CN112736184B - 一种高功率芯片封装散热结构及其制备方法 - Google Patents

一种高功率芯片封装散热结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高功率芯片封装散热结构，包括：高功率芯片封装，散热器，所述高功率芯片封装包括高功率芯片阵列、基板，所述高功率芯片阵列至少包括一个高功率芯片子单元，从晶圆上切割m×n的高功率芯片子单元获得所述高功率芯片阵列，所述高功率芯片阵列每个子单元之间已电气连接，m≥1，n≥1；所述基板包括至少一个通孔，所述高功率芯片阵列嵌入所述通孔内，通过焊接的方式直接键合到散热器上。本发明解决了现有高功率芯片封装散热结构散热性差、寿命短及效率低的技术问题，缩短了散热路径，提高了高功率芯片的散热性能，突破传统散热的局限性。

Description

一种高功率芯片封装散热结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地涉及高功率芯片散热技术。
背景技术
具有高流明效率、长使用寿命、低驱动电压等明显优点的发光二极管广泛应用于显示、照明、装饰等众多领域。随着应用场景的需要，对大功率、高亮度的高功率芯片的散热设计提出了更高的要求。目前传统的高功率芯片散热结构，存在散热性差导致的光源早衰、寿命缩短、发光效率降低的技术问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，解决原有高功率芯片结构散热性差导致的光源早衰、寿命缩短、发光效率降低的技术问题，本发明提供了一种高功率芯片封装散热结构，包括：
高功率芯片封装、散热器，
所述高功率芯片封装包括高功率芯片阵列、基板；
所述高功率芯片阵列至少包括一个高功率芯片子单元，从晶圆上切割m×n的高功率芯片子单元获得所述高功率阵列，所述高功率芯片阵列每个子单元之间已实现电气连接，m≥1，n≥1；
所述基板包括至少一个通孔，
所述高功率芯片阵列嵌入所述通孔内，通过焊接的方式直接键合到散热器。
优选的，所述基板包括通孔区，以及位于通孔区外的边缘区，所述边缘区包括至少一个焊盘。
优选的，所述通孔区的长度与宽度分别大于所述高功率芯片阵列的长度与宽度。
优选的，所述高功率芯片阵列通过引线键合的方式键合至所述焊盘。
优选的，所述基板包括有机基板、陶瓷基板、玻璃基板、金属芯印刷电路板及其它复合基板；所述散热器包括硅基/金属基/陶瓷基液冷板、热扩散板、热沉；所述散热器材料包括铜、钨铜、钼铜、铝、硅及其它复合材料。
一种高功率芯片封装散热结构制备方法，包括
S1：制备包括至少一个通孔的基板；
S2：制备高功率芯片阵列，将所述高功率芯片阵列键合至所述基板，形成高功率芯片封装，所述高功率芯片阵列由m×n个高功率芯片子单元组成；
S3：塑封；加热，使高功率芯片封装与载板脱离；
S4：在所述基板上及散热器底面溅射金属化层；
S5：通过焊接的方式将高功率芯片阵列直接与散热器键合。
优选的，所述S1包括：
S1.1：通过激光刻槽或机械铣槽工艺加工基板通孔；
S1.2：采用热释放胶带将所述基板临时键合到载板上，载板材料包括不锈钢、玻璃及其它复合材料；
所述基板包括基板通孔区，以及位于基板通孔区外的边缘区，所述边缘区包括至少一个焊盘。
优选的，所述高功率芯片为发光二极管芯片，所述S2包括：
S2.1:从晶圆上切割m×n的发光二极管芯片子单元获得所述高功率芯片阵列；
S2.2：晶圆上每列高功率芯片串联在一起，嵌入到基板通孔内的高功率阵列已实现电气连接；
S2.3：从晶圆上切割高功率芯片阵列，通过引线键合的方式键合至所述基板焊盘；所述焊盘位于所述基板通孔外边缘。
优选的，所述S3包括：
S3.1：通过硅胶、环氧树脂等材料塑封高功率芯片封装；
S3.2：加热载板至胶带热释放所需温度，使所述基板与载板脱离。
优选的，所述S4包括：
对所述基板进行板级物理气相沉积，在所述基板上溅射至少一层第一金属化层，所述第一金属化层包括Ti/Cu、Ni/Au、Ag；在散热器底面溅射第二金属化层，所述第二金属化层包括Ni/Au、Ag、Ti/Cu。
