CN111933598A - 一种散热型芯片载体及散热型半导体封装产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种散热型芯片载体及散热型半导体封装产品，该散热型芯片载体包括载体本体和若干下金属散热管；所述下金属散热管固设于所述载体本体的底部，并与所述载体本体的底部接触；所述下金属散热管的两端分别具有下进液口和下出液口；所述下进液口用于供外部的冷却介质流入所述下金属散热管的内部，所述下出液口用于供所述下金属散热管内的冷却介质流出；该散热型半导体封装产品，包括上述散热型封装芯片，还包括芯片和封装胶体，所述芯片固定于所述散热型芯片载体的载芯区，所述封装胶体包覆所述芯片和所述散热型芯片载体；本发明的散热型芯片载体及散热型半导体封装产品具有良好的散热性能，可靠性高。

Description

一种散热型芯片载体及散热型半导体封装产品

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种散热型芯片载体及散热型半导体封装产品。

背景技术

半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用；散热型半导体封装产品，是将芯片(或晶片)固定到相应的散热型芯片载体上，在芯片与散热型芯片载体完成必要的电性连接后，为了避免内部电路受到环境中的液、尘、气体的污染，在芯片以及散热型芯片载体上包覆一层保护用的封装胶体以形成散热型半导体封装产品；但是，对于大功率散热型半导体封装产品而言，内部的功率器件在工作时容易产生热量，若热量无法及时有效地传递至散热型半导体封装产品之外，积存的热量会大大影响芯片工作的性能，从而影响散热型半导体封装产品的可靠性。

现有技术中，一般通过封装胶体将芯片产生的热量传导至外部大气，但是，封装胶体的导热性不佳，导致现有的散热型半导体封装产品的散热性能不佳。市面上还有一些散热型半导体封装产品，通过在散热型半导体封装产品上加装金属散热器(如齿形散热器)来实现散热型半导体封装产品的散热，但是，由于散热器与芯片之间的热交换效率、散热器与大气之间的热交换效率都相对有限，导致现有的散热型半导体封装产品的散热性能有限。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于：提供一种散热型芯片载体，其具有良好的散热性能。

本发明实施例的另一个目的在于：提供一种散热型半导体封装产品，其具有良好的散热性能，可靠性高。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种散热型芯片载体，包括载体本体和若干下金属散热管；所述下金属散热管固设于所述载体本体的底部，并与所述载体本体的底部接触；所述下金属散热管的两端分别具有下进液口和下出液口；所述下进液口用于供外部的冷却介质流入所述下金属散热管的内部，所述下出液口用于供所述下金属散热管内的冷却介质流出。

作为优选，所述下金属散热管为铜管。

作为优选，所述载体本体为引线框架，所述下金属散热管为折弯型散热管。

作为优选，所述下金属散热管的外壁具有结合平面，所述结合平面通过焊材层焊接于所述载体本体的底部。

作为优选，所述下金属散热管为圆管，所述载体本体的底部设有若干弧形凹槽，所述圆管嵌入所述弧形凹槽内，所述圆管的外壁与所述弧形凹槽的槽壁抵接。

一种散热型半导体封装产品，包括上述的散热型芯片载体，还包括芯片和封装胶体，所述芯片固定于所述散热型芯片载体的载芯区，所述封装胶体包覆所述芯片和所述散热型芯片载体。

作为优选，所述散热型半导体封装产品还设有若干上金属散热管，若干所述上金属散热管位于所述芯片的上方，所述上金属散热管与所述封装胶体固定连接；所述上金属散热管的两端分别设有上进液口和上出液口。

作为优选，还包括金属框，所述金属框固定于所述封装胶体的顶部，若干所述上金属散热管通过焊材层焊接于所述金属框的顶部。

作为优选，所述上金属散热管和/或所述下金属散热管的内壁设有散热层，所述散热层为石墨烯散热层或高散热碳化物散热层。

作为优选，所述上金属散热管和所述下金属散热管为折弯型散热管。

本发明的有益效果为：该散热型芯片载体具有良好的散热性能；该散热型半导体封装产品具有良好的散热性能，可靠性高。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例所述散热型芯片载体的结构示意图；

图2为本发明其一实施例所述散热型半导体封装产品的结构示意图；

图3为本发明另一实施例所述散热型半导体封装产品的结构示意图；

图4为本发明另一实施例所述散热型半导体封装产品的结构示意图；

图5为本发明另一实施例所述散热型半导体封装产品的结构示意图；

图6为本发明所述散热型芯片载体的仰视图、或所述散热型半导体封装产品的仰视图、或所述散热型半导体封装产品的俯视图；

图中：100、散热型芯片载体；110、下金属散热管；120、下开口；121、下进液口；122、下出液口；130、载芯区；140、引脚；200、芯片；300、封装胶体；410、上金属散热管；420、上开口；421、上进液口；422、上出液口；500、金属框；600、金属导线。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征液平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征液平高度小于第二特征。

