CN111725079A - 一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，属于芯片塑封技术领域，可以实现在载体基板上设置与引线和芯片相对应的导热固定件，提高接线的稳定性，然后围绕芯片设置呼吸式相变导热件进行高效导热，并在外围设置环形的泡沫外框充当模具向其内注入塑封料进行塑封，完成后将载体基板剥离并对泡沫外框上的膨胀孔进行清孔，呼吸式相变导热件即可在芯片工作时利用导热相变的特点，形成流动性无空隙的高效导热，并基于热呼吸原理快速将热量散发至外界中，在常规状态下可以实现隔热使得芯片处于正常工作的温度范围内，避免外界低温带来的干扰，不仅可以提高对芯片和引线的塑封效果，同时具有优异的导热性满足高性能芯片的散热要求。
Description
技术领域
本发明涉及芯片塑封技术领域，更具体地说，涉及一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺。
背景技术
早期的芯片封装为双列直插式DI封装，这种封装布线和操作较为方便。但是，DIP封装的封装效率很低，且封装产品的面积较大，不利于提高内存条的容量，同时还会影响内存频率、传输速率和电器性能的提升。
为了减少芯片的封装面积，表面贴装技术(SMT封装)成为目前电子组装行业里比较受欢迎的封装技术，而在SMT封装中，QFN封装(方形扁平无引脚封装)成为主流。现有的QFN封装的方法通常是将半导体裸芯片的非有源面通过导电银胶安装在引线框架的中间焊盘上，然后再进行引线键合和塑封，使引线框架的引脚和中间焊盘均裸露在塑封体的表面。中间焊盘裸露在外，可增加芯片的散热性能。
但是随着电子元器件的集成化和多元化发展，芯片朝着精细化方向前进，对导热性能提出前所未有的高要求，目前常规的散热设置已经无法满足高性能芯片的散热要求，尤其是常规散热设置的散热寿命远低于芯片的工作寿命，在散热一段时间后散热性会逐渐下降甚至失效，且焊盘裸露在外不仅容易受到外力损伤，在低温环境下也干扰到芯片的正常工作。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，它可以实现在载体基板上设置与引线和芯片相对应的导热固定件，然后进行针对性安装，提高接线的稳定性，然后围绕芯片设置呼吸式相变导热件进行高效导热，并在外围设置环形的泡沫外框充当模具向其内注入塑封料进行塑封，完成后将载体基板剥离并对泡沫外框上的膨胀孔进行清孔，呼吸式相变导热件即可在芯片工作时利用导热相变的特点，形成流动性无空隙的高效导热，并基于热呼吸原理快速将热量散发至外界中，在常规状态下可以实现隔热使得芯片处于正常工作的温度范围内，避免外界低温带来的干扰，不仅可以提高对芯片和引线的塑封效果，同时具有优异的导热性满足高性能芯片的散热要求。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，包括以下步骤：
S1、在载体基板上开设有第一凹槽、若干第二凹槽和环形凹槽，第一凹槽内放置有导热芯片框，第二凹槽内放置有引脚导热框，环形凹槽内放置有泡沫外框；
S2、在引脚导热框上电镀形成焊线管脚，且在芯片的非有源面上形成绝缘层，然后将芯片贴装于导热芯片框内；
S3、将芯片有源面上的电极通过引线与焊线管脚电连接，然后选择合适数量的呼吸式相变导热件，将其中一端通过导热胶粘接于导热芯片框侧壁上，另一端插设于泡沫外框上预先开设的膨胀孔上；
S4、对塑封料进行预热后向内侧形成内凸边的泡沫外框内注入，冷却固化后形成内嵌包封体；
S5、将载体基板与内嵌包封体相互剥离，并对膨胀孔内进行清理至无明显异物。
进一步的，所述呼吸式相变导热件包括粘接于导热芯片框侧壁上的吸热片，所述吸热片远离导热芯片框一端固定连接有聚热球，所述聚热球内填充有双态热输送球，所述聚热球远离吸热片一端固定连接有相连通的隔热管，所述隔热管远离聚热球一端包裹有导热包裹壳，所述导热包裹壳外侧套设有与隔热管外表面固定连接的外散热球，所述外散热球内壁与导热包裹壳之间固定连接有多个均匀分布的形变导热杆，吸热片将芯片工作时产生的热量传递至聚热球，然后对聚热球内的双态热输送球进行加热促使其相变，利用其相变后的流动性进入到隔热管中挤出空气填满导热空隙，将热量高效传导至形变导热杆，然后藉由形变导热杆和外散热球增大后的散热面积将热量散发至外界，并仿照生物的“呼吸作用”以双态热输送球作为流动的导热介质，源源不断的将芯片产生的热量输送至外界。
