高散热硅基封装基板及高散热封装结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种高散热硅基封装基板，包括硅衬底，硅衬底纵向设置多个垂直通孔，垂直通孔贯穿硅衬底的上、下表面，垂直通孔内设置导电导热柱，导电导热柱两端裸露于硅衬底的上下表面，导电导热柱外侧壁设置电学隔离层，垂直通孔的直径范围为50～200μm。本实用新型专利技术提供的高散热硅基封装基板，具备散热模块集成度高，体积小巧，成本低，有利于封装结构的应用，此外，本实用新型专利技术还提供了基于其的封装结构。

High Heat Dissipation Silicon-based Packaging Substrate and High Heat Dissipation Packaging Structure

【技术实现步骤摘要】
高散热硅基封装基板及高散热封装结构
本技术属于封装
，具体涉及一种高散热硅基封装基板及其制作方法及基于该高散热硅基封装基板的封装结构。
技术介绍
随着集成电路芯片向高功耗、高频率的方向发展，对封装技术提出了更高的要求，不仅需要封装结构具有优异的电学性能，还需要封装结构具有良好的散热性能，以保证芯片长期稳定地工作。对于集成电路芯片的封装，需要将集成电路芯片与封装基板进行连接，以实现芯片与外界的电学互连。传统的封装基板是采用PCB工艺制备，散热性能较差，且电学信号经过PCB板内部通孔而引起的损耗较大，难以满足未来集成电路芯片的应用需求。为了解决封装结构的散热问题，通常将芯片与热沉通过焊料键合连接，形成低热阻的散热通道。然而，基于金属基板的热沉尺寸较大，难以片上集成，且不易实现射频微弱信号的无损引出，与集成电路芯片的发展趋势相悖。另外，引入的焊料键合工艺一定程度上增加了封装制造成本。传统的集成电路芯片是以PCB板材作为封装基板，在PCB板上布线并与芯片焊点相连，实现电学信号的引出。然而，PCB板材的导热系数只有0.2～0.8W/m·K，难以将集成电路芯片散发的热量导出，易引起可靠性问题。虽然，可以在封装结构中引入金属热沉而解决集成电路芯片的散热问题，如导热系数为387.6W/m·K的金属铜热沉，但是这种传统的散热结构不仅使得集成电路芯片的尺寸增大并难以进一步缩小，还增加了制造成本。目前，硅圆片通常用于集成电路和半导体器件的基底，具有良好的散热性能。虽然以硅圆片为基底制作封装散热基板，有益于芯片的快速散热、小型化、集成化等，能够满足未来集成电路芯片的应用需求，但是亟需设计具有高散热、低损耗特性的高散热硅基封装基板及基于其的封装结构，以及开发高可靠、低成本的微纳制造工艺。因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本申请设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本申请。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术问题中的一个或者多个，本技术提供一种高散热硅基封装基板。本技术提供一种高散热硅基封装基板，包括硅衬底，硅衬底纵向设置多个垂直通孔，垂直通孔贯穿硅衬底的上、下表面，垂直通孔内设置导电导热柱，导电导热柱两端裸露于硅衬底的上下表面，垂直通孔内侧壁设置电学隔离层，垂直通孔的直径范围为50～200μm。本技术提供的高散热硅基封装基板，具备散热模块集成度高，体积小巧，成本低，有利于封装结构的应用，避免了传统PCB封装基板制作工艺中存在的缺点。另一方面，本技术基于高散热硅基封装基板，提供了一种高散热封装结构，包括上述的高散热硅基封装基板、附着于高散热硅基封装基板的硅衬底上表面的芯片及位于外围的塑封体，芯片包括焊点，焊点与导电导热柱电连接。在一些实施方式中，导电导热柱的数目为多个，其中部分数目的导电导热柱与芯片电连接。在一些实施方式中，焊点位于芯片非接触于硅衬底的一面，封装结构包括电连接导电导热柱与焊点的金丝线。再一方面，本技术提供了一种高散热硅基封装基板的制作方法，包括如下步骤：步骤1、刻蚀预设参数的SOI片的底层硅至绝缘层形成垂直通孔；步骤2、垂直通孔的内侧壁制作电学隔离层；步骤3、刻蚀垂直通孔底部的绝缘层；步骤4、于垂直通孔内形成导电导热柱；步骤5、去除顶层硅、绝缘层，并平坦化底层硅表面。在一些实施方式中，步骤1中，中SOI片包括顶层硅、底层硅及位于顶层硅与底层硅之间的绝缘层，顶层硅选择低电阻硅，电阻率低于0.002Ω·cm。