一种用于陶瓷封装的新型散热通道制造技术

一种用于陶瓷封装的新型散热通道，包括高导热基板、导热通孔、散热层等，在芯片上电镀直径30～60μm的金凸点，包括导热凸点和信号连接凸点。带金凸点的芯片通过超声热压的方式倒装到高导热基板上，其中导热凸点通过基板表面的焊盘与基板内导热通孔连接，导热通孔垂直贯穿基板在基板内部会与散热层产生连接，这样形成了芯片‑基板优良的导热通路；信号连接凸点通过基板表面的焊盘和基板上电学布线连接，也增加了芯片到基板的导热能力。本发明专利技术在满足器件电学性能的前提下，用金凸点和AlN陶瓷替换传统封装材料，并在基板中增加导热通孔和散热层结构，这种封装的结构简单，封装材料利用率高，可以大大加强器件的散热能力，减小器件对热沉的依赖。

【技术实现步骤摘要】
一种用于陶瓷封装的新型散热通道
本专利技术涉及一种半导体封装
的散热结构。
技术介绍
传统的半导体倒装焊封装结构大多通过外壳、Al2O3陶瓷基板或热沉进行散热，主要存在以下不足：1、随着半导体技术的不断发展，芯片的功耗会越来越大，只通过外壳散热不能有效的将热量散发，造成器件的温度过高而损坏。2、传统的倒装焊封装结构，芯片通过焊料或导电胶倒扣在Al2O3基板上，由于这两种互连材料散热效果不佳，所以芯片产生的热量不能有效传导至Al2O3基板。即使芯片可以通过凸点将热量传导至基板，但由于传统的Al2O3陶瓷基板散热特性不佳，也使封装结构整体温度过高。3、采用热沉散热的结构虽然能提高器件散热性能，但粘接热沉需要额外的工艺过程，加大了工艺复杂度。而且热沉通常外形大，结构复杂，增加了器件的整体尺寸和重量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于陶瓷封装的新型散热通道，可应用于大功率倒装焊陶瓷封装器件和散热环境恶劣的器件，如宇航环境。本专利技术设计了芯片-凸点-基板散热结构，采用新型的封装材料，大大增强了芯片-凸点-基板通路的散热能力，从而提供了一种散热能力强、结构简单、封装材料利用率高的散热通道。本专利技术的技术解决方案是：一种用于陶瓷封装的新型散热通道，包括导热凸点、信号连接凸点、导热通孔、散热层、高导热基板；导热凸点、信号连接凸点分布在芯片表面，芯片倒装到高导热基板上，使导热凸点通过高导热基板表面的焊盘与高导热基板内导热通孔连接，信号连接凸点和高导热基板上的信号焊盘互连，导热通孔垂直贯穿高导热基板，散热层水平铺展于高导热基板内部，导热通孔在高导热基板内部与散热层连通。所述导热凸点为采用电镀工艺制作在芯片上的金凸点，形状为圆柱形或方柱形，直径为30～60μm。所述信号连接凸点为采用电镀工艺制作在芯片上的金凸点，形状为圆柱形或方柱形，直径为30～60μm。所述的高导热基板采用AlN陶瓷材料制成。所述导热凸点、信号连接凸点通过超声热压工艺倒装到高导热基板上。所述的导热通孔内填充高温共烧工艺制成的钨钼材料。所述的散热层为采用高温共烧工艺制成的钨钼材料。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术使倒装焊器件增加了散热性能良好的凸点-基板散热通道，可以有效散发器件产生的热量，更能保证器件工作在安全温度范围内。(2)本专利技术由于采用金凸点、AlN陶瓷、导热通孔和散热层的结构，与传统封装结构材料相比金凸点和AlN陶瓷的导热能力非常好，而导热通孔和散热层等结构有助于热量在基板的扩散。(3)本专利技术的散热性能很好，封装材料利用率高，与传统封装相比，减小了器件对热沉的依赖，这大大简化的封装的结构，减少了封装工序。本专利技术在满足器件电学性能的前提下，用金凸点和AlN陶瓷替换传统封装材料，并在基板中增加导热通孔和散热层结构，这种封装的结构简单，封装材料利用率高，可以大大加强器件的散热能力，减小器件对热沉的依赖。附图说明图1为本专利技术用于陶瓷封装的新型散热通道的单导热通孔结构的剖面图；图2为本专利技术用于陶瓷封装的新型散热通道的多个导热通孔互连结构的剖面图；图3为本专利技术用于陶瓷封装的新型散热通道的多个导热通孔分立结构的剖面图；图4为本专利技术用于陶瓷封装的新型散热通道所采用的各种类型的导热通孔。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。本专利技术涉及一种用于陶瓷封装的新型散热通道，包括导热凸点2、信号连接凸点3、导热通孔4、散热层5、高导热基板6。导热凸点2、信号连接凸点3通过电镀工艺制作在芯片1上，芯片1通过超声热压工艺倒装到高导热基板6上，其中高导热基板6材料为AlN陶瓷，导热凸点2通过高导热基板6的表面焊盘与高导热基板6内的导热通孔4互连，而信号连接凸点3和高导热基板6上的信号焊盘互连，导热通孔4和散热层5相连。导热通孔4垂直贯穿高导热基板6，散热层5水平铺展于高导热基板6内部，导热通孔4在高导热基板6内部与散热层5连通。