CN107408548A - 引线框架和包含所述引线框架的半导体封装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于半导体封装的引线框架，所述引线框架包括：阳极(10)、阴极(20)、成型零件(30)、端子零件(90和91)，其中一个或多个散热孔(40)、具有比待附接的半导体芯片(55)的表面积更宽的表面积的一个或多个芯片附接零件(50)、一个或多个上部开口(70和71)定位在所述引线框架的上部部分中，并且其中一个或多个散热孔(40)、一个或多个第一下部开口(60)以及一个或多个第二下部开口(80)定位在所述引线框架的下部部分中；包含所述引线框架的半导体封装；以及包含所述半导体封装的照明设备。

Description

引线框架和包含所述引线框架的半导体封装
[技术领域]
本发明涉及一种引线框架和包含所述引线框架的半导体封装。更确切地说，本发明涉及一种用于半导体封装的引线框架，所述引线框架具有优良的散热特性，由此能够防止半导体装置的退化并提高半导体装置的可靠性和效率；以及涉及一种包含所述引线框架的半导体封装。
[背景技术]
引线框架是支撑半导体芯片的金属衬底。引线框架广泛地用于在电子组件领域中封装半导体装置。近来，半导体封装用于各种领域，其中将半导体装置(例如，发光二极管(LED)芯片)安装在引线框架中并注入密封材料。引线框架可根据引线框架的形式和大小应用于各种应用中。
半导体当中的发光二极管(LED)近来已由于发光二极管的较长寿命和环境友好特性而被广泛使用。尤其地，在照明领域中，LED的使用由于LED的价格下降、在各个国家/地区中的白炽灯泡禁用和荧光灯泡禁用等因素而逐渐增加。
然而，LED自身产生大量的热，使得LED封装可由于热性能的退化而造成问题，例如缺陷产品、产品质量的下降以及产品寿命的缩短。
因此，在设计半导体封装尤其是LED封装的过程中，散热设计非常重要。重点是如何设计散热结构，使得热量可通过有效地传输由温差造成的热能而排放到外部。
一般来说，产品的散热已通过以下操作实现：基于将半导体装置和引线框架视为一个封装的观点，设计由具有高热导率的金属或陶瓷制成的印刷电路板(PCB)，且随后将由金属制成的散热器或散热构件附接到PCB的后部部分上。在封装中产生的热量可通过PCB和散热构件排放到空气中。
如上文所描述，现有技术的引线框架封装是根据半导体芯片的大小和形状来容纳半导体芯片的结构且无法自身单独使用。所述引线框架封装可仅通过例如另外的电路设计和散热器等散热设计使用。也就是说，大部分LED封装通过例如散热器等单独的散热构件将LED装置的热量排放到空气中。
然而，包含例如散热器等单独的散热构件的大部分LED产品由于单独的散热构件自身的体积和形状而具有较大体积并在产品的形式、形状及使用方面具有限制。因此，迄今为止的LED产品具有以下问题：产品具有较大体积，产品较重，产品的制造时间较长等等。
为解决所述问题，第1,340,029号韩国专利公开了一种用于半导体封装的引线框架技术，所述技术能够提供优良的半导体芯片性能，即使是在不使用单独的散热构件的情况下。所述专利与现有技术半导体封装的不同之处在于引线框架自身用作散热构件。然而，在所述专利中，引线框架的散热特性仍不令人满意。因此，需要一种具有更优良的散热特性的半导体封装。
[发明内容]
[技术问题]
本发明已致力于解决现有技术中的引线框架的缺点，且本发明的目标是提供一种用于半导体封装的引线框架，所述引线框架可保证甚至在长时间使用上的可靠性和效率，自身具有优良的散热特性而不需要单独的散热构件，且具有低制造成本和改善的耐久性；以及提供一种包含所述引线框架的半导体封装。
[技术方案]
本发明的示例性实施方案提供一种用于半导体封装的引线框架，所述引线框架包括：一个或多个阳极(10)和一个或多个阴极(20)，所述阳极和阴极安置成彼此间隔开；成型零件(30)，所述成型零件密封阳极(10)和阴极(20)；端子零件(90和91)，所述端子零件相应地安置在阳极(10)和阴极(20)的远端处；一个或多个散热孔(40)，所述散热孔形成于引线框架的上部部分和下部部分中，并经过阳极(10)和/或阴极(20)以及成型零件(30)；一个或多个芯片附接零件(50)，所述芯片附接零件形成于引线框架的上部部分中，且具有比待附接的半导体芯片(55)的表面积更宽的表面积；一个或多个上部开口(70和71)，所述上部开口形成于引线框架的上部部分中，且不通过成型零件(30)密封，并向外部暴露阳极(10)或阴极(20)；一个或多个第一下部开口(60)，所述第一下部开口形成于引线框架的下部部分中的对应于芯片附接零件(50)的位置处，且不通过成型零件(30)密封，并向外部暴露阳极(10)或阴极(20)；以及一个或多个第二下部开口(80)，所述第二下部开口形成于引线框架的下部部分中的对应于上部开口(70)的位置处，且不通过成型零件(30)密封，并向外部暴露阳极(10)或阴极(20)。
