一种基于内置式散热的功率器件的制备方法及功率器件

本申请涉及微电子封装，特别是涉及一种基于内置式散热的功率器件的制备方法及功率器件。

背景技术：

1、功率器件目前广泛应用在通讯、军事、交通等多个领域，随着新一代宽禁带半导体材料（如碳化硅、氮化镓）的应用，功率器件的热管理问题成为了制约其发展的主要因素。一般高电子迁移率晶体管基片的发热特性为热点形式发热，且热点尺寸在数微米到数百微米之间，其总热功率较小，热流密度极高，通常需要在衬底上将热量扩散开以进行散热。

2、蒸汽腔利用气体的横向扩散能力，可以实现极高的等效热导率，具有优异的平面热扩散能力，因此广泛的应用于电子器件的散热领域。然而电子器件的蒸汽腔散热均是集成在功率器件的外部，且制备材料多为金属或硅基，导致较小的热点难以在外置式的蒸汽腔上实现有效的热扩散。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请的目的之一在于提供一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，以解决当今电子器件用的微型蒸汽腔难以有效散热的问题。本申请目的之二在于提供一种基于内置式散热的功率器件，以有效地将功率器件产生的热量从热点区域传递到蒸汽腔中，提高散热效率。

2、为实现目的之一，本申请第一方面提供了一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，所采用的技术方案是：

3、一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，所述方法包括：

4、选择功率器件，在所述功率器件的衬底上沉积磁性金属层；

5、将所述磁性金属层通过光刻剥离技术图形化；

6、自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出蒸汽腔模型；

7、在所述蒸汽腔模型内填充蒸汽；

8、熔化所述磁性金属层，密封含有所述蒸汽的所述蒸汽腔模型在所述衬底上的开口，得到内置有微型蒸汽腔的功率器件。

9、可选地，所述选择功率器件，在所述功率器件的衬底上沉积磁性金属层，包括：

10、将所述功率器件的正面通过临时键合材料与临时载片键合；

11、对所述功率器件的所述衬底进行减薄；

12、在减薄后的所述衬底上沉积所述磁性金属层。

13、可选地，所述自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出蒸汽腔模型，包括：

14、基于图形化后的所述磁性金属层的位置，以预设参数刻蚀所述功率器件的衬底至外延层所在的部分区域。

15、可选地，所述自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出蒸汽腔模型，包括：

16、利用电感耦合等离子体技术或反应离子刻蚀技术，以预设参数刻蚀所述功率器件的衬底至外延层所在的部分区域。

17、可选地，所述预设参数包括蒸汽腔数量、蒸汽腔形状、蒸汽腔尺寸、蒸汽腔位置和蒸汽腔布设方式中的至少一种；其中，

18、所述以预设参数刻蚀所述功率器件的衬底至外延层所在的部分区域，包括：

19、自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出一条或多条呈阵列排列的多个蒸汽腔模型。

20、可选地，所述对所述功率器件的所述衬底进行减薄，包括：

21、研磨所述衬底，减少所述衬底的厚度；

22、所述在减薄后的所述衬底上沉积所述磁性金属层，包括：

23、利用气相沉积技术将磁性材料沉积在减薄后的所述衬底上。

24、可选地，所述在所述蒸汽腔模型内填充蒸汽，包括：

25、将具有所述蒸汽腔模型的所述功率器件转移至具有饱和蒸汽压的密封容器中，使所述蒸汽通过所述蒸汽腔模型的开口进入所述蒸汽腔模型内。

26、可选地，所述熔化所述磁性金属层，密封含有所述蒸汽的所述蒸汽腔模型在所述衬底上的开口，包括：

27、使用磁感应加热技术使所述磁性金属层沿着所述衬底所在的平面熔化，密封含有所述蒸汽的所述蒸汽腔模型在所述衬底上的开口。

28、可选地，所述得到内置有微型蒸汽腔的功率器件之后，包括：

29、将所述功率器件上的所述磁性金属层与散热部件键合，使所述微型蒸汽腔的冷端与所述散热部件接触。

30、为实现目的之二，本申请第二方面提供了一种基于内置式散热的功率器件，所采用的技术方案是：

31、一种基于内置式散热的功率器件，所述功率器件由本申请第一方面所提供的基于内置式散热的功率器件的制备方法制备得到，所述功率器件包括轴向重叠设置的磁性金属层、衬底和外延层，所述功率器件内置有微型蒸汽腔，且所述微型蒸汽腔位于所述衬底和所述外延层上。

