CN220604683U - 一种将半导体芯片垂直散热的封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，包括：引线框，其上开设有孔体；散热柱，其设置在所述孔体内；芯片，其焊盘与对应所述散热柱顶部连接；布线层，其设置在所述引线框底部，所述散热柱底部与所述布线层连接；外封胶，所述芯片外设置有所述外封胶；当芯片工作时，P‑N结产生的热量通过芯片焊盘，经高导粘接胶，传导到散热柱上，采用散热柱的方式能够迅速将热量传导出来，减少P‑N结的热聚集，提高了散热效率。

Description

一种将半导体芯片垂直散热的封装结构

技术领域

本实用新型涉及封装结构，特别是一种将半导体芯片垂直散热的封装结构。

背景技术

近年来，随着半导体行业制程工艺的迅速发展，在集成电路上单位面积内可容纳的晶体管数量在迅速增加，晶体管分布密集程度的增长，对后段的封装也提出了更高的要求－－封装的尺寸减小，质量减轻，单位面积内更多的I/O数量，高集成化等。

封装行业作为裸晶与电路应用之间一个承上启下的环节，如何让芯片的功能在电路应用中得以充分发挥，为后端电路应用提供可靠的保证，是芯片封装中需要持续提升的一个课题。因此，封装与芯片互连的可靠性，封装产品的热管理，修正芯片生产中不可消除的制造公差，是让后摩尔时代技术发展得以延续的关键。

晶体管作为集成电路的最小单位，由于单位面积内晶体管数量的增加，工作中的热量也会随之增加，在整个集成芯片上产生的热量聚集就越发明显。将芯片结温控制在一定的范围内，将工作中产生的热量及时传导出来，对于芯片是否能最大限度地发挥其功能和芯片的使用寿命有着重要意义。

现有半导体芯片有两种常规封装方式：

1、如图1所示的正面封装，将芯片1底部用粘接料粘接固定在引线框2上，引线框2通常采用导电导热良好的导体；芯片1焊盘3朝上，用键合金丝4(或铝丝)连接芯片1上的焊盘3和引线框2相应的脚位；由于芯片1在工作时P-N结会产生大量的热量，而键合金丝4(或铝丝)的作用主要是导电，它传导的热量却微乎其微。芯片1与引线框2之间通过粘接胶6粘接，粘接胶通常是采用环氧树脂一类的材质，其导热性能也极差，不能及时将热量传；由于芯片1外部还有的外封胶5定型包覆，因此底座上的热量与器件外环境进行热交换途径也部份受阻；所以，此种结构在芯片1周围会产生热量聚集，这在大功率，高频率的半导体器在中犹为明显。

2、如图2-3所示的倒装封装，将芯片1倒扣，芯片1焊盘3与引线框2上表面相应的凸点(导体)对准，两者之间用高导电粘接胶6固定实现导通；布线层7与凸点，绝缘层过孔8的孔壁及绝缘层下方的布线层7连接，以此实现芯片1焊盘3与引线框2的焊盘3连接导通与外部进行电路的互联；布线层7与外部相连的应用电路之间，有绝缘防焊层；此为散热较差的绝缘材质；此结构虽然电路导通路径短，芯片1产生的热量虽能直接传导到布线层7，但由于布线层7很薄，线宽也有一定的限制，所以热容积有限，从芯片1传导进入布线层7的热量使布线层7的温度也迅速升高，而绝缘防焊层也阻碍布线层7的热量与外界进行热交换，存在着散热瓶颈，仍然没有将热量及时导出的路径，因此焊盘3所连接的晶体管的周围仍然会存在热量的聚集，P-N结的温度也不能及时散出。

综上，如何提高半导体芯片的散热效率成为了本领域研究人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：如何提高半导体芯片的散热效率；

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型是一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，包括：引线框，引线框材质一般采用具有绝缘和有一定散热特性的氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷，针对小功率器件，引线框可采用环氧树脂板一类的绝缘材质，引线框上开设有孔体；散热柱，其设置在所述孔体内；芯片，其焊盘与对应所述散热柱顶部连接；布线层，其设置在所述引线框底部，所述散热柱底部与所述布线层连接；外封胶，所述芯片外设置有所述外封胶。

