CN111430312A - 一种半导体元件隔热封装系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体元件隔热封装系统。该系统包括：高温元件、低温元件、载板、塑封料和隔热槽沟，所述高温元件和所述低温元件设置在所述载板上，所述隔热槽沟设置在所述高温元件和所述低温元件之间。所述塑封料包覆所述高温元件和低温元件，所述塑封料用于将所述高温元件和所述低温元件进行塑封。本发明能够解决半导体封装中高低温元件之间隔热的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体隔热封装领域，特别是涉及一种半导体元件隔热封装系统。
背景技术
随着半导体系统性能的不断提高，系统封装中高温元件的功率和温度在持续增加，需要高导热封装将高温元件产生的热量散发到环境中。在传统系统封装器件和模块中，不同工作温度的半导体元件(芯片，被动元件等)通常放到元件载板上，然后用高分子塑封料密封。常用的高温元件散热方法是采用高热导率的载板和塑封料。但是高热导率材料也使得热量更容易从高温元件向低温元件传递，导致低温元件的电学失效和可靠性降低，因此高低温元件隔热成为一个需要解决的问题。目前系统封装的隔热方法比较少，主要还是将高温和低温元件在封装位置上尽量远离，减少高温元件对低温元件的热影响。
发明内容
本发明目的是提供一种半导体元件隔热封装系统，能够解决半导体系统封装中高低温元件之间隔热的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种半导体元件隔热封装系统，包括：高温元件、低温元件、载板、塑封料和隔热槽沟，所述高温元件和所述低温元件设置在所述载板上，所述隔热槽沟设置在所述高温元件和所述低温元件之间，所述塑封料包覆所述高温元件和低温元件，所述塑封料用于将所述高温元件和所述低温元件进行塑封。
可选的，所述隔热槽沟贯穿全部或部分所述载板或所述塑封料或贯穿所述载板和所述塑封料，所述隔热槽沟位于所述载板内或所述塑封料内或所述载板和所述塑封料内，所述隔热槽沟内为空气或填充低热导率隔热材料。
可选的，所述高温元件或所述低温元件包括裸芯片、芯片封装器件或被动元件。
可选的，所述载板采用表面布线的基板、金属引线框架或器件模块散热片。
可选的，所述塑封料是高分子材料，所述塑封料采用模塑、压塑或灌胶方法进行塑封。
可选的，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封以后，采用激光刻蚀或者机械切割载板或塑封料或载板和塑封料。
可选的，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，采用激光刻蚀或者机械切割载板，或者在载板上放置固体隔热块。
可选的，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，采用激光刻蚀或者机械切割载板，然后进行芯片贴放和塑封，载板空气隔热槽沟内填满塑封料。
可选的，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，采用激光刻蚀或者机械切割载板，载板切割间隙填充隔热材料，然后进行芯片贴放和塑封，载板隔热槽沟内保留隔热材料。
可选的，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，放置固体隔热块在载板上，所述固体隔热块在载板上所述高温元件和所述低温元件之间，然后进行芯片贴放和塑封，埋在塑封料里面的所述固体隔热块成为塑封料内部热传递的所述隔热槽沟。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明在高温元件和低温元件之间的载板或塑封料中制造隔热槽沟，减少高温元件对低温元件的热传递，降低高温传递对低温元件电学性能和可靠性的不利影响，从而解决半导体元件封装中高低温元件之间隔热的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为公知的典型半导体元件封装系统剖面图；
图2为本发明半导体元件隔热封装系统剖面图；
图3为本发明半导体元件隔热封装系统俯视图；
图4为本发明隔热槽沟贯穿载板结构剖面图；
图5为本发明隔热槽沟贯穿塑封料结构剖面图；
图6为本发明隔热槽沟同时贯穿载板和塑封料结构剖面图；
图7为本发明不同隔热槽沟结构俯视图一；
