CN111341676B - 一种半导体封装及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体封装及其制备方法，该方法包括以下步骤：提供一散热基板，对所述散热基板的第二表面形成多个凹孔，接着在所述散热基板的所述第一表面上形成绝缘层以及电路布线层，在所述电路布线层上安装多个半导体元件和多个导电引脚，形成封装胶体；提供多个散热片，所述散热片的截面为“十”字形，在所述散热片上形成多个穿孔；将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中，接着对所述封装胶体进行热压合工艺，以使得封装胶体和散热片粘合在一起。

Description

一种半导体封装及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种半导体封装及其制备方法。
背景技术
常规的半导体封装构件的制造过程中，半导体元件通过焊接材料电连接到封装基板。半导体元件放置在封装基板上并对准放置位点，使得焊球对准基板上的接垫。然后利用回流焊工艺以固定连接半导体元件与封装基板。对于半导体封装构件，有电气性能和散热控制两大挑战。特别是在散热控制的方面，则要求半导体封装构件能有效消散由半导体元件产生的热。通常会利用导热胶将散热器黏贴在基板和芯片上。但是常规的半导体封装构件的散热能力有限，因此，有必要在该技术领域中提供一种具有更好散热效能的半导体封装构件。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种半导体封装及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种半导体封装的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一散热基板，所述散热基板具有相对的第一表面和第二表面；
2)对所述散热基板的所述第二表面进行刻蚀以形成多个凹孔；
3)接着在所述散热基板的所述第一表面上形成绝缘层；
4)接着在所述绝缘层上形成电路布线层；
5)在所述电路布线层上安装多个半导体元件和多个导电引脚；
6)将安装有所述半导体元件和所述导电引脚的散热基板置于模具中，所述散热基板的所述第二表面紧贴所述模具的模具腔的底面，接着向所述模具腔注入封装树脂材料以形成封装胶体；
7)提供多个散热片，所述散热片的截面为“十”字形，在所述散热片上形成多个穿孔；
8)接着将步骤7)得到的多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中，接着对所述封装胶体进行热压合工艺，以使得封装胶体和散热片粘合在一起。
作为优选，在所述步骤1)中，所述散热基板为金属基板或陶瓷基板。
作为优选，在所述步骤2)中，多个所述凹孔呈阵列排布，所述凹孔的直径为100-400微米。
作为优选，在所述步骤3)中，所述绝缘层为氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、有机复合材料中的一种或多种。
作为优选，在所述步骤4)中，在所述绝缘层上形成电路布线层的具体工艺为：在所述绝缘层上沉积导电金属层，然后通过光刻工艺形成所述电路布线层。
作为优选，在所述步骤7)中，所述散热片的材料为铜、铝或不锈钢，所述散热片的厚度为600-900微米，通过切割工艺或激光烧蚀工艺形成所述穿孔，所述穿孔的直径为300-900微米，多个所述穿孔的总面积与所述散热片的面积的比值为0.1-0.2。
作为优选，在所述步骤8)中，将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中的具体工艺为：在温度为100-120℃且压力为5-15N的条件下将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中。
作为优选，在所述步骤8)中，所述热压合工艺具体为：以升温速率为30-40℃/min的条件下升温至100-120℃，同时以600-800g/min的速度逐渐增加压合重量至1500-2200g，保持5-10分钟；接着以升温速率为20-30℃/min的条件下升温至140-160℃，同时以700-900g/min的速度逐渐增加压合重量至3000-4500g，保持10-15分钟；接着以升温速率为25-35℃/min的条件下升温至180-200℃，同时以400-600g/min的速度逐渐增加压合重量至4800-5600g，保持5-10分钟；接着以800-1000g/min的速度逐渐减少压合重量至1000-2000g，保持温度为180-200℃，保持10-20分钟；接着以1000-2000g/min的速度逐渐减少压合重量至0，保持温度为180-200℃，保持50-80分钟，最后冷却至室温。
本发明还提出一种半导体封装，其采用上述方法制备形成的。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
本发明的半导体封装件中，通过在封装胶体的四周直接压入“十”字形散热片，并对所述封装胶体进行热压合工艺，以使得部分的封装胶体嵌入到所述散热片的所述穿孔中，所述散热片具有较大的比表面积，进而可以快速散热，且与金属散热柱相比，省略了在封装胶体中形成通孔的工艺，且散热性能更优，进而使得整个封装结构的密封性能更优。
附图说明
图1为本发明的半导体封装件的结构示意图。