如何将焊盘与散热柱顶部连接，本实用新型采用所述焊盘与所述散热柱顶部之间通过高导粘接层粘接。

为了说明散热柱的具体结构，本实用新型采用所述散热柱为竖直柱状结构，其顶部端面连接有所述焊盘，所述散热柱采用的材质为银或铜镀银。

进一步，引线框材质采用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷或环氧树脂及同类绝缘材质。

本实用新型的有益效果：本实用新型是一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，当芯片工作时，P-N结产生的热量通过芯片焊盘，经高导粘接胶，传导到散热柱上，采用散热柱的方式能够迅速将热量传导出来，减少P-N结的热聚集，提高了散热效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是传统的正面封装结构示意图；

图2是倒装封装的结构示意图；

图3是图2A处的结构示意图；

图4是本实用新型的结构示意图；

图5是图4B处的结构示意图；

图中：1-芯片、2-引线框、3-焊盘、4-键合金丝、5-外封胶、6-粘接胶、7-布线层、8-绝缘层过孔、10-散热柱。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

如图4-5所示，本实用新型是一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，包括：引线框2，其上开设有孔体；散热柱10，其设置在所述孔体内；芯片1，其焊盘3与对应所述散热柱10顶部连接；布线层7，其设置在所述引线框2底部，所述散热柱10底部与所述布线层7连接；外封胶5，所述芯片1外设置有所述外封胶5；

在本方案中，引线框的孔体内设置有散热柱，散热柱的顶部与芯片的焊盘连接，芯片产生的热量经过通过焊盘传递至散热柱上，散热柱体外部的散热结构进行交换散热，进而能够实现对芯片的散热。

实施例2

在实施例1的基础上，如何将焊盘与散热柱顶部连接，本实用新型采用所述焊盘3与所述散热柱10顶部之间通过高导粘接层6粘接；

高导粘接胶6一般是具有导电导热性能良好，且抗氧化性能较好的银一类的金属与粘接剂的混合物质，这样通过高导粘接胶能够将焊盘与散热柱顶部连接。

实施例3

在实施例1的基础上，为了说明散热柱的具体结构，本实用新型采用所述散热柱10为竖直柱状结构，其顶部端面连接有所述焊盘3；

实心的散热柱10的热容积量会大，并且截面没有太大的变化及转折，所以热量传导路径比较通畅，散热比较高效。

实施例5

在实施例1的基础上，为了说明散热柱采用的材质，本实用新型采用所述散热柱10采用的材质为银或铜镀银；

材质为银或铜镀银的散热柱具有良好的散热性能。

实施例6

在实施例1的基础上，为了说明引线框2的材质，本实用新型采用引线框2材质一般采用具有绝缘和有一定散热特性的氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷，针对小功率器件，引线框2可采用环氧树脂板一类的绝缘材质。

原理:当芯片1工作时，P-N结产生的热量通过芯片1焊盘3，经高导粘接胶6，传导到散热柱10上；高导粘接胶6一般是具有导电导热性能良好，且抗氧化性能较好的银一类的金属与粘接剂的混合物质，因此芯片1焊盘3与散热柱10间的热阻很小，能迅速将热量传导至散热柱10；又由于散热柱10为实心体，因此与背景技术中的第2种方案的薄片状的布线层7的导体相比质量较大，当芯片产生的热量值相同的情况下，实心的散热柱10的热容积量会大,因此温升会小于第二种方案；又由于芯片1产生的热量在导出过程中，散热柱10呈柱状结构，并且截面没有太大的变化及转折，所以热量传导路径比较通畅；因此与外部线路的散热结构进行热交换散热，也更为及时；从而使芯片1的温度能及时导出；减少P-N结的热聚集。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，其特征在于，包括：

引线框，其上开设有孔体；

散热柱，其设置在所述孔体内；

芯片，其焊盘与对应所述散热柱顶部连接；

布线层，其设置在所述引线框底部，所述散热柱底部与所述布线层连接；

外封胶，所述芯片外设置有所述外封胶。

2.根据权利要求1所述的一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，其特征在于，所述焊盘与所述散热柱顶部之间通过高导粘接层粘接。

3.根据权利要求1所述的一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，其特征在于，所述散热柱为竖直柱状结构，其顶部端面连接有所述焊盘。

4.根据权利要求1所述的一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，其特征在于，所述散热柱采用的材质为银或铜镀银。

5.根据权利要求1所述的一种将半导体芯片垂直散热的封装结构，其特征在于，所述引线框材质采用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷或环氧树脂板。