CN109994432A - 器件封装壳体及封装器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种器件封装壳体及封装器件，在墙体与热沉底座之间设置热膨胀系数小于所述热沉底座的热膨胀系数的金属导热层，这样使得低热膨胀系数的墙体与高热膨胀系数的热沉底座之间有一层与墙体的热膨胀系数接近的过渡金属导热层，从而解决墙体与热沉底座之间热失配的问题。在确保墙体不会因热失配问题开裂的前提下，提高整个器件封装壳体的散热能力，同时采用铜材料做热沉底座还可以降低器件封装壳体的生产成本。

Description

器件封装壳体及封装器件

技术领域

本发明涉及半导体及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种器件封装壳体及封装器件。

背景技术

随着电子元器件功率的增加，电子元器件在工作状态下产生的热量也大幅的增加，电子元器件的热流密度也随之急剧上升，正因如此，电子元器件在使用过程中，由于电子元器件自身散热不良而导致电子元器件性能下降或烧毁问题的情况也越来越多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种器件封装壳体及封装器件。

就器件封装壳体而言，本发明提供如下技术方案：

一种器件封装壳体，包括：墙体、金属导热层及热沉底座；

所述墙体设置在所述热沉底座上，所述金属导热层设置在所述墙体与所述热沉底座之间，其中，所述金属导热层的热膨胀系数小于所述热沉底座的热膨胀系数。

通过上述设置，在低热膨胀系数的墙体与高热膨胀系数的热沉底座之间有一层与墙体的热膨胀系数接近的过渡金属导热层，从而解决墙体与热沉底座之间热失配的问题。在确保墙体不会因热失配问题开裂的前提下，提高整个器件封装壳体的散热能力。

可选地，所述金属导热层的热膨胀系数与墙体的热膨胀系数之差介于1×10^-6/℃至7×10^-6/℃之间。

可选地，所述金属导热层的热膨胀系数与所述热沉底座的热膨胀系数之差介于3×10^-6/℃至1.7×10^-5/℃之间。

可选地，所述墙体为环状框体结构，所述墙体的中空部分与所述热沉底座形成用于容置电子器件的腔室。

可选地，所述器件封装壳体还包括输入引线、输出引线、输入电极层、输出电极层，所述输入电极层及所述输出电极层通过电镀的方式设置在所述墙体远离所述热沉底座的一侧；所述输入引线焊接固定在所述输入电极层，所述输出引线焊接固定在所述输出电极层。

可选地，所述墙体、金属导热层及热沉底座通过银铜合金焊料焊接固定在一起。采用银铜合金焊料将所述墙体、金属导热层及热沉底座焊接在一起，可以使所述墙体、金属导热层及热沉底座之间能进行良好的热传导。

可选地，所述输入引线焊接固定在所述输入电极层，所述输出引线焊接固定在所述输出电极层。

可选地，所述墙体在所述金属导热层和输入电极层之间或所述金属导热层和输出电极层之间的厚度为50um-1000um，所述金属导热层的厚度为30um-500um。

可选地，所述金属导热层的形状与所述墙体朝向所述铜热沉底座一侧的侧面形状相同。

可选地，所述墙体采用陶瓷材料制造而成，所述陶瓷材料包括：三氧化二铝、氮化铝、氧化铍、氮化硼或碳化硅。

就封装器件而言，本发明实施例提供的封装器件包括电子器件及上面所述的器件封装壳体，所述电子器件封装于所述器件封装壳体内。

本发明提供的器件封装壳体及封装器件，在墙体与热沉底座之间设置热膨胀系数小于所述热沉底座的热膨胀系数的金属到热层，这样使得低热膨胀系数的墙体与高热膨胀系数的热沉底座之间有一层与墙体的热膨胀系数接近的过渡金属导热层，从而解决墙体与热沉底座之间热失配的问题。在确保墙体不会因热失配问题开裂的前提下，提高整个器件封装壳体的散热能力，同时采用铜材料做热沉底座还可以降低器件封装壳体的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的器件封装壳体俯视图。

图2为图1中器件封装壳体的结构示意图。

图3为图1中器件封装壳体中墙体朝向铜热沉底座一侧的表面图。

图4为图1中器件封装壳体中金属导热层的表面图。

图标：10-器件封装壳体；110-热沉底座；120-金属导热层；130-墙体；140-输入电极层；150-输出电极层；160-输入引线；170-输出引线。

具体实施方式

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。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

申请人发现：在现有技术中，本领域技术人员不直接采用价格更加低廉的铜来作为热沉底座的原因在于，铜的热热膨胀系数较大，容易造成墙体因与铜热沉底座因热失配而开裂的问题。

为此，在现有技术中，本领域技术人员大多采用CPC(铜-钼铜-铜)、CMC(铜-钼-铜)、WCu(钨铜)等铜复合材料制造器件封装壳体的热沉底座，通过牺牲一定的散热能力来降低材料的热膨胀系数，以防止墙体与热沉底座因热失配而导致陶瓷开裂的技术问题。

