CN115863269B - 一种高散热封装结构及其封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高散热封装结构，包括：芯片；铜电极，芯片上下两侧均设置有铜电极，两铜电极均与芯片固接，且两芯片均与铜电极电性连接；复合涂层，芯片表面和铜电极与芯片的连接处均涂覆有复合涂层；封装胶体，封装胶体将芯片、铜电极和复合涂层均包覆在内，且两铜电极的引脚均伸出封装胶体。本发明解决了传统半导体封装总铜电极因为是良好的导体，在需要绝缘的区域不能做统一的散热，同时由于加工精度的问题，铜电极在做散热的时候与芯片接触面不能做到全面接触，导致的散热面较小导致的散热不足，最终影响该封装半导体器件的性能和使用温度；使用本申请的封装结构能够提高散热效果从而提高半导体器件的性能和使用温度。
Description
技术领域
本发明涉及芯片散热封装技术领域，特别是涉及一种高散热封装结构及其封装工艺。
背景技术
半导体热失效问题一直是半导体器件失效的最大原因，现有封装半导体器件芯片的热量主要有金属铜引线作为良好的热导体导出。但由于铜金属本身是良好的导体，因此铜散热方式不能连接在两个需要绝缘的区域，由此导致了散热面积不足，最终降低了半导体器件的热性能。
如图1所示，由于封装设备精度的问题，铜电极的设计往往需要小于芯片上的金属电极，因此芯片与铜电极的导热面进一步减小，这也影响到了半导体封装热散热性能。且封装胶体为环氧树脂，芯片的热量也可以通过其对外散出，但是由于其在器件最表面，通常需要具有耐湿热，一定的机械强度，助燃性能等等特性更需要考虑，因此不能重点调整期散热能力。
因此，亟需开发一种高散热封装结构及其封装工艺，用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高散热封装结构，包括：
芯片；
铜电极，所述芯片上下两侧均设置有所述铜电极，两所述铜电极均与所述芯片固接，且两所述芯片均与所述铜电极电性连接；
复合涂层，所述芯片表面和所述铜电极与所述芯片的连接处均涂覆有复合涂层；
封装胶体，所述封装胶体将所述芯片、所述铜电极和所述复合涂层均包覆在内，且两所述铜电极的引脚均伸出所述封装胶体。
优选的，所述复合涂层为氮化硼和聚酰亚胺组成的复合材料。
优选的，所述氮化硼为二维氮化硼纳米片。
优选的，所述封装胶体为环氧树脂。
一种高散热封装结构的封装工艺，用于制作上述的一种高散热封装结构，包括如下步骤：
S1、芯片准备，将需要安排封装的芯片由仓库领料并放固晶作业准备区域；
S2、固晶，通过高速固晶机的吸嘴将芯片由蓝膜上取出，并放在含有锡膏的下电极上，再通过机械臂装填上含有锡膏的上电极；
S3、焊接，通过高温将芯片与铜电极之间的焊料融化，使芯片电极与铜电极形成两道的电气连接；
S4、清洗，使用清洗液将焊接后芯片表面、铜电极表面进行清洗；
S5、涂覆复合材料，使用毛刷或者机械臂将复合材料在芯片和铜电极上进行涂覆形成复合涂层；
S6、高温固化，通过高温将复合材料进行固化；
S7、注塑成型，将半制品放入成型机中，通过压机将封装胶体注入成型，完成外部封装胶体的填充；
S8、二次高温固化，通过高温将外部封装橡胶固化；
S9、切弯脚，通过切弯脚机将多余的电极切除，并弯脚成型；
S10、测试包装，通过测试和包装一体机对产品进行测试并装入卷盘中完成包装工序。
本发明公开了以下技术效果：
本发明解决了传统半导体封装总铜电极因为是良好的导体，在需要绝缘的区域不能做统一的散热，同时由于加工精度的问题，铜电极在做散热的时候与芯片接触面不能做到全面接触，导致的散热面较小导致的散热不足，最终影响该封装半导体器件的性能和使用温度；使用本申请的封装结构能够提高散热效果从而提高半导体器件的性能和使用温度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有芯片封装结构的结构示意图；
