一种大功率芯片的封装结构及方法技术

本申请提供了一种大功率芯片的封装结构及方法，将大功率芯片使用高铅锡膏或烧结银固定在所述散热金属体的上表面的凹槽中再封装进PCB基板的腔体中，该结构通过嵌埋铜块、200um盲孔和150um盲孔，实现双面散热，可靠性大幅度提升，使用寿命大幅度延长；通过200um盲孔和150um盲孔传输电信号，电阻率低传输路径短，大幅度提升了模块的功率转换效率节约了汽车能源；模块集成度高，布线更加紧凑密集；以厚度1.2mm铜块作为功率芯片衬底，避免受基板翘曲等应力影响损伤芯片，大幅度提升了芯片及模块的整体安全性。经实践测试，本申请的大功率芯片的封装特别适用于新一代碳化硅和氮化镓高频芯片。高频芯片。高频芯片。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率芯片的封装结构及方法


[0001]本申请涉及一种大功率芯片领域，尤其涉及一种大功率芯片的封装结构及方法。

技术介绍

[0002]集成电路芯片的制造过程主要包括以下几个阶段：集成电路芯片的设计阶段、集成电路芯片的制作阶段、集成电路芯片的封装阶段、以及集成电路芯片的测试阶段。随着集成电路芯片的制造工艺的不断进步，电子产品向高速化、高集成度和高可靠性的方向迅速发展，对集成电路的制造工艺的要求也在不断提高。
[0003]传统的大功率芯片的封装工艺步骤如下：步骤一：基板上印刷或点胶，胶水可以是不导电的树脂胶，也可以是银浆、锡膏或烧结银等导电胶水（以导电胶水为主）；步骤二：在基板上贴大功率芯片，例如，MOS和IGBT等，大功率芯片通过胶水与基板黏连；步骤三：采用引线键合（Wire bond）的方式实现芯片顶面与基板电路网络的连接，键合采用的引线通常是铝线；步骤四：加塑封胶塑封，保护大功率芯片和键合引线。
[0004]然而，专利技术人发现采用传统工艺封装的大功率芯片性能有以下限制：1．铝线寄生电感太高，不适用于新一代高频的碳化硅（SiC）及氮化镓（GaN）芯片；2．用铝线导通，传输路径长，导通电阻大，降低了模块的功率转换效率；3．散热功能不佳，影响了模块或产品的使用寿命。
[0005]针对上述问题，专利技术人认为有必要提供一种能减少寄生电感，提升功率转换效率，增强散热性能的新型封装方式。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供一种大功率芯片的高散热封装结构及方法，用以解决现有技术中大功率芯片封装中寄生电感大，功率模块转换效率低以及散热不佳的技术问题。
[0007]本申请实施例提供一种大功率芯片的封装方法，包括如下步骤：S102，将大功率芯片贴装到散热金属体上形成芯片模组；S104，提供PCB基板，所述PCB基板具有贯穿PCB基板上下表面的腔体；S106，在PCB基板的下表面粘贴高温胶带；所述高温胶带覆盖住所述腔体在PCB基板的下表面的贯穿口；S108，使用贴片机将所述芯片模组贴装到所述腔体中，利用所述高温胶带固定所述芯片模组；S110，在所述PCB基板的上表面设置半固化片及铜箔形成上层导电层和/或散热层；S112，去除所述高温胶带；
S114，在所述PCB基板的下表面设置半固化片及铜箔形成下层导电层和/或散热层；S116，在上层导电层和/或散热层以及下导电层和/或散热层上完成导电结构和/或散热结构的制作，所述大功率芯片和散热金属体与导电结构和/或散热结构连接。
[0008]进一步的，所述大功率芯片为车规级大功率芯片。
[0009]进一步的，所述散热金属体是铜块。
[0010]进一步的，所述铜块具有凹槽，所述将大功率芯片贴装到散热金属体上形成芯片模组包括：S1022，铜块棕化，将铜块放在棕化治具中过棕化线，在铜块表面形成一层Cu的有机络合物保护膜；S1024，通过点胶机在铜块凹槽内点烧结银浆或通过印刷机在铜块凹槽内丝印锡膏；S1026，使用贴片机将大功率芯片贴到铜块的凹槽内，通过银浆或锡膏黏连芯片与铜块；S1028，银浆烧结或锡膏回流焊固化。
[0011]进一步的，所述PCB基板为双面覆铜板。
[0012]进一步的，所述凹槽为方形槽、圆形槽或三角形槽。
[0013]进一步的，所述大功率芯片为MOSFET芯片或IGBT芯片。
[0014]进一步的，所述烧结银分为无压烧结和有压烧结；其中，无压烧结适用于尺寸5mm*5mm以下的芯片；有压烧结适用于尺寸5mm*5mm以上的芯片。
[0015]进一步的，所述PCB基板上的腔体采用数控铣床加工形成。
[0016]进一步的，所述双面覆铜板的每一面的含铜厚度为1.2mm。
[0017]进一步的，所述芯片长*宽为5.1mm*5.1mm，厚度为0.1mm。
[0018]进一步的，所述PCB基板上下表面分别为L3和L4表面，步骤S110包括在L3表面设置2张固化片，在所述半固化片之上再设置1张铜箔压合形成L2/4层结构。
[0019]进一步的，步骤S114包括在L4表面设置2张固化片，在所述半固化片之上再设置1张铜箔压合形成L2/5层结构。
[0020]进一步的，所述半固化片的玻璃纤维布型号为106，含胶量为73%，所述铜箔的厚度为35um。
[0021]进一步的，步骤S116包括：S1161，对 L2/5层结构进行激光钻孔预处理后，用激光钻机在铜块和芯片位置加工激光钻盲孔；S1162，对所述激光钻盲孔去钻污，填孔电镀填平所述激光钻盲孔；S1163，对 L2/5层结构做内层图形转移加工，形成L2/5层图形。
[0022]进一步的，所述激光钻盲孔直径为200um。
[0023]本申请实施例还提供一种大功率芯片的封装结构，包括PCB基板，所述PCB基板具有贯穿PCB基板上下表面的腔体；所述腔体中固定有芯片模组，所述芯片模组由大功率芯片贴装到散热金属体上形成；所述PCB基板的上下表面形成导电结构和/或散热结构，所述大功率芯片通过导电结构和/或散热结构进行导电和/或散热，散热金属体通过所述导电结构
