一种半导体封装结构及半导体封装制造工艺的制作方法

1.本发明涉及半导体封装技术领域，尤其是指一种半导体封装结构及半导体封装制造工艺。


背景技术：

2.半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。
3.今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
4.现有的可参考公告号为cn105990326b的中国专利，其公开了一种半导体封装、半导体封装结构及制造半导体封装的方法，以改善半导体封装的稳定性。其中该半导体封装结构包括：半导体封装。该半导体封装包括：半导体祼芯片、重分布层结构和导电柱结构。其中，该重分布层结构耦接至该半导体祼芯片，该导电柱结构设置在该重分布层结构中远离该祼芯片的表面上，并耦接至该重分布层结构。
5.现有的可参考公告号为的中国专利，其公开了cn108511423a一种半导体封装及其制造方法。在一些实施例中，半导体封装包括衬底，至少一个芯片，密封环和电感器。所述至少一个芯片被安装在所述衬底上并且包括利用声波操作的多个组件结构。组件结构被布置在面向衬底的至少一个芯片的一侧上。密封环设置在至少一个芯片和衬底之间并围绕组件结构。电感器设置在衬底中。
6.现有的可参考公告号为cn114823942a的中国专利，其公开了一种半导体封装结构和封装方法，涉及半导体封装技术领域，该半导体封装结构包括基板、支架、半导体元件、透光部件和连接部，基板包括底板以及围设在底板周围的侧壁，侧壁和底板围成容纳空间，底板的顶面和底面均设置有导电层；支架位于容纳空间内并安装于底板的顶面的导电层上，支架为导电材料制件；半导体元件安装于支架上；透光部件盖设于基板上，透光部件包括透光件以及围设在透光件周围的金属连接件，金属连接件的底面与侧壁的顶面抵接；连接部分别与侧壁和金属连接件连接，连接部位于透光件的径向延长线上，用以封闭容纳空间。采用高能量束焊接，可以不用将基板置于高温环境中，避免了换气通道的产生，确保容纳空间的密封性。
7.但上述方案并不具备对防水和散热的功能，当半导体处于高于恒温环境的工作场合，且通电进行运作时，由于不具备散热的功能，可能会导致半导体出现过热的现象，从而导致半导体受损，影响半导体的使用性能，降低工作效率，另一方面，当需要安装于特定的工作环境时，比如需要安装至需要进行防水的环境，由于不具备防水的效果，还需要对半导体结构再进行加装或改进，增加了安装工序和加装费用，为此，本发明人提出了一种半导体封装结构及半导体封装制造工艺，以解决上述提出的技术问题。


技术实现要素：

8.发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
9.一种半导体封装结构，包括半导体元件、底板和集成电路板，所述半导体元件与集成电路板分别安装于底板两端的表面，底板的表面设有散热槽，底板的表面安装有用于散热的制冷片，制冷片包括冷端面和热端面，散热槽的内部为散热腔，制冷片的热端面延伸至散热腔的内部，散热腔的内表面连接有防火层，防火层由玻镁防火板构成，防火层与散热槽之间设有隔热槽，隔热槽的内部填充有隔热棉，散热槽的表面设有若干排气口，排气口依次贯穿散热槽、隔热棉和防火层，且延伸至散热腔的内部，排气口的内表面连接有用于排出热量的排气管道，排气管道的一端朝隔热槽的外部进行延伸；
