CN114628341A - 绝缘基板、半导体封装结构以及绝缘基板的制备方法 - Google Patents

绝缘基板、半导体封装结构以及绝缘基板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种绝缘基板、半导体封装结构以及绝缘基板的制备方法。该绝缘基板包括沿厚度方向依次层叠设置的散热层、绝缘层和布线层，所述布线层及所述散热层的材料均为金属，所述绝缘基板还包括：多个间隔设置于所述绝缘层内的防裂纹体；其中，每一所述防裂纹体所在平面均与所述绝缘层所在平面形成有夹角，所述夹角大于0度，且小于180度。该半导体封装结构包括该绝缘基板，以及设置于该绝缘基板上的芯片。该制备方法用于制备该绝缘基板。本申请通过在所述绝缘层内间隔斜向设置或者纵向设置多个所述防裂纹体，能够大幅度提高绝缘层的导热系数并减小绝缘层撕裂的风险。

Description

绝缘基板、半导体封装结构以及绝缘基板的制备方法
技术领域
本申请涉及一种半导体技术领域，尤其涉及一种绝缘基板、半导体封装结构以及绝缘基板的制备方法。
背景技术
现有技术中，金属绝缘基板一般应用于功率较大的模块封装，采用高分子聚合物作为绝缘层的底材，大多数绝缘层具有高温下易撕裂和导热系数不高的缺点。
如图1所示，图中为现有技术中的金属绝缘基板的结构示意图，金属绝缘基板包括依次层叠设置的散热金属层10’、绝缘层20’和布线铜层30’，在布线铜层30’上方贴装芯片，绝缘层20’包括导热添加物21’和高分子聚合物22’，玻璃纤维布40’横向平铺在绝缘层20’中，芯片工作产生的热量按照箭头P’方向传导，最后通过散热金属层10’释放。
由于绝缘层的导热方式主要就是通过导热添加物之间的热量传导，玻璃纤维布横向平铺在绝缘层中，可以一定程度上减小绝缘层撕裂的可能性，但是玻璃纤维布本身的热导率很低，再加上玻璃纤维布的空隙大小远小于导热添加物的尺寸，导致导热添加物被玻璃纤维布完全隔开，这两点原因导致金属绝缘基板的整体热导率无法满足散热要求。
因此，如何在降低绝缘层撕裂风险的基础上提高金属绝缘基板的整体热导率，是本领域有待解决的一个难题。
发明内容
本申请的一个方面提供一种绝缘基板，所述绝缘基板包括沿厚度方向依次层叠设置的散热层、绝缘层和布线层，所述布线层及所述散热层的材料均为金属，所述绝缘基板还包括：
多个防裂纹体，多个所述防裂纹体间隔设置于所述绝缘层内；
其中，每一所述防裂纹体所在平面均与所述绝缘层所在平面形成有夹角，所述夹角大于0度，且小于180度。
可选的，每一所述防裂纹体包括靠近所述散热层的第一端和靠近所述布线层的第二端，所述第一端和所述第二端均位于所述绝缘层内。
可选的，每一所述防裂纹体所在平面与所述绝缘层所在平面形成的所述夹角均相同；或者，
多个所述防裂纹体分别所在平面与所述绝缘层所在平面形成的多个所述夹角至少部分不相同。
可选的，每一所述防裂纹体所在平面与所述绝缘层所在平面形成的所述夹角均相同，且所述夹角均为90度；或者，
所述夹角不等于90度。
可选的，所述防裂纹体为织物结构；和/或，
所述防裂纹体的材料为绝缘氧化物。
可选的，所述防裂纹体的厚度为20μm-35μm。
可选的，所述绝缘层包括高分子聚合物层，以及分散在所述高分子聚合物层中的散热添加物，所述散热添加物至少分布在相邻的两个所述防裂纹体之间。
本申请的第二个方面提供一种半导体封装结构，其包括如上所述的绝缘基板，以及设置于所述绝缘基板上的芯片。
本申请的第二个方面提供一种绝缘基板的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的绝缘基板，所述制备方法包括以下步骤：
提供所述散热层；
在所述散热层上形成所述绝缘层，并在所述绝缘层固化之前，在所述绝缘层中布置多个所述防裂纹体；
在固化后的所述绝缘层上形成所述布线层。
可选的，在所述散热层上形成所述绝缘层之前，还包括：
对所述散热层将形成所述绝缘层的表面进行表面处理。
