本發(fā)明涉及一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板及其制備方法。

背景技術(shù)：

tsv/tgv轉(zhuǎn)接板技術(shù)(through-si-via，tsv/through-glass-via，tgv)是從tsv互連技術(shù)衍生出來的重要發(fā)展方向，可以提供與三維封裝集成電路ic相匹配的線寬/節(jié)距、熱膨脹系數(shù)，具有小尺寸、高密度、高集成度的特點(diǎn)，可以有效縮小封裝尺寸，減小傳輸延時(shí)、降低噪聲、提高電學(xué)性能、降低功耗等，已成為集成電路ic、mems、微納傳感器等芯片級三維集成的最具競爭力的轉(zhuǎn)接基板技術(shù)。

三維系統(tǒng)級封裝中集成高密度芯片、大功耗芯片時(shí)，芯片體的散熱問題導(dǎo)致芯片在工作中性能下降、壽命降低甚至功能失效。

考慮到轉(zhuǎn)接板集成高密度芯片時(shí)的散熱問題，已公開的發(fā)明專利申請(公開號：cn104900611a)中涉及到用石墨烯散熱片，在基于柔性基板的三維封裝過程中，在封裝體內(nèi)埋入超薄且柔韌性較好的石墨烯散熱片，從而在封裝體內(nèi)增加了一條直接通向外部的散熱通道解決散熱問題，這種方法雖可解決散熱問題，但是石墨烯與芯片的貼合強(qiáng)度不好，降低了散熱能力；已公開的發(fā)明專利申請(公開號：cn104716112a)中采用多級散熱器熱耦合遞進(jìn)散熱，封裝散熱器熱耦合到第一管芯封裝和管芯封裝散熱器。管芯封裝散熱器熱耦合到第二管芯封裝，并且提供了用于將熱量從第二管芯封裝傳導(dǎo)到封裝散熱器的熱路徑。這種方式散熱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板及其制備方法，解決了上述背景技術(shù)中的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板，用于集成高密度芯片，包括相互鍵合的第一襯底和第二襯底，所述第一襯底內(nèi)部設(shè)置有金屬微通道；

所述第一襯底上設(shè)有多個通孔、多個貫穿孔、絕緣層、金屬互連層和金屬再布線層；所述通孔和貫穿孔間隔分布于所述第一襯底；所述絕緣層連續(xù)布置于所述通孔的側(cè)壁、貫穿孔的側(cè)壁和所述第一襯底的上下表面；所述金屬互連層連續(xù)布置于所述通孔側(cè)壁和貫穿孔側(cè)壁的絕緣層表面；所述金屬再布線層布置于所述第一襯底上表面絕緣層上與高密度芯片接觸的部分、第一襯底下表面絕緣層上與第二襯底接觸的部分；所述金屬再布線層與金屬互連層接觸形成電信號通路；

所述第二襯底的上表面設(shè)置有若干金屬翅片，所述金屬翅片位于所述貫穿孔內(nèi)，且下端與第二襯底固定連接，上端延伸至所述第一襯底上表面的金屬再布線層所在平面；

所述金屬微通道包括貫穿孔和金屬翅片；高密度芯片集成于轉(zhuǎn)接板時(shí)，高密度芯片置于第一襯底上方，電信號通過第一襯底上表面的金屬再布線層和金屬互連層實(shí)現(xiàn)再分配，高密度芯片產(chǎn)生的熱量通過金屬微通道導(dǎo)熱。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述第一襯底和第二襯底相互鍵合而成，鍵合方式包括金金鍵合、硅玻璃陽極鍵合、硅硅鍵合、bcb鍵合。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述第一襯底材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅、砷化鎵、金屬。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述第二襯底材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅、砷化鎵；所述金屬翅片的材質(zhì)包括銅、鋁、金、鎢，通過liga電鑄工藝形成于所述第二襯底的表面。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述第二襯底材質(zhì)包括金屬和/或其金屬合金，所述金屬為鎢、鈦、鉬、鈦化鎢、鎳、鍺中的至少一種；所述金屬翅片的材質(zhì)與第二襯底的材質(zhì)相同，通過金屬drie刻蝕工藝形成于所述第二襯底的表面。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述金屬翅片的高度與所述第一襯底上下表面的金屬再布線層間距離相適配。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述金屬互連層與絕緣層、金屬再布線層與絕緣層之間還布置有一阻擋層，所述阻擋層材料包括ta、tan、tiw中的至少一種，布置于通孔側(cè)壁的絕緣層、金屬互連層、阻擋層橫切面為環(huán)狀。

