一种封装结构体中微流道接口的互连结构及方法与流程

1.本发明属于微电子封装技术领域，涉及微电子三维封装散热技术、微流道接口互连技术，尤其涉及一种封装结构体中微流道接口的互连结构及方法。


背景技术：

2.微电子封装领域中的三维封装技术，在封装体积、封装集成度方面具有绝对优势，缺点是封装后散热效果差。专利cn202210708018、cn202111349184公开了一些典型的三维封装结构，这些结构都采用球栅阵列互连到母板上，导致散热效果不理想，不适合封装一些发热较大的功率芯片或电源芯片。
3.在其它封装结构中，专利cn202210884405、cn202210781961公开了在集成产品内或芯片内制备微流道的散热结构，这种结构散热效果良好，同时存在微流道接口互连困难、接口互连工艺不易兼容等问题，主要体现在三个方面。
4.第一，如果采用机械结构加密封圈的方式对微流道进行互连，会存在两个问题，一是这种结构会存在机械应力，对芯片、微流道结构容易造成损坏。二是这种机械结构太小，半导体的机械互连部分加工很难实现，因为硅、陶瓷等半导体材料一般都很脆，同时这种机械结构又太小，密封圈和互连机械都很难加工。
5.第二，如果采用熔点较低的软钎料(如锡铅合金等)来焊接微流道接口，基本可消除机械互连结构产生的应力，但这些软钎并不耐腐蚀，容易产生电化学腐蚀现象，长期使用会存在漏液风险。
6.第三，如果采用比较耐腐蚀的金锡钎料来进行焊接，由于钎焊温度太高，实际焊接温度近300℃，很多封装材料都难以承受，并且对维修不利。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种封装结构体中微流道接口的互连结构及方法，通过本发明微流道接口的互连结构和/或互连方法实现了母版和功放器件的微流道之间的可靠连接，并保证了连接质量。
8.一方面，本发明目的通过下述技术方案来实现：
9.一种封装结构体中微流道接口的互连结构，所述封装结构体包括：母板和功放器件，所述母板内设有第一微流道，所述功放器件内设有第二微流道，所述互连结构包括：互连软钎料层和接口内套管；所述母板与所述功放器件经互连软钎料层相互焊接相连，
10.且所述第一微流道与所述第二微流道经接口内套管相连，所述接口内套管两端分别套接于所述第一微流道和第二微流道内侧，并分别经第二软钎料层焊接相连；
11.且所述第一微流道、第二微流道、接口内套管及第二软钎料层共同构成的流道内表面镀有防腐涂层。
12.根据一个优选的实施方式，所述接口内套管的外侧中部设有环状凸起限位结构；所述接口内套管经环状凸起限位结构卡接于母板和功放器件之间。
13.根据一个优选的实施方式，所述接口内套管与第一微流道和第二微流道的液流接口处设有倒角或圆角结构。
14.根据一个优选的实施方式，所述接口内套管材质为金、银、铜、铁、铝、钛、镍、钨、铱、铂的单一金属或合金，或者为经过表面金属化的金刚石、红宝石、蓝宝石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化铝、玻璃、石英、硅、ltcc、htcc。
15.根据一个优选的实施方式，设置于母板与所述功放器件的互连软钎料层由球栅阵列软钎料结构体构成。
16.根据一个优选的实施方式，所述球栅阵列软钎料结构体和第二软钎料层的软钎料熔点小于250℃，且所述软钎料为带助焊剂的膏状或无助焊剂的环状焊料。
17.根据一个优选的实施方式，所述软钎料材质为锡铅合金、锡铋合金、锡银铜合金、铟、铟锡合金、铟铅合金中的一种或多种。
18.根据一个优选的实施方式，所述防腐涂层采用化镀工艺或电镀工艺镀设，且所述防腐涂层厚度为0.01～1毫米；所述防腐涂层结构为单一涂层或交替混合涂层。
19.根据一个优选的实施方式，所述防腐涂层的材质为金、银、铜、钛、镍、铬、钨、钼、铱、铂的单一金属或合金。
20.另一方面，本发明还公开了：
21.一种封装结构体中微流道接口的互连方法，采用前述的互连结构，所述互连方法包括：
22.s1：根据电路设计母板及功放器件的基板，母板及功放器件的中间金属层分别加工有第一微流道和第二微流道，基板加工完成后，采用纯铜管切割一段作为接口内套管；
23.s2：清洗母板及功放器件；
24.s3：将功放器件的底面印刷软钎料焊膏，放入回流炉加热成球，形成球栅阵列软钎料结构体；