低电阻顶层硅可替代传统的电镀种子层，为导电导热柱的制作工艺选择奠定基础。刻蚀底层硅采用深硅刻蚀工艺，例BoschDRIE工艺，绝缘层可作为截止层，实现深硅刻蚀的自停止效应。在一些实施方式中，步骤2中，制作电学隔离层方法为采用热氧化工艺于垂直通孔的侧壁制作热氧层。在一些实施方式中，步骤3中，步骤3中刻蚀采用反应离子刻蚀工艺。在一些实施方式中，步骤4中，于垂直通孔内制作导电导热柱采用电镀工艺，以顶层硅作为电镀种子层，采用自底向上电镀金属铜的方法，实现垂直通孔内部的金属化，形成垂直导电导热柱。在一些实施方式中，步骤5中，采用化学机械抛光工艺去除顶层硅、绝缘层以及平坦化底层硅表面。本技术提供的高散热硅基封装基板采用SOI片制作，取代传统的PCB板材封装基板和金属热沉，底层硅为集成电路芯片的衬底材料，其导热系数为148W/m·K。在底层硅中形成垂直通孔，在垂直通孔内形成热氧层与导电导热柱，导电导热柱通过热氧层与底层硅电学隔离，进而，人们可以有选择地将部分数目的导电导热柱用于导热散热，将另部分数目的导电导热柱传输电学信号。综述，本技术提供一种散热性能良好、芯片电学信号能够低损耗传输、芯片能够长期稳定地工作，并且结构简单、成本低的高散热硅基封装基板及其制作工艺及基于该高散热硅基封装基板的封装结构。附图说明为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本技术提供的一种高散热硅基封装基板的一种实施方式的结构示意图；图2为本技术提供的高散热封装结构的一种实施方式的结构示意图；图3为本技术提供的一种高散热硅基封装基板的制作方法的一种实施方法的步骤1处理后的结构示意图；图4为本技术提供的一种高散热硅基封装基板的制作方法的一种实施方法的步骤2处理后的结构示意图；图5为本技术提供的一种高散热硅基封装基板的制作方法的一种实施方法的步骤3处理后的结构示意图；图6为本技术提供的一种高散热硅基封装基板的制作方法的一种实施方法的步骤4处理后的结构示意图；图7是本技术提供的一种高散热硅基封装基板的制作方法的一种实施方法的步骤5处理后的结构示意图；图8是PCB封装基板的热仿真结果图；图9是带有散热柱的PCB封装基板的热仿真结果图；图10是硅基板的热仿真结果图；图11是本技术提供的高散热硅基封装基板的热仿真示意图。其中，图中对应的附图标记为：1-底层硅，2-导电导热柱，3-芯片，4-焊点，5-金丝线，6-电学隔离层，7-顶层硅，8-绝缘层，9-垂直通孔。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。一方面，如图1所示，本技术提供一种高散热硅基封装基板，包括硅衬底，硅衬底纵向设置多个垂直通孔9，垂直通孔9贯穿硅衬底的上、下表面，垂直通孔9内设置导电导热柱2，导电导热柱2两端裸露于硅衬底的上下表面，垂直通孔9内侧壁即导电导热柱2外侧壁设置电学隔离层6，垂直通孔9的直径范围为50-200μm。本技术提供的高散热硅基封装基板，具备散热模块集成度高，体积小巧，成本低，有利于封装结构的应用，避免了传统PCB封装基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高散热硅基封装基板，其特征在于，包括硅衬底，所述硅衬底纵向设置多个垂直通孔(9)，所述垂直通孔(9)贯穿所述硅衬底的上、下表面，所述垂直通孔(9)内设置导电导热柱(2)，所述导电导热柱(2)两端裸露于所述硅衬底的上下表面，所述导电导热柱(2)外侧壁设置电学隔离层(6)，所述垂直通孔(9)的直径范围为50～200μm。

【技术特征摘要】
1.高散热硅基封装基板，其特征在于，包括硅衬底，所述硅衬底纵向设置多个垂直通孔(9)，所述垂直通孔(9)贯穿所述硅衬底的上、下表面，所述垂直通孔(9)内设置导电导热柱(2)，所述导电导热柱(2)两端裸露于所述硅衬底的上下表面，所述导电导热柱(2)外侧壁设置电学隔离层(6)，所述垂直通孔(9)的直径范围为50～200μm。2.高散热封装结构，其特征在于，包括权利要求1的封装基板、附着于所述封装基板的硅衬底上表面的芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晨光，孙海燕，方家恩，
申请(专利权)人：南通大学，成都锐杰微科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32