本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板的制備方法，包括如下步驟：

(1)制作第一襯底和絕緣層：取板狀材料一塊作為第一襯底，在其上通過drie、激光、噴砂或濕法刻蝕工藝形成多個通孔以及多個貫穿孔，所述貫穿孔的孔徑大于通孔的孔徑；通過氣相沉積法在所述通孔側(cè)壁、貫穿孔側(cè)壁和所述第一襯底的上下表面形成致密的絕緣層，所述絕緣層的材質(zhì)包括氧化硅、氮化硅、氧化鋁、bcb、聚酰亞胺、玻璃、聚丙烯和聚對二甲苯；所述第一襯底的材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅和砷化鎵；

(2)制作電信號通路和金屬翅片

①制作電信號通路：通過pvd濺射在所述絕緣層表面形成一連續(xù)的金屬層，利用圖形化電鍍工藝在第一襯底上下表面的金屬層上蝕刻出圖案形成金屬再布線層，使金屬再布線層布置于第一襯底上表面與高密度芯片接觸的部分和第一襯底下表面與第二襯底接觸的部分；分布于所述通孔的側(cè)壁、貫穿孔的側(cè)壁絕緣層表面的連續(xù)金屬層為金屬互連層，與所述金屬再布線層接觸，形成電信號通路；

②制作金屬翅片：取半導(dǎo)體板一塊作為第二襯底，利用liga電鑄形成若干個相互平行陣列分布的金屬翅片，所述金屬翅片的長度等于所述第一襯底上下表面的金屬再布線層間的距離；所述第二襯底材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅、砷化鎵；所述金屬翅片的材質(zhì)包括銅、鋁、金、鎢；

(3)通過鍵合工藝將上述第一襯底和第二襯底鍵合，所述金屬翅片置于所述貫穿孔中，所述貫穿孔和金屬翅片組成金屬微通道，進(jìn)而形成所述一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板。

本發(fā)明還提供了一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板的制備方法，包括如下步驟：

(1)制作第一襯底和絕緣層：取板狀材料一塊作為第一襯底，在其上通過drie、激光、噴砂或濕法刻蝕工藝形成通孔，形成多個通孔以及多個貫穿孔，所述貫穿孔的孔徑大于通孔的孔徑；通過氣相沉積法在所述通孔側(cè)壁、貫穿孔側(cè)壁和所述第一襯底的上下表面形成致密的絕緣層，所述絕緣層的材質(zhì)包括氧化硅、氮化硅、氧化鋁、bcb、聚酰亞胺、玻璃、聚丙烯和聚對二甲苯；所述板狀材料的材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅和砷化鎵；

(2)制作電信號通路和金屬翅片

①制作電信號通路：通過pvd濺射在所述絕緣層表面形成一連續(xù)的金屬層，利用圖形化電鍍工藝在第一襯底上下表面的金屬層上蝕刻出圖案形成金屬再布線層，使金屬再布線層布置于第一襯底上表面與高密度芯片接觸的部分和第一襯底下表面與第二襯底接觸的部分；分布于所述通孔的側(cè)壁、貫穿孔的側(cè)壁絕緣層表面的連續(xù)金屬層為金屬互連層，與所述金屬再布線層接觸，形成電信號通路；

