CN102263093A - 桥式器件的封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种桥式器件的封装结构，包括四个桥臂芯片、四个金属支撑片、多个内部电学连接件以及塑封体。本发明的优点在于，封装体仅将各个引脚暴露出来，最大程度上避免了封装体漏电的可能性，并通过将桥臂芯片贴装在金属支撑片上的方法尽量缩短了电学引脚和桥臂芯片之间的距离，因此芯片工作产生的热量可以很容易的通过电学引脚散发到环境中去。

Description

桥式器件的封装结构
技术领域
本发明涉及半导体器件封装测试领域，尤其涉及一种桥式器件的封装结构。
背景技术
大功率桥式器件是一种高压环境下工作的封装体。这种封装体通常由四个独立的桥臂芯片联合构成，特点是工作电压高、发热量大。桥式器件中常见的是桥式整流器，大功率桥式整流器的总功率通常在2W左右，且芯片之间的电压落差有可能达到1000V甚至更高。以上的两个特点决定了这种桥式整流器必须具有良好的热动力学设计，使芯片在大功率下工作产生的热量能够尽快的传导到体外，并且每个芯片之间的温度差也要控制在允许的范围内，防止封装结构内部的热量集中，因封装结构的热阻是由温度最高的芯片决定的，封装结构内部导热不良会导致内部四个芯片的温差过大，这会增大封装结构的热阻。
由于封装体的各个芯片之间的电压差很大，因此传统四方扁平封装中采用引线框架底部进行散热的方法不再适用，因为将引线框架的一部分暴露出来增加了芯片脱出以及短路的几率，在低压(工作电压通常为5V)环境下些许的漏电并不会带来安全隐患，但是在数百伏甚至上千伏的工作环境下，一旦发生芯片脱出以及短路，会带来火灾或者触电等严重的安全事故。尤其是桥式器件通常有四块金属片作为支撑的平台，四个金属片在空间上交错排列，并且间距很小，大约0.2mm，如此小的间距暴漏在外边承受上千伏的高压这在电学上是很危险的，例如当用焊料焊接时，焊料就完全可能使两极短路，另外在潮湿环境中空气击穿也是可能发生的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种桥式器件的封装结构，能够提高桥式器件在高压条件下工作的电学性能可靠性，同时又具有四角扁平封装优良的散热性能以及超薄的尺寸。
为了解决上述问题，本发明提供了一种桥式器件的封装结构，包括四个桥臂芯片、四个金属支撑片、多个内部电学连接件以及塑封体；所述四个金属支撑片各自具有相对设置的第一表面与第二表面，所述第一表面为一平面，第二表面设置有凸出的电学引脚；所述四个桥臂芯片与四个金属支撑片以及内部电学连接件相互电学连接形成四个端口分别设置于四个金属支撑片上的桥式电路，其中桥臂芯片与金属支撑片的连接方式为桥臂芯片采用导电焊料贴装至一金属支撑片的第一表面；所述塑封体包裹四个桥臂芯片、四个金属支撑片以及所有内部电学连接件，但将所述电学引脚暴露在塑封体之外。
作为可选的技术方案，所述桥臂芯片为二极管，所述作为四个桥臂芯片的四个二极管均正极贴装至金属支撑片，第一桥臂芯片贴装至第一金属支撑片、第二桥臂芯片贴装至第二金属支撑片，第三桥臂芯片与第四桥臂芯片贴装至第三金属支撑片；第一电学连接件连接第四金属支撑片、第一桥臂芯片的负极以及第二桥臂芯片的负极，第二电学连接件连接第二金属支撑片与第三桥臂芯片的负极，第三电学连接件连接第四桥臂芯片的负极与第一金属支撑片。
作为可选的技术方案，所述桥臂芯片为电阻，所述作为四个桥臂芯片的四个电阻的两极中的任意一极贴装至金属支撑片，第一桥臂芯片贴装至第一金属支撑片、第二桥臂芯片贴装至第二金属支撑片，第三桥臂芯片与第四桥臂芯片贴装至第三金属支撑片；第一电学连接件连接第四金属支撑片、第一桥臂芯片的未贴装一极以及第二桥臂芯片的未贴装一极，第二电学连接件连接第二金属支撑片与第三桥臂芯片的未贴装一极，第三电学连接件连接第四桥臂芯片的未贴装一极与第二金属支撑片。
作为可选的技术方案，所述多个电学连接件的材料各自独立地选自于铝带和铜片中的一种。
作为可选的技术方案，所述金属支撑片的外侧部具有侧向凸起，所述侧向凸起亦暴露在塑封体之外。
作为可选的技术方案，所述导电焊料为含有金属颗粒的环氧树脂。
本发明的优点在于，封装体仅将各个引脚暴露出来，最大程度上避免了封装体漏电的可能性，并通过将桥臂芯片贴装在金属支撑片上的方法尽量缩短了电学引脚和桥臂芯片之间的距离，因此芯片工作产生的热量可以很容易的通过电学引脚散发到环境中去。
进一步采用铜片或者铝带作为电学连接部件，除了提高电导率以降低热损耗之外，作用还在于增加芯片之间的导热率，提高封装体整体的温度一致性，避免出现局部过热的现象。
