封装结构、封装结构的制作方法和应用技术

本发明专利技术提供一种封装结构、封装结构的制作方法和应用，上述封装结构包括传导层、基板层、散热层、第一钎焊层以及第二钎焊层，传导层与基板层的一侧通过第一钎焊层结合，基板层的另一侧与散热层通过第二钎焊层结合。通过上述对封装结构的优化，避免了传统封装结构中封装基板下方金属层以及焊接层的制备，降低了从上层传导层依次到封装基板、散热层以及冷却液整个散热过程中的热阻，提升了导热效率，提高了含有此封装结构半导体器件的可靠性以及使用寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
封装结构、封装结构的制作方法和应用


[0001]本专利技术涉及半导体结构
，特别是涉及一种封装结构、封装结构的制作方法和应用。

技术介绍

[0002]伴随着功率器件(包括发光二极管LED、激光二极管LD以及绝缘栅双极型晶体管IGBT等)不断发展，散热成为影响器件性能与可靠性的关键技术。对于电子器件而言，通常温度每升高10℃，器件有效寿命就降低30％～50％。因此，选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展功率器件的技术瓶颈。
[0003]封装基板主要利用材料本身具有的高热导率，将热量从芯片(热源)导出，实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件而言，封装基板必须满足具有高热导率。目前功率半导体器件均采用热电分离封装方式，器件产生的热量大部分经由封装基板传播出去，导热良好的基板可使芯片免受热破坏。其次还需要具备与芯片材料热膨胀系数匹配。功率器件芯片本身可承受较高温度，且电流、环境及工况的改变均会使其温度发生改变。由于芯片直接贴装于封装基板上，两者热膨胀系数匹配会降低芯片热应力，提高器件可靠性。同时还需要具有良好的耐热性，满足功率器件高温使用需求。此外也应具备好的绝缘性，满足器件电互连与绝缘需求。在此基础上还需要满足机械强度高以及价格适宜，以保证在器件加工、封装与应用过程的强度要求和大规模生产及应用。
[0004]陶瓷基板作为目前常用电子封装基板中的一种。陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度以及与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为功率器件封装基板，目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、汽车电子、深海钻探等领域得到广泛应用。对于车规级功率半导体器件，由于本身较高的功率密度，整个器件的发热量也维持在一个较高的水平，在实际的应用过程中，通常会采用液冷的方式将模块工作产生的热量传导出去。传统的功率半导体器件10的结构如图1所示，包括键合线101、芯片102、芯片焊接层103以及封装结构104。具体地，封装结构104包括陶瓷基板的上层铜箔1041、陶瓷基板的陶瓷层1042、陶瓷基板的下层铜箔1043、陶瓷基板的焊接层1044、散热底板1045以及导热柱1046。上述封装结构104承担了传导热量和器件内外部电气绝缘的重要功能，陶瓷基板的陶瓷层1042与含有导热柱1046的散热基板1045经由焊接层1044(通常导热系数<60W/m
·
k，厚度0.2mm～0.4mm)以及陶瓷基板的下层铜箔1043进行连接。在功率半导体器件的封装工艺中，为了形成上述封装结构，传统的工艺路线会先进行陶瓷基板的制备，然后在制备完成的陶瓷基板上进行芯片102贴装、焊接以及键合等前序封装工艺。之后将带有芯片102的陶瓷基板通过真空回流焊的工艺与散热底板1045实现连接，连接完成之后进行模封(或灌胶)等后序封装工艺。上述由于焊接层1044的存在不仅导热性能较差，不利于热量传递到散热底板1045，而且整个工艺繁琐。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种能够提高散热效果的封装结构、封装结构的制作方法和应用。
[0006]本专利技术提供一种封装结构，包括传导层、基板层、散热层、第一钎焊层以及第二钎焊层，所述传导层与所述基板层的一侧通过所述第一钎焊层结合，所述基板层的另一侧与所述散热层通过所述第二钎焊层结合。
[0007]在其中一个实施例，所述第一钎焊层的材料以及所述第二钎焊层的材料为Ag
‑
Cu
‑
Ti合金。
[0008]在其中一个实施例，所述Ag
‑
Cu
‑
Ti合金以重量百分比计，包括68％～78％的Ag、20％～28％的Cu以及2％～8％的TiH2。
[0009]在其中一个实施例，所述第一钎焊层的厚度为0.1μm～30μm；和/或
[0010]所述第二钎焊层的厚度为0.1μm～30μm。
[0011]在其中一个实施例，所述基板层的厚度为0.1mm～0.8mm。
[0012]在其中一个实施例，所述散热层的厚度为1mm～4mm。
[0013]在其中一个实施例，所述传导层的厚度为0.1mm～2mm。
