多芯片组件散热封装陶瓷复合基板的制备方法技术

本发明专利技术提出的一种多芯片组件散热封装陶瓷复合基板的制备方法，旨在提供一种解决LTCC基板材料导热系数低、多芯片组件散热困难的结构形式及实现该结构的工艺方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：首先分别在上、下两层LTCC生瓷片中制出器件安装腔体和液冷流道腔体，再在LTCC生瓷片的腔体内填充牺牲材料，然后将上、下两层生瓷片叠层在AlN底板上，通过温水等静压将LTCC生瓷片和AlN底板层压在一起后，放入烧结炉中进行共烧，形成带热沉和液冷流道的LTCC-AlN复合基板；再通过金丝键合将芯片与下层LTCC基板电路表面进行电气互联，完成多芯片组件在LTCC-AlN复合基板上的组装；最后将液冷管、封装盖板与LTCC焊接在一起，完成整个液冷流道的组装和多芯片组件的密封。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高效散热结构的LTCC基板制作方法，特别是一种用于多芯片组件散热封装的陶瓷复合基板的结构及其制作方法。
技术介绍
现代电子装备正朝着短、小、轻、薄、高性能、高可靠和低成本方向发展，尤其是各种载荷受限的军用电子设备以及便携式民用电子产品对体积、重量、性能的要求更加苛刻，要求不断提高电子装备的互联和组装密度。多层低温共烧陶瓷(LTCC)技术是将低温烧结陶瓷粉末制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用冲孔或激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制作出所需要的电路图形，并可将无源元件和功能电路埋人多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，在850?900°C下烧结，制成三维空间的高密度电路。LTCC技术是实现电子装备三维立体高密度互联、组装较为理想的多层电路板成型技术。LTCC多层基板具有介电常数低、插入损耗小、介质损耗角正切良好、可埋置无源元件和功能电路等诸多优点，已广泛应用于微电子封装、多芯片组件(MCM)和系统级封装(SIP) o LTCC技术在提升电路组件互联、组装密度的同时，组件的热密度也在迅速增加。在大功率、高密度封装中，电子元件及芯片等在运行过程中产生的热量主要通过陶瓷基板散发到环境中。以微波T/R组件为例，为保证组件体积、重量的同时，增加其散热能力，很多高功率器件如微波芯片常采用多芯片组件的形式，直接以裸芯片组装到LTCC基板上。但是LTCC材料的导热系数只有2W/mK?5W/mK，比大部分陶瓷基板材料都要低，目前广泛采用在LTCC基板内增加金属散热通孔的方法对基板散热能力进行补偿，但随着电路密度和器件功率的进一步提升，金属散热通孔逐渐满足不了高功率多芯片组件的冷却要求。到目前为止，在大功率集成电路中已投入使用的高导热陶瓷基板材料有Al203、Be0和A1N等。A1203强度及化学稳定性高，且原料来源丰富，适用于各种各样的技术制造以及不同的形状，但A1203基板的导热系数相对较低，和S1、GaAs等半导体材料的热膨胀系数也不太匹配。BeO具有比金属铝还高的导热系数，但温度超过300°C后迅速降低，最重要的是由于其毒性限制了自身的发展。A1N是近年来迅速发展的新型无毒陶瓷基板材料，具有优越的热传导性、高绝缘性和接近于S1、GaAs等的热膨胀系数，被誉为新一代高温大功率射频基板的理想材料;A1N陶瓷的缺点是即使在表面有非常薄的氧化层也会对导热系数产生影响，只有对材料和工艺进行严格控制才能制造出一致性较好的A1N基板。
技术实现思路
本专利技术的目的是旨在提供一种具有显著的抗热震性能和热稳定性能、对提高在极端温度下工作器件稳定性十分明显的，以解决常规LTCC基板导热系数低、在多芯片组件工作时面临散热能力不足的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种，具有如下技术特征:首先分别在上、下两层低温共烧陶瓷LTCC生瓷片中制出器件安装腔体和液冷流道腔体，再在LTCC生瓷片的器件安装腔体和液冷流道腔体内填充牺牲材料，然后将上、下两层生瓷片叠层在氮化铝A1N底板上；用温水等静压将LTCC生瓷片和A1N底板层压在一起后，放入烧结炉中进行共烧，形成带热沉和液冷流道的LTCC-A1N复合基板；基板烧结完成后，通过共晶焊或导电银浆粘接将多芯片组件安装在A1N底板上，再通过金丝键合工艺将芯片组件与下层LTCC基板电路表面进行电气互联，最后通过焊接将液冷管、封装盖板与LTCC焊接在一起，完成多芯片组件在LTCC-A1N复合基板上的组装。