CN203013789U - 半导体芯片散热基板及半导体芯片封装结构 - Google Patents

半导体芯片散热基板及半导体芯片封装结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种半导体芯片散热基板及半导体芯片封装结构，该半导体芯片散热基板供半导体芯片直接配置，使半导体芯片的热源能够通过散热基板外扩传导，该半导体芯片散热基板为层叠式结构，其包括第一金属层、高分子散热绝缘层以及第二金属层，其中该高分子散热绝缘层的热传导系数大于等于7W/mK。

Description

半导体芯片散热基板及半导体芯片封装结构
技术领域
本实用新型涉及一种半导体芯片封装结构及其散热基板，使半导体芯片的热源可通过散热基板迅速外扩传导。
背景技术
众所周知，LED发光具有反应时间快、体积小、功率消耗小、发光效率高、低污染、可靠度高、适用范围广、使用寿命长、适合量产等优点。但其亦有缺点有待克服，如因散热不良所导致的光衰、发光效率及LED晶体寿命的降低、散热模块的成本价格过高与加工不易等。
传统LED芯片封装，由于LED的功率高，且产生的热能也高，需要使用陶瓷基板(23~230W/mK)作为LED封装载板使用，以使得LED产生的热能通过极好的载板热传导率，将芯片的热能传导至线路板与散热鳍片(Heat sink)等，如以下的说明：
参照图1，LED芯片10利用固晶胶11固设于基板12上，并以封装材料18包覆。该基板12可为前述的陶瓷基板。该基板12利用焊锡13固定于由铝板15及绝缘层14构成的金属基印刷电路板(Metal Core Printed CircuitBoard；MCPCB)。铝板15下方可设置散热垫片16将热传导至散热鳍片17。藉此结构设计，用以将LED芯片11产生的热沿箭头方向传导散热。
传统陶瓷基板虽然具有高的热传导率，但由于其机械强度较差，且须经过烧结制程，造成其产品制作成本较高，且尺寸不易扩大。另由于其陶瓷基板厚度较厚(300μm)，虽具有高导热率，但其热阻抗的特性也因为厚度增加而增加。
发明内容
有鉴于陶瓷基板的制作成本较高及厚度较厚等问题，本实用新型提供一种半导体芯片封装结构及其散热基板，其中该散热基板包含高分子散热绝缘层，使散热基板的厚度可有效降低，且可将半导体芯片的热源通过散热基板迅速外扩传导。
本实用新型第一方面提供一种半导体芯片散热基板，其供半导体芯片直接配置，使半导体芯片的热源能够通过散热基板外扩传导，该半导体芯片散热基板为层叠式结构，其包括第一金属层、高分子散热绝缘层以及第二金属层，其中该高分子散热绝缘层的热传导系数大于等于7W/mK。
本实用新型第二方面提供一种半导体芯片封装结构，其包含散热基板及半导体芯片。散热基板为层叠式结构，其包括第一金属层、高分子散热绝缘层以及第二金属层的层叠式结构，其中该高分子散热绝缘层的热传导系数大于等于7W/mK。半导体芯片配置于该散热基板上，使半导体芯片的热源能够通过散热基板外扩传导。
一实施例中，该半导体芯片为LED芯片。
一实施例中，该第一金属层和高分子散热绝缘层中设有开口，该第二金属层于该开口处对应设有一凹部，该半导体芯片设于该凹部表面。
一实施例中，该半导体芯片设于该第一金属层表面。
一实施例中，该半导体芯片散热基板还包含一导热柱，该导热柱设置于该半导体芯片下方，贯穿该高分子散热绝缘层，并连接该半导体芯片及第二金属层。
一实施例中，该第一金属层包含电气连接该半导体芯片的正、负电极。
一实施例中，该高分子散热绝缘层的热传导系数介于8~12W/mK。
一实施例中，该高分子散热绝缘层的厚度小于等于150μm。
一实施例中，该半导体芯片包含以打线或覆晶方式安装于该半导体芯片散热基板的结构。
本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型的半导体芯片封装结构及其散热基板，其中该散热基板包含高分子散热绝缘层，使散热基板的厚度可有效降低，且可将半导体芯片的热源通过散热基板迅速外扩传导。
附图说明
图1为现有的LED封装结构示意图。
图2为本实用新型第一实施例的半导体芯片封装结构示意图。
图3为本实用新型第二实施例的半导体芯片封装结构示意图。
图4为本实用新型第三实施例的半导体芯片封装结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
10  LED芯片
11  固晶胶
12  基板
13  焊锡
14  绝缘层
15  铝板
16  散热垫片
17  散热鳍片
18  封装材料
20、30、40  半导体芯片封装结构
21  散热基板
22  第一金属层
23  高分子散热绝缘层
24  第二金属层
25  半导体芯片
26  金属线
27  封装材料
28  凹部
29  导热柱
221 正电极
222 负电极
具体实施方式
本实用新型是直接将半导体芯片(例如LED芯片)以板上芯片(Chip onBoard；COB)封装方式，直接使用散热基板当半导体芯片用载板。
图2为本实用新型第一实施例的半导体芯片封装结构20，其中半导体芯片25以COB封装方式直接设置于半导体芯片散热基板21上，半导体芯片25的热源可通过散热基板21迅速外扩传导。本实施例中，该半导体芯片25为LED芯片，然而其它种类半导体芯片亦可使用。
详言之，半导体芯片散热基板21包括第一金属层22、高分子散热绝缘层23以及第二金属层24的层叠式结构，其中该高分子散热绝缘层23的热传导系数大于等于7W/mK。第一金属层22和高分子散热绝缘层23中设有开口，该第二金属层24于该开口处设有一凹部28，该半导体芯片25容置设于该凹部28的表面。第一金属层22设计有相关电路布局，形成正、负电极221、222，且半导体芯片25以打线(wire bonding)方式，以金属线26电气连接至电极221及222。半导体芯片25、正、负电极221、222及金属线26以封装材料27包覆。另一实施例中，半导体芯片25亦可利用覆晶(flip chip)方式安装于散热基板21表面（图未示）。因覆晶已为该项技术领域者可了解的一般技术，在此不予详述之。
