[發明專利]多芯片組件散熱封裝陶瓷復合基板的制備方法

有效

• 申請號: 201510452002.9
• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN105304577B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 林奈;謝義水
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: H01L23/12
• 分類號: H01L23/12;H01L23/367;H05K7/20
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種具有高效散熱結構的LTCC基板制作方法，特別是一種用于多芯片組件散熱封裝的陶瓷復合基板的結構及其制作方法。

背景技術

現代電子裝備正朝著短、小、輕、薄、高性能、高可靠和低成本方向發展，尤其是各種載荷受限的軍用電子設備以及便攜式民用電子產品對體積、重量、性能的要求更加苛刻，要求不斷提高電子裝備的互聯和組裝密度。多層低溫共燒陶瓷(LTCC)技術是將低溫燒結陶瓷粉末制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用沖孔或激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝制作出所需要的電路圖形，并可將無源元件和功能電路埋人多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，在850～900℃下燒結，制成三維空間的高密度電路。LTCC技術是實現電子裝備三維立體高密度互聯、組裝較為理想的多層電路板成型技術。

LTCC多層基板具有介電常數低、插入損耗小、介質損耗角正切良好、可埋置無源元件和功能電路等諸多優點，已廣泛應用于微電子封裝、多芯片組件(MCM)和系統級封裝(SIP)。LTCC技術在提升電路組件互聯、組裝密度的同時，組件的熱密度也在迅速增加。在大功率、高密度封裝中，電子元件及芯片等在運行過程中產生的熱量主要通過陶瓷基板散發到環境中。以微波T/R組件為例，為保證組件體積、重量的同時，增加其散熱能力，很多高功率器件如微波芯片常采用多芯片組件的形式，直接以裸芯片組裝到LTCC基板上。但是LTCC材料的導熱系數只有2W/mK～5W/mK，比大部分陶瓷基板材料都要低，目前廣泛采用在LTCC基板內增加金屬散熱通孔的方法對基板散熱能力進行補償，但隨著電路密度和器件功率的進一步提升，金屬散熱通孔逐漸滿足不了高功率多芯片組件的冷卻要求。

到目前為止，在大功率集成電路中已投入使用的高導熱陶瓷基板材料有Al₂O₃、BeO和AlN等。Al₂O₃強度及化學穩定性高，且原料來源豐富，適用于各種各樣的技術制造以及不同的形狀，但Al₂O₃基板的導熱系數相對較低，和Si、GaAs等半導體材料的熱膨脹系數也不太匹配。BeO具有比金屬鋁還高的導熱系數，但溫度超過300℃后迅速降低，最重要的是由于其毒性限制了自身的發展。AlN是近年來迅速發展的新型無毒陶瓷基板材料，具有優越的熱傳導性、高絕緣性和接近于Si、GaAs等的熱膨脹系數，被譽為新一代高溫大功率射頻基板的理想材料；AlN陶瓷的缺點是即使在表面有非常薄的氧化層也會對導熱系數產生影響，只有對材料和工藝進行嚴格控制才能制造出一致性較好的AlN基板。

發明內容

本發明的目的是旨在提供一種具有顯著的抗熱震性能和熱穩定性能、對提高在極端溫度下工作器件穩定性十分明顯的多芯片組件散熱封裝陶瓷復合基板的制備方法，以解決常規LTCC基板導熱系數低、在多芯片組件工作時面臨散熱能力不足的問題。

為了實現上述目的，本發明提供的一種多芯片組件散熱封裝陶瓷復合基板的制備方法，具有如下技術特征：首先分別在上、下兩層低溫共燒陶瓷LTCC生瓷片中制出器件安裝腔體和液冷流道腔體，再在LTCC生瓷片的器件安裝腔體和液冷流道腔體內填充犧牲材料，然后將上、下兩層生瓷片疊層在氮化鋁AlN底板上；用溫水等靜壓將LTCC生瓷片和AlN底板層壓在一起后，放入燒結爐中進行共燒，形成帶熱沉和液冷流道的LTCC-AlN復合基板；基板燒結完成后，通過共晶焊或導電銀漿粘接將多芯片組件安裝在AlN底板上，再通過金絲鍵合工藝將芯片組件與下層LTCC基板電路表面進行電氣互聯，最后通過焊接將液冷管、封裝蓋板與LTCC焊接在一起，完成多芯片組件在LTCC-AlN復合基板上的組裝。

本發明具有如下有益效果。

本發明通過層壓、共燒將帶有器件安裝腔體.和液冷流道腔體的LTCC多層基板與AlN底板固定在一起，再將多芯片組件組裝在AlN底板上，成功地利用AlN底板的高導熱系數(150W/mK～190W/mK)和液冷流道散熱對多芯片組件進行冷卻，解決了LTCC基板材料導熱系數低、多芯片組件結構散熱困難的缺陷。

本發明通過AlN底板將芯片工作過程中產生的熱量帶走，實現對芯片的冷卻；同時，通過液冷管道對基板內的液冷流道進行通液循環，將AlN底板的熱量帶出，實現對整個結構的冷卻，具有顯著的抗熱震性能和熱穩定性能，對提高在極端溫度下工作器件穩定性十分顯著。