CN116864468A - 芯片的多功能封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芯片的多功能封装结构，包括芯片、管脚和塑封胶；芯片和管脚通过塑封胶包裹封装，管脚的一端从塑封胶的正面引出；还包括封装在塑封胶内的支撑柱、超导散热管脚和背面散热组件；管脚的另一端通过支撑柱与芯片电连接，超导散热管脚的一端通过支撑柱与芯片连接，超导散热管脚的另一端从塑封胶的正面引出；背面散热组件的一端贴合设置在芯片的背面，背面散热组件的另一端从塑封胶的背面引出；管脚为铜管脚，管脚的正面形成有耐腐蚀镀层。本发明涉及芯片封装技术领域，能够解决现有技术的不足之处。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种芯片的多功能封装结构。
背景技术
请参见附图1，现有技术的芯片封装结构包括芯片1、管脚2和塑封胶4，芯片1和管脚2通过塑封胶4包裹封装，管脚2的一端通过多个锡球201与芯片1电连接，管脚2的另一端从塑封胶4的正面引出。现有技术的芯片封装结构存在以下不足之处：
1、芯片工作时产生的热量主要通过管脚从正面消散，管脚的散热效率较低，且管脚需要同时兼顾电性连接和散热的功能，导致管脚的使用寿命较短，同时也影响了管脚的电性连接可靠性。
2、管脚的正面镀锡，容易产生锡须，镀锡层容易脱落，可靠性低，容易在酸碱环境下腐蚀，使用环境受限。
3、塑封胶的主要材质为环氧树脂，导热效率较低，尤其是黑色的塑封胶，芯片产生的热量无法从背面消散，散热效率较低，散热性能较差。
4、锡球容易在高温下熔化，导致溢锡、塌陷等问题，锡球熔化后芯片直接与管脚接触，影响芯片的性能。
因此，需要提供一种芯片的多功能封装结构，能够解决现有技术的上述不足之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片的多功能封装结构，能够解决现有技术的上述不足之处。
本发明是这样实现的：
一种芯片的多功能封装结构，包括芯片、管脚和塑封胶；芯片和管脚通过塑封胶包裹封装，管脚的一端从塑封胶的正面引出；
所述的芯片的多功能封装结构还包括封装在塑封胶内的支撑柱、超导散热管脚和背面散热组件；管脚的另一端通过支撑柱与芯片电连接，超导散热管脚的一端通过支撑柱与芯片连接，超导散热管脚的另一端从塑封胶的正面引出；背面散热组件的一端贴合设置在芯片的背面，背面散热组件的另一端从塑封胶的背面引出；管脚为铜管脚，管脚和超导散热管脚的正面形成有耐腐蚀镀层。
所述的背面散热组件包括背面金属层和超导散热柱；背面金属层溅镀于芯片的背面，若干个超导散热柱间隔布置，导散热柱的一端连接在背面金属层上，超导散热柱的另一端从塑封胶的背面引出；超导散热柱采用超导材料制成。
所述的背面金属层包括金属镍层、金属钛层和钒银合金层，金属钛层连接在金属镍层与钒银合金层之间；金属镍层溅镀在芯片的背面，超导散热柱连接在钒银合金层上；或钒银合金层溅镀在芯片的背面，超导散热柱连接在金属镍层上。
所述的超导散热柱的另一端凸出于塑封胶的背面。
所述的若干个超导散热柱通过第二塑封胶连接成一个整体并固定于背面金属层上。
所述的超导散热管脚的另一端凸出于塑封胶的正面。
所述的超导散热管脚采用超导材料制成，若干个超导散热管脚沿芯片的两侧布置。
所述的耐腐蚀镀层为镍钯金合金层。
所述的支撑柱包括铜柱和锡银合金柱，铜柱的一端电连接在管脚上，锡银合金柱的一端与铜柱的另一端固定连接，锡银合金柱的另一端与芯片电连接。
所述的铜柱的高度为65um，锡银合金柱的高度为35um，锡银合金柱中银的含量为1.8%。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明由于设有铜管脚和超导散热管脚，通过铜材料的管脚兼顾散热和导电功能，在保证封装结构散热性能的同时延长铜管脚的使用寿命和电连接可靠性，同时利用超导材料的高导热性能大大提升封装结构的侧向散热效率，从而保证了芯片的正常、持续、安全运行。
2、本发明由于背面散热组件，通过背面金属层和超导散热柱将芯片的热量从背面引出封装结构，利用超导散热柱超导材料的高导热性能和超导散热柱凸出引出塑封胶的布置，保证封装结构的散热高效、均匀，超导散热柱通过第二塑封胶连接成一个整体并固定在背面金属层上，整体结构稳定，有利于芯片的封装。
3、本发明由于设有支撑柱，利用铜柱和锡银合金柱极大的提高了芯片倒装支撑强度，且铜柱和锡银合金柱不易在高温环境下熔化，解决了现有技术中锡球容易高温熔化导致溢锡、塌陷的问题，从而能在芯片与管脚之间保证电性连接的同时形成有效的支撑，避免芯片与管脚直接接触而影响芯片的正常运行。
