[发明专利]一种封装结构及封装方法

说明书

技术领域

本发明属于器件封装领域，涉及一种封装结构及封装方法。

背景技术

随着电子电路中主开关频率、变换电源电压和功率的提高，对起控制作用的整流开关二极管提出了更高要求。混合PiN肖特基二极管(Merged PiN/Schottky diode，MPS)具有PIN二极管高阻断电压、低漏电流和肖特基二极管(SBD)小开启电压、大导通电流以及高开关速度的优点。对于垂直结构的MPS，器件封装结构中的铜基体对芯片不仅起到支撑的作用，而且是芯片工作的电极之一。图1中示出了垂直结构型MPS二极管的一种基本结构，其中，MPS器件呈现深注入的交叉指状P+栅格与肖特基结相间隔的网状结构，MPS二极管正面电极形成用于肖特基区的与相对低掺杂区域的肖特基势垒(Schottky contact)，以及用于P-i-N区的与相对高掺杂区域的欧姆接触；MPS二极管背面电极与MPS二极管形成欧姆接触(Ohmic contact)。MPS开关管的主要结是PiN二极管区，PN结通过其耗尽层的宽度和两PN结之间的间隙来影响肖特基的导电沟道。

随着第三代半导体技术的飞速发展，MPS的功率密度越来越大，产生的热量越来越多，芯片结温迅速上升，当温度超过最大允许温度时，MPS就会因为过热而损坏。芯片产生的高密度热流如何快速的扩展到整个铜基体的上表面，从而降低封装器件的热阻，是功率型MPS整个热流通道设计的关键。因此，在铜基体与芯片接触的一面沉积一种导电性好，又具有快速热扩散能力的薄膜材料极其重要。

目前，功率型MPS采用的铜基体在与芯片接触的一面没有任何有益于热扩散的薄膜材料沉积，散热能力完全依赖铜基体本身(导热系数397W/m.K，热辐射系数：0.05)。

石墨烯是由碳六元环组成的二维(2D)周期蜂窝状点阵结构，石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米材料。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。

作为世界上已知最薄的材料，石墨烯具有良好的导热(单层石墨烯的导热系数高达5300W/m·K)、导电(载流子迁移率高达2×10⁵cm²/v.S)性能，并且具有优异的热辐射性能。散热薄膜是计算机、手机制造中的关键材料，像苹果手机目前用的散热膜是用石墨片制成的，而石墨烯制成的散热膜散热性能会大大优于石墨片。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种封装结构及封装方法，用于解决现有技术中随着芯片(特别是混合PiN肖特基二极管)的功率密度越来越大，铜基底散热能力不足，导致芯片因为过热而损坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种封装结构，包括散热基板及结合于所述散热基板上表面的芯片，其中：所述散热基板上表面与所述芯片底面之间形成有一石墨烯导电散热薄膜。

可选地，所述芯片底面通过粘结层粘附于所述石墨烯导电散热薄膜表面。

可选地，所述粘结层包括导电胶、绝缘胶或共晶材料。

可选地，所述石墨烯导电散热薄膜在所述散热基板上表面的覆盖面积大于所述芯片底面的面积。

可选地，所述石墨烯导电散热薄膜包括单层石墨烯或多层石墨烯。

可选地，所述芯片为垂直结构型芯片或平面结构型芯片，所述垂直结构型芯片的正电极与负电极分别位于芯片的上下两侧，所述平面结构型芯片的正电极与负电极位于芯片的同一侧。

可选地，所述芯片为垂直结构型的混合PiN肖特基二极管，所述混合PiN肖特基二极管的底部电极与所述石墨烯导电散热薄膜电连接。

可选地，所述散热基板采用可作为石墨烯生长催化剂的材质。

可选地，所述材质包括镍、铂、铷、铱、铜中的任意一种或其中任意两种或两种以上组成的合金。

可选地，所述散热基板为铝基板、陶瓷基板、硅基板或带有硅通孔的FR4基板。

可选地，所述散热基板包括热管散热结构或微流体散热结构。

本发明还提供一种封装方法，包括如下步骤：

S1：提供一散热基板；

S2：在所述散热基板上表面形成石墨烯导电散热薄膜；

S3：将芯片固定到所述石墨烯导电散热薄膜表面。

可选地，所述散热基板采用可作为石墨烯生长催化剂的材质。

可选地，所述材质包括镍、铂、铷、铱、铜中的任意一种或其中任意两种或两种以上组成的合金。