一种硅通孔转接板结构及其制备方法与流程

本发明涉及集成电路封装，具体涉及一种硅通孔转接板结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着芯片集成度的不断提高，芯片中的晶体管密度越来越高，然而，这种高集成度也带来了严峻的散热挑战。具体来说，高集成度引起了芯片功耗的显著增加，功能增强意味着更多的晶体管在同一时间内被激活，产生了更大的电流和热量，导致在单位芯片体积内的功耗密度急剧上升，进而使芯片温度迅速升高，长时间处于高温环境下会导致电子元件的老化和电子迁移效应加速，芯片寿命衰减，同时还可能导致信号传输速度变慢、噪声增加以及电子器件的临界性能下降。因此，芯片散热方案需要不断创新和改进，以应对这些挑战。

2、相关技术中，微流道散热技术是一种新型的散热方案，其是通过在硅通孔(through-silicon via，以下简称tsv)转接板或者芯片内部引入微小通道和微细结构，将冷却液导入芯片或其周围区域，实现对芯片产生的热能快速传递和散发。tsv转接板能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，且通过垂直互连减小互联长度，减小信号延迟，降低电容/电感，实现芯片间的低功耗，高速通讯，增加宽带和实现器件集成的小型化。

3、然而，目前的微流道散热技术尚不成熟，冷却液难以在微流道内顺畅流通，以致无法全面带走芯片或其周围区域的热量，热交换效果差，难以保证器件良好的散热效果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种硅通孔转接板结构及其制备方法，以解决芯片集成器件中高集成度带来的散热不充分的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种硅通孔转接板结构，包括：

3、第一基板、第二基板、导电连接结构、线圈和微流道结构，其中，

4、第一基板包括相对设置的第一表面和第二表面，第一基板的第一表面上形成第一凹槽，第一凹槽内适于设置第一芯片；第二基板设置在第一基板的第二表面上；导电连接结构包括竖直贯穿第一基板和第二基板的第一导电连接体，第一导电连接体设置在第一凹槽的下方；第一导电连接体包括对应设置的第一导电件和第二导电件，第一导电件位于第一基板内，第二导电件位于第二基板内；线圈设置于第一基板的第一表面上且围合形成于第一表面的边缘，线圈适于通电后产生磁场；微流道结构形成于第一基板和第二基板内且位于线圈所围合的区域下方，微流道结构内适于通入冷却液以带走第一基板和所述第二基板内的热量，冷却液中包括磁流体；微流道结构包括横向微流道和若干纵向微流道，横向微流道形成于第二基板靠近第一基板的表面上，且横向微流道具有进液口和出液口，进液口用于流入冷却液，出液口用于流出冷却液；纵向微流道形成于第一基板内且与横向微流道相连通。

5、有益效果：通过设置包含水平微流道和与水平微流道相连通的若干纵向微流道的微流道结构，以及在微流道结构的上方设置包围微流道所在区域的线圈，使得在向微流道结构内通入带有磁流体的冷却液时，线圈通电产生的磁力将驱动磁流体带动冷却液进入纵向微流道，且磁流体本身具有良好的导热能力，实现与纵向微流道周围的第一基板高温区域的快速热交换，线圈断电后，磁流体在重力和流场的双重作用下落到横向微流道，再从出液口离开，实现硅通孔转接板结构的散热。

6、在此过程中，冷却液在微流道结构内顺畅流动，且由于冷却液包括磁流体，其进入纵向微流道的“死胡同”主要依赖于线圈通电产生的磁力，磁流体受到的磁力的大小可以通过电流大小实现精确控制，微流道结构的磁流体使用较小的磁力，通常几十到几百高斯即可实现其控制移动，能够保证冷却液进入纵向微流道迅速快捷，且在这种磁力强度下不会对芯片产生影响。在线圈断电后纵向微流道的冷却液也能顺利落回至水平微流道，不会聚集在纵向微流道顶部，不会影响后续冷却液与第一基板的热交换，保证散热效果。且放入第一凹槽内的第一芯片与第一基板具有底面和侧面的非单一接触面，导热面积大，能够进行良好的热量交换。