②制作金屬翅片：取金屬板或合金板一塊作為第二襯底，利用drie蝕刻工藝形成若干個相互平行陣列分布的金屬翅片，所述金屬翅片的長度等于所述第一襯底上下表面的金屬再布線層間的距離；所述第二襯底和金屬翅片材質(zhì)相同，包括鎢、鈦、鉬、鈦化鎢、鎳、鍺及其金屬合金中的至少一種；

(3)通過鍵合工藝將上述第一襯底和第二襯底鍵合，所述金屬翅片置于所述貫穿孔中，所述貫穿孔和金屬翅片組成金屬微通道，進(jìn)而形成所述一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，步驟(2)之①制作電信號通路：在所述絕緣層表面形成連續(xù)的阻擋層和金屬層，所述阻擋層布置于所述金屬層和絕緣層之間，利用圖形化電鍍工藝在第一襯底上下表面的阻擋層和金屬層上蝕刻出圖案形成金屬再布線層，使金屬再布線層布置于第一襯底上表面與高密度芯片接觸的部分和第一襯底下表面與第二襯底接觸的部分；分布于所述通孔的側(cè)壁、貫穿孔的側(cè)壁絕緣層表面的連續(xù)金屬層為金屬互連層，與所述金屬再布線層接觸，形成電信號通路；所述阻擋層材料包括ta、tan、tiw中的至少一種，布置于通孔側(cè)壁的絕緣層、金屬互連層、阻擋層橫切面為環(huán)狀。

本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.貫穿孔設(shè)置于通孔間，貫穿孔內(nèi)陣列布置有金屬翅片，所述金屬翅片上端頂?shù)指呙芏刃酒?，下端與第二襯底固定連接；貫穿孔大小和金屬翅片數(shù)量均可根據(jù)高密度芯片進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到良好的導(dǎo)熱效果。

2.內(nèi)嵌的金屬翅片有效提高轉(zhuǎn)接板上芯片組裝的密度，減小的芯片三維封裝的尺寸。

3.本發(fā)明制備方法工藝簡單，成本可控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的第一襯底、通孔、貫穿孔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的絕緣層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的金屬互連層和金屬再布線層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的第二襯底和金屬翅片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板俯視圖；

圖8為本發(fā)明配合高密度芯片使用的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說明本發(fā)明的內(nèi)容：

實(shí)施例1

請查閱圖1-7，本實(shí)施例的一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板的制備方法，包括如下步驟：

(1)制作第一襯底1和絕緣層11：取硅材料板一塊作為第一襯底1，在其上通過drie工藝形成多個通孔13和多個貫穿孔14，所述貫穿孔14孔徑大于通孔13直徑；通過氣相沉積法在所述通孔13側(cè)壁、貫穿孔14側(cè)壁和所述第一襯底1的上下表面形成致密的絕緣層11；

(2)制作電信號通路和金屬翅片：

①制作電信號通路：通過pvd濺射在所述絕緣層11表面形成一連續(xù)的金屬層，利用圖形化電鍍工藝在第一襯底1上下表面的金屬層上蝕刻出圖案形成金屬再布線層15，使金屬再布線層15布置于第一襯底1上表面與高密度芯片接觸的部分和第一襯底1下表面與第二襯底2接觸的部分；分布于所述通孔13的側(cè)壁、貫穿孔14的側(cè)壁絕緣層表面的連續(xù)金屬層為金屬互連層12，與所述金屬再布線層15接觸形成互連區(qū)域，通過上述圖形化電鍍工藝的加厚作用，使金屬互連層12與金屬再布線層15間形成穩(wěn)定連續(xù)的電信號通路，實(shí)現(xiàn)高密度芯片3信號的再分配；

②制作金屬翅片22：取玻璃板一塊作為第二襯底2，在第二襯底2上制作su-8光刻膠掩膜并通過liga電鑄銅工藝形成若干個相互平行、陣列分布的金屬翅片22，所述金屬翅片22的長度等于所述第一襯底1上下表面的圖案化的金屬層間的距離；

