CN100420017C - 具有混合线路与复合基板的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封装结构，其包括：具有线路配置的一基板，具有一第一表面及一第二表面，该基板的材料为陶瓷或是包含金属的复合材料的热传导性材料；具有一引脚的一导线架，位于该基板的该第一表面上；复数个功率元件，位于该导线架上；一控制元件，直接位于该基板的该第一表面上；复数条导线，用以连接至少一该复数个功率元件与该基板之间的电性，及该控制元件与该基板之间的电性；以及一金属板，设置于该基板的该第二表面，用以移除由功率元件所产生的热量。

Description

具有混合线路与复合基板的封装结构
技术领域
本发明涉及一种封装结构，特别是一种具有混合线路与复合式基板的封装结构。
背景技术
现今各类电子产品的共同趋势不外乎轻、薄、短、小，如何在有限的空间内，置放最多的元件或是线路，是目前设计电子产品的设计者最想要达到的目标。因此，基于这种想法，二维空间的电路及元件显然无法满足元件高积密度以及线路紧密度的设计要求，使得三维空间的电路及元件设计，成为提高元件及线路积密度的解决方式。
图1及图2，表示目前以直接键合铜技术(DCB；direct copper bond)或是绝缘金属基板(IMS；insulated metal substrate)的高散热性基板，并且以打线技术(wire bond)与导线架(lead-frame)电性连接，所构成的封装结构示意图。
请先参阅图1，表示具有功率模块(power module)的封装结构(package)结构截面示意图。其封装结构包括一高散热性基板100，例如，直接键合铜技术基板(以下简称DCB基板)，或是绝缘金属基板(以下简称IMS基板)；于高散热性基板100上包括功率元件(power device)102、控制元件(control device)104以及其它元件(未在图中表示)，位于具有线路的高散热性基板100上方，并且利用打线接合(wire bonding)的方式，通过复条导线112，将这些元件，如控制元件104、功率元件102或是其它元件(未在图中表示)分别与导线架108电性连接。
接着，以封胶(molding)120将控制元件104、功率元件102以及其它元件(未在图中表示)，还有连接各元件以及导线架108与高散热性基板100之间的复条导线112，并局部的导线架108同时密封。而控制元件104、功率元件102以及其它元件(未在图中表示)，可分别通过导线架108的引脚(lead)110与外界作电性连接。
此结构上的缺点在于，线路全部都在高散热性基板100上，其线路密度无法提高，且所须要的基板面积较大，形成高制程成本。再者，由于功率元件102所产生的热量是经由高散热性基板100，再传送至散热装置(未在图中表示)，而散热装置与高散热性基板100之间则是通过散热膏(未在图中表示)传热，故瞬间的传热机制并不理想。
因此，为了提高功率模块的封装结构的线路密度，并且为了增加高散热性基板100的散热效率，提出另一种封装结构，如图2所示，其封装结构包括高散热性基板100；于高散热性基板100的第一表面上具有控制元件104、功率元件102以及其它元件(未在图中表示)；复数条导线112用以电性连接控制元件104、功率元件102与其它元件(未在图中表示)与具有引脚110的导线架108以及高散热性基板100。接着，同样以封胶120将上述的结构进行密封。而控制元件104、功率元件102以及其它元件(未在图中表示)，可分别通过导线架108的引脚(lead)110与外界作电性连接。另外，与图1的差异在于，于高散热性基板100的第二表面具有一金属板130，由此，功率元件102所产生的热量可以经由高散热性基板100传送至金属板130，然后再传送至散热装置(未在图中表示)，通过金属板130的传导率，来增加散热效率。在此，金属板130与高散热性基板100之间以焊锡(未在图中表示)连接。
虽然，通过金属板130可以增加整个封装结构的散热效率，然而其线路密度仍然无法提高、以及所须的基板面积较大的缺点仍然无法改善。
