芯片封装结构的制作方法

本技术涉及半导体封装，特别涉及一种芯片封装结构。

背景技术：

1、目前大功率芯片封装器件可用于航空航天、微波通讯、电子元器件等领域，随着器件向多功能集成化、小型化、轻型化的发展，传统芯片封装很难满足当前器件的可靠性要求。

2、传统芯片封装工艺是安装半导体集成电路芯片用的外壳，起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，芯片封装分为晶圆切割、贴片、引线键合、注塑成型、封装测试。传统方案中如图1所示，注塑成型使用环氧树脂密封金属引线后，芯片晶圆层01的散热主要集中在环氧树脂部分02和引线金属部分03，但是由于引线金属部分03面积太小、散热主要集中在环氧树脂部分02，由于环氧树脂的导热系数只有0.21w/(m·k)，因此仅靠环氧树脂部分02和引线金属部分03进行散热，远远无法满足大功率芯片封装器件的散热需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种芯片封装结构，包括设置在晶圆层外围的第一导热层、第二导热层、密封层，以及与晶圆层电连接的金属引线。一方面，第一导热层完全包裹晶圆层，使得晶圆层中的热量第一时间通过第一导热层传递出来。另一方面，第一导热层外设置导热系数更高的第二导热层，可以进一步将热量迅速传出，而密封层的设置可以使得金属引线绝缘。因此，与现有技术相比，本技术中涉及的芯片封装结构的散热面积大大增加，散热效果明显增强。

2、本技术提供的技术方案如下：

3、在本技术的一组实施例中，提供一种芯片封装结构，包括：设置在晶圆层外围的第一导热层、第二导热层、密封层，以及与所述晶圆层电连接的金属引线；

4、从所述芯片封装结构的一个剖面上看，所述第一导热层包裹所述晶圆层，所述晶圆层的厚度t1为0.4-0.6mm；

5、所述第一导热层包括第一上导热层和第一下导热层；所述金属引线与所述晶圆层连接，并从所述第一上导热层和所述第一下导热层接触的位置引出，所述第一导热层的厚度t2为0.08-0.12mm；

6、所述第二导热层未完全包裹所述第一导热层，且所述第二导热层覆盖所述第一导热层的面积大于所述第一导热层自身面积的90％，且所述第二导热层的厚度t3为0.18-0.22mm；

7、所述第二导热层未完全包裹所述第一导热层的位置填充所述密封层，所述密封层的厚度t4为0.2-0.4mm，所述金属引线的直径为0.08-0.12mm；

8、所述第二导热层的导热系数大于所述第一导热层的导热系数，所述第一导热层的热膨胀系数与所述晶圆层的热膨胀系数之差的绝对值小于所述第二导热层的热膨胀系数与所述晶圆层的热膨胀系数之差的绝对值。

9、在一个实施例中，所述第一上导热层包括第一上主体部分和分设在所述第一上主体部分两侧的两个第一上包裹部分，所述第一上导热层一体成型，所述第一上主体部分的长度与所述晶圆层的长度相等；所述第一上包裹部分的长度l1为0.08-0.12mm；

10、所述第一下导热层包括第一下主体部分和分设在所述第一下主体部分两侧的两个第一下包裹部分，所述第一下导热层一体成型，所述第一下主体部分的长度与所述晶圆层的长度相等；所述第一下包裹部分的长度l1为0.08-0.12mm。

11、在一个实施例中，在所述第一导热层远离所述晶圆层的表面还包括：两个填充层，两个所述填充层分别设置于所述第一上导热层和所述第一下导热层，且所述填充层分别与所述第一导热层和所述第二导热层接触，所述填充层的长度为l2，l0＜l2＜(l0+2*l1)；

12、所述第一导热层共包括四个档墙结构，所述档墙结构分别设置于两个所述第一上包裹部分和两个所述第一下包裹部分，且所述填充层分别与所述第一上主体部分和所述第一下主体部分完全接触，所述档墙结构用于限制所述填充层的材料在所述第一导热层和所述第二导热层之间。

13、在一个实施例中，所述芯片封装结构还包括：两个第一插入层，分别设置在所述第一上导热层和所述第一下导热层内；

14、所述第一插入层的导热系数大于所述第一导热层的导热系数，所述第一插入层的厚度为t5，0.25*t2≤t5≤0.3*t2，所述第一插入层到所述晶圆层的垂直距离小于所述第一插入层到所述第二导热层的垂直距离。

15、在一个实施例中，所述第二导热层包括：与第一上导热层接触的第二上导热层和与第一下导热层接触的第二下导热层；

16、所述第一插入层的导热系数等于所述第二导热层的导热系数；

17、所述芯片封装结构还包括：四个第一贯通部，其中两个所述第一贯通部分别设置于所述第一上导热层，并且两个所述第一贯通部的一端分别与第二上导热层贯通连接，两个所述第一贯通部的另一端分别与设置在所述第一上导热层的所述第一插入层贯通连接；