所述貫穿孔14和金屬翅片22組成金屬微通道；金屬翅片22上端與高密度芯片3頂?shù)郑露诉B接第二襯底2，可起到良好的導(dǎo)熱、散熱效果；

(3)對第二襯底2的背面進(jìn)行減薄，再通過硅玻璃陽極鍵合工藝將上述第一襯底1和第二襯底2鍵合，所述金屬翅片22置于所述貫穿孔14中，形成金屬微通道，進(jìn)而形成所述一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板。

本實(shí)施例制備的一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板，用于集成高密度芯片，包括相互鍵合的第一襯底1和第二襯底2，所述第一襯底1厚度為300μm～500μm，內(nèi)部設(shè)置有金屬微通道；

所述第一襯底1上設(shè)有多個通孔13、多個貫穿孔14、絕緣層11、金屬互連層12和金屬再布線層15；所述通孔13和貫穿孔14間隔分布于所述第一襯底1；所述絕緣層11連續(xù)布置于所述通孔13的側(cè)壁、貫穿孔14的側(cè)壁和所述第一襯底1的上下表面；所述金屬互連層12連續(xù)布置于所述通孔13側(cè)壁和貫穿孔14側(cè)壁的絕緣層表面所述絕緣層11與金屬互連層12之間還設(shè)置有阻擋層，布置于所述通孔側(cè)壁的絕緣層11、金屬互連層12、阻擋層橫切面為環(huán)狀，保型性電鍍在孔側(cè)壁生長環(huán)狀金屬互連層有效地避免襯底應(yīng)力集中；所述金屬再布線層15布置于所述第一襯底1上表面絕緣層11上與高密度芯片3接觸的部分、第一襯底1下表面絕緣層上與第二襯底2接觸的部分；所述金屬再布線層15與金屬互連層12接觸形成電信號通路；

所述第一襯底1和第二襯底2具有相互嵌套的鍵合結(jié)構(gòu)，所述第一襯底的下表面與第二襯底的上表面相互鍵合，所述第二襯底2與第一襯底1的鍵合面所在位置設(shè)置有若干金屬翅片22，所述金屬翅片22位于所述貫穿孔14內(nèi)，且下端與第二襯底2固定連接，上端延伸至所述第一襯底1上表面的金屬再布線層15所在平面；

所述金屬微通道包括貫穿孔14和金屬翅片22；高密度芯片3集成于轉(zhuǎn)接板時(shí)，高密度芯片3置于第一襯底1上方，電信號通過第一襯底1上表面的金屬再布線層15和金屬互連層實(shí)現(xiàn)再分配，高密度芯片3產(chǎn)生的熱量通過金屬微通道導(dǎo)出。

請查閱圖8，在本實(shí)施例中，所述金屬再布線層15還包括設(shè)置于所述第一襯底1上表面的不與高密度芯片3接觸的部分，所述金屬再布線層15通過金線與高密度芯片3電連接，保證了信號分配的多樣性。

實(shí)施例2

實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別在于：步驟(2)制作電信號通路和金屬翅片：

①制作電信號通路：通過pvd濺射在所述絕緣層11表面形成一連續(xù)的金屬層，所述金屬層包括阻擋層tiw和種子層cu，利用電鍍銅工藝通過光刻膠掩膜、電鍍銅加厚、去除光刻膠及種子層/阻擋層后，在第一襯底1上下表面的金屬層上蝕刻出圖案形成金屬再布線層15，使金屬再布線層15布置于第一襯底1上表面與高密度芯片接觸的部分和第一襯底1下表面與第二襯底2接觸的部分；分布于所述通孔13的側(cè)壁、貫穿孔14的側(cè)壁絕緣層表面的連續(xù)金屬層為金屬互連層12，與所述金屬再布線層15接觸形成互連區(qū)域，通過上述圖形化電鍍工藝的加厚作用，使金屬互連層12與金屬再布線層15間形成穩(wěn)定連續(xù)的電信號通路，形成電信號通路，實(shí)現(xiàn)高密度芯片3信號的再分配；