请参阅图3，表示现有技术中，另一种具有功率模块的封装结构结构剖面示意图。其封装结构包括以高散热性基板100做为封装结构的基板；以导线架108直接构成线路位于高散热性基板100的第一表面上，在此，导线架108直接构成线路，且控制元件104、功率元件102及其它元件(未在图中表示)配置在芯片座124上。同样地，通过复数条导线112将控制元件104、功率元件102及其它元件(未在图中表示)分别与导线架108以及芯片座124相互电性连接。接着，以封胶120，将上述的结构密封。而控制元件104、功率元件102以及其它元件(未在图中表示)，可分别通过导线架108的引脚(lead)110与外界作电性连接，且于高散热性基板100的下方，设置一金属板130。
此封装结构的缺点在于，导线架108的引脚110必须具有足够的结构强度，所以导线架108的厚度必须大于某一特定值，然而，此封装结构的线路是由导线架108所构成的，因此积密度以及精确度都会被局限。另外，由功率元件102所产生的热量需经由封装材料才可以传导置金属板130，因此，热传导效率也不佳。
发明内容
鉴于上述的背景技术中，封装结构的散热效率不佳，以及线路积密度的问题，本发明揭露一种功具有混合线路以及复合基板的封装结构，以改善现有技术中，封装结构散热不良以及线路积密度无法改善的问题。
本发明的目的在于，将功率元件配置于导线架上，而通过导线架与基板连接，使得基板可以直接与外界的散热装置连接，而可以增加散热效率，因此可以承受瞬间大电流所产生的热量。
本发明的目的还在于，将控制元件直接配置在已经完成线路配置的基板上，且功率元件配置在位于基板上的金属块上方，使得由功率元件所产生的热量，可以通过金属块、基板以及与基板连接的金属板传导至外界，而增加其散热效率；并且，由于控制元件位于基板上，其封装元件的尺寸大小可以缩小。
为达以上所述的目的，本发明提供一种封装结构，其包括：具有线路配置的一基板，具有一第一表面及一第二表面，该基板的材料为陶瓷或是包含金属的复合材料的热传导性材料；具有一引脚的一导线架，位于该基板的该第一表面上；复数个功率元件，位于该导线架上；一控制元件，直接位于该基板的该第一表面上；复数条导线，用以连接至少一该复数个功率元件与该基板之间的电性，及该控制元件与该基板之间的电性；以及一金属板，设置于该基板的该第二表面，用以移除由第一元件所产生的热量。
本发明还提供另一种封装结构，其包括：具有线路配置的一基板，具有一第一表面及一第二表面，且具有一金属板位于该第二表面；具有一引脚的一导线架，位于该基板的该第一表面上；多数个金属块，位于该基板的该第一表面，该金属块不与导线架连接；多数个第一元件，分别直接设置于每一该多数个金属块上；一第二元件，直接设置于该基板的该第一表面；及复数条导线，用以连接至少一该多数个第一元件与该基板之间的电性，及该第二元件与该基板之间的电性；一封胶，用以密封局部的基板、第一元件、第二元件、复数个金属块以及局部的导线架；以及一金属板位于基板的第二表面，用以移除由功率元件所产生热量的效率。
因此，通过上述封装结构，由于线路直接配置于基板上，因此第二元件可以直接与基板电性连接，而不须要任何的电路板来做为导通的媒介，故可以有效地缩减封装结构的体积；另外，通过导线架与基板连接、或是金属块与基板连接，使得基板可以直接与外界的散热装置连接，而可以增加其散热效率，因此，可以承受瞬间大电流所产生的热量。
附图说明
图1为根据现有所揭露的技术，表示以高散热性基板为主的具有功率模块的封装结构的示意图；
图2为根据现有所揭露的技术，表示具有金属板的具有功率模块的封装结构的示意图；
图3为根据现有所揭露的技术，表示另一种具有功率模块的封装结构示意图；
图4A为根据本发明所揭露的技术，表示以导线架配合设置有线路的基板为主的封装结构示意图；
图4B为根据本发明所揭露的技术，表示具有未设置线路的基板的封装结构示意图；
图5A为根据本发明所揭露的技术，表示以导线架、金属块以及设置线路的基板的封装结构示意图；
图5B为根据本发明所揭露的技术，表示以导线架、金属块以及未设置线路的基板的封装结构示意图。
图中符号说明
10已经完成线路配置的基板
11不具有线路配置的基板
12导线架
14引脚
16第一元件(功率元件)
18第二元件(控制元件)
20导线
22封胶
24金属板
30金属块
100高散热性基板
102功率元件