10.底板的外部安置有防护外壳，防护外壳的一端连接有顶盖，顶盖的表面设有用于增加连接稳定性的卡紧组件，防护外壳的内部设有容纳腔，半导体元件、底板和集成电路板均位于容纳腔的内部，底板的表面设有若干条金属导体，金属导体的外侧面设有防护组件，容纳腔的内部用于灌溉环氧树脂，当制冷片的热端面通电产生热量时，热端面产生的热量储存于散热槽内部的散热腔，热量依次通过排气口和排气管道排出防护外壳的外部，当容纳腔的内部灌溉环氧树脂时，通过环氧树脂对排气口与排气管道的交接处进行密封，起到防止散热腔内部的热量从排气口与排气管道的交接处中流出，通过制冷片的冷端面产生低温气体对半导体元件、底板和集成电路板进行散热，避免半导体元件和集成电路板因通电产生的热量而出现过热的现象，排气口贯穿防护外壳的表面。
11.进一步的，所述排气口与排气管道为过盈配合，制冷片为半导体制冷片，散热槽的表面安装有与制冷片的热端面进行配对安装的安装槽，安装槽延伸至散热腔的内部，散热槽的中部设有用于避开电路焊接点的避空槽，避空槽位于相邻的两个安装槽之间。
12.进一步的，所述防护组件包括防护套和防护弹块，防护套的内部为用于连接金属导体的连接槽，连接槽贯穿防护套的两端，防护弹块位于连接槽的内部，连接槽的内表面开设有用于连接外部电源线的穿线孔，穿线孔贯穿防护套的表面，防护套的一端与顶盖的一端贴合，避免容纳腔内部灌溉环氧树脂时，使环氧树脂流入连接槽的内部，通过防护弹块增加连接槽与金属导体的接触面积，起到增加摩擦力的效果，从而起到增加连接稳定性的作用。
13.进一步的，所述防护外壳的表面开设有若干个配合孔，配合孔的直径与穿线孔的直径一致，配合孔的数量与穿线孔的数量一致，配合孔的一端延伸至容纳腔的内部，配合孔用于连接外部电源线，外部电源线可依次穿过配合孔和穿线孔，从而使外部电源线与金属导体进行电性连接。
14.进一步的，所述金属导体通过限位块与底板的表面抵接，相邻的两条金属导体为等距设置，金属导体的一端延伸超出顶盖的表面，金属导体可通过激光点焊的方式连接外部电源线。
15.进一步的，所述卡紧组件包括若干卡块和若干卡板，卡板结构对称地安装于卡块的两端，卡块的一端与顶盖的表面抵接，当容纳腔的内部灌溉环氧树脂时，通过卡块和卡板增加顶盖与环氧树脂的接触面积，从而起到防止顶盖从环氧树脂的表面脱落，起到增加连接稳定性的效果。
16.进一步的，所述集成电路板的一端电性连接有接触端子。
17.一种半导体封装结构的制作工艺，该制作工艺用于制作一种半导体封装结构，该工艺包括以下步骤：
18.s1：电路测试；将半导体元件焊接至底板的一端，通过焊接使集成电路板安装于底板远离半导体元件的一端，得到半导体组件，通过集成电路测试设备对半导体组件进行集成电路测试；
19.s2：灌胶封装；将半导体组件安装于防护外壳内部的容纳腔，采用环氧树脂进行灌溉，当环氧树脂与防护外壳的表面平齐时，将顶盖安装于防护外壳的表面，得到封装组件；
20.s3：二次封装；采用容纳腔内部尺寸大于封装组件外侧面尺寸的防护外壳，将封装组件安装于容纳腔的内部，通过环氧树脂进行灌溉，使环氧树脂与顶盖的表面平齐。
21.进一步的，所述s1中，集成电路测试设备分为物理测试设备与电性测试设备，物理测试设备为椭偏仪或扫描电子显微镜，电性检测设备为探针台或测试机，焊接为激光点焊。
22.进一步的，所述s2中，防护外壳与顶盖通过超声波焊接进行抵接，采用超声波焊接的方式使防护外壳与顶盖进行密封，起到进一步防水的作用。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过制冷片的冷端面产生低温气体对半导体元件、底板和集成电路板进行散热，避免半导体元件和集成电路板因通电产生的热量而出现过热的现象，起到增加半导体元件和集成电路板的使用寿命的效果，减少维修费用的支出；
24.此外，采用环氧树脂进行灌溉的方式使容纳腔内部的半导体元件和集成电路板起到防水的效果，通过环氧树脂包覆半导体元件和集成电路板，起到隔绝水分的作用，避免半导体元件和集成电路板因受潮而影响半导体元件和集成电路板的使用性能。
附图说明
