伴隨著功率器件（包括發(fā)光二極管LED、激光二極管LD以及絕緣柵雙極型晶體管IGBT等）不斷發(fā)展，散熱成為影響器件性能與可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。對于電子器件而言，通常溫度每升高10℃，器件有效壽命就降低30％～50％。因此，選用合適的封裝材料與工藝、提高器件散熱能力就成為發(fā)展功率器件的技術(shù)瓶頸。

封裝基板主要利用材料本身具有的高熱導(dǎo)率將熱量從芯片導(dǎo)出，實現(xiàn)與外界環(huán)境的熱交換。對于功率半導(dǎo)體器件而言，封裝基板必須滿足具有高熱導(dǎo)率。目前功率半導(dǎo)體器件均采用熱電分離封裝方式，器件產(chǎn)生的熱量大部分經(jīng)由封裝基板傳播出去，導(dǎo)熱良好的基板可使芯片免受熱破壞。

其次，還需要具備與芯片材料熱膨脹系數(shù)匹配。功率器件芯片本身可承受較高溫度，且電流、環(huán)境及工況的改變均會使其溫度發(fā)生改變。由于芯片直接貼裝于封裝基板上，兩者熱膨脹系數(shù)匹配會降低芯片熱應(yīng)力，提高器件可靠性。同時還需要具有良好的耐熱性，滿足功率器件高溫使用需求

如上圖，為傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括鍵合線101、芯片102、芯片焊接層103以及封裝結(jié)構(gòu)104。封裝結(jié)構(gòu)包括陶瓷基板的上層銅箔1041、陶瓷基板的陶瓷層1042、陶瓷基板的下層銅箔1043、陶瓷基板的焊接層1044、散熱底板1045以及導(dǎo)熱柱1046。

陶瓷基板作為目前常用電子封裝基板中的一種，其本身具有熱導(dǎo)率高、耐熱性好、高絕緣、高強度以及與芯片材料熱匹配等性能，非常適合作為功率器件封裝基板，目前已在半導(dǎo)體照明、激光與光通信、航空航天、汽車電子、深海鉆探等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

上述封裝結(jié)構(gòu)承擔(dān)了傳導(dǎo)熱量和器件內(nèi)外部電氣絕緣的重要功能，陶瓷基板的陶瓷層與含有導(dǎo)熱柱的散熱基板經(jīng)由焊接層以及陶瓷基板的下層銅箔進(jìn)行連接。同時，為了形成這樣的封裝結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的工藝路線會先進(jìn)行陶瓷基板的制備，然后在制備完成的陶瓷基板上進(jìn)行芯片貼裝、焊接以及鍵合等前序封裝工藝。

但上述方案中，由于焊接層的導(dǎo)熱性能較差，不利于熱量傳遞到散熱底板，而且整個工藝繁瑣。因此，芯聚能對現(xiàn)有的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，其在2021年6月22日申請了一項名為“封裝結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)的制作方法和應(yīng)用”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?02110693066.3），申請人為廣東芯聚能半導(dǎo)體有限公司。

根據(jù)該專利目前公開的相關(guān)資料，讓我們一起來看看這項技術(shù)方案吧。

如上圖，為該專利中發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，這種封裝結(jié)構(gòu)包括傳導(dǎo)層201、基板層202、散熱層203、第一釬焊層2011以及第二釬焊層2021，傳導(dǎo)層與基板層的一側(cè)通過第一釬焊層結(jié)合，基板層的另一側(cè)與散熱層通過第二釬焊層結(jié)合。

其中，傳導(dǎo)層的作用是導(dǎo)熱和導(dǎo)電，其材料為無氧銅，厚度為0.8mm。第一釬焊層的材料以及第二釬焊層的材料為Ag Cu Ti合金。此外，該結(jié)構(gòu)中可以明顯看到有五根設(shè)置在散熱層上且不與第二釬焊層的一側(cè)接觸的散熱柱204，其可以通過溫鍛、冷鍛或粉末冶金壓鑄工藝與散熱層進(jìn)行連接。

如上圖，（左側(cè)）為該封裝結(jié)構(gòu)的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖，（右側(cè)）為該封裝結(jié)構(gòu)的底視圖結(jié)構(gòu)示意圖，通過上述對封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使傳導(dǎo)層、基板層與散熱層分別由金屬Ag Cu Ti合金焊料構(gòu)成的第一釬焊層以及第二釬焊層連接。

由此避免了傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)中封裝基板下方金屬層以及焊接層的制備，降低了從上層傳導(dǎo)層依次到封裝基板、散熱層以及冷卻液整個散熱過程中的熱阻。不僅提升了導(dǎo)熱效率，也提高了含有此封裝結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的可靠性以及使用壽命。

最后，為這種封裝結(jié)構(gòu)的制作方法流程圖，首先，將由傳導(dǎo)層材料形成的傳導(dǎo)板、由基板層材料形成的封裝基板以及由散熱層材料形成的散熱板進(jìn)行還原處理，制備還原處理后的傳導(dǎo)板、封裝基板以及散熱板。

其次，將焊料Ag Cu Ti合金涂覆在還原處理后的散熱板的一側(cè)和封裝基板的一側(cè)，制備含有焊料的散熱板和封裝基板。并將還原處理后的傳導(dǎo)板與含有焊料的封裝基板中含有焊料的一側(cè)疊放，將封裝基板中沒有焊料的一側(cè)與含有焊料的散熱層中含有焊料的一側(cè)疊放，放置于模具中壓制制作預(yù)組裝的封裝結(jié)構(gòu)。最后，將預(yù)組裝的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行釬焊。

以上就是芯聚能發(fā)明的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)方案，該方案通過對現(xiàn)有的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，避免了傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)中封裝基板下方金屬層以及焊接層的制備，降低了從上層傳導(dǎo)層依次到封裝基板、散熱層以及冷卻液整個散熱過程中的熱阻，從而提高了含有此封裝結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的可靠性以及使用壽命。

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