具有液态散热功能的PCB组装工艺的制作方法

本发明涉及一种半导体技术领域，尤其是一种具有液态散热功能的pcb组装工艺。

背景技术：

微波毫米波射频集成电路技术是现代国防武器装备和互联网产业的基础，随着智能通信、智能家居、智能物流、智能交通等“互联网+”经济的快速兴起，承担数据接入和传输功能的微波毫米波射频集成电路也存在巨大现实需求及潜在市场。

但是对于高频率的微系统，天线阵列的面积越来越小，且天线之间的距离要保持在某个特定范围，才能使整个模组具备优良的通信能力。但是对于射频芯片这种模拟器件芯片来讲，其面积不能像数字芯片一样成倍率的缩小，这样就会出现特高频率的射频微系统将没有足够的面积同时放置pa/lna，需要把pa/lna堆叠或者竖立放置。

这样散热结构就要采用更先进的液冷或者相变制冷工艺，一般都是用金属加工的方式做射频模组的底座，底座里面设置微流通道，采用焊接的工艺使模组固定在金属底座上完成芯片的放置。但是这种堆叠技术，功率芯片上面的热量需要通过几层介质才能传递给散热液体，效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种具有液态散热功能的pcb组装工艺，增加功率芯片的散热能力。本发明采用的技术方案是：

一种具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：包括以下步骤：

（a）提供带有微流道的管状结构，并提供金属微流道管；

（b）提供衬底，在衬底表面制作tsv导电柱、rdl、焊盘和第一凹槽，在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后在衬底背面设置第二凹槽，使得tsv导电柱顶端露出第二凹槽，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀使tsv导电柱顶部金属露出，得到转接板；

（c）在转接板第二凹槽内嵌入第一芯片，并在第二凹槽和第一芯片之间的缝隙内填充胶体，将管状结构嵌入到第一芯片底部的第一凹槽内，并将管状结构和金属微流道管互联，然后在转接板表面贴第二芯片，得到具有液态散热功能的pcb组装结构。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述步骤（a）管状结构的制备方法具体为：

（a1）提供带有凹槽的上盖板；

（a2）提供带有通孔的载板；

（a3）通过焊接工艺将上盖板和载板焊接在一起形成带有微流道的管状结构。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述上盖板厚度为100um~2000um，宽度为100um~10mm，凹槽深度为100um~1900um，宽度为90um~9mm。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述步骤（b）具体为：

（b1）通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔；

（b2）在衬底表面沉积绝缘层，在绝缘层上制作至少一层种子层；

（b3）电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，抛光使硅片表面铜去除，使硅片表面只剩下填铜；

（b4）在绝缘层上方制作种子层，光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘；

（b5）通过干法刻蚀的工艺在硅片表面制作第一凹槽；在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后用干法刻蚀的工艺在衬底背面制作通孔，然后继续用干法刻蚀工艺在衬底背面制作第二凹槽，tsv导电柱顶部露出，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀工艺使tsv顶部金属露出，拆临时键合，得到转接板。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述金属微流道管包括竖直向上的进液管道和水平的出液管道，所述进液管道远离出液管道的一端设置进液口，所述出液管道远离进液管道的一端设置出液口。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述衬底设置通孔，所述进液管道设置在通孔内，所述出液管道设置在衬底外部，将出液口和管状结构的通孔互联。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述衬底设置通孔和第三凹槽，所述进液管道设置在通孔内，所述出液管道设置在第三凹槽内，将出液口和管状结构的通孔互联。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述金属微流道管包括竖直向下的进液管道和水平的出液管道，所述进液管道远离出液管道的一端设置进液口，所述出液管道远离进液管道的一端设置出液口。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述衬底设置第四凹槽，所述进液管道设置在衬底外，所述出液管道设置在第四凹槽内，将出液口和管状结构的通孔互联。

优选的是，所述的具有液态散热功能的pcb组装工艺，其中：所述金属微流道管为直管，所述直管下端设置进液口，上端设置出液口，所述衬底设置第五凹槽，所述第五凹槽内设置直管，所述出液口和管状结构的通孔互联。

本发明的优点：

本发明的具有液态散热功能的pcb组装工艺，通过在功率芯片底下直接焊接微流道散热结构，使功率芯片的热量能够直接通过底部焊接层传递到微流道中，实现热的交换，这样能大大增加功率芯片的散热能力。

