芯片封装方法、芯片封装结构及电子设备与流程

专利2025-11-09  30


本发明涉及芯片,尤其涉及一种芯片封装方法、芯片封装结构及电子设备。


背景技术:

1、服务器中的cpu(central processing unit,中央处理器)、gpu(graphicsprocessing unit,图形处理器)等高功率芯片,作为数据处理的核心部件,在运行过程中会产生大量的热量,高功率带来的高热密度问题,已成为制约其性能发挥和稳定性的关键因素。

2、目前,芯片通常通过散热器进行散热,芯片通过散热金属盖与散热器相接触,芯片与散热金属盖之间具有硅脂、液态金属等热界面材料(thermal interface material,tim)。

3、然而,硅脂等常见的热界面材料有时会存在涂抹分布不均的问题,在高功率芯片运行时,与散热金属盖接触不良时,会导致芯片热点温度较高,散热能力不足。


技术实现思路

1、本发明提供一种芯片封装方法,旨在至少解决现有技术中在高功率芯片运行时,与散热金属盖接触不良时,会导致芯片热点温度较高,散热能力不足的技术问题。

2、在本发明实施的第一方面,首先提供了一种芯片封装方法,包括:

3、提供芯片裸片,在所述芯片裸片上形成金刚石层;

4、对所述金刚石层远离所述芯片裸片的第一表面进行抛光处理;

5、在金刚石层的第一表面上形成第一金属键合层,得到第一器件;

6、提供集成散热器,在所述集成散热器上形成第二金属键合层,得到第二器件;

7、将所述第一器件中的第一金属键合层与所述第二器件中的第二金属键合层进行键合。

8、可选地,提供芯片裸片,在所述芯片裸片上形成金刚石层,包括:

9、提供芯片裸片;

10、将芯片裸片置于金刚石粉悬浮液中进行超声处理;

11、采用化学气相沉积工艺在所述芯片裸片上沉积金刚石层。

12、可选地,所述第一金属键合层包括层叠设置的铬层、金层和外银层,所述外银层包括第一银层和第二银层;

13、在抛光处理后的金刚石层的第一表面上形成第一金属键合层,包括:

14、在抛光处理后的金刚石层的第一表面上沉积铬层;

15、在所述铬层上沉积金层;

16、在所述金层上沉积第一银层,其中,所述第一银层的厚度大于所述铬层的厚度,且大于所述金层的厚度;

17、在所述第一银层上电镀第二银层,其中,所述第二银层的厚度大于所述第一银层的厚度;

18、所述第二金属键合层包括层叠设置的内银层和铟层;

19、在所述集成散热器上形成第二金属键合层,包括:

20、在所述集成散热器上电镀内银层;

21、在所述内银层上电镀铟层。

22、可选地,将所述第一器件中的第一金属键合层与所述第二器件中的第二金属键合层进行键合,包括:

23、将所述第一器件和所述第二器件置于真空设备中,其中,所述第一器件放置在所述第二器件上,且所述第一器件中的第一金属键合层与所述第二器件中的第二金属键合层紧密接触;

24、将所述真空设备内部抽真空至第一真空压力;

25、将所述真空设备内部加热至第一键合温度,并持续第一键合时间,以使所述第一器件中的第一金属键合层与所述第二器件中的第二金属键合层键合;

26、将键合后的第一器件和第二器件冷却至第一设定温度。

27、可选地,采用化学气相沉积工艺在所述芯片裸片上沉积金刚石层,包括:

28、将超声处理后的芯片裸片置于化学气相沉积腔室内;

29、将所述化学气相沉积腔室抽真空至第一真空度;

30、向所述化学气相沉积腔室内通入反应气体;

31、将所述化学气相沉积腔室加热至第一沉积温度,并持续第一沉积时间,以使所述芯片裸片上沉积金刚石层。

32、可选地,对所述金刚石层远离所述芯片裸片的第一表面进行抛光处理,包括:

33、对所述金刚石层远离所述芯片裸片的第一表面进行研磨;

34、对研磨后的金刚石层的第一表面进行机械抛光;

35、对机械抛光后的金刚石层的第一表面进行化学机械抛光;

36、其中,抛光处理后的金刚石层的第一表面的表面粗糙度小于或等于1纳米。

37、可选地,所述金刚石层为多晶金刚石层或者单晶金刚石层;