图2为实施例一中的一种高散热封装结构的结构示意图；
图3为工艺流程图；
图4为实施例二中的一种高散热封装结构的结构示意图；
图5为图4中A的放大图；
图6为导热环体的内部结构示意图；
图7为翅片的结构示意图；
图8为实施例三中波浪形的翅片的结构示意图；
图9为实施例三中折线形的翅片的结构示意图；
图10为实施例四中的一种高散热封装结构的结构示意图；
其中，1、芯片；2、封装胶体；3、铜电极；4、复合涂层；5、翅片；6、冷却通道；7、进液管；8、出液管；9、散热板；10、散热片。
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机构分实施例，而不是全机构的实施例。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。
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。
实施例一
参照图2-3，本发明提供一种高散热封装结构，包括：
芯片1；
铜电极3均与所述芯片1固接，且两所述芯片1均与所述铜电极3电性连接；
复合涂层4，所述芯片1表面和所述铜电极3与所述芯片1的连接处均涂覆有复合涂层4；
封装胶体2，所述封装胶体2将所述芯片1、所述铜电极3和所述复合涂层4均包覆在内，且两所述铜电极3的引脚均伸出所述封装胶体2。
进一步的，复合涂层4为氮化硼和聚酰亚胺组成的复合材料。
进一步的，氮化硼为二维氮化硼纳米片。
聚酰亚胺具有优异的耐热性能、介电性能、粘附性能、耐腐蚀性能、力学机械性能及非常稳定的物理化学性能，在半导体行业通常用来做钝化层。
氮化硼是一种非常好的导热材料，其通过晶格振动的方式进行热传导，因此其同时又具有良好的绝缘性能；二维氮化硼纳米片的面内导热系数可达2000W/(m·K)，当在基体中均匀分散时，填料粒子更易相互接触，从而形成导热通路，当对导热填料在基体中进行取向，在取向方向上就能够实现超高的热导率，同时又保持良好的绝缘性能。
当将该复合材料涂覆在铜电极3和芯片1的外围，通过其导热不导电的性能，即可实现芯片1所有表面的热量可以通过其直接与铜电极3相连，从而通过铜电极3直接将热量导出。
进一步的，封装胶体2为环氧树脂。
一种高散热封装结构的封装工艺，用于制作上述的一种高散热封装结构，包括如下步骤：
S1、芯片1准备，将需要安排封装的芯片1由仓库领料并放固晶作业准备区域；
S2、固晶，通过高速固晶机的吸嘴将芯片1由蓝膜上取出，并放在含有锡膏的下电极上，再通过机械臂装填上含有锡膏的上电极；
S3、焊接，通过高温将芯片1与铜电极3之间的焊料融化，使芯片1电极与铜电极3形成两道的电气连接；
S4、清洗，使用清洗液将焊接后芯片1表面、铜电极3表面进行清洗；
S5、涂覆复合材料，使用毛刷或者机械臂将复合材料在芯片1和铜电极3上进行涂覆形成复合涂层4；
S6、高温固化，通过高温将复合材料进行固化；用以保证其良好的散热和物理化学性能。
S7、注塑成型，将半制品放入成型机中，通过压机将封装胶体2注入成型，完成外部封装胶体2的填充；
S8、二次高温固化，通过高温将外部封装橡胶固化；用以实现良好的物理化学和机械性能。
S9、切弯脚，通过切弯脚机将多余的电极切除，并弯脚成型；
S10、测试包装，通过测试和包装一体机对产品的电气性能、外观等进行测试并装入卷盘中完成包装工序。
实施例二
参照图4-7，实施例二与实施例一的区别在于，铜电极3内开设有冷却通道6，铜电极3上固接有进液管7和出液管8，进液管7与冷却通道6的一端部连通，出液管8与冷却通道6的另一端连通，进液管7和出液管8均伸出封装胶体2，铜电极3和芯片1均涂覆有复合涂层4，冷却通道6内壁固接有若干翅片5，且冷却通道6内的翅片5的数量沿冷却液的流动方向递增。
