一种封装结构及封装方法技术

本发明专利技术提供一种封装结构及封装方法，所述封装结构包括散热基板及结合于所述散热基板上表面的芯片，其中：所述散热基板上表面与所述芯片底面之间形成有一石墨烯导电散热薄膜。本发明专利技术的封装方法采用化学气相沉积法在散热基板上沉积具有良好导电、热扩散、热辐射能力的石墨烯导电散热薄膜，可以在不影响MPS电学特性的情况下，大幅提高器件的散热能力，降低器件热阻与结温。同时，借助于石墨烯优异的表面热辐射性能，可进一步提高器件的散热性能。本发明专利技术的封装结构及封装方法不仅适用于采用铜基体的MPS二极管，而且可以适用于其他类型的需要快速散热的芯片，并适用于基板需要导电乃至需要高度透明的场合，具有广泛的工业前景。

Packaging structure and packaging method

The invention provides a package structure and method of packaging, the packaging structure comprises a radiating substrate and attached to the upper surface of the chip substrate, including: a conductive graphene film is formed between the heat radiating substrate on the surface and the bottom surface of the chip. The invention adopts the chemical vapor deposition of conductive graphene films have good heat conductivity, thermal diffusion and heat radiation capacity of the heat in the substrate, can not affect the electrical properties of MPS under the condition of a substantial increase in cooling capacity of the device, reduce the thermal resistance and junction temperature. At the same time, the thermal radiation performance of graphene can be further improved by virtue of the excellent surface thermal radiation performance of graphene. Packaging structure and method of the invention not only applies to the use of copper matrix MPS diode, and can be applied to other types of chips need rapid heat dissipation, and is suitable for the substrate and conductive need highly transparent occasions, has wide prospect in industry.

