CN117976631B - 一种半导体用高散热通孔化封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体加工领域，具体涉及一种半导体用高散热微孔化封装结构及其封装方法。本发明提供了一种半导体用高散热微孔化封装结构，包括：散热层和泡沫层，所述泡沫层贴附在所述散热层的内侧，所述散热层和所述泡沫层分别贴附在半导体上。通过在半导体的表面覆盖一层散热层以及泡沫层，并通过一定的压力以及温度进行焊接，使得半导体底部和泡沫以及散热层紧密接触，形成良好的导热效果。通过在散热单元之间设置定位板能够方便对各个散热单元进行焊接前的定位，并在焊接时，使得定位板能够下沉并挤压进入连接槽内的泡沫层，以使泡沫层与散热层贴附更加紧密。

Description

一种半导体用高散热通孔化封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，具体涉及一种半导体用高散热通孔化封装结构及其封装方法。

背景技术

在半导体表面被动增加散热器（包括常规换热器/热管/石墨烯等方式），这种方式增加了散热面积，这种散热器通过和PCB之间的螺钉连接方式固定，需要PCB布局最少四个固定孔，但空间占用率/散热器的安装方式对PCB的影响较大，另外散热器和芯片之间存在缝隙，由于散热器浸没在冷却液中，散热器和芯片之间无法通过增加导热硅脂的方式减少热阻，压接方式只能通过钛金属等软金属实现，增加一层热阻，散热效果不好。因此，设计一种半导体用高散热通孔化封装结构及其封装方法是必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体用高散热通孔化封装结构及其封装方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体用高散热通孔化封装结构，包括：散热层和泡沫层，所述泡沫层贴附在所述散热层的内侧，所述散热层和所述泡沫层分别贴附在半导体上。

进一步地，所述散热层的一侧开设有容纳槽，所述容纳槽与所述泡沫层相对应；

所述容纳槽的深度小于所述泡沫层的厚度。

进一步地，所述散热层上开设有若干阵列分布的通孔。

进一步地，所述通孔的孔径为20μm-80μm。

进一步地，所述散热层的比表面积为250m²/g-10000m²/g。

进一步地，所述散热层包括若干依次连接的散热单元，相邻两散热单元的连接处设置有定位板。

进一步地，相邻两所述散热单元连接的一侧开设有连接槽，所述定位板的两侧分别与两所述连接槽的内壁贴合；以及，

所述定位板的两端的端面水平设置，且所述定位板的长度略小于连接槽的长度。

进一步地，所述散热单元还包括挤压板，所述挤压板设置在所述连接槽内，且所述挤压板的一端与所述连接槽铰接。

进一步地，所述定位板的两端放置有易熔焊料。

此外，本发明还提供了一种半导体用高散热通孔化封装方法，使用如上文所述的半导体用高散热通孔化封装结构，S1、将两块散热单元的容纳槽朝上摆放在平面上；

S2、将定位板放入两散热单元的连接槽内，定位板挤压两挤压板，以使两挤压板转动至水平，接着定位板分别滑动至连接槽的两端，以使两块散热单元沿连接槽对齐拼接；

S3、将两易熔焊料分别插入定位板的两端与连接槽的间隙处，以填补间隙；

S4、从外侧分别点焊两散热单元的连接面，并冷却，以使两易熔焊料熔化并连接两挤压板和定位板的两端；

S5、重复S1-S4，直至各散热单元均连接，形成完整的散热层；

S6、将泡沫层贴附在容纳槽内，并将散热层与泡沫层整体翻转，覆盖在半导体上，并挤压散热层，以使散热层的底面与半导体贴合，泡沫层收缩并挤入各连接槽内；

S7、依次对S4中散热单元的点焊部分，沿散热单元的接缝处连续焊接，以使相邻两散热单元的接缝可靠焊接，同时，易熔焊料再次熔化，两挤压板与定位板脱离连接，两挤压板顶推定位板向下挤压泡沫层；

S8、沿散热层与半导体的接缝焊接散热层与半导体。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：通过在半导体的表面覆盖一层散热层以及泡沫层，并通过一定的压力以及温度进行焊接，使得半导体底部和泡沫以及散热层紧密接触，形成良好的导热效果。通过在散热单元之间设置定位板能够方便对各个散热单元进行焊接前的定位，并在焊接时，使得定位板能够下沉并挤压进入连接槽内的泡沫层，以使泡沫层与散热层贴附更加紧密。附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明的半导体用高散热通孔化封装结构的爆炸图；

