CN116169104A - 封装散热结构及包含其的芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种封装散热结构及包含其的芯片，其中该封装散热结构包含外框以及散热载座。外框包含陶瓷框体。散热载座附着于外框的陶瓷框体。散热载座为陶瓷材料，且散热载座的热传导系数为陶瓷框体的热传导系数的十倍以上。

Description

封装散热结构及包含其的芯片

技术领域

本发明涉及一种封装散热结构及包含封装散热结构的芯片。

背景技术

电信产业需要更高的数据传输速率以及电子设备工作希望涵盖更宽的频率范围。对于例如手机、平板计算机、Wi-Fi基地台、蓝牙、和卫星通讯等需要宽频的电子产品，高功率放大器是一个重要元件。目前，高功率放大器多采用多功能单晶微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuits，MMIC)封装设计，其包含用于产生RF信号的裸晶(Die)、承载裸晶的载座以及用于传输RF信号或是向裸晶提供电源的金属电极。

随着电子产品逐渐往微型化和具备多功能性的方向发展，高功率放大器中的芯片散热是业界急需解决的问题之一。通常而言，前述承载裸晶的载座会使用高温共烧陶瓷(High temperature co-fired ceramic，HTCC)以提供良好的散热效率，然而HTCC在高频通讯应用下容易产生频率漂移(Frequency drift)现象，进而导致RF信号传输损耗，此外HTCC多采用高熔点的钨作为金属电极以便进行高温(1600℃以上)烧结，但钨对于高频信号具有高阻抗。相对地，低温共烧陶瓷(Low temperature co-fired ceramic，LTCC)的共振频率温度系数(Temperature coefficient of resonant frequency)趋近于零因而较不会影响RF信号传输，但LTCC的散热效率远远比不上HTCC。

目前，针对LTCC载座散热效率差的问题，有一种方案是在载座上打数个穿孔填充金属作为散热通道，但由于散热不均匀的缺点其成效不彰。因此，在高频通讯应用的情况下同时满足良好散热效率与RF信号传输低损耗的需求是目前业界存在的一个难题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种芯片的封装散热结构，有助于解决难以兼顾散热效率和信号传输低损耗的问题。

本发明一实施例所揭露的封装散热结构包含一外框以及一散热载座。外框包含一陶瓷框体。散热载座附着于外框的陶瓷框体。散热载座为陶瓷材料，且散热载座的热传导系数为陶瓷框体的热传导系数的十倍以上。

本发明另一实施例所揭露的芯片包含前述的封装散热结构以及一裸晶，其中裸晶承载于散热载座上。

根据本发明揭露的封装散热结构，包含了对信号传输品质影响较低的陶瓷框体以及具有高热传导系数的电性绝缘散热载座。散热载座可承载产生电信号的裸晶，并且裸晶能够经由散热载座进行散热。由此，封装散热结构通过具有高热传导系数的散热载座提供良好的散热效率，并且通过陶瓷框体防止过高的插入损耗与反馈损耗，兼顾散热效率和信号传输低损耗的需求。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明是用以示范与解释本发明的原理，并提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明一实施例的封装散热结构的立体示意图；

图2为图1的封装散热结构的立体示意图的另一视角；

图3为图1的封装散热结构的剖切示意图；

图4为包含图1的封装散热结构的芯片的示意图；

图5为图4的芯片设置于散热器上的示意图；

图6为图4的芯片的插入损耗(Insertion loss)的示意图；

图7为图4的芯片的反馈损耗(Return loss)的示意图。

符号说明

1 封装散热结构

2 芯片

3 裸晶

4 散热器

10 外框

110 陶瓷框体

111 上表面

112 下表面

113 上盖

120 电极

121 第一部分

122 第二部分

123 第三部分

20 散热载座

具体实施方式

在以下实施方式中详细叙述本发明的详细特征及优点，其内容足以使任何本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本领域普通技术人员可轻易理解本发明相关的目的及优点。以下实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1和图2，其中图1为根据本发明一实施例的封装散热结构的立体示意图，图2为图1的封装散热结构的立体示意图的另一视角。在本实施例中，封装散热结构1包含外框10以及散热载座20。

外框10包含陶瓷框体110，且散热载座20附着于陶瓷框体110。散热载座20为陶瓷材料，且散热载座20的热传导系数为陶瓷框体110的热传导系数的十倍以上。散热载座20的热传导系数可以是100W/(m·K)。

在本实施例中，外框10的陶瓷框体110为LTCC，且散热载座20为HTCC。LTCC陶瓷框体110具有极小的共振频率温度系数以防止信号传输损耗。HTCC散热载座20可由导热性良好的材料制成，例如氮化铝或氧化铝，其能够满足前述高于陶瓷框体110的热传导系数以提升封装散热结构1的散热效率。在部分其他实施例中，散热载座可以是具备良好导热性的金属片，例如氮化铝片材或是氧化铝片材。

图3为图1的封装散热结构的剖切示意图。在本实施例中，外框10进一步包含设置于陶瓷框体110的电极120，并且至少部分电极120位于陶瓷框体110内。具体来说，电极120包含相连的第一部分121、第二部分122和第三部分123。第一部分121位于陶瓷框体内，且第二部分122和第三部分123显露于外。更明确来说，第二部分122与第三部分123分别位于陶瓷框体110的相对两表面，其中第二部分122位于陶瓷框体110的上表面111并且可作为焊接点，第三部分123位于陶瓷框体110的下表面112并且可作为电连接接脚。图1和图2绘示出外框10包含多个电极120，但电极120的数量并非用以限制本发明。