本发明提出一种散热型芯片载体100，其在应用于散热型半导体封装产品时，能够发挥良好的散热性能。

如图1-6所示，在本发明的所述散热型芯片载体100的一实施例中，所述散热型芯片载体100包括载体本体和若干下金属散热管110；所述下金属散热管110固设于所述载体本体的底部，且所述下金属散热管110与所述载体本体的底部接触；所述下金属散热管110的两端分别具有下开口120，两端的所述下开口120分别为下进液口121和下出液口122；所述下进液口121用于供外部的冷却介质流入所述下金属散热管110的内部，所述下出液口122用于供所述下金属散热管110内的冷却介质流出。

本发明的散热型芯片载体100在应用于散热型半导体封装产品时，将冷却装置的导入管与所述下进液口121对接，通过冷却装置的冷却泵往所述下金属散热管110内泵入冷却介质，冷却介质可以采用水也可以采用其他冷却专用液，冷却介质由所述下进液口121进入所述下金属散热管110后，在液压作用下在所述下金属散热管110内往所述下出液口122的方向流动；冷却介质流动时，直接接触所述下金属散热管110的壁面，可直接地与所述散热型芯片载体100进行热交换，吸收了散热型芯片载体100的热量的冷却介质由所述下出液口122流出所述散热型芯片载体100，从而可降低所述散热型芯片载体100上的热量。

本发明通过在载体本体的底部设置下金属散热管110，由于载体本体的顶部用于承载芯片200，且下金属散热管110与所述载体本体抵接接触，设于散热型芯片载体100底部的下金属散热管110与芯片200之间的间距也相对较小，且金属材质的下金属散热管110的导热性能良好，使得芯片200产生的热量能够高效地传递至下金属散热管110内，使得所述散热型芯片载体100在应用于散热型半导体封装产品时，可以往下金属散热管110内导入液态的冷却介质，液态的冷却介质在所述下金属散热管110内流动的过程中，能够高效地吸收下金属散热管110内的热量，从而能够带走大部分由芯片200产生的热量。

本发明的散热型芯片载体100，在加工制造时，可以无需改变载体本体(如引线框架)的制程，既方便加工制造，又具有良好的散热性能。

本发明的散热型芯片载体100，通过在载体本体的底部设置下金属散热管110，使得所述散热型芯片载体100在应用于散热型半导体封装产品时，下金属散热管110距离芯片200更加接近，使得下金属散热管110与芯片200之间的热交换效率更高；并且，本发明的散热型芯片载体100通过提供液态冷却介质流动通过的下金属散热管110，使得其在应用时，能够采用液冷的方式进行散热，流动的液态冷却介质与下金属散热管110之间的热交换效率相对较高，从而提高了该散热型芯片载体100的散热性能。

进一步地，所述散热型芯片载体100的顶部具有载芯区130，所述载芯区130用于固定芯片200；在一些实施例中，所述芯片200通过焊接材料焊接固定于所述载芯区130。

进一步地，在本发明的所述散热型芯片载体100的又一实施例中，所述散热型芯片载体100为金属散热型芯片载体100或多层散热型芯片载体100；当所述散热型芯片载体100为多层散热型芯片载体100时，所述散热型芯片载体100包括顶部的焊片层和底部的散热层，若干所述散热通道设于所述散热层，所述焊片层与所述散热层均为金属层；如此，能够通过提高所述散热型芯片载体100的导热系数，以提高所述散热通道与所述载芯区130之间的热交换效率。

进一步地，所述载体本体为引线框架，所述引线框架包括基岛和引脚140，所述引线框架的基岛用于承载芯片200，所述引脚140用于与所述芯片200电连接。

进一步地，在本发明的所述散热型芯片载体100的另一实施例中，所述下金属散热管110为中空的铜管，铜管具有良好的导热性能。

进一步地，如图6所示，在本发明的所述散热型芯片载体100的另一实施例中，所述下金属散热管110为具有若干折弯部的折弯型散热管，采用折弯型散热管，冷却介质在通过所述折弯部时，折弯部对冷却介质起到一定扰流作用，扰流有利于提升所述散热通道内的温度的均匀性，从而保证散热的均匀性；并且，有利于控制冷却介质在下金属散热管110内的流动速度，以保证下金属散热管110内的冷却介质与下金属散热管110进行充分的热交换。

