【技术实现步骤摘要】
本专利技术用于半导体封装，特别是涉及一种散热封装结构和制备方法。
技术介绍
1、随着半导体技术发展和应用场景延伸，电子器件朝着小型化、多功能化、集成化和高功率化等方向发展，特别是宽禁带半导体器件(碳化硅、氮化镓)能大幅提高电力电子装备的功率密度，在新能源汽车、光伏逆变、航空航天、武器装备等领域具有显著优势，其中，封装是实现高功率器件优良特性的关键性技术，起着电气连接、机械支撑、热量耗散等作用，直接影响高功率模块的性能和服役可靠性。
2、高功率模块常采用引线键合和单面封装结构，这种封装结构的不仅体积和寄生电感大，且耐热性和散热能力有限，热量累积诱发的高温环境易造成异质界面开裂失效和芯片热损伤，已无法满足高功率模块应用的换热需求，为提升散热效率，液冷散热和半导体散热技术是当前主流的主动散热技术方案，但是半导体散热的散热效率较低，难以满足高功率模块的散热需求，而现有的液冷散热器通常与高功率模块无法集成制造，需要通过热界面材料实现功率模块和散热器的连接，传热路径较长，导致界面热阻较高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种散热封装结构和制备方法，其中，散热封装结构对芯片的散热效果好。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种散热封装结构，包括散热单元，所述散热单元包括气密框、热端基板和冷端基板，所述冷端基板的外侧壁紧贴在芯片上，所述气密框沿所述散热单元的外周设置设在所述热端基板和所述冷端基
4、优选的，所述热端基板和所述冷端基板的厚度为0.4～1.2mm，所述n型半导体和所述p型半导体的高度为0.3～3mm，长度和宽度均为0.15～0.8mm，所述冷液通道的宽度为0.1～0.5mm，所述气密框的高度与所述n型半导体及所述p型半导体的高度相等，所述n型半导体和所述p型半导体的材料包括碲化铋、硒化铋、硫化铁、碲化锗。
5、优选的，所述冷液通道内设有绝缘液体，绝缘液体包括乙二醇、甲醇、十二烷基苯、硅油和矿物油。
6、优选的，所述热端基板的内侧壁上设有第一线路层，所述冷端基板的内侧壁上设有第二线路层，所述冷端基板的外侧壁上设有第三线路层，所述第一线路层、所述第二线路层和所述第三线路层的体系包括cu-n i-pd-au、ti-cu-au和ti-cu-ni-au，所述热端基板和所述冷端基板为氧化铝基板、氮化铝基板、氮化硅基板或氧化铍基板。
7、优选的，所述n型半导体和p型半导体均与所述热端基板或所述冷端基板相垂直，所述散热单元包括平接式散热单元，平接式散热单元的所述热端基板和所述冷端基板相对平行设置，芯片的顶部和底部均设有平接式散热单元。
8、优选的，所述散热单元包括嵌入式散热单元，嵌入式散热单元的所述热端基板和所述冷端基板均呈凹槽状，嵌入式散热单元的所述冷端基板位于所述热端基板的内周，嵌入式散热单元包括位于芯片底部的平面部和位于芯片外周的环绕部，所述气密框位于所述环绕部的顶部。
9、优选的，芯片嵌入在所述冷端基板外部的凹槽中，所述冷端基板芯片的顶部设有平接式散热单元，所述环绕部的顶部与平接式散热单元的所述第三线路层通过焊料连接。
10、本专利技术还一种上述散热封装结构的制备方法，包括如下步骤：
11、s1：使用转印技术将焊料转移在所述第一线路层和所述第二线路层上；
12、s2：将所述n型半导体和所述p型半导体交替贴装在所述第一线路层和所述第二线路层上，将所述气密框的两端分别贴装在所述第一线路层和所述第二线路层上；
13、s3：采用贴装的方式焊料将所述气密框、所述n型半导体和所述p型半导体焊接在所述热端基板和所述冷端基板之间，并保证所述n型半导体和所述p型半导体之间形成所述冷液通道；
14、s4：通过转印技术将焊料转移在所述第三线路层上，通过贴装技术将芯片与所述冷端基板集成。
15、优选的，还包括步骤s5：将焊料转移到芯片的焊盘表面，将通过焊料采用贴装的方式焊接在所述第三线路层上，将另一个所述散热单元的所述第三线路层与芯片的焊盘表面对准，通过热处理将芯片与所述散热单元的所述冷端基板集成。
16、优选的，在步骤s1中，焊料为耐高温焊料，包括金锡合金焊料、纳米银焊料和纳米铜焊料，焊料的厚度为2～300um，转印技术包括钢网印刷、喷墨打印、磁控溅射、物理蒸镀、纳米压印。
17、上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：该散热封装结构通过热端基板和冷端基板实现半导体制冷，通过在冷液通道内填充冷夜实现液半导体液冷散热，实现为高功率的芯片提供半导体制冷和液体制冷的双重效果，更好的满足高功率芯片的散热需求，降低芯片的温度，提升性能表现和延长器件寿命，具体的，可将散热单元环绕芯片设置，形成三维散热的结构，实现多通道散热路径提高散热效率，减小热阻，同时可以减小整体的体积及质量，使得散热系统的可靠性也得到了提升，大幅度提高散热效果，散热性能好，该散热封装结构的制备方法简单，散热效果好。