本发明的另一示例性实施方案提供一种半导体封装，所述半导体封装包含半导体芯片和与所述半导体芯片电连接的引线框架，且本发明的再一示例性实施方案提供一种包含半导体封装的照明设备。
[有利效果]
根据本发明的示例性实施方案，可以提供具有高可靠性的用于半导体封装的引线框架，所述引线框架能够通过防止半导体装置退化来确保甚至在长时间使用上的可靠性和效率；以及包含所述引线框架的半导体封装。
根据本发明的示例性实施方案，可以提供具有高可靠性的用于半导体封装的引线框架，所述引线框架自身具有优良的散热特性而不需要单独的散热构件；以及包含所述引线框架的半导体封装。
根据本发明的示例性实施方案，可以提供具有高可靠性的用于半导体封装的引线框架，所述引线框架具有简单的制造过程且可以低成本制造；以及包含所述引线框架的半导体封装。
[附图说明]
图1是根据本发明的示例性实施方案的引线框架的透视图。
图2是引线框架的平面俯视图。
图3是引线框架的底视图。
图4是引线框架的侧表面的侧视图和放大视图。
图5是说明根据本发明的示例性实施方案的其中电极串联安置的状态的图式。
图6是说明根据本发明的示例性实施方案的其中电极并联安置的状态的图式。
图7是说明现有技术和本发明的引线框架的散热特性的视图。
[具体实施方式]
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方案。然而，本发明的示例性实施方案可以按各种形式修改，且本发明的范围并不限于将在下文描述的示例性实施方案。
图1至图3说明根据本发明的示例性实施方案的引线框架。
如图1至图3中所说明，引线框架包括：一个或多个阳极(10)和一个或多个阴极(20)(图1至图3中未说明)，所述阳极和阴极彼此间隔开；成型零件(30)，所述成型零件密封阳极(10)和阴极(20)；以及端子零件(90和91)，所述端子零件相应地安置在阳极(10)和阴极(20)的远端处。
如图1和图2中所说明，芯片附接零件(50)可形成于引线框架的上部部分中，也就是说，形成于引线框架的前部部分中，使得半导体芯片可附接到芯片附接零件(50)。用于散热的散热孔(40)形成于引线框架的上部部分中。另外，如图1和图2中所说明，一个或多个上部开口(70和71)形成于引线框架的上部部分中，所述上部开口未通过成型零件30密封并向外部暴露阳极(10)和阴极(20)。单独的紧固孔(95和96)形成于引线框架的两端的电极处，使得引线框架可彼此连接。期望在引线框架的上部部分中形成电极隔离孔(45、46和47)，所述电极隔离孔电隔离阳极(10)和阴极(20)。
图3是引线框架的底视图。如图3中所说明，第一下部开口(60)形成于引线框架的下部部分(也就是说，后部部分)中的对应于上部芯片附接零件(50)的位置处。第一下部开口(60)是不通过成型零件(30)密封并向外部暴露阳极(10)的区域。用于散热的开口(60)用于辐散从半导体芯片产生的热量。优选的是，形成具有比芯片附接零件(50)的区域更宽的区域的开口(60)，以便覆盖对应于芯片附接零件(50)的整个区域。
另外，在引线框架的下部部分中，提供散热孔(40)，所述散热孔从引线框架的上部部分经过成型零件(30)以及电极(10和20)，如图4中所说明。
另外，在下部部分中，第二下部开口(80)进一步形成于围绕散热孔(40)的区域中，穿过所述第二下部开口，电极(10和20)未成型且被暴露出来。第一下部开口(60)和第二下部开口(80)可连同散热孔(40)一起更容易地辐散从半导体芯片(55)产生的热量。
如图3中所说明，优选的是，在下部部分中形成电极隔离孔(45和48)，所述电极隔离孔从引线框架的上部部分经过引线框架且电隔离阳极(10)和阴极(20)。
在下文中，将描述引线框架的每一组成元件。
阳极(10)和阴极(20)
在本发明中，可使用一个或多个阳极(10)和阴极(20)。
各种导电金属可用作阳极(10)和阴极(20)，且并不特别限制导电金属的种类。例如，可使用铜、铝等。还可使用石墨烯和陶瓷。另外，可组合使用前述材料。
阳极(10)和阴极(20)可优选地由形状如平板一样的单层形成。
阳极(10)和阴极(20)可通过本领域已知的各种方法紧固。紧固方法可包括螺钉紧固方法、阳-阴紧固方法等，且不受限制。然而，阳-阴紧固方法为优选的。原因是不需要单独的螺钉，使得操作要简单得多且制造成本也可降低。
成型零件(30)
成型零件(30)是密封阳极(10)和阴极(20)的注塑成型产品。也就是说，阳极(10)和阴极(20)以插入到成型零件(30)中的结构形成。
端子零件(90和91)
