一种高功率芯片散热结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高功率芯片散热结构及其制备方法，涉及微电子散热技术领域。所述高功率芯片散热结构包括：位于所述高功率芯片上的散热组件，所述散热组件与所述高功率芯片键合在一起，且所述散热组件在所述高功率芯片的投影至少覆盖所述高功率芯片的器件层的发热结区，可以通过散热组件将冷却液引到高功率芯片正面的发热结区，以及通过屏蔽件对高功率芯片的射频信号进行屏蔽，以及通过屏蔽件对高功率芯片和散热组件进行隔离，屏蔽件还可以作为热扩散层将芯片内聚集的热量扩散开来，提升芯片内温度的均匀性，在屏蔽件上连接散热组件使得芯片产热通过芯片正面散失带走，缩短了传热路径，满足高功率芯片的信号屏蔽需求和芯片的散热需求。热需求。热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率芯片散热结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子散热
，尤其涉及一种高功率芯片散热结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，半导体芯片的性能在不断提升，施加在芯片上的功率也在不断增加，因此带来了芯片热功耗增加的问题，芯片产热如果不能及时散失带走，会导致芯片温度急剧升高，严重影响芯片的性能以及寿命等参数。同时，芯片的发热结区的产热往往是不均匀的，这会导致芯片上的温度分布不均匀，会使得芯片内存在较大的温度梯度，一方面会产生局部高温热点，影响芯片的稳定性，另一方面温度梯度产生的热应力会降低芯片的可靠性。当前很多高功率芯片是面向射频的应用，在芯片中会有射频信号通过，为防止射频信号受外界电磁干扰，需要设计相应的屏蔽结构对高功率芯片进行保护。
[0003]目前，高功率芯片的散热方法包括：通过微机械加工制作金属热沉，然后在高功率芯片半导体衬底背面涂覆导热银浆等热界面材料，通过热界面材料把金属热沉粘接在半导体衬底下方。芯片产热通过半导体衬底和热界面材料传导至热沉，热沉再和环境进行热交换，实现芯片产热的散失，达到散热的效果。
[0004]高功率芯片的散热方法还包括：通过半导体加工技术制作具有微流道结构的半导体衬底以及具有进出液结构的盖板，把具有微流道结构的半导体衬底和具有进出液结构的盖板进行键合，实现一个完整的具有工质循环流动能力的微流道，然后在高功率芯片半导体衬底背面涂覆导热银浆等界面材料，通过热界面材料把具有双层结构的微流道粘接在高功率芯片的半导体衬底下方，芯片产热通过半导体衬底和热界面材料传导至微流道，微流道再和流道内的冷却工质进行热交换，通过冷却工质的循环流动把芯片产热散失带走，实现散热的效果。
[0005]高功率芯片的散热方法还包括：通过半导体刻蚀技术在高功率芯片背面刻蚀微流道，通过半导体加工技术在另一块半导体衬底中制作进出液口结构，然后将高功率芯片所在半导体衬底与另一块具有进出液口结构的半导体衬底进行键合，形成双层半导体衬底构成的具有微流道和进出液口的一体化芯片。芯片产热通过半导体衬底传导，再通过半导体衬底和微流道中的冷却工质进行热交换，通过冷却工质的流动把芯片产热散失带走，实现散热的效果。
[0006]但是，上述目前的高功率芯片的散热方法，芯片散热均需要向芯片背面传导进而被散失，散热效果受到高功率芯片半导体衬底的热导率的严重影响，但是使用芯片正面散热的方法，由于正面连接散热结构，占用了高功率芯片屏蔽盖的位置，使得高功率芯片暴露在外界的电磁干扰中，使射频信号存在失真等风险，在高功率芯片器件层近距离处连接散热结构，可能会引起额外的寄生参数，对高功率芯片的性能产生影响，并且芯片内温度均匀性交叉，导致产生局部高温热点、产生较大热应力等，导致产生器件失效。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高功率芯片散热结构及其制备方法，以解决目前的高功率芯片暴露在外界的电磁干扰中，射频信号存在失真等风险，在高功率芯片器件层近距离处连接散热结构，可能会引起额外的寄生参数，对高功率芯片的性能产生影响，并且芯片内温度均匀性交叉，导致产生局部高温热点、产生较大热应力等，导致产生器件失效的问题。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高功率芯片散热结构，应用于对高功率芯片的散热过程中，所述高功率芯片散热结构包括：位于所述高功率芯片上的散热组件，所述散热组件与所述高功率芯片键合在一起，且所述散热组件在所述高功率芯片的投影至少覆盖所述高功率芯片的器件层的发热结区，用于散失所述高功率芯片产生的热量；
[0009]位于所述高功率芯片与所述散热组件之间的屏蔽件，用于屏蔽所述高功率芯片的射频信号在通过所述高功率芯片的过程中的外界电磁干扰信号，保护所述射频信号免受所述外界电磁信号干扰。
[0010]采用上述技术方案的情况下，可以通过散热组件将冷却液引到高功率芯片正面的发热结区，以及通过屏蔽件对高功率芯片的射频信号进行屏蔽，以及通过屏蔽件对高功率芯片和散热组件进行隔离，屏蔽件还可以作为热扩散层将芯片内聚集的热量扩散开来，提升芯片内温度的均匀性，在屏蔽件上连接散热组件使得芯片产热通过芯片正面散失带走，使高功率芯片的发热结区可以直接和冷却液进行热交换，使得芯片产热直接传导至冷却液，通过冷却液的循环流动进而被带走，缩短了传热路径，提高了芯片的散热能力，满足高功率芯片的信号屏蔽需求和芯片的散热需求。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述高功率芯片包括半导体衬底，以及依次设置于所述半导体衬底上的器件层、表面介质层以及位于所述器件层上，所述表面介质层两侧的芯片电学引脚，