25.s4：将母板平放，放上接口内套管，再放上锡铅钎料环作为第二软钎料层，且接口内套管与第二软钎料层的交界处刷上助焊剂，所有层间球栅阵列软钎料结构体(301)也刷上钎剂；
26.s5：放上功放器件，并检查确定器件方向和接口内套管准确放入第二微流道的接口；
27.s6：将器件放入回流炉加热，冷却后取出，清洗焊接完的产品，同时对连通的第一微流道和第二微流道加液循环清洗检漏；
28.s7:采用化镀工艺或电镀工艺对第一微流道、第二微流道、接口内套管及第二软钎料层共同构成的流道内表面镀设防腐涂层。
29.前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
30.本发明的有益效果：通过本发明微流道接口的互连结构和/或互连方法实现了母版和功放器件的微流道之间的可靠连接，并保证了连接质量。
附图说明
31.图1是本发明封装结构体中微流道接口的互连结构示意图；
32.图2是图1中a区域的放大示意图；
33.图3是图1和图2中b区域的放大示意图；
34.其中，1-母板，2-功放器件，3-互连软钎料层，4-接口内套管，5-防腐涂层，101-第一微流道，102-第一微流道芯板，103-介质层，104-层间互连通孔，105-第一金属化层，201-功放围框，202-第二微流道芯板，203-电容器，204-功放末级芯片，205-第二微流道，206-功放前级芯片，207-键合引线，208-盖板，209-功放内控制芯片，210-高频介质层，211-底部介质层，212-互连过孔，213-第二金属化层，214-第三金属化层，301-球栅阵列软钎料结构体，302-第二软钎料层。
具体实施方式
35.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
39.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
41.实施例1：
42.参考图1所示，图中示出了一种封装结构体中微流道接口的互连结构，所述封装结构体包括：母板1和功放器件2。
43.母板1包括第一微流道芯板102和介质层103。所述第一微流道芯板102设置于介质层103内部。所述第一微流道芯板102内设有两条第一微流道101，所述第一微流道101一端沿第一微流道芯板102内延伸，另一端贯穿于介质层103表部设置。且介质层103内的第一微流道101的内壁设有金属层。
44.优选地，所述介质层103为多层板结构，介质层103内各板体之间设有层间互连通孔104，所述层间互连通孔104内壁设有第一金属化层。
45.功放器件2包括第二微流道芯板202、盖板208、高频介质层210和底部介质层211。所述盖板208盖接于第二微流道芯板202之上。所述高频介质层210设置于所述第二微流道芯板202顶侧，所述底部介质层211设置于第二微流道芯板202底侧。
46.优选地，所述功放器件2还包括若干电容器203、功放末级芯片204、功放前级芯片206、功放内控制芯片209。各电容器203、功放末级芯片204、功放前级芯片206、功放内控制芯片209设置于所述高频介质层210之上。
47.优选地，所述第二微流道芯板202内设有第二微流道205。
48.本发明封装结构体中微流道接口的互连结构：互连软钎料层3和接口内套管4。所述母板1与所述功放器件2经互连软钎料层3相互焊接相连。
49.具体地，所述互连软钎料层3设置于底部介质层211与介质层103之间。进一步地，设置于母板1与所述功放器件2件的互连软钎料层3由球栅阵列软钎料结构体301构成。
50.且所述第一微流道101与所述第二微流道205经接口内套管4相连，所述接口内套管4两端分别套接于所述第一微流道101和第二微流道205内侧，并分别经第二软钎料层302焊接相连。
51.优选地，接口内套管4的外侧中部设有环状凸起限位结构。所述接口内套管4经环状凸起限位结构卡接于母板1和功放器件2之间。具体地，接口内套管4经环状凸起限位结构卡接于底部介质层211与介质层103之间。从而有利于保证所述接口内套管4在焊接前及焊接过程中的结构稳定性，避免其发生位置移动，从而降低良品率。