4、本发明由于设有耐腐蚀镀层，利用镍钯金合金层的耐腐蚀性能，能够有效提高封装结构的酸碱环境下的耐久性，扩大了封装结构的适用范围。
附图说明
图1是现有技术的芯片封装结构的结构示意图；
图2是本发明芯片的多功能封装结构的结构示意图；
图3是本发明芯片的多功能封装结构中支撑柱的主视图。
图中，1芯片，2管脚，201锡球，3支撑柱，301铜柱，302锡银合金柱，4塑封胶，5超导散热管脚，6背面金属层，7超导散热柱，701第二塑封胶，8耐腐蚀镀层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图2，一种芯片的多功能封装结构，包括芯片1、管脚2和塑封胶4；芯片1和管脚2通过塑封胶4包裹封装，管脚2的一端从塑封胶4的正面引出。
塑封胶4可采用黑色塑封胶或白色塑封胶，管脚2和芯片1通过塑封胶4采用常规工艺封装，此处不再赘述。
所述的芯片的多功能封装结构还包括封装在塑封胶4内的支撑柱3、超导散热管脚5和背面散热组件；管脚2的另一端通过支撑柱3与芯片1电连接，超导散热管脚5的一端通过支撑柱3与芯片1连接，超导散热管脚5的另一端从塑封胶4的正面引出；背面散热组件的一端贴合设置在芯片1的背面，背面散热组件的另一端从塑封胶4的背面引出；管脚2为铜管脚，管脚2和超导散热管脚5的正面形成有耐腐蚀镀层8。
管脚2采用铜管脚通过液态胶注工艺连接，具有良好的散热性能和导电性能，能够兼顾散热和导电功能，使用寿命长。铜管脚在封装结构的厚度方向具有良好的散热性能，通过两侧超导散热管脚5的设置，进一步将芯片1的热量向两侧引出至封装结构，能够提高封装结构的横向散热性能，极大的提高了封装结构的正面散热效率。
同时，通过背面散热组件将芯片1的热量从封装结构的背面散出，由于封装结构背面通常不做结合连接，使背面散热组件具有良好的散热条件，能够极大的提高封装结构的背面散热效率。
耐腐蚀镀层8可采用镍钯金等具有良好耐腐蚀性能的材质制成，使封装结构能够在酸碱环境中使用，适用范围更广，且可在芯片框架的厂家制作阶段采用预电路工艺进行镀层，无需在封装电镀线上进行镀层，相比现有技术中在封装电镀线上完成锡层镀层，本发明使封装工艺更简单、高效。
所述的背面散热组件包括背面金属层6和超导散热柱7；背面金属层6溅镀于芯片1的背面，若干个超导散热柱7间隔布置，导散热柱7的一端连接在背面金属层6上，超导散热柱7的另一端从塑封胶4的背面引出。
背面金属层6贴合在芯片1的背面，将芯片1的热量均匀分布至若干个超导散热柱7上，再由若干个超导散热柱7将热量从塑封胶4的背面消散，保证了背面散热组件的高散热性能，从而保证了芯片1的持续、安全运行。超导散热柱7的数量、分布形式可根据实际需求适应性调整。
所述的背面金属层6包括金属镍（Ni）层、金属钛（Ti）层和钒银合金（VAg）层，金属钛层连接在金属镍层与钒银合金层之间；金属镍层溅镀在芯片1的背面，超导散热柱7连接在钒银合金层上；或钒银合金层溅镀在芯片1的背面，超导散热柱7连接在金属镍层上。
金属银和金属镍具有较高的导热率，封装阻抗相对较低，有利于封装结构的散热。金属钛层能够作为粘合层连接金属镍层和钒银合金层，且具有一定的缓冲和隔离效果，使背面金属层6具有良好的导热性和整体性。金属镍层、金属钛层和钒银合金层均采用溅镀工艺逐层溅镀在芯片1的背面。
所述的超导散热柱7的另一端凸出于塑封胶4的背面，能保证超导散热柱7的散热效果。
优选的，所述的导散热柱7的另一端凸出塑封胶4的背面0.5mm，导散热柱7的凸出尺寸可根据实际封装要求适应性调整。
所述的若干个超导散热柱7通过第二塑封胶701连接成一个整体并固定于背面金属层6上。
优选的，第二塑封胶701可采用白色塑封胶，能够稳定的固定超导散热柱7，将所有超导散热柱7连接成一个整体并可靠固定在背面金属层6上，便于塑封胶4对芯片1的封装。
所述的超导散热柱7采用超导材料制成。
优选的，超导散热柱7的超导材料可采用石墨烯、全银、烧结银等导热系数较高的材料，大大提升了整个封装结构的散热效率。超导材料也可根据芯片的散热需求采用其他的导热系数满足设计要求的材料，此处不再赘述。
所述的超导散热管脚5的另一端凸出于塑封胶4的正面，能保证超导散热管脚5的散热效果。
所述的超导散热管脚5采用超导材料制成，若干个超导散热管脚5沿芯片1的两侧布置，以满足封装结构的两侧散热效果。
优选的，超导散热管脚5的超导材料可采用石墨烯、全银、烧结银等导热系数较高的材料，大大提升了整个封装结构的散热效率。超导材料也可根据芯片的散热需求采用其他的导热系数满足设计要求的材料，此处不再赘述。
