一种通过生长散热冷板的近结散热方法技术

本发明专利技术属于半导体器件领域，具体为公开了一种通过生长散热冷板的近结散热方法，包括沉积聚对二甲苯的电绝缘层；沉积成铜涂层散热器，生成散热冷板的散热通道；沉积铜层构建散热冷板整体；在散热冷板通道内通入冷凝液，实现散热

【技术实现步骤摘要】
一种通过生长散热冷板的近结散热方法


[0001]本专利技术属于半导体器件领域，特别是一种通过生长散热冷板的近结散热方法
。

技术介绍

[0002]目前使用的芯片多为第三代半导体材料，具有高迁移率
、
高临界电场
、
高发光效率等多种优势，被广泛应用于半导体照明
、
射频功放
、
电力电子等多个领域
。
[0003]由于功率放大器，其体积小
、
发热量大
、
热流密度高，仅靠封装外壳散热无法满足散热要求，所以需选择合理的散热和冷却方法，设计有效的散热系统，把电子元器件的温度控制在规定值以下，在热源至外部环境之间提供一条低热阻通道，以确保热量顺利地交换出去
。
[0004]使用基于单片金属的散热器，可以减少电子设备中的热阻和温度波动，但是其较高的导电性致使使用起来较为困难
。
[0005]目前芯片的封装需要热界面材料来实现各个部分之间的连接，填充连接表面的空气缝隙，其使用会增加热阻，并且为了改善接触和减小热阻需要对其进行压缩，这会损害芯片级封装的可靠性
。
[0006]因此，开发一种通过生长散热冷板的近结散热方法，可以省去热界面材料这一部分，直接在元器件表面进行生长散热冷板，使其结构的稳定性得到进一步的提升
。
对于缩减加工工序
、
提升整体散热性能和商业化应用具有重要的意义
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种通过生长散热冷板的近结散热方法，以提高半导体芯片的整体散热功能，且缩减了原有的加工工序，避免使用热界面材料
。
[0008]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种通过生长散热冷板的近结散热方法，具体步骤如下：
(1)
在氮化镓
(GaN)
功率晶体管的表面利用化学气相沉积的方法沉积聚对二甲苯的电绝缘层；
(2)
用电化学沉积的方法形成单片集成的铜
(Cu)
涂层散热器；
(3)
通过电化学沉积的方法生成散热冷板的散热通道；
(4)
沉积铜层，构建散热冷板整体；
(5)
在散热冷板通道内通入冷凝液，实现散热
。
[0009]在进行步骤
(1)
之前，先在电路板上用硅烷对电路板板上的器件进行刷图，用于促进聚对二甲苯的电绝缘层的沉积
。
[0010]步骤
(2)
中在对被聚对二甲苯电绝缘层覆盖的
GaN
功率晶体管表面继续利用电化学沉积的方法先沉积
20nm
厚的铬层，随后再沉积
50nm
厚的铜覆盖层，形成单片集成的铜涂层散热器
。
[0011]步骤3中所用的电化学沉积方法具体为：
(3.1)
在铜涂层表面上制备微通道模板；
(3.2)
用电化学沉积方法定向沉积铜以填充微通道模板上的微通道
。
[0012]步骤
(3.1)
中制备微通道模板的具体步骤如下：
(3.1.2)
用稀盐酸
、
丙酮和蒸馏水彻底冲洗铜涂层表面，对铜涂层表面进行清洁；
(3.1.3)
将光刻胶涂覆在铜涂层上，然后在
烘烤；
(3.1.4)
用相干紫外光束通过光掩模照射光刻胶；
(3.1.5)
曝光后，再次烘烤；
(3.1.6)
用显影剂冲洗掉暴露区域上的光刻胶，以在铜涂层表面上制备微通道模板
。
[0013]步骤
(3.2)
中，管电极与电源的正极连接，
Cu
金属薄膜层与电源的负极连接；在处理过程中，
Cu
离子在金属薄膜层上获得电子，然后沉积在
Cu
薄膜层上
。
[0014]步骤
(4)
的具体步骤为，
(4.1)
在光刻胶上表面用电化学沉积的方法沉积铜层，包裹住微通道模板，以实现散热冷板的建立；
(4.2)
在形成的封闭状态的散热冷板两侧开两个孔，并通入光刻胶溶剂，用来去除光刻胶；光刻胶完全溶解后，通过通道排出，进而形成完整的散热冷板通道
。
[0015]步骤
(3)
中所用的电化学沉积方法具体为：铜涂层散热器的表面继续运用电沉积的方法集成第二层铜膜，生成散热冷板的散热通道；具体的，通过集成平台将