【技术实现步骤摘要】
一种封装结构及封装方法
本专利技术属于器件封装领域，涉及一种封装结构及封装方法。
技术介绍
随着电子电路中主开关频率、变换电源电压和功率的提高，对起控制作用的整流开关二极管提出了更高要求。混合PiN肖特基二极管(MergedPiN/Schottkydiode，MPS)具有PIN二极管高阻断电压、低漏电流和肖特基二极管(SBD)小开启电压、大导通电流以及高开关速度的优点。对于垂直结构的MPS，器件封装结构中的铜基体对芯片不仅起到支撑的作用，而且是芯片工作的电极之一。图1中示出了垂直结构型MPS二极管的一种基本结构，其中，MPS器件呈现深注入的交叉指状P+栅格与肖特基结相间隔的网状结构，MPS二极管正面电极形成用于肖特基区的与相对低掺杂区域的肖特基势垒(Schottkycontact)，以及用于P-i-N区的与相对高掺杂区域的欧姆接触；MPS二极管背面电极与MPS二极管形成欧姆接触(Ohmiccontact)。MPS开关管的主要结是PiN二极管区，PN结通过其耗尽层的宽度和两PN结之间的间隙来影响肖特基的导电沟道。随着第三代半导体技术的飞速发展，MPS的功率密度越来越大，产生的热量越来越多，芯片结温迅速上升，当温度超过最大允许温度时，MPS就会因为过热而损坏。芯片产生的高密度热流如何快速的扩展到整个铜基体的上表面，从而降低封装器件的热阻，是功率型MPS整个热流通道设计的关键。因此，在铜基体与芯片接触的一面沉积一种导电性好，又具有快速热扩散能力的薄膜材料极其重要。目前，功率型MPS采用的铜基体在与芯片接触的一面没有任何有益于热扩散的薄膜材料沉积，散热能力完全依赖铜基体本身(导热系数397W/m.K，热辐射系数：0.05)。石墨烯是由碳六元环组成的二维(2D)周期蜂窝状点阵结构，石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米材料。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。作为世界上已知最薄的材料，石墨烯具有良好的导热(单层石墨烯的导热系数高达5300W/m·K)、导电(载流子迁移率高达2×105cm2/v.S)性能，并且具有优异的热辐射性能。散热薄膜是计算机、手机制造中的关键材料，像苹果手机目前用的散热膜是用石墨片制成的，而石墨烯制成的散热膜散热性能会大大优于石墨片。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种封装结构及封装方法，用于解决现有技术中随着芯片(特别是混合PiN肖特基二极管)的功率密度越来越大，铜基底散热能力不足，导致芯片因为过热而损坏的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种封装结构，包括散热基板及结合于所述散热基板上表面的芯片，其中：所述散热基板上表面与所述芯片底面之间形成有一石墨烯导电散热薄膜。可选地，所述芯片底面通过粘结层粘附于所述石墨烯导电散热薄膜表面。可选地，所述粘结层包括导电胶、绝缘胶或共晶材料。可选地，所述石墨烯导电散热薄膜在所述散热基板上表面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积。可选地，所述石墨烯导电散热薄膜包括单层石墨烯或多层石墨烯。可选地，所述芯片为垂直结构型芯片或平面结构型芯片，所述垂直结构型芯片的正电极与负电极分别位于芯片的上下两侧，所述平面结构型芯片的正电极与负电极位于芯片的同一侧。可选地，所述芯片为垂直结构型的混合PiN肖特基二极管，所述混合PiN肖特基二极管的底部电极与所述石墨烯导电散热薄膜电连接。可选地，所述散热基板采用可作为石墨烯生长催化剂的材质。可选地，所述材质包括镍、铂、铷、铱、铜中的任意一种或其中任意两种或两种以上组成的合金。可选地，所述散热基板为铝基板、陶瓷基板、硅基板或带有硅通孔的FR4基板。可选地，所述散热基板包括热管散热结构或微流体散热结构。本专利技术还提供一种封装方法，包括如下步骤：S1：提供一散热基板；S2：在所述散热基板上表面形成石墨烯导电散热薄膜；S3：将芯片固定到所述石墨烯导电散热薄膜表面。可选地，所述散热基板采用可作为石墨烯生长催化剂的材质。可选地，所述材质包括镍、铂、铷、铱、铜中的任意一种或其中任意两种或两种以上组成的合金。可选地，于所述步骤S2中，通过化学气相沉积法在所述散热基板上生长得到所述石墨烯导电散热薄膜。可选地，于所述步骤S1中，还包括采用丙酮、乙醇、去离子水中的一种或多种对所述散热基板进行超声清洗以去除所述散热基板表面污染物的步骤。可选地，于所述步骤S1中，还包括去除所述散热基板表面氧化物的步骤。可选地，所述散热基板为铝基板、陶瓷基板、硅基板或带有硅通孔的FR4基板。可选地，于所述步骤S2中，通过转移法在所述散热基板上表面形成石墨烯导电散热薄膜。可选地，于所述步骤S3中，通过粘结层将所述芯片底面粘附于所述石墨烯导电散热薄膜表面。可选地，所述粘结层包括导电胶、绝缘胶或共晶材料。可选地，所述石墨烯导电散热薄膜在所述散热基板上表面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积。可选地，所述石墨烯导电散热薄膜包括单层石墨烯或多层石墨烯。可选地，所述芯片为垂直结构型芯片或平面结构型芯片，所述垂直结构型芯片的正电极与负电极分别位于芯片的上下两侧，所述平面结构型芯片的正电极与负电极位于芯片的同一侧。可选地，所述芯片为垂直结构型的混合PiN肖特基二极管，所述混合PiN肖特基二极管的底部电极与所述石墨烯导电散热薄膜电连接。如上所述，本专利技术的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术采用化学气相沉积法在散热基板功率型MPS二极管铜基板上沉积具有良好导电、热扩散、热辐射能力的石墨烯导电散热薄膜，可以在不影响MPS电学特性的情况下，大幅提高器件的散热能力，降低器件热阻与结温。同时，借助于石墨烯优异的表面热辐射性能，可进一步提高器件的散热性能；(2)MPS采用纯铜作为散热基板，可直接作为化学气相沉积法制备石墨烯的催化剂，无需转移的自生长工艺得到的石墨烯质量比较好，并且石墨烯与MPS的铜基底有良好的接触与附着，导电、散热性能大大优于纯铜；(3)本专利技术的封装结构及封装方法不仅适用于采用铜基体的MPS二极管，而且可以适用于其他类型的需要快速散热的芯片，并适用于基板需要导电乃至需要高度透明的场合，具有广泛的工业前景。附图说明图1显示为现有技术中垂直结构型MPS二极管的基本结构。图2显示为本专利技术的封装结构的示意图。图3显示为本专利技术的封装方法的工艺流程图。元件标号说明1散热基板2石墨烯导电散热薄膜3芯片4顶部电极5底部电极6导电胶S1～S3步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图2至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封装结构，包括散热基板及结合于所述散热基板上表面的芯片，其特征在于：所述散热基板上表面与所述芯片底面之间形成有一石墨烯导电散热薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种封装结构，包括散热基板及结合于所述散热基板上表面的芯片，其特征在于：所述散热基板上表面与所述芯片底面之间形成有一石墨烯导电散热薄膜。2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述芯片底面通过粘结层粘附于所述石墨烯导电散热薄膜表面。3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于：所述粘结层包括导电胶、绝缘胶或共晶材料。4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述石墨烯导电散热薄膜在所述散热基板上表面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积。5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述石墨烯导电散热薄膜包括单层石墨烯或多层石墨烯。6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述芯片为垂直结构型芯片或平面结构型芯片，所述垂直结构型芯片的正电极与负电极分别位于芯片的上下两侧，所述平面结构型芯片的正电极与负电极位于芯片的同一侧。7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于：所述芯片为垂直结构型的混合PiN肖特基二极管，所述混合PiN肖特基二极管的底部电极与所述石墨烯导电散热薄膜电连接。8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述散热基板采用可作为石墨烯生长催化剂的材质。9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于：所述材质包括镍、铂、铷、铱、铜中的任意一种或其中任意两种或两种以上组成的合金。10.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述散热基板为铝基板、陶瓷基板、硅基板或带有硅通孔的FR4基板。11.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述散热基板包括热管散热结构或微流体散热结构。12.一种封装方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：提供一散热基板；S2：在所述散热基板上表面形成石墨烯导电散热薄膜；S3：将芯片固定到所述石墨烯导电散热薄膜表面。13.根据权利要求12所述的封装方法，其特征在于：所述散热基板采用可作为石墨烯生长催化剂的材质。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨连乔，陈章福，张建华，殷录桥，吴行阳，李起鸣，特洛伊·乔纳森·贝克，
申请(专利权)人：上海大学，镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31