一种半导体芯片的封装结构制造技术

本发明专利技术涉及微电子技术领域，提供了一种半导体芯片的封装结构，其包括：金属载体层、第一热扩散层、导热粘附层以及半导体芯片。第一热扩散层位于金属载体层上；导热粘附层位于热扩散层上；半导体芯片位于导热粘附层上；第一热扩散层至少包括石墨烯层。本发明专利技术的半导体芯片的封装结构，由于第一热扩散层含有石墨烯层，而石墨烯层的热传导具有异向性，增大了热交换的面积，解决了由于芯片热源导致的导热粘附层散热不均匀的问题，减小了芯片与金属载体层间的热阻，提高了芯片的热导出效能。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体芯片的封装结构
本专利技术涉及微电子
，具体而言，涉及一种半导体芯片的封装结构。
技术介绍
随着半导体技术的发展，半导体芯片的体积越来越小，功率却越来越大，这种高功率密度芯片的需求呈快速增长的趋势，尤其在微波射频领域。常见的高功率密度芯片，如氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)和砷化镓高电子迁移率晶体管(GaAsHEMT)，如果不能进行有效的热量设计和管理就很容易导致芯片或使用芯片的系统由于温度过高而不能正常工作。高功率密度芯片如GaNHEMT，在工作时容易产生高温，尤其在栅极附近容易形成温度特别高的热点，如果不能把热点的热量及时有效地散开，就会严重影响芯片的使用寿命。为了疏散此类芯片工作时散发的热量，需要提高封装的散热效率，常用的方法是通过金锡片、銦片等热结合材料的粘附剂将芯片固定于金属载体层上，由于这种粘附剂平面传导和垂直传导的导热系数差别不大，导致接近芯片热源的粘附剂中间的热交换会大于远离芯片热源的粘附剂周边的热交换，产生散热不均匀的现象，进而影响导热和散热的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半导体芯片的封装结构，旨在改善半导体芯片散热不均匀的问题。本专利技术是这样实现的：一种半导体芯片的封装结构，其包括：金属载体层、第一热扩散层、导热粘附层以及半导体芯片。第一热扩散层位于金属载体层上；导热粘附层位于热扩散层上；半导体芯片位于导热粘附层上；第一热扩散层至少包括石墨烯层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，第一热扩散层还包括金属结合层，第一热扩散层为金属结合层和石墨烯层相互层叠设置的结构，至少一个金属结合层位于石墨烯层和金属载体之间。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，金属结合层的个数和石墨烯层的个数相等。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，金属结合层的个数比石墨烯层的个数多一个。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，半导体芯片的封装结构还包括第二热扩散层，第二热扩散层位于半导体芯片和导热粘附层之间，第二热扩散层至少包括石墨烯层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，第二热扩散层还包括金属结合层，第二热扩散层为金属结合层和石墨烯层相互层叠设置的结构，至少一个第二热扩散层的金属结合层位于第二热扩散层的石墨烯层和导热粘附层之间。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，石墨烯层为具有1-10层原子层的石墨烯。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，石墨烯层为17微米-100微米的石墨烯膜。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，金属结合层为铜、铝、铜钼或铜钨。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，半导体芯片包括：背面电极；位于背面电极之上的衬底；以及位于衬底之上的半导体层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，衬底为石墨烯或金刚石。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，背面电极为金属、石墨烯或其组合。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，半导体芯片还包括第三热扩散层，第三热扩散层位于半导体芯片的半导体层上，第三热扩散层中至少包括石墨烯。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过上述设计得到的半导体芯片的封装结构，由于第一热扩散层含有石墨烯层，而石墨烯层的热传导具有异向性，沿石墨烯层的二维xy平面方向的导热系数远高于垂直于石墨烯层的二维xy平面的z方向的导热系数，石墨烯层可以将热量扩散至石墨烯层的整个二维xy平面并与金属载体层进行热交换，从而增大了热交换的面积，解决了由于半导体芯片热源导致的导热粘附层散热不均匀的问题，减小了半导体芯片与金属载体层间的热阻，提高了半导体芯片的热导出效能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术第一实施例中半导体芯片的封装结构的结构示意图；图2是本专利技术第二实施例中半导体芯片的封装结构的结构示意图；图3是本专利技术第三实施例中半导体芯片的封装结构的结构示意图；图4是本专利技术第四实施例中半导体芯片的封装结构的结构示意图；图5是本专利技术第五实施例中半导体芯片的封装结构的结构示意图；图6是本专利技术第六实施例中半导体芯片的结构示意图；图7是本专利技术第七实施例中半导体芯片的结构示意图；图8是本专利技术第八实施例中半导体芯片的结构示意图；图9是本专利技术第九实施例中半导体芯片的结构示意图。图中标记分别为：110-金属载体层；120、220、320-第一热扩散层；430-第二热扩散层；121、123、125-石墨烯层；122、124、126-金属结合层；620-第三热扩散层；130-导热粘附层；140、240、340、440-半导体芯片；141-背面电极；142-衬底；143-半导体层；630-保护层；344-栅极，345-源级；346-漏极。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面对本专利技术实施例的半导体芯片的封装结构进行具体说明。第一实施例参见图1，本实施例提供的半导体芯片的封装结构100包括：金属载体层110、第一热扩散层120、导热粘附层130以及半导体芯片140。第一热扩散层120位于金属载体层110上，导热粘附层130位于第一热扩散层120上，半导体芯片140位于导热粘附层130上。也即，第一热扩散层120和导热粘附层130均位于金属载体层110和半导体芯片140之间。本实施例中第一热扩散层120为石墨烯层121，石墨烯层121由石墨烯制成。石墨烯是一种由碳原子组成的平面薄膜，厚度可以只有一个碳原子厚度。石墨烯的平面导热性很好，室温下石墨烯的二维xy平面方向导热系数高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体芯片的封装结构，其特征在于，其包括：金属载体层；第一热扩散层，位于所述金属载体层上；导热粘附层，位于所述热扩散层上；以及半导体芯片，位于所述导热粘附层上；所述第一热扩散层至少包括石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体芯片的封装结构，其特征在于，其包括：金属载体层；第一热扩散层，位于所述金属载体层上；导热粘附层，位于所述热扩散层上；以及半导体芯片，位于所述导热粘附层上；所述第一热扩散层至少包括石墨烯层。2.根据权利要求1所述的半导体芯片的封装结构，其特征在于，所述第一热扩散层还包括金属结合层，所述第一热扩散层为金属结合层和石墨烯层相互层叠设置的结构，至少一个所述金属结合层位于所述石墨烯层和所述金属载体之间。3.根据权利要求2所述的半导体芯片的封装结构，其特征在于，所述金属结合层的个数和所述石墨烯层的个数相等。4.根据权利要求2所述的半导体芯片的封装结构，其特征在于，所述金属结合层的个数比所述石墨烯层的个数多一个。5.根据权利要求1所述的半导体芯片的封装结构，其特征在于，所述半导体芯片的封装结构还包括第二热扩散层，所述第二热扩散层位于所述半导体芯片和所述导热粘附层之间，所述第二热扩散层至少包括石墨烯层。6.根据权利要求5所述的半导体芯片的封装结构，其特征在于，所述第二热扩散层还包括金属结合层，所述第二热扩散层为金属结合层和石墨烯层相互层叠设置的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴风丽，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32