[go: up one dir, main page]

CN101315913A - 一种轻质高导热效率的功率器的封装件 - Google Patents

一种轻质高导热效率的功率器的封装件 Download PDF

Info

Publication number
CN101315913A
CN101315913A CN 200810038868 CN200810038868A CN101315913A CN 101315913 A CN101315913 A CN 101315913A CN 200810038868 CN200810038868 CN 200810038868 CN 200810038868 A CN200810038868 A CN 200810038868A CN 101315913 A CN101315913 A CN 101315913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
thermal conductivity
chip
heat
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 200810038868
Other languages
English (en)
Inventor
张哲娟
孙卓
孙鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Xinguang Science & Technology Co Ltd
East China Normal University
Original Assignee
Shanghai Xinguang Science & Technology Co Ltd
East China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Xinguang Science & Technology Co Ltd, East China Normal University filed Critical Shanghai Xinguang Science & Technology Co Ltd
Priority to CN 200810038868 priority Critical patent/CN101315913A/zh
Publication of CN101315913A publication Critical patent/CN101315913A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及功率器件封装结构技术领域,具体地说是一种轻质高导热效率的功率器的封装件,其特征在于:由芯片背面从上至下依次键合上高导热键合界面层、热沉薄膜、下高导热键合界面层、散热基板构成;所述的散热基板采用高导热石墨片或高导热纳米碳管/纤维复合材料或高导热沥青基碳-碳复合材料,或碳-铜或碳-铝复合材料,或铝基或铜基的碳化硅或氮化硼或氮化铝或氮化硅的陶瓷复合材料。本发明与现有技术相比,将芯片背面与键合膜、热沉层和散热基板直接联结,使工作时芯片上的热量直接通过三层散热结构导出工作区域,提升了产品的散热性能,更可有效地降低芯片与散热基板间的热应力,提高器件的可靠性和使用寿命。