图2示出了本发明的散热层的立体图；

图3示出了本发明的散热单元的结构示意图；

图4示出了图3中A部分的局部放大图。

图中：

1、散热层；11、容纳槽；12、通孔；13、散热单元；131、挤压板；14、连接槽；15、易熔焊料；

2、泡沫层；3、定位板；4、半导体。

具体实施方式

现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例，随着数字智能化的发展，对数据中心的计算和存储能力需求越来越高，单位面积的功耗越来越大，数据中心传统的冷却方式为风冷或水冷式冷却，目前半导体芯片的主流厂商所生产的半导体器件主要是风冷和水冷式设计，半导体封装表面粗糙度越高越好，而新型的浸没式冷却方式则要求半导体封装散热表面积越大越好，因此要求半导体封装表面粗糙度越低越好。在半导体表面被动增加散热器，通过这种方式增加半导体的散热面积，成为另一方向的半导体散热技术趋势。在相关技术中，散热器通过和PCB之间的螺钉连接方式固定，需要PCB布局最少四个固定孔，但空间占用率/散热器的安装方式对PCB的影响较大，另外散热器和芯片之间存在缝隙，由于散热器浸没在冷却液中，散热器和芯片之间无法通过增加导热硅脂的方式减少热阻，压接方式只能通过钛金属等软金属实现，增加一层热阻，散热效果不好。

因此，本实施例中，提供了一种半导体4用高散热通孔12化封装结构，来解决上述问题，如图1所示，本实施例所示的半导体4用高散热通孔12化封装结构散热层1和泡沫层2，所述泡沫层2贴附在所述散热层1的内侧，所述散热层1和所述泡沫层2分别贴附在半导体4上。通过上述设置半导体4发热后，可通过泡沫层2将热量传导到散热层1上，再通过散热层1向外散热，并最终实现高效散热的效果。为了确保散热层1与半导体4可靠的连接，可采用焊接的方式，沿散热层1与半导体4连接处的边沿，将散热层1与半导体4焊接固定。需要说明的是，由于散热层1与半导体4通过面面接触来实现贴附，因此散热层1的表面积与半导体4的表面积大致相等，而为了使散热层1起到更好的散热效果，本实施例中，作为优选，散热层1上开设有若干孔，通过开孔使得散热层1在外形尺寸相同的情况下，具有更大的表面积，即比表面积更大，从而加快散热层1的散热效率。

为了实现上述效果，如图2所示，本实施例中，作为优选，所述散热层1上开设有若干阵列分布的通孔12。所述通孔12的孔径为20μm-80μm。所述散热层1的比表面积为250m²/g-10000m²/g。通过上述设置，能够大大加强散热层1的散热效率，进而确保对半导体4的散热效率。

泡沫层2设置在散热层1与半导体4之间，泡沫层2作为过渡层，其能够紧密贴附半导体4以及散热层1，从而将半导体4的热量传递到散热层1上。为了便于收纳泡沫层2，并且确保散热层1与半导体4焊接。如图3所示，本实施例中，作为优选，所述散热层1的一侧开设有容纳槽11，所述容纳槽11与所述泡沫层2相对应。具体来说，容纳槽11与泡沫层2的形状一致，泡沫层2能够从一侧插入到容纳槽11内，并且所述容纳槽11的深度小于所述泡沫层2的厚度，使得泡沫层2插入到容纳槽11内后，一侧凸出容纳槽11，从而表现出泡沫层2将散热层1垫起的状态，进一步挤压散热层1，使得泡沫层2收缩，即可使得泡沫层2缩入容纳槽11以及散热层1内侧，以使散热层1的边沿与半导体4表面贴附。

需要说明的是，散热层1有若干个散热单元13依次连接而成，为了便于依次连接各个散热单元13，并且在散热单元13连接形成散热层1后贴附到半导体4上的过程中，确保泡沫层2与散热单元13连接紧密.如图2所示，本实施例中，作为优选，相邻两散热单元13的连接处设置有定位板3。具体来说，相邻两所述散热单元13连接的一侧开设有连接槽14，所述定位板3的两侧分别与两所述连接槽14的内壁贴合，所述定位板3的两端的端面水平设置，且所述定位板3的长度略小于连接槽14的长度。定位板3可沿长度方向在连接槽14内前后滑动，并从内侧分别与连接槽14的两端相抵。通过上述设置，在装配相邻两散热单元13时，可分别将两散热单元13以容纳槽11朝上的方向放置在水平面上，将两散热单元13的连接槽14对齐，拼接在一起，再将定位板3放入到相邻两连接槽14之间，并驱动定位板3先与连接槽14的一端抵接，在此过程中，定位板3可顶推两散热单元13的一端对齐，接着再驱动定位板3与连接槽14的另一端抵接，若两散热单元13尺寸合格，则已实现对齐，若任一散热单元13尺寸不合格，则会出现连接槽14无法对齐的情况，因此能够及时发现并更换合格的散热单元13。

如图4所示，所述散热单元13还包括挤压板131，所述挤压板131设置在所述连接槽14内，且所述挤压板131的一端与所述连接槽14铰接。在将散热单元13连接形成散热层1后，再将散热层1焊接到半导体4上时，挤压板131能够挤压定位板3，在上述过程中，挤压散热层1，使得泡沫层2收缩，泡沫层2会有部分进入散热层1内，定位板3向下挤压进入连接槽14内的泡沫层2，能够使得定位板3将泡沫层2挤出连接槽14，以确保泡沫层2与散热层1之间的连接紧密性。