[0014]在其中一个实施例，所述传导层的材料为无氧铜；和/或
[0015]所述基板层的材料选自氮化硅、氧化铝和氮化铝中的一种；和/或
[0016]所述散热层的材料选自紫铜、铝和铝碳化硅中的一种。
[0017]在其中一个实施例，还包括至少一个在所述散热层上且不与所述第二钎焊层所在的一侧接触的散热柱。
[0018]本专利技术还提供一种上述的封装结构的制作方法，包括以下步骤：
[0019]S1：将由所述传导层材料形成的传导板、由所述基板层材料形成的封装基板以及由所述散热层材料形成的散热板进行还原处理，制备还原处理后的所述传导板、所述封装基板以及所述散热板；
[0020]S2：将焊料Ag
‑
Cu
‑
Ti合金涂覆在还原处理后的所述散热板的一侧和所述封装基板的一侧，制备含有焊料的所述散热板和所述封装基板；
[0021]S3：将还原处理后的所述传导板与含有焊料的所述封装基板中含有焊料的一侧叠放，将所述封装基板中没有焊料的一侧与含有焊料的所述散热层中含有焊料的一侧叠放，放置于模具中压制制作预组装的封装结构；
[0022]S4：将预组装的所述封装结构进行钎焊。
[0023]在其中一个实施例，在步骤S1前还包括对所述传导板、所述封装基板以及所述散热板去除表面油脂和烘干的步骤。
[0024]在其中一个实施例，在步骤S1中还原处理的温度为100℃～300℃，还原处理的时间为5min～10min。
[0025]在其中一个实施例，在步骤S3中压制的压力为1g/cm2～100g/cm2。
[0026]在其中一个实施例，在步骤S4中钎焊的温度为800℃～1050℃，钎焊的时间为10min～45min。
[0027]在其中一个实施例，在步骤S4后还包括在所述传导层上进行电路蚀刻和对所述散热层进行电镀的步骤。
[0028]更进一步地，本专利技术还提供一种功率半导体器件，包括如上述的封装结构、芯片以及连接所述芯片与所述封装结构的键合线。
[0029]通过上述对封装结构的优化，使传导层、基板层与散热层分别由金属Ag
‑
Cu
‑
Ti合金焊料构成的第一钎焊层以及第二钎焊层连接，避免了传统封装结构中封装基板下方金属层以及焊接层的制作，降低了从上层传导层依次到封装基板、散热层以及冷却液整个散热过程中的热阻，提升了导热效率，提高了含有此封装结构半导体器件的可靠性以及使用寿命。
附图说明
[0030]图1为常见的功率半导体器件结构示意图，其中附图标号说明如下：
[0031]10：功率半导体器件，101：键合线，102：芯片，103：芯片焊接层，104：封装结构，1041：陶瓷基板的上层铜箔，1042：陶瓷基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封装结构，其特征在于，包括传导层、基板层、散热层、第一钎焊层以及第二钎焊层，所述传导层与所述基板层的一侧通过所述第一钎焊层结合，所述基板层的另一侧与所述散热层通过所述第二钎焊层结合。2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一钎焊层的材料以及所述第二钎焊层的材料为Ag
‑
Cu
‑
Ti合金。3.如权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述Ag
‑
Cu
‑
Ti合金以重量百分比计，包括68％～78％的Ag、20％～28％的Cu以及2％～8％的TiH2。4.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一钎焊层的厚度为0.1μm～30μm；和/或所述第二钎焊层的厚度为0.1μm～30μm。5.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述基板层的厚度为0.1mm～0.8mm。6.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述散热层的厚度为1mm～4mm。7.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述传导层的厚度为0.1mm～2mm。8.如权利于要求1～7任一项所述的封装结构，其特征在于，所述传导层的材料为无氧铜；和/或所述基板层的材料选自氮化硅、氧化铝和氮化铝中的一种；和/或所述散热层的材料选自紫铜、铝和铝碳化硅中的一种。9.如权利要求1～7任一项所述的封装结构，其特征在于，还包括至少一个在所述散热层上且不与所述第二钎焊层所在的一侧接触的散热柱。10.一种如权利要求1～9任一项所述的封装结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将由所述传导层材料形成的传导...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鹏修，崔晓，王咏，朱贤龙，周晓阳，刘军，
申请(专利权)人：广东芯聚能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：