本发明通过将嵌入到基板通孔内的高功率芯片阵列直接键合到散热器上，解决了现有高功率芯片封装散热结构散热性差、寿命短及效率低的技术问题，缩短散热路径，提高高功率芯片的散热性能，突破传统散热的局限性。
附图说明
图1为实施例一提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构侧视图。
图2为实施例一提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构俯视图。
图3为实施例一提供的高功率发光二极管芯片晶圆俯视图。
图4为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的基板侧视图。
图5为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的基板及临时载板侧视图。
图6为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的键合基板的高功率芯片封装散热结构侧视图。
图7为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的键合高功率芯片阵列的高功率芯片封装散热结构侧视图。
图8为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的塑封的高功率芯片封装散热结构侧视图。
图9为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的去除载版的高功率芯片封装散热结构侧视图。
图10为实施例二提供的高功率发光二极管芯片封装散热结构制备方法的含金属化层的高功率芯片封装散热结构侧视图。
图11为实施例二提供的嵌入式组装散热器的高功率芯片侧视图
其中，001为晶圆，001a为高功率芯片，001b为芯片焊盘，001c为芯片之间的连线，001d为芯片之间的划片道；002为基板，其中002a为基板通孔边缘，002b为基板通孔，002c为基板互连线，002d为基板焊盘，002e为高功率芯片封装正极，002f为高功率芯片封装负极；003为热释放胶带；004为不锈钢载板；005为引线；006为高透明硅胶；007高功率芯片封装背面金属化层；008为液冷板，008a为液冷板翅片，008b为液冷板流体通道，008c为液冷板背面金属化层
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例一
本实施例提供一种高功率芯片封装散热结构，如图1-3所示，包括：高功率芯片封装、散热器，所述高功率芯片封装包括高功率芯片001a，高功率芯片封装正极002e，高功率芯片封装负极002f，基板002，所述基板002包括一个通孔002b，所述高功率芯片001a阵列嵌入所述通孔内，通过基板与散热器连接。所述基板包括基板通孔区，以及位于基板通孔区外的边缘区002a，所述边缘区包括至少一个基板焊盘002d，至少一条基板互连线002c；所述高功率芯片阵列包括m×n个高功率芯片子单元001a。所示散热器为液冷板008，包括液冷板翅片008a，液冷板流体通道008b，液冷板背面金属化层008c。
在一个其他优选实施例中，所述通孔可设置为多个，所述高功率芯片阵列通过多个通孔直接焊接到散热器上。
高功率芯片封装和散热器之间通过焊接或烧结银或涂敷热界面材料的方式实现连接。
所述高功率芯片阵列嵌入到基板通孔内；所述高功率芯片及引线上表面通过硅胶、环氧树脂等材料保护。
所述散热器包括硅基/金属基/陶瓷基液冷板、热扩散板、热沉。
所述基板包括有机基板、陶瓷基板、玻璃基板、金属芯印刷电路板及其它复合基板；所述散热器材料包括铜、钨铜、钼铜、铝、硅及其它复合材料。
所述高功率芯片为功率器件或射频器件等多管脚芯片时，可在晶圆上切割获得单一芯片作为高功率芯片，通过通孔与散热模块直接相连
实施例二
本实施例提供一种高功率芯片封装散热结构制备方法，如图4-11所示，步骤如下：
1)通过激光刻槽或机械铣槽工艺加工基板通孔，获得待通孔的基板，如图4所示；