25.图1是本发明一种半导体封装结构的立体图；
26.图2是本发明一种半导体封装结构另一角度的立体图；
27.图3是本发明一种半导体封装结构的结构分解示意图；
28.图4是本发明一种半导体封装结构的主视图；
29.图5是本发明一种半导体封装结构的后视图；
30.图6是本发明一种半导体封装结构的仰视图；
31.图7是本发明一种半导体封装结构中散热槽的立体图；
32.图8是本发明一种半导体封装结构中散热槽的内部结构图；
33.图9是本发明一种半导体封装结构中防护组件的内部结构图；
34.图10是本发明一种半导体封装结构的制作工艺的流程示意图；
35.图中：1-半导体元件、2-底板、3-集成电路板、4-散热槽、5-制冷片、6-冷端面、7-热端面、8-散热腔、9-防火层、10-隔热槽、11-排气口、12-排气管道、13-防护外壳、14-顶盖、15-容纳腔、16-金属导体、17-安装槽、18-避空槽、19-防护套、20-防护弹块、21-连接槽、22-穿线孔、23-限位块、24-卡块、25-卡板、26-配合孔、27-接触端子、28-隔热棉。
具体实施方式
36.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
37.本实施例，请参阅图1-图10，其具体实施的一种半导体封装结构，包括半导体元件1、底板2和集成电路板3，所述半导体元件1与集成电路板3分别安装于底板2两端的表面，底板2的表面设有散热槽4，底板2的表面安装有用于散热的制冷片5，制冷片5包括冷端面6和热端面7，散热槽4的内部为散热腔8，制冷片5的热端面7延伸至散热腔8的内部，散热腔8的内表面连接有防火层9，防火层9由玻镁防火板构成，防火层9与散热槽4之间设有隔热槽10，隔热槽10的内部填充有隔热棉28，散热槽4的表面设有若干排气口11，排气口11依次贯穿散热槽4、隔热棉28和防火层9，且延伸至散热腔8的内部，排气口11的内表面连接有用于排出热量的排气管道12，排气管道12的一端朝隔热槽10的外部进行延伸；
38.底板2的外部安置有防护外壳13，防护外壳13的一端连接有顶盖14，顶盖14的表面设有用于增加连接稳定性的卡紧组件，防护外壳13的内部设有容纳腔15，半导体元件1、底板2和集成电路板3均位于容纳腔15的内部，底板2的表面设有若干条金属导体16，金属导体16的外侧面设有防护组件，容纳腔15的内部用于灌溉环氧树脂，当制冷片5的热端面7通电产生热量时，热端面7产生的热量储存于散热槽4内部的散热腔8，热量依次通过排气口11和排气管道12排出防护外壳13的外部，当容纳腔15的内部灌溉环氧树脂时，通过环氧树脂对排气口11与排气管道12的交接处进行密封，起到防止散热腔8内部的热量从排气口11与排气管道12的交接处中流出，通过制冷片5的冷端面6产生低温气体对半导体元件1、底板2和集成电路板3进行散热，避免半导体元件1和集成电路板3因通电产生的热量而出现过热的现象，排气口11贯穿防护外壳13的表面。
39.所述排气口11与排气管道12为过盈配合，制冷片5为半导体制冷片，散热槽4的表面安装有与制冷片5的热端面7进行配对安装的安装槽17，安装槽17延伸至散热腔8的内部，散热槽4的中部设有用于避开电路焊接点的避空槽18，避空槽18位于相邻的两个安装槽17之间。
40.所述防护组件包括防护套19和防护弹块20，防护套19的内部为用于连接金属导体16的连接槽21，连接槽21贯穿防护套19的两端，防护弹块20位于连接槽21的内部，连接槽21的内表面开设有用于连接外部电源线的穿线孔22，穿线孔22贯穿防护套19的表面，防护套19的一端与顶盖14的一端贴合，避免容纳腔15内部灌溉环氧树脂时，使环氧树脂流入连接槽21的内部，通过防护弹块20增加连接槽21与金属导体16的接触面积，起到增加摩擦力的效果，从而起到增加连接稳定性的作用；防护外壳13的表面开设有若干个配合孔26，配合孔26的直径与穿线孔22的直径一致，配合孔26的数量与穿线孔22的数量一致，配合孔26的一端延伸至容纳腔15的内部，配合孔26用于连接外部电源线，外部电源线可依次穿过配合孔26和穿线孔22，从而使外部电源线与金属导体16进行电性连接。