附图说明

图1为本发明的管状结构示意图。

图2为本发明的实施例1和实施例2金属微流道管示意图。

图3为本发明的实施例3金属微流道管示意图。

图4为本发明的实施例1转接板示意图。

图5为本发明的实施例1芯片嵌入第二凹槽的示意图。

图6为本发明的实施例1具有液态散热功能的pcb组装结构示意图。

图7为本发明的实施例2转接板示意图。

图8为本发明的实施例2芯片嵌入第二凹槽的示意图。

图9为本发明的实施例2具有液态散热功能的pcb组装结构示意图。

图10为本发明的实施例3转接板示意图。

图11为本发明的实施例3芯片嵌入第二凹槽的示意图。

图12为本发明的实施例3具有液态散热功能的pcb组装结构示意图。

图13为本发明的实施例4转接板示意图。

图14为本发明的实施例4芯片嵌入第二凹槽的示意图。

图15为本发明的实施例4具有液态散热功能的pcb组装结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供具有液态散热功能的pcb组装工艺，包括以下步骤：

如图1所示，

（a）提供带有微流道的101，并提供金属微流道管；步骤（a）管状结构的制备方法具体为：

（a1）通过加工或者半导体加工工艺制作一个带有凹槽102的上盖板，盖板厚度为100um～2000um，宽度为100um～10mm，盖板上面凹槽深度100um～1900um，宽度为90um～9mm；

（a2）在另一个基材上面用同样加工工艺制作一个带有通孔103的载板；

（a3）通过焊接工艺把盖板和载板焊接在一起形成带有微流道的管状结构；

如图2所示，用同样工艺制作带有微流道的弯管104，使弯管可以和管状结构101互联；

此处管状结构和弯管的材质可以是金属，也可以是硅、玻璃等易于半导体加工的材料；

（b）提供衬底，在衬底表面制作tsv导电柱、rdl、焊盘和第一凹槽，在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后在衬底背面设置第二凹槽，使得tsv导电柱顶端露出第二凹槽，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀使tsv导电柱顶部金属露出，得到转接板；

所述步骤（b）具体为：

（b1）通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔；

如图4所示，通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底107表面制作tsv孔109，tsv孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；

（b2）在衬底表面沉积绝缘层，在绝缘层上制作至少一层种子层；

如图4所示，在衬底上方沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，或者直接热氧化，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b3）电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，抛光使硅片表面铜去除，使硅片表面只剩下填铜；

电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，200到500度温度下密化使铜更致密；铜化学机械抛光使衬底表面铜去除，使衬底表面只剩下填铜；衬底表面绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除；衬底表面绝缘层也可以保留；

（b4）在绝缘层上方制作种子层，光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘；

首先通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

然后光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘金属，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b5）如图4所示，通过干法刻蚀的工艺在硅片表面制作第一凹槽；在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后用干法刻蚀的工艺在衬底背面制作通孔110，然后继续用干法刻蚀工艺在衬底背面制作第二凹槽108，tsv导电柱顶部露出，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀工艺使tsv顶部金属露出，拆临时键合，得到转接板。

（c）如图5所示，在转接板第二凹槽内嵌入第一芯片，并在第二凹槽和第一芯片之间的缝隙内填充胶体，如图6所示，将管状结构嵌入到第一芯片底部的第一凹槽内，并将管状结构和金属微流道管互联，然后在转接板表面贴第二芯片，得到具有液态散热功能的pcb组装工艺。

如图2所示，金属微流道管包括竖直向上的进液管道和水平的出液管道，所述进液管道远离出液管道的一端设置进液口，所述出液管道远离进液管道的一端设置出液口；衬底设置通孔110，所述进液管道设置在通孔内，所述出液管道设置在衬底外部，将出液口和管状结构的通孔互联。

实施例2：

本实施例提供具有液态散热功能的pcb组装工艺，包括以下步骤：

如图1所示，

（a）提供带有微流道的管状结构101，并提供金属微流道管；步骤（a）管状结构的制备方法具体为：

（a1）通过加工或者半导体加工工艺制作一个带有凹槽102的上盖板，盖板厚度为100um～2000um，宽度为100um～10mm，盖板上面凹槽深度100um～1900um，宽度为90um～9mm；