图2为本发明的半导体封装件的俯视图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明提出的一种半导体封装的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一散热基板，所述散热基板具有相对的第一表面和第二表面，所述散热基板为金属基板或陶瓷基板，具体可以为金属铜基板、金属铝基板、碳化硅陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板或氧化铝陶瓷基板，所述散热基板的厚度为500-800微米，具体的可以为500微米、600微米、700微米或800微米。
2)对所述散热基板的所述第二表面进行刻蚀以形成多个凹孔，多个所述凹孔呈阵列排布，所述凹孔的直径为100-400微米，通过湿法刻蚀或干法刻蚀形成所述凹孔，上述凹孔的存在有效增加了散热基板的散热面积，具体的，所述凹孔的之间为100微米、200微米、300微米或400微米。
3)接着在所述散热基板的所述第一表面上形成绝缘层，所述绝缘层为氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、有机复合材料中的一种或多种，所述绝缘层是通过ALD、PECVD、喷涂或旋涂的方法形成的，所述绝缘层的厚度为50-200微米，具体的可以为50微米、80微米、100微米、120微米、150微米、180微米或200微米。
4)接着在所述绝缘层上形成电路布线层，在所述绝缘层上形成电路布线层的具体工艺为：在所述绝缘层上沉积导电金属层，然后通过光刻工艺形成所述电路布线层，所述导电金属层的材料为铜或铝，所述导电金属的厚度可以为300-600纳米，具体的，所述导电金属层的厚度可以为300纳米、400纳米、500纳米或600纳米，然后在所述导电金属层上形成光刻胶，通过曝光显影，形成布线结构的掩膜，然后利用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺蚀刻所述导电金属层，以形成所述电路布线层。
5)在所述电路布线层上安装多个半导体元件和多个导电引脚，在具体的工艺中，所述半导体元件可以通过粘结层粘结固定在所述电路布线层上，然后利用金属引线将所述半导体芯片与所述电路布线层电连接，或者在所述电路布线层上设置焊球，通过所述焊球将所述半导体芯片倒装安装在所述布线结构上，且所述电性引脚可以通过切割或模压工艺形成，所述导电引脚通过焊料与所述布线结构电连接。
6)将安装有所述半导体元件和所述导电引脚的散热基板置于模具中，所述散热基板的所述第二表面紧贴所述模具的模具腔的底面，接着向所述模具腔注入封装树脂材料以形成封装胶体，所述封装胶体包括环氧树脂，所述封装胶体中还具有导热填料，所述导热填料为氧化铝、氮化铝、碳化硅、石墨烯或碳纳米管。
7)提供多个散热片，所述散热片的截面为“十”字形，在所述散热片上形成多个穿孔，所述散热片的材料为铜、铝或不锈钢，所述散热片的厚度为600-900微米，通过切割工艺或激光烧蚀工艺形成所述穿孔，所述穿孔的直径为300-900微米，多个所述穿孔的总面积与所述散热片的面积的比值为0.1-0.2，通过优化散热片的厚度可以确保所述散热片的刚性，通过优化多个所述穿孔的总面积与所述散热片的面积的比值，可以兼顾散热片的稳固性和导热性。
8)接着将步骤7)得到的多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中，接着对所述封装胶体进行热压合工艺，以使得封装胶体和散热片粘合在一起。其中，将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中的具体工艺为：在温度为100-120℃且压力为5-15N的条件下将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中，具体的是，在温度为110℃且压力为10N的条件下将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中。
所述热压合工艺具体为：以升温速率为30-40℃/min的条件下升温至100-120℃，同时以600-800g/min的速度逐渐增加压合重量至1500-2200g，保持5-10分钟；接着以升温速率为20-30℃/min的条件下升温至140-160℃，同时以700-900g/min的速度逐渐增加压合重量至3000-4500g，保持10-15分钟；接着以升温速率为25-35℃/min的条件下升温至180-200℃，同时以400-600g/min的速度逐渐增加压合重量至4800-5600g，保持5-10分钟；接着以800-1000g/min的速度逐渐减少压合重量至1000-2000g，保持温度为180-200℃，保持10-20分钟；接着以1000-2000g/min的速度逐渐减少压合重量至0，保持温度为180-200℃，保持50-80分钟，最后冷却至室温。在具体的实施例中，以升温速率为35℃/min的条件下升温至110℃，同时以700g/min的速度逐渐增加压合重量至1800g，保持7分钟；接着以升温速率为25℃/min的条件下升温至150℃，同时以800g/min的速度逐渐增加压合重量至3700g，保持12分钟；接着以升温速率为30℃/min的条件下升温至190℃，同时以500g/min的速度逐渐增加压合重量至5200g，保持7分钟；接着以900g/min的速度逐渐减少压合重量至1500g，保持温度为190℃，保持15分钟；接着以1500g/min的速度逐渐减少压合重量至0，保持温度为190℃，保持60分钟，最后冷却至室温。通过优化热压合工艺，可以使得散热片与封装胶体紧密结合，在确保封装构件的良好散热的同时，保证了封装构件的密封性和稳定性。