附图说明
附图1所示是本发明具体实施方式所述桥式器件的封装结构的示意图。
附图2所示是采用铜片代替附图1中的铝带作为电学连接件的封装体示意图。
附图3所示是四个支撑片在图1中未能示出的第二表面的示意图。
附图4是采用四个二极管作为桥臂形成的典型的全桥整流电路的电路图。
附图5所示是上述桥式器件完整的结构示意图。
附图6所示是本发明另一具体实施方式所述桥式器件的封装结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的桥式器件的封装结构的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本发明具体实施方式所述桥式器件的封装结构的示意图，包括：四个桥臂芯片，分别为第一桥臂芯片101、第二桥臂芯片102、第三桥臂芯片103和第四桥臂芯片104；四个金属支撑片，分别是第一金属支撑片131、第二金属支撑片132、第三金属支撑片133和第四金属支撑片134；多个内部电学连接件，本具体实施方式以第一电学连接件151、第二电学连接件152以及第三电学连接件153表示。为了清楚表示封装体的内部结构，在图1中未图示塑封体。附图1中的第一电学连接件151、第二电学连接件152以及第三电学连接件153的材料为铝带(Al Ribbon)。
附图2所示是采用铜片(Cu Clip)代替附图1中的铝带作为电学连接件的封装体示意图，对比附图1和附图2可以看出，除了铝带和铜片之间的形貌差别之外，两者并无本质区别，本领域内技术人员也可以在同一个封装体中同时选用铝带和铜片进行组合。无论是铝带或者是铜片，其作用都在于增加芯片之间的导热率，提高封装体整体的温度一致性，避免出现局部过热的现象。
所述四个金属支撑片各自具有相对设置的第一表面与第二表面，所述第一表面为一平面，第二表面设置有凸出的电学引脚，参考附图3所示是四个支撑片在图1中未能示出的第二表面。第一金属支撑片131、第二金属支撑片132、第三金属支撑片133和第四金属支撑片134各自包括第一电学引脚171、第二电学引脚172、第三电学引脚173和第四电学引脚174。桥臂芯片与金属支撑片的连接方式为桥臂芯片采用导电焊料贴装至一金属支撑片的第一表面，所述导电焊料的材料可以但不限于是含有金属颗粒的环氧树脂。
所述四个桥臂芯片与四个金属支撑片以及内部电学连接件相互电学连接形成了全桥整流电路。本具体实施方式以二极管作为桥臂为例对此封装结构进行说明。采用四个二极管作为桥臂可以形成典型的全桥整流电路。附图4是该全桥整流电路的电路图，其中桥臂的二极管芯片D1、D2、D3和D4分别对应于附图3中的第一桥臂芯片101、第二桥臂芯片102、第三桥臂芯片103和第四桥臂芯片104。附图4中的四个端口C1、C2、C3和C4分别对应于四个金属支撑片的第一电学引脚171、第二电学引脚172、第三电学引脚173和第四电学引脚174。
继续参考附图1，本具体实施方式所采用的连接方式如下：四个二极管均正极朝向金属支撑片，第一桥臂芯片101贴装至第一金属支撑片131、第二桥臂芯片102贴装至第二金属支撑片132，第三桥臂芯片103与第四桥臂芯片104贴装至第三金属支撑片133；第一电学连接件151连接第四金属支撑片134、第一桥臂芯片101的负极以及第二桥臂芯片102的负极，第二电学连接件152连接第二金属支撑片132与第三桥臂芯片103的负极，第三电学连接件153连接第四桥臂芯片104的负极与第一金属支撑片131。
以上的连接方式，若四个桥臂芯片中的一个或者几个是电感等极性器件，则贴装和引线方式与此类似；若四个桥臂芯片中的一个或者几个为电阻，由于电阻不具有极性，故附图1中的四个桥臂芯片可以采用任意一面进行贴装；若四个桥臂芯片中的一个或者几个是三极管等三端或者多端器件，也可以进一步设置更多的金属支撑片和电学连接件来搭建内部电路，将芯片的电极引出。
继续参考附图1至附图3，所述金属支撑片的外侧部具有侧向凸起，本具体实施方式以侧向凸起180～189表示。所述侧向凸起亦暴露在塑封体之外
附图5所示是上述桥式器件完整的结构示意图，含有塑封体190，四个金属支撑片各自的电学引脚均暴露在塑封体190之外，用于同外界形成电学连接。所述侧向凸起180～189亦暴露在塑封体之外，以增强封装体的机械性质。从附图5可以看出，封装体仅将各个引脚暴露出来，最大程度上避免了封装体漏电的可能性，并且从图1和图2所示的结构可以看出，本发明所述结构的电学引脚和桥臂芯片之间的距离很短，因此芯片工作产生的热量可以很容易的通过电学引脚散发到环境中去。还可以设计大尺寸的电学引脚来进一步增加散热效果。并且将暴露在外的四个电学引脚尽量分布在封装体的四周，这样能保证两极间有充足的空间距离防止电极短路。
