本发明专利技术涉及一种应用于氮化镓晶体管的片内微流散热驱动装置与制备方法，自上而下依次包括氮化镓晶体管微流结构层、集成键合层、微流体引流层及驱动集成模块。氮化镓晶体管微流结构层为晶体管的衬底，含片内微流道散热区及流道出入口区；集成键合层为金属或有机物键合，厚度为500 nm以内；微流体驱动层为Si及SiC材料，内部含内嵌式微流传输通道，实现对片内微流体的引流；微流体驱动集成模块采用金属等易加工材料，内部含微流传输通道、凸式互连接口和凸式流体进出口，实现与微流泵浦互连。该片内微流驱动装置可满足微流泵对氮化镓晶体管微流散热能力的控制，充分实现片内微流散热结构氮化镓晶体管的高效散热能力，可用于超大功率微波功率氮化镓器件。功率微波功率氮化镓器件。功率微波功率氮化镓器件。
【技术实现步骤摘要】
一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置与制备方法
[0001]本专利技术是一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置与制备方法，属于功率器件芯片级微流热管理开发
技术介绍
[0002]以氮化镓为代表的第三代固态功率器件已展现出其优异的大功率应用特性，在实际应用中的氮化镓功率器件多为SiC衬底和Si衬底，其功率器件的单位功率密度远未达到其理想值，导致氮化镓器件的研发和应用受到极大限制。这主要是因为氮化镓功率器件在输出大功率的同时会产生大量热积累，因氮化镓器件Si或SiC衬底的传热能力限制，导致器件内部产生热积累，直接引起器件结温的急剧升高，导致氮化镓器件性能和可靠性的严重下降。因此，进行氮化镓半导体器件的芯片级热管理技术开发成为了解决其进一步应用的主要技术瓶颈之一。目前针对氮化镓器件芯片级热管理的技术开发主要集中在高导热材料的片内集成和片内嵌入微流冷却的技术开发上。片内集成高导热材料热管理途径是被动式的散热技术，可有效提升氮化镓器件的功率密度，但仍然满足理想功率密度下的热耗散。而片内微流冷却技术是主动式的热管理，液体散主动式热能力通常是固体被动式散热能力的10倍以上，可有效解决氮化镓器件的热积累效应，提升其功率密度和性能。因而，应用于氮化镓器件的片内微流散热技术已成为解决其大功率特殊需求应用的热点研究方向。片内微流散热的能力不仅取决于片内微流道的结构设计，更取决于微流体的流动形式。然而，微流体的流动形式由微流体的驱动技术决定，因为氮化镓器件尺度的限制，其片内微流的驱动极为困难，已成为当今大功率器件芯片级微流热管理开发领域中亟待解决的重点难题之一。
技术实现思路
[0003]本专利技术提出的是一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置设计与制备方法，其目的是实现微流泵浦对氮化镓晶体管微流散热能力的控制，充分发挥片内微流散热结构氮化镓晶体管的高效散热能力，解决氮化镓器件因热积累导致的器件性能衰退问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案：一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置，其结构自上而下依次包括氮化镓晶体管微流结构层A、集成键合层B、微流体引流层C及驱动集成模块D；其中，所述氮化镓晶体管微流结构层A设有片内微流道散热区A
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2及流道出入口区A
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3，所述集成键合层B厚度＜500 nm，所述微流体引流层C内部含内嵌阶梯式微流传输通道，实现对片内微流体的引流，所述微流体驱动集成模块D包括微流传输通道D
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1、凸式互连接口D
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2和凸式流体进出口D
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3，实现与微流泵浦互连，同时表面可实现与氮化镓晶体管电路E互连。
[0005]所述氮化镓晶体管微流结构层A设于晶体管的衬底背面、热源区正下方，距离热源区A
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1 20um
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50um，流道出入口区A
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3中出入口尺寸一致，宽度≥500um，其他尺寸和微流道散热区一致。
[0006]所述氮化镓晶体管微流结构层A材料为Si、蓝宝石或SiC中的一种。
[0007]所述集成键合层B的工艺采用金属键合或有机物键合；若采用金属键，在氮化镓晶体管微流结构区A的面和微流体引流层C正面分别蒸发氮化镓晶体管微流结构区键合金属B
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1和微流体引流层键合金属B
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2，厚度都小于250 nm，随后利用键合工艺实现氮化镓晶体管微流结构区和微流体引流层的集成；若采用有机物键合，在微流体引流层C正面旋涂一层有机物B
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3，厚度小于500 nm，随后利用键合工艺实现氮化镓晶体管微流结构区和微流体引流层的集成。
[0008]所述微流体引流层C设有内嵌阶梯式微流传输通道，其中与氮化镓晶体管集成面的引流层正面微流传输通道C
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1尺寸为宽≥500um，和氮化镓晶体管微流结构区的流道出入口尺寸一致；与驱动集成模块封接面的引流层背面微流传输通道C
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2尺寸设计成阶梯状，长宽整体扩大500um，阶梯深度在≥300um；所述微流体引流层C利用SiC热沉基板材料，采用光刻和离子刻蚀技术制备。
[0009]所述驱动集成模块D内设有驱动集成模块微流传输通道D
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1、凸式互连接口D
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2和凸式流体进出口D
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3，驱动集成模块微流传输通道尺寸D
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1与引流层正面微流传输通道C