图8为本发明不同隔热槽沟结构俯视图二；
图9为本发明第一种制造工艺示意图；
图10为本发明第二种制造工艺示意图；
图11为本发明第三种制造工艺示意图；
图12为本发明第四种制造工艺示意图；
符号说明：1-高温元件，2-低温元件，3-载板，4-塑封料，5-隔热槽沟，6-载板预制空气隔热槽沟，7-载板预制隔热材料槽沟，8-固体隔热块。
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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明目的是提供一种半导体元件隔热封装系统，能够解决半导体系统封装中高低温元件之间隔热的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为公知的典型半导体元件封装系统剖面图。传统半导体元件封装系统包括：高温元件1、低温元件2、载板3和塑封料4。
图2为本发明半导体元件隔热封装系统剖面图。本发明半导体元件隔热封装系统包括：高温元件1、低温元件2、载板3、塑封料4和隔热槽沟5。高温元件1和低温元件2设置在载板3上，隔热槽沟5设置在高温元件1和低温元件2之间，塑封料4包覆高温元件1和低温元件2，将两个元件进行塑封。
图3为本发明半导体元件隔热系统封装俯视图。隔热槽沟5在高温元件1和低温元件2之间区域，实现高温元件1和低温元件2之间的热隔离。
隔热槽沟5位置在封装剖面上，可以处于载板3和塑封料4的不同位置。具体可以贯穿全部或部分载板3或塑封料4或同时贯穿载板3和塑封料4。图4为本发明隔热槽沟贯穿载板结构剖面图。图5为本发明隔热槽沟贯穿塑封料结构剖面图。图6为本发明隔热槽沟同时贯穿载板和塑封料结构剖面图，图6和图2一样，采用图6作为图2本发明半导体元件隔热封装系统剖面图的一个典型实施例。不同实施例中，所述隔热槽沟5可以位于所述载板内或所述塑封料内或所述载板和所述塑封料内。
关于所述隔热槽沟5，槽沟为埋在载板3和塑封料4中的空气间隙或隔热材料。隔热材料是不含导热颗粒填料(例如二氧化硅)的高分子(例如环氧树脂)等低热导率材料。空气和低热导率隔热材料阻挡从高温元件到低温元件的热传递。
关于所述高温元件1或低温元件2，包括裸芯片、芯片封装器件或被动元件。高温元件1通常是发热比较多的高功率芯片和器件，例如CPU中央处理芯片、GPU图像处理芯片和ASIC专用芯片等，也包括其它非芯片器件，例如变压器等。低温元件2通常是低功率芯片、低功率器件和被动元件，被动元件包括电阻、电容和电感。
关于所述载板3，通常采用表面布线的基板、金属引线框架或器件模块散热片，基板采用高分子，金属或陶瓷材料制作而成。作为优选的实施例，载板3采用高分子BT材料基板或者表面贴装印刷电路板。
关于所述塑封料4，通常是高分子塑封材料。作为优选的实施例，塑封料4采用环氧树脂，采用模塑、压塑和灌胶等方法对高温元件、低温元件和载板进行塑封。
隔热槽沟5位置在封装俯视面上，处于高温元件1和低温元件2之间。具体隔热槽沟5位置分布根据高温元件1和低温元件2的分布而不同，图7和图8是两个实施例。分别代表高温元件1被低温元件2包围和低温元件2被高温元件1包围。图7为本发明不同隔热槽沟结构俯视图一，代表高温元件1被低温元件2包围。该隔热封装系统包括中央一个高温元件1，周围四个低温元件2和四个隔热槽沟5。隔热槽沟5阻止从中央高温元件1向周围低温元件2的热传递。图8为本发明不同隔热槽沟结构俯视图二，代表低温元件2被高温元件1包围。该隔热封装系统包括中央一个低温元件2，周围四个高温元件1和四个隔热槽沟5。隔热槽沟5阻止高温元件1向中央低温元件2的热传递。通过图7和图8可知，只要高温元件1和低温元件2之间设有隔热槽沟5即可，高温元件1、低温元件2和隔热槽沟5的数量并不是唯一限定的。
本发明隔热封装工艺方面，隔热槽沟5的制造可以在塑封以后或者塑封之前。对于塑封以后制造隔热槽沟5，采用激光刻蚀或者机械切割载板3或塑封料4或载板3和塑封料4，然后切割间隙中保留空气或者填充隔热材料。对于塑封之前制造隔热槽沟5，一个方法是采用激光刻蚀或者机械切割载板3，然后保留空气在载板3中或者切割间隙中填充低热导率隔热材料；另外一个方法是在载板3上放置固体隔热块8，当塑封完成后固体隔热块8埋在塑封料4中，成为塑封料4中的隔热槽沟5。一些具体的制造工艺实施例在图9、图10、图11和图12中体现。