104控制元件
108导线架
110引脚
112导线
120封胶
124芯片座
130金属板
具体实施方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以权利要求书的范围为准。
请参阅图4A，表示本发明所揭露的封装结构结构截面示意图。其封装结构包括已经完成线路配置(未在图中表示)的一基板10，其中线路设置于基板10的第一表面；具有引脚14的导线架12，位于基板10的第一表面上；复数个第一元件16，设于导线架12上；第二元件18，位于已经完成线路配置的基板10的第一表面上；复数条导线20，用以连接设于导线架12上的每一个第一元件16，第一元件16与基板10，以及第二元件18与基板10之间的电性；封胶22，用以密封局部的基板10、第一元件16、第二元件18以及局部的导线架12；以及一金属板24，配置于基板10的第二表面，用以移除由第一元件16所产生的热量。
上述中，已经完成线路配置的基板10，其线路的配置是利用厚膜或是薄膜，或者是厚、薄膜相互混合的技术所完成。由于线路是直接配置于基板10的第一表面上，因此，可以充分地利用基板10的空间，提高电路积密度，并且可以节省成本。另外，本发明所提供的基板10本身具有良好的传导性，因此，可以传导热量。再者，基板10的材料可以是绝缘材料，利如陶瓷(ceramic)材料；或者是包含金属的复合材料、亦或是单面或双面包括金属的复合材料。
复数个第一元件16，为功率元件(power device)，指在操作过程中会产生高热量的元件。这些功率元件16设置于导线架12上，并且以导线20用以连接位于导线架12上的各个第一元件16之间的电性，其中，导线20以打线接合(wire bond)的方式形成在每一个第一元件16的主动面上。
此外，其导线架12的位置可以是在同一平面，亦或者在不同的平面，且其导线架12的材料可以是金属，其作用包括传导热量以及做为导通的线路的元件。另外，导线架12的引脚14，做为与外界做电性的连接。
另外，作为本发明的特征之一，是将做为控制元件的第二元件18，配置在已经完成线路配置的基板10的第一表面上，其配置的方式包括一些已知的技术，例如表面黏着技术(SMT；surface mount technology)。由于基板10的第一表面设置线路，所以位于第二元件18主动面上的导线20直接连接至基板10的第一表面，通过基板10上所配置的线路，连接第二元件18与导线架12之间的电性。
另外，金属板24，是以焊接的方式形成于基板10的第二表面，通过金属板24具有良好的传导性，使得由第一元件16所产生的高热量，可以经由导线架12、基板10传导至金属板24，然后再传送至外接的散热装置(未在图中表示)，以达到增加散热效率的目的。此外，金属板24的尺寸大小可以按封装结构的须求而设计，不会受到导线架12的尺寸大小的限制。
另外，请参阅图4B为本发明所揭露的另一较佳实施例。其封装结构中的各个元件的功能性、以及各个元件之间的连接关系与图4A所揭露的结构相同，在此不再赘述。图4B与图4A的差异性在于，所使用的基板11为一般的绝缘基板，在基板11的第一表面上没有配置任何线路。因此，位于导线架12上的第一元件16的主动面上的导线20，连接至第二元件18的主动面上，而第二元件18主动面上的导线20，连接至导线架12，由此，第一元件16与第二元件18才可以相互电性连接，而第二元件18与导线架12之间，同样也是通过导线20电性连接。
另外，请先参阅图5A，表示本发明所揭露的封装结构的又一较佳实施例。其封装结构包括已经完成线路配置的基板10，其中其线路配置在基板10的第一表面；具有引脚14的导线架12设置在基板10的第一表面上；复数个金属块30设置于基板10的第一表面上；复数个第一元件16分别设置于每一个金属块30上方；第二元件18设置于基板10的第一表面上；复数条导线20，用以连接设置于金属块30上方的每一个第一元件16之间的电性、局部第一元件16与基板10，以及基板10与第二元件18之间的电性，其中导线20分别设置在第一元件16与第二元件18的主动面上。由于基板10已配置线路，所以局部第一元件16与第二元件18之间的电性连接，可以通过基板10上的线路达成；同样地，第二元件18与导线架12之间的电性，也可以通过基板10上的线路达到导通的目的。
