[发明专利]热电模块封装结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于保持诸如半导体激光器这样的半导体装置的封装结构，尤其涉及一种热电封装模块封装结构，该热电封装模块封装结构包括金属基部和结合到金属基部周边的金属框架，其中绝缘树脂层将金属框架结合到热电模块，以用于加热或者冷却半导体装置。本发明还涉及热电模块封装结构的制造方法。

背景技术

在各种文献中已经开发和公开了各种类型的热电模块封装结构和光学模块封装结构，譬如专利文献1-3。

专利文献1：日本未审查专利申请公开号No.H07-128550

专利文献2：日本专利号No.3426717

专利文献3：日本专利号No.4101181

图8A和8B示出了包括热电模块封装结构20a和包括铜-钨(CuW)材料的金属基部21，该材料具有良好的导热性和接近铁-镍-钴合金(也就是，“Kovar”(科伐铁镍钴合金)，商标)热膨胀系数的高热膨胀系数。银钎焊合金29(熔点770℃)将金属基部21结合到包括铁-镍-钴合金(即Kovar)的金属框架22。该技术在专利文献1和2中公开。

专利文献1公开了热电模块20a通过焊料23a(熔点118-280℃)接合到封装结构20的金属基部21，该焊料包括铅(Pb)、锡(Sb)，铟(In)和铋(Bi)。专利文献3公开了诸如Sn-Ag焊料(熔点221℃)和Sn-Zn焊料(熔点199℃)这样的各种焊料。

由于大量的热电元件28如图8B所示在热电模块中线性地结合到一起，一对对的下电极24和上电极26结合到热电元件28的下端和上端。下电极24形成在陶瓷基板23上，而上电极26形成在陶瓷基板25上。保持热电模块20a的封装结构20经由陶瓷基板23和金属基部21将热量从热电元件28散发，该金属基部21包括具有160-200W/mK的导热性的铜-钨(CuW)材料；由此，该结构具有不充分的散热。

图9A和9B示出了保持热电模块30a的封装结构30，该热电模块30a经由焊料33a结合到具有400W/mK的良好热导率的金属基部31(包括铜)，而不是包括CuW材料的金属基部21。银焊料39(熔点770℃)在高温下将金属基部31结合到包括铁-镍-钴合金(即Kovar)金属框架32。热电模块30包括大量的热电元件38，这些热电元件38具有结合到下电极34和上电极36的下端和上端，该下电极34和上电极36为成对并形成在陶瓷基板33和35上。

当银焊料39将金属基部31结合到金属框架32，金属基部31由于在铜1.68×10^-6/K的热膨胀系数(或线性膨胀系数α)和铁-镍-钴合金(即Kovar)5.7×10^-6/K到6.5×10^-6/K的热膨胀系数(或线性膨胀系数α)之间的较大差异而剧烈地弯曲。金属基部31弯曲为与例如具有100μm的船底相似。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种包括金属基部和金属框架的热电模块封装结构，该金属框架用于保持热电模块，其中金属基部由诸如铜、铝和银这样良好传导材料构成，其不会在连结到金属框架之时弯曲。

本发明涉及一种适用于热电模块的封装结构，该热电模块包括夹在上电极和下电极之间的多个热电元件。该封装结构包括：金属基部，包括由铜、铝、银或合金构成的金属板；金属框架，其附接到金属基部的周边；以及绝缘树脂层，具有良好的导热性，热电模块经由该绝缘树脂层附接到金属基部上并被金属框架所围绕。金属框架经由低熔点焊料附接到金属基部，该低熔点焊料的熔点低于在热电模块中用于将热电元件与上电极和下电极连结的焊料的熔点。

在上述例子中，由于封装结构具有较小的热阻，金属基部容易地将由热电元件产生的热量消散(或排出)。由于较低熔点的焊料被用于将金属基部和金属框架连结到一起，在将金属框架焊接到金属基部时，用于形成热电元件的其他焊料并不会熔化。

还可以进一步并有次级金属板，该次级金属板包括铜、铝、银或合金，该次级金属板经由具有良好导热性的次级绝缘树脂层连接到热电模块的上电极。这使得易于连接布置在热电模块上的其他部件。

可以在金属板中形成沟槽或凹部，以与金属框架的下部接合。这使得可以建立在金属基部和金属框架之间的定位，并且改善在金属基部和金属框架之间的接合强度。

可以在金属基部的表面涂覆有金属涂层，该金属涂层具有良好的抗蚀性和良好的焊接润湿性，优选地为镍镀层或沉积在镍镀层上的金镀层。这改善了金属基部的耐蚀性，并且使得易于将散热片额外附连到金属基部。