Description

一种轻质高导热效率的功率器的封装件
[技术领域]
本发明涉及功率器件封装结构技术领域,具体的说是一种轻质高导热效率的功率器的封装件。
[技术背景]
在集成电路的封装领域,封装技术的三个发展趋势:尺寸的缩小、功能的转换与性能的提高、技术的融合,随着集成电路的密集程度在不断的增加,同时封装尺寸在不断的变小,导致芯片产生的热量就越来越集中,如何有效的逸散半导体芯片在工作中产生的热量,以确保半导体芯片的使用寿命及可靠性,一直是半导体封装业界的一大课题。
现有的封装形式中,由于多用以包覆半导体芯片的封装胶体均是导热性差的材料如环氧树脂等,由于塑封材料的导热系数不高,芯片产生的热不能及时散发出去,导致了芯片工作温度容易过高,使得芯片工作的可靠性下降,芯片功率受到限制;而有些封装形式虽然能够提高散热性能,但成本很高。故在半导体封装件中加入热沉或散热基板,以通过散热性佳的金属材料制成的散热基板和热沉提高散热效率,是目前已有的可行技术。
在美国的第5726079号和第5471366号以及中国的ZL01139258.4、ZL01129362.4、ZL03121320.0和ZL200510065667.0等专利中已分别提出了采用散热基板封装的技术,这种现有的封装件是在芯片上直接粘贴散热基板,该散热基板的顶面外露出用以包覆盖芯片的封装胶体,由于芯片直接与散热基板黏接,且散热基板的顶面外露出封装胶体而直接与大气接触,故芯片产生的热量可直接传递至散热基板以逸散至大气中,其散热途径毋须通经封装胶体。但是,此类技术用以黏接芯片与散热基板的粘合剂或胶黏贴片,多由热固性的材料制成,在未加热固化前,粘合剂或胶黏贴片均为软质状态,使芯片与散热基板黏结后所形成的结构的高度不易控制;同时,容易在封装过程中,在散热基板表面形成有溢胶,从而影响散热基板的散热效率,并使封装成本无法降低;由于粘合剂或胶黏贴片与芯片间的接触热阻,在大电流应用中,芯片的瞬间热量在界面上积聚,使芯片的可靠性和寿命降低;另外,采用较重的金属散热基板如铜等,在器件工作时因温度的变化导致应力增加,容易使芯片与散热基本脱离开而导致器件失效。
[发明内容]
本发明的目的是设计克服现有技术的不足,采用轻质高导热纳米碳等复合材料替代高密度的金属基板,降低芯片工作时产生的热应力,并采用键合手段连接通行的材料,解决了在塑封时使用导热粘合剂或胶黏贴片引起的高界面热阻及变形移动等问题。
为实现上述目的,设计一种轻质高导热效率的功率器的封装件,包括芯片、散热基板,其特征在于:由芯片背面从上至下依次键合上高导热键合界面层、热沉薄膜、下高导热键合界面层、散热基板构成;其中所述的散热基板采用高导热石墨片或高导热纳米碳管/纤维复合材料或高导热沥青基碳-碳复合材料,或碳-铜或碳-铝复合材料,或铝基或铜基的碳化硅或氮化硼或氮化铝或氮化硅的陶瓷复合材料。所述的上、下高导热键合界面层和采用厚度为10-100纳米的高导电导热性的金属或金属化合物薄膜材料,如金属薄膜Sn、In、Zn、Au、Ag、Cu、Ti、Ni、Fe、Co、Pd、Al、Mo或金属化合物薄膜CuIn、AgIn、AuIn、InSn、AgSn、AuSn上述任意一种材料。所述的热沉薄膜,若芯片与散热基板为绝缘连接,热沉薄膜采用多晶金刚石薄膜,若芯片与散热基板为导电连接,热沉薄膜采用定向碳纳米管薄膜或定向纳米纤维薄膜。所述的热沉薄膜采用定向碳纳米管薄膜或定向纳米纤维薄膜时,下高导热键合界面层采用Fe或Co或Ni或Cu或Pd或Ti或Mo材料。
本发明与现有技术相比,将芯片背面与键合膜、热沉层和散热基板直接联结,使工作时芯片上的热量直接通过三层散热结构导出工作区域,故固定于导热层上的芯片可维持一定的工作温度,提升了产品的散热性能,更可有效地降低芯片与散热基板间的热应力,提高器件的可靠性和使用寿命。
[附图说明]
图1是本发明实施例中的一种结构示意图。
指定图1为摘要附图。
参见图1,其中,1为芯片;2为上高导热键合界面层;3为热沉薄膜;4为下高导热键合界面层;5为散热基板。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明,本工艺技术对本专业的人来说还是比较清楚的。
实施例1
参见附图1,由芯片1背面从上至下依次键合上高导热键合界面层2、热沉薄膜3、下高导热键合界面层4、散热基板5构成,其中,
键合界面层2和4为具有良好导热导电性能金属及其合金材料,包括Sn,In,Zn,Au,Ag,Cu,Ti,Ni,Al,Mo及其合金如CuIn,AgIn,AuIn,InSn,AgSn,AuSn等,上述键合界面层采用磁控溅射、蒸镀、化学沉积等方法制备;键合界面层2和4较薄,厚度约10-100纳米,具有高导热性能,易于芯片1与热沉薄膜3焊接。
热沉薄膜3,采用具有高度定向导热性能的轻质材料,采用绝缘高导热材料金刚石薄膜等材料,热沉薄膜材料主要采用热丝化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法等方法制备,其中金刚石薄膜的热导率为600-2500W/m*K,具有良好的绝缘性。
散热基板5,作为芯片封装的基板,该层材料可选择高导热石墨片、高导热纳米碳管/纤维复合材料、高导热沥青基碳-碳复合材料、碳-铜复合材料、碳-铝复合材料,铝基或铜基碳化硅、氮化硼、氮化铝、氮化硅的陶瓷复合材料中的任何一种,具有导热性能好、质量轻的特点。
本例中,键合界面层2与热沉薄膜3界面热阻低;键合界面层4具有金属性,分别与热沉层3和散热片层5有很好的结合性,并通过键合方法联结,导热性好。
实施例2
将实施例1中的键合界面层4材料选用金属薄膜包括Fe或Co或Ni或Cu或Pd或Ti或Mo材料,厚度为5-50纳米。可在散热基板5表面采用溅射、电镀、化学镀、电子束蒸发等方法直接制备键合界面层4,然后直接生长热沉薄膜3,包括导电高导热碳纳米管薄膜、碳纳米纤维薄膜等材料。热沉薄膜3主要采用热丝化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法或电弧等离子体沉积法等方法制备,其中定向碳纳米管的热导率为600-2000W/m*K,具有良好的导电性。
散热基板5的材料工艺同于实施例1。
本例中,键合界面层4在具有生长催化作用的同时具有金属性,分别与热沉层3和散热片层5有很好的结合性,并通过键合方法联结,导热性好。本实例的封装结构与实施例1相同。