18、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种散热封装结构，其特征在于：包括散热单元，所述散热单元包括气密框、热端基板和冷端基板，所述冷端基板的外侧壁紧贴在芯片上，所述气密框沿所述散热单元的外周设置设在所述热端基板和所述冷端基板之间以围成冷液流动通道，所述热端基板和所述冷端基板之间设有交替排列的N型半导体和P型半导体，所述N型半导体和所述P型半导体均沿所述散热单元的厚度方向设置且均位于所述冷液流动通道中，相邻的所述N型半导体和所述P型半导体之间形成冷液通道。
2.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于：所述热端基板和所述冷端基板的厚度为0.4～1.2mm，所述N型半导体和所述P型半导体的高度为0.3～3mm，长度和宽度均为0.15～0.8mm，所述冷液通道的宽度为0.1～0.5mm，所述气密框的高度与所述N型半导体及所述P型半导体的高度相等，所述N型半导体和所述P型半导体的材料包括碲化铋、硒化铋、硫化铁、碲化锗。
3.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于：所述冷液通道内设有绝缘液体，绝缘液体包括乙二醇、甲醇、十二烷基苯、硅油和矿物油。
4.根据权利要求1所述的散热封装
5.根据权利要求4所述的散热封装结构，其特征在于：所述N型半导体和P型半导体均与所述热端基板或所述冷端基板相垂直，所述散热单元包括平接式散热单元，平接式散热单元的所述热端基板和所述冷端基板相对平行设置，芯片的顶部和底部均设有平接式散热单元。
6.根据权利要求5所述的散热封装结构，其特征在于：所述散热单元包括嵌入式散热单元，嵌入式散热单元的所述热端基板和所述冷端基板均呈凹槽状，嵌入式散热单元的所述冷端基板位于所述热端基板的内周，嵌入式散热单元包括位于芯片底部的平面部和位于芯片外周的环绕部，所述气密框位于所述环绕部的顶部。
7.根据权利要求6所述的散热封装结构，其特征在于：芯片嵌入在所述冷端基板外部的凹槽中，所述冷端基板芯片的顶部设有平接式散热单元，所述环绕部的顶部与平接式散热单元的所述第三线路层通过焊料连接。
8.一种根据权利要求4中所述的散热封装结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的散热封装结构的制备方法，其特征在于：还包括步骤S5：将焊料转移到芯片的焊盘表面，将通过焊料采用贴装的方式焊接在所述第三线路层上，将另一个所述散热单元的所述第三线路层与芯片的焊盘表面对准，通过热处理将芯片与所述散热单元的所述冷端基板集成。
10.根据权利要求8所述的散热封装结构的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，焊料为耐高温焊料，包括金锡合金焊料、纳米银焊料和纳米铜焊料，焊料的厚度为2～300um，转印技术包括钢网印刷、喷墨打印、磁控溅射、物理蒸镀、纳米压印。
...【技术特征摘要】
1.一种散热封装结构，其特征在于：包括散热单元，所述散热单元包括气密框、热端基板和冷端基板，所述冷端基板的外侧壁紧贴在芯片上，所述气密框沿所述散热单元的外周设置设在所述热端基板和所述冷端基板之间以围成冷液流动通道，所述热端基板和所述冷端基板之间设有交替排列的n型半导体和p型半导体，所述n型半导体和所述p型半导体均沿所述散热单元的厚度方向设置且均位于所述冷液流动通道中，相邻的所述n型半导体和所述p型半导体之间形成冷液通道。
2.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于：所述热端基板和所述冷端基板的厚度为0.4～1.2mm，所述n型半导体和所述p型半导体的高度为0.3～3mm，长度和宽度均为0.15～0.8mm，所述冷液通道的宽度为0.1～0.5mm，所述气密框的高度与所述n型半导体及所述p型半导体的高度相等，所述n型半导体和所述p型半导体的材料包括碲化铋、硒化铋、硫化铁、碲化锗。
3.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于：所述冷液通道内设有绝缘液体，绝缘液体包括乙二醇、甲醇、十二烷基苯、硅油和矿物油。
4.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于：所述热端基板的内侧壁上设有第一线路层，所述冷端基板的内侧壁上设有第二线路层，所述冷端基板的外侧壁上设有第三线路层，所述第一线路层、所述第二线路层和所述第三线路层的体系包括cu-ni-pd-au、ti-cu-au和ti-cu-ni-au，所述热端基板和所述冷端基板为氧化铝基板、氮化铝基板、氮化硅基板或氧化铍基板。
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：牟运，田贲，陈德一，徐建明，段权珍，王中风，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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