一、集成電路的散熱方式
熱傳遞是物理學(xué)上的一個(gè)物理現(xiàn)象，是指由于溫度差引起的熱能傳遞現(xiàn)象。熱傳遞中用熱量量度物體內(nèi)能的改變。熱傳遞主要存在三種基本形式：熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流。只要在物體內(nèi)部或物體間有溫度差存在，熱能就必然以以上三種方式中的一種或多種從高溫到低溫處傳遞。
集成電路組裝密度不斷增加，導(dǎo)致其功率密度也相應(yīng)提高，集成電路單位體積發(fā)熱量也有所增加。若不能即使將芯片所產(chǎn)生的的熱量散發(fā)出去，必然對(duì)集成電路的可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。集成電路的散熱方式也是有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種，其中，熱傳導(dǎo)是集成電路傳遞的主要方式。集成電路芯片內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量，通過芯片與外殼底座間的焊料層傳導(dǎo)到外殼的基座上，再由底座將熱量傳導(dǎo)到外殼其他部位或所附的散熱片上，再通過它們將熱量散發(fā)到周圍介質(zhì)中去。
二、陶瓷封裝外殼散熱方案
解決高密度陶瓷封裝外殼的散熱問題刻不容緩。在封裝外殼制造上可通過采取不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選擇合適的散熱片、對(duì)釬焊工藝進(jìn)行改進(jìn)、解決好散熱片的電鍍質(zhì)量問題等措施，來保證高密度陶瓷封裝外殼的熱性能的要求。
1.不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要估計(jì)集成電路芯片由于功率的熱效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量如何通過外殼散發(fā)到周圍環(huán)境中去。常見的設(shè)計(jì)方式有三種“
在陶瓷基座底部將散熱片直接焊接在陶瓷基座的底片背面。熱量傳導(dǎo)到基座底部和散熱片上，再通過它們將熱量散發(fā)到周圍介質(zhì)中去。
②陶瓷底片沖孔、注漿，散熱片直接焊接在陶瓷底片背面
在陶瓷底片上沖孔、注漿，然后再印上金屬化，散熱片直接焊接在陶瓷基座的底片背面。通過注漿孔可以較好的將熱量散發(fā)出去，但注漿孔的存在影響瓷體的強(qiáng)度。
將散熱片直接鑲嵌于陶瓷基座底部。芯片放置在散熱片上，直接通過它將熱量傳遞出去。散熱效果好，但陶瓷和散熱片鑲嵌處容易產(chǎn)生漏氣。
2.選擇合適的散熱片
散熱片材料一般為鎢-銅、鉬-銅、銅-鎢-銅、銅-鉬-銅合金材料，在實(shí)際應(yīng)用中，銅-鎢-銅、銅-鉬-銅這種三明治合金材料比鎢-銅、鉬-銅在與陶瓷件的結(jié)合強(qiáng)度和散熱片的電鍍質(zhì)量方面要好得多。
圖??鉬銅合金、CMCC、CMC，攝于安泰天龍展臺(tái)
3.改進(jìn)焊接工藝
陶瓷封裝外殼金屬件與陶瓷基座釬焊工藝，根據(jù)不同的銀銅焊料配比，采用不同的焊接工藝。當(dāng)散熱片材料為鎢-銅、鉬-銅合金時(shí)，采用銀銅（Ag72Cu28）焊料，陶瓷與封接環(huán)、外引線、散熱片一次性焊接完成，釬焊最高溫度880±10℃。當(dāng)散熱片材料為銅-鎢-銅、銅-鉬-銅合金時(shí)，分兩次裝配釬焊，先將封接環(huán)、外引線采用銀銅（Ag72Cu28）焊料焊接好后，再用其他焊料焊接散熱片。
4.散熱片良好的電鍍質(zhì)量
鎢-銅或鉬-銅合金材料屬于難鍍金屬，作為散熱片所選材料，電鍍時(shí)容易產(chǎn)生細(xì)小的針尖似小泡，因此必須控制好前工序的處理工藝、保證被鍍件表面的情節(jié)性、在帶散熱片陶瓷外殼的釬焊前，必須進(jìn)行特殊預(yù)處理，即在釬焊前對(duì)鎢銅或鉬銅散熱片先鍍鎳再釬焊。
文章來源：高密度陶瓷封裝外殼散熱問題探討，余詠梅，電子與封裝
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：高密度陶瓷封裝外殼的散熱方案
