严重衰减。热效应已成为现阶段gan功率器件发展的重要因素之一。因此，如何解决gan热积累问题是目前gan功率器件研究的热点方向之一。基于片内微流增加散热的gan器件热管理技术是将微流体引入芯片内部的热源区附近，通过固液交换传热途径，将芯片热源区的热量迅速传递走，防止芯片内部热积累。该技术途径目前已成为gan功率器件芯片级热管理的主要技术方法之一。但是现有的集成技术，难以满足片内微流gan hemt功率器件与微流驱动模块的高可靠封接，在片内微流gan hemt(high electron mobility transistor,高电子迁移率晶体管)功率器件应用过程中出现器件有源区损伤、集成界面出现微流道难以对准、集成界面漏液等一系列集成可靠性问题。因此，目前急需一种片内微流gan hemt功率器件应用的高可靠集成方法，满足片内微流gan hemt功率器件与微流驱动模块的高可靠封接需求，实现片内微流热管理技术高可靠性应用。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种满足片内微流gan hemt功率器件与微流驱动模块的可靠封接，提高热管理可靠性的片内微流gan hemt功率器件冷却集成组件及其制备方法。
4.技术方案：本发明的冷却集成组件，包括集成互连介质和微流驱动模块，所述微流驱动模块上设有对准下凹区域，片内微流gan hemt功率器件放置在对准下凹区域内；所述集成互连介质位于片内微流gan hemt功率器件的下方，并设于对准下凹区域内；制备过程中，还包括设于片内微流gan hemt功率器件上方的上吸保护压力板,制备结束后，拆除上吸保护压力板；
5.所述上吸保护压力板上设有内腔体和真空抽气嘴，片内微流gan hemt功率器件的有源区设于内腔体内，所述内腔体与有源区形成的空腔与真空抽气嘴连通；
6.所述集成互连介质上设有第一引流道/出流道，微流驱动模块中设有第二引流道/出流道，所述第一引流道/出流道、第二引流道/出流道分别与片内微流gan hemt功率器件上的第三引流道/出流道连通。
7.进一步，所述上吸保护压力板的外围长宽尺寸与片内微流gan hemt功率器件的长宽尺寸相同，上吸保护压力板的一侧设有真空抽气嘴，真空抽气嘴与内腔体连通；
8.所述内腔体的长宽尺寸与有源区的长宽尺寸相同，内腔体的深度范围为200um-300um。
9.进一步，所述对准下凹区域的长宽尺寸与片内微流gan hemt功率器件集成区的长宽尺寸相同；对准下凹区域深度h1范围为50um-250um，且h1-h2≥20um，其中，h2为片内微流gan hemt功率器件的厚度。
10.进一步，所述集成互连介质的长宽尺寸与对准下凹区域的长宽尺寸相同，集成互连介质的厚度范围为10-30um。
11.进一步，所述集成互连介质选用金锡或金金焊接材料。
12.进一步，所述第一引流道/出流道的截面尺寸与对准下凹区域底平面上第二引流道/出流道的截面尺寸相同。
13.上述片内微流gan hemt功率器件冷却集成组件的制备方法，包括以下步骤：
14.s1，将上吸保护压力板设于片内微流gan hemt功率器件的上方，同时将真空抽气嘴与真空系统连接，确保上吸保护压力板产生吸力，并将片内微流gan hemt功率器件吸取；同时确保上吸保护压力板的外围和片内微流gan hemt功率器件的外围完全对齐；
15.s2，将集成互连介质放于微流驱动模块的对准下凹区域内；
16.s3，将片内微流gan hemt功率器件对准放置在微流驱动模块的对准下凹区域内内、并位于集成互连介质的上方；
17.s4，控制微流驱动模块的温度，同时对上吸保护压力板进行加压，在满足互连介质焊接工艺要求的温度和压力条件，完成片内微流gan hemt功率器件与微流驱动模块的集成制备；
18.s5，拆除上吸保护压力板。
19.本发明与现有技术相比，其显著效果如下：
20.1、本发明在制备过程中个，通过设有工艺件，即上吸保护压力板，通过上吸保护压力板与外接真空系统连接，在真空条件下，确保了对片内微流gan hemt功率器件有源区的保护，解决集成过程中的器件损伤问题；