然而，采用铜复合材料制造的热沉底座的散热能力越来越满足不了对大功率器件的需求，如何提供一种满足大功率器件需求，并可以有效防止墙体开裂的器件封装壳体是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

为了解决上述技术问题，申请人通过研究提供下面实施例给出的解决方案。

实施例

请参照图1及图2，其中图1示出了本发明实施例提供的器件封装壳体10的俯视图，图2示出了器件封装壳体10的结构示意图。如图2所示所述器件封装壳体10可以包括：墙体130、金属导热层120及热沉底座110。

所述墙体130设置在所述热沉底座110上，所述金属导热层120设置在所述墙体130与所述热沉底座110之间，所述墙体130远离所述热沉底座110的一侧设置有电气隔离的输入电极层140及输出电极层150，所述输入引线160电连接于所述输入电极层140，所述输出引线170电连接于所述输出电极层150，其中，所述金属导热层120的热膨胀系数小于所述热沉底座110的热膨胀系数，所述金属导热层120的热膨胀系数与所述热沉底座110的热膨胀系数之差介于3×10^-6/℃至1.7×10^-5/℃。

请参照图2，在本实施例中，所述墙体130设置在所述热沉底座110上，所述金属导热层120设置在所述墙体130与所述热沉底座110之间。所述墙体130、金属导热层120及热沉底座110之间焊接固定。

在本实施例的一种实施方式中，将所述墙体130、金属导热层120及热沉底座110进行焊接的方式可以是：先将墙体130与金属导热层120进行焊接，再将热沉底座110与所述金属导热层120进行焊接。

在本实施例的另一种实施方式中，将所述墙体130、金属导热层120及热沉底座110进行焊接的方式还可以是：先将热沉底座110与所述金属导热层120进行焊接，在将墙体130与金属导热层120进行焊接。

在本实施例中，所述墙体130、金属导热层120及热沉底座110可以采用银铜合金焊料进行焊接。采用银铜合金焊料将所述墙体130、金属导热层120及热沉底座110焊接固定。

金属导热层120的热膨胀系数与墙体130的热膨胀系数接近，两者的热膨胀系数之差满足介于1×10^-6/℃至7×10^-6/℃之间；金属导热层120与热沉底座110同为金属材料，将三者焊接在一起，可以使得低热膨胀系数的墙体130与高热膨胀系数的热沉底座110之间有一层与墙体130热膨胀系数接近的过渡金属导热层120，优选的，金属导热层120的热膨胀系数与墙体130的热膨胀系数之差介于1.1×10^-6/℃至5.5×10^-6/℃之间，从而可以更好的解决热膨胀系数大的热沉底座110和热膨胀系数小的墙体130直接接触可能导致墙体130开裂的问题。这种热膨胀系数关系的控制还可以很好的解决采用铜材料做热沉底座110时，墙体130与热沉底座110热失配问题，从而让铜作为热沉底座110成为了可能，所以申请实施例中可优先使用铜作为热沉底座110，一方面铜的高导热性能可以提高管壳的散热能力，另一方面铜比复合金属材料具有低成本的优势。

所述墙体130为环状框体结构，所述墙体130的中空部分与所述热沉底座110形成用于容置电子器件的腔室。所述腔室可以用于容纳芯片和键合线等。所述墙体130可以是圆环状框体，也可以是多边(比如，矩形)环状框体，在此不对具体形状进行限定。

在本实施例中，所述墙体130的环状框体结构可以是一个整体，比如可以通过缕空墙体130的中间部分得到一个完整的环形框体结构。所述墙体130的环状框体结构还可以是通过有多个部分拼接而成。在采用缕空方式得到一个完整的环形框体结构时，可以贯穿所述墙体130的上表面和下表面开设形状相同的开口。

请参照图3及图4，图3和图4分别示出了本实施例中墙体130朝向所述热沉底座110一侧的表面形状图及金属导热层120的形状。在本实施例中，所述金属导热层120的形状与所述墙体130朝向所述铜热沉底座110一侧的表面形状相同，所述陶瓷墙体130朝向所述铜热沉底座110一侧的表面与所述金属导热层120的完全接触，以确保墙体130与所述金属导热层120进行热传导的效率。

在本实施例中，所述墙体130采用陶瓷材料制造而成，所述陶瓷材料可以包括：三氧化二铝、氮化铝、氧化铍、氮化硼或碳化硅。所述陶瓷墙体130的热膨胀系数介于5×10^-6/℃至9×10^-6/℃之间。

