CN113889441A - 一种封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种封装结构，该封装结构包括基板、环形的围栏、芯片、电性连接线路、灌封填充材料、柔性导热层、盖板；围栏的底部设置在基板上，形成向上开口的内腔；芯片设置在所述内腔底部；芯片的顶部与电性连接线路焊装连接；从所述芯片往上依次设置有所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层和所述盖板；所述芯片与所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层以及所述盖板之间，依次紧密贴合；所述盖板用于封闭所述开口，形成内腔封闭空间。通过热电分离的封装方式，使得芯片双面均能很好导热散热的同时热沉和顶盖没有电性关系，使得封装器件导热散热性能大大提升。

Description

一种封装结构
技术领域
本发明涉及封装技术领域，尤其涉及一种封装结构。
背景技术
目前，随着社会的不断发展，半导体行业的发展突飞猛进，而半导体中大量应用各种电子元件，而电子元件一般是被封装为一个整体，其中不乏高功率器件的封装，而现有的高功率器件的封装，多数均为单面导热的结构，少数双面导热结构的3D封装虽然有导热效果，却面临热应力导致芯片损坏失效的问题，并且使得以及后续散热设计及的应用设计的难度提高，不适用于多种封装方式。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种封装结构，用以克服现有技术中的缺陷。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明提供了一种封装结构，包括：基板、环形的围栏、芯片、电性连接线路、电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层和盖板；
所述围栏的底部设置在所述基板上，形成向上开口的内腔；
所述芯片设置在所述内腔底部；
所述芯片的顶部与所述电性连接线路焊装连接；
从所述芯片往上依次设置有所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层和所述盖板；所述芯片与所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层以及所述盖板之间，依次紧密贴合；
所述盖板用于封闭所述开口，形成内腔封闭空间。
在一个具体的实施例中，所述基板设置有贯穿两面的引脚，所述基板的底部设置有热沉面与焊盘；所述焊盘与所述引脚位置一一对应电性连接。
在一个具体的实施例中，所述盖板上设置有排气孔和灌注口。
在一个具体的实施例中，所述盖板为导热盖板。
在一个具体的实施例中，所述盖板为金属板或外表面附着有金属层的陶瓷板。
在一个具体的实施例中，所述填充材料层为填充胶体。
在一个具体的实施例中，所述填充胶体中添加有导热材料，所述导热材料包括Al2O3，AlN，Si3N4中的一种或多种的组合。
在一个具体的实施例中，所述电性连接陶瓷远离所述芯片的一面设置有导热面铜，所述导热面铜通过柔性导热层连接到所述盖板。
在一个具体的实施例中，所述电性连接陶瓷面向所述芯片的一面设置有芯片连接焊盘和第一电性连接焊盘，所述芯片连接焊盘用于和所述芯片连接，所述第一电性连接焊盘用于和所述基板位于内腔一侧的第二连接焊盘连接。
在一个具体的实施例中，所述第一连接焊盘和第二连接焊盘通过设置于所述第二连接焊盘上的柔性导电材料连接，所述柔性导电材料包括曲形导电针脚，柔性铜带，铜编带，铜管或泡沫铜中的一种。
在一个具体的实施例中，所述柔性导热层材料包括铜编带、纳米碳管、石墨烯和泡沫铜中的一种或多种的组合。
在一个具体的实施例中，所述围栏为金属围栏或非金属围栏中的一种。
本发明提供一种封装结构，该封装结构中包括基板、环形的围栏、芯片、电性连接线路、电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层和盖板；所述基板设置有贯穿两面的引脚；所述围栏的底部设置在所述基板上，形成向上开口的内腔；所述芯片设置在所述内腔中；所述芯片的底部与朝向所述内腔一侧的所述引脚连接；所述芯片的顶部与所述电性连接线路焊装连接；从所述芯片往上依次设置有所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层和所述盖板；所述芯片与所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层以及所述盖板之间，依次紧密贴合；所述盖板用于封闭所述开口，形成内腔封闭空间。由此封装结构形成的封装器件实现了热电分离，能够更好的保护芯片，使得芯片双面可以很好的导热散热，有效避免了热应力导致芯片失效的问题，并且通过热电分离的封装方式，使得芯片双面很好导热散热的同时热沉和顶盖没有电性关系，方便后续散热设计及应用设计，且适用于各类晶体管外形封装，如双列直插封装、系统级封装、特殊引脚芯片封装或模块化，如智能功率模块等各类封装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例提出的一种封装结构拆解示意图；
