CN220138308U - 具有均温增强散热功能的半导体封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构，包括塑封料包裹层、框架基岛、框架管脚、金属引线和芯片；框架基岛由上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱组成；芯片焊接在框架基岛上，通过金属引线与框架管脚相连；框架基岛总体上被包裹在塑封料包裹层中，框架基岛的底面与框架管脚外露于塑封料包裹层；上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱采用均温板制备，在下壳板的下表面上设置有多块与下壳板一体成型的翅片。本实用新型显著地增强了半导体封装结构的均温、散热功能，从而有效提高了半导体的可靠性、使用寿命以及过载能力。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体封装技术领域，具体涉及一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构。
背景技术
半导体塑封器件(可统称为半导体封装结构)由于生产工艺简单、成本低，广泛应用于家电、新能源交通工具等多个领域。然而，现有的半导体封装结构(例如但不限于CN115831887 A号发明专利申请公开的技术方案)也存在一些技术缺陷，主要是其均温功能和散热功能较弱。以散热功能为例，虽然现有的半导体封装结构采用了翅片(也称为散热翅片)，但翅片是以机械固定的方式安装在框架基岛的背面(亦即未与框架基岛一体成型)，工作时会产生界面热阻和接触热阻，导致散热功能减弱。均温功能和散热功能较弱的技术缺陷会对半导体封装结构的使用寿命和可靠性产生消极影响。具体地说，由于半导体封装结构中的多种材质具有不同的热膨胀系数，特别是其中的塑封料导热率低且不密封，产品长期在热应力的循环下容易导致封装分层现象的发生，从而大幅度降低半导体的使用寿命和可靠性。
发明内容
本实用新型的目的旨在以便捷、经济的技术手段提高半导体封装结构的均温、散热功能，从而克服上述现有技术的缺陷。
为了实现上述目的，本实用新型采用了下述技术方案：
一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构，包括塑封料包裹层、框架基岛、框架管脚、金属引线和芯片；框架基岛由上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱组成；芯片焊接在框架基岛上，通过金属引线与框架管脚相连；框架基岛总体上被包裹在塑封料包裹层中，框架基岛的底面与框架管脚外露于塑封料包裹层；上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱采用均温板制备，在下壳板的下表面上设置有多块与下壳板一体成型的翅片。
在上述技术方案的基础上，本实用新型可附加下述技术手段，以便更好地实现本实用新型的目的：
所述多块翅片相互平行，且与下壳板垂直。
进一步地，所述塑封料包裹层采用填充型高导热环氧树脂复合材料制备，填充型高导热环氧树脂复合材料中填充有高导热填料。
进一步地，所述框架管脚的数量为三条，所述芯片的下表面采用回流焊焊接在所述上壳板上，所述芯片的上表面通过金属引线与位于两侧的框架管脚相连。
进一步地，所述吸液芯采用多层丝网烧结，并与所述粉柱装配在一起；或者，所述吸液芯采用铜粉烧结，并与所述粉柱烧结在一起。
进一步地，所述吸液芯与所述上壳板烧结在一起。
与现有技术相比，本实用新型所具有的主要有益效果如下：
本实用新型中的框架基岛集翅片与均热板于一体，均热板基于相变原理，能够快速地将芯片工作时产生的热量扩散到整个框架基岛，并通过与框架基岛的下壳板相连且一体成型的翅片消散出去，从而消除了机械固定外来翅片所带来的界面热阻和接触热阻，大幅度提高了半导体封装结构的主散热通道的散热能力。此外，芯片上表面采用高导热、电绝缘能力良好的填充物填充塑封料，有效提高了芯片上部的散热通道的散热能力，从而有效提高了半导体的可靠性、使用寿命以及过载能力。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的纵切面结构示意图；
图2是该实施例的内部结构示意图；
图3是该实施例中的上壳板的装配结构示意图；
图4是该实施例中的吸液芯的结构示意图图。
图中：
1——框架管脚； 2——金属引线； 3——芯片；
4——上壳板； 5——塑封料包裹层； 6——吸液芯；
7——蒸汽腔； 8——粉柱； 9——翅片；
10——下壳板； 11——框架基岛
具体实施方式
为了便于本领域技术人员充分理解本实用新型的技术方案，以下结合附图，介绍本实用新型的一个实施例。