和/或散热结构进行导电和/或散热。
[0024]进一步的，所述大功率芯片为车规级大功率芯片。
[0025]进一步的，所述散热金属体是铜块。
[0026]进一步的，所述铜块是棕化后的铜块，所述铜块表面形成一层Cu的有机络合物保护膜；所述大功率芯片通过烧结银浆或丝印锡膏固定在铜块的凹槽内。
[0027]进一步的，所述PCB基板为双面覆铜板。
[0028]进一步的，所述凹槽为方形凹槽、圆形凹槽或三角形凹槽。
[0029]进一步的，所述大功率芯片为MOSFET芯片或IGBT芯片。
[0030]进一步的，所述PCB基板上的腔体采用数控铣床加工形成。
[0031]进一步的，所述双面覆铜板每一面的含铜厚度为1.2mm。
[0032]进一步的，所述大功率芯片长*宽为5.1mm*5.1mm，厚度为0.1mm。
[0033]本申请实施例还提供一种电子器件，包括前述的大功率芯片的封装结构。
[0034]本申请实施例还提供一种汽车，包括前述的电子器件。
[0035]本申请提供的实施例至少具有以下有益效果：本申请提供了一种新的大功率芯片的高散热封装工艺，将大功率芯片黏连固定在散热金属体的表面凹槽内；散热金属体嵌合于PCB基板的腔体中形成新型封装方式，相比于传统的封装方式，本方案的大功率芯片直接与PCB板互连，寄生电感低；设计嵌埋铜块、实现双面散热，可靠性大幅度提升，使用寿命大幅度延长。本方案模块集成度高，布线更加紧凑密集；以厚铜块作为功率芯片衬底，避免受基板翘曲等应力影响损伤芯片，大幅度提升了芯片及模块的整体安全性，特别适用于新一代的碳化硅和氮化镓等高频芯片。
附图说明
[0036]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率芯片的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：S102，将大功率芯片贴装到散热金属体上形成芯片模组；S104，提供PCB基板，所述PCB基板具有贯穿PCB基板上下表面的腔体；S106，在PCB基板的下表面粘贴高温胶带；所述高温胶带覆盖住所述腔体在PCB基板的下表面的贯穿口；S108，使用贴片机将所述芯片模组贴装到所述腔体中，利用所述高温胶带固定所述芯片模组；S110，在所述PCB基板的上表面设置半固化片及铜箔形成上层导电层和/或散热层；S112，去除所述高温胶带；S114，在所述PCB基板的下表面设置半固化片及铜箔形成下层导电层和/或散热层；S116，在上层导电层和/或散热层以及下导电层和/或散热层上完成导电结构和/或散热结构的制作，所述大功率芯片和散热金属体与导电结构和/或散热结构连接。2.根据权利要求1所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述大功率芯片为车规级大功率芯片。3.根据权利要求1所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述散热金属体是铜块。4.根据权利要求3所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述铜块具有凹槽，所述将大功率芯片贴装到散热金属体上形成芯片模组包括：S1022，铜块棕化，将铜块放在棕化治具中过棕化线，在铜块表面形成一层Cu的有机络合物保护膜；S1024，通过点胶机在铜块凹槽内点烧结银浆或通过印刷机在铜块凹槽内丝印锡膏；S1026，使用贴片机将大功率芯片贴到铜块的凹槽内，通过银浆或锡膏黏连芯片与铜块；S1028，银浆烧结或锡膏回流焊固化。5.根据权利要求1所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述PCB基板为双面覆铜板。6.根据权利要求4所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述凹槽为方形槽、圆形槽或三角形槽。7.根据权利要求1所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述大功率芯片为MOSFET芯片或IGBT芯片。8.根据权利要求4所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述烧结银分为无压烧结和有压烧结；其中，无压烧结适用于尺寸5mm*5mm以下的芯片；有压烧结适用于尺寸5mm*5mm以上的芯片。9.根据权利要求1所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述PCB基板上的腔体采用数控铣床加工形成。10.根据权利要求5所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述双面覆铜板每一面的含铜厚度为1.2mm。11.根据权利要求8所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述芯片长*宽为5.1mm*5.1mm，厚度为0.1mm。
12.根据权利要求1所述的大功率芯片的封装方法，其特征在于，所述PCB基板上下表面分别为L3和L4表面，步骤S110包括在L3表面设置2张固化片，在所述半固化片之上再设置1张铜箔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冬弟，冯蓉，黄晓锋，白杨，陈俭云，
申请(专利权)人：广州美维电子有限公司，
类型：发明
国别省市：