52.优选地，所述接口内套管4与第一微流道101和第二微流道205的液流接口处设有倒角或圆角结构。有利于保证整个流道内流线的连续性，保证其内流体的稳定流动，从而实现液体与流道侧壁的均匀接触，以实现微电子器件的稳定降温制冷。
53.优选地，所述接口内套管4材质为金、银、铜、铁、铝、钛、镍、钨、铱、铂的单一金属或合金，或者为经过表面金属化的金刚石、红宝石、蓝宝石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化铝、玻璃、石英、硅、ltcc、htcc。
54.优选地，所述球栅阵列软钎料结构体301和第二软钎料层302的软钎料熔点小于250℃，且所述软钎料为带助焊剂的膏状或无助焊剂的环状焊料。
55.进一步地，所述软钎料材质为锡铅合金、锡铋合金、锡银铜合金、铟、铟锡合金、铟铅合金中的一种或多种。
56.优选地，且所述第一微流道101、第二微流道205、接口内套管4及第二软钎料层302共同构成的流道内表面镀有防腐涂层5。
57.进一步地，所述防腐涂层5采用化镀工艺或电镀工艺镀设，且所述防腐涂层5厚度为0.01～1毫米；所述防腐涂层5结构为单一涂层或交替混合涂层。
58.优选地，所述防腐涂层5的材质为金、银、铜、钛、镍、铬、钨、钼、铱、铂的单一金属或
合金。
59.实施例2
60.在实施例1的基础上，本实施例公开了：一种封装结构体中微流道接口的互连方法，采用实施例1的互连结构，所述互连方法可以包括如下步骤：
61.s1：根据电路设计母板1，及和功放器件2的基板，母板1及功放器件2的中间金属层(即是第一微流道芯板102和第二微流道芯板202)分别加工有第一微流道101和第二微流道205，基板加工完成后，采用纯铜管切割一段作为接口内套管4，直径为1毫米。
62.s2：采用微组装工艺对功放器件进行组装，完成相关电气连接，对功能指标进行测试，确保合格后备用。然后，清洗母板1及功放器件2。
63.s3：将功放器件2的底面印刷软钎料焊膏(可以为63sn/37pb)，放入回流炉加热成球，形成球栅阵列软钎料结构体301；
64.s4：将母板1平放，放上接口内套管4，再放上锡铅钎料环作为第二软钎料层302(内径为1.1毫米的锡铅63sn/37pb钎料环)，且接口内套管4与第二软钎料层的交界处刷上助焊剂，所有层间球栅阵列软钎料结构体301也刷上钎剂。
65.s5：放上功放器件2，并检查确定器件方向和接口内套管4准确放入第二微流道205的接口。
66.s6：将器件放入回流炉加热，实现软钎料焊接，冷却后取出，清洗焊接完的产品，同时对连通的第一微流道101和第二微流道205加液循环清洗并检漏。
67.检漏测试，要求漏率小于1
×
10-7
pa
·
m3/s，并对值进行记录。
68.s7:采用化镀工艺或电镀工艺对第一微流道101、第二微流道205、接口内套管4及第二软钎料层共同构成的流道内表面镀设防腐涂层5。
69.优选地，将母板微流道的接口接入电镀设备，将负极的线夹夹在微流道的接口处，接通电源，对微流道内壁进行镀镍，调整镀液流速、电压、电镀时间等参数，使镀层厚度控制在10微米左右。
70.然后，更换镀液为氰化亚金钾溶液，再将镍层表面镀上一层5微米的金。
71.电镀完成后加液清洗微流道，并吹干。将产品包状入库，实施过程结束。
72.实际应用中，先用锡铅钎料焊接微流道接口，然后在微流道内壁电镀了一层10微米的镍层后再电镀度一层5微米的金层，这样可达到最佳的防腐效果。通过对微流的加液的长期验证，接口处并没有发生电化学腐蚀现象，应用效果显著。
73.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种封装结构体中微流道接口的互连结构，所述封装结构体包括：母板(1)和功放器件(2)，所述母板(1)内设有第一微流道(101)，所述功放器件(2)内设有第二微流道(205)，其特征在于，所述互连结构包括：互连软钎料层(3)和接口内套管(4)；所述母板(1)与所述功放器件(2)经互连软钎料层(3)相互焊接相连，且所述第一微流道(101)与所述第二微流道(205)经接口内套管(4)相连，所述接口内套管(4)两端分别套接于所述第一微流道(101)和第二微流道(205)内侧，并分别经第二软钎料层(302)焊接相连；且所述第一微流道(101)、第二微流道(205)、接口内套管(4)及第二软钎料层(302)共同构成的流道内表面镀有防腐涂层(5)。