一种大功率SiP的板级集成散热结构制造技术

本发明专利技术涉及微电子集成技术领域，具体公开了一种大功率SiP的板级集成散热结构，其特征在于，包括系统母板、安装在系统母板上的高热流密度SiP器件、以及位于系统母板与高热流密度SiP器件之间的焊接件。本发明专利技术有效的解决了板级集成散热效率低、大功率应用受限、与系统复杂多层布线矛盾的技术难题，相比现有技术厚度更薄，满足电子设备轻薄化的需求。满足电子设备轻薄化的需求。满足电子设备轻薄化的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率SiP的板级集成散热结构


[0001]本专利技术涉及微电子集成
，更具体地讲，涉及一种大功率SiP的板级集成散热结构。

技术介绍

[0002]SiP(System in Packaging，系统封装)将不同的多颗芯片集成到单个封装中，形成具有一定的系统级或子系统级功能的独立封装器件。将SiP和其它电子元器件一起组装在PCB(Printed Circuit Boards)上，形成更为复杂的板级系统。
[0003]然而，上述板级系统应用于大功率SiP，尤其是大功率SiP采用高密度阵列化集成时，板级系统散热总功率可能高达千瓦量级，如果没有良好的散热，大功率芯片将因为结温过高出现可靠性下降甚至烧毁。因此，板级系统所采用的散热技术非常关键。
[0004]如中国专利CN108987942B公开了一种大功率SiP的板级集成散热结构表贴式平板有源相控阵天线系统架构，其中主要产生热量的T/R组件通过螺钉直接固定在散热件金属冷板上，但T/R组件和散热结构件之间连接部位具有较大的热阻，成为进一步提升射频阵列功率的瓶颈。散热结构件为金属制件，体积和重量较大，明显的影响了系统的轻薄化；中国专利CN111180899B公开了一种大功率SiP的板级集成散热结构基于微系统的轻薄化高密度集成天线阵面架构，其中的四通道芯片化有源T/R组件采用高导热系数的HTCC(High Temperature Co
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fired Ceramic，高温共烧陶瓷)作为封装基板，芯片热量通过HTCC电路基板传导到上层的金属盖板最终到散热翅片。该方案中芯片的散热路径长，热阻难以降低，无法满足大功率射频阵列中高热流密度散热的应用需求。
[0005]中国专利CN113709968A、CN103338613B等所公布的PCB散热组件或结构，采用了贯穿PCB厚度方向的导热结构将器件产生的热量传导至背面，实现散热能力的增强。该类结构所采用的贯穿导热结构会严重影响PCB的有效布线面积，而尤其是大功率SiP密集的阵列化安装情况下，PCB母板的大部分面积都被贯穿的导热结构所占据，所剩的可用面积满足不了功率信号传输、电源网络、控制信号路由等布线需求，因此，这类散热结构不能适应大功率SiP高密度阵列集成的需求。
[0006]综上所述，对于板级系统存在的散热难题，目前的散热集成结构存在散热部件体积大、散热路径热阻大、不适应大功率SiP高密度阵列集成等问题，限制了板级系统集成技术在大功率场景下的应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种大功率SiP的板级集成散热结构；有效的解决了板级集成散热效率低、大功率应用受限、与系统复杂多层布线矛盾的技术难题，相比现有技术厚度更薄，满足电子设备轻薄化的需求。
[0008]本专利技术解决技术问题所采用的解决方案是：
[0009]一种大功率SiP的板级集成散热结构，包括系统母板、安装在系统母板上的高热流
密度SiP器件、以及位于系统母板与高热流密度SiP器件之间的焊接件。
[0010]本专利技术中焊接件一方面作为电互连接口，实现系统母板与高热流密度SiP器件的互连，另一方面作为热传导路径，还能有效缩短热传导路径的长度，降低热阻，不增加整体厚度，满足轻薄化的需求。
[0011]在一些可能的实施方式中，能有效使得系统母板实现信号传输、控制信号路由、电源供电等功能；
[0012]所述系统母板包括位于高热流密度SiP器件底部且与其连接的上层布线层、位于上层布线层底部且穿过上层布线层与高热流密度SiP器件焊接的金属芯、位于金属芯底部的下层布线层；所述上层布线层之间存在间隙；所述金属芯采用铜或铝制成。
[0013]在一些可能的实施方式中，为解决在提升换热效能并降低冷却液流阻时,过厚的金属芯造将成系统母板加工困难，同时增加板级集成的厚度和重量这一矛盾；