第一导电层22及第二导电层24可包含镍、铜、铝、铅、锡、银、金或其合金的箔片、镀镍铜箔、镀锡铜箔或镀镍不锈钢等导热率大于50W/mK的材料，尤以导热率大于200W/mK或300W/mK的材料具有更佳的热传导效率，而为本实用新型的较佳选择。高分子散热绝缘层23可以选用聚鼎公司所生产的TCP-2、TCP-4、TCP-8、TCP-12的散热胶，或者为Laird所生产型号为1KA04、1KA06、1KA08、1KA10、1KA12的散热胶，或者为NRK所生产型号为NRA-8、NRA-E-3、NRA-E-6、NRA-E-12的散热胶，或者为Bergquist所生产型号为TCP-1000、MP-06503、LTI-06005、HT-04503、TH-07006的散热胶，或者为远硕所生产型号为HTCA-60、HTCA-120的散热胶，或者为永复兴所生产型号为ERNE-800H的散热胶。高分子散热绝缘层23的热传导系数大于等于7W/mK，特别是8~12W/mK，或为9~11W/mK。一实施例中，高分子散热绝缘层23的厚度小于等于150μm，特别是小于等于100μm、90μm、80μm、70μm或60μm。
图3为本实用新型第二实施例的半导体芯片封装结构30。相较于图2所示的第一实施例，不同处在于第二金属层24并无凹部设计，半导体芯片25直接设置于第一导电层22表面。半导体芯片25产生的热经由第一导电层22、高分子散热绝缘层23及第二金属层24进行传导散热。
图4为本实用新型第三实施例的半导体芯片封装结构40。相较于图3所示的第二实施例，不同处在于第二金属层24表面设有导热柱29，其设置于半导体芯片25下方，以供半导体芯片25直接设置于导热柱29表面。藉此，半导体芯片25产生的热直接经由导热柱29及第二金属层24进行传导散热。申言之，导热柱29贯穿高分子散热绝缘层23，并连接半导体芯片25及第二金属层24以直接进行热传导，从而增加散热效果。
本实用新型主要为使用热传导系数大于等于7W/mK的散热基板取代传统的陶瓷基板，虽然导热率为陶瓷基板的1/2~1/3，但由于散热基板的高分子散热绝缘层厚度可以简易的达到150μm或以下，使得散热基板与陶瓷基板具有约等效的热阻表现。在相同的热阻需求下，可以满足LED芯片对于高导热载板的需求。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例的详细说明与附图，然而本实用新型的特征并不局限于此，本实用新型的所有范围应以所附的权利要求书的范围为准，凡合于本实用新型权利要求书范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本实用新型的范畴中，任何熟悉本领域的人员在本实用新型的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本实用新型的权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种半导体芯片散热基板，其特征在于，供半导体芯片直接配置，使半导体芯片的热源能够通过该散热基板外扩传导，该半导体芯片散热基板为层叠式结构，其包括第一金属层、高分子散热绝缘层以及第二金属层，该高分子散热绝缘层的热传导系数大于或等于7W/mK。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该半导体芯片为LED芯片。
3.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该第一金属层和高分子散热绝缘层中设有开口，该第二金属层于该开口处对应设有一凹部，该半导体芯片设于该凹部表面。
4.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该半导体芯片设于该第一金属层表面。
5.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该半导体芯片散热基板还包含一导热柱，该导热柱设置于该半导体芯片下方，贯穿该高分子散热绝缘层，并连接该半导体芯片及第二金属层。
6.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该第一金属层包含电气连接该半导体芯片的正、负电极。
7.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该高分子散热绝缘层的热传导系数介于8~12W/mK。
8.根据权利要求1所述的半导体芯片散热基板，其特征在于，该高分子散热绝缘层的厚度小于或等于150μm。
9.一种半导体芯片封装结构，其特征在于，包括：
一散热基板，其为层叠式结构，包括第一金属层、高分子散热绝缘层以及第二金属层，该高分子散热绝缘层的热传导系数大于或等于7W/mK；以及
一半导体芯片，配置于该散热基板上，使半导体芯片的热源能够通过该散热基板外扩传导。
10.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该半导体芯片为LED芯片。
11.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该第一金属层和高分子散热绝缘层中设有开口，该第二金属层于该开口处对应设有一凹部，该半导体芯片设于该凹部表面。
12.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该半导体芯片设于该第一金属层表面。
13.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该散热基板还包含一导热柱，该导热柱设置于该半导体芯片下方，贯穿该高分子散热绝缘层，并连接该半导体芯片及第二金属层。
14.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该高分子散热绝缘层的热传导系数介于8~12W/mK。
15.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该高分子散热绝缘层的厚度小于或等于150μm。
16.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该第一金属层包含电气连接该半导体芯片的正、负电极。
17.根据权利要求9所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，该半导体芯片包含以打线或覆晶方式安装于该半导体芯片散热基板的结构。
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