本发明专利技术公开了一种芯片散热结构、工艺及半导体器件，涉及半导体封装技术领域，包括至少一芯片及封装层，所述封装层包封芯片，所述芯片的一侧电性连接有焊盘和输出管脚，所述输出管脚穿过所述封装层与所述芯片电性连接；所述封装层远离芯片焊盘的一侧整个表面设置有底部散热片，所述封装层的内部设置有用以对封装层内部结构产生的变温应力进行缓冲且传导内部热量的中部结构，本发明专利技术芯片硅产生的热量通过中部导热层传递给每个导热凸起，后散热片散热，散热片配合焊盘构成双面散热，散热效果好，散热片应力形变不直接挤压芯片，避免损坏，芯片两面结构较为对称，平衡高低温形成的应力作用，器件可靠性强，本发明专利技术制作成本低。本发明专利技术制作成本低。本发明专利技术制作成本低。
【技术实现步骤摘要】
一种芯片散热结构、工艺及半导体器件
[0001]本专利技术属于半导体封装
，尤其涉及一种散发芯片内部热量结构稳定的芯片散热结构、工艺及半导体器件。
技术介绍
[0002]晶圆一般采用封装的方式进行包裹形成封装体，进而形成芯片，大功率半导体器件是其中的一种，塑封为封装中较常见的一种方式，目前比较常用的塑封材料为环氧树脂塑封料，功率半导体器件在工作的时候会产生越来越多的热量，为了保证其正常工作，需要维持芯片的结温在正常的范围以内，即需要对芯片进行散热。
[0003]芯片的散热方向为：热源即硅片向外部环境散热，此过程中包含硅片到外封装的热阻JC，芯片外封装到散热片的热阻CS，散热片到环境的热阻SA，因此从硅片到环境的总热阻称为JA，因此满足：JA=JC+CS+SA。
[0004]目前常见的半导体芯片散热方式，是在芯片的输出管脚处连接焊盘，焊盘用于散热，为了加强散热效果，会进一步形成底部散热片，构成双面散热，底部散热片的结构主要有两种：一种是底部散热片直接和芯片连接，这种连接的风险在于金属散热片的热膨胀系数和半导体芯片材料硅的热膨胀系数相差比较大，在高低温冲击下产生很大的应力导致芯片损坏，使得器件失效；第二种方式是在芯片的背面先做一层高分子材料（如环氧树脂塑封料，然后在高分子材料上制作底部散热片，也可继续在侧面形成散热片，这种结构可以避免高低温热应力对芯片的冲击，但由于高分子材料的热导率偏低，从而形成热阻，JA值较高，散热效率较低。
技术实现思路
[0005]为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种可缓冲热应力、散热效果更好的芯片散热结构、工艺及半导体器件。
[0006]封装体制作过程中，为了满足散热需要，在芯片的背面直接形成底部散热片如图1a，图1b是在图1a的基础上在芯片的侧面形成侧面散热板，整体构成多面金属板散热，如五面金属板散热，芯片硅的热膨胀系数是2.5，测定温度条件为26.85℃，本申请中底部散热片和中部导热层、导热凸起的材料主要是金属铜，且本领域散热片也常用铜材料，铜的热膨胀系数为17.5，测定温度条件为20℃，膨胀系数是表征物体热膨胀性质的物理量，即表征物体受热时其长度、面积、体积增大程度的物理量，热膨胀系数越低，说明在受热的状况下，自身体积膨胀变化小，热膨胀系数越大，热应力越大，热应力又称变温应力，即物体单位面积上所承受的力越大，芯片硅和金属铜的热膨胀系数相差较大，散热片铜料和硅直接连接，高温时铜单位面积上承受的力较大挤压硅片，使得芯片损坏，器件失效。
[0007]如果在芯片的背面先做一层高分子材料，如环氧树脂塑封料，即本领域常见的EMC塑封料，内应力低且热导率也相应的低，然后在高分子材料上制作底部散热片，如图2a，图2b是在图2a的基础上在塑封料的侧面形成侧面散热板，整体构成多面金属板散热，如五面
金属板散热，但是环氧树脂的导热系数为0.2～2.2 W/mK，铜的导热系数为429
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W/mK，硅的导热系数为611
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W/mK，其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位，虽然中间的环氧树脂料缓冲内应力，保护硅，但是铜的导热系数远远大于环氧树脂塑封料，故环氧树脂塑封料处的热阻很大，散热片铜难以将芯片硅的热量散发，散热效果极差。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一种芯片散热结构，包括至少一芯片及封装层，所述封装层包封所述芯片，所述芯片的一侧电性连接有焊盘和输出管脚，所述输出管脚穿过所述封装层与所述芯片电性连接，所述封装层远离芯片焊盘的一侧整个表面设置有底部散热片，所述封装层的内部设置有用以对封装层内部结构产生的变温应力进行缓冲且传导内部热量的中部结构。
[0009]进一步，所述中部结构包括中部导热层和至少一导热凸起，所述中部结构将晶片与底部散热片连接；所述晶片将封装层分割为对称的上下两层，且上层封装层包封的多个导热凸起和下层封装层包封的晶片植球结构对称。
