內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板關鍵工藝及其特性研究.pdf

1、隨著信息時代的到來，人們對集成電路的存儲、處理等能力要求越來越高。對集成電路的集成度要求也越來越高。但隨著14nm節(jié)點制造工藝芯片完成量產(chǎn)，以縮小二維尺寸提高集成電路集成度的技術發(fā)展將走向極限，于是就提出了三維芯片集成技術(3D IC Integration)。但ITRS報告指出，當硅晶體管柵寬達到14nm時，單顆高性能芯片能量密度將會大于100W/cm2，若將高性能芯片進行TSV三維立體集成，高功率點將在三維立體空間分布，能量密度將會

2、是堆疊芯片能量密度的總和，這將遠遠超過現(xiàn)有散熱方式的散熱能力。內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板技術作為一項具有發(fā)展前景的主動式TSV三維集成芯片散熱技術被提出，并迅速成為國際學術界及產(chǎn)業(yè)界研究開發(fā)的一大熱點。
　　本文依托國家自然基金“三維集成擾流式散熱微流道與TSV力電耦合研究”和航空基金“內(nèi)嵌擾流式微通道的TSV轉(zhuǎn)接板制造研究”，結合內(nèi)嵌擾流式微流道TSV轉(zhuǎn)接板現(xiàn)存的技術問題，選擇“內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板關鍵工藝及其特性研究

3、”作為碩士課題，提出了與TSV制造工藝兼容的內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板制造工藝流程，并通過樣品的制備，掌握了帶有內(nèi)嵌式微通道的晶圓級硅硅直接鍵合工藝及其減薄工藝，開發(fā)了與TSV制造工藝兼容的制造工藝;本文設計了三種不同結構的內(nèi)嵌式微通道，并提出了較為全面的散熱效率評估方法對三種內(nèi)嵌式微通道進行分析，得到了散熱效率較高的內(nèi)嵌式微通道結構;此外，針對內(nèi)嵌式微通道存在對TSV電學性能的影響，分別模擬并分析了內(nèi)嵌式微通道對單根TSV及GSG-

4、TSV傳輸線電信號的影響，掌握了內(nèi)嵌式微通道對TSV電信號的影響因素。論文的主要工作包括以下幾個方面:
　　根據(jù)內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板的實際工藝需求，設計了與TSV制造工藝兼容的內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板制造工藝流程。并通過對微流體進出口區(qū)域的強制分流平衡支撐結構設計以及對帶有內(nèi)嵌式微通道硅晶圓樣品的制造，完成了晶圓級內(nèi)嵌式微通道硅硅直接鍵合工藝和減薄工藝的開發(fā);通過對鍵合及減薄后帶有內(nèi)嵌式微通道的硅晶圓樣品進行溫度及壓強

5、測試實驗，驗證了其可達到TSV制造工藝的工藝環(huán)境要求，即此制造工藝與TSV制造工藝相兼容，完成了與TSV制造工藝兼容的內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板制造工藝流程的開發(fā)。
　　建立熱流固有限元仿真模型，得到并分析了本文所設計三種微通道的溫度云圖及壓強云圖。提出更全面的評估了三種內(nèi)嵌式微通道的散熱效率的TEC參數(shù)。并分析得知交錯翅片型微通道具有更高的散熱效率，對于同一種類型的內(nèi)嵌式微通道來說，較大的通道寬度的內(nèi)嵌式微通道散熱效率要優(yōu)于較

6、小通道寬度的內(nèi)嵌式微通道散熱效率，且另不均勻熱載荷下與均勻熱載荷下的內(nèi)嵌式微通道散熱效率具有相同的趨勢，為內(nèi)嵌式微通道結構的設計提供了重要參考。
　　針對硅與微通道的電學性能不同以及硅作為壓阻材料受流體沖擊會改變電阻率的特點，分別建立內(nèi)嵌式微通道TSV轉(zhuǎn)接板單根TSV單元電磁仿真模型以及GSG型TSV-RDL單元電磁仿真模型，得到TSV相關電學參數(shù)。并分析得知微通道及微流體的存在會引起TSV電信號的損失，且主要表現(xiàn)在寄生電導及寄生