（a2）在另一个基材上面用同样加工工艺制作一个带有通孔103的载板；

（a3）通过焊接工艺把盖板和载板焊接在一起形成带有微流道的管状结构；

如图2所示，用同样工艺制作带有微流道的弯管104，使弯管可以和管状结构101互联；

此处管状结构和弯管的材质可以是金属，也可以是硅、玻璃等易于半导体加工的材料；

（b）提供衬底，在衬底表面制作tsv导电柱、rdl、焊盘和第一凹槽，在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后在衬底背面设置第二凹槽，使得tsv导电柱顶端露出第二凹槽，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀使tsv导电柱顶部金属露出，得到转接板；

所述步骤（b）具体为：

（b1）通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔；

如图7所示，通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔，tsv孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；

（b2）在衬底表面沉积绝缘层，在绝缘层上制作至少一层种子层；

如图7所示，在衬底上方沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，或者直接热氧化，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b3）电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，抛光使硅片表面铜去除，使硅片表面只剩下填铜；

电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，200到500度温度下密化使铜更致密；铜化学机械抛光使衬底表面铜去除，使衬底表面只剩下填铜；衬底表面绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除；衬底表面绝缘层也可以保留；

（b4）在绝缘层上方制作种子层，光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘；

首先通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

然后光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘金属，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b5）如图7所示，通过干法刻蚀的工艺在硅片表面制作第一凹槽和第三凹槽；在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后用干法刻蚀的工艺在衬底背面制作通孔，然后继续用干法刻蚀工艺在衬底背面制作第二凹槽，tsv导电柱顶部露出，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀工艺使tsv顶部金属露出，拆临时键合，得到转接板。

（c）如图8所示，在转接板第二凹槽内嵌入第一芯片，并在第二凹槽和第一芯片之间的缝隙内填充胶体，如图9所示，将管状结构嵌入到第一芯片底部的第一凹槽内，并将管状结构和金属微流道管互联，然后在转接板表面贴第二芯片，得到具有液态散热功能的pcb组装工艺。

如图2所示，金属微流道管包括竖直向上的进液管道和水平的出液管道，所述进液管道远离出液管道的一端设置进液口，所述出液管道远离进液管道的一端设置出液口；衬底设置通孔，所述进液管道设置在通孔内，所述出液管道设置在第三凹槽内，将出液口和管状结构的通孔互联。

实施例3：

本实施例提供具有液态散热功能的pcb组装工艺，包括以下步骤：

如图1所示，

（a）提供带有微流道的管状结构101，并提供金属微流道管；步骤（a）管状结构的制备方法具体为：

（a1）通过加工或者半导体加工工艺制作一个带有凹槽102的上盖板，盖板厚度为100um～2000um，宽度为100um～10mm，盖板上面凹槽深度100um～1900um，宽度为90um～9mm；

（a2）在另一个基材上面用同样加工工艺制作一个带有通孔103的载板；

（a3）通过焊接工艺把盖板和载板焊接在一起形成带有微流道的管状结构；

如图3所示，用同样工艺制作带有微流道的弯管，使弯管可以和管状结构101互联；

此处管状结构和弯管的材质可以是金属，也可以是硅、玻璃等易于半导体加工的材料；

（b）提供衬底，在衬底表面制作tsv导电柱、rdl、焊盘和第一凹槽，在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后在衬底背面设置第二凹槽，使得tsv导电柱顶端露出第二凹槽，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀使tsv导电柱顶部金属露出，得到转接板；

所述步骤（b）具体为：

（b1）通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔；

如图10所示，通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔，tsv孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；

（b2）在衬底表面沉积绝缘层，在绝缘层上制作至少一层种子层；

如图10所示，在衬底上方沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，或者直接热氧化，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b3）电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，抛光使硅片表面铜去除，使硅片表面只剩下填铜；

电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，200到500度温度下密化使铜更致密；铜化学机械抛光使衬底表面铜去除，使衬底表面只剩下填铜；衬底表面绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除；衬底表面绝缘层也可以保留；

（b4）在绝缘层上方制作种子层，光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘；

首先通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

然后光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘金属，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b5）如图10所示，通过干法刻蚀的工艺在硅片表面制作第一凹槽和第四凹槽；在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后用干法刻蚀的工艺在衬底背面制作第二凹槽，tsv导电柱顶部露出，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀工艺使tsv顶部金属露出，拆临时键合，得到转接板。