7、在一种可选的实施方式中，所述横向微流道成型为s型或折线形；所述纵向微流道成型为直线型，且若干所述纵向微流道呈阵列式间隔设置。

8、本发明中，折线型或s型的横向微流道能够保证在第二基板靠近第一基板一侧的表面上有更大的热交换面积，呈阵列式间隔布置的若干纵向微流道，便于与横向微流道连通设置，同时也为更多的需要散热的第一芯片提供有效热交换面积。横向微流道由进液口向出液口呈现折线型或s型延伸，经过所有的直线型纵向微流道，保证了足够的有效换热面积，提高散热性能。

9、在一种可选的实施方式中，所述磁流体包括硅酸盐型铁氧体磁流体、石墨烯磁流体、钡铁氧体磁流体。

10、本发明中，磁流体选用诸如硅酸盐型铁氧体磁流体、石墨烯磁流体、钡铁氧体磁流体等具有高导热性、高消磁温度的材料，可以实现循环利用，通过线圈电流的控制实现对磁流体位置的精准控制，实现精准散热。

11、在一种可选的实施方式中，所述第一凹槽内还设置有导热层，所述导热层设置于所述第一凹槽的底面和侧壁面上。

12、本发明中，在放置于第一凹槽内的第一芯片与第一凹槽相接触的底面和侧壁面上填充导热材料，以将第一芯片产生的热量传导至第一基板内，再通过进入微流道结构内的冷却液将热量带走，实现对第一芯片及其周围区域的良好散热。

13、在一种可选的实施方式中，所述导电连接结构还包括：若干竖直贯穿于所述第一基板和所述第二基板内的第二导电连接体，所述第二导电连接体位于未形成所述第一凹槽的所述第一基板内；所述第二导电连接体包括对应设置的第三导电件和第四导电件，所述第三导电件位于所述第一基板内，所述第四导电件位于所述第二基板内。

14、本发明中，第二导电连接体为设置更多芯片提供导电连接结构，保证芯片在硅通孔转接板结构上的集成度。

15、在一种可选的实施方式中，还包括：第一重布线层，设置在所述第一基板的第一表面上，所述线圈设置于所述第一重布线层上；第二重布线层，设置在所述第二基板远离所述第一基板一侧的表面上，所述第一导电连接体连通所述第一芯片和所述第二重布线层，所述第二导电连接体连通所述第一重布线层和所述第二重布线层。

16、本发明中，在硅通孔转接板结构的上端和下端表面分别设置一层重布线层，起到水平面和竖直面之间的电气延伸和互联的作用，便于集成不同种类与大小的芯片，保证个芯片的异构集成。

17、在一种可选的实施方式中，还包括：绝缘层，设置在所述第一重布线层远离所述第一基板的一侧且包围所述第一重布线层，所述绝缘层远离所述第一重布线层一侧的表面形成第二凹槽，所述第二凹槽内设于设置第二芯片，所述第二芯片与所述第一重布线层导电连通；所述线圈安装于所述绝缘层内，所述线圈适于与所述第一重布线层相连接或与外部电源相连接。

18、本发明中，绝缘层在保证第二芯片具有部分裸露出外部环境的同时，还能够很好地保护第二芯片、第一重布线层与线圈，有助于提高各结构之间的连接可靠性。

19、在一种可选的实施方式中，还包括：第一连接点，设置在所述第一重布线层远离所述第一基板的一侧，且适于与所述第二芯片相连接；第二连接点，设置在所述第二重布线层远离所述第二基板的一侧。

20、在一种可选的实施方式中，所述导电连接结构设置为铜柱。

21、第二方面，本发明提供了一种硅通孔转接板结构的制备方法，用于制备上述的硅通孔转接板结构，包括如下步骤：

22、提供第一基板，所述第一基板包括相对设置的第一表面和第二表面；

23、在所述第一基板的第一表面上形成第一凹槽，所述第一凹槽内适于设置第一芯片；

24、在所述第一基板的第一凹槽下方形成竖直贯通的第一导电件；

25、在所述第一基板的第一表面的边缘绕设线圈；

26、在所述第一基板的第二表面上形成若干纵向微流道；

27、提供第二基板，在所述第二基板上形成横向微流道、进液口和出液口以及第二导电件；所述横向微流道适于通入冷却液，所述进液口和出液口分别与所述横向微流道两端相连通，所述第二导电件与所述横向微流道间隔设置；所述冷却液内适于混合磁流体后从所述进液口流入所述横向微流道，经过所述纵向微流道后从所述出液口流出；

