一种低热阻封装结构及其制备方法和应用

摘要

本发明提供一种低热阻封装结构及其制备方法和应用，所述低热阻封装结构包括PCB基板、芯片、基岛、塑封体、铜片、引脚和散热片，所述芯片的背面连接在基岛的正面上，芯片的正面连接在铜片的一端，铜片的另一端连接有引脚，塑封体灌封在基岛、铜片、芯片和引脚上，盖封住芯片，并使得远离芯片一侧的铜片表面、远离芯片一侧的基岛表面和远离铜片一端的引脚露出，露出的基岛表面和铜片表面均各自连接散热片，露出的部分引脚与PCB基板相连；通过在远离芯片的铜片和基岛的表面均各自设置散热片，使得芯片产生的热量可以同时通过基岛以及铜片各自传递给两个散热片，从而达到了快速降低芯片温度的目的。

权利要求

1.一种热阻不高于13℃/W的低热阻封装结构，其特征在于，所述低热阻封装结构包括PCB基板(1)、芯片(2)、基岛(3)、塑封体(4)、铜片(5)、引脚(6)和散热片(7)；

所述芯片(2)的背面连接在基岛(3)的正面，所述芯片(2)的正面连接在铜片(5)的一端，所述铜片(5)的另一端连接有引脚(6)；

所述塑封体(4)灌封在连接在一起的基岛(3)、铜片(5)、芯片(2)和引脚(6)上，盖封住所述芯片(2)，并使远离芯片(2)一侧的铜片(5)表面、远离芯片(2)一侧的基岛(3)表面以及远离铜片(5)一端的部分引脚(6)露出；

所述露出的基岛(3)表面以及露出的铜片(5)表面均各自通过绝缘胶(10)与散热片(7)相连，露出的部分引脚(6)与PCB基板(1)相连；

所述芯片(2)的正面通过焊球(9)焊接在铜片(5)的一端，所述引脚(6)通过焊球(9)焊接在铜片(5)的另一端；

所述塑封体(4)靠近散热片(7)的一侧表面与铜片(5)靠近散热片(7)的一侧表面持平；

所述铜片(5)的厚度为150～250μm；

所述绝缘胶(10)选择cs100系列的绝缘胶或TIS导热绝缘片，厚度为1～2μm；

所述芯片(2)的背面通过锡膏(8)与基岛(3)的正面相连。

2.根据权利要求1所述的低热阻封装结构，其特征在于，所述芯片(2)为硅芯片。

3.一种如权利要求1或2所述低热阻封装结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将芯片(2)的背面连接在基岛(3)的正面，将铜片(5)的一端连接在芯片(2)的正面，在所述铜片(5)的另一端连接上引脚(6)，将连接好的组件整体放入模具；

(2)将塑封体的原料(4)压入模具使其灌封在连接在一起的基岛(3)、铜片(5)和芯片(2)上，固化成型，成型后的塑封体(4)完全盖封住芯片(2)，并使远离芯片(2)一侧的铜片(5)表面、远离芯片(2)一侧的基岛(3)表面和远离铜片(5)一端的部分引脚(6)露出；

(3)将露出的部分引脚(6)与PCB基板(1)相连，在露出的基岛(3)表面和铜片(5)表面均各自连接散热片(7)，得到所述低热阻封装结构。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述固化成型的温度为170～

180℃。

5.一种如权利要求1或2所述的低热阻封装结构在芯片封装中的应用。

说明书

一种低热阻封装结构及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于芯片制造技术领域，具体涉及一种低热阻封装结构及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 在芯片封装技术领域，由于芯片的功能越来越复杂，芯片的体积和发热量也越来越大，因此，需要将芯片产生的热量及时传递出去，否则芯片会因温度过高而烧毁。

[0003] 目前，传统的封装结构中基岛在塑封体中间偏下的位置，芯片在基岛上面，主要通过引脚向PCB传递热量散热，在最上方加装散热器来散发热量。CN201623098U公开了一种印刷线路板芯片倒装外接散热器封装结构，包含有芯片、芯片下方的所承载的单层或多层印刷线路板、芯片到单层或多层印刷线路板的信号互连用的金属凸块和芯片与所述单层或多层印刷线路板之间的导电或不导电的导热粘结物质I，其特征在于在所述芯片上方设置有散热器，该散热器与所述芯片之间嵌置有导电或不导电的导热粘结物质II；该散热器将所述芯片和金属凸块包封在由该散热器与所述单层或多层印刷线路板围成的区域内。该实用新型能够提供散热的能力强，使芯片的热量能快速的传导到封装体外界。但是，这种封装结构中作为热源的芯片与散热器之间还有一段大热阻的塑封体阻挡，传热效果并不理想。

[0004] 因此，期待开发一种结构简单且散热效果更好的低热阻封装结构。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低热阻封装结构及其制备方法和应用，所述低热阻封装结构通过在远离芯片的铜片和基岛的表面各自设置散热片，使得芯片产生的热量能够同时通过基岛以及铜片传递给散热片，再由具有较大表面的散热片传递给空气，从而达到快速降低芯片温度的目的，使得封装结构具有较低的热阻。