如图1至图4所示，一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构，包括塑封料包裹层5、框架基岛11、框架管脚1、金属引线2和芯片3；框架基岛10由上壳板4、下壳板10、吸液芯6和粉柱8组成(吸液芯6和粉柱8设置在上壳板4、下壳板10之间的密闭空间内)；芯片3焊接在框架基岛11上，通过金属引线2与框架管脚1相连；框架基岛11总体上被包裹在塑封料包裹层5中(所谓总体上被包裹在塑封料包裹层中，是指框架基岛的顶面以及前、后、左、右四个侧面均被塑封料包裹层包裹)，框架基岛11的底面与框架管脚1外露于塑封料包裹层5；上壳板4、下壳板10、吸液芯3和粉柱8采用均温板制备，在下壳板10的下表面上设置有多块与下壳板10一体成型的翅片9。翅片9也称为散热翅片，其具体数量可根据半导体封装结构的尺寸和实际需要调整。在本实用新型中，均温板是指内部真空或负压，含有液体的空心平板或热管。另外，上壳板4、下壳板10之间的密闭空间，除了吸液芯6、粉柱8和液体工质(去离子水、乙醇、丙酮的一种或几种的混合物)所占据的体积以外的空间，谓之蒸汽腔7。
在本实施例中，多块翅片9相互平行，且与下壳板10垂直。塑封料包裹层5采用填充型高导热环氧树脂复合材料制备，填充型高导热环氧树脂复合材料中填充有高导热填料，高导热填料为氧化物填料或/和氮化物填料。氧化物填料为Al2O3、SiO2、ZnO中的一种或两种以上，氮化物填料为BN、AlN、Si3N4中的一种或两种以上。高导热填料的体积为填充型高导热环氧树脂复合材料的5.9～6.1％。作为本实用新型的一种优选的实施方式，按质量份，高导热填料由三份氧化物填料和一份氮化物填料组成，在氧化物填料中，Al2O3、SiO2、ZnO的质量比为3：2：1，在氮化物填料中，BN、AlN、Si3N4的质量比为2：1：1。
如图2所示，在本实施例中，框架管脚1的数量为三条，芯片3的下表面采用回流焊焊接在框架基岛11的上壳板4上，芯片3的上表面通过金属引线2与位于两侧的框架管脚1相连。
如图4所示，在本实施例中，吸液芯6采用多层丝网烧结(也有人将吸液芯称为吸液芯层)，并与粉柱8装配在一起；吸液芯6也可采用铜粉烧结，并与粉柱8烧结在一起(粉柱8也采用铜粉烧结的方法制备，其在上下壳板之间起支撑和液体回流的作用)。此外，吸液芯6也与上壳板4烧结在一起。
以上，结合附图描述了本实用新型的一个实施例的结构特征，以下进一步介绍其封装方法，该方法包括下述步骤：
步骤1，框架基岛翅片的制备：采用挤压或者蚀刻的方法在框架基岛下壳体下表面制备出柱状翅片；
步骤2，框架基岛的制备：采用蚀刻方法制备框架基岛的上壳板和下壳板；利用模具将提前打过孔的多层丝网烧结在上、下壳板上；利用模具将铜粉烧结在框上壳板相应的空洞内形成粉柱；上、下壳板通过模具进行钎焊，注入液体工质并抽真空得到集翅片与均热板一体的框架基岛(简而言之，框架基岛在密封、灌液、抽真空后形成)；
步骤3，填充型高导热环氧树脂复合材料的制备：采用真空辅助自组装技术，将热导率大，绝缘性能优良的氧化物填料或/和氮化物填料的一种或两种以上的填料填入环氧树脂中并混合均匀；
步骤4，在框架基岛上点涂焊料，再把待封装的芯片放置在焊料上面，然后通过回流焊把芯片焊接在上壳板的上表面；
步骤5，引线互联：利用金属引线把芯片的顶部与框架管脚连接起来，形成电路通路；
步骤6，电路互联测试：通过电路互联测试保证半导体器件工作正常，剔除不合格品；
步骤7，将填充型高导热环氧树脂复合材料放入注塑机，注射出塑封料，将芯片、框架基岛和引线封装保护，形成塑封料包裹层；
步骤8，剔除溢胶：采用高压水喷淋和化学软化进祛除溢胶。
Claims (6)
1.一种具有均温增强散热功能的半导体封装结构，包括塑封料包裹层、框架基岛、框架管脚、金属引线和芯片；框架基岛由上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱组成；芯片焊接在框架基岛上，通过金属引线与框架管脚相连；框架基岛总体上被包裹在塑封料包裹层中，框架基岛的底面与框架管脚外露于塑封料包裹层；其特征在于：上壳板、下壳板、吸液芯和粉柱采用均温板制备，在下壳板的下表面上设置有多块与下壳板一体成型的翅片。
2.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述多块翅片相互平行，且与下壳板垂直。
3.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述框架管脚的数量为三条，所述芯片的下表面采用回流焊焊接在所述上壳板上，所述芯片的上表面通过金属引线与位于两侧的框架管脚相连。
4.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述吸液芯采用多层丝网烧结，并与所述粉柱装配在一起。
5.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述吸液芯采用铜粉烧结，并与所述粉柱烧结在一起。
6.如权利要求1所述的具有均温增强散热功能的半导体封装结构，其特征在于：所述吸液芯与所述上壳板烧结在一起。
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