本實(shí)用新型公開一種倒裝焊芯片的氣密性陶瓷封裝體，使封裝內(nèi)部倒裝焊裸芯片發(fā)出的熱量能良好地傳導(dǎo)至外部空間，保證芯片能在安全溫度下正常工作；同時(shí)倒裝焊陶瓷封裝的氣密性得以保持，確保芯片在惡劣環(huán)境中工作時(shí)不受濕氣和腐蝕性氣體的侵?jǐn)_，在苛刻的環(huán)境中能夠正常工作。

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背景技術(shù)：

目前，商用芯片主要以塑料封裝為主，而軍品級(jí)及工業(yè)級(jí)產(chǎn)品主要應(yīng)用而陶瓷封裝，因?yàn)樘沾煞庋b的高可靠性，在航空、航天、兵器、船舶等行業(yè)應(yīng)用非常普遍。

采用陶瓷封裝的好處主要包括以下幾方面：

1.可靠性高，氣密性(一般為真空或者充氮)，不吸潮氣，在苛刻環(huán)境中工作的芯片一定要做到氣密性封裝，防止外面空氣、潮氣進(jìn)入，當(dāng)腐蝕性氣體進(jìn)入封裝后，會(huì)腐蝕芯片，造成芯片功能失效；

2.陶瓷采用了空腔結(jié)構(gòu)，空腔一般為充氮或者為真空狀態(tài)，避免了塑封材料填充帶來(lái)的信號(hào)傳輸?shù)念~外損耗，很多微波芯片采用陶瓷封裝就是因?yàn)檫@點(diǎn)；

3.陶瓷材質(zhì)熱導(dǎo)率高，散熱相對(duì)比較好。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于引線鍵合Bond Wire的陶瓷封裝通?？梢詫?shí)現(xiàn)密封，而基于倒裝焊的陶瓷封裝通常卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封，一個(gè)主要原因是散熱問(wèn)題無(wú)法合理解決。

本專利介紹的一種倒裝焊芯片的氣密性陶瓷封裝體，其特征在于：包括倒裝焊裸芯片(1)、散熱片(2)、底部填料(3)、陶瓷基板(4)、焊料球(5)、金屬蓋板(6)、導(dǎo)熱硅膠片(8)、鍍金銅片 (9)。其中，倒裝焊裸芯片(1)安裝在陶瓷基板(4)上，位于金屬蓋板(6)的下方，金屬蓋板(6)上方安裝散熱片(2)。通過(guò)導(dǎo)熱硅膠片(8)或者鍍金銅片(9)+導(dǎo)熱硅膠片(8)將倒裝焊裸芯片(1)與金屬蓋板(6)連接，將倒裝焊裸芯片(1)發(fā)出的熱量散發(fā)到外部空間。

參看圖1傳統(tǒng)的倒裝焊陶瓷封裝形式，倒裝焊芯片1通過(guò)焊接安裝在陶瓷基板4上，底部填料3用于加固，上部安裝散熱片2用于散熱。整個(gè)芯片裸露在空氣中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)氣密性，因此，無(wú)法抵御潮濕氣體和腐蝕性氣體，在惡劣環(huán)境中工作的可靠性大大降低。

為何傳統(tǒng)倒裝焊陶瓷封裝不能采用密封結(jié)構(gòu)呢？主要因?yàn)樯釂?wèn)題無(wú)法合理的處理。

首先，參看圖2，倒裝焊裸芯片1通過(guò)焊接安裝在陶瓷基板4上，底部填料3用于加固，上部是密封蓋板6，如果此蓋板和芯片直接接觸散熱，因?yàn)樯w板固定在陶瓷基板上，基本上沒(méi)有任何彈性，倒裝焊裸芯片相當(dāng)于處在陶瓷基板4和金屬蓋板6兩塊剛體之間，在熱脹冷縮的過(guò)程中，芯片不可避免地被擠壓破碎。因此，在實(shí)際工程中，圖2方案無(wú)法采用。

