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

1、隨著信息時(shí)代的到來，人們對(duì)集成電路的存儲(chǔ)、處理等能力要求越來越高。對(duì)集成電路的集成度要求也越來越高。但隨著14nm節(jié)點(diǎn)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(shù)發(fā)展將走向極限，于是就提出了三維芯片集成技術(shù)(3D IC Integration)。但I(xiàn)TRS報(bào)告指出，當(dāng)硅晶體管柵寬達(dá)到14nm時(shí)，單顆高性能芯片能量密度將會(huì)大于100W/cm2，若將高性能芯片進(jìn)行TSV三維立體集成，高功率點(diǎn)將在三維立體空間分布，能量密度將會(huì)

2、是堆疊芯片能量密度的總和，這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)作為一項(xiàng)具有發(fā)展前景的主動(dòng)式TSV三維集成芯片散熱技術(shù)被提出，并迅速成為國際學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界研究開發(fā)的一大熱點(diǎn)。
　　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(jié)合內(nèi)嵌擾流式微流道TSV轉(zhuǎn)接板現(xiàn)存的技術(shù)問題，選擇“內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板關(guān)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(jí)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(shè)計(jì)了三種不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)嵌式微通道，并提出了較為全面的散熱效率評(píng)估方法對(duì)三種內(nèi)嵌式微通道進(jìn)行分析，得到了散熱效率較高的內(nèi)嵌式微通道結(jié)構(gòu);此外，針對(duì)內(nèi)嵌式微通道存在對(duì)TSV電學(xué)性能的影響，分別模擬并分析了內(nèi)嵌式微通道對(duì)單根TSV及GSG-

4、TSV傳輸線電信號(hào)的影響，掌握了內(nèi)嵌式微通道對(duì)TSV電信號(hào)的影響因素。論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　根據(jù)內(nèi)嵌擾流式微通道TSV轉(zhuǎn)接板的實(shí)際工藝需求，設(shè)計(jì)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(duì)微流體進(jìn)出口區(qū)域的強(qiáng)制分流平衡支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及對(duì)帶有內(nèi)嵌式微通道硅晶圓樣品的制造，完成了晶圓級(jí)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(duì)鍵合及減薄后帶有內(nèi)嵌式微通道的硅晶圓樣品進(jìn)行溫度及壓強(qiáng)

5、測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其可達(dá)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(shè)計(jì)三種微通道的溫度云圖及壓強(qiáng)云圖。提出更全面的評(píng)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(cuò)翅片型微通道具有更高的散熱效率，對(duì)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(shì)，為內(nèi)嵌式微通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了重要參考。
　　針對(duì)硅與微通道的電學(xué)性能不同以及硅作為壓阻材料受流體沖擊會(huì)改變電阻率的特點(diǎn)，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(guān)電學(xué)參數(shù)。并分析得知微通道及微流體的存在會(huì)引起TSV電信號(hào)的損失，且主要表現(xiàn)在寄生電導(dǎo)及寄生