继续参考附图5，四个芯片在工作中所产生的热量主要是通过底部的四个引脚流出封装体的，因为热量是垂直通过四个引脚的截面的，其导热能力与截面积成正比而与引脚的长度(也就是电学引脚的厚度)成反比，而相对SOP等封装，本发明所述的封装引脚截面很大，而引线长度很短，所以有不俗的散热能力，如果采用SOP等封装形式，虽然能够防止电极短路，但是SOP引脚截面很小，并且引线很长所以导热能力很差，不适用于大功率的功率器件封装，这种封装实质上结合了QFN具有良好导热能力与SOP形式封装能有效增强桥式电路电学稳定性的的优点，SOP封装的另一个缺点是其框架要较QFN为厚，因为SOP封装框架的厚度方向为引线的截面积，为了增加导热能力就必须引线的截面积而这必然要求增加框架的厚度。
附图6所示是本发明另一具体实施方式所述桥式器件的封装结构的示意图，除附图1所示的四个桥臂芯片、四个金属支撑片和三个内部电学连接件之外，还进一步包括第五金属支撑片135、第六金属支撑片136、第四电学连接件154和第五电学连接件155。增加的部件和已有部件的连接关系请参考附图6。增加更多的金属支撑片和电学连接件的目的在于降低每个金属支撑片的面积，使热应力更加均匀的分布，并增加封装结构的金属支撑片和电学连接件的总的表面积，有利于向外散热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种桥式器件的封装结构，其特征在于，包括四个桥臂芯片、四个金属支撑片、多个内部电学连接件以及塑封体；所述四个金属支撑片各自具有相对设置的第一表面与第二表面，所述第一表面为一平面，第二表面设置有凸出的电学引脚；所述四个桥臂芯片与四个金属支撑片以及内部电学连接件相互电学连接形成四个端口分别设置于四个金属支撑片上的桥式电路，其中桥臂芯片与金属支撑片的连接方式为桥臂芯片采用导电焊料贴装至一金属支撑片的第一表面；所述塑封体包裹四个桥臂芯片、四个金属支撑片以及所有内部电学连接件，但将所述电学引脚暴露在塑封体之外。
2.根据权利要求1所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述桥臂芯片为二极管。
3.根据权利要求2所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述作为四个桥臂芯片的四个二极管均正极贴装至金属支撑片，第一桥臂芯片贴装至第一金属支撑片、第二桥臂芯片贴装至第二金属支撑片，第三桥臂芯片与第四桥臂芯片贴装至第三金属支撑片；第一电学连接件连接第四金属支撑片、第一桥臂芯片的负极以及第二桥臂芯片的负极，第二电学连接件连接第二金属支撑片与第三桥臂芯片的负极，第三电学连接件连接第四桥臂芯片的负极与第一金属支撑片。
4.根据权利要求1所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述桥臂芯片为电阻。
5.根据权利要求4所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述作为四个桥臂芯片的四个电阻的两极中的任意一极贴装至金属支撑片，第一桥臂芯片贴装至第一金属支撑片、第二桥臂芯片贴装至第二金属支撑片，第三桥臂芯片与第四桥臂芯片贴装至第三金属支撑片；第一电学连接件连接第四金属支撑片、第一桥臂芯片的未贴装一极以及第二桥臂芯片的未贴装一极，第二电学连接件连接第二金属支撑片与第三桥臂芯片的未贴装一极，第三电学连接件连接第四桥臂芯片的未贴装一极与第二金属支撑片。
6.根据权利要求1所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述多个电学连接件的材料各自独立地选自于铝带和铜片中的一种。
7.根据权利要求1所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述金属支撑片的外侧部具有侧向凸起，所述侧向凸起亦暴露在塑封体之外。
8.根据权利要求1所述的桥式器件的封装结构，其特征在于，所述导电焊料为含有金属颗粒的环氧树脂。
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