[发明专利]封装结构、封装结构的制作方法和应用

说明书

本发明提供一种封装结构、封装结构的制作方法和应用，上述封装结构包括传导层、基板层、散热层、第一钎焊层以及第二钎焊层，传导层与基板层的一侧通过第一钎焊层结合，基板层的另一侧与散热层通过第二钎焊层结合。通过上述对封装结构的优化，避免了传统封装结构中封装基板下方金属层以及焊接层的制备，降低了从上层传导层依次到封装基板、散热层以及冷却液整个散热过程中的热阻，提升了导热效率，提高了含有此封装结构半导体器件的可靠性以及使用寿命。

技术领域

本发明涉及半导体结构技术领域，特别是涉及一种封装结构、封装结构的制作方法和应用。

背景技术

伴随着功率器件(包括发光二极管LED、激光二极管LD以及绝缘栅双极型晶体管IGBT等)不断发展，散热成为影响器件性能与可靠性的关键技术。对于电子器件而言，通常温度每升高10℃，器件有效寿命就降低30％～50％。因此，选用合适的封装材料与工艺、提高器件散热能力就成为发展功率器件的技术瓶颈。

封装基板主要利用材料本身具有的高热导率，将热量从芯片(热源)导出，实现与外界环境的热交换。对于功率半导体器件而言，封装基板必须满足具有高热导率。目前功率半导体器件均采用热电分离封装方式，器件产生的热量大部分经由封装基板传播出去，导热良好的基板可使芯片免受热破坏。其次还需要具备与芯片材料热膨胀系数匹配。功率器件芯片本身可承受较高温度，且电流、环境及工况的改变均会使其温度发生改变。由于芯片直接贴装于封装基板上，两者热膨胀系数匹配会降低芯片热应力，提高器件可靠性。同时还需要具有良好的耐热性，满足功率器件高温使用需求。此外也应具备好的绝缘性，满足器件电互连与绝缘需求。在此基础上还需要满足机械强度高以及价格适宜，以保证在器件加工、封装与应用过程的强度要求和大规模生产及应用。

陶瓷基板作为目前常用电子封装基板中的一种。陶瓷材料本身具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度以及与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为功率器件封装基板，目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、汽车电子、深海钻探等领域得到广泛应用。对于车规级功率半导体器件，由于本身较高的功率密度，整个器件的发热量也维持在一个较高的水平，在实际的应用过程中，通常会采用液冷的方式将模块工作产生的热量传导出去。传统的功率半导体器件10的结构如图1所示，包括键合线101、芯片102、芯片焊接层103以及封装结构104。具体地，封装结构104包括陶瓷基板的上层铜箔1041、陶瓷基板的陶瓷层1042、陶瓷基板的下层铜箔1043、陶瓷基板的焊接层1044、散热底板1045以及导热柱1046。上述封装结构104承担了传导热量和器件内外部电气绝缘的重要功能，陶瓷基板的陶瓷层1042与含有导热柱1046的散热基板1045经由焊接层1044(通常导热系数60W/m·k，厚度0.2mm～0.4mm)以及陶瓷基板的下层铜箔1043进行连接。在功率半导体器件的封装工艺中，为了形成上述封装结构，传统的工艺路线会先进行陶瓷基板的制备，然后在制备完成的陶瓷基板上进行芯片102贴装、焊接以及键合等前序封装工艺。之后将带有芯片102的陶瓷基板通过真空回流焊的工艺与散热底板1045实现连接，连接完成之后进行模封(或灌胶)等后序封装工艺。上述由于焊接层1044的存在不仅导热性能较差，不利于热量传递到散热底板1045，而且整个工艺繁琐。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高散热效果的封装结构、封装结构的制作方法和应用。

本发明提供一种封装结构，包括传导层、基板层、散热层、第一钎焊层以及第二钎焊层，所述传导层与所述基板层的一侧通过所述第一钎焊层结合，所述基板层的另一侧与所述散热层通过所述第二钎焊层结合。

在其中一个实施例，所述第一钎焊层的材料以及所述第二钎焊层的材料为Ag-Cu-Ti合金。

在其中一个实施例，所述Ag-Cu-Ti合金以重量百分比计，包括68％～78％的Ag、20％～28％的Cu以及2％～8％的TiH₂。

在其中一个实施例，所述第一钎焊层的厚度为0.1μm～30μm；和/或