18、另外两个所述第一贯通部分别设置于所述第一下导热层，并且另外两个所述第一贯通部的一端分别与第二下导热层贯通连接，另外两个所述第一贯通部的另一端分别与设置在所述第一下导热层的所述第一插入层贯通连接。

19、在一个实施例中，所述芯片封装结构还包括：两个第二插入层，分别设置在所述第二上导热层和所述第二下导热层内；

20、所述第二插入层的导热系数大于所述第二导热层的导热系数，所述第二插入层的长度为l3，所述第二导热层的长度为l4，(l0+2*l1)＜l3＜l4；所述第二插入层的厚度为t6，0.25*t3≤t6≤0.3*t3，所述第二插入层到所述第一导热层的垂直距离小于所述第二插入层到所述第二导热层外边缘的垂直距离。

21、在一个实施例中，所述芯片封装结构还包括：四个第二贯通部，其中两个所述第二贯通部分别设置于所述第二上导热层，并且两个所述第二贯通部的一端分别通过所述第二上导热层连接至整个所述芯片封装结构的外表面，两个所述第二贯通部的另一端分别与设置在所述第二上导热层的所述第二插入层贯通连接；

22、另外两个所述第二贯通部分别设置于所述第二下导热层，并且另外两个所述第二贯通部的一端分别通过所述第二下导热层连接至整个所述芯片封装结构的外表面，另外两个所述第二贯通部的另一端分别与设置在所述第二下导热层的所述第二插入层贯通连接。

23、在本技术的另一组实施例中，提供一种芯片封装结构，包括：设置在晶圆层外围的第一导热层、第二导热层、密封层，以及与所述晶圆层电连接的金属引线；

24、从所述芯片封装结构的一个剖面上看，所述第一导热层包裹所述晶圆层，所述晶圆层的厚度t1为0.4-0.6mm；

25、所述第一导热层包括第一上导热层和第一下导热层；所述金属引线与所述晶圆层连接，并从所述第一上导热层和所述第一下导热层接触的位置引出，所述第一上导热层的厚度为t21，所述第一下导热层的厚度为t22，t22＞t21，所述第一导热层的厚度t21为0.08-0.12mm；

26、所述第二导热层未完全包裹所述第一导热层，且所述第二导热层覆盖所述第一导热层的面积大于所述第一导热层自身面积的90％，且所述第二导热层的厚度t3为0.18-0.22mm；

27、所述第二导热层未完全包裹所述第一导热层的位置填充所述密封层，所述密封层的厚度t4为0.18-0.22mm，所述金属引线的直径为0.08-0.12mm；

28、所述第二导热层的导热系数大于所述第一导热层的导热系数，所述第一导热层的热膨胀系数与所述晶圆层的热膨胀系数之差的绝对值小于所述第二导热层的热膨胀系数与所述晶圆层的热膨胀系数之差的绝对值。

29、在一个实施例中，所述第二导热层包括：与所述第一上导热层接触的第二上导热层和与所述第一下导热层接触的第二下导热层，所述第二上导热层的厚度为t31，所述第二下导热层的厚度为t32，t31＞t32，t32为0.08-0.12mm；

30、所述芯片封装结构包括：

31、第一插入层，设置于所述第一下导热层，所述第一插入层的导热系数大于所述第一导热层的导热系数，所述第一插入层的厚度为t5，0.25*t22≤t5≤0.3*t22，所述第一插入层到所述晶圆层的垂直距离小于所述第一插入层到所述第二导热层的垂直距离；

32、两个第一贯通部，在所述第一插入层的长度方向上设置于所述第一插入层的两侧，两个所述第一贯通部分别设置于所述第一下导热层中，并且两个所述第一贯通部的一端分别与第二下导热层贯通连接，两个所述第一贯通部的另一端分别与所述第一插入层贯通连接；

33、第二插入层，设置于所述第二上导热层，所述第二插入层的导热系数大于所述第二导热层的导热系数，所述第二插入层的厚度为t6，0.25*t31≤t6≤0.3*t31，所述第二插入层到所述第一导热层的垂直距离小于所述第二插入层到所述第二导热层外边缘的垂直距离；以及，

34、第二贯通部，在所述第二插入层的长度方向上设置于所述第二插入层的两侧，两个所述第二贯通部分别设置于所述第二上导热层中，并且两个所述第二贯通部的一端分别与第二上导热层贯通连接，两个所述第二贯通部的另一端分别与所述第二插入层贯通连接。

35、在一个实施例中，所述第一上导热层包括第一上主体部分和分设在所述第一上主体部分两侧的两个第一上包裹部分，所述第一上导热层一体成型，所述第一上主体部分的长度与所述晶圆层的长度相等；所述第一上包裹部分的长度l1为0.08-0.12mm；

36、所述第一下导热层包括第一下主体部分和分设在所述第一下主体部分两侧的两个第一下包裹部分，所述第一下导热层一体成型，所述第一下主体部分的长度与所述晶圆层的长度相等；所述第一下包裹部分的长度l1为0.08-0.12mm；