同样地，一封胶22，用以密封局部的基板10、局部的导线架12、复数个金属块30、复数个第一元件16以及第一元件18。然后，一金属板24，以焊接的方式设置于基板10的第二表面上，以完成一封装结构。
在此，已经完成线路配置的基板10、具有引脚14的导线架12、第一元件16、第二元件18以及金属板24的材料及功能均与图4A及图4B所述的相同，在此不再赘述。
要说明的是，在本实施例中，位于基板10第一表面上的复数个金属块30除了可以做为导通线路外，还可以增加散热效率。由于第一元件16为会产生高热量的功率元件，为了要增加散热效率，将第一元件16设置于具有良好传导性、且具有导电性的金属块30，使得整个封装结构的散热路径，可以经由金属块30传送至基板10，然后通过基板10第二表面的金属板24将热量传送至外接的散热装置(未在图中表示)，以增加散热效率。
另外，请参阅图5B，为本发明所揭露的再一较佳实施例。在此实施例中，其封装结构中的各个元件的功能性、以及各个元件之间的连接关与图5A所揭露的结构相同，在此不再赘述。所要说明的是，在图5A中的基板10为已经完成线路配置的基板10；然而，在图5B中，为未有任何线路配置的基板11。由于基板11上没有任何线路的配置，因此，位于局部金属块30上的局部第一元件16，其主动面上的导线20连接至第二元件18的主动面，且第二元件18主动面上的另一条导线20，连接至导线架12，以完成电性的连接。
无论是图4A及图4B中，以导线架12做为第一元件16散热的元件之一，或是在图5A与图5B中，利用金属块30做为散热的媒介，其目的均是为了要增加散热效率。另外，将做为控制元件的第二元件18直接设置于基板10上的优点，在于可以节省整个封装结构的空间，以及缩减封装结构的面积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在权利要求书内。

Claims (10)

1. 一种封装结构，其特征在于，包括：
具有线路配置的一基板，具有一第一表面及一第二表面，该基板的材料为陶瓷或是包含金属的复合材料的热传导性材料；
具有一引脚的一导线架，位于该基板的该第一表面上；
复数个功率元件，位于该导线架上；
一控制元件，直接位于该基板的该第一表面上；
复数条导线，用以连接至少一该复数个功率元件与该基板之间的电性，及该控制元件与该基板之间的电性；以及
一金属板，设置于该基板的该第二表面。
2. 如权利要求1所述的封装结构，其中，该基板的材料为一绝缘材料。
3. 如权利要求1所述的封装结构，其中，该基板的材料选自于下列族群之一：一单面包括一金属的复合材料及一双面包括一金属的复合材料。
4. 如权利要求1所述的封装结构，其中，该些导线分别设置于每一该复数个功率元件的每一主动面上、该控制元件的一主动面以及该导线架上。
5. 如权利要求1所述的封装结构，其中，该些导线分别设置于每一该复数个功率元件的每一主动面上、该控制元件的一主动面以及该基板的该第一表面上。
6. 一种封装结构，其特征在于，包括：
具有线路配置的一基板，具有一第一表面及一第二表面，且具有一金属板位于该第二表面；
具有一引脚的一导线架，位于该基板的该第一表面上；
多数个金属块，位于该基板的该第一表面，该金属块不与导线架连接；
多数个第一元件，分别直接设置于每一该多数个金属块上；
一第二元件，直接设置于该基板的该第一表面；及
复数条导线，用以连接至少一该多数个第一元件与该基板之间的电性，及该第二元件与该基板之间的电性。
7. 如权利要求6所述的封装结构，其中，上述基板为一绝缘材料。
8. 如权利要求6所述的封装结构，其中，上述基板的材料选自于下列族群之一：一单面包括一金属的复合材料及一双面包括一金属的复合材料。
9. 如权利要求6所述的封装结构，其中，该些导线分别设置于每一该些第一元件的每一主动面上、该第二元件的一主动面以及该导线架上。
10. 如权利要求6所述的封装结构，其中，该些导线分别设置于每一该些第一元件的每一主动面上、该第二元件的一主动面以及该基板的该第一表面上。
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