32、与现有技术相比，本申请至少存在以下几点显著的进步：

33、本申请实施例的制备方法，由于微型蒸汽腔是在功率器件的衬底及外延层薄膜上制备的，更接近热点，当电子器件的热点区域产生热量时，可以在较短时间内将热量均匀分布到整个微型蒸汽腔中，实现更好的热扩散效果，提高了热传递效率；

34、本申请实施例的制备方法，制备出的微型蒸发腔的特征尺寸小，尺寸在数十或数百微米区间内，启动两相换热所需的加热条件较低，可以更快地响应热点的热变化，提高散热速度；

35、本申请实施例的制备方法，制备出的微型蒸汽腔可以更均匀地分布热量，且不用受到材料的限制，减少由于热点引起的热应力，从而提高了功率器件的可靠性和寿命；

36、本申请实施例的功率器件，微型蒸汽腔内置在功率器件内，微型蒸汽腔与热点区域近距离接触，可以更快速直接地吸收和传导热量，因此实现更有效地对高热流密度的热点进行散热，特别适用于功率密度高、热点尺寸小的半导体器件；并且内部集成的微型蒸汽腔不会增加器件的外部尺寸，有助于实现更微型化和轻量化的电子产品设计；

37、综上，本申请实施例制备出的基于内置式散热的功率器件为高性能半导体器件提供了一种更高效、紧凑且可靠的热管理解决方案。

技术特征：

1.一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述选择功率器件，在所述功率器件的衬底上沉积磁性金属层，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出蒸汽腔模型，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出蒸汽腔模型，包括：

5.根据权利要求3或4所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述预设参数包括蒸汽腔数量、蒸汽腔形状、蒸汽腔尺寸、蒸汽腔位置和蒸汽腔布设方式中的至少一种；其中，

6.根据权利要求2所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述对所述功率器件的所述衬底进行减薄，包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述在所述蒸汽腔模型内填充蒸汽，包括：

8.根据权利要求1所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述熔化所述磁性金属层，密封含有所述蒸汽的所述蒸汽腔模型在所述衬底上的开口，包括：

9.根据权利要求1所述的一种基于内置式散热的功率器件的制备方法，其特征在于，所述得到内置有微型蒸汽腔的功率器件之后，包括：

10.一种基于内置式散热的功率器件，其特征在于，所述功率器件由权利要求1-9任意一项所述的基于内置式散热的功率器件的制备方法制备得到，所述功率器件包括轴向重叠设置的磁性金属层、衬底和外延层，所述功率器件内置有微型蒸汽腔，且所述微型蒸汽腔位于所述衬底和所述外延层上。

技术总结
本申请提供了一种基于内置式散热的功率器件的制备方法及功率器件，方法包括选择功率器件，在所述功率器件的衬底上沉积磁性金属层；将所述磁性金属层通过光刻剥离技术图形化；自所述功率器件的衬底至外延层上刻蚀出蒸汽腔模型；在所述蒸汽腔模型内填充蒸汽；熔化所述磁性金属层，密封含有所述蒸汽的所述蒸汽腔模型在所述衬底上的开口，得到内置有微型蒸汽腔的功率器件。通过本申请提供的制备方法，解决了当今电子器件用的外置式蒸汽腔难以有效散热的问题。

技术研发人员：王玮,杜建宇,张驰,武宏旭,石上阳
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15