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一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩的制作方法

文檔序號:7056771閱讀:399來源:國知局
一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩,它包含功率半導(dǎo)體芯片(1),該功率半導(dǎo)體芯片(1)與封裝基板(5)之間設(shè)有導(dǎo)熱通道(3),所述導(dǎo)熱通道(3)的間隙處填充有焊接層(2),所述的焊接層(2)的將功率半導(dǎo)體芯片(1)和導(dǎo)熱通道(3)焊接成一個整體,所述導(dǎo)熱通道(3)的外面設(shè)有一圈導(dǎo)熱圈(4),所述封裝基板(5)的底部通過粘合層與鰭狀散熱片(7)相連。本發(fā)明由于功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱罩內(nèi)部的導(dǎo)熱通道實現(xiàn)向封裝基板和導(dǎo)熱罩外部導(dǎo)熱圈快速有效地傳播,從而降低了封裝系統(tǒng)的熱阻、增加了芯片封裝導(dǎo)熱效率,大大提高了功率半導(dǎo)體器件芯片的高溫可靠性,從而保證了芯片工作的性能。
【專利說明】一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是半導(dǎo)體散熱【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱 罩。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體集成電路高速度、高密度、高性能的發(fā)展趨勢,熱管理成了集成電路芯 片封裝中的一個非常重要的問題。集成電路中的散熱問題在許多應(yīng)用中是至關(guān)要的,比如 以CPU為代表的高性能單芯片的功耗已經(jīng)達(dá)到了 100W以上,半導(dǎo)體芯片尤其是半導(dǎo)體功率 芯片封裝內(nèi)的熱積累問題不容忽視,散熱問題會直接影響芯片的設(shè)計性能,也一直是封裝 設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 熱量主要有熱對流、熱傳導(dǎo)和熱輻射等三種耗散方式。常見的散熱方法有以散熱 器、導(dǎo)熱孔等方式為代表的被動散熱方法和風(fēng)冷散熱、水冷散熱、氣冷散熱、液冷散熱、熱電 制冷散熱、熱管散熱等主動散熱方法。
[0004] 在上述主動散熱方法中,熱電制冷散熱和熱管散熱等方法實現(xiàn)困難,成本高。液冷 散熱和氣冷散熱對制作工藝以及材料的要求比較苛刻,對散熱通道的工藝性,可靠性要求 很高,現(xiàn)有的一些技術(shù)還不成熟,成本也比較高。
[0005] 基于對上述各種散熱技術(shù)的研究,設(shè)計一種有效的芯片封裝散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行良好的 散熱成為了散熱技術(shù)研究的重點。
[0006] 目前基本的封裝結(jié)構(gòu)首先將具有半導(dǎo)體襯底的芯片焊接在封裝基板上,再與外部 散熱組件粘合。芯片的熱量通過內(nèi)熱通路傳導(dǎo)至封裝基板,封裝基板再將熱量傳導(dǎo)至外部 散熱組件,散熱組件通過空氣對流或向外輻射散熱。焊料的熱導(dǎo)率為60W/m ·Κ,遠(yuǎn)低于封裝 基板(比如銅材料的熱導(dǎo)率為400W/m · Κ)和功率半導(dǎo)體芯片(比如碳化硅材料的熱導(dǎo)率 為490W/m · K),因此傳統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足芯片向高功率特別是高功率密度發(fā)展的 要求,研發(fā)更高導(dǎo)熱效率的封裝結(jié)構(gòu)成為電子元件向高功率和小型化發(fā)展的必然趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的為了解決現(xiàn)有功率器件封裝組件制造過程中采用的結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱效率很 難提高,不適于封裝組件向高功率、小型化發(fā)展的需求,提出了一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo) 熱罩。
[0008] 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的問題,它包含功率半導(dǎo)體芯片1,該功率半導(dǎo)體芯片 1與封裝基板5之間設(shè)有導(dǎo)熱通道3,所述導(dǎo)熱通道3的間隙處填充有焊接層2,所述的焊接 層2的將功率半導(dǎo)體芯片1和導(dǎo)熱通道3焊接成一個整體,所述導(dǎo)熱通道3的外面設(shè)有一 圈導(dǎo)熱圈4,所述封裝基板5的底部通過粘合層與鰭狀散熱片7相連。
[0009] 所述的導(dǎo)熱圈4為中空的平頂錐形結(jié)構(gòu)。
[0010] 所述導(dǎo)熱通道3的平面結(jié)構(gòu)為米字形結(jié)構(gòu)。
[0011] 所述導(dǎo)熱通道3的平面結(jié)構(gòu)為井字形結(jié)構(gòu)。
[0012] 由于采用了以上技術(shù)方案,本發(fā)明具有以下有益效果:由于功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生 的熱量通過導(dǎo)熱罩內(nèi)部的導(dǎo)熱通道實現(xiàn)向封裝基板和導(dǎo)熱罩外部導(dǎo)熱圈快速有效地傳播, 從而降低了封裝系統(tǒng)的熱阻、增加了芯片封裝導(dǎo)熱效率,大大提高了功率半導(dǎo)體器件芯片 的高溫可靠性,從而保證了芯片工作的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發(fā)明,下面將結(jié)合附圖對實施例作簡單的介紹。
