[发明专利]一种用于陶瓷封装的新型散热通道

说明书

一种用于陶瓷封装的新型散热通道，包括高导热基板、导热通孔、散热层等，在芯片上电镀直径30～60μm的金凸点，包括导热凸点和信号连接凸点。带金凸点的芯片通过超声热压的方式倒装到高导热基板上，其中导热凸点通过基板表面的焊盘与基板内导热通孔连接，导热通孔垂直贯穿基板在基板内部会与散热层产生连接，这样形成了芯片‑基板优良的导热通路；信号连接凸点通过基板表面的焊盘和基板上电学布线连接，也增加了芯片到基板的导热能力。本发明在满足器件电学性能的前提下，用金凸点和AlN陶瓷替换传统封装材料，并在基板中增加导热通孔和散热层结构，这种封装的结构简单，封装材料利用率高，可以大大加强器件的散热能力，减小器件对热沉的依赖。

技术领域

本发明涉及一种半导体封装技术领域的散热结构。

背景技术

传统的半导体倒装焊封装结构大多通过外壳、Al₂O₃陶瓷基板或热沉进行散热，主要存在以下不足：

1、随着半导体技术的不断发展，芯片的功耗会越来越大，只通过外壳散热不能有效的将热量散发，造成器件的温度过高而损坏。

2、传统的倒装焊封装结构，芯片通过焊料或导电胶倒扣在Al₂O₃基板上，由于这两种互连材料散热效果不佳，所以芯片产生的热量不能有效传导至Al₂O₃基板。即使芯片可以通过凸点将热量传导至基板，但由于传统的Al₂O₃陶瓷基板散热特性不佳，也使封装结构整体温度过高。

3、采用热沉散热的结构虽然能提高器件散热性能，但粘接热沉需要额外的工艺过程，加大了工艺复杂度。而且热沉通常外形大，结构复杂，增加了器件的整体尺寸和重量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于陶瓷封装的新型散热通道，可应用于大功率倒装焊陶瓷封装器件和散热环境恶劣的器件，如宇航环境。本发明设计了芯片-凸点-基板散热结构，采用新型的封装材料，大大增强了芯片-凸点-基板通路的散热能力，从而提供了一种散热能力强、结构简单、封装材料利用率高的散热通道。

本发明的技术解决方案是：一种用于陶瓷封装的新型散热通道，包括导热凸点、信号连接凸点、导热通孔、散热层、高导热基板；导热凸点、信号连接凸点分布在芯片表面，芯片倒装到高导热基板上，使导热凸点通过高导热基板表面的焊盘与高导热基板内导热通孔连接，信号连接凸点和高导热基板上的信号焊盘互连，导热通孔垂直贯穿高导热基板，散热层水平铺展于高导热基板内部，导热通孔在高导热基板内部与散热层连通。

所述导热凸点为采用电镀工艺制作在芯片上的金凸点，形状为圆柱形或方柱形，直径为30～60μm。

所述信号连接凸点为采用电镀工艺制作在芯片上的金凸点，形状为圆柱形或方柱形，直径为30～60μm。

所述的高导热基板采用AlN陶瓷材料制成。

所述导热凸点、信号连接凸点通过超声热压工艺倒装到高导热基板上。

所述的导热通孔内填充高温共烧工艺制成的钨钼材料。

所述的散热层为采用高温共烧工艺制成的钨钼材料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使倒装焊器件增加了散热性能良好的凸点-基板散热通道，可以有效散发器件产生的热量，更能保证器件工作在安全温度范围内。

(2)本发明由于采用金凸点、AlN陶瓷、导热通孔和散热层的结构，与传统封装结构材料相比金凸点和AlN陶瓷的导热能力非常好，而导热通孔和散热层等结构有助于热量在基板的扩散。