本申请实施例提供的上述绝缘基板、半导体封装结构以及绝缘基板的制备方法，通过在所述绝缘层内间隔设置多个所述防裂纹体，并且通过设置每一所述防裂纹体所在平面均与所述绝缘层所在平面形成有的夹角大于0度，且小于等于90度(即所述防裂纹体所在的平面与所述绝缘层所在的平面不平行，所述防裂纹体为斜向设置或者纵向设置)，能够大幅度提高绝缘层的导热系数并减小绝缘层撕裂的风险。
需要说明的是，根据长期经验积累，绝缘层产生的撕裂多为横向延伸模式，本申请通过设计纵向和斜向的防裂纹体排布的技术方案，提高绝缘层的横向抗拉强度。并且本申请的技术方案可以保证散热填充物在纵向上直接接触并贯穿整个绝缘层，可达到绝缘层的最高导热系数，提高散热能力。
附图说明
图1为现有技术中的绝缘基板的剖面图。
图2是根据本申请的实施例1提出的绝缘基板的剖面图。
图3是根据本申请的实施例1提出的半导体封装方法的流程图。
图4(a)-图4(d)是根据本申请的实施例1提出的中半导体封装方法的工艺流程图。
图5是根据本申请的实施例2提出的绝缘基板的结构示意图。
图6是根据本申请的实施例3提出的绝缘基板的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”表示两个或两个以上。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”和/或“下”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
实施例1
请结合图2予以理解，本实施案例提供一种绝缘基板1。所述绝缘基板1包括沿厚度方向T依次层叠设置的散热层10、绝缘层20和布线层30，布线层30及散热层10的材料均为金属。厚度方向是指绝缘基板1的厚度方向。
绝缘基板1还包括：多个防裂纹体40，多个防裂纹体40间隔设置于绝缘层20内；其中，每一防裂纹体40所在平面C均与绝缘层20所在平面形成有夹角α，每一防裂纹体40所在平面与绝缘层20所在平面形成的夹角α均相同，且夹角α等于90度。也就是说，防裂纹体40所在的平面C与绝缘层20所在的平面不平行，防裂纹体40所在的平面C与绝缘层20所在的平面垂直，即防裂纹体40为纵向设置(沿厚度方向T设置)。防裂纹体40具有抗撕裂的作用，通过纵向排布设置防裂纹体40，能够提高绝缘层20的横向的抗拉强度，从而对横向的撕裂有克制作用，从而减小绝缘层20撕裂的风险；并且，由于多个防裂纹体40是间隔设置的，因此，保证了散热填充物在纵向上直接接触并贯穿整个绝缘层20，可达到绝缘层20的最高导热系数，提高散热能力。具体的，纵向设置的防裂纹体40不影响导散热填充物在纵向上的直接与布线层30和散热层10的接触，并且防裂纹体40的纵向排布方式使其低导热的缺点在纵向导热的绝缘基板1中得到规避，极大程度上提高金属绝缘基板1的导热率。
如图2中所示，为了更好的方便理解，将防裂纹体40所在的平面C用虚线画出，而在实际结果中并不存在虚线部分的结构。
在本实施例中，防裂纹体40的数量为四个，但不限于此，可以根据设计需要设置为其他数量。
每一防裂纹体40包括靠近散热层10的第一端40a和靠近布线层30的第二端40b，第一端40a和第二端40b均位于绝缘层20内，以避免不同的材料交接在一起形成撕裂点。也就是说，防裂纹体40与布线层30、以及散热层10均不接触，从而避免产生不必要的撕裂点；防裂纹体40的第一端40a与散热层10之间具有距离d1，防裂纹体40的第二端40b与布线层30之间具有距离d2。具体距离的数值范围在此不做限定。
在本实施例中，防裂纹体40为织物结构，并且，防裂纹体40的材料为绝缘氧化物。具体的，防裂纹体40为玻璃纤维布，玻璃纤维布具有较佳的抗撕裂的作用。防裂纹体40的形状为板形。
在本实施例中，防裂纹体40的厚度t为20μm-35μm。这样，通过设置一定的厚度，能够保证防裂纹体40具有一定的强度，从而能够在保证较佳绝缘基板1的整体尺寸的基础上，提高绝缘层20的横向抗拉强度。