进一步的，所述聚热球内壁上固定连接有多个均匀分布的热膨胀气球，所述热膨胀气球靠近双态热输送球一端固定连接有插设于双态热输送球内的导热丝，利用热膨胀气球受热膨胀的特性，一方面挤压液化后的双态热输送球进入到隔热管中，另一方面驱动热膨胀气球更加深入双态热输送球中，既促进双态热输送球的开裂相变，同时更好的将热量传导至双态热输送球内部加速其液化。
进一步的，所述形变导热杆和外散热球均采用具有弹性的柔性导热材料制成，所述形变导热杆内填充有流动性导热介质，形变导热杆在发生形态变化后仍可以实现热传导作用，而外散热球在膨胀后可以增加与外界空气的接触面积，从而提高散热性能。
进一步的，所述流动性导热介质为体积比1:1的导热油和导热砂混合制成，流动性导热介质可以满足形变导热杆的形态变化，同时维持其持续的导热性，同时导热油和导热砂的配合可以避免出现导热空隙，并且提高导热性能。
进一步的，所述外散热球内镶嵌有与形变导热杆相对应的热变形扩展片，所述外散热球外表面上固定连接有若干根均匀分布的散热丝，热变形扩展片利用对温度变化的敏感性起到促进外散热球展开膨胀的作用，通过感知形变导热杆传递来的热量进行相应的动作变化，散热丝则起到快速向外界散热的作用，在外散热球膨胀展开后由密集向疏松变化，散热空间得以扩大，进一步提高散热效果。
进一步的，所述热变形扩展片采用NiTi形状记忆合金制成，所述散热丝采用导热碳纤维制成，热变形扩展片的低温相形态为曲折的非平面形状，高温相形态为平面形状，可以在感知温度变化在低温相形态和高温相形态之间来回转化，导热碳纤维在特定方向具有极其优异的导热性能，可以将外散热球所收集到的热量高效散发到外界。
进一步的，所述双态热输送球采用导热相变材料，其在相变时会吸收大量的热量然后利用流动性向外散热球中输送，并且填满充盈于隔热管内，显著降低散热阻力。
进一步的，所述呼吸式相变导热件的安装角度自粘接端向上倾斜15-30°，有利于在液化后的双态热输送球在重力作用下自然回落进入聚热球，形成位于隔热管处的导热阻隔，来减少外界温度对芯片的工作干扰。
进一步的，所述步骤S4中的塑封料包括以下重量份数计的原料：18-20％环氧树脂、9-12％的硬化剂、0.1-1％的蜡、5-6％的应力释放剂、1-1.5％的阻燃剂、以及0.2-0.4％的着色剂，余量为硅微粉。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本方案可以实现在载体基板上设置与引线和芯片相对应的导热固定件，然后进行针对性安装，提高接线的稳定性，然后围绕芯片设置呼吸式相变导热件进行高效导热，并在外围设置环形的泡沫外框充当模具向其内注入塑封料进行塑封，完成后将载体基板剥离并对泡沫外框上的膨胀孔进行清孔，呼吸式相变导热件即可在芯片工作时利用导热相变的特点，形成流动性无空隙的高效导热，并基于热呼吸原理快速将热量散发至外界中，在常规状态下可以实现隔热使得芯片处于正常工作的温度范围内，避免外界低温带来的干扰，不仅可以提高对芯片和引线的塑封效果，同时具有优异的导热性满足高性能芯片的散热要求。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明呼吸式相变导热件的结构示意图；
图4为本发明外散热球膨胀状态下的结构示意图；
图5为本发明内嵌包封体部分的结构示意图。
图中标号说明：
1载体基板、2导热芯片框、3芯片、4引脚导热框、5焊线管脚、6引线、7呼吸式相变导热件、701吸热片、702聚热球、703隔热管、704外散热球、705散热丝、8泡沫外框、9内凸边、10双态热输送球、11热膨胀气球、12导热丝、13导热包裹壳、14形变导热杆、15热变形扩展片、16膨胀孔。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，包括以下步骤：
S1、在载体基板1上开设有第一凹槽、若干第二凹槽和环形凹槽，第一凹槽内放置有导热芯片框2，第二凹槽内放置有引脚导热框4，环形凹槽内放置有泡沫外框8；
S2、在引脚导热框4上电镀形成焊线管脚5，且在芯片3的非有源面上形成绝缘层，然后将芯片3贴装于导热芯片框2内；
S3、将芯片3有源面上的电极通过引线6与焊线管脚5电连接，然后选择合适数量的呼吸式相变导热件7，将其中一端通过导热胶粘接于导热芯片框2侧壁上，另一端插设于泡沫外框8上预先开设的膨胀孔16上；
S4、对塑封料进行预热后向内侧形成内凸边9的泡沫外框8内注入，冷却固化后形成内嵌包封体；
S5、请参阅图5，将载体基板1与内嵌包封体相互剥离，并对膨胀孔16内进行清理至无明显异物。
呼吸式相变导热件7的安装角度自粘接端向上倾斜15-30°，有利于在液化后的双态热输送球10在重力作用下自然回落进入聚热球702，形成位于隔热管703处的导热阻隔，来减少外界温度对芯片3的工作干扰。
