一种半导体封装结构及封装方法及电子产品与流程

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种半导体封装结构及半导体产品封装方法及应用该半导体封装结构的半导体产品。

背景技术：

半导体是一种导电能力介于导体与非导体之间的材料，半导体元件根据半导体材料的特性，属于固态元件，其体积可以缩小到很小的尺寸，因此耗电量少，集成度高，在电子技术领域获得了广泛的引用，而随着半导体元件运行功率的逐渐增加，散热性能成为半导体元件的重要指标之一，在这样的高热量工作环境下，保持半导体元件的工作可靠性是一个非常重要的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于：提供一种半导体封装结构，其能够解决现有技术中存在的上述问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种半导体封装结构，包括载体、设置在所述载体上的芯片以及用于对所述芯片进行封装的封装材料，所述封装材料为内部离散的设置有绝缘散热体的复合封装材料。

作为所述的半导体封装结构的一种优选的技术方案，所述绝缘散热体为球状结构的绝缘散热球。

作为所述的半导体封装结构的一种优选的技术方案，所述绝缘散热球包括具有良好散热性能的散热球心以及完全包覆于所述散热球心外部的绝缘套。

作为所述的半导体封装结构的一种优选的技术方案，所述散热球心为石墨烯球体。

另一方面，提供一种半导体封装方法，包括以下步骤：

s1、提供一载体；

s2、将芯片接合于所述载体表面；

s3、采用内部离散的设置有绝缘散热体的复合封装材料对所述芯片进行封装。

作为所述的半导体封装方法的一种优选的技术方案，所述步骤s3具体包括：

s31、复合封装材料制备；

s32、封装。

作为所述的半导体封装方法的一种优选的技术方案，所述复合封装材料制备包括：

s311、提供第一环氧树脂层；

s312、设置绝缘散热体，在所述第一环氧树脂层的表面设置绝缘散热体，并保证所述第一环氧树脂层的厚度大于等于所述绝缘散热体的最大尺寸的2倍；

s313、提供第二环氧树脂层，将第二环氧树脂层覆盖在设置了绝缘散热体的第一环氧树脂层表面，使得所述绝缘散热体位于所述第一环氧树脂层与所述第二环氧树脂层之间形成层叠结构；

s314、热压，将层叠后的第一环氧树脂层与所述第二环氧树脂层进行热压，使得所述第一环氧树脂层与所述第二环氧树脂层融合。

作为所述的半导体封装方法的一种优选的技术方案，所述步骤s312中设置绝缘散热体采用单颗喷射的方式将所述绝缘散热体喷射在所述第一环氧树脂层上。

再一方面，提供一种电子产品，其具有如上所述的半导体封装结构。

再一方面，提供一种电子产品，包括半导体器件，所述半导体器件采用如上所述的半导体封装方法封装形成。

本发明的有益效果为：本方案中在封装材料中离散的设置绝缘散热体，一方面可以通过绝缘散热体的比热容吸收一部分热量，另一方面可以加速封装材料中的热传递，从而提升半导体产品的散热效果。

本方案中的绝缘散热体具有良好的热传导性能以及绝缘性能，在提高半导体产品散热效果的同时能够保证产品的绝缘性，避免封装材料导电而造成产品短路。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例所述半导体封装结构结构示意图。

图2为本发明实施例所述绝缘散热球结构示意图。

图3为本发明实施例所述复合封装材料制备过程示意图。

图中：

100、载体；200、芯片；300、复合封装材料；310、第一环氧树脂层；320、第二环氧树脂层；330、绝缘散热球；331、散热球心；332、绝缘套。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-3所示，本实施例提供一种半导体封装结构，包括载体100、设置在所述载体100上的芯片200以及用于对所述芯片200进行封装的封装材料，所述封装材料为内部离散的设置有绝缘散热体的复合封装材料300。

本方案采用的复合封装材料300具有良好的散热性能和绝缘性能，相较于传统的环氧树脂封装，其能够取得更好的散热效果，并保证绝缘性能，使得具有封装半导体能够应用于更多大功率产品中，如可应用在2.5ic产品、3dic产品、sip模块或电源模块等大发热量产品中。

通过在封装材料中离散的设置绝缘散热体，绝缘散热体的比热容吸收一部分热量，另一方面可以加速封装材料中的热传递，从而提升半导体产品的散热效果。

本方案中的绝缘散热体具有良好的热传导性能以及绝缘性能，在提高半导体产品散热效果的同时能够保证产品的绝缘性，避免封装材料导电而造成产品短路。

具体的，本实施例中所述绝缘散热体为球状结构的绝缘散热球330。

需要指出的是，所述绝缘散热体的结构并不局限于上述实施例所述的球状结构，在其他实施例中还可以采用条状结构或椭圆结构，其主要要求为具有包裹在外部的绝缘材料以及设置在内部的具有良好散热性能的散热材料，其形状上不受限制，仅其尺寸需要满足能够完全被封装材料所包覆。

优选的，本实施例中所述绝缘散热球330包括具有良好散热性能的散热球心331以及完全包覆于所述散热球心331外部的绝缘套332。

本方案中所述绝缘散热球330需要与封装材料的边缘位置保持一定的距离，使得绝缘散热球330的外部形成一次绝缘密封，封装材料同时实现第二次绝缘密封，保证产品的绝缘性能。