所述的耐腐蚀镀层8为镍钯金（NiPdAu）合金层，具有良好的耐腐蚀性能，可靠性高，适用环境更广泛。
请参见附图3，所述的支撑柱3包括铜柱301和锡银合金柱302，铜柱301的一端电连接在管脚2上，锡银合金柱302的一端与铜柱301的另一端固定连接，锡银合金柱302的另一端与芯片1电连接。
锡银合金柱302的熔化温度较高，可有效避免现有技术中全锡材料的支撑柱3在高温环境下熔化塌陷而导致芯片1与管脚2直接接触的情况发生。同时，通过铜柱301的设置，在芯片1与管脚2之间形成支撑，有效增强支撑柱3的支撑强度，且能够进一步避免锡材料熔化塌陷后芯片1与管脚2直接接触的情况发生。
所述的铜柱301的高度为65um，锡银合金柱302的高度为35um，锡银（SnAg）合金柱302中银（Ag）的含量为1.8%。
通过铜柱301和锡银合金柱302的设置，增加芯片倒装支撑强度，解决锡球的溢锡、塌陷等问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种芯片的多功能封装结构，包括芯片（1）、管脚（2）和塑封胶（4）；芯片（1）和管脚（2）通过塑封胶（4）包裹封装，管脚（2）的一端从塑封胶（4）的正面引出；
其特征是：所述的芯片的多功能封装结构还包括封装在塑封胶（4）内的支撑柱（3）、超导散热管脚（5）和背面散热组件；管脚（2）的另一端通过支撑柱（3）与芯片（1）电连接，超导散热管脚（5）的一端通过支撑柱（3）与芯片（1）连接，超导散热管脚（5）的另一端从塑封胶（4）的正面引出；背面散热组件的一端贴合设置在芯片（1）的背面，背面散热组件的另一端从塑封胶（4）的背面引出；管脚（2）为铜管脚，管脚（2）和超导散热管脚（5）的正面形成有耐腐蚀镀层（8）。
2.根据权利要求1所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的背面散热组件包括背面金属层（6）和超导散热柱（7）；背面金属层（6）溅镀于芯片（1）的背面，若干个超导散热柱（7）间隔布置，导散热柱（7）的一端连接在背面金属层（6）上，超导散热柱（7）的另一端从塑封胶（4）的背面引出；超导散热柱（7）采用超导材料制成。
3.根据权利要求2所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的背面金属层（6）包括金属镍层、金属钛层和钒银合金层，金属钛层连接在金属镍层与钒银合金层之间；金属镍层溅镀在芯片（1）的背面，超导散热柱（7）连接在钒银合金层上；或钒银合金层溅镀在芯片（1）的背面，超导散热柱（7）连接在金属镍层上。
4.根据权利要求2或3所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的超导散热柱（7）的另一端凸出于塑封胶（4）的背面。
5.根据权利要求2所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的若干个超导散热柱（7）通过第二塑封胶（701）连接成一个整体并固定于背面金属层（6）上。
6.根据权利要求1所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的超导散热管脚（5）的另一端凸出于塑封胶（4）的正面。
7.根据权利要求1或6所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的超导散热管脚（5）采用超导材料制成，若干个超导散热管脚（5）沿芯片（1）的两侧布置。
8.根据权利要求1所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的耐腐蚀镀层（8）为镍钯金合金层。
9.根据权利要求1所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的支撑柱（3）包括铜柱（301）和锡银合金柱（302），铜柱（301）的一端电连接在管脚（2）上，锡银合金柱（302）的一端与铜柱（301）的另一端固定连接，锡银合金柱（302）的另一端与芯片（1）电连接。
10.根据权利要求9所述的芯片的多功能封装结构，其特征是：所述的铜柱（301）的高度为65um，锡银合金柱（302）的高度为35um，锡银合金柱（302）中银的含量为1.8%。
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