[發明專利]一種集成大功率射頻芯片的微流體轉接板及其制備方法

有效

• 申請號: 202011621897.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112768432B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 禹淼;石歸雄;張洪澤;黃旼;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: H01L23/498
• 分類號: H01L23/498;H01L23/367;H01L23/373;H01L23/473;H01L23/58;H01L21/48;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明提供了一種集成大功率射頻芯片的微流體轉接板及其制備方法，包括信號互聯層、微流道結構層以及微流體接口結構層；信號互聯層包括表面覆蓋有接地金屬層的頂層硅片以及嵌入頂層硅片內部的厚銅結構件，厚銅結構件上表面設有芯片鍵合面并與接地金屬層相連；微流道結構層包括中間層硅片以及設置在中間層硅片內部的分流流道和合流流道，分流流道與合流流道之間平行設置有若干條冷卻流道，且分流流道、冷卻流道以及合流流道順次連通；微流體接口結構層包括底層硅片以及與分流流道對應的入液口、與合流流道對應的出液口；本發明結合厚銅結構與微通道，利用高熱容的冷卻液工質可將發熱器件的廢熱及時帶走，散熱效率可以獲得顯著提升。

技術領域

本發明涉及微電子和微系統技術領域。

背景技術

隨著技術的發展，雷達、電子對抗和通信領域系統逐步呈現高密度、多功能、高可靠性和低成本。射頻功率芯片作為射頻系統中的核心部件，多為GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）多級放大器。其中GaN HEMT晶體管柵極發熱功率可達60-80 W。隨著射頻功率器件在安全工作溫度基礎上每增加1℃，其射頻輸出特性就會成指數下降，同時其可靠性就會下降5%左右，如果電子器件所產生的熱量不能及時散發出去，將直接影響射頻系統的性能，甚至導致損毀。GaN射頻功率芯片中GaN HEMT晶體管源極采用通孔由背金引出接地，GaN射頻功率芯片底部需要滿足良好的接地條件，否則將影響GaN射頻功率芯片的輸出性能，導致性能失效。相對于早期的PCB集成方式，目前廣泛采用低溫共燒陶瓷（LTCC）材料作為微波多層轉接板，通過芯片貼裝、金絲鍵合等的微組裝技術加工，雖然集成密度顯著提高，但在PCB或陶瓷轉接板上的集成僅限于小信號射頻功率芯片的集成。

大功率射頻功率芯片在射頻系統中的集成方式目前主要采用合金焊料直接焊接在銅、鋁等高導熱金屬管殼表面，采用PCB電路板或陶瓷電路板通過與芯片金絲鍵合實現互連。通過管殼實現芯片背面接地和被動散熱，集成密度較低，散熱成本較高。因此，針對用于大功率射頻功率芯片集成的轉接板成套技術是制約目前大功率射頻系統發展的瓶頸。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種集成大功率射頻芯片的微流體轉接板及其制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種集成大功率射頻芯片的微流體轉接板，包括由上至下設置的信號互聯層、微流道結構層以及微流體接口結構層；

其中，

所述信號互聯層包括表面覆蓋有接地金屬層的頂層硅片以及嵌入頂層硅片內部的厚銅結構件，所述厚銅結構件上表面設有芯片鍵合面并與接地金屬層相連；

所述微流道結構層包括中間層硅片以及設置在中間層硅片內部的分流流道和合流流道，所述分流流道與合流流道之間平行設置有若干條冷卻流道，且所述分流流道、冷卻流道以及合流流道順次連通；

所述微流體接口結構層包括底層硅片以及與分流流道對應的入液口、與合流流道對應的出液口；

所述信號互聯層、微流道結構層以及微流體接口結構層之間通過鍵合層連接。

進一步的，所述芯片鍵合面的上表面鍵合有射頻功率芯片和貼裝芯片。

進一步的，還包括用于傳輸芯片信號的表面傳輸線，所述表面傳輸線包括射頻功率信號傳輸線和直流偏置信號傳輸線；所述射頻功率信號傳輸線通過金絲與射頻功率芯片相連，所述直流偏置信號傳輸線通過金絲與貼裝芯片相連。

進一步的，所述厚銅結構件的厚度為100-500μm。

進一步的，所述頂層硅片的厚度等于厚銅結構件的厚度與射頻功率芯片的厚度之和，厚度偏差為±20μm。

進一步的，所述微流道結構層中冷卻流道的高度、寬度以及各冷卻流道之間的間距均為100-500μm，且所述中間層硅片的厚度等于冷卻流道的高度。