此外，如图4所示，所述定位板3的两端放置有易熔焊料15，用以在焊接散热单元13过程中连接两挤压板131以及定位板3，并在将散热板焊接到半导体4上时，使得两挤压板131与定位板3脱离连接，以使挤压板131挤压定位板3。

实施例，本实施例提供了一种半导体4用高散热通孔12化封装方法，使用其他实施例中所示的半导体4用高散热通孔12化封装结构，S1、将两块散热单元13的容纳槽11朝上摆放在平面上；

S2、将定位板3放入两散热单元13的连接槽14内，定位板3挤压两挤压板131，以使两挤压板131转动至水平，接着定位板3分别滑动至连接槽14的两端，以使两块散热单元13沿连接槽14对齐拼接；

S3、将两易熔焊料15分别插入定位板3的两端与连接槽14的间隙处，以填补间隙；

S4、从外侧分别点焊两散热单元13的连接面，并冷却，以使两易熔焊料15熔化并连接两挤压板131和定位板3的两端；

S5、重复S1-S4，直至各散热单元13均连接，形成完整的散热层1；

S6、将泡沫层2贴附在容纳槽11内，并将散热层1与泡沫层2整体翻转，覆盖在半导体4上，并挤压散热层1，以使散热层1的底面与半导体4贴合，泡沫层2收缩并挤入各连接槽14内；

S7、依次对S4中散热单元13的点焊部分，沿散热单元13的接缝处连续焊接，以使相邻两散热单元13的接缝可靠焊接，同时，易熔焊料15再次熔化，两挤压板131与定位板3脱离连接，两挤压板131顶推定位板3向下挤压泡沫层2；

S8、沿散热层1与半导体4的接缝焊接散热层1与半导体4。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种半导体用高散热通孔化封装结构，其特征在于，包括：

散热层（1）和泡沫层（2），所述泡沫层（2）贴附在所述散热层（1）的内侧，所述散热层（1）和所述泡沫层（2）分别贴附在半导体（4）上；

所述散热层（1）的一侧开设有容纳槽（11），所述容纳槽（11）与所述泡沫层（2）相对应；

所述容纳槽（11）的深度小于所述泡沫层（2）的厚度；

所述散热层（1）上开设有若干阵列分布的通孔（12）；

所述通孔（12）的孔径为20μm-80μm；

所述散热层（1）的比表面积为250m²/g-10000m²/g；

所述散热层（1）包括若干依次连接的散热单元（13），相邻两散热单元（13）的连接处设置有定位板（3）；

相邻两所述散热单元（13）连接的一侧开设有连接槽（14），所述定位板（3）的两侧分别与两所述连接槽（14）的内壁贴合；以及，

所述定位板（3）的两端的端面水平设置，且所述定位板（3）的长度略小于连接槽（14）的长度。

2.如权利要求1所述的半导体用高散热通孔化封装结构，其特征在于，

所述散热单元（13）还包括挤压板（131），所述挤压板（131）设置在所述连接槽（14）内，且所述挤压板（131）的一端与所述连接槽（14）铰接。

3.如权利要求2所述的半导体用高散热通孔化封装结构，其特征在于，

所述定位板（3）的两端放置有易熔焊料（15）。

4.一种半导体用高散热通孔化封装方法，使用如权利要求3所述的半导体用高散热通孔化封装结构，其特征在于，

S1、将两块散热单元（13）的容纳槽（11）朝上摆放在平面上；

S2、将定位板（3）放入两散热单元（13）的连接槽（14）内，定位板（3）挤压两挤压板（131），以使两挤压板（131）转动至水平，接着定位板（3）分别滑动至连接槽（14）的两端，以使两块散热单元（13）沿连接槽（14）对齐拼接；

S3、将两易熔焊料（15）分别插入定位板（3）的两端与连接槽（14）的间隙处，以填补间隙；

S4、从外侧分别点焊两散热单元（13）的连接面，并冷却，以使两易熔焊料（15）熔化并连接两挤压板（131）和定位板（3）的两端；

S5、重复S1-S4，直至各散热单元（13）均连接，形成完整的散热层（1）；

S6、将泡沫层（2）贴附在容纳槽（11）内，并将散热层（1）与泡沫层（2）整体翻转，覆盖在半导体（4）上，并挤压散热层（1），以使散热层（1）的底面与半导体（4）贴合，泡沫层（2）收缩并挤入各连接槽（14）内；

S7、依次对S4中散热单元（13）的点焊部分，沿散热单元（13）的接缝处连续焊接，以使相邻两散热单元（13）的接缝可靠焊接，同时，易熔焊料（15）再次熔化，两挤压板（131）与定位板（3）脱离连接，两挤压板（131）顶推定位板（3）向下挤压泡沫层（2）；

S8、沿散热层（1）与半导体（4）的接缝焊接散热层（1）与半导体（4）。