在本实施例中，陶瓷框体110与电极120共烧制成外框10。更进一步来说，当陶瓷框体110为LTCC时，在外框10的制作过程中，尚未烧结的陶瓷框体110能够和低熔点、低电阻且低阻抗的金属一起烧结，例如可以和银层共烧，而因此电极120可使用银电极。

在本实施例中，外框10的陶瓷框体110与散热载座20相结合。具体来说，陶瓷框体110可与散热载座20共烧，而使散热载座20附着于陶瓷框体110。当陶瓷框体110为LTCC时可包含玻璃材质。在封装散热结构1的制作工艺中，在烧结LTCC陶瓷框体110之前，散热载座20被摆放在LTCC陶瓷框体110半成品的开口处。在烧结LTCC陶瓷框体110的过程中，LTCC陶瓷框体110热缩而与散热载座20之间达到紧配结合，并且融化或软化的玻璃材质附着于散热载座20。由此，陶瓷框体110与散热载座20之间的连接不需要通过例如散热膏或树脂等额外的粘接材料，而有助于简化封装散热结构1的制作工艺。

图4为包含图1的封装散热结构的芯片的示意图。芯片2例如但不限于是射频芯片，裸晶3例如但不限于是用于产生RF信号的裸晶，其承载于散热载座20上，并且裸晶3可通过打线接合与电极120的第二部分122电连接。在本实施例中，一部分电极120用于高频信号传输，以将裸晶3产生的RF信号传输至与第三部分123电连接的外部电路。另一部分电极120用于提供电源，以自与第三部分123电连接的外部电源供电给裸晶3。此外，外框10的陶瓷框体110可以包含上盖113，其用以密封裸晶3，但本发明并不以此为限。上盖113可以是LTCC且与陶瓷框体110一体成型，或者上盖113可以是粘附于陶瓷框体110的非金属制片材。

图5为图4的芯片设置于散热器上的示意图。封装散热结构1可设置于散热器4(例如铜片)，而使散热载座20与散热器4热接触。裸晶3产生的热经由散热载座20被传递至散热器4。

图6为图4的芯片的插入损耗，显示出在20GHz以上的信号传输应用，包含封装散热结构1的芯片2的插入损耗在0dB至-0.4dB之间，并且在40GHz以上的高频信号传输应用中可观察到插入损耗仅为大约-0.3dB。图7为图4的芯片的反馈损耗，显示出在20GHz以上的信号传输应用，包含封装散热结构1的芯片2的反馈损耗在-20dB至-40dB之间，并且在40GHz以上的高频信号传输应用中可观察到反馈损耗仅为大约-23dB。

综上所述，根据本发明揭露的封装散热结构，包含了对信号传输品质影响较低的陶瓷框体以及具有高热传导系数的电性绝缘散热载座。散热载座可承载产生电信号的裸晶，并且裸晶能够经由散热载座进行散热。由此，封装散热结构通过具有高热传导系数的散热载座提供良好的散热效率，并且通过陶瓷框体防止过高的插入损耗与反馈损耗，兼顾散热效率和信号传输低损耗的需求。

此外，陶瓷框体可以是LTCC，而能够和低熔点、低电阻且低阻抗的金属共烧制成外框。更进一步地，LTCC陶瓷框体可以与散热载座共烧，在共烧过程中LTCC陶瓷框体热缩而能与散热载座之间达到紧配结合。再者，LTCC陶瓷框体含有的玻璃材质被加热融化或软化后可以附着于散热载座，因而陶瓷框体与散热载座之间的连接不需要通过接合材料，而有助于简化封装散热结构的制作工艺。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，举凡依本发明申请范围所述的形状、构造、特征及精神可做些许的变更，因此本发明的专利保护范围需视本说明书所附的权利要求所界定的为准。

Claims (12)

1.一种封装散热结构，包含：

外框，包含陶瓷框体；以及

散热载座，附着于该外框的该陶瓷框体，该散热载座为陶瓷材料，且该散热载座的热传导系数为该陶瓷框体的热传导系数的十倍以上。

2.如权利要求1所述的封装散热结构，其中该散热载座的材料包含氮化铝或氧化铝。

3.如权利要求1所述的封装散热结构，其中该陶瓷框体为低温共烧陶瓷(Lowtemperature co-fired ceramic，LTCC)，且该散热载座为高温共烧陶瓷(Hightemperature co-fired ceramic，HTCC)。

4.如权利要求1所述的封装散热结构，其中该外框还包含电极，该电极设置于该陶瓷框体，且至少部分该电极位于该陶瓷框体内。

5.如权利要求4所述的封装散热结构，其中该电极包含位于该陶瓷框体内的第一部分以及显露于外的第二部分，且该第二部分作为焊接点。

6.如权利要求4所述的封装散热结构，其中该电极的材质为银，且该电极的至少一部分位于该陶瓷框体内。

7.如权利要求4所述的封装散热结构，其中该陶瓷框体与该电极共烧制成该外框。

8.如权利要求1所述的封装散热结构，其中通过该陶瓷框体与该散热载座共烧使该散热载座附着于该陶瓷框体。

9.如权利要求1所述的封装散热结构，其中该陶瓷框体包含玻璃材质，且该散热载座附着于该陶瓷框体的该玻璃材质。

10.如权利要求1所述的封装散热结构，其中该封装散热结构适用于20GHz以上的信号传输。

11.一种芯片，包含：

如权利要求1至10任一所述的封装散热结构；以及

裸晶，承载于该散热载座上。

12.如权利要求11所述的芯片，其中该芯片为射频芯片。

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