21.2、通过在微流驱动模块的集成面上设计对准下凹区域，实现集成过程中的片内微流道高精度对准，解决微流道对准无法监测控制问题；
22.4、通过引入集成互连介质设计和对温度、压力工艺参数的控制，实现片内微流gan hmet功率器件与微流驱动模块的高质量集成互连，解决集成过程中界面质量差、集成界面漏液的问题，提高了封接的可靠性，提升gan微波器件的大功率特性。
附图说明
23.图1为本发明冷却集成组件制备过程的结构示意图；
24.图2为上吸保护压力板的结构示意图；
25.图3为片内微流gan hmet功率器件的示意图；
26.图4为微流驱动模块的示意图；
27.图5为片内微流gan hmet功率器件与微流驱动模块的集成互连介质的示意图。
具体实施方式
28.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
29.如图1所示,本发明的冷却集成组件，包括片内微流gan hemt功率器件有源区保护
设计：由吸保护压力板a和片内微流gan hmet功率器件b共同组成；片内微流高精度对准设计：片内微流gan hmet功率器件b、集成互连介质c和微流驱动模块d共同组成；片内微流gan hmet功率器件与微流驱动模块的集成互连等设计：集成互连介质c和微流驱动模块d共同组成，最终实现片内微流gan hemt功率器件与微流驱动组件的高可靠集成。
30.如图1和图2所示,本发明的片内微流gan hemt功率器件有源区保护设计如下：上吸保护压力板a的内腔体a1的长宽和片内微流gan hmet功率器件b有源区b1的长宽一致，内腔体a1的深度为200um-300um，上吸保护压力板a的一侧设有真空抽气嘴a2，提供内腔的真空吸力，有效保护片内微流gan hmet功率器件的有源区b1，不受集成损伤。上吸保护压力板a的外围长宽和片内微流gan hmet功率器件b的长宽一致，整体厚度在800um-1000um范围内，保证了集成过程中的集成界面压力条件提供。上吸保护压力板可选用低热导率材料，或选用树脂基类材料，保证集成面温度梯度。
31.如图1和图4所示,本发明的片内微流高精度对准设计如下：在微流驱动模块d的集成面上设计有对准下凹区域d1，对准下凹区域d1的长宽尺寸完全与片内微流gan hmet功率器件b的背面集成区尺寸(即片内微流gan hmet功率器件的长宽，如图3所示)完全一致，确保微流驱动模块d中的第二引流道/出流道d2和片内微流gan hmet功率器件b内的第三引流道/出流道b2高精度对准、且与进出液通道b3贯通，避免了因监控盲区导致的微流道难以对准问题。且对准下凹区域d1的深度设计在50um-250um之间，深度尺寸比片内微流gan hmet功率器件b的厚度尺度小20um以上，确保集成过程中的压力控制。
32.如图1和图5，本发明的片内微流gan hmet功率器件与微流驱动模块之间采用集成互连：集成互连介质c的厚度范围为10-30um，过厚可能导致流道阻塞，过薄可能导致键合面质量差漏液。集成互连介质c的长宽尺寸和微流驱动模块d的对准下凹区域d1尺寸一致，集成互连介质c上设有第一引流道/出流道c1的尺寸与微流驱动模块d中的第二引流道/出流道d2在对准下凹区域d1底平面上的截面尺寸相匹配，保证了集成中的微流道精确对准。
33.本发明的片内微流gan hemt功率器件的集成制备过程，包括以下步骤：
34.1)先将上吸保护压力板a设于片内微流gan hemt功率器件b的上方，同时确保上吸保护压力板a与外接真空系统连接；然后通过真空系统控制上吸保护压力板a产生吸力，将片内微流gan hmet功率器件吸取，其上吸保护压力板a的外围和片内微流gan hmet功率器件的外围完全对齐；
35.2)将集成互连介质c放于微流驱动模块d的对准下凹区域d1内，其互连介质可以选用金锡、金金等传统焊接材料。
36.3)将上吸保护压力板a控制的片内微流gan hmet功率器件对准放置在微流驱动模块d的对准下凹区域d1内，位于集成互连介质c上方。
