[发明专利]一种功率电子器件双面粘接结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子器件封装技术领域，特别是一种芯片双面粘接基板的结构及方法，通过加入金属管层调节芯片厚度不等及双面粘接的残余热应力，实现多芯片双面粘接的电子器件。

背景技术

目前国内功率电子器件中，封装型式主要为芯片与基板的的单面连接或双面连接，连接方法主要是采用回流焊，导电胶或焊膏实现。芯片与基板的单面连接结构中，热量的传递方向主要是由芯片到基板的单方向传递，加之连接层的较大热阻，散热能力非常有限，大大限制了功率电子器件的封装功率及芯片的工作效率。采用芯片直接双面连接基板可大大提高散热能力，但芯片承受应力及残余热应力较大，容易造成芯片碎裂损坏而使功率电子器件失效，成品率低，不适于工业应用及生产。多芯片封装时，一是芯片受力更加不均匀导致芯片失效可能性更大，二是芯片厚度的不等无法采用直接双面粘接结构封装功率电子器件。因此，这两种方法的效率都不高且应用范围非常有限，不满足当今功率电子器件大功率封装的要求。为此有必要研究新的方法或结构，解决封装中的各种难题，同时实现功率电子器件双面粘接及多芯片大功率封装。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中的不足做出改进，即本发明要解决的技术问题是提出一种功率电子器件双面粘接的新结构及新方法，这种结构不仅能够在增强芯片散热能力的同时，改善芯片上残余热应力分布，起到保护芯片的作用，而且能够实现不等厚度芯片的多级芯片封装功率电子器件。

为解决上述问题，本发明提出新的技术方案，具体技术如下：

一种功率电子器件双面粘接结构，在芯片与一侧基板之间设置有金属管层，金属管的数量大于等于2，金属管间的中心间距P大于金属管直径D，金属管长度L小于等于芯片尺寸；两块基板上涂刷的连接材料尺寸大于等于芯片尺寸。

所述的金属管材料为银或铜。

所述的连接材料为焊膏或焊料。

所述焊膏为纳米银焊膏或导电银胶，焊料为金锡焊料。

所述的结构包括一个上基板，一个下基板，三层连接材料，金属管子以及若干个厚度任意不等的多种芯片组成，芯片厚度相差不超过所选金属管子的管径；上基板通过连接材料与芯片直接相连，芯片另一侧通过连接材料与金属管相连，金属管又通过连接材料与下基板相连。

本发明的功率电子器件双面粘接结构的制备方法，先在两块基板及芯片上分别涂刷焊膏或导电胶，经干燥后，再在其中一块基板的连接材料上，粘接芯片未涂连接材料的一侧，在芯片连接材料上排布金属管，最后将附有连接材料的上基板连接到芯片与金属管及下基板部分，完成芯片双面粘接基板结构；进行连接材料的烧结成型，进行压力辅助烧结，将制成的芯片双面冷却结构放入平板热压机内，施加压力使上下基板平行以便于下一步封装，并同时进一步使管子发生变形，管子横截面变为近似椭圆形。

所述的辅助烧结，烧结时间为5～15分钟，泄压后进一步烧结的烧结温度大于热压温度，烧结时间为5～10分钟。

进行连接材料的烧结成型过程中，进行压力辅助烧结，将制成的芯片双面冷却结构放入平板热压机内，施加相应的压力使上下基板平行以便于下一步封装，并同时进一步使管子发生变形，管子横截面变为近似椭圆形，以增大管子与芯片的接触面积，增加热导能力。压力辅助烧结后进行进一步烧结以提高粘接强度，增加连接机械可靠性。

在本发明中，铺设的金属管的长度L略小于对应方向的芯片长度以保证连接可靠和结构紧凑，金属管的直径D小于芯片对应宽度的1/4以便有足够的接触面积保证传热，同时也尽可能增加管数均衡芯片上的应力分布。金属管间的中心间距P大于管外径，以保证在压缩变形阶段，管子有足够的空间产生变形而不破坏连接层，从而在使用过程中，管子层可小幅自由变形改善芯片承受应力状况。

此外，在上述技术方案中，芯片可为单片双面封装，仅改善应力分布状况提高芯片寿命，也可为厚度相同的多片，改善各芯片及结构整体承受应力状况。本方案最值得一提的优点是可以将多片不同厚度的芯片进行双面粘接，厚度不等由各管层的不等变形来补充和调节，为功率电子器件向高功率密度及高集成度发展提供了方法，能解决当今电子封装过程中的难题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明多芯片双面粘接结构一种实施方式的结构组成示意图；

图2为本发明的焊膏涂刷方法示意图；

图3为本发明多芯片双面粘接结构的一种实施方式的烧结成型结构俯视图；

图4为本发明多芯片双面粘接结构一种实施方式的烧结成型结构主视图剖面图；