為了避免裸芯片在熱脹冷縮過(guò)程中被擠壓損壞，參看圖3，使得金屬蓋板6離開倒裝焊裸芯片1一定的空間距離7，由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，這樣，熱量就無(wú)法從上表面散出，散熱片2基本起不到任何作用，芯片可能會(huì)由于溫度過(guò)高而不能正常工作。因此，在實(shí)際工程中，圖3方案也無(wú)法采用。

本實(shí)用新型中描述的密封及散熱方案如下：

方案1：參看圖4，在金屬蓋板6和倒裝焊裸芯片1之間增加一層柔性導(dǎo)熱材料：導(dǎo)熱硅膠片8，導(dǎo)熱硅膠片和倒裝焊芯片直接接觸，厚度為X mm，安裝空間為X減去(0.1～0.3)mm 這樣導(dǎo)熱硅膠片在安裝時(shí)被壓縮0.1～0.3mm，其面積和芯片頂部面積相等，從而降低熱阻，提高熱通量。

在方案1中：導(dǎo)熱硅膠片8的主要作用有二：①將倒裝焊裸芯片1發(fā)出的熱量傳遞到金屬蓋板6繼而傳遞到散熱片2，②在熱脹冷縮時(shí)提供緩沖力，避免倒裝焊裸芯片1被擠碎。

導(dǎo)熱硅膠片是一種導(dǎo)熱介質(zhì)，雙面具有粘性，通常用來(lái)減少熱源表面與散熱器件接觸面之間的接觸熱阻，同時(shí)還起到絕緣、減震、密封等作用，能夠滿足設(shè)備小型化及超薄化的設(shè)計(jì)要求。導(dǎo)熱硅膠片柔軟、可壓縮，給部件提供輕度壓力，可持續(xù)使用在-60～280℃且保持性能，不溶脹并且對(duì)大多數(shù)金屬和非金屬材料具有良好的粘接性，是一種極佳的導(dǎo)熱填充材料。

導(dǎo)熱硅膠片的導(dǎo)熱系數(shù)λ為1.0～8.0W/mK，厚度從0.1mm-3mm之間，該設(shè)計(jì)方案中厚度X可在0.1mm-3mm之間選擇，導(dǎo)熱系數(shù)則選擇較高導(dǎo)熱系數(shù)為宜，例如4-8W/mK。

方案2：參看圖5，如果芯片面積相對(duì)較小，但發(fā)熱量比較大，為了增加傳熱面積，可以在倒裝焊裸芯片1上部先安裝一鍍金銅片9，然后在鍍金銅片9上部和金屬蓋板6之間安裝導(dǎo)熱硅膠片8，例如選用X mm的導(dǎo)熱硅膠片，安裝空間為X減去(0.1～0.3)mm，導(dǎo)熱硅膠片 8會(huì)壓緊鍍金銅片9及倒裝焊裸芯片1，提高散熱效率。

其中鍍金銅片和倒裝焊裸芯片之間可采用熱融合法進(jìn)行連接，或者采用導(dǎo)熱膠粘合芯片和鍍金銅片。

為何方案2采用了兩種材料：鍍金銅片+導(dǎo)熱硅膠片，主要原因在于降低總熱阻。

熱阻θ＝L/(λS)，式中：λ是導(dǎo)熱系數(shù)，反映的是物質(zhì)的導(dǎo)熱能力，這種能力是由物質(zhì)的原子或分子結(jié)構(gòu)決定的。其中銅的導(dǎo)熱系數(shù)380W/mK，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)0.025W/mK，導(dǎo)熱硅膠片的導(dǎo)熱系數(shù)為4-8W/mK。L是材料厚度，S是傳熱面積。