37.4)控制微流驱动模块d的温度范围为200℃-400℃，同时对上吸保护压力板a进行加压,压力范围为0-5n，在满足集成互连介质c焊接工艺要求的温度和压力条件下，完成片内微流gan hemt功率器件与微流驱动模块d的高可靠集成制备。
38.5)拆除上吸保护压力板a。
39.实施例
40.一种片内微流gan hemt功率器件冷却集成组件的各部件设计，具体如下：
41.(一)片内微流gan hemt功率器件有源区保护设计
42.如图2所示，根据片内微流gan hemt器件b尺寸，设计上吸保护压力板a，确保内腔体长宽和片内微流gan hmet功率器件b的有源区b1的长宽一致、均为5*3mm，内腔体深度为200um。上吸保护压力板a的一侧设有真空抽气嘴a2，提供内腔的真空吸力，有效保护片内微流gan hmet功率器件b的有源区，不受集成损伤。
43.上吸保护压力板a的外围长宽和片内微流gan hmet功率器件b的长宽一致为7*6mm，整体厚度在800um，保证了集成过程中的集成界面压力条件提供，其材料选用环氧树脂材料制备。
44.(二)片内微流高精度对准设计
45.如图4所示，在微流驱动模块d的集成面上设计对准下凹区域d1，对准下凹区域d1的长宽尺寸完全和片内微流gan hmet功率器件b背面集成区尺寸完全一致、为7*6mm，同时，保证微流驱动模块d中的第二引流道/出流道d2和片内微流gan hmet功率器件b内的第三引流道/出流b2道高精度对准，避免了因监控盲区导致的微流道难以对准问题。且对准下凹区域d1的深度设计为100um，深度尺寸比片内微流gan hmet功率器件b厚度的150um小50um，保证集成过程中的压力控制。
46.(三)片内微流gan hmet功率器件与微流驱动模块的集成互连设计
47.如图5所示，片内微流gan hmet功率器件b与微流驱动模块d之间采用集成互连介质c，介质厚度为20um，其材料为传统金锡焊料。集成互连介质c的长宽尺寸和微流驱动模块d的对准下凹区域d1尺寸一致、为7*6mm；集成互连介质c上设有第一引流道/出流道c1，与微流驱动模块中的第二引流道/出流道d2尺寸一致，保证集成中的微流道精确对准。
48.(四)一种片内微流gan hemt功率器件散热通道的制备方法，其过程包括以下步骤：
49.步骤1，将上吸保护压力板a设于片内微流gan hemt功率器件b的上方，并确保上吸保护压力板a外接真空系统；然后通过真空系统控制上吸保护压力板a产生吸力，将片内微流gan hmet功率器件b吸取，其上吸保护压力板a的外围和片内微流gan hmet功率器件b的外围完全对齐；
50.步骤2，将集成互连介质c放于微流驱动模块d的对准下凹区域d1内；
51.步骤3，将上吸保护压力板a控制的片内微流gan hmet功率器件b对准放置在微流驱动模块b的对准下凹区域b1内，位于集成互连介质c上方。
52.步骤4，控制微流驱动模块d的温度，采用的互连介质为金锡焊料，集成温度设置为320℃；同时对上吸保护压力板a进行加压，压力范围为0.3-0.8n，在满足互连介质焊接工艺要求的温度和压力条件，完成片内微流gan hemt功率器件b与微流驱动模块d的高可靠集成制备。
53.步骤5，拆除上吸保护压力板a。
54.综上所述，本发明通过设计上吸保护压力板、微流驱动模块的集成面上设计对准下凹区域和集成互连介质设计，以及工艺控制等，实现片内微流gan hemt功率器件有源区保护、片内微流高精度对准、片内微流gan hmet功率器件与微流驱动模块的高质量集成互连，最终解决片内微流gan hemt功率器件与微流驱动模块的高可靠封接应用问题。
55.本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。
56.本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
57.以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种片内微流gan hemt功率器件应用的高可靠集成方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。