[发明专利]随功率变化自动调节散热能力的半导体结构及其封装方法

说明书

本发明公开了一种随功率变化自动调节散热能力的半导体结构及其封装方法，涉及半导体制造领域。半导体结构包括框架基岛均温板、芯片、框架管脚和封装层。本发明通过在框架基岛均温板的蒸汽腔内壁设置沟槽，在沟槽内设有电响应水凝胶，并在蒸汽腔填充有与电响应水凝胶相匹配的液体工质，使框架基岛均温板形成基于相变传热的自适应均温板。当输入功率变化时，电响应水凝胶在电信号的刺激下收缩以及溶胀改变框架基岛均温板的沟槽宽深比，达到改变液体工质的运输能力，进而改变框架基岛均温板的导热率。由于调节过程是随输入功率变化而自动调整，实现半导体器件始终在最佳温度下工作，以利于发挥半导体器件的最大效率。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是一种随功率变化自动调节散热能力的半导体结构及其封装方法。

背景技术

半导体器件广泛应用轨道交通、新能源汽车、家电等众多领域，然而半导体功率器件在工作过程中会产生大量的热。有研究表明有55％的半导体器件是由于温度的原因导致失效的，因此保证半导体器件工作在最佳工作温度，是发挥器件最大效率的关键。半导体器件大多采用塑封结构，芯片底板采用铜基板，顶部采用环氧树脂包裹，这种结构成本低,生产工艺简单，但顶部导热受阻，底板导热率不高且不能随功率变化进行调整，进而不能保证器件在不同功率下都能处于最佳工作温度。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种随功率变化自动调节散热能力的半导体结构及其封装方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：本发明第一方面公开了一种随功率变化自动调节散热能力的半导体结构，包括框架基岛均温板、芯片、框架管脚和封装层；框架基岛均温板内设有蒸汽腔，蒸汽腔的内壁设有沟槽，沟槽内设有电响应水凝胶，蒸汽腔填充有与电响应水凝胶相匹配的液体工质；芯片设置在框架基岛均温板上；框架管脚的设置数量为若干个，至少一个框架管脚与框架基岛均温板电连接，不与框架基岛均温板连接的框架管脚与芯片电连接；封装层用于包裹框架基岛均温板和芯片以形成半导体结构。

可选地，框架基岛均温板包括上板件和下板件，上板件与下板件盖合构成具有蒸汽腔的框架基岛均温板，上板件和下板件均设有沟槽，位于上板件的沟槽与位于下板件的沟槽上下对称设置。

可选地，沟槽的设置数量为若干个，若干个沟槽相连通。

可选地，封装层的材质为填充型高导热环氧树脂复合材料。

可选地，填充型高导热环氧树脂复合材料中的填料包括氧化物填料或氮化物填料中的一种或多种，其中氧化物填料为Al₂O₃、SiO₂或ZnO中的一种或多种；氮化物填料为BN、AlN或Si₃N₄中的一种或多种。

可选地，液体工质为去离子水。

本发明第二方面还公开了一种封装方法，应用于制备本发明第一方面任一项的随功率变化自动调节散热能力的半导体结构，方法包括：

在框架基岛均温板的蒸汽腔的内壁蚀刻出沟槽，基于电离印刷技术在沟槽内固定预设厚度的电响应水凝胶，向蒸汽腔内注入预设量的液体工质，并对蒸汽腔抽真空，制备出框架基岛均温板；

基于真空辅助自组装技术将高导热率绝缘填料填入环氧树脂混合均匀，形成封装原料；

将芯片粘接在框架基岛均温板上；

将至少一个框架管脚与框架基岛均温板焊接，通过引线将不与框架基岛均温板连接的框架管脚与芯片焊接，得到半成品；

对半成品进行电性能测试；

将封装原料放入注塑机，注射出塑封料将芯片、框架基岛均温板均温板以及引线封装保护，形成封装层，得到半导体结构。

可选地，方法还包括剔除半导体结构的溢胶。