通过在铜电极3内开设有冷却通道6，通过进液管7泵入冷却液，冷却液最终由出液管8排出，在冷却通道6内形成冷却液的循环流动，更好的带走铜电极3的热量，实现更好的散热效果，同时翅片5能够增大冷却液与冷却通道6的接触面积，使得冷却液更好的带走铜电极3吸收的热量，由于冷却液沿流动方向吸热能力会逐渐变弱，而翅片5的数量沿冷却液的流动方向递增，使得冷却液沿流动方向与冷却通道6的接触面积会逐渐变大，进而更好的使冷却液吸收铜电极3吸收的热量。
实施例三
参照图8-9，实施例三与实施例二的区别在于，翅片5为波浪形或折线形又或波浪形和折线形的组合。
翅片5为波浪形或折线形又或波浪形和折线形的组合，能够进一步的增大冷却液与散热环体的接触面积。
实施例四
参照图10，实施例四与实施例一的区别在于，铜电极3远离芯片1的一侧固接有散热板9，散热板9远离铜电极3的一侧固接有若干散热片10，散热片10伸出封装胶体2，在高温固化完成之后注塑成型之前将带有散热片10的散热板9与铜电极3进行粘接。
散热板9能够吸收铜电极3上的热量，并传递至散热片10，外界气流通过散热片10时带走散热片10上的热量，能够有效提高封装结构的散热效率，进而减少半导体因为过热而引起的失效。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种高散热封装结构，其特征在于，包括：
芯片(1)；
铜电极(3)，所述芯片(1)上下两侧均设置有所述铜电极(3)，两所述铜电极(3)均与所述芯片(1)固接，且两所述芯片(1)均与所述铜电极(3)电性连接，所述铜电极(3)内开设有冷却通道(6)；所述铜电极(3)远离所述芯片(1)的一侧固接有散热板(9)，所述散热板(9)远离所述铜电极(3)的一侧固接有若干散热片(10)，所述散热片(10)伸出封装胶体(2)；
复合涂层(4)，所述芯片(1)表面和所述铜电极(3)与所述芯片(1)的连接处均涂覆有复合涂层(4)，所述复合涂层(4)为氮化硼和聚酰亚胺组成的复合材料；
封装胶体(2)，所述封装胶体(2)将所述芯片(1)、所述铜电极(3)和所述复合涂层(4)均包覆在内，且两所述铜电极(3)的引脚均伸出所述封装胶体(2)；
所述氮化硼为二维氮化硼纳米片；
所述封装胶体(2)为环氧树脂。
2.一种高散热封装结构的封装工艺，用于制作权利要求1中所述的一种高散热封装结构，其特征在于，包括如下步骤：
S1、芯片(1)准备，将需要安排封装的芯片(1)由仓库领料并放固晶作业准备区域；
S2、固晶，通过高速固晶机的吸嘴将芯片(1)由蓝膜上取出，并放在含有锡膏的下电极上，再通过机械臂装填上含有锡膏的上电极；
S3、焊接，通过高温将芯片(1)与铜电极(3)之间的焊料融化，使芯片(1)电极与铜电极(3)形成两道的电气连接；
S4、清洗，使用清洗液将焊接后芯片(1)表面、铜电极(3)表面进行清洗；
S5、涂覆复合材料，使用毛刷或者机械臂将复合材料在芯片(1)和铜电极(3)上进行涂覆形成复合涂层(4)；
S6、高温固化，通过高温将复合材料进行固化；
S7、注塑成型，将半制品放入成型机中，通过压机将封装胶体(2)注入成型，完成外部封装胶体(2)的填充；
S8、二次高温固化，通过高温将外部封装橡胶固化；
S9、切弯脚，通过切弯脚机将多余的电极切除，并弯脚成型；
S10、测试包装，通过测试和包装一体机对产品进行测试并装入卷盘中完成包装工序。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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