图9为本发明第一种制造工艺示意图，塑封以后制造隔热槽沟5。具体的，塑封以后采用激光刻蚀或者机械切割的方法制造隔热槽沟5。图9中隔热槽沟5在全部载板3和塑封料4厚度中，其它实施例中隔热槽沟5也可以单独在载板3或塑封料4中，隔热槽沟5可以贯穿全部或者部分载板3和塑封料4的厚度。
图10为本发明第二种制造工艺示意图，塑封之前载板预制空气隔热槽沟6。具体的，塑封之前采用激光刻蚀或者机械切割载板3，制作载板预制空气隔热槽沟6。然后进行芯片贴放和塑封，塑封料4填满载板预制空气隔热槽沟6。
图11为本发明第三种制造工艺示意图，塑封之前载板预制隔热材料槽沟7。具体的，塑封之前采用激光刻蚀或者机械切割在载板3。通过点胶或者钢网印刷等方法将隔热材料填充到载板切割槽沟中，加热固化隔热材料，形成载板预制隔热材料槽沟7。然后进行芯片贴放和塑封，塑封料4不进入载板预制隔热材料槽沟7。
图12为本发明第四种制造工艺示意图，塑封之前载板上放置固体隔热块8。具体的，塑装之前将固体隔热块8放置在高温元件1和低温元件2之间的载板3上。进行芯片贴放和塑封，固体隔热块8成为塑封料4中的隔热槽沟。图12载板以具有载板预制隔热材料槽沟7为最佳实施例，对于较低传热性能的载板，载板中也可以没有隔热槽沟5。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种半导体元件隔热封装系统，其特征在于，包括：高温元件、低温元件、载板、塑封料和隔热槽沟，所述高温元件和所述低温元件设置在所述载板上，所述隔热槽沟设置在所述高温元件和所述低温元件之间，所述塑封料包覆所述高温元件和低温元件，所述塑封料用于将所述高温元件和所述低温元件进行塑封。
2.根据权利要求1所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述隔热槽沟贯穿全部或部分所述载板或所述塑封料或贯穿所述载板和所述塑封料，所述隔热槽沟位于所述载板内或所述塑封料内或所述载板和所述塑封料内，所述隔热槽沟内为空气或填充低热导率隔热材料。
3.根据权利要求1所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述高温元件或所述低温元件包括裸芯片、芯片封装器件或被动元件。
4.根据权利要求1所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述载板采用表面布线的基板、金属引线框架或器件模块散热片。
5.根据权利要求1所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述塑封料是高分子材料，所述塑封料采用模塑、压塑或灌胶方法进行塑封。
6.根据权利要求1所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封以后，采用激光刻蚀或者机械切割载板或塑封料或载板和塑封料。
7.根据权利要求1所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，采用激光刻蚀或者机械切割载板，或者在载板上放置固体隔热块。
8.根据权利要求7所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，采用激光刻蚀或者机械切割载板，然后进行芯片贴放和塑封，载板空气隔热槽沟内填满塑封料。
9.根据权利要求7所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，采用激光刻蚀或者机械切割载板，载板切割间隙填充隔热材料，然后进行芯片贴放和塑封，载板隔热槽沟内保留隔热材料。
10.根据权利要求7所述的半导体元件隔热封装系统，其特征在于，所述隔热槽沟制造是在所述高温元件和所述低温元件塑封之前，放置固体隔热块在载板上，所述固体隔热块在载板上所述高温元件和所述低温元件之间，然后进行芯片贴放和塑封，埋在塑封料里面的所述固体隔热块成为塑封料内部热传递的所述隔热槽沟。
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| WO2024164746A1 (zh) * | 2023-02-06 | 2024-08-15 | 深圳市锐尔觅移动通信有限公司 | 散热板及电子设备 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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