專利名稱：一種帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子封裝用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件。
背景技術(shù)：
隨著集成電路向高密度、小型化和多功能化方向發(fā)展，對(duì)電子封裝提出了更高的要求。目前電子封裝的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，首先將具有藍(lán)寶石或SiC襯底的芯片(Ia)焊接在銅熱沉(3a)上，然后再焊接到帶有線路層的鋁合金基板(5a)上，鋁合金基板再焊接于外部散熱組件(7a)上。芯片的熱量通過(guò)內(nèi)熱通路傳導(dǎo)至熱沉而后至基板，基板再將熱量傳導(dǎo)至外部散熱組件，散熱組件通過(guò)空氣對(duì)流或向外輻射散熱。這種結(jié)構(gòu)中各組件通過(guò)焊接的方式進(jìn)行連接，由于焊膏的熱導(dǎo)率較低，熱阻很大，造成熱量不能有效散出，成為制約芯片向大功率發(fā)展的主要障礙。而且，隨著芯片功率的不斷增大，與基板連接的散熱組件的散熱功能勢(shì)必增強(qiáng)，其體積和質(zhì)量將會(huì)不斷增大，結(jié)構(gòu)也會(huì)變得更加復(fù)雜。因此，研發(fā)更高導(dǎo)熱率的材料以及設(shè)計(jì)散熱更好的結(jié)構(gòu)成為電子元件向高功率和小型化發(fā)展的必然趨勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)合理、散熱效果好、熱阻低、與芯片相匹配、輕量化、使用壽命長(zhǎng)的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用高導(dǎo)熱低膨脹復(fù)合材料熱沉組件。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案一種帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，它由復(fù)合材料熱沉、殘留金屬層、冷卻管、絕緣層和半導(dǎo)體芯片組成，所述復(fù)合材料熱沉與所述殘留金屬層為一體成型，中間無(wú)任何粘結(jié)層，所述殘留金屬層內(nèi)部設(shè)有所述冷卻管，所述冷卻管內(nèi)設(shè)置冷卻液， 所述復(fù)合材料熱沉上設(shè)有所述絕緣層，所述復(fù)合材料熱沉上表面設(shè)有一凹穴放置半導(dǎo)體芯片。所述凹穴可設(shè)于所述復(fù)合材料熱沉上表面中間位置處。所述的復(fù)合材料熱沉材質(zhì)為具有高導(dǎo)熱、低膨脹特性的復(fù)合材料。所述的復(fù)合材料熱沉材質(zhì)優(yōu)選金剛石/銅、金剛石/鋁、金剛石/銀或者碳纖維/ 銅/鋁/銀。所述冷卻管橫截面為圓形、梯形、方形、V型或者其他二次曲線，縱截面為連續(xù)的U 字形、連續(xù)的V字形、連續(xù)的梯形或長(zhǎng)城形。所述的冷卻管的管口直徑可為60 μ m 5mm。所述冷卻管的進(jìn)水口和出水口可設(shè)置在所述殘留金屬層的底部或側(cè)面。所述冷卻管內(nèi)部的冷卻液可為水、甲醇、乙醇、液氮、甘醇或者其他具有冷卻效果的液體。所述絕緣層鍍覆在所述復(fù)合材料熱沉上。本實(shí)用新型的有益效果如下(1)本發(fā)明的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用高導(dǎo)熱低膨脹復(fù)合材料熱沉組件，由梯度復(fù)合材料(高導(dǎo)熱低膨脹復(fù)合材料層及金屬)和水冷通道組成的熱沉組件；由于復(fù)合材料熱沉采用高導(dǎo)熱、低膨脹材料制成，可快速傳遞芯片產(chǎn)生的熱量，同時(shí)與芯片熱膨脹系數(shù)相匹配，減少熱應(yīng)力，避免因熱失配導(dǎo)致芯片破裂損壞、強(qiáng)度下降、耐熱沖擊性降低，產(chǎn)生封裝裂紋、空洞、鈍化和離層等各種缺陷，延長(zhǎng)了使用壽命。(2)殘留的金屬層與復(fù)合材料熱沉一體成型，中間無(wú)任何粘結(jié)層；避免了原有結(jié)構(gòu)中熱沉與基板之間的焊接層，減小了熱阻，有利于散熱。(3)殘留的金屬層內(nèi)部精密機(jī)械加工成冷卻管，簡(jiǎn)化了在基板外部連接散熱組件的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了輕量化。(4)采用液體冷卻的方式進(jìn)行散熱，散熱效率更高，芯片結(jié)溫降低更明顯。