[0014]所述金属芯包括位于上层布线层与下层布线层之间的芯体、安装在芯体上且与芯体一体成型的凸台，所述凸台穿过上层布线层与高热流密度SiP器件连接。
[0015]在一些可能的实施方式中，为了提升换热效率，降低冷却液流阻，降低热阻，并且完全不增加金属芯的总厚度；
[0016]在所述凸台内设置有液冷流道。
[0017]在一些可能的实施方式中，所述液冷通道为多根其平行设置，且其轴线与金属芯的上下表面相互垂直，其长宽比为1：1～5:1。
[0018]在一些可能的实施方式中，为了有效的实现系统母板与高热流密度SiP器件的形成低热阻的电、热一体化互连；
[0019]所述焊接件包括设置在间隙内且分别与上层布线层与高热流密度SiP器件底部连接的焊接组件一、设置在高热流密度SiP器件底部且与凸台焊接的导热焊盘；所述导热焊盘位于凸台的正上方。
[0020]在一些可能的实施方式中，所述凸台的上表面与上层布线层的上表面之间存在高差，所述高差为0.3～1.0mm。
[0021]在一些可能的实施方式中，所述高热流密度SiP器件包括与高热流密度SiP器件连接的封装基板、安装在封装基板上的功率芯片。
[0022]在一些可能的实施方式中，为了有效的缩短热传导距离，降了散热路径的热阻；
[0023]所述封装基板为陶瓷封装基板，优选的为氮化铝HTCC基板，且封装基板上设置有用于安装功率芯片的盲槽，所述功率芯片通过低热阻键合材料安装在盲槽内。
[0024]在一些可能的实施方式中，为了有效的降低热传导路径上的热阻；所述高热流密度SiP器件与金属芯的焊接采用真空辅助的SMT焊接工艺。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术通过设置凸台结构，在极薄的金属芯中实现了高效换热的高深宽比液冷流道，有效提升了散热能力；
[0027]本专利技术对封装基板的多层布线、系统母板的多层布线不产生明显的影响，可同时满足大功率信号传输、电源网络、控制信号路由等复杂的布线需求，尤其能满足大功率SiP高密度阵列化板级集成的应用需求；
[0028]本专利技术通过内嵌液冷流道的系统母板及安装在母板之上的元器件的相互配合，无
需额外的散热器、冷板等结构件，进一步降低了板级集成的厚度，使板级集成的轻薄化的优势更加突出；
[0029]本专利技术通过设置导热焊盘与金属芯中的凸台连接，并利用设置在凸台内的液冷通道提升30％的换热效率，降低50％的冷却液流阻，并且完全不增加金属芯的总厚度。此外，所述凸台使得液冷流道与芯片之间的距离进一步缩短，有效降低了热阻。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的连接关系示意图；
[0031]图2为本专利技术中导热焊盘、焊接组件一、封装基板位置关系示意图；
[0032]其中：1、高热流密度SiP器件；101、功率芯片；102、封装基板；104、导热焊盘；2、系统母板；201、上层布线层；202、金属芯；203、下层布线层；204、液冷流道；205、凸台；301、焊接组件一。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率SiP的板级集成散热结构，其特征在于，包括系统母板、安装在系统母板上的高热流密度SiP器件、以及位于系统母板与高热流密度SiP器件之间的焊接件。2.根据权利要求1所述的一种大功率SiP的板级集成散热结构，其特征在于，所述系统母板包括位于高热流密度SiP器件底部且与其连接的上层布线层、位于上层布线层底部且穿过上层布线层与高热流密度SiP器件焊接的金属芯、位于金属芯底部的下层布线层；所述上层布线层之间存在间隙。3.根据权利要求2所述的一种大功率SiP的板级集成散热结构，其特征在于，所述金属芯包括位于上层布线层与下层布线层之间的芯体、安装在芯体上且与芯体一体成型的凸台，所述凸台穿过上层布线层与高热流密度SiP器件连接；所述金属芯采用铜或铝制成。4.根据权利要求3所述的一种大功率SiP的板级集成散热结构，其特征在于，在所述凸台内设置有液冷流道。5.根据权利要求4所述的一种大功率SiP的板级集成散热结构，其特征在于，所述液冷通道为多根其平行设置，且其轴线与金属芯的上下表面相互垂直，其长宽比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾策，董东，崔西会，张剑，陈春梅，卢茜，徐诺心，常义宽，程圣，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：