[发明专利]一种新型大功耗芯片封装结构及封装方法

说明书

本发明提供一种新型大功耗芯片封装结构及封装方法，从上至下依次包括钼铜载板、裸芯片层、陶瓷基板、球状焊盘、金属盖板；裸芯片层位于钼铜载板的底部，球状焊盘设置在陶瓷基板底层，在陶瓷基板内侧设有多层台阶结构，台阶结构上的金属焊盘通过金丝与裸芯片层上的芯片互联；钼铜载板的上表面是整个封装结构的散热面。本发明结构中钼铜载板和陶瓷基板均有气密特性，并通过金属盖板的平行封焊完成整个结构腔体的气密。保证了该封装结构可以在湿热、烟雾、霉菌等恶劣环境下长期可靠的工作。裸片与基板采用共晶烧结可以将空洞率控制在30%以内，进一步提高导热及散热效果。

技术领域

本发明属于大功率芯片封装领域，具体涉及一种新型大功耗芯片封装结构及封装方法。

背景技术

目前的纯陶瓷工艺散热效果不理想，只能封装小功率芯片。

传统的塑封由于芯片散热面在底面（BOTTOM面），其需要在印制板上打通孔辅助散热才能达到散热效果，其弊端是背面不能布线。

在相控阵系统中，射频有源芯片主要集中在射频收发模块（TR模块）中，这也使得TR模块成为整个系统的核心部件，射频有源芯片占用了TR模块的大部分面积和绝大部分的功耗。相控阵系统的设备在不断的往小型化和高集成化方向发展，需要不断的压缩各分部件的体积才能满足应用场景的需求，其中TR模块面积的压缩主要是靠将射频芯片进行封装来减小占用面积，但将芯片封装后会带来一系列的散热问题需要解决，因此如何实现大功耗芯片的封装是芯片小型化应用中的关键技术之一。

现有芯片封装设计中往往都不能很好的解决芯片散热问题，如在论文《基于QFN封装的X波段GaAs T/R套片设计》中介绍的一种QFN封装工艺，将芯片粘接在封装内部的大焊盘上，使用时再将整个QFN封装焊接到PCB上，但PCB的导热能力不好，会影响芯片的散热。

如CN209471961U公开的《一种一体化集成电路封装结构》，其采用将裸芯片包裹于人造电介质塑封材料中，然后通过底面的球栅阵列与其它部分互联。该方式虽然可以实现小尺寸封装，但人造电介质塑封材料的导热系数十分有限，不利于芯片热量的散出，因此无法适用于大功率应用场景中。

由于大功率和小型化射频相控阵系统的迫切需求，传统的封装形式很难再满足工程应用。这就亟需在大功率和小型化的应用前景下寻求芯片封装快速散热的新架构。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型大功耗芯片封装结构及封装方法，解决传统的塑封需要通孔辅助散热的问题，让印制板布局不受约束，走线更轻松。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种新型大功耗芯片封装结构，从上至下依次包括钼铜载板、裸芯片层、陶瓷基板、球状焊盘、金属盖板；

裸芯片层位于钼铜载板的底部，裸芯片层的正面朝向陶瓷基板的正面，球状焊盘设置在陶瓷基板底层，

在陶瓷基板内侧设有多层台阶结构，台阶上靠近裸芯片层的位置处设有金属焊盘，台阶向下凸出的最高处连接金属盖板，金属焊盘通过金丝与裸芯片层上的芯片互联；

钼铜载板的上表面是整个封装结构的散热面。

作为优选方式，所述球状焊盘为焊锡球，焊锡球直径为0.2mm，通过植球工艺将所述球状焊盘设置在所述陶瓷基板底层的圆形焊盘上。

作为优选方式，陶瓷基板为多层板设计成的围框结构。

作为优选方式，在陶瓷基板内部布置射频线和控制供电线，球状焊盘与所述陶瓷基板的内部走线互连，从而实现将所述裸芯片层上裸芯片的电气管脚引出。

作为优选方式，所述陶瓷基板与所述钼铜载板采用焊料焊接形成一个整体。

作为优选方式，裸芯片层通过焊接工艺焊接在钼铜载板的底部。可以减小热阻，提高散热能力；