图2示出了本发明实施例提出的一种封装结构盖板部分示意图；
图3示出了本发明实施例提出的一种封装结构剖面示意图；
图4示出了本发明实施例提出的一种封装结构内腔部分示意图；
图5示出了本发明实施例提出的一种封装结构部分组件示意图。
符号说明：
100-盖板，101-填充材料层，102-柔性导热层，103-导热面铜，104-电性连接陶瓷，105-电性连接线路，106-柔性导电材料，107-芯片，108-围栏，109-基板，110-焊盘，111-热沉面；
201-灌注口，202-通气孔；
301-导通孔；
401-引脚，402-固晶焊盘，403-第二电性连接焊盘；
501-阻焊，502-芯片连接焊盘，503-第一电性连接焊盘。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。
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。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
基于现有技术的缺陷，本申请的实施例提供一种封装结构，请参考图1至图4中的封装结构示意图来理解。
实施例1
在本实施例的封装结构中，芯片107安置在由围栏108和基板109形成的向上开口的内腔底部，其中，本实施例中基板109底部设置有贯穿两面的引脚401，芯片107安装在固晶焊盘402上，芯片107底部与固晶焊盘402上的引脚401电性连接，其中，从芯片107往上依次设置有电性连接陶瓷104、柔性导热层102、填充材料层101和盖板100，芯片107与电性连接陶瓷104焊装连接，并且和其余各层之间紧密贴合。其中盖板100通过焊接的方式封闭围栏108和基板109形成的开口，以封闭内腔空间。
具体的，基板109可以为陶瓷板，进一步的，也可以是掺杂了导热材料的高导热陶瓷板，以提高导热效率，起到对芯片的保护。
上述围栏108可以是金属围栏也可以是非金属围栏，金属围栏可以提供更好的导热散热性能，并且具有电磁屏蔽效果，非金属围栏包括有机围栏或者陶瓷围栏，比如陶瓷围栏，就可以提供更好的安全规化设计性能。依据不同的材料制成的围栏108可应用于不同的应用场景中，以实现不同的设计目的，本申请对此不做限制。
进一步的，盖板100为导热盖板，为了保证其导热效力，可以是金属板或者是外表附着金属层的陶瓷板。
结合图5结构图，电性连接陶瓷104面向芯片107的一面上设置有电性连接线路105，该电性连接线路105包括芯片连接焊盘502和第一电性连接焊盘503，其余区域由阻焊501覆盖，该电性连接线路用于实现指定功能。同时该电性连接线路105通过第一电性连接焊盘503与基板上的第二电性连接焊盘403连接，芯片107与电性连接陶瓷104通过芯片连接焊盘502实现焊接连接。
其中，第一电性连接焊盘503和第二电性连接焊盘403通过柔性导电材料连接106，该柔性导电材料106可以是曲形导电针脚，柔性铜带，铜编带，铜管，泡沫铜等弹性模量小且导电性能良好的材料，其在实现第一电性连接焊盘503和第二电性连接焊盘403连接的同时，也能够减少芯片在工作中受到的热应力所带来的影响。
电性连接陶瓷104远离芯片107一侧设置有导热面铜103，该导热面铜103与电性连接陶瓷104上表面紧贴，通过柔性导热层102与盖板100连接，起到加快散热的作用的同时，使得热量能更快的从上方逸散出去。
柔性导热层102位于导热面铜103的上方，由柔性导热材料制成，主要材料为铜编带、纳米碳管、石墨烯和泡沫铜等导热性能好弹性模量小的材料组成，以起到导热作用的同时，同时因为材质的柔性特征，也能大大减小热应力带来的负面效应。
进一步的，参考图2所示的盖板100的俯视图，盖板100上设有灌注口201和若干个通气孔202，示意图中为3个通气孔202，按照实际情况可以减少或者增加，该灌注口201用于灌入组成填充材料层101的胶体，通过灌注有机胶来实现内腔的完全封闭，对芯片提供保护，排除内腔中的空气，以完成封装，封装时可以使用常规封装胶体如有机硅胶，环氧胶。考虑到导热的需求，可将高导热材料添加到上述有机硅胶和环氧胶中提高导热能力，使用导热胶进行灌注。具体的高导热材料包括：Al2O3，AlN，Si3N4中的一种或多种的组合，以此提高导热性能，利于将热量顺利通过高导热材料传递出去，保证芯片运行时处于正常的温度环境。
