[发明专利]解决5G GaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构

说明书

本发明涉及一种解决5G GaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构，包括芯片和引线框基岛，所述引线框基岛上表面设有一环形凹槽，所述环形凹槽内侧形成焊接支撑台，所述焊接支撑台上表面低于引线框基岛的上表面，所述焊接支撑台上表面还阵列设有多个高度相同的支撑凸点，芯片通过烧结银胶焊接在焊接支撑台上。通过调整焊接支撑台上表面与引线框基岛的上表面之间的高度差，可以使外溢的烧结银胶即能反包芯片边缘，形成爬胶，同时又能避免烧结银胶爬胶过高；所述支撑凸点能有效的帮助将烧结银胶中的空气排挤出去，能使焊接层空洞率减少到2%以内，支撑凸点能保证芯片放置时的平整，避免出现芯片倾斜，能提升产品的焊接可靠性和产品的散热性。

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种解决5G GaN芯片焊接高可靠性要求的封装焊接结构。

背景技术

5G应用的氮化镓/碳化硅(GaN/SiC)产品在工作时电流大、功率高，工作温度会高达250度，这就要求芯片封装产品具有高散热性、高可靠性的特性，为了满足这些要求，尤其是高散热性要求，对产品的封装材料(塑封料、焊接料)也有较高要求，都需要具有高导热性的特性，尤其是芯片底部的焊接料，连接了芯片和引线框基岛，芯片产生的热先传递到引线框基岛上，再散失到空气中，是决定产品散热性能的非常关键性的材料。目前，为了满足产品的高散热要求，都选用热导率大于100W/(m.K)的焊接材料，既烧结银胶，但是此类材料也有一些缺点，在烘烤固化焊接后，芯片与引线框基岛之间的焊接料中会出现很多空洞，这严重的影响了产品的散热性。

不同界面散热性计算公式：Q＝a(tw-to)F式中，Q为散热量，单位为w。其中，tw为热源的表面温度，单位为℃，如芯片底面；to为外界散热源温度，单位为℃，如引线框基岛；F为散热面的面积，单位为m²，近似焊接层的层面积；a为综合换热系数，w/(℃×m²)，与热交换的材料热导率成正比，近似烧结银胶的热导率。通过上述散热性公式可以推导得出：当产品材料结构相同时，tw，to，a均为定值，而F直接受焊接空洞率的影响，30％焊接空洞率意味着，整体散热量Q会降低为70％，对产品散热性有着显著影响，会造成产品热量无法及时散出而累积，使产品自身的温度上升，影响产品的工作稳定性及可靠性。同时，有试验也证实表明，芯片与引线框基岛之间焊接空洞面积与产品散热性呈明显的反比关系，当产品工作一定的时间后，由于焊接空洞造成的散热性差会导致产品异常，降低产品寿命，甚至直接失效(Chiriac VA,Yu Y.Impacts of solder voids on PQFN packages‘thermal andmechanical performances[C].Thermal&Thermomechanical Phenomena in ElectronicSystems.IEEE,2010:1-7；郑钢涛,陈素鹏,胡俊,etal.焊料层空洞面积对功率器件电阻和热阻的影响[J].半导体技术,2010(11):16-20)。

如图1所示，为现有技术中的一种芯片封装结构，包括引线框5、引线框基岛2、芯片1、金线7、焊接料3和塑封料6，现有技术中焊接料3厚度一般采用15-20μm，在烘烤固化焊接后，芯片1与引线框基岛2之间的焊接料3中会出现很多空洞，芯片1与引线框基岛2之间焊接空洞面积与产品散热性呈明显的反比关系，这严重的影响了芯片封装产品的散热性，散热性差会导致产品异常，降低产品寿命，甚至直接失效。