（c）如图11所示，在转接板第二凹槽内嵌入第一芯片，并在第二凹槽和第一芯片之间的缝隙内填充胶体，如图12所示，将管状结构嵌入到第一芯片底部的第一凹槽内，并将管状结构和金属微流道管互联，然后在转接板表面贴第二芯片，得到具有液态散热功能的pcb组装工艺。

如图3所示，金属微流道管包括竖直向下的进液管道和水平的出液管道，所述进液管道远离出液管道的一端设置进液口，所述出液管道远离进液管道的一端设置出液口；如图10所示，衬底设置第四凹槽，如图12所示，所述进液管道设置在衬底外，所述出液管道设置在第四凹槽内，将出液口和管状结构的通孔互联。

实施例4：

本实施例提供具有液态散热功能的pcb组装工艺，包括以下步骤：

如图1所示，

（a）提供带有微流道的管状结构101，并提供金属微流道管；步骤（a）管状结构的制备方法具体为：

（a1）通过加工或者半导体加工工艺制作一个带有凹槽102的上盖板，盖板厚度为100um～2000um，宽度为100um～10mm，盖板上面凹槽深度100um～1900um，宽度为90um～9mm；

（a2）在另一个基材上面用同样加工工艺制作一个带有通孔103的载板；

（a3）通过焊接工艺把盖板和载板焊接在一起形成带有微流道的管状结构；

如图3所示，用同样工艺制作带有微流道的弯管，使弯管可以和管状结构101互联；

此处管状结构和弯管的材质可以是金属，也可以是硅、玻璃等易于半导体加工的材料；

（b）提供衬底，在衬底表面制作tsv导电柱、rdl、焊盘和第一凹槽，在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后在衬底背面设置第二凹槽，使得tsv导电柱顶端露出第二凹槽，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀使tsv导电柱顶部金属露出，得到转接板；

所述步骤（b）具体为：

（b1）通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔；

如图13所示，通过光刻和干法刻蚀工艺在衬底表面制作tsv孔，tsv孔直径范围在1um到1000um，深度在10um到1000um；

（b2）在衬底表面沉积绝缘层，在绝缘层上制作至少一层种子层；

如图13所示，在衬底上方沉积氧化硅或者氮化硅等绝缘层，或者直接热氧化，绝缘层厚度范围在10nm到100um之间；通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b3）电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，抛光使硅片表面铜去除，使硅片表面只剩下填铜；

电镀铜，使铜金属充满tsv孔形成tsv导电柱，200到500度温度下密化使铜更致密；铜化学机械抛光使衬底表面铜去除，使衬底表面只剩下填铜；衬底表面绝缘层可以用干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺去除；衬底表面绝缘层也可以保留；

（b4）在绝缘层上方制作种子层，光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘；

首先通过物理溅射，磁控溅射或者蒸镀工艺在绝缘层上方制作种子层，种子层厚度范围在1nm到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

然后光刻定义rdl和焊盘位置，电镀做出rdl和焊盘金属，金属厚度范围1um到100um，其可以是一层也可以是多层，金属材质可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等；

（b5）如图13所示，通过干法刻蚀的工艺在硅片表面制作第一凹槽和第五凹槽；在衬底表面做临时键合，减薄衬底背面，然后用干法刻蚀的工艺在衬底背面制作第二凹槽，tsv导电柱顶部露出，在衬底背面沉积钝化层，光刻和干法刻蚀工艺使tsv顶部金属露出，拆临时键合，得到转接板。

（c）如图14所示，在转接板第二凹槽内嵌入第一芯片，并在第二凹槽和第一芯片之间的缝隙内填充胶体，如图15所示，将管状结构嵌入到第一芯片底部的第一凹槽内，并将管状结构和金属微流道管互联，然后在转接板表面贴第二芯片，得到具有液态散热功能的pcb组装工艺。

所述金属微流道管为直管，所述直管下端设置进液口，上端设置出液口，如图14所示，所述衬底设置第五凹槽，如图15所示，所述第五凹槽内设置直管，所述出液口和管状结构的通孔互联。

本发明的具有液态散热功能的pcb组装工艺，通过在功率芯片底下直接焊接微流道散热结构，使功率芯片的热量能够直接通过底部焊接层传递到微流道中，实现热的交换，这样能大大增加功率芯片的散热能力。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。