38、所述铬层的厚度大于或等于20纳米,小于或等于40纳米;所述金层的厚度大于或等于40纳米,小于或等于60纳米;所述第一银层的厚度大于或等于0.5微米,小于或等于2微米;所述第二银层的厚度大于或等于3微米,小于或等于5微米;

39、所述内银层的厚度大于或等于10微米,小于或等于20微米;所述铟层的厚度大于或等于5微米,小于或等于10微米。

40、可选地,对所述金刚石层远离所述芯片裸片的第一表面进行抛光处理之后,在金刚石层的第一表面上形成第一金属键合层之前,还包括:

41、采用第一有机溶剂对抛光处理后的金刚石层的第一表面进行初步清洗;

42、对初步清洗后的金刚石层的第一表面进行氧等离子清洗第一设定时间。

43、在本发明实施的第二方面,还提供了一种芯片封装结构,采用上述任一项所述的芯片封装方法封装而成,所述芯片封装结构包括层叠设置的芯片裸片、金刚石层、第一金属键合层、第二金属键合层和集成散热器,所述第一金属键合层与所述第二金属键合层相键合。

44、在本发明实施的第三方面,还提供了一种电子设备,包括上述所述的芯片封装结构。

45、本发明实施例中,采用金刚石层替代现有的与芯片直接接触的热界面材料,金刚石层具有超高热导率,金刚石层的热导率远高于现有的热界面材料的热导率,能够加快芯片的热量传递,提高了芯片的散热效果和散热效率,以确保芯片在最佳温度下运行,避免芯片过热,确保了芯片能够在高功率下稳定运行,解决了现有技术中因硅脂涂抹分布不均,芯片与散热金属盖接触不良,而导致芯片热点温度较高,散热能力不足的问题。此外,通过第一器件中的第一金属键合层与第二器件中的第二金属键合层的键合,能够保证第一器件与第二器件的紧密接触,以进一步提高散热效果。另外,通过对金刚石层远离芯片裸片的第一表面进行抛光处理,能够提高金刚石层的第一表面的平整度,进而保证了形成在金刚石层的第一表面上的第一金属键合层的平整度,从而保证了第一金属键合层与第二金属键合层的良好接触,能够有效地将芯片裸片的热量从金刚石层传递至集成散热器,进一步提高了散热效果。



技术特征:

1.一种芯片封装方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,提供芯片裸片,在所述芯片裸片上形成金刚石层,包括:

3.根据权利要求1或2所述的芯片封装方法,其特征在于,所述第一金属键合层包括层叠设置的铬层、金层和外银层,所述外银层包括第一银层和第二银层;

4.根据权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,将所述第一器件中的第一金属键合层与所述第二器件中的第二金属键合层进行键合,包括:

5.根据权利要求2所述的芯片封装方法,其特征在于,采用化学气相沉积工艺在所述芯片裸片上沉积金刚石层,包括:

6.根据权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,对所述金刚石层远离所述芯片裸片的第一表面进行抛光处理,包括:

7.根据权利要求3所述的芯片封装方法,其特征在于,所述金刚石层为多晶金刚石层或者单晶金刚石层;

8.根据权利要求1所述的芯片封装方法,其特征在于,对所述金刚石层远离所述芯片裸片的第一表面进行抛光处理之后,在金刚石层的第一表面上形成第一金属键合层之前,还包括:

9.一种芯片封装结构,其特征在于,采用权利要求1至8任一项所述的芯片封装方法封装而成,所述芯片封装结构包括层叠设置的芯片裸片、金刚石层、第一金属键合层、第二金属键合层和集成散热器,所述第一金属键合层与所述第二金属键合层相键合。

10.一种电子设备,其特征在于,包括权利要求9所述的芯片封装结构。


技术总结
本发明公开了一种芯片封装方法、芯片封装结构及电子设备,芯片封装方法包括:提供芯片裸片,在芯片裸片上形成金刚石层;对金刚石层远离芯片裸片的第一表面进行抛光处理;在金刚石层的第一表面上形成第一金属键合层,得到第一器件;提供集成散热器,在集成散热器上形成第二金属键合层,得到第二器件;将第一器件中的第一金属键合层与第二器件中的第二金属键合层进行键合。本发明实施例中,采用金刚石层替代现有的与芯片直接接触的热界面材料,金刚石层具有超高热导率,金刚石层的热导率远高于现有的热界面材料的热导率,能够加快芯片的热量传递,提高了芯片的散热效果和散热效率。

技术研发人员:李斌
受保护的技术使用者:苏州元脑智能科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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