Claims (4)

1、一种轻质高导热效率的功率器的封装件,包括芯片、散热基板,其特征在于:由芯片(1)背面从上至下依次键合上高导热键合界面层(2)、热沉薄膜(3)、下高导热键合界面层(4)、散热基板(5)构成;其中所述的散热基板(5)采用高导热石墨片或高导热纳米碳管/纤维复合材料或高导热沥青基碳-碳复合材料,或碳-铜或碳-铝复合材料,或铝基或铜基的碳化硅或氮化硼或氮化铝或氮化硅的陶瓷复合材料。
2、如权利要求1所述的一种轻质高导热效率的功率器的封装件,其特征在于:所述的上、下高导热键合界面层(2)和(4)采用厚度为10-100纳米的高导电导热性的金属或金属化合物薄膜材料,如金属薄膜Sn、In、Zn、Au、Ag、Cu、Ti、Ni、Fe、Co、Pd、Al、Mo或金属化合物薄膜CuIn、AgIn、AuIn、InSn、AgSn、AuSn上述任意一种材料。
3、如权利要求1所述的一种轻质高导热效率的功率器的封装件,其特征在于:所述的热沉薄膜(3),若芯片(1)与散热基板(5)为绝缘连接,热沉薄膜(3)采用多晶金刚石薄膜,若芯片(1)与散热基板(5)为导电连接,热沉薄膜(3)采用定向碳纳米管薄膜或定向纳米纤维薄膜。
4、如权利要求1或3所述的一种轻质高导热效率的功率器的封装件,其特征在于:所述的热沉薄膜(3)采用定向碳纳米管薄膜或定向纳米纤维薄膜时,下高导热键合界面层(4)采用Fe或Co或Ni或Cu或Pd或Ti或Mo材料。
CN 200810038868 2008-06-12 2008-06-12 一种轻质高导热效率的功率器的封装件 Pending CN101315913A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810038868 CN101315913A (zh) 2008-06-12 2008-06-12 一种轻质高导热效率的功率器的封装件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810038868 CN101315913A (zh) 2008-06-12 2008-06-12 一种轻质高导热效率的功率器的封装件

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101315913A true CN101315913A (zh) 2008-12-03

Family

ID=40106843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200810038868 Pending CN101315913A (zh) 2008-06-12 2008-06-12 一种轻质高导热效率的功率器的封装件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101315913A (zh)