本发明还提出一种半导体封装，其采用上述方法制备形成的。如图1所示，所述半导体封装包括散热基板1，所述散热基板1的底面具有凹孔11，在所述散热基板1的第一表面上形成绝缘层2，在所述绝缘层2上形成电路布线层3，在所述电路布线层3上安装多个半导体元件4和多个导电引脚5；封装胶体6包裹所述散热基板1和所述半导体元件4，所述导电引脚5从所述封装胶体中伸出，多个散热片7嵌设在所述封装胶体5的四周边缘。本发明的半导体封装件中，通过在封装胶体的四周直接压入“十”字形散热片，并对所述封装胶体进行热压合工艺，以使得部分的封装胶体嵌入到所述散热片的所述穿孔中，所述散热片具有较大的比表面积，进而可以快速散热，且与金属散热柱相比，省略了在封装胶体中形成通孔的工艺，且散热性能更优，进而使得整个封装结构的密封性能更优。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半导体封装的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)提供一散热基板，所述散热基板具有相对的第一表面和第二表面；
(2)对所述散热基板的所述第二表面进行刻蚀以形成多个凹孔；
(3)接着在所述散热基板的所述第一表面上形成绝缘层；
(4)接着在所述绝缘层上形成电路布线层；
(5)在所述电路布线层上安装多个半导体元件和多个导电引脚；
(6)将安装有所述半导体元件和所述导电引脚的散热基板置于模具中，所述散热基板的所述第二表面紧贴所述模具的模具腔的底面，接着向所述模具腔注入封装树脂材料以形成封装胶体；
(7)提供多个散热片，所述散热片的截面为“十”字形，在所述散热片上形成多个穿孔；
(8)接着将步骤(7)得到的多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中，接着对所述封装胶体进行热压合工艺，以使得封装胶体和散热片粘合在一起；
其中，在所述步骤(8)中，所述热压合工艺具体为：以升温速率为30-40℃/min的条件下升温至100-120℃，同时以600-800g/min的速度逐渐增加压合重量至1500-2200g，保持5-10分钟；接着以升温速率为20-30℃/min的条件下升温至140-160℃，同时以700-900g/min的速度逐渐增加压合重量至3000-4500g，保持10-15分钟；接着以升温速率为25-35℃/min的条件下升温至180-200℃，同时以400-600g/min的速度逐渐增加压合重量至4800-5600g，保持5-10分钟；接着以800-1000g/min的速度逐渐减少压合重量至1000-2000g，保持温度为180-200℃，保持10-20分钟；接着以1000-2000g/min的速度逐渐减少压合重量至0，保持温度为180-200℃，保持50-80分钟，最后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的半导体封装的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述散热基板为金属基板或陶瓷基板。
3.根据权利要求1所述的半导体封装的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，多个所述凹孔呈阵列排布，所述凹孔的直径为100-400微米。
4.根据权利要求1所述的半导体封装的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，所述绝缘层为氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、有机复合材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的半导体封装的制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，在所述绝缘层上形成电路布线层的具体工艺为：在所述绝缘层上沉积导电金属层，然后通过光刻工艺形成所述电路布线层。
6.根据权利要求1所述的半导体封装的制备方法，其特征在于：在所述步骤(7)中，所述散热片的材料为铜、铝或不锈钢，所述散热片的厚度为600-900微米，通过切割工艺或激光烧蚀工艺形成所述穿孔，所述穿孔的直径为300-900微米，多个所述穿孔的总面积与所述散热片的面积的比值为0.1-0.2。
7.根据权利要求1所述的半导体封装的制备方法，其特征在于：在所述步骤(8)中，将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中的具体工艺为：在温度为100-120℃且压力为5-15N的条件下将多个所述散热片分别压入到所述封装胶体中。
8.一种半导体封装，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备形成的。
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