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1尺寸一致，内部呈垂直结构；凸式互连接口D
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2尺寸与引流层背面微流传输通道C
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2尺寸一致，实现与微流体引流层C的集成；凸式流体进出口D
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3设计在驱动集成模块D的两侧，尺寸比驱动集成模块微流传输通道D
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1大500um
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1500um，凸起尺寸在3
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10mm，便于实现与微流泵互连；驱动集成模块采用机械或激光加工方式制备。
[0010]一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置的制备方法，包括以下步骤：1）利用键合机将氮化镓晶体管微流结构层和微流体引流层进行对准键合封接，形成高可靠的集成键合层；2）利用金属焊接技术将微流体引流层及驱动集成模块集成，实现片内微流驱动装置的制备。
[0011]3）利用橡胶管将驱动集成模块与微流泵互连集成，实现片内微流驱动装置对氮化镓晶体管微流散热能力的驱动控制。
[0012]所述键合温度小于250℃，避免氮化镓器件高温下损坏。
[0013]本专利技术的有益效果：1）创新的引入了流体引流层作为过渡结构，解决了芯片与驱动集成模块因热失配和尺度失配等问题无法直接集成技术瓶颈。
[0014]2）设计了微流结构层流道出入口、流体引流层内嵌阶梯式传输通道及驱动集成模块的凸式互连接口和凸式流体进出口等新结构，解决了片内微流驱动装置集成中的微流道对准技术难题。
[0015]3）整个片内微流驱动装置的工艺无新工艺，结构简单，工艺简便，制备难度较低。整体设计与研制的片内微流驱动装置实现微流泵对氮化镓晶体管微流散热能力的控制，充分发挥片内微流散热结构氮化镓晶体管的高效散热能力，可用于超大功率微波功率氮化镓器件。
附图说明
[0016]附图1是片内微流散热驱动装置结构示意图。
[0017]附图2是氮化镓晶体管微流结构层结构示意图。
[0018]附图3是集成键合层结构示意图。
[0019]附图4是微流体引流层结构示意图。
[0020]附图5是驱动集成模块结构示意图。
[0021]附图6是片内微流驱动装置集成工艺示意图。
[0022]图中A是氮化镓晶体管微流结构层、B是集成键合层、C是微流体引流层、D是驱动集成模块、E是氮化镓晶体管、F是氮化镓晶体管微流、A
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1热源区是、A
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2微流道散热区是、A
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3是流道出入口区、B
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置，其特征是其结构自上而下依次包括氮化镓晶体管微流结构层（A）、集成键合层（B）、微流体引流层（C）及驱动集成模块（D）；其中，所述氮化镓晶体管微流结构层（A）设有片内微流道散热区（A
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2）及流道出入口区（A
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3），所述集成键合层（B）厚度＜500 nm，所述微流体引流层（C）内部含内嵌阶梯式微流传输通道，实现对片内微流体的引流，所述微流体驱动集成模块（D）包括微流传输通道（D
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1）、凸式互连接口（D
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2）和凸式流体进出口（D
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3），实现与微流泵浦互连，同时表面可实现与氮化镓晶体管电路（E）互连。2.根据权利要求1所述的一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置，其特征是所述氮化镓晶体管微流结构层（A）设于晶体管的衬底背面、热源区正下方，距离热源区（A
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1） 20um
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50um，流道出入口区（A
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3）中出入口尺寸一致，宽度≥500um，其他尺寸和微流道散热区一致。3.根据权利要求1所述的一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置，其特征是所述氮化镓晶体管微流结构层（A）材料为Si、蓝宝石或SiC中的一种。4.根据权利要求1所述的一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置，其特征是所述集成键合层（B）的工艺采用金属键合或有机物键合；若采用金属键，在氮化镓晶体管微流结构区（A）的面和微流体引流层（C）正面分别蒸发氮化镓晶体管微流结构区键合金属（B
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1）和微流体引流层键合金属（B
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2），厚度都小于250nm，随后利用键合工艺实现氮化镓晶体管微流结构区和微流体引流层的集成；若采用有机物键合，在微流体引流层（C）正面旋涂一层有机物（B
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3），厚度小于500nm，随后利用键合工艺实现氮化镓晶体管微流结构区和微流体引流层的集成。5.根据权利要求1所述的一种应用于氮化镓晶体管的片内微流驱动装置，其特征是所述微流体引...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭怀新，钟世昌，潘斌，孔月婵，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：
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