具有均温增强散热功能的半导体封装结构及其封装方法与流程

本发明属于半导体封装，具体涉及一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构及其封装方法。

背景技术：

1、半导体塑封器件(可统称为半导体封装结构)由于生产工艺简单、成本低，广泛应用于家电、新能源交通工具等多个领域。然而，现有的半导体封装结构(例如但不限于cn115831887 a号发明专利申请公开的技术方案)也存在一些技术缺陷，主要是其均温功能和散热功能较弱。以散热功能为例，虽然现有的半导体封装结构采用了翅片(也称为散热翅片)，但翅片是以机械固定的方式安装在框架基岛的背面(亦即未与框架基岛一体成型)，工作时会产生界面热阻和接触热阻，导致散热功能减弱。均温功能和散热功能较弱的技术缺陷对半导体封装结构的使用寿命和可靠性产生消极影响。具体地说，由于半导体封装结构中的多种材质具有不同的热膨胀系数，特别是其中的塑封料导热率低且不密封，产品长期在热应力的循环下容易导致封装分层现象的发生，从而大幅度降低半导体的使用寿命和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在以便捷、经济的技术手段提高半导体封装结构的均温、散热功能，从而克服上述现有技术的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

3、一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构，包括塑封料包裹层、框架基岛、框架管脚、金属引线和芯片；框架基岛由上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱组成；芯片焊接在框架基岛上，通过金属引线与框架管脚相连；框架基岛总体上被包裹在塑封料包裹层中，框架基岛的底面与框架管脚外露于塑封料包裹层；上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱采用均温板制备，在下壳板的下表面上设置有多块与下壳板一体成型的翅片。

4、在上述技术方案的基础上，本发明可附加下述技术手段，以便更好地实现本发明的目的：

5、所述多块翅片相互平行，且与下壳板垂直。

6、进一步地，所述塑封料包裹层采用填充型高导热环氧树脂复合材料制备，填充型高导热环氧树脂复合材料中填充有高导热填料，高导热填料为氧化物填料或/和氮化物填料。

7、进一步地，所述氧化物填料为al2o3、sio2、zno中的一种或两种以上，所氮化物填料为bn、aln、si3n4中的一种或两种以上。

8、进一步地，所述高导热填料的体积为高导热环氧树脂复合材料的5.9～6.1％。

9、进一步地，按质量份，所述高导热填料由三份氧化物填料和一份氮化物填料组成，在氧化物填料中，al2o3、sio2、zno的质量比为3：2：1，在氮化物填料中，bn、aln、si3n4的质量比为2：1：1。

10、进一步地，所述框架管脚的数量为三条，所述芯片的下表面采用回流焊焊接在所述上壳板上，所述芯片的上表面通过金属引线与位于两侧的框架管脚相连。

11、进一步地，所述吸液芯采用多层丝网烧结，并与所述粉柱装配在一起；或者，所述吸液芯采用铜粉烧结，并与所述粉柱烧结在一起。

12、进一步地，所述吸液芯与所述上壳板烧结在一起。

13、上述技术方案构成了本发明中的“产品”部分，本发明还进一步提供了相应的封装方法，其包括下述步骤：

14、步骤1，框架基岛翅片的制备：采用挤压或者蚀刻的方法在框架基岛下壳体下表面制备出柱状翅片；

15、步骤2，框架基岛的制备：采用蚀刻方法制备框架基岛的上壳板和下壳板；利用模具将提前打过孔的多层丝网烧结在上、下壳板上；利用模具将铜粉烧结在框上壳板相应的空洞内形成粉柱；上、下壳板通过模具进行钎焊，注入液体工质并抽真空得到集翅片与均热板一体的框架基岛；

16、步骤3，填充型高导热环氧树脂复合材料的制备：采用真空辅助自组装技术，将热导率大，绝缘性能优良的氧化物填料或/和氮化物填料的一种或两种以上的填料填入环氧树脂中并混合均匀；