绝缘层20包括高分子聚合物层21，以及分散在高分子聚合物层21中的散热添加物22，散热添加物22至少分布在相邻的两个防裂纹体40之间。这样，保证了散热填充物在纵向上直接接触并贯穿整个绝缘层20，可达到绝缘层20的最高导热系数，提高散热能力。具体的，散热添加物22的材料为氧化铝、氮化铝、氧化镁、碳化硅等；高分子聚合物层21的材料为各类环氧树脂。散热添加物22在绝缘层20中的质量占比小于10％。
本实施例还提供一种半导体封装结构，其包括如上所述的绝缘基板1，以及设置于绝缘基板1上的芯片。
本申请实施例提供的上述半导体封装结构通过在绝缘层20内间隔设置多个防裂纹体40，并且通过设置每一防裂纹体40所在平面与绝缘层20所在平面形成夹角α均等于90度，能够大幅度提高绝缘层20的导热系数并减小绝缘层20撕裂的风险。
图3是本实施例提出的制备上述绝缘基板的制备方法的流程图。如图3所示，所述绝缘基板的制备方法包括以下步骤：
步骤100：提供所述散热层；
步骤200：在所述散热层上形成绝缘层，并在所述绝缘层固化之前，在所述绝缘层中布置多个所述防裂纹体；
步骤300：在固化后的所述绝缘层上形成所述布线层。
具体地，如图4(a)-图4(d)所示，本实施例的半导体封装方法包括：
在步骤100中，如图4(a)所示，提供散热层10。散热层10的材料为金属。
在进入步骤200之前，即在散热层10上形成绝缘层20之前，还包括：对散热层10将形成绝缘层20的表面进行表面处理，以增强与绝缘层20的接触强度。具体的，可以采用阳极氧化表面处理和微弧氧化表面处理。
在步骤200中，如图4(b)和图4(c)所示，在散热层10上形成绝缘层20，并在绝缘层20固化之前，在绝缘层20中布置多个防裂纹体40。所述防裂纹体40的技术特征以及所述绝缘层20的技术特征请参见上述绝缘基板中的具体内容，在此不再累述。
在步骤300中，如图4(d)所示，在固化后的所述绝缘层20上形成所述布线层30。所述布线层30的材料为金属。
本申请实施例提供的上述绝缘基板的制备方法，通过纵向排布设置所述防裂纹体，能够提高绝缘层的横向抗拉强度，从而减小绝缘层撕裂的风险；并且，由于多个所述防裂纹体是间隔设置的，因此，保证了散热填充物在纵向上直接接触并贯穿整个绝缘层，可达到绝缘层的最高导热系数，提高散热能力。
实施例2
如图5所示，本实施例的绝缘基板的内容基本和实施例1中的绝缘基板的结构基本相同，其不同的之处在于，在本实施例的绝缘基板1中，每一所述防裂纹体40所在平面C与所述绝缘层20所在平面形成的所述夹角α均相同，且所述夹角α为大于0度，且小于180度，且不等于90度的角度，即所述防裂纹体40所在的平面C与所述绝缘层20所在的平面即不平行也不垂直，即所述防裂纹体40为斜向设置，且所有的所述防裂纹体40沿同一角度斜向设置。
如上所述，所述防裂纹体40具有抗撕裂的作用，通过斜向排布设置所述防裂纹体40，能够提高绝缘层20的横向和纵向的抗拉强度，从而对横向和纵向的撕裂都有一定的克制作用，从而减小绝缘层20撕裂的风险；并且，由于多个所述防裂纹体40是间隔设置的，因此，保证了散热填充物在纵向上直接接触并贯穿整个绝缘层20，可达到绝缘层20的最高导热系数，提高散热能力。
较佳的，所述夹角α大于60度，且小于120度。这样，能够使防裂纹体40为绝缘层20在横向上提供更好的抗拉强度。
本实施例还提供半导体封装结构，其包括如上所述的绝缘基板1，以及设置于所述绝缘基板1上的芯片。
本实施例的上述绝缘基板的制备方法与实施例1中的相同，在此不再累述。
实施例3
本实施例的绝缘基板1的内容基本和实施例2中的绝缘基板1的结构基本相同，其不同的之处在于，在本实施例的绝缘基板中，多个所述防裂纹体分别所在平面与所述绝缘层所在平面形成的多个所述夹角不完全相同。
