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       近日，廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于大全、鐘毅老師團(tuán)隊與華為、廈門云天團(tuán)隊合作，在先進(jìn)封裝玻璃轉(zhuǎn)接板集成芯片-金剛石散熱技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)成果以“Heterogeneous Integration of Diamond-on-Chip-on-Glass Interposer for Efficient Thermal Management”為題發(fā)表在微電子器件封裝制造領(lǐng)域的國際權(quán)威期刊IEEE Electron Device Letters上，并被選為當(dāng)期封面文章（Front cover）及編輯精選文章（Editors’ Picks）。

       隨著AI技術(shù)的飛速發(fā)展及其對算力的巨大需求，2.5D 及3D封裝技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。相比于硅轉(zhuǎn)接板，采用玻璃轉(zhuǎn)接板的2.5D封裝具有一下優(yōu)勢：1）優(yōu)良的高頻電學(xué)特性；2）大尺寸超薄玻璃襯底易于獲?。?）工藝流程簡單，無需制作通孔側(cè)壁絕緣層；4）大尺寸襯底和簡化工藝流程帶來的低成本優(yōu)勢。另一方面，無論是采用硅轉(zhuǎn)接板還是玻璃轉(zhuǎn)接板的2.5D封裝，以及多個有源芯片堆疊的3D集成，其更大的集成密度和功率密度對芯片熱管理提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前的冷卻技術(shù)主要依賴于熱通孔、均熱板、強(qiáng)制空氣或液體冷卻，這些封裝級或者板級的散熱技術(shù)造成了更大的外形尺寸和顯著的能源消耗。

      金剛石具有極高的各向同性熱電導(dǎo)率（1000-2200 W/(mK)），作為散熱器具有廣闊的前景。目前金剛石的人工合成受限于5英寸圓片，導(dǎo)致其與半導(dǎo)體襯底的晶圓級集成僅限于尺寸較小的III-V族半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體（GaN、SiC）等；此外，人造金剛石的生長溫度超過400℃，極易對芯片造成破壞。芯片級集成可規(guī)避圓片尺寸小、生長溫度高的問題。然而，傳統(tǒng)的芯片鍵合技術(shù)，例如焊接和銀燒結(jié)，通常會引入較厚的焊接層，進(jìn)而導(dǎo)致較大的界面熱阻。當(dāng)前亟需一種低溫、低應(yīng)力、低界面熱阻的芯片級金剛石集成工藝。

圖文導(dǎo)讀

圖1. (a)用于金剛石/芯片封裝的帶有玻璃通孔(TGV)和再分配層(RDLs)的6英寸玻璃轉(zhuǎn)接板，(b)鍵合在玻璃轉(zhuǎn)接板晶圓上的芯片，(c)集成金剛石-芯片-玻璃轉(zhuǎn)接板(DoCoG)的結(jié)構(gòu)示意圖，(d) DoCoG封裝熱測試配置照片。

圖2. (a) 金剛石與帶有微凸塊的熱測試芯片鍵合工藝示意圖，(b)金剛石/硅鍵合界面的SEM和(c) TEM分析，(d)~(g) C、Si、Ti、Cu和Au元素的EDS分布圖。

圖3. (a) 熱測試芯片上有28個可獨(dú)立控制加熱的區(qū)域，(b)金剛石/熱測試芯片鍵合界面的空洞，(c)不同功率密度下的最大熱點(diǎn)溫度，(d)和(e)分別是不同鍵合孔隙率下，以功率密度作為局部高熱流加熱和全局均勻熱流加熱的測量溫度。

       這項(xiàng)研究創(chuàng)新性地融合了金剛石低溫鍵合與玻璃轉(zhuǎn)接板技術(shù)，首次成功將多晶金剛石襯底集成于玻璃轉(zhuǎn)接板芯片背面，不僅符合電子設(shè)備小型化、輕量化的趨勢，更成為芯片高效散熱的突破路徑，推動了金剛石散熱襯底在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。同時，團(tuán)隊深入研究了玻璃襯底無源器件技術(shù)及金剛石襯底散熱技術(shù)，為高性能、高集成度、低成本的微系統(tǒng)三維集成提供了有力支撐。