进一步地，如图4所示，在本发明的所述散热型芯片载体100的另一实施例中，所述下金属散热管110的外壁具有结合平面，所述结合平面通过焊材层焊接于所述载体本体的底部，焊材层由焊接结合材料固化形成，焊接结合材料可以采用焊锡等。

本实施例采用方形的下金属散热管110，相对于圆形管，采用具有平整的结合平面的下金属散热管110，结合平面能够提供相对较大较平整的侧壁，以方便将所述下金属散热管110的结合平面直接通过焊接材料焊接于所述载体本体，如此，还能够提高下金属散热管110与所述载体本体的接触面积，有利于提升导热性能，从而提高散热性能；并且，由于采用了具有结合平面的下金属散热管110，无需在所述载体本体的底部设置凹槽以嵌入所述下金属散热管110，也可以保证所述下金属散热管110与所述载体本体之间的有效接触面，也有利于将折弯型的下金属散热管110直接焊接于所述载体本体。

进一步地，所述下金属散热管110的横截面为多边形。

进一步地，所述下金属散热管110为方形的下金属散热管110。

进一步地，如图5所示，在本发明的所述散热型芯片载体100的另一实施例中，所述下金属散热管110为圆管，所述载体本体的底部设有若干弧形凹槽，所述圆管嵌入所述弧形凹槽内，所述圆管的外壁与所述弧形凹槽的槽壁抵接；通过在所述载体本体的底部加工所述弧形凹槽，既使所述下金属散热管110能够更稳定地固定于所述载体本体的底部，又能够保证所述下金属散热管110与所述载体本体之间相互接触的面积，从而提升散热性能。

进一步地，所述弧形凹槽可以通过化学腐蚀加工或铣削加工等方式加工形成。

进一步地，所述弧形凹槽的弧度与所述圆管的外壁的弧度相匹配。

进一步地，所述圆管与所述弧形凹槽之间，通过焊接材料焊接结合。

本发明还提出了一种散热型半导体封装产品，其具有良好的散热性能，可靠性高。

如图1-6所示，在本发明的散热型半导体封装产品的一实施例中，该散热型半导体封装产品包括上述的散热型芯片载体100，还包括芯片200和封装胶体300，芯片200固定于所述散热型芯片载体100的载芯区130，所述封装胶体300包覆所述芯片200和所述散热型芯片载体100，以对芯片200进行电气保护和物理保护。

具体地，所述封装胶体300至少包覆所述散热型芯片载体100的载芯区130。

本发明的散热型半导体封装产品，采用了具有金属散热管的散热型芯片载体100，其在工作时，由芯片200发出的热量，直接传递给所述载体本体，所述载体本体的导热效率良好，而与所述载体本体接触的金属散热管内通液时，冷却介质直接与所述金属散热管的内壁进行热交换，从而能够对所述散热型半导体封装产品进行高效地散热。

进一步地，在本发明的散热型半导体封装产品的另一实施例中，为了提升该散热型半导体封装产品的散热性能，在芯片200的上方也设置了金属散热管。

具体地，位于所述散热型芯片载体100底部的所述金属散热管为下金属散热管110，所述下金属散热管110的进液口为下进液口121，所述下金属散热管110的出液口为下出液口122；

所述散热型半导体封装产品还设有若干上金属散热管410，若干所述上金属散热管410位于所述芯片200的上方，所述上金属散热管410与所述封装胶体300固定连接；所述上金属散热管410的两端分别设有上开口420，两端的所述上开口420分别为上进液口421和上出液口422。

本实施例通过在所述芯片200的两个较大的发热面旁侧设置金属散热管，也即在所述芯片200的顶面的上方设置上金属散热管410，在所述芯片200的底面的下方设置下金属散热管110，如此可以双向散热，提升所述散热型半导体封装产品的散热性能。

进一步地，在本发明的散热型半导体封装产品的另一实施例中，为了方便在所述散热型半导体封装产品中设置所述上金属散热管410，所述散热型半导体封装产品还包括金属框500，所述金属框500固定于所述封装胶体300的顶部，若干所述上金属散热管410固定于所述金属框500的顶部，且所述金属散热管与所述金属框500接触。