如图6所示，绝缘基板1包括在图6中由左至右四个防裂纹体，记为第一防裂纹体41、第二防裂纹体42、第三防裂纹体43和第四防裂纹体44。其中，第一防裂纹体41所在平面与所述绝缘层20所在平面形成的夹角为第一夹角α1，第二防裂纹体42所在平面与所述绝缘层20所在平面形成的夹角为第二夹角α2，第三防裂纹体43所在平面与所述绝缘层20所在平面形成的夹角为第三夹角α3，第四防裂纹体44所在平面与所述绝缘层20所在平面形成的夹角为第四夹角α4。其中，第一夹角α1和第三夹角α3相同，均为60度；第二夹角α2和第四夹角α4相同，均为45度。
但不限于此，在其他实施例中，也可以是每一所述防裂纹体40所在平面与所述绝缘层20所在平面形成的所述夹角均不同，即第一夹角α1、第二夹角α2、第三夹角α3和第四夹角α4均不相等。
需要说明的是，相邻的两个防裂纹体40之间具有的间隔的具体数值范围在此也不做限定，只要相邻的两个防裂纹体40之间是间隔设置的，即相邻的两个防裂纹体40不会在绝缘层20内形成交叉，从而影响导散热填充物在纵向上的直接与布线层30和散热层10的接触即可。
本实施例还提供半导体封装结构，其包括如上所述的绝缘基板1，以及设置于所述绝缘基板1上的芯片。
本实施例的上述绝缘基板的制备方法与实施例1中的相同，在此不再累述。
在本申请中，所述结构实施例与方法实施例在不冲突的情况下，可以互为补充。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘基板，其特征在于，所述绝缘基板包括沿厚度方向依次层叠设置的散热层、绝缘层和布线层，所述布线层及所述散热层的材料均为金属，所述绝缘基板还包括：
多个防裂纹体，多个所述防裂纹体间隔设置于所述绝缘层内；
其中，每一所述防裂纹体所在平面均与所述绝缘层所在平面形成有夹角，所述夹角大于0度，且小于180度。
2.如权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，每一所述防裂纹体包括靠近所述散热层的第一端和靠近所述布线层的第二端，所述第一端和所述第二端均位于所述绝缘层内。
3.如权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，每一所述防裂纹体所在平面与所述绝缘层所在平面形成的所述夹角均相同；或者，
多个所述防裂纹体分别所在平面与所述绝缘层所在平面形成的多个所述夹角至少部分不相同。
4.如权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，每一所述防裂纹体所在平面与所述绝缘层所在平面形成的所述夹角均相同，且所述夹角均为90度；或者，
所述夹角均不等于90度。
5.如权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，
所述防裂纹体为织物结构；和/或，
所述防裂纹体的材料为绝缘氧化物。
6.如权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，所述防裂纹体的厚度为20μm-35μm。
7.如权利要求1所述的绝缘基板，其特征在于，所述绝缘层包括高分子聚合物层，以及分散在所述高分子聚合物层中的散热添加物，所述散热添加物至少分布在相邻的两个所述防裂纹体之间。
8.一种半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构包括如权利要求1-7中任意一项所述的绝缘基板，以及设置于所述绝缘基板上的芯片。
9.一种绝缘基板的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-7中任意一项所述的绝缘基板，所述制备方法包括以下步骤：
提供所述散热层；
在所述散热层上形成所述绝缘层，并在所述绝缘层固化之前，在所述绝缘层中布置多个所述防裂纹体；
在固化后的所述绝缘层上形成所述布线层。
10.如权利要求9所述的绝缘基板的制备方法，其特征在于，在所述散热层上形成所述绝缘层之前，还包括：
对所述散热层将形成所述绝缘层的表面进行表面处理。
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