所高导热基板6未与导热凸点2、信号连接凸点3接触的一面分布有焊球7，其成分为焊料。用于陶瓷封装的新型散热通道的导热凸点2、信号连接凸点3为电镀的金凸点，形状为圆柱或方柱，直径为30～60μm。导热通孔4内填充钨钼材料，贯穿整个高导热基板6，并与散热层5连接。导热通孔5个数需要根据导热凸点2、信号连接凸点3排布密度和导热需求确定。散热层5是钨钼材料的，位于高导热基板6之中，并与导热通孔连接。散热层5铺展面积需要根据高导热基板6布线情况和散热需求确定。散热层5的面积、排布与所在层布线情况有关。为了加强器件的散热能力，原则上该层布线区之外的空间都可以作为散热层5。如图4所示是导热通孔4的结构示意图，可以根据实际情况使用单孔、多孔互连和多孔分立等结构，还可根据高导热基板6的布线密度和器件的散热需求来调整散热通孔的直径。如，当器件功率较大且基板的布线密度不高时，可以在基板中增加多个专门用于导热的通孔，这样有助于热量从凸点到基板的传导。上述方案的原理是：金凸点的导热性能远优于焊料凸点和其他单质凸点，可以高效地将芯片产生热量垂直传导至导热通孔；导热通孔4和散热层5连接，热量通过散热层5水平扩散至整个高导热基板6；高导热基板6的导热性能接近传统器件散热专用的热沉，热量将有效地通过高导热基板6发散到环境中。以上过程实现了金凸点到高导热基板6的散热通道。综上所述，本专利技术的散热结构，增加了有助于热量导通的结构，采用了高导热材料替代传统材料，大大增加了器件的散热效率，从而解决了大功率器件对外接散热装置过度依赖的问题，提高了产品的电热性能和可靠性。另外这种散热结构实现了很高的材料利用率，在原有的空间内实现了很好的散热效果，满足了半导体封装轻、薄、短、小的趋势要求。实施例1：如图1所示，为用于陶瓷封装的新型散热通道的单导热通孔结构的剖面图；在实际应用中由于高导热基板6的布线密度较高，限制了高导热基板6内导热通孔4的个数。在本实施例中导热通孔4有1个，位于高导热基板6中心并垂直贯穿高导热基板6，通过高导热基板6焊盘与导热凸点2相连，在基板6内部会与散热层5产生连接。实施例2：如图2所示，为用于陶瓷封装的新型散热通道的多个导热通孔互连结构的剖面图；高导热基板6的布线密度同样限制了高导热基板6内导热通孔4的个数，但器件对散热要求较高，所以在器件中心制作了多个互连的导热通孔4。在本实施例中导热通孔4有3个，位于高导热基板6中心并相互连接，通过高导热基板6焊盘与导热凸点2相连，在高导热基板6内部会与散热层产生连接。实施例3：如图3所示，为用于陶瓷封装的新型散热通道的多个导热通孔分立结构的剖面图；在实际应用中由于高导热基板6的布线密度不高，允许在高导热基板6内制作多个导热通孔4。在本实施例中导热通孔4有3个，分布位于高导热基板6中心和边缘并垂直贯穿高导热基板6，通过高导热基板6焊盘与导热凸点2相连，在高导热基板6内部会与散热层产生连接。本专利技术未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于陶瓷封装的新型散热通道，其特征在于：包括导热凸点(2)、信号连接凸点(3)、导热通孔(4)、散热层(5)、高导热基板(6)；导热凸点(2)、信号连接凸点(3)分布在芯片(1)表面，芯片(1)倒装到高导热基板(6)上，使导热凸点(2)通过高导热基板(6)表面的焊盘与高导热基板(6)内导热通孔(4)连接，信号连接凸点(3)和高导热基板(6)上的信号焊盘互连，导热通孔(4)垂直贯穿高导热基板(6)，散热层(5)水平铺展于高导热基板(6)内部，导热通孔(4)在高导热基板(6)内部与散热层(5)连通。

【技术特征摘要】
1.一种用于陶瓷封装的新型散热通道，其特征在于：包括导热凸点(2)、信号连接凸点(3)、导热通孔(4)、散热层(5)、高导热基板(6)；导热凸点(2)、信号连接凸点(3)分布在芯片(1)表面，芯片(1)倒装到高导热基板(6)上，使导热凸点(2)通过高导热基板(6)表面的焊盘与高导热基板(6)内导热通孔(4)连接，信号连接凸点(3)和高导热基板(6)上的信号焊盘互连，导热通孔(4)垂直贯穿高导热基板(6)，散热层(5)水平铺展于高导热基板(6)内部，导热通孔(4)在高导热基板(6)内部与散热层(5)连通。2.根据权利要求1所述的一种用于陶瓷封装的新型散热通道，其特征在于：所述导热凸点(2)为采用电镀工艺制作在芯片(1)上的金凸点，形状为圆柱形或方柱形，直径为30～60μm。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：姚全斌，刘建松，王勇，练滨浩，曹玉生，林鹏荣，姜学明，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11