[發明專利]一種絕緣結構、包覆芯片周緣的絕緣件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010340570.0
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN111508902B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 周揚;石浩;韓榮剛;李剛;李峰;連曉華;孔亮;劉帥;鄭鵬飛;高潔;李玉文;郝秀敏;邢永和;李榮超
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國家電網有限公司;國網山東省電力公司;國網山東省電力公司威海供電公司
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;H01L23/31;H01L21/56
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 宋傲男

本發明提供一種絕緣結構、包覆芯片周緣的絕緣件及其制備方法。該絕緣結構，包括層疊設置的第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，其中，第一絕緣層、第三絕緣層的熱膨脹系數均小于第二絕緣層的熱膨脹系數。本發明提供的絕緣結構，通過設置第一絕緣層、第三絕緣層的熱膨脹系數均小于第二絕緣層的熱膨脹系數，使得該絕緣結構在受熱時位于中間的第二絕緣層膨脹形變大于位于其兩側的第一絕緣層和第三絕緣層，將該絕緣結構形成閉合的絕緣件，受熱時位于外側的第三絕緣層抑制了第二絕緣層的向外膨脹，使其形變應力呈現向內壓縮，從而使位于內側的第一絕緣層能夠與其包覆的芯片緊密結合，進而避免了高溫狀態下絕緣件與芯片之間發生脫落。

技術領域

本發明涉及芯片封裝技術領域，具體涉及一種絕緣結構、包覆芯片周緣的絕緣件及其制備方法。

背景技術

芯片封裝起著安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用，一些種類的芯片，如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，Insulated Gate BipolarTransistor)芯片，其工作的電場環境異常惡劣，因而在芯片結構和封裝設計環節中，除考慮芯片內部的電場分布和絕緣問題之外，芯片表面的電場作用同樣不容忽視，其中沿面放電就是一類有害的放電現象，由于高電壓是沿著固體和空氣的交界面發生的氣體放電，因此沿面放電現象的存在會導致芯片的絕緣性能顯著降低。

為解決沿面放電對芯片所產生的影響，通常采用可靠的絕緣材料對芯片進行屏蔽保護。目前常用的絕緣材料為氧化鋁陶瓷或者高絕緣性的聚合物材料，通過圍繞芯片周緣設置上述絕緣材料形成的絕緣件來對芯片外圍進行保護。雖然聚合物材料具有易于成型加工，擊穿電場高等優勢，但其散熱性相對較差以及熱膨脹系數與硅基材料相差較大，在實際應用中會影響芯片的散熱，此外在溫度循環和功率循環過程由于兩者間熱膨脹系數(CTE)的差異導致絕緣防護層脫落失效。而氧化鋁陶瓷具有相對較好的散熱性能，但其CTE與硅基材料依然存在一定差距，氧化鋁陶瓷絕緣層在實際應用中同樣容易脫落，此外硬質陶瓷對芯片的終端結構會產生破壞作用，進而影響芯片的電氣可靠性。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服芯片周緣的絕緣件容易脫落的缺陷，從而提供一種絕緣結構、包覆芯片周緣的絕緣件及其制備方法。

第一方面，本發明提供一種絕緣結構，包括層疊設置的第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，其中，所述第一絕緣層、第三絕緣層的熱膨脹系數均小于所述第二絕緣層的熱膨脹系數。

進一步地，所述第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層均由聚醚醚酮和填料形成的絕緣材料制成，所述填料包括氮化鋁納米纖維和/或氧化鋁納米纖維；

其中，分別以各層絕緣材料的質量計，形成所述第一絕緣層和第三絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比均高于所述第二絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比。

進一步地，形成所述第一絕緣層和第三絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比相較于所述第二絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比高26％-48％。

進一步地，分別以各層絕緣材料的質量計，形成所述第一絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比為30-50％，形成所述第二絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比為2-4％，形成所述第三絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比為30-50％。

進一步地，分別以各層絕緣材料的質量計，形成所述第一絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比為40％，形成所述第二絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比為3％，形成所述第三絕緣層的絕緣材料中填料的質量百分比為40％。

進一步地，所述第一絕緣層的厚度為0.1-0.3mm，所述第二絕緣層的厚度為0.6-0.8mm，所述第三絕緣層的厚度為1.0-1.2mm。

進一步地，所述第一絕緣層的厚度為0.2mm，所述第二絕緣層的厚度為0.7mm，所述第三絕緣層的厚度為1.1mm。