[0012]所述散热组件包括冷却结构与电学连接组件，所述电学连接组件中的转接板电路的引脚与所述芯片电学引脚一一对应连接，所述电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连接。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述屏蔽件包括第一屏蔽件和第二屏蔽件，所述第一屏蔽件覆盖在所述芯片电学引脚上，所述第二屏蔽件覆盖在所述高功率芯片表面。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述第一屏蔽件和所述第二屏蔽件均用于控制多个所述芯片电学引脚之间不相互短路。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述第二屏蔽件覆盖在所述多个芯片电学引脚之间不互相短路的所述高功率芯片表面区域。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述散热组件包括键合在一起的冷却结构和电学连接组件；所述冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道、微流道以及出液通道，且所述微流道位于所述高功率芯片正面；
[0017]在所述高功率芯片的工作过程中，所述进液通道用于将冷却液导入所述微流道中，以对所述高功率芯片的所述发热结区进行散热，所述出液通道用于将经过所述微流道后的冷却液导出；
[0018]所述电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连
接。
[0019]在一种可能的实现方式中，所述散热组件还包括散热结构表面键合环，所述散热结构表面键合环位于所述高功率芯片的正面，且位于所述冷却结构与所述电学连接组件之间，用于防止所述冷却液从所述冷却结构渗入所述电学连接组件中，所述散热结构表面键合环还用于和所述屏蔽件键合。
[0020]第二方面，本专利技术还提供一种高功率芯片散热结构的制备方法，用于制备第一方面任一所述的高功率芯片散热结构，所述方法包括：
[0021]在所述高功率芯片表面覆盖屏蔽件，在所述屏蔽件正面上方设置散热组件；
[0022]所述屏蔽件用于屏蔽所述高功率芯片的射频信号在通过所述高功率芯片的过程中的外界电磁干扰信号，保护所述射频信号免受所述外界电磁信号干扰；所述散热组件用于散失所述高功率芯片产生的热量。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述在所述高功率芯片表面覆盖屏蔽件之后，所述方法还包括：
[0024]对所述屏蔽件进行平整化处理，得到平整的所述屏蔽件。
[0025]在一种可能的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率芯片散热结构，其特征在于，应用于对高功率芯片的散热过程中，所述高功率芯片散热结构包括：位于所述高功率芯片上的散热组件，所述散热组件与所述高功率芯片键合在一起，且所述散热组件在所述高功率芯片的投影至少覆盖所述高功率芯片的器件层的发热结区，用于散失所述高功率芯片产生的热量；位于所述高功率芯片与所述散热组件之间的屏蔽件，用于屏蔽所述高功率芯片的射频信号在通过所述高功率芯片的过程中的外界电磁干扰信号，保护所述射频信号免受所述外界电磁信号干扰。2.根据权利要求1所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述高功率芯片包括半导体衬底，以及依次设置于所述半导体衬底上的器件层、表面介质层以及位于所述器件层上，所述表面介质层两侧的芯片电学引脚，所述散热组件包括冷却结构与电学连接组件，所述电学连接组件中的转接板电路的引脚与所述芯片电学引脚一一对应连接，所述电学连接组件的一侧与所述冷却结构相连接，另一侧与所述高功率芯片电连接。3.根据权利要求2所述的高功率散热结构，其特征在于，所述屏蔽件包括第一屏蔽件和第二屏蔽件，所述第一屏蔽件覆盖在所述芯片电学引脚上，所述第二屏蔽件覆盖在所述高功率芯片表面。4.根据权利要求3所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述第一屏蔽件和所述第二屏蔽件均用于控制多个所述芯片电学引脚之间不相互短路。5.根据权利要求4所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述第二屏蔽件覆盖在所述多个芯片电学引脚之间不互相短路的所述高功率芯片表面区域。6.根据权利要求1所述的高功率芯片散热结构，其特征在于，所述散热组件包括键合在一起的冷却结构和电学连接组件；所述冷却结构中形成有多个冷却液通道，每个冷却液通道均包括相连通的进液通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦斌斌，余立航，康玄武，孔延梅，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：