基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构及制作方法技术

本发明专利技术提供了一种基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构及制备方法，属于微电子封装技术领域，包括微波封装管壳、金属基微流道散热器以及芯片和电路模块，微波封装管壳包括底板、固设于底板上的墙体以及封装于墙体上的盖板。金属基微流道散热器包括微流道载板、冷媒进管和冷媒出管；微流道载板内设有微流道，冷媒进管和冷媒出管连接于微流道的进口和出口，微流道载板固定于底板上，冷媒进管和冷媒出管外露在微波封装管壳的外面。芯片和电路模块封装于微流道载板上。本发明专利技术将芯片和电路模块直接组装在微流道载板上，可以实现导热性、可加工性、导电性，提升微波封装管壳的散热效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构及制作方法


[0001]本专利技术属于微电子封装
，具体涉及一种基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构及制作方法。

技术介绍

[0002]随着微波通信、雷达、高功率微波能系统技术的发展，对微波功率的需求不断提高。固态脉冲微波发射电路的功率量级由瓦级到千瓦甚至万瓦量级，另外，宽占空比和连续波工作应用的条件下，总的功率耗散随之增加，而且小型化成为电子系统的发展趋势，小型化的电子系统必然面临着高功率密度的挑战。高功率和小型化的需求，使散热问题日益突出。GaN芯片热源的热流密度达1000W/cm2，器件温度的升高会造成电子设备可靠性降低，根据阿伦尼斯定律，温度每升高10℃，失效速率增加一倍。有效的散热成为系统功能、性能进一步提升的瓶颈。
[0003]传统的微波功率器件的封装采用金属盒体结构或基于HTCC陶瓷的封装结构。为了提高散热性能，采取导电率比较高的无氧铜、或CPC三明治结构的底座基板作为微波功率芯片的散热金属载板。高导热率的AlN、AlSi、SiCAl作为介质材料也应用于封装的制作。石墨烯、金刚石、金刚石铜等材料也成为受关注的散热材料。这些材料做封装对降低芯片的结温，提高器件的热可靠性起到了一定的作用。
[0004]作为微波封装而言，高导热率材料的应用主要作用是均热，即把芯片有源区产生的热量尽快扩散到更大面积并均匀导出，从而降低器件的结温。受温度扩散分布特性的限制，基板材料的厚度对散热性能有较大的影响，为了将热量传导到封装基板下面的热沉，要尽量减小基板的厚度。但薄的基板，在与管壳热沉之间接触热阻处理不好的情况下，会产生较大的空洞，容易造成芯片的散热失效，同时降低了封装的力学可靠性；基板的厚度增大可以实现提升横向散热能力，对把点热源向基板横向扩散是有利的，但增加了纵向的热阻，使得封装总体热阻的增加。对于高功率微波封装的应用而言，核心是如何将更高的热量导出去，如果只是一味增加芯片下面载板的热导率，并不能从根本上解决功率量级或功率密度的大幅度增加所面临的散热问题。
[0005]常规的液冷方式很多是采用热管的方式，管内填充低沸点物质液体，液体在热源处被加热后，在蒸发段分界面转化为气态，在热源的远端冷凝变为液体从而将热量转走。应用中，通常将微波封装管壳用螺钉或焊接的方式直接安装在热管散热基板上，这样确实提高了系统的散热能力，能够解决很多应用的散热问题，这种散热方式可以解决百瓦量级的功率器件的散热应用。如果管壳封装内的芯片功率密度进一步提升，由于芯片上的热量，要通过芯片沉底
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焊料
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管壳底座
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管壳与散热载板的界面热阻
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热管载板材料的散热通道，芯片到流道中的散热流体之间的热阻是决定温升的决定性因素，各个部分的热阻是个累加的过程，形成固定的热流通道，这一通道决定了芯片的温升，这就决定了导热功率密度的局限性，难以实现散热性能的进一步提升。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构及制作方法，旨在解决现有的高功率微波功率器件散热效果差的问题。
[0007]第一方面，为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，包括：
[0008]微波封装管壳，所述微波封装管壳包括底板、固设于所述底板上的墙体以及封装于所述墙体上的盖板；
[0009]金属基微流道散热器，包括微流道载板、冷媒进管和冷媒出管；所述微流道载板内设有微流道，所述冷媒进管和所述冷媒出管连接于所述微流道的进口和出口，所述微流道载板固定于所述底板上，所述冷媒进管和所述冷媒出管外露在所述微波封装管壳的外面；以及芯片和电路模块，封装于所述微流道载板上。
[0010]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述底板上设有下沉的安装槽，所述安装槽上设有进孔和出孔，所述微流道载板沉设于所述安装槽内，所述冷媒进管和所述冷媒出管从所述进孔和所述出孔穿出。
[0011]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，底板上设有窗口，窗口上设置限位台阶，微流道载板沉设于限位台阶上。
[0012]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述微流道载板的表面依次设有镀镍层和镀金层。