②制作金屬翅片22：取金屬鎢板作為第二襯底，在第二襯底2上制作su-8光刻膠掩膜并通過drie工藝形成若干個相互平行、陣列分布的金屬翅片22，所述金屬翅片22的長度等于所述第一襯底1上下表面的金屬再布線層15間的距離；所述第二襯底2和金屬翅片22材質(zhì)相同。

本實(shí)施例制備的一種內(nèi)嵌金屬微通道的轉(zhuǎn)接板，用于集成高密度芯片，包括相互鍵合的第一襯底1和第二襯底2，所述第一襯底1厚度為300μm～500μm，內(nèi)部設(shè)置有金屬微通道；

所述第一襯底1上設(shè)有多個通孔13、多個貫穿孔14、絕緣層11、金屬互連層12和金屬再布線層15；所述通孔13和貫穿孔14間隔分布于所述第一襯底1；所述絕緣層11連續(xù)布置于所述通孔13的側(cè)壁、貫穿孔14的側(cè)壁和所述第一襯底1的上下表面；所述金屬互連層12連續(xù)布置于所述通孔13側(cè)壁和貫穿孔14側(cè)壁的絕緣層表面；所述絕緣層11與金屬互連層12之間還設(shè)置有阻擋層，布置于所述通孔側(cè)壁的絕緣層11、金屬互連層12、阻擋層橫切面為；所述金屬再布線層15布置于所述第一襯底1上表面絕緣層11上與高密度芯片3接觸的部分、第一襯底1下表面絕緣層上與第二襯底2接觸的部分；所述金屬再布線層15與金屬互連層12接觸形成電信號通路；

所述第一襯底1和第二襯底2具有相互嵌套的鍵合結(jié)構(gòu)，所述第一襯底的下表面與第二襯底的上表面相互鍵合，所述第二襯底2與第一襯底1的鍵合面所在位置設(shè)置有若干金屬翅片22，所述金屬翅片22位于所述貫穿孔14內(nèi)，且下端與第二襯底2固定連接，上端延伸至所述第一襯底1上表面的金屬再布線層15所在平面；

所述金屬微通道包括貫穿孔14和金屬翅片22；高密度芯片3集成于轉(zhuǎn)接板時(shí)，高密度芯片3置于第一襯底1上方，電信號通過第一襯底1上表面的金屬再布線層15和金屬互連層實(shí)現(xiàn)再分配，高密度芯片3產(chǎn)生的熱量通過金屬微通道導(dǎo)出。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，當(dāng)本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)在如下范圍內(nèi)變化時(shí)，可以預(yù)期得到與上述實(shí)施例相同或相近的技術(shù)效果：

所述第一襯底1的材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅、砷化鎵。

所述絕緣層11材質(zhì)包括氧化硅、氮化硅、氧化鋁、bcb、聚酰亞胺、玻璃、聚丙烯或聚對二甲苯。

liga電鑄工藝所需的第二襯底2材質(zhì)包括硅、玻璃、氮化硅、砷化鎵；所述金屬翅片22的材質(zhì)包括銅、鋁、金、鎢。

drie工藝所需的第二襯底2材質(zhì)包括鎢、鈦、鉬、鈦化鎢、鎳、鍺及其合金，所述金屬翅片22的材質(zhì)與第二襯底2的材質(zhì)相同。

所述第一襯底1上通孔13及貫穿孔14的制作方法包括drie、激光、噴砂、濕法刻蝕、超聲加工。

所述絕緣層11制作方法包括熱氧化、原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射、旋涂、噴膠及其組合。

所述金屬互連層12和金屬再布線層15制作方法包括括蒸發(fā)、濺射、電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積中的至少一種。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。