圖1為傳統(tǒng)典型的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)在圖1中，Ia-芯片，2a_焊接層，3a_熱沉，4a_焊接層，5a_基板，6a_焊接層，7a_外部散熱組件。在圖2、3中，1 -復(fù)合材料熱沉，2-殘留金屬層，3-冷卻管，4-熱沉絕緣層，5-芯片。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1(見圖2):由圖2可知，本實(shí)施例帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，它由復(fù)合材料熱沉1、殘留金屬層2、冷卻管3、絕緣層4和半導(dǎo)體芯片5組成；復(fù)合材料熱沉1與殘留金屬層2為一體成型，中間無(wú)任何粘結(jié)層；殘留金屬層2內(nèi)部精密機(jī)械加工有冷卻管3， 冷卻管3內(nèi)設(shè)置冷卻液，復(fù)合材料熱沉1上設(shè)有絕緣層4，復(fù)合材料熱沉1上表面中間位置處設(shè)有一凹穴放置半導(dǎo)體芯片5。所述的復(fù)合材料熱沉1為高導(dǎo)熱低膨脹的金剛石/銅復(fù)合材料。所述的表面殘留金屬層2內(nèi)部精密機(jī)械加工的冷卻管3橫截面為圓形、縱截面為長(zhǎng)城形。所述的冷卻管3的管口直徑為2mm。所述的冷卻管3的進(jìn)水口和出水口在殘留金屬層2的底部。所述的冷卻管3內(nèi)部的冷卻液為水。與采用傳統(tǒng)熱沉的電子封裝器件相比，采用此帶有散熱結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料熱沉的電子封裝器件的芯片結(jié)溫降低20%左右。實(shí)施例2 (見圖3):由圖3可知，實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是復(fù)合材料熱沉1為高導(dǎo)熱低膨脹的碳纖維/銀復(fù)合材料，冷卻管3的縱截面為連續(xù)的V字形，冷卻管3的管口直徑為1mm，冷卻管 3內(nèi)部的冷卻液為乙醇。
權(quán)利要求1.一種帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于它由復(fù)合材料熱沉(1)、殘留金屬層O)、冷卻管(3)、絕緣層(4)和半導(dǎo)體芯片( 組成，所述復(fù)合材料熱沉 (1)與所述殘留金屬層( 為一體成型，中間無(wú)任何粘結(jié)層，所述殘留金屬層O)內(nèi)部設(shè)有所述冷卻管(3)，所述冷卻管(3)內(nèi)設(shè)置冷卻液，所述復(fù)合材料熱沉(1)上設(shè)有所述絕緣層 G)，所述復(fù)合材料熱沉(1)上表面設(shè)有一凹穴放置半導(dǎo)體芯片(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述的復(fù)合材料熱沉(1)材質(zhì)為具有高導(dǎo)熱、低膨脹特性的復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述的復(fù)合材料熱沉(1)材質(zhì)為金剛石/銅、金剛石/鋁、金剛石/銀或者為碳纖維/ 銅/鋁/銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述冷卻管C3)橫截面為圓形、梯形、方形、V型或者其他二次曲線，縱截面為連續(xù)的U 字形、連續(xù)的V字形、連續(xù)的梯形或長(zhǎng)城形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述的冷卻管⑶的管口直徑為60 μ m 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述冷卻管(3)的進(jìn)水口和出水口設(shè)置在所述殘留金屬層O)的底部或側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述冷卻管(3)內(nèi)部的冷卻液為水、甲醇、乙醇、液氮、甘醇或者其它具有冷卻效果的液體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述絕緣層(4)鍍覆在所述復(fù)合材料熱沉(1)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，其特征在于所述凹穴設(shè)于所述復(fù)合材料熱沉(1)上表面中間位置處。
專利摘要本實(shí)用新型公開了電子封裝用技術(shù)領(lǐng)域的一種帶有散熱結(jié)構(gòu)的電子封裝用復(fù)合材料熱沉組件，它包括復(fù)合材料熱沉和殘留金屬層，復(fù)合材料熱沉與殘留金屬層為一體成型，殘留金屬層內(nèi)部設(shè)有冷卻管，冷卻管內(nèi)設(shè)置冷卻液，復(fù)合材料熱沉上表面中間位置處設(shè)有一凹穴放置半導(dǎo)體芯片，復(fù)合材料熱沉上設(shè)有絕緣層。由于復(fù)合材料熱沉采用高導(dǎo)熱、低膨脹材料制成，可快速傳遞芯片產(chǎn)生的熱量，殘留的金屬層與復(fù)合材料熱沉一體成型，避免了原有結(jié)構(gòu)中熱沉與基板之間的焊接層，減小了熱阻，有利于散熱。設(shè)置的冷卻管，簡(jiǎn)化了在基板外部連接散熱組件的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了輕量化。液體冷卻的方式進(jìn)行散熱，散熱效率更高，芯片結(jié)溫降低更明顯。
文檔編號(hào)H01L23/427GK201994282SQ201020650449
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者尹法章, 張習(xí)敏, 范葉明, 褚克, 郭宏, 韓媛媛 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院