实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法技术

本发明专利技术针对大功率GaN器件三维异质集成与器件层散热一体化需求，提出了一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，利用GaN芯片体‑TSV射频转接板‑硅支撑块等多个叠层衬底实现立体折叠微流道设计，微流体从封装壳体底层流入后拾阶而上冷却GaN器件层热点然后拾阶而下流出，克服了传统TSV三维集成技术内嵌微流道从TSV转接板向大功率GaN芯片体内延伸时存在分流设计、传统立体微流道与封装体‑芯片集成与兼容制造等难题，进一步实现了高可制造性、高散热效率、高稳定性的三维射频异质集成应用，具有重要意义。

Encapsulation of 3D heterostructures for thermal dissipation of high power GaN devices

According to the requirement of three-dimensional heterogeneous integration of high-power GaN devices and heat dissipation integration of device layer, the present invention proposes a packaging method of three-dimensional heterogeneous structure to realize heat dissipation of high-power GaN devices layer, and realizes three-dimensional folding microfluidic channel design using multiple layered substrates such as GaN chip body, TSV radio frequency adapter board, silicon support block, etc. The bottom layer of the packaging case flows into the bottom layer and cooles the hot spots of the GaN device layer up and down. This overcomes the difficulties of shunt design, integration and compatible manufacturing of the traditional three-dimensional integrated TSV technology, such as the embedded micro-channel extending from the TSV adapter board to the high-power GaN chip body, and further overcomes the difficulties of the traditional three-dimensional micro-channel and the packaging body, chip integration and compatible manufacturing. It is of great significance to realize three-dimensional RF heterogeneous integration applications with high manufacturability, high heat dissipation efficiency and high stability.

【技术实现步骤摘要】
实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法
本专利技术涉及微电子封装领域，更具体的涉及一种基于TSV技术实现大功率GaN器件层散热的三维异质集成封装方法。
技术介绍
5G无线通信、雷达、无人机、卫星等领域的快速发展为射频前端电子器件带来了更为广泛的需求，波谱处理复杂化、高性能、小体积、高集成、轻量化既是微波和毫米波系统重要发展趋势更是面临的主要挑战。自2006年起，随着美国DARPA微系统所提出的先进SiCMOS技术与InP等异质集成技术的突破性进展，演示验证了异质集成是突破技术局限的不二技术选择。与InP基、GaAs基等器件相比，GaNHEMT器件拥有最高的Johnson因数，可应用于更高频率、更大功率，是支撑未来高功率射频和微波通信、宇航和军事系统等必不可少的关键器件，因而，GaN异质集成技术已成为当前国际重要发展方向。但与此同时，随着三维集成封装应用的发展，三维集成封装大功率GaN芯片热流密度已达100W/cm2以上，下一代机载平台大功率GaN芯片热流密度预计500W/cm2以上，已远远超出传统散热技术散热能力，三维异质集成技术使得大功率器件的散热问题更具挑战性。目前，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于包括如下步骤：1)在GaN芯片的背面蚀刻制作第一开放微流道结构；2)将内嵌第一垂直微流道和第一金属化硅通孔的第一基板组装在带有第二开放微流道的金属封装壳体上；所述第一微流道和第一金属化硅通孔分别沿着第一基板的厚度方向设置；将第一GaN芯片通过键合在第一基板远离金属封装壳体的一面上，使得第一GaN芯片的第一开放微流道与第一基板的第一垂直微流道密闭连接；3)将其他微电子功能芯片集成至第一基板远离金属封装壳体的一面上；4)将内嵌第二垂直微流道和第二金属化硅通孔电学互连的硅支撑块键合于第一基板远离金属封装壳体的一面上；所述支撑块位于...

【技术特征摘要】
1.一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于包括如下步骤：1)在GaN芯片的背面蚀刻制作第一开放微流道结构；2)将内嵌第一垂直微流道和第一金属化硅通孔的第一基板组装在带有第二开放微流道的金属封装壳体上；所述第一微流道和第一金属化硅通孔分别沿着第一基板的厚度方向设置；将第一GaN芯片通过键合在第一基板远离金属封装壳体的一面上，使得第一GaN芯片的第一开放微流道与第一基板的第一垂直微流道密闭连接；3)将其他微电子功能芯片集成至第一基板远离金属封装壳体的一面上；4)将内嵌第二垂直微流道和第二金属化硅通孔电学互连的硅支撑块键合于第一基板远离金属封装壳体的一面上；所述支撑块位于GaN芯片的两侧；所述第二垂直微流道和第二金属化硅通孔分别沿着支撑块的厚度方向设置；所述第二垂直微流道和第一垂直微流道连通；5)将内嵌第三垂直微流道和第三金属化硅通孔电学互连的第二基板堆叠键合在支撑块之上；所述第三垂直微流道和第三金属化硅通孔分别沿着第二基板的厚度方向设置；所述第三垂直微流道和第二垂直微流道连通；6)将第二GaN芯片键合在第二基板远离第一基板的一面上，使得第二GaN芯片的开放微流道与第二基板的第三垂直微流道密闭连接；7)将其他微电子功能芯片集成至第二基板远离第一基板的一面上。2.根据权利要求1所述的一种实现大功率GaN器件层散热的三维异质结构的封装方法，其特征在于：所述第一基板采用如下方法制作：(1)提供第一衬底，在所述第一衬底的上表面上形成具有一定深度的开放流道结构；(2)提供第二衬底，在第二衬底的下表面上形成一定深度的开放流道结构，且其结构与第一衬底的开放流道的结构相对应；(3)把第一衬底和第二衬底键合连接，使得第一衬底和第二衬底的开放微流道结构拼合形成所述第一垂直微流道；(4)在所述第一基板上制作用以实现电学垂直互联的第一金属化硅通孔，其沿着第一基板的厚度方向设置；(5)在所述第一基板的上下表面形成致密的绝缘层，同时在基板上的第一金属化硅通孔的侧壁形成环状绝缘层；(6)在所述第一金属化硅通孔中填充导电材料形成导电柱，导电柱的上下两个端面分别设置第一金属互连层和第二金属互联层；(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：马盛林，蔡涵，王玮，金玉丰，陈兢，龚丹，胡鑫欣，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35