28、将所述第二基板与所述第一基板键合连接，以使所述第二导电件与所述第一导电件相对应连接形成第一导电连接体。

29、有益效果：采用上述方法制备硅通孔转接板结构时，通过控制刻蚀时的光阻孔径就能实现不同深度微流道的一次性成型，成型微流道结构工艺简单，可以通过现有机台和技术轻松实现。

30、通过包含纵向微流道和水平微流道的微流道结构、线圈和包括磁流体的冷却液，能够实现冷却液在微流道结构内的顺畅流动，磁流体受到的磁力的大小可以通过电流大小实现精确控制，使用较小的磁力通常几十到几百高斯即可实现其控制移动，冷却液进入纵向微流道迅速快捷，且在这种磁力强度下不会对芯片产生影响，在线圈断电后纵向微流道的冷却液也能顺利落回至水平微流道，不会聚集在纵向微流道顶部，不会影响后续冷却液与第一基板的热交换，在保证器件集成度的同时也能保证散热效果。

31、此外，磁流体本身具有良好的导热能力，能够实现与纵向微流道周围的第一基板高温区域的快速热交换；且第一芯片与第一基板有五个接触面，导热面积大，能够进行良好的热量交换。

32、在一种可选的实施方式中，在所述第一基板的第一凹槽下方形成竖直贯通的第一导电件之前，还包括：

33、在所述第一凹槽的底面和侧壁面上形成导热层，以使所述第一芯片与第一凹槽之间填充有导热层；

34、在所述第一基板的第一表面上设置临时载板，减薄所述第一基板的第二表面；

35、在所述第一基板的第一凹槽下方形成竖直贯通的第一导电件之后，还包括：

36、在未形成所述第一凹槽的所述第一基板内形成第三导电件；

37、去除所述临时载板。

38、本发明中，减薄第一基板未成形第一凹槽的第二表面，以便于在第一基板上成型导电结构；临时载板的设置便于保证在减薄第一基板的同时不对第一基板本身造成弯折等损伤，尤其是保证第一基板第一表面上第一凹槽的完整性。

39、在一种可选的实施方式中，在所述第一基板的第一表面的外缘绕设线圈之前，还包括：

40、在所述第一基板的第一表面上形成第一重布线层；

41、在所述第一重布线层远离所述第一基板的一侧表面上形成第一连接点，所述第一重布线层适于通过所述第一连接点导电连接第二芯片。

42、在一种可选的实施方式中，在所述第一基板的第一表面的外缘绕设线圈之后，还包括：

43、在所述第一重布线层上设置绝缘层并包围所述第一重布线层和所述线圈，所述绝缘层上形成适于安装第二芯片的第二凹槽；

44、减薄所述绝缘层，以使所述第二芯片远离所述第一基板的表面凸出于所述绝缘层远离所述第一基板的表面。

45、在一种可选的实施方式中，在所述第二基板的一侧表面形成横向微流道、冷却液的进液口和出液口以及第二导电件的步骤中，还包括：

46、在所述第二基板靠近所述第一基板的一侧表面上形成第四导电件，以使所述第四导电件与所述第三导电件相对应连接形成第二导电连接体。

47、在一种可选的实施方式中，在安装所述第二基板到所述第一基板的第二表面上之后，还包括：

48、减薄所述第二基板远离所述第一基板的一侧，以使所述第二导电件、所述第四导电件以及所述进液口和出液口凸出于所述第二基板远离所述第一基板一侧的表面；

49、在所述第二基板远离所述第一基板一侧的表面上形成第二重布线层，所述第二重布线层与所述第二导电件和所述第四导电件导电连通；

50、在所述第二重布线层远离所述第二基板的一侧形成第二连接点。