一种基于三维集成TSV转接板的微流道结构及制备方法与流程

本发明属于集成电路封装领域，尤其涉及一种基于三维集成tsv转接板的微流道结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子器件的性能及集成度的不断提高，电子器件的功耗也逐渐增加；同时随着芯片3d堆叠技术和2.5d三维集成技术等使芯片或者器件集成小型化和轻量化技术的发展，电子器件的集成功率密度进一步增加，从最初的10w/cm2已经发展到芯片级的100w/cm2，功率密度的增加将导致芯片、模组甚至系统集成过程中出现高温热区域，进而造成电子器件的工作性能下降，工作寿命逐渐降低，因此热管理将会成为制约微电子发展的关键问题。

2、在三维集成技术中高性能芯片采用硅基堆叠，单颗芯片的热量可达100w/cm2，若器件中存在多颗高性能芯片时，传统的被动式散热方式难以实现高密度热量的转移，热量的聚集将会大大降低芯片的性能；利用先进主动式热管理方式降低芯片热量传输链路热阻，将热量高效转移是未来发展的趋势，针对三维集成技术中的硅转接板直接引入嵌入式微流道，并且不影响转接板原有的电气互联功能，实现芯片热量传输路径的最优化，将进一步提高三维集成产品的散热能力，保证其性能不受热问题的制约。

3、中电五十八提出一种内嵌微流道的散热型tsv转接板，该转接板分为微流道凹槽层和和tsv盖板层，其中微流道凹槽层和tsv盖板层通过键合层连接，微流道凹槽层包括通过刻蚀形成的微流道凹槽和转接板体通孔，转接板体通孔内设有侧壁金属化层，tsv盖板层包括通过刻蚀形成的微流体出入口和tsv通孔，tsv通孔内设有侧壁金属化层。但是该技术并未采用tsv通孔作为翅片进行散热强化，微尺度下散热可能受限，仅单一实现信号传递过程。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出一种基于三维集成tsv转接板的微流道结构及其制备方法，该结构利用流道刻蚀后的tsv阵列柱作为翅片，增强扰动，强化了微流道的传热效果，同时通过tsv阵列柱将芯片的多个接口进行电气互联，提高信号密度。

2、为达此目的，本发明第一方面保护一种基于三维集成tsv转接板的微流道结构，所述结构包括顶部tsv转接板和底部tsv转接板；

3、所述顶部tsv转接板上刻蚀形成多个tsv阵列柱，tsv阵列柱之间的间隙形成微流道；

4、所述底部tsv转接板与顶部tsv转接板通过金属键合，且底部tsv转接板上刻蚀形成微流道出入口以及与顶部tsv转接板上的tsv对应的tsv。

5、优选的，所述tsv阵列柱包括一个或者多个tsv。

6、优选的，所述tsv阵列柱底部及顶部tsv转接板四周均进行了金属图像化。

7、优选的，所述tsv阵列柱为圆柱、多面体或者椭圆柱。

8、优选的，所述底部tsv转接板顶部进行了金属图形化，且金属图像化区域与顶部tsv转接板的金属图像化一一对应。

9、优选的，所述顶部tsv转接板和底部tsv转接板材料均为硅。

10、优选的，所述金属图像化采用的金属材料为金或者铜。

11、本发明第二方面保护一种基于三维集成tsv转接板的微流道结构的制备方法，所述方法包括：

12、s1：在包含tsv阵列的转接板a上，根据设计的tsv阵列柱的间距、尺寸及密度在转接板a表面进行金属图形化形成键合层，键合层的厚度及材料根据产品具体工艺确定；

13、s2：根据实际需求的微流道间距、tsv阵列柱尺寸以及tsv阵列柱密度，通过一次刻蚀在转接板a上形成tsv阵列柱，得到顶部tsv转接板，所述一次刻蚀的深度小于转接板a的厚度；

14、s3：在包含tsv阵列的转接板b上，根据tsv阵列柱的间距、尺寸及密度在转接板b表面进行金属图形化得到键合层，所述图像化与转接板a的图形化一一对应；

15、s4：根据实际需求的微流道的出入口尺寸、间距对转接板b进行一次刻蚀，形成微流道的出入口，得到底部tsv转接板，所述一次刻蚀的深度大于转接板b的厚度；

16、s5：通过高温热压键合工艺，将顶部tsv转接板与底部tsv转接板通过键合金属完成上下两层键合，得到基于三维集成tsv转接板微流道结构。

17、本发明的有益效果是：本发明提出的三维集成tsv转接板的微流道结构在硅tsv转接板进行流道刻蚀，形成tsv阵列柱，tsv阵列柱既可以作为翅片，增强扰动，强化了微流道的传热效果；又能够作为电气互连接口，将芯片的多个接口进行引出互联，信号密度高。

技术特征：

1.一种基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述结构包括顶部tsv转接板和底部tsv转接板；

2.根据权利要求1所述的基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述tsv阵列柱包括一个或者多个tsv。

3.根据权利要求1所述的基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述tsv阵列柱底部及顶部tsv转接板四周均进行了金属图像化。

4.根据权利要求1所述的基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述tsv阵列柱为圆柱、多面体或者椭圆柱。

5.根据权利要求1所述的基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述底部tsv转接板顶部进行了金属图形化，且金属图像化区域与顶部tsv转接板的金属图像化一一对应。

6.根据权利要求1所述的基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述顶部tsv转接板和底部tsv转接板材料均为硅。

7.根据权利要求3或5任一项所述的基于三维集成tsv转接板的微流道结构，其特征在于，所述金属图像化采用的金属材料为金或者铜。

8.一种基于三维集成tsv转接板的微流道结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本发明公开了一种基于三维集成TSV转接板的微流道结构及制备方法，所述结构包括顶部TSV转接板和底部TSV转接板；其中顶部TSV转接板上刻蚀形成多个TSV阵列柱，TSV阵列柱之间的间隙形成微流道；底部TSV转接板与顶部TSV转接板通过金属键合，且底部TSV转接板上刻蚀形成微流道出入口以及与顶部TSV转接板上的TSV对应的TSV。本发明提出的三维集成TSV转接板的微流道结构在硅TSV转接板进行流道刻蚀，形成TSV阵列柱，TSV阵列柱既可以作为翅片，增强扰动，强化了微流道的传热效果；又能够作为电气互连接口，将芯片的多个接口进行引出互联，信号密度高。技术研发人员：曹林炜,孙翔宇,安宁,王月兴受保护的技术使用者：中国工程物理研究院电子工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/11