[发明专利]一种微流道热电制冷器的高功率器件封装结构及其制备方法

说明书

本发明专利公开了一种微流道热电制冷器的高功率器件封装结构及其制备方法，封装结构包括盖板、高功率器件、粘接密封层和微流道热电制冷器。所述高功率器件固晶在所述微流道热电制冷器的上基板线路层上，打金线连接所述高功率器件和所述微流道热电制冷器，实现封装结构内外部的电气互连；所述盖板四周均匀粘接密封层，用于连接所述盖板和所述微流道热电制冷器，形成密闭的腔体结构；所述微流道热电制冷器包括上基板、PN型热电粒子、下基板和金属框，所述金属框用于连接所述微流道热电制冷器上下基板以形成腔体结构，PN型热电粒子间的空隙则形成微流道。本发明专利通过热电粒子和微流道的双重制冷作用，将高功率器产生的大量热量迅速耗散，提高封装结构散热能力，从而提升器件性能表现和延长寿命。

技术领域

本发明属于半导体封装技术相关领域，更具体地，涉及一种集成微流道和热电制冷器的高功率器件封装制造方法。

背景技术

随着半导体技术发展和应用场景延伸，电子产品朝着小型化、多功能化、集成化和高功率化等方向发展，器件功率密度和工作温度不断提升，使得器件长期工作在高温等恶劣环境中，从而严重影响器件使用寿命和性能表现。迫切开发新型散热技术降低器件结温、保证器件高质量和高可靠运行工作。

热电制冷器和微流道是应用最为广泛的冷却技术，具有结构紧凑、易集成和制冷效果优良等优势，广泛应用于武器装备、航空航天、电子电力和生物医疗等领域。目前技术方案是单独将热电制冷器或微流道焊接在高功率器件封装结构的外部，器件产生的热量必须通过封装基板和焊接层才能传递进入热电制冷器或微流道结构内部，热传递路径较长、界面热阻较高，从而影响了器件的整体散热能力。此外，通常单独采用热电制冷器和微流道对高功率器件散热效果有效，难以满足超大功率器件和阵列功率器件对散热的要求。

发明专利内容

针对现有技术不足或改进需求，本发明专利提供了一种微流道热电制冷器的高功率器件封装结构及其制备方法，解决高功率器件高效散热问题。具体而言，采用焊料连接层连接PN型热电粒子和金属框与上基板和下基板，P型热电粒子和N型热电粒子间的间隔空间可作为微流体通道，金属框通过焊料连接层与上下基板形成四周封闭的微流体结构，从而获得微流道热电制冷器。微流道热电制冷器工作时，可同时产生热电制冷和微流道制冷的双重效果，从而大幅度提高散热效果。此外，本发明是将高功率器件直接贴装在微流道热电制冷器上基板的线路层上，完全去除了传统封装结构对封装基板和固晶层等结构，缩短了热传递路径，可有效降低器件热阻和结温，提高封装结构散热能力和集成度。

相应地，按照本发明专利的一个方面，提供了一种微流道热电制冷器的高功率器件封装结构及其制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(i)通过印刷方式在所述上基板和所述下基板的线路层上均匀印刷所述焊料连接层；

(ii)将所述热电粒子和所述金属框与所述上基板和所述下基板的线路层进行对准贴放；

(iii)通过焊接方式将所述焊料连接层熔化，将所述热电粒子和所述金属框焊接在所述上基板和所述下基板之间，从而获得微流道热电制冷器；

(iv)所述高功率器件固晶在所述微流道热电制冷器的上基板线路层，打金线连接所述高功率器件和所述微流道热电制冷器，实现封装结构内外部的电气互连。

(v)所述盖板四周均匀涂覆粘接密封层，用于连接所述盖板和所述微流道热电制冷器，形成密闭的腔体结构，获得集成微流道热电制冷器的高功率器件封装结构。

进一步的，在步骤(i)中，所述PN型热电粒子材质为碲化铋，高度为0.5-20mm，长度和宽度为0.1-5mm，热电粒子的间隔距离(微流道宽度)为0.04-5mm。

进一步的，在步骤(i)中，所述微流道介质为空气、水、乙二醇或纳米流体。

进一步的，在步骤(i)中，所述金属框材质为铁、铝、铜、银或镍等，高度与所述PN型热电粒子的高度相同，为0.5-20mm。