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840746A (zh) * 2009-03-18 2010-09-22 伊顿公司 含纳米颗粒层的电界面
CN102299053A (zh) * 2010-06-22 2011-12-28 中国科学院微电子研究所 一种半导体器件及其制造方法
CN102544343A (zh) * 2012-03-02 2012-07-04 杭州电子科技大学 一种提高led基板散热性能的方法
CN102651446A (zh) * 2011-02-25 2012-08-29 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管封装结构及光源装置
CN102840488A (zh) * 2012-09-11 2012-12-26 广东宏泰照明科技有限公司 具有散热功能的led灯
CN102856272A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 北京兆阳能源技术有限公司 一种绝缘散热电子组件
CN102967725A (zh) * 2012-12-03 2013-03-13 东南大学 一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器
CN103219251A (zh) * 2013-04-08 2013-07-24 上海上大瑞沪微系统集成技术有限公司 一种使用金属基纳米纤维复合散热材料封装大尺寸芯片的方法
CN103232256A (zh) * 2013-03-01 2013-08-07 西北工业大学 提高炭/炭复合材料—锂铝硅陶瓷接头连接性能的方法
CN103441109A (zh) * 2013-06-19 2013-12-11 日月光半导体制造股份有限公司 半导体元件,半导体封装结构及其制造方法
CN104465540A (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 永新电子常熟有限公司 稳定性好的电子芯片
CN104733399A (zh) * 2013-12-24 2015-06-24 北京有色金属研究总院 一种层状高导热绝缘基板及其制备方法
CN104896452A (zh) * 2015-06-11 2015-09-09 固态照明张家口有限公司 一种散热材料、基于该材料的led射灯散热器及led射灯
CN105023990A (zh) * 2014-04-30 2015-11-04 严敏 一种基于无机物的复合led积层电路板的制造方法
CN105322910A (zh) * 2014-07-16 2016-02-10 精工爱普生株式会社 封装基体、封装、电子器件、电子设备和移动体
CN105374925A (zh) * 2014-08-22 2016-03-02 严敏 一种基于无机物的led磊晶积层电路板及其制备方法
CN109371303A (zh) * 2018-11-07 2019-02-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 导热复合材料及其制备方法、散热件
CN109643880A (zh) * 2016-08-30 2019-04-16 特拉迪欧德公司 利用碳纳米管的高功率激光封装
CN110473850A (zh) * 2019-09-10 2019-11-19 南方科技大学 一种散热结构和散热系统
CN110513606A (zh) * 2018-10-29 2019-11-29 永康市道可道科技有限公司 室外led灯驱蚊系统
CN111584346A (zh) * 2020-05-28 2020-08-25 浙江大学 具有热沉结构的GaN器件及其制备方法
CN112038457A (zh) * 2020-09-11 2020-12-04 扬州乾照光电有限公司 一种倒装红光led芯片及其制作方法
CN116093046A (zh) * 2023-04-10 2023-05-09 北京华封集芯电子有限公司 单颗芯片的制备方法及芯片结构