具体的，本实施例中采用最接近所述封装材料的绝缘散热球330与封装材料的边缘位置的距离等于所述绝缘散热球330的直径的方案。

需要指出的是，本方案并不限于绝缘散热球330与封装材料的边缘位置的距离等于所述绝缘散热球330的直径的方案，在其他实施例中，最接近所述封装材料的边缘的绝缘散热球330与所述封装材料的边缘之间的距离还可以为大于所述绝缘散热球330的直径，或小于所述绝缘散热球330的直径，上述方案的区别在于散热效果以及绝缘效果不同，当需要更好的散热效果时可以选择缩小绝缘散热球330的边缘与封装材料边缘之间的最小距离，同时减少相邻的绝缘散热球330之间的距离；当需要更好的绝缘效果时，可以选择增加绝缘散热球330的边缘与封装材料边缘之间的最小距离，增加相邻的绝缘散热球330之间的距离。

在工作过程中，热量从芯片200扩散至封装材料中，由于封装材料的散热性能较差，其中的热量以较慢的速度进行扩散，当扩展至绝缘散热球330处时，热量通过绝缘套332传递至散热球心331，由于散热球心331的石墨烯材料具有良好的散热性能，此时热量迅速扩散，通过绝缘散热球330向各个方向传递，由此可以加速热量在封装材料中的传递速度提高散热效果。

具体的，本实施例中采用最接近封装材料的边缘的绝缘散热球330与所述封装材料的边缘之间的距离为1/2的绝缘散热球330的直径，相邻的所述绝缘散热球330之间的距离为1/2的绝缘散热球330的直径。

在本发明的另一个优选的实施例中采用最接近封装材料的边缘的绝缘散热球330与所述封装材料的边缘之间的距离为3/2的绝缘散热球330的直径，相邻的所述绝缘散热球330之间的距离为3/2的绝缘散热球330的直径。

进一步的，本方案中散热球心331与绝缘套332之间的尺寸关系也影响到复合封装材料300的绝缘及散热性能。

具体的，本发明实施例中所述散热球心331的直径与绝缘套332的厚度尺寸比为5∶1。

在本发明的另一个实施例中，所述散热球心331的直径与所述绝缘套332的厚度尺寸比为4∶1。

在本发明的又一个优选实施例中，所述散热球心331的直径与所述绝缘套332的厚度尺寸比为3∶1。

在相同体积状态下散热球心331的直径与绝缘套332的后部尺寸比值越大则产品散热效果越好，相反的由于绝缘套332相对较薄，则绝缘效果相对于小比值时绝缘效果差。

本实施例中是以相邻的所述绝缘散热球330之间的距离相同为例进行的距离说明，需要指出的是，所述绝缘散热球330的布置方式并不局限于上述的距离相同的方式，在其他实施例中，还可以设置为相邻的所述绝缘散热球330距离不同随机设置，仅要求最接近封装树脂的边缘位置的绝缘散热球330与封装树脂的边缘之间的距离，并通过该距离保证绝缘效果的可靠性。

具体的，本实施例中所述的半导体封装结构中所述散热球心331为石墨烯球体。

石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300w/mk，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500w/mk)和多壁碳纳米管(3000w/mk)。当它作为载体100时，导热系数也可达600w/mk。因此在封装材料中设置具有石墨烯的绝缘散热球330，使得封装材料中形成若干具有良好散热效果的散热岛，利用其热吸收以及热传导效果，将芯片200处的热量快速扩散至封装材料外部。

同时，本实施例中还提供一种半导体封装方法，具体包括以下步骤：

s1、提供一载体100；

s2、将芯片200接合于所述载体100表面；

s3、采用内部离散的设置有绝缘散热体的复合封装材料300对所述芯片200进行封装。

本实施例中所述的载体100可以是pcb或引线框架，将芯片200接合于载体100表面的方式可以为芯片200正装或芯片200倒装。

具体的，所述步骤s3具体包括：

s31、复合封装材料300制备；

所述复合封装材料300制备包括：

s311、提供第一环氧树脂层310；

s312、设置绝缘散热体，在所述第一环氧树脂层310的表面设置绝缘散热体，并保证所述第一环氧树脂层310的厚度大于等于所述绝缘散热体的最大尺寸的2倍；所述步骤s312中设置绝缘散热体采用单颗喷射的方式将所述绝缘散热体喷射在所述第一环氧树脂层310上。

s313、提供第二环氧树脂层320，将第二环氧树脂层320覆盖在设置了绝缘散热体的第一环氧树脂层310表面，使得所述绝缘散热体位于所述第一环氧树脂层310与所述第二环氧树脂层320之间形成层叠结构；

s314、热压，将层叠后的第一环氧树脂层310与所述第二环氧树脂层320进行热压，使得所述第一环氧树脂层310与所述第二环氧树脂层320融合。

s32、封装。

需要指出的是，复合封装材料300的制备过程并不局限于上述具有两层环氧树脂层，在两层环氧树脂层之间设置绝缘散热体的技术方案，在具体的实施过程中环氧树脂层的数量可以根据实际需要为多层，每层的厚度也可以根据散热及绝缘要求的不同而有不同选择。

同时，复合封装材料300的制备过程也不局限于上述的多层环氧树脂层层压的结构，其还可以采用绝缘散热体与环氧树脂材料混合成型，并在成型后的材料表面设置环氧树脂层进行绝缘，以避免混合成型过程中绝缘散热体位于边缘位置，而影响绝缘效果。

同时，本发明实施例还提供一种电子产品，其具有如上所述的半导体封装结构。

本发明实施例还提供一种电子产品，包括半导体器件，所述半导体器件采用如上所述的半导体封装方法封装形成。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。