[0014] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0015] 圖2是本發(fā)明中導(dǎo)熱圈的立體圖;
[0016] 圖3是本發(fā)明中導(dǎo)熱通道呈井字狀布置的平面結(jié)構(gòu)示意圖;
[0017] 圖4是本發(fā)明中導(dǎo)熱通道呈米字狀布置的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解,下面將 結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0019] 參看圖1,本【具體實施方式】是采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn),它包含功率半導(dǎo)體芯片 1,該功率半導(dǎo)體芯片1與封裝基板5之間設(shè)有導(dǎo)熱通道3,所述導(dǎo)熱通道3的間隙處填充有 焊接層2,所述的焊接層2的將功率半導(dǎo)體芯片1和導(dǎo)熱通道3焊接成一個整體,所述導(dǎo)熱 通道3的外面設(shè)有一圈導(dǎo)熱圈4,所述封裝基板5的底部通過粘合層與鰭狀散熱片7相連。
[0020] 參看圖2,所述的導(dǎo)熱圈4為中空的平頂錐形結(jié)構(gòu)。
[0021] 參看圖3,所述導(dǎo)熱通道3的平面結(jié)構(gòu)為米字形結(jié)構(gòu)。
[0022] 參看圖4,所述導(dǎo)熱通道3的平面結(jié)構(gòu)為井字形結(jié)構(gòu)。
[0023] 所述的焊接層2所用材料可分為硬質(zhì)焊料和軟質(zhì)焊料,為了克服硬質(zhì)焊料的接合 難以緩和熱膨脹系數(shù)差異所引發(fā)的應(yīng)力破壞,所述焊接層所用的軟質(zhì)料為錫膏焊料、鉛錫 合金焊料、錫鉛銀合金焊料、鉛錫銻合金焊料中的至少一種;并且在熱氮氣或其他能防止氧 化的氣氛中進(jìn)行以防止焊料的氧化和孔洞的形成。
[0024] 所述的功率半導(dǎo)體芯片1可以為硅、鍺等第一代半導(dǎo)體材料也可以為第二代化合 物半導(dǎo)體材料,如砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb);三元化合物半導(dǎo)體,如GaAsAl、GaAsP;還 有一些固溶體半導(dǎo)體,如Ge-Si、GaAs-GaP ;玻璃半導(dǎo)體(又稱非晶態(tài)半導(dǎo)體),如非晶硅、玻 璃態(tài)氧化物半導(dǎo)體;有機(jī)半導(dǎo)體,如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等或者第三代半導(dǎo)體材料主要 以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(A1N)為代表的寬禁帶半導(dǎo)體 材料。
[0025] 所述導(dǎo)熱圈4可以為銅、銀、石墨、金剛石材料中的至少一種。
[0026] 所述封裝基板5為氧化鋁(A1203)陶瓷、氮化鋁(A1N)陶瓷、玻璃或增強(qiáng)型帶有覆 銅層的環(huán)氧樹脂或聚酯等有機(jī)多層基板材料、金剛石材料中的一種。
[0027] 由于采用了以上技術(shù)方案,本發(fā)明具有以下有益效果:由于功率半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生 的熱量通過導(dǎo)熱罩內(nèi)部的導(dǎo)熱通道實現(xiàn)向封裝基板和導(dǎo)熱罩外部導(dǎo)熱圈快速有效地傳播, 從而降低了封裝系統(tǒng)的熱阻、增加了芯片封裝導(dǎo)熱效率,大大提高了功率半導(dǎo)體器件芯片 的高溫可靠性,從而保證了芯片工作的性能。
[0028] 最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對其限制;盡 管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,其依然 可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩,其特征在于它包含功率半導(dǎo)體芯片(1),該功率 半導(dǎo)體芯片(1)與封裝基板(5)之間設(shè)有導(dǎo)熱通道(3),所述導(dǎo)熱通道(3)的間隙處填充有 焊接層(2),所述的焊接層(2)的將功率半導(dǎo)體芯片(1)和導(dǎo)熱通道(3)焊接成一個整體, 所述導(dǎo)熱通道(3)的外面設(shè)有一圈導(dǎo)熱圈(4),所述封裝基板(5)的底部通過粘合層與鰭狀 散熱片(7)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩,其特征在于所述的導(dǎo)熱圈 (4)為中空的平頂錐形結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩,其特征在于所述導(dǎo)熱通道 (3)的平面結(jié)構(gòu)為米字形結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率半導(dǎo)體芯片封裝導(dǎo)熱罩,其特征在于所述導(dǎo)熱通道 (3)的平面結(jié)構(gòu)為井字形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L23/367GK104157621SQ201410428883
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】湯曉燕, 李家昌, 宋慶文, 張藝蒙, 王悅湖, 張玉明 申請人:西安電子科技大學(xué)
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