17、步骤4，在框架基岛上点涂焊料，再把待封装的芯片放置在焊料上面，然后通过回流焊把芯片焊接在上壳板的上表面；

18、步骤5，引线互联：利用金属引线把芯片的顶部与框架管脚连接起来，形成电路通路；

19、步骤6，电路互联测试：通过电路互联测试保证半导体器件工作正常，剔除不合格品；

20、步骤7，将填充型高导热环氧树脂复合材料放入注塑机，注射出塑封料，将芯片、框架基岛和引线封装保护，形成塑封料包裹层；

21、步骤8，剔除溢胶：采用高压水喷淋和化学软化进祛除溢胶。

22、与现有技术相比，本发明所具有的主要有益效果如下：

23、本发明中的框架基岛集翅片与均热板于一体，均热板基于相变原理，能够快速地将芯片工作时产生的热量扩散到整个框架基岛，并通过相连的翅片消散出去，从而消除了机械固定外来翅片所带来的界面热阻和接触热阻，大幅度提高了半导体封装结构的主散热通道的散热能力。此外，芯片上表面采用高导热、电绝缘能力良好的填充物填充塑封料，有效提高了芯片上部的散热通道的散热能力，从而有效提高了半导体的可靠性、使用寿命以及过载能力。

技术特征：

1.一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构，包括塑封料包裹层、框架基岛、框架管脚、金属引线和芯片；框架基岛由上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱组成；芯片焊接在框架基岛上，通过金属引线与框架管脚相连；框架基岛总体上被包裹在塑封料包裹层中，框架基岛的底面与框架管脚外露于塑封料包裹层；其特征在于：上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱采用均温板制备，在下壳板的下表面上设置有多块与下壳板一体成型的翅片。

2.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述多块翅片相互平行，且与下壳板垂直。

3.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述塑封料包裹层采用填充型高导热环氧树脂复合材料制备，填充型高导热环氧树脂复合材料中填充有高导热填料，高导热填料为氧化物填料或/和氮化物填料。

4.如权利要求3所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述氧化物填料为al2o3、sio2、zno中的一种或两种以上，所氮化物填料为bn、aln、si3n4中的一种或两种以上。

5.如权利要求3所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述高导热填料的体积为高导热环氧树脂复合材料的5.9～6.1％。

6.如权利要求3所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：按质量份，所述高导热填料由三份氧化物填料和一份氮化物填料组成，在氧化物填料中，al2o3、sio2、zno的质量比为3：2：1，在氮化物填料中，bn、aln、si3n4的质量比为2：1：1。

7.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述框架管脚的数量为三条，所述芯片的下表面采用回流焊焊接在所述上壳板上，所述芯片的上表面通过金属引线与位于两侧的框架管脚相连。

8.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述吸液芯采用多层丝网烧结，并与所述粉柱装配在一起；或者，所述吸液芯采用铜粉烧结，并与所述粉柱烧结在一起。

9.如权利要求1至8任一项所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述吸液芯与所述上壳板烧结在一起。

10.一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构的封装方法，其特征在于，包括下述步骤：

技术总结
本发明提供了一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构及其封装方法。所述半导体封装结构包括塑封料包裹层、框架基岛、框架管脚、金属引线和芯片；框架基岛由上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱组成；芯片焊接在框架基岛上，通过金属引线与框架管脚相连；框架基岛总体上被包裹在塑封料包裹层中，框架基岛的底面与框架管脚外露于塑封料包裹层；上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱采用均温板制备，在下壳板的下表面上设置有多块与下壳板一体成型的翅片。本发明显著地增强了半导体封装结构的均温、散热功能，从而有效提高了半导体的可靠性、使用寿命以及过载能力。

技术研发人员：袁雪鹏,陈逸晞,汤勇,姚剑锋,庞隆基,颜志扬,陈发俊
受保护的技术使用者：佛山市蓝箭电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13