注胶时，外散热球704由于塑封料的热量会膨胀对膨胀孔16进行密封，因此塑封料并不会外泄，同时呼吸式相变导热件7也可以加速塑封料的冷却固化，减少塑封时间。
请参阅图3-4，呼吸式相变导热件7包括粘接于导热芯片框2侧壁上的吸热片701，吸热片701远离导热芯片框2一端固定连接有聚热球702，聚热球702内填充有双态热输送球10，聚热球702远离吸热片701一端固定连接有相连通的隔热管703，隔热管703远离聚热球702一端包裹有导热包裹壳13，导热包裹壳13外侧套设有与隔热管703外表面固定连接的外散热球704，外散热球704内壁与导热包裹壳13之间固定连接有多个均匀分布的形变导热杆14，吸热片701将芯片3工作时产生的热量传递至聚热球702，然后对聚热球702内的双态热输送球10进行加热促使其相变，利用其相变后的流动性进入到隔热管703中挤出空气填满导热空隙，将热量高效传导至形变导热杆14，然后藉由形变导热杆14和外散热球704增大后的散热面积将热量散发至外界，并仿照生物的“呼吸作用”以双态热输送球10作为流动的导热介质，源源不断的将芯片3产生的热量输送至外界，形变导热杆14和外散热球704均采用具有弹性的柔性导热材料制成，形变导热杆14内填充有流动性导热介质，形变导热杆14在发生形态变化后仍可以实现热传导作用，而外散热球704在膨胀后可以增加与外界空气的接触面积，从而提高散热性能，流动性导热介质为体积比1:1的导热油和导热砂混合制成，流动性导热介质可以满足形变导热杆14的形态变化，同时维持其持续的导热性，同时导热油和导热砂的配合可以避免出现导热空隙，并且提高导热性能。
聚热球702内壁上固定连接有多个均匀分布的热膨胀气球11，热膨胀气球11靠近双态热输送球10一端固定连接有插设于双态热输送球10内的导热丝12，利用热膨胀气球11受热膨胀的特性，一方面挤压液化后的双态热输送球10进入到隔热管703中，另一方面驱动热膨胀气球11更加深入双态热输送球10中，既促进双态热输送球10的开裂相变，同时更好的将热量传导至双态热输送球10内部加速其液化。
外散热球704内镶嵌有与形变导热杆14相对应的热变形扩展片15，外散热球704外表面上固定连接有若干根均匀分布的散热丝705，热变形扩展片15利用对温度变化的敏感性起到促进外散热球704展开膨胀的作用，通过感知形变导热杆14传递来的热量进行相应的动作变化，散热丝705则起到快速向外界散热的作用，在外散热球704膨胀展开后由密集向疏松变化，散热空间得以扩大，进一步提高散热效果，热变形扩展片15采用NiTi形状记忆合金制成，散热丝705采用导热碳纤维制成，热变形扩展片15的低温相形态为曲折的非平面形状，高温相形态为平面形状，可以在感知温度变化在低温相形态和高温相形态之间来回转化，导热碳纤维在特定方向具有极其优异的导热性能，可以将外散热球704所收集到的热量高效散发到外界。
双态热输送球10采用导热相变材料，其在相变时会吸收大量的热量然后利用流动性向外散热球704中输送，并且填满充盈于隔热管703内，显著降低散热阻力。
步骤S4中的塑封料包括以下重量份数计的原料：18-20％环氧树脂、9-12％的硬化剂、0.1-1％的蜡、5-6％的应力释放剂、1-1.5％的阻燃剂、以及0.2-0.4％的着色剂，余量为硅微粉。
在芯片3工作的正常温度范围内，双态热输送球10不发生相变现象，此时由于隔热管703的隔热特性和空气热传导性差的特性，外界的高低温环境不易对芯片3的工作产生干扰，在芯片3产生大量热量时，吸热片701首先将芯片3上的热量迅速传递至吸热片701对双态热输送球10进行加热，双态热输送球10发生相变现象吸收大量热量，然后在热膨胀气球11的膨胀挤压作用下，从聚热球702中进入到隔热管703中并充满，将隔热管703中的空气挤入到外散热球704中，双态热输送球10在隔热管703中形成无空隙的导热介质，将热量传递至导热包裹壳13后，通过形变导热杆14传递至外散热球704后藉由散热丝705向外界散发，外散热球704在此过程中在泡沫外框8上的膨胀孔16发生膨胀现象，同时在热量向外界输送的过程中，热膨胀气球11会短暂性的收缩一定程度，然后双态热输送球10部分回落至聚热球702中重新吸收热量，热膨胀气球11因为聚热球702又吸收到足够的热量后再次膨胀挤压双态热输送球10，使得双态热输送球10重新回到隔热管703进行导热，而外散热球704在此过程中也会形成膨胀和收缩的交叉性变化，仿照生物的“呼吸”作用，持续且高效的将热量向外界输送，并且外散热球704在膨胀收缩的过程中也会引起附近空气的流动，进一步加快散热。