本专利技术具有如下有益效果。本专利技术通过层压、共烧将带有器件安装腔体.和液冷流道腔体的LTCC多层基板与A1N底板固定在一起，再将多芯片组件组装在A1N底板上，成功地利用A1N底板的高导热系数(150W/mK?190W/mK)和液冷流道散热对多芯片组件进行冷却，解决了 LTCC基板材料导热系数低、多芯片组件结构散热困难的缺陷。本专利技术通过A1N底板将芯片工作过程中产生的热量带走，实现对芯片的冷却；同时，通过液冷管道对基板内的液冷流道进行通液循环，将A1N底板的热量带出，实现对整个结构的冷却，具有显著的抗热震性能和热稳定性能，对提高在极端温度下工作器件稳定性十分显著。本专利技术将上、下两层生瓷片叠层在A1N底板上；用温水等静压将LTCC生瓷片和A1N底板层压在一起后，放入烧结炉中进行共烧，形成带热沉和液冷流道的LTCC-A1N复合基板，可在不增加外部散热装置的情况下，克服LTCC材料本身导热系数低的缺点，满足LTCC基板对多芯片组件的散热要求。【附图说明】图1是本专利技术多芯片组件散热封装陶瓷复合基板结构的实施例示意图。图2是本专利技术多芯片组件散热封装陶瓷复合基板的制作流程示意图。图中:1.LTCC多层基板、2.A1N底板、3.多芯片组件、4.液冷流道腔体、5.封装盖板、6.液冷管、7.下层LTCC生瓷片、8.上层LTCC生瓷片、9.多芯片组件安装腔体、10.牺牲材料、11层压后的LTCC-A1N复合基板、12.共烧后的LTCC-A1N复合基板。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。参阅图1。在以下描述的一个最佳实施例中，多芯片组件散热封装陶瓷复合基板是基于LTCC-A1N复合基板的多芯片散热封装结构。多芯片组件散热封装陶瓷复合基板主要包括LTCC多层基板1、底层A1N底板2、多芯片组件3、液冷流道腔体4、封装盖板5和液冷管6，其中，LTCC多层基板1叠层在A1N底板2上，液冷流道腔体4设置在LTCC多层基板1与A1N底板2叠层的结合面之间，沿叠层纵向截面依次排列，并连通设置在LTCC多层基板1上表面上的液冷管6，多芯片组件3装配在LTCC多层基板1横向制出的缺口槽中，固定在A1N底板2上，通过LTCC多层基板1上的封装盖板5密闭封装。芯片工作过程中产生的热量通过A1N底板2散热带走部分热量进行冷却，同时，通过液冷管6连通液冷流道腔体4形成通液循环通道，通液循环通道对LTCC-A1N复合基板内的液冷流道腔体4进行通液循环，将A1N底板的热量带出，实现对整个结构的冷却。参阅图2。根据本专利技术，首先分别在上、下两层LTCC生瓷片中制出器件安装腔体和液冷流道腔体，再在LTCC生瓷片的腔体内填充牺牲材料，然后将上、下两层生瓷片叠层在A1N底板上；用温水等静压将LTCC生瓷片和A1N底板层压在一起后，放入烧结炉中进行共烧，形成带热沉和液冷流道的LTCC-A1N复合基板；基板烧结完成后，通过共晶焊或导电银浆粘接将多芯片组件安装在A1N底板上，再通过金丝键合工艺将芯片组件与LTCC基板腔体台阶表面进行电气互联，最后通过焊接将液冷管、封装盖板与LTCC焊接在一起，完成多当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多芯片组件散热封装陶瓷复合基板的制备方法，具有如下技术特征：首先分别在上、下两层低温共烧陶瓷LTCC生瓷片中制出器件安装腔体和液冷流道腔体，再在LTCC生瓷片的器件安装腔体以及液冷流道腔体内填充牺牲材料，然后将上、下两层生瓷片叠层在氮化铝AlN底板上；用温水等静压将LTCC生瓷片和AlN底板层压在一起后，放入烧结炉中进行共烧，形成带热沉和液冷流道的LTCC‑AlN复合基板；基板烧结完成后，通过共晶焊或导电银浆粘接将多芯片组件安装在AlN底板上，再通过金丝键合工艺将多芯片组件与LTCC基板腔体内台阶表面电路进行电气互联，最后通过焊接将液冷管、封装盖板与LTCC焊接在一起，完成多芯片组件在LTCC‑AlN复合基板上的组装。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林奈，谢义水，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51