[0010]进一步，所述中部导热层设置在晶片背面和此背面对应的封装层的外表面，所述中部导热层的材料为金属铜、钨、镍或钽。
[0011]进一步，每个所述导热凸起设置在中部导热层远离晶片的一侧，每个所述导热凸起的形状为规则圆柱形或长方体形，且倾斜或竖直的设置在中部导热层的表面。
[0012]进一步，每个所述导热凸起远离中部导热层的一端与底部散热片连接。
[0013]进一步，所述中部导热层、导热凸起和底部散热片所形成的方式为电镀或溅射。
[0014]进一步，所述封装层的一个侧壁、两个侧壁、三个侧壁或者四个侧壁上均设置有侧壁散热片，所述侧壁散热片分别与底部散热片和中部导热层连接。
[0015]一种半导体器件，包括上述芯片散热结构。
[0016]一种芯片散热工艺，包括以下步骤：封装步骤：采用注塑封装方式将中部结构、芯片和芯片的电性连接处焊盘和输出管脚均包封在封装层内；表面处理步骤：在芯片远离焊盘的一侧通过表面处理形成中部导热层；在中部导热层远离芯片的一侧通过表面处理形成至少一个导热凸起；在每个导热凸起暴露于封装层的一端再次表面处理形成底部散热片，表面处理的方式为电镀或者溅射；每个所述导热凸起和中部导热层构成中部结构，所述中部结构将底部散热片和芯片连接起来，缓冲底部散热片的变温应力对芯片的挤压同时保证热量传导；暴露步骤：研磨或钻孔暴露出导热凸起、芯片电性连接处焊盘和输出管脚。
[0017]进一步，还包括在所述封装层的一个侧壁、两个侧壁、三个侧壁或者四个侧壁上均设置有侧壁散热片，所述侧壁散热片与底部散热片和中部导热层连接。
[0018]有益效果：1、芯片硅产生的热量通过中部导热层传递给每个导热凸起，通过底部散热片散热，芯片前面的焊盘也可以用于散热，配合底部散热片构成双面散热，整体结构JA值较小，热传导快，散热效果好；2、由于芯片的上下都有高分子材料做保护，且结构交相对对称，能够平衡高低温形成的应力作用，器件可靠性增加，底部散热片的热应力不直接挤压芯片，保护芯片，避免
损坏；3、本申请中部结构的制作成本低，相对于有同样功效的其他结构而言，本申请制作步骤简单，制作效率高，我司生产线工艺完全可以快速制作出，不需要额外增加其他步骤。
附图说明
[0019]图1a为现有的第一种封装体芯片散热的结构示意图；图1b为在现有的第一种封装体芯片散热上形成侧面散热的结构示意图；图2a为现有的第二种封装体芯片散热的结构示意图；图2b为在现有的第二种封装体芯片散热上形成侧面散热的结构示意图；图3为本专利技术一种芯片散热工艺的第一实施例的步骤示意图；图4a为本专利技术一种芯片散热工艺的第一实施例的工艺流程图中的载板示意图；图4b为工艺流程中的晶圆植球步骤示意图；图4c为工艺流程中的晶圆放置步骤示意图；图4d为工艺流程中的将晶圆和植球包封步骤示意图；图4e为工艺流程中的暴露植球步骤示意图；图4f为工艺流程中的形成焊盘和输出管脚步骤示意图；图4g为工艺流程中的将焊盘和输出管脚包封步骤示意图；图4h为工艺流程本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种芯片散热结构，包括至少一芯片（1）及封装层（2），所述封装层（2）包封所述芯片（1），所述芯片（1）的一侧电性连接有焊盘和输出管脚，所述输出管脚穿过所述封装层（2）与所述芯片（1）电性连接；其特征在于，所述封装层（2）远离芯片（1）焊盘的一侧整个表面设置有底部散热片（5），所述封装层（2）的内部设置有用以对封装层（2）内部结构产生的变温应力进行缓冲且传导内部热量的中部结构。2.根据权利要求1所述的芯片散热结构，其特征在于，所述中部结构包括中部导热层（3）和至少一导热凸起（4），所述中部结构将芯片（1）背面与底部散热片（5）连接。3.根据权利要求2所述的芯片散热结构，其特征在于，所述中部导热层（3）设置在芯片（1）背面和此背面对应的封装层（2）的外表面，所述中部导热层（3）的材料为金属铜、钨、镍或钽。4.根据权利要求2所述的芯片散热结构，其特征在于，每个所述导热凸起（4）设置在中部导热层（3）远离芯片（1）的一侧，每个所述导热凸起（4）的形状为规则圆柱形或长方体形，且倾斜或竖直的设置在中部导热层（3）的表面。5.根据权利要求4所述的芯片散热结构，其特征在于，每个所述导热凸起（4）远离中部导热层（3）的一端与底部散热片（5）连接。6.根据权利要求5所述的芯片散热结构，其特征在于，所述中部导热层（3）、导热凸起（4）和底部散热片（5）所形成的方式为电镀或溅射。7.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭小春，
申请(专利权)人：合肥矽迈微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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