一种功率半导体芯片封装导热罩的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种功率半导体芯片封装导热罩，它包含功率半导体芯片(1)，该功率半导体芯片(1)与封装基板(5)之间设有导热通道(3)，所述导热通道(3)的间隙处填充有焊接层(2)，所述的焊接层(2)的将功率半导体芯片(1)和导热通道(3)焊接成一个整体，所述导热通道(3)的外面设有一圈导热圈(4)，所述封装基板(5)的底部通过粘合层与鳍状散热片(7)相连。本发明由于功率半导体芯片产生的热量通过导热罩内部的导热通道实现向封装基板和导热罩外部导热圈快速有效地传播，从而降低了封装系统的热阻、增加了芯片封装导热效率，大大提高了功率半导体器件芯片的高温可靠性，从而保证了芯片工作的性能。
【专利说明】一种功率半导体芯片封装导热罩
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是半导体散热【技术领域】，具体涉及一种功率半导体芯片封装导热 罩。
【背景技术】
[0002] 随着半导体集成电路高速度、高密度、高性能的发展趋势，热管理成了集成电路芯 片封装中的一个非常重要的问题。集成电路中的散热问题在许多应用中是至关要的，比如 以CPU为代表的高性能单芯片的功耗已经达到了 100W以上，半导体芯片尤其是半导体功率 芯片封装内的热积累问题不容忽视，散热问题会直接影响芯片的设计性能，也一直是封装 设计的关键技术之一。
[0003] 热量主要有热对流、热传导和热辐射等三种耗散方式。常见的散热方法有以散热 器、导热孔等方式为代表的被动散热方法和风冷散热、水冷散热、气冷散热、液冷散热、热电 制冷散热、热管散热等主动散热方法。
[0004] 在上述主动散热方法中，热电制冷散热和热管散热等方法实现困难，成本高。液冷 散热和气冷散热对制作工艺以及材料的要求比较苛刻，对散热通道的工艺性，可靠性要求 很高，现有的一些技术还不成熟，成本也比较高。
[0005] 基于对上述各种散热技术的研究，设计一种有效的芯片封装散热结构进行良好的 散热成为了散热技术研究的重点。
[0006] 目前基本的封装结构首先将具有半导体衬底的芯片焊接在封装基板上，再与外部 散热组件粘合。芯片的热量通过内热通路传导至封装基板，封装基板再将热量传导至外部 散热组件，散热组件通过空气对流或向外辐射散热。焊料的热导率为60W/m ·Κ，远低于封装 基板（比如铜材料的热导率为400W/m · Κ)和功率半导体芯片（比如碳化硅材料的热导率 为490W/m · K)，因此传统的封装结构已经不能满足芯片向高功率特别是高功率密度发展的 要求，研发更高导热效率的封装结构成为电子元件向高功率和小型化发展的必然趋势。
【发明内容】
[0007] 本发明目的为了解决现有功率器件封装组件制造过程中采用的结构导热效率很 难提高，不适于封装组件向高功率、小型化发展的需求，提出了一种功率半导体芯片封装导 热罩。
[0008] 为了解决【背景技术】中所存在的问题，它包含功率半导体芯片1，该功率半导体芯片 1与封装基板5之间设有导热通道3,所述导热通道3的间隙处填充有焊接层2,所述的焊接 层2的将功率半导体芯片1和导热通道3焊接成一个整体，所述导热通道3的外面设有一 圈导热圈4,所述封装基板5的底部通过粘合层与鳍状散热片7相连。
[0009] 所述的导热圈4为中空的平顶锥形结构。
[0010] 所述导热通道3的平面结构为米字形结构。
[0011] 所述导热通道3的平面结构为井字形结构。
[0012] 由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：由于功率半导体芯片产生 的热量通过导热罩内部的导热通道实现向封装基板和导热罩外部导热圈快速有效地传播， 从而降低了封装系统的热阻、增加了芯片封装导热效率，大大提高了功率半导体器件芯片 的高温可靠性，从而保证了芯片工作的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。
[0014] 图1是本发明的结构示意图；
[0015] 图2是本发明中导热圈的立体图；
[0016] 图3是本发明中导热通道呈井字状布置的平面结构示意图；
[0017] 图4是本发明中导热通道呈米字状布置的平面结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将 结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0019] 参看图1，本【具体实施方式】是采用以下技术方案予以实现，它包含功率半导体芯片 1，该功率半导体芯片1与封装基板5之间设有导热通道3,所述导热通道3的间隙处填充有 焊接层2,所述的焊接层2的将功率半导体芯片1和导热通道3焊接成一个整体，所述导热 通道3的外面设有一圈导热圈4,所述封装基板5的底部通过粘合层与鳍状散热片7相连。
[0020] 参看图2,所述的导热圈4为中空的平顶锥形结构。
[0021] 参看图3,所述导热通道3的平面结构为米字形结构。
[0022] 参看图4,所述导热通道3的平面结构为井字形结构。
[0023] 所述的焊接层2所用材料可分为硬质焊料和软质焊料，为了克服硬质焊料的接合 难以缓和热膨胀系数差异所引发的应力破坏，所述焊接层所用的软质料为锡膏焊料、铅锡 合金焊料、锡铅银合金焊料、铅锡锑合金焊料中的至少一种；并且在热氮气或其他能防止氧 化的气氛中进行以防止焊料的氧化和孔洞的形成。
[0024] 所述的功率半导体芯片1可以为硅、锗等第一代半导体材料也可以为第二代化合 物半导体材料，如砷化镓（GaAs)、锑化铟（InSb);三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP;还 有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP ;玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻 璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等或者第三代半导体材料主要 以碳化硅（SiC)、氮化镓（GaN)、氧化锌（ZnO)、金刚石、氮化铝（A1N)为代表的宽禁带半导体 材料。
[0025] 所述导热圈4可以为铜、银、石墨、金刚石材料中的至少一种。
[0026] 所述封装基板5为氧化铝（A1203)陶瓷、氮化铝（A1N)陶瓷、玻璃或增强型带有覆 铜层的环氧树脂或聚酯等有机多层基板材料、金刚石材料中的一种。
[0027] 由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：由于功率半导体芯片产生 的热量通过导热罩内部的导热通道实现向封装基板和导热罩外部导热圈快速有效地传播， 从而降低了封装系统的热阻、增加了芯片封装导热效率，大大提高了功率半导体器件芯片 的高温可靠性，从而保证了芯片工作的性能。
[0028] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
【权利要求】
1. 一种功率半导体芯片封装导热罩，其特征在于它包含功率半导体芯片（1)，该功率 半导体芯片（1)与封装基板（5)之间设有导热通道（3)，所述导热通道（3)的间隙处填充有 焊接层（2)，所述的焊接层（2)的将功率半导体芯片（1)和导热通道（3)焊接成一个整体， 所述导热通道（3)的外面设有一圈导热圈（4)，所述封装基板（5)的底部通过粘合层与鳍状 散热片（7)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种功率半导体芯片封装导热罩，其特征在于所述的导热圈 (4)为中空的平顶锥形结构。
3. 根据权利要求1所述的一种功率半导体芯片封装导热罩，其特征在于所述导热通道 (3)的平面结构为米字形结构。
4. 根据权利要求1所述的一种功率半导体芯片封装导热罩，其特征在于所述导热通道 (3)的平面结构为井字形结构。
【文档编号】H01L23/367GK104157621SQ201410428883
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】汤晓燕, 李家昌, 宋庆文, 张艺蒙, 王悦湖, 张玉明 申请人:西安电子科技大学