示意图中为3个通气孔202，按照实际情况可以减少或者增加，用于当胶体通过灌注口201时溢流腔内气体的作用。
上述胶体灌入后需要进行固化操作使得胶体固化，以最终完成对芯片的封装。
进一步的，在基板109底部设有热沉面111，该热沉面111一般设置于中央位置，可以是如图中所示的一片，也可以是多片热沉面111成阵列间隔设置。其中位于基板109底部装有焊盘110，焊盘110位于热沉面111所在区域之外，用于和外部电路连接。
具体的，可结合图3和图4所示封装结构面示意图，引脚401通过导通孔301实现对基板109的贯穿，该使得引脚401与焊盘110连接，一般来讲该导通孔为实心孔铜，以提供电性连接。焊盘110所设置的位置与对应安装的芯片有关。
在本申请实施例中可结合图4理解，焊盘110所设置的位置与对应安装的芯片有关，本申请实施例中该焊盘110被设置在基板109的两边，在实际应用中，焊盘110的位置会和芯片107的引脚以及所应用的场景进行配套设计。
本申请的封装结构，使得芯片107在完成封装之后，正反两面都会有很好的导热效应，大大提成了封装器件的导热散热性能，同时也因而热电分离的封装结构，使得后续散热设计和应用设计更加方便，芯片107与线路的连接都是使用柔性材料连接，减小了热应力对芯片107的影响，避免了芯片107因为热应力而损坏，再加上多层填充材料的导热和缓冲作用，能更好的保护芯片107，提高了封装结构的稳定性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块的一部分。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种封装结构，其特征在于，包括：基板、环形的围栏、芯片、电性连接线路、电性连接陶瓷、柔性导热层、盖板；
所述围栏的底部设置在所述基板上，形成向上开口的内腔；
所述芯片设置在所述内腔底部；
所述芯片的顶部与所述电性连接线路焊装连接；
从所述芯片往上依次设置有所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层和所述盖板；所述芯片与所述电性连接陶瓷、柔性导热层、填充材料层以及所述盖板之间，依次紧密贴合；
所述盖板用于封闭所述开口，形成内腔封闭空间。
2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述基板设置有贯穿两面的引脚，所述基板的底部设置有热沉面与焊盘；所述焊盘与所述引脚位置一一对应电性连接。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述盖板上设置有排气孔和灌注口。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述盖板为导热盖板。
5.如权利要求1或4所述的封装结构，其特征在于，所述盖板为金属板或外表面附着有金属层的陶瓷板。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述填充材料层为填充胶体。
7.如权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述填充胶体中添加有导热材料，所述导热材料包括Al2O3，AlN，Si3N4中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述电性连接陶瓷远离所述芯片的一面设置有导热面铜，所述导热面铜通过柔性导热层连接到所述盖板。
9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述电性连接陶瓷面向所述芯片的一面设置有所述电性连接线路，所述电性连接线路包括芯片连接焊盘和第一电性连接焊盘，所述芯片连接焊盘用于和所述芯片连接，所述第一电性连接焊盘用于和所述基板位于内腔一侧的第二电性连接焊盘连接。
10.根据权利要求9所述的封装结构，其特征在于，所述第一电性连接焊盘和第二连接焊盘通过设置于所述第二连接焊盘上的柔性导电材料连接，所述柔性导电材料包括曲形导电针脚，柔性铜带，铜编带，铜管或泡沫铜中的一种。
11.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述柔性导热层材料包括铜编带、纳米碳管、石墨烯和泡沫铜中的一种或多种的组合。
12.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述围栏为金属围栏或非金属围栏中的一种。
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