[0006] 为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 第一方面，本发明提供一种低热阻封装结构，所述低热阻封装结构包括PCB基板、芯片、基岛、塑封体、铜片、引脚和散热片；

[0008] 所述芯片的背面连接在基岛的正面上，所述芯片的正面连接在铜片的一端，所述铜片的另一端连接有引脚；

[0009] 所述塑封体灌封在连接在一起的基岛、铜片、芯片和引脚上，盖封所述芯片，并使远离芯片一侧的铜片表面、远离芯片一侧的基岛表面以及远离铜片一端的部分引脚露出；

[0010] 露出的基岛表面和铜片表面均各自连接有散热片，露出的部分引脚与PCB基板相连。

[0011] 本发明所述低热阻封装结构指的是热阻不高于13℃/W的封装结构。

[0012] 本发明提供的低热阻封装结构中，所述芯片的背面设置于基岛的正面上，将芯片的正面连接在铜片的一端，铜片的另一端连接引脚，即通过铜片将芯片和引脚相连，使得基岛、芯片、铜片和引脚连接成一个整体，可以实现电导通；塑封体则整体灌封在上述连接在一起的各个组件上，使得芯片被完全盖封住，以及远离芯片一侧的铜片表面、远离芯片一侧的基岛表面以及远离铜片一端的部分引脚这三个部分露出，露出的铜片表面与散热片相连，露出的基岛表面也连接有散热片，露出的引脚的与PCB基板相连，进而将上述结构均通过引脚连接在了PCB基板上；从上述内容可见，本发明通过在铜片的表面以及基岛的表面各自连接散热片，可以使得芯片产生的热量从两个方向同时传递，即可通过铜片传递给散热片，也可通过基岛传递给散热片，再从散热片传递给空气，进而使得芯片产生的热量可快速有效地散除，使得芯片的温度降低，避免芯片因高温被烧毁，从而达到保护芯片的效果，且所述低热阻封装结构简单，可以按照现有工艺设备进行制备。

[0013] 作为本发明的优选技术方案，为了防止基岛和塑封体发生脱落和分层，本发明所述封装结构中的基岛采用纯铜冲压引线框架，四周设有防脱落锁扣。

[0014] 优选地，所述芯片的背面通过锡膏连接在基岛的正面上。

[0015] 优选地，所述芯片的正面通过焊球焊接在铜片的一端，所述引脚通过焊球焊接在铜片的另一端。

[0016] 需要说明的是，本发明对所述焊球的个数和位置不做特殊限定，只要保证焊球的位置不能影响芯片正面电路的正常使用以及能保证实现电导通即可。

[0017] 优选地，所述铜片的厚度为150 250 μm，例如170 μm、190 μm、210 μm或230 μm等。~

[0018] 优选地，所述塑封体靠近散热片的一侧表面与铜片靠近散热片的一侧表面持平。

[0019] 作为本发明的优选技术方案，限定靠近散热片的一侧表面与铜片靠近散热片的一侧表面持平是为了可以使铜片可以更好的接触散热片，铜的导热系数比塑封料大很多，可以更好的将芯片的热量传递到散热片，实现散热。

[0020] 优选地，所述芯片为硅芯片。

[0021] 优选地，所述露出的基岛表面和铜片表面均各自通过绝缘胶与散热片相连。

[0022] 优选地，所述绝缘胶可以选择cs100系列的绝缘胶或TIS导热绝缘片，通常厚度为12 μm，例如1.1 μm、1.2 μm、1.4 μm、1.6 μm或1.8 μm等。
~

[0023] 第二方面，本发明一种如第一方面所述低热阻封装结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

[0024] （1）将芯片的背面连接在基岛的正面，将铜片的一端连接在芯片的正面，再在铜片的另一端连接引脚，使得上述芯片、铜片和引脚连接在一起并整体放入模具；

[0025] （2）将塑封体的材料压入模具并灌封在连接在一起的基岛、铜片、芯片和引脚上，固化成型后完全盖封住芯片，且使得远离芯片一侧的铜片表面、远离芯片一侧的基岛表面和远离铜片一端的引脚露出；

[0026] （3）将露出的部分引脚与PCB基板相连，露出的基岛表面和铜片表面均各自连接散热片，得到所述低热阻封装结构。

[0027] 优选地，步骤（2）所述固化成型的温度为170 180℃，例如172℃、174℃、176℃或~178℃等。

[0028] 第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的低热阻封装结构在芯片封装中的应用。

[0029] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

[0030] 本发明提供的低热阻封装结构包括PCB基板、芯片、基岛、塑封体、铜片、引脚和散热片，所述芯片的背面连接在基岛的正面上，所述芯片的正面连接在铜片的一端，所述铜片的另一端连接有引脚，所述塑封体灌封在基岛、铜片、芯片和引脚上，并盖封所述芯片，使得远离芯片一侧的铜片表面、远离芯片一侧的基岛表面和远离铜片一端的引脚露出，露出的基岛表面和铜片表面均各自连接散热片，露出的部分引脚与PCB基板相连；通过在远离芯片的铜片和基岛的一侧均各自设置散热片，使得芯片产生的热量可以同时通过基岛以及铜片传递给散热片，再由散热片较大的表面传递给空气，从而达到快速降低芯片温度的目的；与传统封装结构相比，本发明提供的低热阻封装结构的热阻仅为12.174 ℃/W，芯片温度仅为80.87℃，相较于传统的封装结构提升了50%的传热效率。

