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随着信息时代的到来,半导体器件的2.5D/3D集成在不同应用中取得了显著的进展,面对日益增加的高性能、高集成度和小型化的应用需求,高效的冷却性能对其发展至关重要。微流道作为一种主动式散热技术,具有极低的热阻、较大的换热系数和良好的散热效率。先前的研究工作一方面初步证明了集成微流道散热技术对大功率芯片散热问题的可行性和先进性,而且部分技术已经逐步进入工程化应用研究阶段;但从另一方面可以看出微流道散热技术与三维集成一体化实现进展相对缓慢,三维集成微流道散热技术仍然面临兼容制造以及多物理场耦合影响等复杂问题的巨大挑战,距离应用工程化尚有较大距离;同时,随着GaN等异质集成的快速应用发展,使得散热问题更具挑战性。因此,本文提出了一种面向高性能SOC芯片和大功率GaN异质集成散热需求的内嵌微流道TSV转接板技术,全文主要围绕着内嵌微流道TSV转接板的结构设计、工艺研发、测试验证和极限探究等相关内容开展了一系列研究工作:本文分别设计了四种微流道结构和同轴阶梯型TSV垂直互连结构,同时满足了微流道散热和TSV电学传输要求,为2.5D/3D集成散热应用提供了有效的技术方案。随后设计了与TSV制造工艺兼容的工艺流程,运用硅-硅直接键合工艺、减薄工艺、双面保型电镀等多种工艺技术成功制备了内嵌微流道TSV转接板样品,验证了工艺制造的可行性,形成了优化工艺方案。分别在微流道样品上集成Pt电阻和模拟功率芯片研究微流道散热特性,搭建了内嵌微流道转接板散热特性测试系统,分别对不同结构的微流道转接板开展了散热特性测试分析。在前述工艺研究和微流道散热特性测试分析基础上,本文提出了基于内嵌微流道TSV转接板的异质集成封装技术概念,采用2-6GHz GaN射频功率放大器芯片作为研究载体,设计、组装和测试了基于TSV转接板微流道散热的准三维集成GaN射频功放组件。试验结果显示在微流道冷却作用下,当冷却液流速为80mL/min,GaN射频功放模块能够正常工作,等效热流密度不低于425W/cm2,验证了该技术方案的可行性。建立了内嵌微流道TSV转接板散热特性分析模型,结合试验数据,对仿真分析模型进行验证和偏差分析,由此对微流道结构极限散热能力进行了预测分析,为后续应用设计开发提供指导和建议。