2)采用热释放胶带将刻好通孔的基板临时键合到不锈钢载板上；
3)从晶圆上切割包含高功率芯片子单元组成的高功率芯片阵列，所述高功率阵列每个子单元之间已电气连接，将高功率芯片或阵列临时键合到载板上，如图5所示；
4)通过引线键合的方式将高功率芯片阵列键合到基板通孔外边缘焊盘上，如图6高功率芯片封装或阵列背面临时键合到载板上，如图7所示芯片之间通过引线键合的实现电气互连并键合到基板焊盘上；
5)通过硅胶、环氧树脂等工艺塑封高功率芯片，如图8所示；
6)加热到胶带热释放所需温度，芯片背面和基板会自动脱离载板，如图9所示；
7)根据后续焊接需求，进行板级物理气相沉积，溅射一层或多层金属化层，金属化层包括Ti/Cu、Ni/Au、Ag；通过物理气相沉积的方式沉积焊接所需的金属化层如图10所示；
8)散热器底面溅射金属化层Ni/Au、Ag；
9)将高功率芯片通过焊接、烧结等工艺组装到散热器上，获得如图11所示包括直接贴敷散热器结构的高功率芯片。
所述高功率芯片为功率器件或射频器件等多管脚芯片时，可在晶圆上切割获得单一芯片作为高功率芯片临时键合到载板上，并实现与散热器接触。
本发明通过将嵌入到基板通孔内的高功率芯片直接键合到散热器上，解决了现有高功率芯片封装散热结构散热差、寿命短及效率低的技术问题，缩短散热路径，提高高功率芯片的热性能，突破传统散热的局限性。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (3)

1.一种高功率芯片封装散热结构制备方法，其特征在于，包括
S1：制备包括至少一个通孔的基板；
S2：制备高功率芯片阵列，将所述高功率芯片阵列键合至所述基板，形成高功率芯片封装，所述高功率芯片阵列由m×n个高功率芯片子单元组成；
S3：塑封；加热，使高功率芯片封装与载板脱离；
S4：在所述基板上及散热器底面溅射金属化层；
S5：通过焊接的方式将高功率芯片封装阵列直接与散热器键合；
所述S1包括：S1.1：通过激光刻槽或机械铣槽工艺加工基板通孔；
S1.2：采用热释放胶带将所述基板临时键合到载板上，载板材料包括不锈钢、玻璃；所述基板包括基板通孔区，以及位于基板通孔区外的边缘区，所述边缘区包括至少一个焊盘；
所述高功率芯片为发光二极管芯片，所述S2包括：S2.1:从晶圆上切割m×n的发光二极管芯片子单元获得所述高功率芯片阵列；S2.2：晶圆上每列高功率芯片子单元串联在一起，嵌入到基板通孔内的高功率芯片阵列已实现电气连接；S2.3：从晶圆上切割高功率芯片阵列，通过引线键合的方式键合至所述基板焊盘；所述焊盘位于所述基板通孔外边缘；
所述高功率芯片封装散热结构包括：高功率芯片封装、散热器，所述高功率芯片封装包括高功率芯片阵列、基板，所述高功率芯片阵列至少包括一个高功率芯片子单元，从晶圆上切割m×n的高功率芯片子单元获得所述高功率芯片阵列，所述高功率芯片阵列每个子单元之间已电气连接，m≥1，n≥1；所述基板包括至少一个通孔，所述高功率芯片阵列嵌入所述基板通孔内，通过焊接的方式直接键合到散热器；所述基板包括通孔区，以及位于通孔区外的边缘区，所述边缘区包括至少一个焊盘；
所述通孔区的长度与宽度分别大于所述高功率芯片阵列的长度与宽度；
所述高功率芯片子单元通过引线键合的方式键合至所述焊盘；
所述基板包括有机基板、陶瓷基板、玻璃基板、金属芯印刷电路板；所述散热器包括硅基/金属基/陶瓷基液冷板、热扩散板、热沉；所述散热器材料包括铜、钨铜、钼铜、铝、硅。
2.根据权利要求1所述高功率芯片封装散热结构制备方法，其特征在于，所述S3包括：S3.1：通过硅胶、环氧树脂塑封高功率芯片封装；S3.2：加热载板至胶带热释放所需温度，使所述基板与载板脱离。
3.根据权利要求1所述高功率芯片封装散热结构制备方法，其特征在于，所述S4包括：对所述基板进行板级物理气相沉积，在所述基板上溅射至少一层第一金属化层，所述第一金属化层包括Ti/Cu、Ni/Au、Ag；在散热器底面溅射第二金属化层，所述第二金属化层包括Ni/Au、Ag、Ti/Cu。
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