本发明可以实现在载体基板1上设置与引线6和芯片3相对应的导热固定件，然后进行针对性安装，提高接线的稳定性，然后围绕芯片3设置呼吸式相变导热件7进行高效导热，并在外围设置环形的泡沫外框8充当模具向其内注入塑封料进行塑封，完成后将载体基板1剥离并对泡沫外框8上的膨胀孔16进行清孔，呼吸式相变导热件7即可在芯片3工作时利用导热相变的特点，形成流动性无空隙的高效导热，并基于热呼吸原理快速将热量散发至外界中，在常规状态下可以实现隔热使得芯片3处于正常工作的温度范围内，避免外界低温带来的干扰，不仅可以提高对芯片3和引线6的塑封效果，同时具有优异的导热性满足高性能芯片的散热要求。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在载体基板(1)上开设有第一凹槽、若干第二凹槽和环形凹槽，第一凹槽内放置有导热芯片框(2)，第二凹槽内放置有引脚导热框(4)，环形凹槽内放置有泡沫外框(8)；
S2、在引脚导热框(4)上电镀形成焊线管脚(5)，且在芯片(3)的非有源面上形成绝缘层，然后将芯片(3)贴装于导热芯片框(2)内；
S3、将芯片(3)有源面上的电极通过引线(6)与焊线管脚(5)电连接，然后选择合适数量的呼吸式相变导热件(7)，将其中一端通过导热胶粘接于导热芯片框(2)侧壁上，另一端插设于泡沫外框(8)上预先开设的膨胀孔(16)上；
S4、对塑封料进行预热后向内侧形成内凸边(9)的泡沫外框(8)内注入，冷却固化后形成内嵌包封体；
S5、将载体基板(1)与内嵌包封体相互剥离，并对膨胀孔(16)内进行清理至无明显异物。
2.根据权利要求1所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述呼吸式相变导热件(7)包括粘接于导热芯片框(2)侧壁上的吸热片(701)，所述吸热片(701)远离导热芯片框(2)一端固定连接有聚热球(702)，所述聚热球(702)内填充有双态热输送球(10)，所述聚热球(702)远离吸热片(701)一端固定连接有相连通的隔热管(703)，所述隔热管(703)远离聚热球(702)一端包裹有导热包裹壳(13)，所述导热包裹壳(13)外侧套设有与隔热管(703)外表面固定连接的外散热球(704)，所述外散热球(704)内壁与导热包裹壳(13)之间固定连接有多个均匀分布的形变导热杆(14)。
3.根据权利要求2所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述聚热球(702)内壁上固定连接有多个均匀分布的热膨胀气球(11)，所述热膨胀气球(11)靠近双态热输送球(10)一端固定连接有插设于双态热输送球(10)内的导热丝(12)。
4.根据权利要求2所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述形变导热杆(14)和外散热球(704)均采用具有弹性的柔性导热材料制成，所述形变导热杆(14)内填充有流动性导热介质。
5.根据权利要求4所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述流动性导热介质为体积比1:1的导热油和导热砂混合制成。
6.根据权利要求3所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述外散热球(704)内镶嵌有与形变导热杆(14)相对应的热变形扩展片(15)，所述外散热球(704)外表面上固定连接有若干根均匀分布的散热丝(705)。
7.根据权利要求6所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述热变形扩展片(15)采用NiTi形状记忆合金制成，所述散热丝(705)采用导热碳纤维制成。
8.根据权利要求1所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述双态热输送球(10)采用导热相变材料。
9.根据权利要求1所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述呼吸式相变导热件(7)的安装角度自粘接端向上倾斜15-30°。
10.根据权利要求1所述的一种有引线塑封芯片的高导热性塑封工艺，其特征在于：所述步骤S4中的塑封料包括以下重量份数计的原料：18-20％环氧树脂、9-12％的硬化剂、0.1-1％的蜡、5-6％的应力释放剂、1-1.5％的阻燃剂、以及0.2-0.4％的着色剂，余量为硅微粉。
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