在一实施例中，该设有金属框500的散热型半导体封装产品制造方法如下：

金属框500准备步骤：所述金属框500包括竖框和横框；

下金属散热管110焊接步骤：将所述下金属散热管110焊接于所述载体本体的底部，以形成散热型芯片载体100；

芯片200焊接步骤：将芯片200焊接于散热型芯片载体100的顶部的载芯区130，采用金属导线600将芯片200与散热型芯片载体100的引脚140进行电连接；

金属框500焊接步骤：将所述竖框焊接于所述散热型芯片载体100的侧壁，以使所述竖框、所述散热型芯片载体100的顶部围成灌胶空间；

灌胶步骤：将环氧树脂等封装材料由所述金属框500顶部的灌胶口灌入所述灌胶空间内，封装材料固化后形成封装胶体300，封装胶体300的顶部与所述金属框500的横框的底部接触；

上金属散热管410焊接步骤：将所述上金属散热管410焊接于所述金属框500的横框的顶部。

进一步地，在所述金属框500的横框上设有灌胶口。

进一步地，所述金属框500为铜框，铜框具有良好的导热性能。

本实施例的所述散热型半导体封装产品，相对于直接在封装胶体300的顶部固定所述上散热金属管，更便于加工制造；采用金属框500，所述金属框500与所述散热型芯片载体100可围成灌胶空间，只需要将灌胶空间内灌满封装材料，封装材料固化后，封装胶体300能够与金属框500可靠结合，而金属框500为所述散热金属管提供了焊接载体，散热金属管能够与金属框500可靠结合。

进一步地，在本发明的所述散热型半导体封装产品的另一实施例中，所述上金属散热管410和/或所述下金属散热管110的内壁设有散热层，所述散热层为石墨烯散热层或高散热碳化物散热层。

进一步地，所述上金属散热管410和所述下金属散热管110的内壁镀有石墨烯散热层；如此设置，可以利用石墨烯的高导热性能，提高所述上金属散热管410和所述下金属散热管110的导热效率，从而提升所述散热型半导体封装产品的散热性能。

需要说明的是，镀石墨烯的方法为本领域成熟的技术，此不赘述。

进一步地，在本发明的散热型半导体封装产品的另一实施例中，所述上金属散热管410和所述下金属散热管110为具有若干折弯部的折弯型散热管，如此，能够提高所述散热型半导体封装产品的散热性能。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左、”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种散热型芯片载体(100)，其特征在于，包括载体本体和若干下金属散热管(110)；所述下金属散热管(110)固设于所述载体本体的底部，并与所述载体本体的底部接触；所述下金属散热管(110)的两端分别具有下进液口(121)和下出液口(122)；所述下进液口(121)用于供外部的冷却介质流入所述下金属散热管(110)的内部，所述下出液口(122)用于供所述下金属散热管(110)内的冷却介质流出。

2.根据权利要求1所述的散热型芯片载体(100)，其特征在于，所述下金属散热管(110)为铜管。

3.根据权利要求1所述的散热型芯片载体(100)，其特征在于，所述载体本体为引线框架，所述下金属散热管(110)为折弯型散热管。

4.根据权利要求1-3任一项所述的散热型芯片载体(100)，其特征在于，所述下金属散热管(110)的外壁具有结合平面，所述结合平面通过焊材层焊接于所述载体本体的底部。

5.根据权利要求1-3任一项所述的散热型芯片载体(100)，其特征在于，所述下金属散热管(110)为圆管，所述载体本体的底部设有若干弧形凹槽，所述圆管嵌入所述弧形凹槽内，所述圆管的外壁与所述弧形凹槽的槽壁抵接。

6.一种散热型半导体封装产品，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的散热型芯片载体(100)，还包括芯片(200)和封装胶体(300)，所述芯片(200)固定于所述散热型芯片载体(100)的载芯区(130)，所述封装胶体(300)包覆所述芯片(200)和所述散热型芯片载体(100)。

7.根据权利要求6所述的散热型半导体封装产品，其特征在于，所述散热型半导体封装产品还设有若干上金属散热管(410)，若干所述上金属散热管(410)位于所述芯片(200)的上方，所述上金属散热管(410)与所述封装胶体(300)固定连接；所述上金属散热管(410)的两端分别设有上进液口(421)和上出液口(422)。

8.根据权利要求7所述的散热型半导体封装产品，其特征在于，还包括金属框(500)，所述金属框(500)固定于所述封装胶体(300)的顶部，若干所述上金属散热管(410)通过焊材层焊接于所述金属框(500)的顶部。

9.根据权利要求7所述的散热型半导体封装产品，其特征在于，所述上金属散热管(410)和/或所述下金属散热管(110)的内壁设有散热层，所述散热层为石墨烯散热层或高散热碳化物散热层。

10.根据权利要求8所述的散热型半导体封装产品，其特征在于，所述上金属散热管(410)和所述下金属散热管(110)为折弯型散热管。

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