[0013]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述镀镍层厚度3um
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20um，所述镀金层0.5um
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3um。
[0014]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种封装结构的制作方法，制作所述的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，所述制作方法包括：
[0015]采用微纳加工工艺在基板内制作微流道，形成微流道载板；
[0016]在所述微流道载板的出口和进口上分别固定冷媒进管和冷媒出管，形成金属基微流道散热器；
[0017]在所述微流道载板上电镀镀镍层和镀金层；
[0018]将所述金属基微流道散热器焊接在微波封装管壳的底板上；
[0019]芯片及电路模块设置在所述微流道载板上；
[0020]在所述微波封装管壳的墙体上封装盖板。
[0021]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述基板的材质为铜基材质、铝基材质或陶瓷材质。
[0022]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述铜基材质包括无氧铜、黄铜、或铜
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钼铜
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铜。
[0023]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述微流道载板通过金锡或金锗焊料焊接在微波封装管壳的底板上，焊接时采用焊锡环进行回流焊，回流过程中夹具对微流道散热器和微波封装管壳施加一定的压力。
[0024]结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述盖板采用平行封焊、激光封焊或密封胶封装在微波封装管壳的墙体上。
[0025]本专利技术提供的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构及制作方法，与现有
技术相比，有益效果在于：将金属基微流道散热器组装在封装管壳的底板上，芯片和电路模块组装在微流道载板上，基于金属基微流道散热器可以实现导热性、可加工性、导电性的理想结合，可以提升微波封装管壳的散热效果。金属基微流道散热器利用微纳增材或刻蚀技术可以实现几十微米量级的微通道，并且利用金属键合工艺可以实现多层散热结构的成型；另外微流道载板表面通过电镀工艺可以形成与芯片装配工艺较好的界面材料。
[0026]本专利技术将微波封装技术与微纳加工工艺技术结合起来，用微纳加工工艺制作金属基微流道散热器替代传统微波封装的芯片安装底座，芯片热源直接装配在金属基微流道散热器的金属面上，从而最大限度的缩短芯片发热到导热介质的热流通路，实现散热能力的最大化发挥。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例提供的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构的爆炸结构示意图一；
[0028]图2为图1提供的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构的爆炸结构示意图(俯视)；
[0029]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，其特征在于，包括：微波封装管壳，所述微波封装管壳包括底板(4)、固设于所述底板(4)上的墙体(3)以及封装于所述墙体(3)上的盖板(6)；金属基微流道散热器(1)，包括微流道载板(11)、冷媒进管(12)和冷媒出管(13)；所述微流道载板(11)内设有微流道，所述冷媒进管(12)和所述冷媒出管(13)连接于所述微流道的进口和出口，所述微流道载板(11)固定于所述底板(4)上，所述冷媒进管(12)和所述冷媒出管(13)穿过所述底板(4)外露在所述微波封装管壳的外面；以及芯片和电路模块，封装于所述微流道载板(11)上。2.如权利要求1所述的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，其特征在于，所述底板(4)上设有下沉的安装槽(43)，所述安装槽(43)上设有进孔和出孔，所述微流道载板(11)沉设于所述安装槽(43)内，所述冷媒进管(12)和所述冷媒出管(13)从所述进孔和所述出孔穿出。3.如权利要求1所述的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，其特征在于，底板(4)上设有窗口(41)，窗口(41)上设置限位台阶(42)，微流道载板(11)沉设于限位台阶(42)上。4.如权利要求1所述的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，其特征在于，所述微流道载板(11)的表面依次设有镀镍层和镀金层。5.如权利要求4所述的基于微流道散热器的微波功率器件的封装结构，其特征在于，所述镀镍层厚度3um

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍东，王生国，银军，赵永志，许春良，吴家锋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：