[实用新型]一种倒装焊芯片的气密性陶瓷封装体

说明书

1技术领域

本实用新型公开一种倒装焊芯片的气密性陶瓷封装体，使封装内部倒装焊裸芯片发出的热量能良好地传导至外部空间，保证芯片能在安全温度下正常工作；同时倒装焊陶瓷封装的气密性得以保持，确保芯片在恶劣环境中工作时不受湿气和腐蚀性气体的侵扰，在苛刻的环境中能够正常工作。

2背景技术

目前，商用芯片主要以塑料封装为主，而军品级及工业级产品主要应用而陶瓷封装，因为陶瓷封装的高可靠性，在航空、航天、兵器、船舶等行业应用非常普遍。

采用陶瓷封装的好处主要包括以下几方面：

1.可靠性高，气密性(一般为真空或者充氮)，不吸潮气，在苛刻环境中工作的芯片一定要做到气密性封装，防止外面空气、潮气进入，当腐蚀性气体进入封装后，会腐蚀芯片，造成芯片功能失效；

2.陶瓷采用了空腔结构，空腔一般为充氮或者为真空状态，避免了塑封材料填充带来的信号传输的额外损耗，很多微波芯片采用陶瓷封装就是因为这点；

3.陶瓷材质热导率高，散热相对比较好。

3发明内容

基于引线键合Bond Wire的陶瓷封装通常可以实现密封，而基于倒装焊的陶瓷封装通常却无法实现密封，一个主要原因是散热问题无法合理解决。

本专利介绍的一种倒装焊芯片的气密性陶瓷封装体，其特征在于：包括倒装焊裸芯片(1)、散热片(2)、底部填料(3)、陶瓷基板(4)、焊料球(5)、金属盖板(6)、导热硅胶片(8)、镀金铜片 (9)。其中，倒装焊裸芯片(1)安装在陶瓷基板(4)上，位于金属盖板(6)的下方，金属盖板(6)上方安装散热片(2)。通过导热硅胶片(8)或者镀金铜片(9)+导热硅胶片(8)将倒装焊裸芯片(1)与金属盖板(6)连接，将倒装焊裸芯片(1)发出的热量散发到外部空间。

参看图1传统的倒装焊陶瓷封装形式，倒装焊芯片1通过焊接安装在陶瓷基板4上，底部填料3用于加固，上部安装散热片2用于散热。整个芯片裸露在空气中，无法实现气密性，因此，无法抵御潮湿气体和腐蚀性气体，在恶劣环境中工作的可靠性大大降低。

为何传统倒装焊陶瓷封装不能采用密封结构呢？主要因为散热问题无法合理的处理。

首先，参看图2，倒装焊裸芯片1通过焊接安装在陶瓷基板4上，底部填料3用于加固，上部是密封盖板6，如果此盖板和芯片直接接触散热，因为盖板固定在陶瓷基板上，基本上没有任何弹性，倒装焊裸芯片相当于处在陶瓷基板4和金属盖板6两块刚体之间，在热胀冷缩的过程中，芯片不可避免地被挤压破碎。因此，在实际工程中，图2方案无法采用。

为了避免裸芯片在热胀冷缩过程中被挤压损坏，参看图3，使得金属盖板6离开倒装焊裸芯片1一定的空间距离7，由于空气是热的不良导体，这样，热量就无法从上表面散出，散热片2基本起不到任何作用，芯片可能会由于温度过高而不能正常工作。因此，在实际工程中，图3方案也无法采用。

本实用新型中描述的密封及散热方案如下：

方案1：参看图4，在金属盖板6和倒装焊裸芯片1之间增加一层柔性导热材料：导热硅胶片8，导热硅胶片和倒装焊芯片直接接触，厚度为X mm，安装空间为X减去(0.1～0.3)mm 这样导热硅胶片在安装时被压缩0.1～0.3mm，其面积和芯片顶部面积相等，从而降低热阻，提高热通量。

在方案1中：导热硅胶片8的主要作用有二：①将倒装焊裸芯片1发出的热量传递到金属盖板6继而传递到散热片2，②在热胀冷缩时提供缓冲力，避免倒装焊裸芯片1被挤碎。

导热硅胶片是一种导热介质，双面具有粘性，通常用来减少热源表面与散热器件接触面之间的接触热阻，同时还起到绝缘、减震、密封等作用，能够满足设备小型化及超薄化的设计要求。导热硅胶片柔软、可压缩，给部件提供轻度压力，可持续使用在-60～280℃且保持性能，不溶胀并且对大多数金属和非金属材料具有良好的粘接性，是一种极佳的导热填充材料。

导热硅胶片的导热系数λ为1.0～8.0W/mK，厚度从0.1mm-3mm之间，该设计方案中厚度X可在0.1mm-3mm之间选择，导热系数则选择较高导热系数为宜，例如4-8W/mK。

方案2：参看图5，如果芯片面积相对较小，但发热量比较大，为了增加传热面积，可以在倒装焊裸芯片1上部先安装一镀金铜片9，然后在镀金铜片9上部和金属盖板6之间安装导热硅胶片8，例如选用X mm的导热硅胶片，安装空间为X减去(0.1～0.3)mm，导热硅胶片 8会压紧镀金铜片9及倒装焊裸芯片1，提高散热效率。

其中镀金铜片和倒装焊裸芯片之间可采用热融合法进行连接，或者采用导热胶粘合芯片和镀金铜片。