[發明專利]一種嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板及其制備方法

有效

• 申請號: 202010983066.2
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112234037B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 禹淼;張洪澤;黃旼;吳靜;朱健
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/473
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板，包含嵌入式金剛石薄片和硅襯底，其特征在于：

所述的嵌入式金剛石薄片表面沉積有鍵合薄膜材料或焊接所需薄膜材料；

所述的硅襯底包含上下兩層硅片：具有對應用于嵌入金剛石薄片的槽體結構的上層硅片和具有微流體通道結構的下層硅片；

所述的嵌入式金剛石薄片為高溫高壓或CVD金剛石襯底采用激光切割制成的薄片，熱導率大于1000W/m·K，厚度為100-2000μm，待散熱的芯片焊接于金剛石薄片上，金剛石薄片長度和寬度尺寸大于或等于相應的芯片長度和寬度尺寸；

所述的硅襯底上層硅片中的槽體長度和寬度尺寸大于相應的金剛石薄片長度和寬度尺寸，尺寸余量小于或等于10μm，槽體深度根據集成芯片的互連要求設計；

所述的硅襯底下層硅片中的微流體通道位于上層硅片中的槽體結構的下方，微流體通道分布區域尺寸大于或等于槽體分布面尺寸；

所述的硅襯底下層硅片中的微流體通道，根據與上層硅片槽體的結構關系，分為與上方槽體連通的開放式微流體通道和不與上方槽體連通的封閉式微流體通道，封閉式微流體通道的上層壁厚小于300μm。

2.根據權利要求1所述的嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板，其特征在于，該轉接板應用于集成有功率芯片的系統或模塊。

3.根據權利要求1所述的嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板，其特征在于，所述的微流體通道的高度、寬度、間距為1-300μm，微流體通道的高度、寬度、間距的三者中任意兩者的比例小于5：1。

4.一種嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板制備方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

步驟1，采用干法刻蝕或濕法腐蝕工藝，在上層硅片上形成槽體結構，在下層硅片上形成微流體通道，根據所設計的入液口和出液口位置，在相應的硅片上形成入液口和出液口的結構；

步驟2，兩層硅片在鍵合面經表面處理后形成硅-硅圓片鍵合或通過依次沉積金屬粘附層和金屬鍵合層后形成共晶圓片鍵合，其中金屬鍵合層的材料為二元或多元合金；

步驟3，在金剛石薄片和上層硅片槽體的接觸面，依次沉積金屬粘附層和金屬鍵合層，當金屬鍵合層采用單一金屬材料，則將金錫合金焊料片填入槽體內，將金剛石薄片接觸面嵌入槽體內，加熱加壓鍵合，當金屬鍵合層采用二元或多元合金材料時，則直接將金剛石薄片接觸面嵌入槽體內，加熱加壓鍵合；

步驟4，在轉接板上表面沉積金屬粘附層和金屬鍵合層，用于后續芯片的裝配。

5.根據權利要求4所述的嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板制備方法，其特征在于，開放式結構的微流體通道在步驟3中采用二元或多元合金材料鍵合。

6.根據權利要求4所述的嵌入式金剛石硅基微流體散熱轉接板制備方法，其特征在于，封閉式微流體通道在步驟3中采用兩種鍵合方式中的任意一種。