在本实施例中，所述金属导热层120的热膨胀系数小于所述热沉底座110的热膨胀系数，可选地，所述金属导热层120的热膨胀系数小于10×10^-6/℃。所述金属导热层120可以采用Kovar(可伐合金)，也可以采用Invar(因瓦合金)或钨铜合金、钼铜合金等材料制造，在本实施例中，所述金属导热层120优选Kovar(可伐合金)制造，在所述金属导热层120采用Kovar(可伐合金)时，所述金属导热层120的热膨胀系数约为5×10^-6/℃，与墙体130的热膨胀系数接近，热膨胀系数相差2～4×10^-6/℃。在本实施例中，选择热沉底座110材料为铜，所述金属导热层120的热膨胀系数与所述铜热沉底座110的热膨胀系数之差介于6×10^-6/℃至1.5×10^-5/℃。

请再次参照图2，所述墙体130远离所述热沉底座110的一侧设置有电气隔离的输入电极层140及输出电极层150。在本实施例中，所述输入电极层140和输出电极层150可以设置在所述陶瓷墙体130远离所述热沉底座110的侧面的不同边上，比如，所述输入电极层140和输出电极层150可以设置在侧面相对的边上，以确保所述输入电极层140和输出电极层150之间电气隔离。

在本实施例中，所述输入电极层140及所述输出电极层150可以通过电镀的方式设置在所述墙体130远离所述热沉底座110的一侧。

所述输入引线160电连接于所述输入电极层140，所述输出引线170电连接于所述输出电极层150。其中，所述输入引线160与所述输出引线170采用金属材料制造而成。可选地，为了减少视频微波信号在传输过程中的损耗，可以在所述输入引线160和输出引线170的金属材料表面进行镀金处理。

在本实施例中，所述墙体130在所述金属导热层120和输入电极层140之间的厚度与所述墙体130在所述金属导热层120和输出电极层150之间的厚度可以相同也可以不同，所述墙体130在所述金属导热层120和输入电极层140之间的厚度与所述墙体130在所述金属导热层120和输出电极层150之间的厚度介于50um到1000um。所述金属导热层120的厚度介于30um到500um。

本发明实施例还提供一种封装器件，该封装器件包括上面描述的器件封装壳体10及电子器件，其中，所述电子器件封装在所述器件封装壳体10的腔室内。

综上所述，本发明实施例提供的器件封装壳体10及封装器件，所述器件封装壳体10包括：输入引线160、输出引线170、输入电极层140、输出电极层150、墙体130、金属导热层120及热沉底座110；所述墙体130设置在所述热沉底座110上，所述金属导热层120设置在所述墙体130与所述热沉底座110之间，所述墙体130远离所述热沉底座110的一侧设置有电气隔离的输入电极层140及输出电极层150，所述输入引线160电连接于所述输入电极层140，所述输出引线170电连接于所述输出电极层150，其中，所述金属导热层120的热膨胀系数小于所述热沉底座110的热膨胀系数。在墙体130与热沉底座110之间设置热膨胀系数小于所述热沉底座110的热膨胀系数的金属导热层120，这样使得低热膨胀系数的墙体130与高热膨胀系数的热沉底座110之间有一层与墙体130的热膨胀系数接近的过渡金属导热层120，从而解决墙体130与热沉底座110之间热失配的问题。在确保墙体130不会因热失配问题开裂的前提下，提高整个器件封装壳体10的散热能力。同时，采用铜材料做热沉底座110还可以降低器件封装壳体10的生产成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种器件封装壳体，其特征在于，包括：墙体、金属导热层及热沉底座；

所述墙体设置在所述热沉底座上，所述金属导热层设置在所述墙体与所述热沉底座之间，其中，所述金属导热层的热膨胀系数小于所述热沉底座的热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述金属导热层的热膨胀系数与所述墙体的热膨胀系数之差介于1×10^-6/℃至7×10^-6/℃之间。

3.如权利要求1所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述金属导热层的热膨胀系数与所述热沉底座的热膨胀系数之差介于3×10^-6/℃至1.7×10^-5/℃之间。

4.如权利要求1所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述墙体为环状框体结构，所述墙体的中空部分与所述热沉底座形成用于容置电子器件的腔室。

5.如权利要求1所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述器件封装壳体还包括输入引线、输出引线、输入电极层、输出电极层，所述输入电极层及所述输出电极层通过电镀的方式设置在所述墙体远离所述热沉底座的一侧；所述输入引线焊接固定在所述输入电极层，所述输出引线焊接固定在所述输出电极层。

6.如权利要求1所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述墙体、金属导热层及热沉底座通过银铜合金焊料焊接固定在一起。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述墙体在所述金属导热层和输入电极层之间或所述金属导热层和输出电极层之间的厚度为50um-1000um，所述金属导热层的厚度为30um-500um。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述金属导热层的形状与所述墙体朝向所述热沉底座一侧的侧面形状相同。

9.如权利要求1-6中任意一项所述的器件封装壳体，其特征在于：

所述墙体采用陶瓷材料制造而成，所述陶瓷材料包括：三氧化二铝、氮化铝、氧化铍、氮化硼或碳化硅。

10.一种封装器件，其特征在于：包括电子器件及权利要求1-9中任意一项所述的器件封装壳体，所述电子器件封装于所述器件封装壳体内。