2.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述接口内套管(4)的外侧中部设有环状凸起限位结构；所述接口内套管(4)经环状凸起限位结构卡接于母板(1)和功放器件(2)之间。3.如权利要求1或2所述的互连结构，其特征在于，所述接口内套管(4)与第一微流道(101)和第二微流道(205)的液流接口处设有倒角或圆角结构。4.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述接口内套管(4)材质为金、银、铜、铁、铝、钛、镍、钨、铱、铂的单一金属或合金，或者为经过表面金属化的金刚石、红宝石、蓝宝石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化铝、玻璃、石英、硅、ltcc、htcc。5.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，设置于母板(1)与所述功放器件(2)的互连软钎料层(3)由球栅阵列软钎料结构体(301)构成。6.如权利要求5所述的互连结构，其特征在于，所述球栅阵列软钎料结构体(301)和第二软钎料层(302)的软钎料熔点小于250℃，且所述软钎料为带助焊剂的膏状或无助焊剂的环状焊料。7.如权利要求6所述的互连结构，其特征在于，所述软钎料材质为锡铅合金、锡铋合金、锡银铜合金、铟、铟锡合金、铟铅合金中的一种或多种。8.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述防腐涂层(5)采用化镀工艺或电镀工艺镀设，且所述防腐涂层(5)厚度为0.01～1毫米；所述防腐涂层(5)结构为单一涂层或交替混合涂层。9.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述防腐涂层(5)的材质为金、银、铜、钛、镍、铬、钨、钼、铱、铂的单一金属或合金。10.一种封装结构体中微流道接口的互连方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的互连结构，所述互连方法包括：s1：根据电路设计母板(1)及功放器件(2)的基板，母板(1)及功放器件(2)的中间金属层分别加工有第一微流道(101)和第二微流道(205)，基板加工完成后，采用纯铜管切割一段作为接口内套管(4)；s2：清洗母板(1)及功放器件(2)；s3：将功放器件(2)的底面印刷软钎料焊膏，放入回流炉加热成球，形成球栅阵列软钎料结构体(301)；s4：将母板(1)平放，放上接口内套管(4)，再放上锡铅钎料环作为第二软钎料层(302)，且接口内套管(4)与第二软钎料层(302)的交界处刷上助焊剂，所有层间球栅阵列软钎料结
构体(301)也刷上钎剂；s5：放上功放器件(2)，并检查确定器件方向和接口内套管(4)准确放入第二微流道(205)的接口；s6：将器件放入回流炉加热，冷却后取出，清洗焊接完的产品，同时对连通的第一微流道(101)和第二微流道(205)加液循环清洗检漏；s7:采用化镀工艺或电镀工艺对第一微流道(101)、第二微流道(205)、接口内套管(4)及第二软钎料层(302)共同构成的流道内表面镀设防腐涂层(5)。

技术总结
本发明公开了一种封装结构体中微流道接口的互连结构及方法，所述封装结构体包括：母板和功放器件，所述母板内设有第一微流道，所述功放器件内设有第二微流道，所述互连结构包括：互连软钎料层和接口内套管；所述母板与所述功放器件经互连软钎料层相互焊接相连，且所述第一微流道与所述第二微流道经接口内套管相连，所述接口内套管两端分别套接于所述第一微流道和第二微流道内侧，并分别经第二软钎料层焊接相连；且所述第一微流道、第二微流道、接口内套管及第二软钎料层共同构成的流道内表面镀有防腐涂层。通过本发明微流道接口的互连结构和/或互连方法实现了母版和功放器件的微流道之间的可靠连接，并保证了连接质量。并保证了连接质量。并保证了连接质量。


技术研发人员：文泽海 曾策 潘玉华 陆吟泉 徐榕青 向伟玮 张剑 伍艺龙 刘道林 季兴桥
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/8/24