本发明属于微电子功率器件热管理领域，特别是一种高功率密度热源器件及其制造方法。
背景技术：
随着微电子器件向着小型化、多功能化及大功率化的发展，热效应成为微电子器件性能和可靠性的主要制约因素。这主要因为大功率器件在工作时会产生大量的热，由于小型化的原因导致热积累严重，引起器件结温的急剧升高，导致器件的电学性能衰减和寿命等可靠性严重下降。热管理已成为目前微电子功率器件研究的热点方向。
而热管理技术的各类开发均需要进行散热能力的测试验证，目前常规微电子器件因加电途径复杂、集成困难和经济性较差等原因，难以满足各类热管开发技术的散热验证需求。因此，探索便捷、经济和可产生大功率的热源器件，解决微电子领域对散热技术能力的验证需求，对促进热管理技术开发和缩短研发周期都具有极大意义，成为目前热管理领域重要的产品之一。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高功率密度热源器件及其制造方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种高功率密度热源器件，包括功能管芯、框架外壳、内部键合金丝和互联输入端；
所述框架外壳采用内嵌结构，功能管芯嵌入框架外壳底部，直接与外部散热器件接触传热；所述内部键合金丝用于连接互联输入端和功能管芯上的电极，实现对功能管芯的电路输入；所述互联输入端采用键合基板与垂直插拔式铜管结构，实现对高功率密度热源器件的功率输入。
进一步的，所述功能管芯的电极采用蛇形等列递减阵列结构。
进一步的，电极宽度在10um-200um之间，厚度在1um-8um之间。
进一步的，所述功能管芯材料为sic和金刚石材料的任意一种，厚度为80um-500um。
进一步的，所述框架外壳材料采用氮化铝陶瓷材料。
进一步的，所述框架外壳需保证功能管芯的电极处于裸露状态。
进一步的，所述内部键合金丝为阵列等间距排列。
进一步的，所述互联输入端材料为铜材料。
本发明还提供一种高功率密度热源器件的制造方法，包括：将框架外壳和互联输入端采用银铜焊料集成；利用金锡焊料将功能管芯和框架外壳集成；采用通用键合机实现内部键合金丝，完成高功率密度热源器件的制备。
进一步的，所述功能管芯设计有电极pad区和与外壳集成pad区；所述框架外壳设计有与功能管芯集成pad区和与键合基板集成pad区；所述互联输入端的键合基板上设计有pad区，其长度与功能管芯的电极pad区长度相同
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明采用采用蛇形等列递减阵列结构实现功能管芯电极的制备，具有热分布的更均匀特性，提升热源功率密度；(2)框架外壳采用内嵌结构，使功能管芯直接嵌入框架外壳底部，降低高功率密度热源内部热阻；(3)本发明设计了插拔式铜管的互联输入端，实现高功率密度热源器件的便捷应用型；上述结构设计实现了器件可实现高功率密度、低器件热阻和便捷应用等特性，有效满足器件热管理开发领域对高功率密度器件的需求。
附图说明
图1是本发明的一种高功率密度热源器件结构示意图。
图2功能电极结构设计示意图。
图3为框架外壳结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进一步进行详细说明。
结合图1，一种高功率密度热源器件，主要包括功能管芯1、框架外壳2、内部键合金丝3和互联输入端4。功能管芯1用于高功率热耗散的产生，框架外壳2用于机械结构支撑，内部键合金丝3用于器件内部电路连接，互联输入端4用于实现对高功率密度热源器件的功率输入。上述结构设计实现了器件可实现高功率密度、低器件热阻和便捷应用等特性。有效满足器件热管理开发领域对高功率密度器件的需求。
结合图2，功能管芯可采用sic或金刚石高导热材料。其厚度控制在80um-500um，依据匹配强度决定；其管芯上的电极a采用蛇形等列递减阵列结构，以中心电极与电极宽度(50um-200um)为基准，向两侧按2-5％宽度递减，实现热分布的均匀性。电极自身宽度在10um-200um之间，厚度在1um-8um之间，依据热流密度决定。同时设计电极pad区b和与外壳的集成pad区c，电极pad区b宽度在150um以上，便于金丝键合，外壳的集成pad区位于边缘，宽度在200um以上，保证与框架外壳的集成强度。本发明中所述的pad区又称金属化区。
结合图3，框架外壳采用氮化铝等高导热陶瓷材料。结构设计为内嵌结构a，使功能管芯能直接嵌入框架外壳底部，直接与外部散热器件接触传热，且框架外壳需保证功能管芯的电极处于裸露状态，便于器件温度分布测试。框架外壳设计有与功能管芯集成pad区b，两者仅pad区互联，其它区域不接触，保证热源的热流密度不向两侧传热。框架外壳设计有与键合基板集成pad区c，保证与互联输入端集成。框架外壳设计含机械孔d，实现与外部散热器的直接互联。
