[發(fā)明專利]一種非氣密性陶瓷倒裝焊封裝散熱結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113517243A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王勇;呂曉瑞;劉建松;孔令松;林鵬榮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/473
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種非氣密性陶瓷倒裝焊封裝散熱結(jié)構(gòu)，包括芯片、勻熱片、散熱器、液態(tài)金屬和導(dǎo)熱粘接膠；芯片無源面設(shè)計凹槽，勻熱片底部設(shè)計凸起，勻熱片底部凸起表面通過芯片凹槽內(nèi)的液態(tài)金屬與芯片實現(xiàn)低熱阻互連，勻熱片其余表面通過導(dǎo)熱粘接膠與芯片實現(xiàn)互連；勻熱片頂部設(shè)計凹槽，散熱器底部設(shè)計凸起，散熱器底部凸起通過勻熱片凹槽內(nèi)的液態(tài)金屬與勻熱片實現(xiàn)低熱阻互連，散熱器其余表面通過導(dǎo)熱粘接膠與勻熱片實現(xiàn)互連。本發(fā)明創(chuàng)造性采用液態(tài)金屬實現(xiàn)勻熱片與芯片和散熱器的粘接互連，保障了界面間100％接觸，顯著降低互連界面熱阻，同時消除了對可焊接表面和焊接的需求，解決高功耗倒裝焊封裝散熱路徑界面熱阻偏高抑制散熱的問題。本發(fā)明適用于單芯片、2.5D多芯片等多種封裝散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于封裝領(lǐng)域，涉及一種非氣密性陶瓷倒裝焊封裝散熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

新型的高密度倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)為了達(dá)到比較高的散熱效率，頂部采用高導(dǎo)熱散熱片，散熱片和芯片之間填充高導(dǎo)熱的界面粘接材料，散熱片在對芯片起到機械保護的同時可以實現(xiàn)高效導(dǎo)熱作用，通過封裝頂部安裝散熱器可以實現(xiàn)芯片90％以上的熱量。常規(guī)的導(dǎo)熱界面粘接膠存在導(dǎo)熱率偏低、粘接面空洞等問題，會直接限制封裝界面熱阻的降低，而高導(dǎo)熱的金屬焊料存在工藝溫度高、焊接表面要求高、界面脆性IMC限制長期使用可靠性等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有導(dǎo)熱界面材料的工藝溫度偏高、粘接質(zhì)量低、結(jié)構(gòu)可靠性差等問題，提供適用于單芯片、2.5D多芯片等形式的倒裝焊封裝的散熱結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)芯片與勻熱片、勻熱片與散熱器的高導(dǎo)熱粘接互連，同時消除對可焊接表面和焊接的需求，解決高功耗倒裝焊封裝散熱路徑界面熱阻偏高抑制散熱的問題。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種非氣密性陶瓷倒裝焊封裝散熱結(jié)構(gòu)，包括芯片、勻熱片、散熱器、液態(tài)金屬和導(dǎo)熱粘接膠；芯片頂部無源面上設(shè)計凹槽，槽內(nèi)涂覆液態(tài)金屬，芯片頂部無源面的其余部分涂覆導(dǎo)熱粘接膠；勻熱片底部設(shè)計凸起，所述凸起與芯片頂部無源面上的凹槽相匹配，勻熱片底部凸起表面通過芯片凹槽內(nèi)的液態(tài)金屬與芯片實現(xiàn)低熱阻互連，勻熱片底部其余表面通過導(dǎo)熱粘接膠與芯片實現(xiàn)互連；勻熱片頂部設(shè)計凹槽，槽內(nèi)涂覆液態(tài)金屬，勻熱片頂部其余表面涂覆導(dǎo)熱粘接膠；散熱器底部設(shè)計凸起，所述凸起與勻熱片頂部凹槽相匹配，散熱器底部凸起表面通過勻熱片凹槽內(nèi)的液態(tài)金屬與勻熱片實現(xiàn)低熱阻互連，散熱器底部其余表面通過導(dǎo)熱粘接膠與勻熱片實現(xiàn)互連。

芯片頂部無源面上的凹槽尺寸和形狀根據(jù)芯片發(fā)熱點分布進行定制設(shè)計，形狀為方形陣列、回形、蛇形或其他任何適用形狀。

芯片頂部無源面上的凹槽深度h1根據(jù)芯片厚度設(shè)計為0.3mm～0.6mm。

勻熱片底部凸起與芯片頂部無源面上的凹槽形狀相同，組裝到位后，勻熱片底部凸起與芯片頂部無源面上的凹槽中心重合，勻熱片底部凸起邊緣與相對的芯片頂部無源面上的凹槽內(nèi)壁存在0.1-0.2mm的間隙。

組裝到位后，勻熱片底部凸起高度h2與芯片頂部無源面上的凹槽深度h1相同。

勻熱片頂部凹槽形狀與芯片形狀相同，組裝到位后，勻熱片頂部凹槽中心與芯片中心在水平面的投影重合。

勻熱片頂部凹槽深度k3為0.3mm～0.8mm，各邊尺寸比芯片對應(yīng)邊尺寸大至少2mm。

散熱器底部凸起與勻熱片頂部凹槽形狀相同，組裝到位后，散熱器底部凸起與勻熱片頂部凹槽中心重合，散熱器底部凸起邊緣與相對的勻熱片頂部凹槽內(nèi)壁存在0.1-0.2mm的間隙。

組裝到位后，散熱器底部凸起高度k4與勻熱片頂部凹槽深度k3相同。

各部件的互連方法步驟如下：

步驟一、在芯片頂部無源面的凹槽內(nèi)涂覆液態(tài)金屬，其余表面涂覆導(dǎo)熱粘接膠；