Cited By (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840746A (zh) * 2009-03-18 2010-09-22 伊顿公司 含纳米颗粒层的电界面
CN101840746B (zh) * 2009-03-18 2015-06-03 伊顿公司 含纳米颗粒层的电界面
CN102299053B (zh) * 2010-06-22 2014-04-02 中国科学院微电子研究所 一种半导体器件及其制造方法
CN102299053A (zh) * 2010-06-22 2011-12-28 中国科学院微电子研究所 一种半导体器件及其制造方法
CN102651446A (zh) * 2011-02-25 2012-08-29 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管封装结构及光源装置
CN102651446B (zh) * 2011-02-25 2014-12-10 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管封装结构及光源装置
CN102856272A (zh) * 2011-06-27 2013-01-02 北京兆阳能源技术有限公司 一种绝缘散热电子组件
CN102544343A (zh) * 2012-03-02 2012-07-04 杭州电子科技大学 一种提高led基板散热性能的方法
CN102840488A (zh) * 2012-09-11 2012-12-26 广东宏泰照明科技有限公司 具有散热功能的led灯
CN102967725A (zh) * 2012-12-03 2013-03-13 东南大学 一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器
CN102967725B (zh) * 2012-12-03 2014-06-11 东南大学 一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器
CN103232256A (zh) * 2013-03-01 2013-08-07 西北工业大学 提高炭/炭复合材料—锂铝硅陶瓷接头连接性能的方法
CN103219251A (zh) * 2013-04-08 2013-07-24 上海上大瑞沪微系统集成技术有限公司 一种使用金属基纳米纤维复合散热材料封装大尺寸芯片的方法
CN103219251B (zh) * 2013-04-08 2015-09-23 上海上大瑞沪微系统集成技术有限公司 一种使用金属基纳米纤维复合散热材料封装大尺寸芯片的方法
CN103441109A (zh) * 2013-06-19 2013-12-11 日月光半导体制造股份有限公司 半导体元件,半导体封装结构及其制造方法
CN103441109B (zh) * 2013-06-19 2016-06-08 日月光半导体制造股份有限公司 半导体封装结构的制造方法
CN104733399A (zh) * 2013-12-24 2015-06-24 北京有色金属研究总院 一种层状高导热绝缘基板及其制备方法
CN105023990B (zh) * 2014-04-30 2018-03-23 环视先进数字显示无锡有限公司 一种基于无机物的复合led积层电路板的制造方法
CN105023990A (zh) * 2014-04-30 2015-11-04 严敏 一种基于无机物的复合led积层电路板的制造方法
CN105322910A (zh) * 2014-07-16 2016-02-10 精工爱普生株式会社 封装基体、封装、电子器件、电子设备和移动体
CN105322910B (zh) * 2014-07-16 2020-04-24 精工爱普生株式会社 封装基体、封装、电子器件、电子设备和移动体
CN105374925A (zh) * 2014-08-22 2016-03-02 严敏 一种基于无机物的led磊晶积层电路板及其制备方法
CN105374925B (zh) * 2014-08-22 2018-07-13 无锡极目科技有限公司 一种基于无机物的led磊晶积层电路板及其制备方法
CN104465540A (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 永新电子常熟有限公司 稳定性好的电子芯片
CN104896452A (zh) * 2015-06-11 2015-09-09 固态照明张家口有限公司 一种散热材料、基于该材料的led射灯散热器及led射灯
CN109643880A (zh) * 2016-08-30 2019-04-16 特拉迪欧德公司 利用碳纳米管的高功率激光封装
CN110513606A (zh) * 2018-10-29 2019-11-29 永康市道可道科技有限公司 室外led灯驱蚊系统
CN110513606B (zh) * 2018-10-29 2021-02-26 临海市小核桃工业设计服务部 室外led灯驱蚊系统
CN109371303A (zh) * 2018-11-07 2019-02-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 导热复合材料及其制备方法、散热件
CN110473850A (zh) * 2019-09-10 2019-11-19 南方科技大学 一种散热结构和散热系统
CN111584346A (zh) * 2020-05-28 2020-08-25 浙江大学 具有热沉结构的GaN器件及其制备方法
CN112038457A (zh) * 2020-09-11 2020-12-04 扬州乾照光电有限公司 一种倒装红光led芯片及其制作方法
CN112038457B (zh) * 2020-09-11 2021-10-29 扬州乾照光电有限公司 一种倒装红光led芯片及其制作方法
CN116093046A (zh) * 2023-04-10 2023-05-09 北京华封集芯电子有限公司 单颗芯片的制备方法及芯片结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101315913A (zh) 一种轻质高导热效率的功率器的封装件
JP5628312B2 (ja) ナノチューブの熱インターフェース構造
CN102867793A (zh) 热界面材料及半导体封装结构
CN106910691B (zh) 功率变流器中igbt模块的散热结构及封装工艺
JP5790023B2 (ja) 電子部品の製造方法
TW201023311A (en) Semiconductor package structure and method of fabricating the same
CN105514059A (zh) 一种石墨烯复合材料/氮化硅/硅芯片高效散热系统
TWM507138U (zh) 散熱電路板
CN113130455A (zh) 一种高热可靠性的多单元功率集成模块及其加工工艺
CN101609802A (zh) 一种低热阻热界面制备方法
US20210381110A1 (en) Transient liquid phase bonding compositions and power electronics assemblies incorporating the same
CN105304593A (zh) 用于光电器件的高效散热基板
CN101369615A (zh) 低热阻大功率发光二极管的封装方法
CN107768325B (zh) 一种倒装焊封装结构及其制作方法
CN113809016B (zh) 复合基板
CN109659280A (zh) 一种压接式igbt内部封装结构
US8740044B2 (en) Method for bonding heat-conducting substrate and metal layer
Gao et al. A study of large area bonding technologies and their application in electronic industry
CN106653712B (zh) 单管igbt的散热结构及加工工艺
CN112164680A (zh) 一种裸芯封装结构及其封装方法
TWM595383U (zh) 散熱型電子裝置
CN103383985A (zh) 一种基于AlSiC复合基板封装的LED
TWI317162B (zh)
CN212587507U (zh) 采用多芯片堆叠结构的功率分立器件
CN103219251B (zh) 一种使用金属基纳米纤维复合散热材料封装大尺寸芯片的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Open date: 20081203