结合图1和2，每一侧的内部键合金丝结构为阵列等间距排列，保证电流的均匀性，金丝直径和金丝数量依据器件设定的额定电流决定，采用通用键合机实现功能管芯和键合基板的互联，完成高功率密度热源内部电路连接。
结合图1和3，互联输入端采用铜基材料，设计为键合基板与垂直插拔式铜管结构，键合基板上含pad区，其中pad区的尺寸和功能管芯的电极pad区一致，即保证金丝长度相同，保证电流的均匀分配；其中垂直插拔式铜管结构垂直于键合基板，可直接与插拔式外接引线实现对高功率密度热源器件的功率输入。
所述的高功率密度热源器件制备方法为：是先将框架外壳和互联输入端采用高温银铜焊料集成，在利用金锡焊料将功能管芯和框架外壳集成，最后采用通用键合机实现内部键合金丝，完成一种高功率密度热源器件。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种高功率密度热源器件的结构设计与制造方法，具体包括：
功能管芯结构设计：管芯采用sic材料，厚度设计为350um；管芯上电极宽度设计为200um，中心区电极与电极的间距为200um，电极间距采用蛇形等列递减阵列结构，向两侧按2.5％宽度递减，共计20列，总电极长度180mm，电极厚度为4um之间，实现热分布的均匀性。电极pad区宽度为350um，长度为9mm，便于金丝键合。与框架外壳的集成pad区位于边缘，宽度为300um，长度为10mm，保证与框架外壳的集成强度。
框架外壳设计：框架外壳采用氮化铝材料，总厚度设计为1.5mm，内嵌结构依据功能管芯尺寸设计，内嵌区厚度比功能管芯厚20um保证焊料层的厚度。框架外壳与功能管芯集成pad区尺寸和功能管芯上的外壳集成pad区尺寸一致。框架外壳的键合基板集成pad区尺寸与互联输入端的键合基板尺寸一致，保证与互联输入端集成。框架外壳设计了机械孔，尺度为2mm*6mm，实现与外部散热器的直接互联。
内部键合金丝结构设计为阵列等间距排列，采用50um直径的金丝，20根，等间距分布在电极pad区长度方向。采用通用键合机实现功能管芯和键合基板的互联，完成高功率密度热源内部电路连接。
互联输入端：采用铜基材料，整体表面镀金。其中的键合基板上的pad区长度和功能管芯上的电极pad区长度一致，保证电流的均匀分配。其中垂直插拔式铜管结构垂直于键合基板，管芯直径1mm，管壁厚为0.5mm，保证强度和额定电流，直接与插拔式外接引线实现对高功率密度热源器件的功率输入。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种高功率密度热源器件的结构设计与制造方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
1.一种高功率密度热源器件，其特性在于，包括功能管芯(1)、框架外壳(2)、内部键合金丝(3)和互联输入端(4)；
所述框架外壳(2)采用内嵌结构，功能管芯(1)嵌入框架外壳底部，直接与外部散热器件接触传热；所述内部键合金丝(3)用于连接互联输入端(4)和功能管芯(1)上的电极，实现对功能管芯(1)的电路输入；所述互联输入端(4)采用键合基板与垂直插拔式铜管结构，实现对高功率密度热源器件的功率输入。
2.根据权利要求1所述的高功率密度热源器件，其特征在于，所述功能管芯(1)的电极采用蛇形等列递减阵列结构。
3.根据权利要求2所述的高功率密度热源器件，其特征在于，电极宽度在10um-200um之间，厚度在1um-8um之间。
4.根据权利要求1所述的高功率密度热源器件，其特征在于，所述功能管芯(1)材料为sic和金刚石材料的任意一种，厚度为80um-500um。
5.根据权利要求1所述的高功率密度热源器件，其特征在于，所述框架外壳(2)材料采用氮化铝陶瓷材料。
6.根据权利要求1所述的高功率密度热源器件，其特征在于，所述框架外壳(2)需保证功能管芯(1)的电极处于裸露状态。
7.根据权利要求1所述的高功率密度热源器件，其特征在于，所述内部键合金丝(3)为阵列等间距排列。
8.根据权利要求1所述的高功率密度热源器件，其特征在于，所述互联输入端(4)材料为铜材料。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述高功率密度热源器件的制造方法，其特征在于，包括：将框架外壳和互联输入端采用银铜焊料集成；利用金锡焊料将功能管芯和框架外壳集成；采用通用键合机实现内部键合金丝，完成高功率密度热源器件的制备。
10.根据权利要求9所的制造方法，其特征在于，所述功能管芯设计有电极pad区和与外壳集成pad区；所述框架外壳设计有与功能管芯集成pad区和与键合基板集成pad区；所述互联输入端的键合基板上设计有pad区，其长度与功能管芯的电极pad区长度相同。
技术总结