Cu
沉积溶液从管电极喷到铜膜上；管电极与电源的负极连接，
Cu
金属薄膜层与电源的正极连接，因此金属涂层上的铜失去电子，形成散热冷板的散热通道
。
[0016]步骤
(4)
中：
(4.1)
在得到的拓扑优化散热冷板结构当中注入环氧树脂，使其将散热冷板结构当中的凹槽注满，随后在其与散热冷板上表面继续沉积铜层；
(4.2)
随后在形成的封闭状态的散热冷板两侧开两个孔，并通入环氧树脂溶剂将内部包裹的环氧树脂溶解并进行排出
。
[0017]步骤
(1)
中聚对二甲苯的沉积厚度为
8.49
±
0.51
μ
m。
[0018]步骤
(2)
铬层的沉积厚度为
20nm
，铜层的沉积厚度为
50nm。
[0019]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0020](1)
通过生长散热冷板的近结散热方法，可以省去热界面材料这一部分，直接在元器件表面进行生长散热冷板，缩短了其中的加工工序
。
[0021](2)
通过直接在芯片绝缘层外电化学沉积集成铜薄膜层，并在铜薄膜层上方电化学沉积集成散热冷板，缩减了原有的加工工序，避免使用热界面材料，并减小了绝缘层的厚度，提升了整体散热性能
。
这一生长过程可以使得散热冷板更为稳定的贴合在元器件的表面，实现其完整性
。
[0022](3)
使用该方法可以大大提高元器件的散热效率，实现其表面的热量更为高效地释放出去，减小热量堆积对于元器件所造成的损害
。
[0023](4)
采用光刻胶作为铜电化学沉积的一个模板，便于后续对于模板的一个清理工作，实现达到微通道的一个目的，而且有利于定向沉积的这样一个处理过程
。
可以采用先用光刻胶制作模板随后定向的向模板中喷射沉积溶液实现铜离子得电子来实现一些规则简单的微通道的形成，最后得到散热冷板，也可以采用先向元器件表面沉积一定厚度的铜层随后定向的向铜层喷射沉积溶液实现铜失电子变成铜离子来实现一些复杂的微通道的形成，例如一些拓扑优化结构的微通道，最后得到散热冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种通过生长散热冷板的近结散热方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)
在功率晶体管的表面沉积电绝缘层；
(2)
用电化学沉积的方法形成单片集成的铜
(Cu)
涂层散热器；
(3)
通过电化学沉积的方法生成散热冷板的散热通道；
(4)
沉积铜层，构建散热冷板整体；
(5)
在散热冷板通道内通入冷却液，实现散热
。2.
根据权利要求1所述的通过生长散热冷板的近结散热方法，其特征在于，在进行步骤
(1)
之前，先在电路板上用硅烷对电路板板上的器件进行刷图，用于促进电绝缘层的沉积
。3.
根据权利要求1所述的通过生长散热冷板的近结散热方法，其特征在于，率晶体管的表面沉积电绝缘层的方法为化学气相沉积方式
、
物理气相沉积方式
、
蒸发镀膜方式三者其中之一
。4.
根据权利要求1所述的通过生长散热冷板的近结散热方法，其特征在于，步骤
(2)
中在对被电绝缘层覆盖的功率晶体管表面利用电化学沉积的方法先沉积
20nm
厚的铬层，随后再沉积
50nm
厚的铜覆盖层，形成单片集成的铜涂层散热器
。5.
根据权利要求1所述的通过生长散热冷板的近结散热方法，其特征在于，步骤
(3)
中所用的电化学沉积方法具体为：
(3.1)
在铜涂层表面上制备微通道模板；
(3.2)
用电化学沉积方法定向沉积铜以填充微通道模板上的微通道
。6.
根据权利要求5所述的通过生长散热冷板的近结散热方法，其特征在于，步骤
(3.1)
中制备微通道模板的具体步骤如下：
(3.1.2)
用稀盐酸
、
丙酮和蒸馏水彻底冲洗铜涂层表面，对铜涂层表面进行清洁；
(3.1.3)
将光刻胶涂覆在铜涂层上，然后再烘烤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳琦，汪子轩，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：