附图说明

[0031] 图1为本发明提供的低热阻封装结构的剖面结构示意图；

[0032] 其中，1‑PCB基板，2‑芯片，3‑基岛，4‑塑封体，5‑铜片，6‑引脚，7‑散热片，8‑锡膏，9‑焊球，10‑绝缘胶。

具体实施方式

[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0034] 在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0035] 在一个具体实施方式中，本发明提供了一种低热阻封装结构，其剖面结构示意图如图1所示，包括PCB基板1、芯片2、基岛3、塑封体4、铜片5、引脚6、散热片7、锡膏8、焊球9和绝缘胶10；

[0036] 其中，所述芯片2的背面通过锡膏8连接在基岛3的正面上，所述芯片2的正面通过若干个焊球9焊接在铜片5的一端，铜片5的另一端通过焊球9焊接有引脚6，进而可以使得芯片2、基岛3、铜片5和引脚6连接在一起，实现电导通；

[0037] 塑封体4整体灌封在上述连接在一起的芯片2、基岛3、铜片5和引脚6上，并完全盖封住芯片2，露出远离芯片2一侧的铜片5表面，使得所述露出的铜片5的表面可以通过绝缘胶10直接和散热片7粘结，还露出远离芯片2一侧的基岛3的表面，使得所述露出的基岛3的表面可以通过绝缘胶10直接和散热片7粘结，另外还露出远离铜片5的引脚6的一端，使得露出的引脚6的一端可以与PCB基板1相连，实现整个封装结构的连接。

[0038] 在一个优选实施方式中，所述塑封体4靠近散热片7的一侧表面与铜片5靠近散热片7的一侧表面持平。

[0039] 在一个优选实施方式中，所述芯片为硅芯片。

[0040] 在一个优选实施方式中，所述绝缘胶可以选择cs100系列的绝缘胶。

[0041] 实施例1

[0042] 一种低热阻封装结构，其剖面结构示意图如图1所示，包括PCB基板1、芯片2、基岛3、塑封体4、铜片5、引脚6、散热片7、锡膏8、锡球9和绝缘胶10；

[0043] 所述低热阻封装结构的制备方法包括如下步骤：

[0044] （1）将芯片2（硅芯片）的背面通过锡膏8焊接在基岛3的正面上，将铜片5（厚度为200 μm）的一端通过若干个焊球9焊接在芯片2的正面，铜片5的另一端通过焊球9焊接引脚
6，使得芯片2、基岛3、铜片5和引脚6连接在一起，可以实现电导通，放入模具进行下一步；

[0045] （2）将塑封体4的原料（材料为环氧树脂）整体灌封在上述连接在一起的芯片2、基岛3、铜片5和引脚6上，在175℃下固化成型，降温，使得塑封体4完全盖封住芯片2，使得远离芯片2一侧的铜片5表面、远离芯片2一侧的基岛3表面和远离铜片5一端的引脚6露出；

[0046] （3）将露出的部分引脚6与PCB基板1相连，露出的基岛3表面和铜片5表面均通过绝缘胶10（cs100系列的绝缘胶，厚度为1.5 μm）各自连接上散热片7，得到所述低热阻封装结构。

[0047] 对比例1

[0048] 一种低热阻封装结构，其与实施例1的区别仅在于，结构中未设置铜片，直接将引脚通过焊球连接在芯片的正面，其他材料、结构和制备方法均与实施例1相同。

[0049] 对比例2

[0050] 一种低热阻封装结构，其与实施例1的区别仅在于，露出的铜片表面未连接散热片，其他材料、结构和制备方法均与实施例1相同。

[0051] 性能测试：

[0052] （1）热阻：使用恒定的电流源使芯片固定发热功率为5 W，在环境温度为20℃的条件下，运行直到温度恒定，测量芯片的温度，用芯片的温度减去环境温度得到的差值除功率5 W，即可得芯片到环境的热阻Rja；

[0053] （2）芯片运行温度：使用恒定的电流源使芯片固定发热功率为5 W，在环境温度为20℃的条件下，运行直到温度恒定，测量芯片的温度。

[0054] 按照上述测试方法对实施例1和对比例1 2提供的封装结构进行测试，测试结果如~表1所示：

[0055] 表1

[0056]

[0057] 根据表1数据可以看出：

[0058] 实施例1提供的低热阻封装结构的热阻较低，为12.174 ℃/W，芯片温度仅为80.87℃，说明传热效率高，芯片的温度能更好的传递出去，降低了芯片因发热而损坏的风险。

[0059] 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种低热阻封装结构及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。