在此方案中，因?yàn)榈寡b焊裸芯片1面積較小，所以首先通過(guò)鍍金銅片9增大散熱截面積，更有利于熱量的傳遞，銅的導(dǎo)熱系數(shù)380W/Mk，有更好的導(dǎo)熱性，并且銅具有剛性，對(duì)導(dǎo)熱硅膠片8起到支持作用，不會(huì)由于熱循環(huán)作用而發(fā)生變形，喪失或者降低傳熱效能，從而提高了散熱的可靠性，鍍金的作用主要是防止銅氧化。

在方案2中：鍍金銅片9的作用主要是增大散熱通道的截面積，將芯片熱量更快傳遞到導(dǎo)熱硅膠片8；導(dǎo)熱硅膠片8的主要作用有二：①將鍍金銅片9傳遞的熱量傳遞到金屬蓋板6 繼而傳遞到散熱片2，②在熱脹冷縮時(shí)提供緩沖力，避免倒裝焊裸芯片1被擠碎。

4附圖說(shuō)明

圖1傳統(tǒng)的非密封倒裝焊陶瓷封裝形式，無(wú)法抵御濕氣和腐蝕性氣體。

圖2無(wú)法采用的倒裝焊陶瓷封裝密封形式1，熱脹冷縮時(shí)，倒裝焊裸芯片會(huì)被擠壓破碎。

圖3無(wú)法采用的倒裝焊陶瓷封裝密封形式2，空氣間隙，無(wú)法正常將芯片熱量傳遞到散熱片。

圖4該實(shí)用新型申請(qǐng)的陶瓷封裝密封及散熱方案1，通過(guò)導(dǎo)熱硅膠片傳遞熱量。

圖5該實(shí)用新型申請(qǐng)的陶瓷封裝密封及散熱方案2，通過(guò)鍍金銅片+導(dǎo)熱硅膠片傳遞熱量。

5具體實(shí)施方式

1)對(duì)于表面積相對(duì)較大的倒裝焊裸芯片1，參看圖4，首先，按照傳統(tǒng)工藝將倒裝焊芯片焊接在陶瓷基板4上，并用底部填膠3固定。

2)然后，在倒裝焊裸芯片上表面安裝導(dǎo)熱硅膠片8，厚度為X mm，然后焊接蓋板，蓋板下表面和芯片上表面安裝空間X-(0.1～0.3)mm，這樣蓋板將導(dǎo)熱硅膠片壓縮 (0.1～0.3)mm，實(shí)現(xiàn)了更為可靠的熱接觸。熱量主要傳遞方式：從倒裝焊裸芯片→導(dǎo)熱硅膠片→金屬蓋板→散熱片裝置。(具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的情況進(jìn)行調(diào)整)

3)如果倒裝焊裸芯片面積相對(duì)較小，但同樣發(fā)熱量比較大，為了增加傳熱通道的截面積，首先倒裝焊裸芯片上部安裝一鍍金銅片，厚度為0.1-0.5mm，其面積盡可能大，但以不和封裝外殼發(fā)生干涉為宜。

4)然后，在鍍金銅片上部安裝導(dǎo)熱硅膠片，導(dǎo)熱硅膠片面積和鍍金銅片相等，厚度為X mm，然后焊接蓋板，蓋板下表面和鍍金銅片上表面安裝空間X-(0.1～0.3)mm，這樣蓋板將導(dǎo)熱硅膠片壓縮0.1～0.3mm，導(dǎo)熱硅膠片會(huì)壓緊鍍金銅片及裸芯片，提高散熱效率，熱量主要傳遞方式：從倒裝焊裸芯片→鍍金銅片→導(dǎo)熱硅膠片→金屬蓋板→散熱片裝置。(具體數(shù)值包括銅片、導(dǎo)熱硅膠片的厚度和安裝空間的距離均可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況進(jìn)行調(diào)整，鍍金銅片和倒裝焊裸芯片之間可采用熱融合法進(jìn)行無(wú)縫連接，或者采用導(dǎo)熱膠粘合芯片和鍍金銅片)

5)空腔10進(jìn)行充氮或者真空密封，使陶瓷封裝達(dá)到氣密性要求。