多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)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(fù)合基板的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)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(fā)展，尤其是各種載荷受限的軍用電子設(shè)備以及便攜式民用電子產(chǎn)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(lián)和組裝密度。多層低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)是將低溫?zé)Y(jié)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(dǎo)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°C下燒結(jié)，制成三維空間的高密度電路。LTCC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子裝備三維立體高密度互聯(lián)、組裝較為理想的多層電路板成型技術(shù)。
[0003]LTCC多層基板具有介電常數(shù)低、插入損耗小、介質(zhì)損耗角正切良好、可埋置無源元件和功能電路等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于微電子封裝、多芯片組件(MCM)和系統(tǒng)級封裝(SIP) o LTCC技術(shù)在提升電路組件互聯(lián)、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(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量主要通過陶瓷基板散發(fā)到環(huán)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(dǎo)熱系數(shù)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(nèi)增加金屬散熱通孔的方法對基板散熱能力進(jìn)行補(bǔ)償，但隨著電路密度和器件功率的進(jìn)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。
[0004]到目前為止，在大功率集成電路中已投入使用的高導(dǎo)熱陶瓷基板材料有Al203、Be0和A1N等。A1203強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性高，且原料來源豐富，適用于各種各樣的技術(shù)制造以及不同的形狀，但A1203基板的導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，和S1、GaAs等半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)也不太匹配。BeO具有比金屬鋁還高的導(dǎo)熱系數(shù)，但溫度超過300°C后迅速降低，最重要的是由于其毒性限制了自身的發(fā)展。A1N是近年來迅速發(fā)展的新型無毒陶瓷基板材料，具有優(yōu)越的熱傳導(dǎo)性、高絕緣性和接近于S1、GaAs等的熱膨脹系數(shù)，被譽(yù)為新一代高溫大功率射頻基板的理想材料;A1N陶瓷的缺點(diǎn)是即使在表面有非常薄的氧化層也會對導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生影響，只有對材料和工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制才能制造出一致性較好的A1N基板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是旨在提供一種具有顯著的抗熱震性能和熱穩(wěn)定性能、對提高在極端溫度下工作器件穩(wěn)定性十分明顯的多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板的制備方法，以解決常規(guī)LTCC基板導(dǎo)熱系數(shù)低、在多芯片組件工作時面臨散熱能力不足的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板的制備方法，具有如下技術(shù)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(nèi)填充犧牲材料，然后將上、下兩層生瓷片疊層在氮化鋁A1N底板上；用溫水等靜壓將LTCC生瓷片和A1N底板層壓在一起后，放入燒結(jié)爐中進(jìn)行共燒，形成帶熱沉和液冷流道的LTCC-A1N復(fù)合基板；基板燒結(jié)完成后，通過共晶焊或?qū)щ娿y漿粘接將多芯片組件安裝在A1N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(jìn)行電氣互聯(lián)，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-A1N復(fù)合基板上的組裝。
[0007]本發(fā)明具有如下有益效果。
[0008]本發(fā)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A1N底板固定在一起，再將多芯片組件組裝在A1N底板上，成功地利用A1N底板的高導(dǎo)熱系數(shù)(150W/mK?190W/mK)和液冷流道散熱對多芯片組件進(jìn)行冷卻，解決了 LTCC基板材料導(dǎo)熱系數(shù)低、多芯片組件結(jié)構(gòu)散熱困難的缺陷。
[0009]本發(fā)明通過A1N底板將芯片工作過程中產(chǎn)生的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)對芯片的冷卻；同時，通過液冷管道對基板內(nèi)的液冷流道進(jìn)行通液循環(huán)，將A1N底板的熱量帶出，實(shí)現(xiàn)對整個結(jié)構(gòu)的冷卻，具有顯著的抗熱震性能和熱穩(wěn)定性能，對提高在極端溫度下工作器件穩(wěn)定性十分顯著。
[0010]本發(fā)明將上、下兩層生瓷片疊層在A1N底板上；用溫水等靜壓將LTCC生瓷片和A1N底板層壓在一起后，放入燒結(jié)爐中進(jìn)行共燒，形成帶熱沉和液冷流道的LTCC-A1N復(fù)合基板，可在不增加外部散熱裝置的情況下，克服LTCC材料本身導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，滿足LTCC基板對多芯片組件的散熱要求。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板結(jié)構(gòu)的實(shí)施例示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板的制作流程示意圖。
[0013]圖中:1.LTCC多層基板、2.A1N底板、3.多芯片組件、4.液冷流道腔體、5.封裝蓋板、6.液冷管、7.下層LTCC生瓷片、8.上層LTCC生瓷片、9.多芯片組件安裝腔體、10.犧牲材料、11層壓后的LTCC-A1N復(fù)合基板、12.共燒后的LTCC-A1N復(fù)合基板。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0015]參閱圖1。在以下描述的一個最佳實(shí)施例中，多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板是基于LTCC-A1N復(fù)合基板的多芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)。多芯片組件散熱封裝陶瓷復(fù)合基板主要包括LTCC多層基板1、底層A1N底板2、多芯片組件3、液冷流道腔體4、封裝蓋板5和液冷管6，其中，LTCC多層基板1疊層在A1N底板2上，液冷流道腔體4設(shè)置在LTCC多層基板1與A1N底板2疊層的結(jié)合面之間，沿疊層縱向截面依次排列，并連通設(shè)置在LTCC多層基板1上表面上的液冷管6，多芯片組件3裝配在LTCC多層基板1橫向制出的缺口槽中，固定在A1N底板2上，通過LTCC多層基板1上的封裝蓋板5密閉封裝。芯片工作過程中產(chǎn)生的熱量通過A1N底板2散熱帶走部分熱量進(jìn)行冷卻，同時，通過液冷管6連通液冷流道腔體4形成通液循環(huán)通道，通液循環(huán)通道對LTCC-A1N復(fù)合基板內(nèi)的液冷流道腔體4進(jìn)行通液循環(huán)，將A1N底板的熱量帶出，實(shí)現(xiàn)對整個結(jié)構(gòu)的冷卻。
[0016]參閱圖2。根據(jù)本發(fā)明，首先分別在上、下兩層LTCC生瓷片中制出器件安裝腔體和液冷流道腔體，再在LTCC生瓷片的腔體內(nèi)填充犧牲材料，然后將上、下兩層生瓷片疊層在A1N底板上；用溫水等靜壓將LTCC生瓷片和A1N底板層壓在一起后，放入燒結(jié)爐中進(jìn)行共燒，形成帶熱沉和液冷流道的LTCC-A1N復(fù)合基板；基板燒結(jié)完成后，通過共晶焊或?qū)щ娿y漿粘接將多芯片組件安裝在A1N底板上，再通過金絲鍵合工藝將芯片組件與LTCC基板腔體臺階表面進(jìn)行電氣互聯(lián)，最后通過焊接將液冷管、封裝蓋板與LTCC焊接在一起，完成多