41.所述金属导体16通过限位块23与底板2的表面抵接，相邻的两条金属导体16为等距设置，金属导体16的一端延伸超出顶盖14的表面，金属导体16可通过激光点焊的方式连接外部电源线。
42.所述卡紧组件包括若干卡块24和若干卡板25，卡板25结构对称地安装于卡块24的两端，卡块24的一端与顶盖14的表面抵接，当容纳腔15的内部灌溉环氧树脂时，通过卡块24和卡板25增加顶盖14与环氧树脂的接触面积，从而起到防止顶盖14从环氧树脂的表面脱落，起到增加连接稳定性的效果；集成电路板3的一端电性连接有接触端子27，接触端子27用于与外部的数据接线进行连接。
43.一种半导体封装结构的制作工艺，该制作工艺用于制作一种半导体封装结构，该工艺包括以下步骤：
44.s1：电路测试；将半导体元件1焊接至底板2的一端，通过焊接使集成电路板3安装于底板2远离半导体元件1的一端，得到半导体组件，通过集成电路测试设备对半导体组件进行集成电路测试，集成电路测试设备分为物理测试设备与电性测试设备，物理测试设备为椭偏仪或扫描电子显微镜，电性检测设备为探针台或测试机，焊接为激光点焊；
45.s2：灌胶封装；将半导体组件安装于防护外壳13内部的容纳腔15，采用环氧树脂进行灌溉，当环氧树脂与防护外壳13的表面平齐时，将顶盖14安装于防护外壳13的表面，得到封装组件,防护外壳13与顶盖14通过超声波焊接进行抵接，采用超声波焊接的方式使防护外壳13与顶盖14进行密封，起到进一步防水的作用；
46.s3：二次封装；采用容纳腔15内部尺寸大于封装组件外侧面尺寸的防护外壳13，将封装组件安装于容纳腔15的内部，通过环氧树脂进行灌溉，使环氧树脂与顶盖14的表面平齐。
47.本发明的设计要点在于，通过制冷片5的冷端面6产生低温气体对半导体元件1、底板2和集成电路板3进行散热，避免半导体元件1和集成电路板3因通电产生的热量而出现过热的现象，起到增加半导体元件1和集成电路板3的使用寿命的效果，减少维修费用的支出；
48.此外，采用环氧树脂进行灌溉的方式使容纳腔15内部的半导体元件1和集成电路板3起到防水的效果，通过环氧树脂包覆半导体元件1和集成电路板3，起到隔绝水分的作用，避免半导体元件1和集成电路板3因受潮而影响半导体元件1和集成电路板3的使用性能。
49.本发明的封装过程为：通过激光点焊使半导体元件1与集成电路板3分别安装于底板2两端的表面，在底板2两端的表面分别安装制冷片5，当制冷片5的冷端面6产生低温气体时，低温气体对半导体元件1、底板2和集成电路板3进行散热，避免半导体元件1和集成电路板3因通电产生的热量而出现过热的现象，当制冷片5的热端面7通电产生热量时，热端面7产生的热量储存于散热槽4内部的散热腔8，热量依次通过排气口11和排气管道12排出防护外壳13的外部。
50.而后采用椭偏仪和测试机对半导体元件1和集成电路板3进行集成电路测试，测试通过后将半导体元件1、底板2和集成电路板3安装于容纳腔15的内部，通过环氧树脂进行灌溉进行防水处理，通过环氧树脂包覆半导体元件1和集成电路板3，起到隔绝水分的作用，避免半导体元件1和集成电路板3因受潮而影响半导体元件1和集成电路板3的使用性能。
51.以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。