37、每一个所述第一下包裹部分的面积大于每一个所述第一上包裹部分的面积。

38、在一个实施例中，在所述第一导热层远离所述晶圆层的表面还包括：两个填充层，两个所述填充层分别设置于所述第一上导热层和所述第一下导热层，且所述填充层分别与所述第一导热层和所述第二导热层接触，所述填充层的长度为l2，l0＜l2＜(l0+2*l1)；

39、所述第一导热层共包括四个档墙结构，所述档墙结构分别设置于两个所述第一上包裹部分和两个所述第一下包裹部分，且所述填充层分别与所述第一上主体部分和所述第一下主体部分完全接触，所述档墙结构用于限制所述填充层的材料在所述第一导热层和所述第二导热层之间。

40、在一个实施例中，所述芯片封装结构还包括：两个第一插入层，分别设置在所述第一上导热层和所述第一下导热层内；

41、所述第一插入层的导热系数大于所述第一导热层的导热系数，所述第一插入层的厚度为t5，0.25*t21≤t5≤0.3*t21，所述第一插入层到所述晶圆层的垂直距离小于所述第一插入层到所述第二导热层的垂直距离。

42、在一个实施例中，所述第二导热层包括：与第一上导热层接触的第二上导热层和与第一下导热层接触的第二下导热层，所述第二上导热层的厚度为t31，所述第二下导热层的厚度为t32，t31＞t32；

43、所述第一插入层的导热系数等于所述第二导热层的导热系数；

44、所述芯片封装结构还包括：四个第一贯通部，其中两个所述第一贯通部分别设置于所述第一上导热层，并且两个所述第一贯通部的一端分别与第二上导热层贯通连接，两个所述第一贯通部的另一端分别与设置在所述第一上导热层的所述第一插入层贯通连接；

45、另外两个所述第一贯通部分别设置于所述第一下导热层，并且另外两个所述第一贯通部的一端分别与第二下导热层贯通连接，另外两个所述第一贯通部的另一端分别与设置在所述第一下导热层的所述第一插入层贯通连接。

46、在一个实施例中，所述芯片封装结构还包括：两个第二插入层，分别设置在所述第二上导热层和所述第二下导热层内；

47、所述第二插入层的导热系数大于所述第二导热层的导热系数，所述第二插入层的长度为l3，所述第二导热层的长度为l4，(l0+2*l1)＜l3＜l4；所述第二插入层的厚度为t6，0.25*t32≤t6≤0.3*t32，所述第二插入层到所述第一导热层的垂直距离小于所述第二插入层到所述第二导热层外边缘的垂直距离。

48、在一个实施例中，所述芯片封装结构还包括：

49、所述芯片封装结构还包括：四个第二贯通部，其中两个所述第二贯通部分别设置于所述第二上导热层，并且两个所述第二贯通部的一端分别通过所述第二上导热层连接至整个所述芯片封装结构的外表面，两个所述第二贯通部的另一端分别与设置在所述第二上导热层的所述第二插入层贯通连接；

50、另外两个所述第二贯通部分别设置于所述第二下导热层，并且另外两个所述第二贯通部的一端分别通过所述第二下导热层连接至整个所述芯片封装结构的外表面，另外两个所述第二贯通部的另一端分别与设置在所述第二下导热层的所述第二插入层贯通连接。

51、在一个实施例中，所述第二导热层为陶瓷材料；

52、所述芯片封装结构还包括：金属散热片和与所述金属散热片连接的散热金属引线；所述金属散热片设置于所述第二导热层外，所述晶圆层与所述金属散热片绝缘；所述散热金属引线与所述金属引线连接。

53、有益效果：本技术一个实施例中提供一种芯片封装结构，包括设置在晶圆层外围的第一导热层、第二导热层、密封层，以及与晶圆层电连接的金属引线。第一导热层包裹晶圆层，晶圆层的厚度t1为0.4-0.6mm，第一导热层的厚度t2为0.08-0.12mm；第二导热层未完全包裹第一导热层，且第二导热层覆盖第一导热层的面积大于第一导热层自身面积的90％，且第二导热层的厚度t3为0.18-0.22mm；第二导热层的导热系数大于第一导热层的导热系数；密封层的厚度t4为0.2-0.4mm，上述各膜层的特殊结构尺寸设计、特殊的导热系数梯度设计以及特殊的热膨胀系数设计，综合作用，能提升芯片封装结构的整体散热效果。具体体现在：一方面，第一导热层完全包裹晶圆层，使得晶圆层中的热量第一时间(及时的)通过第一导热层传递出来。第一导热层可以设置为高导热硅胶和高导热材料。另一方面，第一导热层外设置导热系数更高的第二导热层，用于进一步将第一导热层中的热量传递至远离晶圆层之外。第二导热层可以设置为金属或陶瓷，用于防止第一导热层的老化。另外，第二导热层环绕第一导热层时设置部分间隙，间隙处通过密封层来填充，密封层可以设置为环氧树脂等材料。密封层可以将金属引线密封，实现晶圆层与第二导热层之间的绝缘。与现有技术相比，本技术中涉及的芯片封装结构的散热面积大大增加，散热效果明显增强。

54、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。