用于施加功率的端子零件(90和91)被暴露出来，而不在引线框架的两端处的电极处成型。引线框架可通过端子零件(90和91)进行外部充电。在引线框架的两个远端处的端子零件(90和91)具有阳-阴结构，使得引线框架可通过阳-阴紧固方法连接。期望紧固孔(95和96)相应地形成于端子零件(90和91)中。紧固孔(95和96)可将在端子零件(90和91)中积聚的热量排放到外部，使得紧固孔(95和96)也可被称为一种散热孔。
散热孔(40)
如图1至4中所说明，散热孔(40)从上部部分经过引线框架到下部部分。也就是说，散热孔(40)经过阳极(10)和/或阴极(20)以及成型零件(30)。引线框架包含一个或多个散热孔(40)。引线框架的热量可通过散热孔(40)排放到外部。确切地说，因为散热孔(40)从上部部分经过引线框架到下部部分，所以热量可被排放到上部部分和下部部分两者，由此增强散热效果。
散热孔(40)中的至少一个被形成为经过上部开口(71)和第二下部开口(80)(见图4)。散热孔(40)被形成为经过开口(71和80)，使得可在两个方向上形成空气流且可在两个方向上排放热量，由此增强温度改善的效果。为此目的，优选的是，散热孔(40)形成于上部开口(71)的中心处。
电极隔离孔(45、46和47)
电隔离阳极和阴极的电极隔离孔(45)在阳极(10)与阴极(20)相邻的部分处被形成为同时经过阳极(10)和/或阴极(20)以及成型零件(30)。
电极隔离孔(45)的大小和数目可根据例如串联安置和并联安置的目的来调整。例如，每个封装设置两个或更多个电极隔离孔，使得电极可容易地串联或并联安置，而不改变引线框架。电极隔离孔(45)的直径不受限制，但优选地为5mm或更小。图1说明包含三个电极隔离孔(45、46和47)以作为引线框架的引线框架，但引线框架还可形成为选择性地包含一个电极隔离孔或两个电极隔离孔。
芯片附接零件(50)
芯片附接零件(50)与半导体芯片连接以用以导电。如图1和图2中所说明，引线框架包含一个或多个芯片附接零件(50)，所述芯片附接零件形成于引线框架的上部部分中，且具有比待附接的半导体芯片(55)的表面积更宽的表面积。在本文中，芯片附接零件(50)的表面积可根据待附接的半导体芯片(55)的散热特性来调整。优选的是，芯片附接零件(50)的表面积为待附接的半导体芯片(550)的表面积的2.5倍。
芯片附接零件(50)为产热半导体芯片或LED芯片所附接到的部分，且对应于产热零件。在本发明的示例性实施方案中，半导体芯片(55)通过增加半导体芯片(55)的安装面积而用作直接散热构件。确切地说，在本发明的示例性实施方案中，金属电极零件的表面积增加，也就是说，半导体芯片(55)的安装面积扩大，使得导热系数较高且自由电子可更好地移动，由此增加热阻性并改善散热效果。此处，热阻性与热导率和面积成比例。
如上文所描述，在本发明中，因为芯片附接零件(50)充当产热零件和排热零件两者，所以热量可被快速地排放到外部。也就是说，本发明的特征在于，产热零件和排热零件被集成，使得热阻器主体被去除。
待附接的半导体芯片(55)的数目不受特别限制，且考虑到光量、散热效果等来确定。为了按现状使用已在现有封装技术中使用的引线框架大规模生产设备，可适当地调整半导体芯片的数目。
上部开口(70和71)
如图1和图2中所说明，引线框架包含一个或多个上部开口(70和71)，所述上部开口形成于引线框架的上部部分中，且不通过成型零件(30)密封，并向外部暴露阳极(10)或阴极(20)。电极通过上部开口(70和71)与外部空气直接接触，使得可改善散热效果。尽管现有技术的引线框架在引线框架的下部部分中具有开口，但根据本发明的示例性实施方案的引线框架除下部开口外还包含上部开口(70和71)，从而使得可在两个方向上排放热量，由此显著地改善散热效果。当在半导体芯片或LED装置中产生的热量被传输到阳极或阴极时，所述热量还可被朝上以及朝下排放，由此使散热效果最大化。
散热孔(40)可形成于上部开口中的一个上部开口(71)中。因此，可以进一步改善散热效果。散热孔(40)形成为经过开口(71)，使得可在两个方向上形成空气流且可在两个方向上排放热量，由此增强温度改善的效果。
第一下部开口(60)
如图3中所说明，引线框架包含一个或多个第一下部开口(60)，所述下部开口形成于引线框架的下部部分中的对应于芯片附接零件(50)的位置处，且不通过成型零件(30)密封，并向外部暴露阳极(10)。
如上文所描述，芯片附接零件(50)对应于产生热量的产热零件。根据本发明的示例性实施方案，如图2和3中所说明，第一下部开口(60)设置在对应于芯片附接零件(50)的位置处，使得从芯片产生的热量可通过第一下部开口(60)排放到引线框架的下部部分。因此，第一下部开口(60)还用以改善散热效果。
第二下部开口(80)
如图3中所说明，引线框架包含一个或多个第二下部开口(80)，所述下部开口形成于引线框架的下部部分中的对应于上部开口(70和71)的位置处，且不通过成型零件(30)密封，并向外部暴露阳极(10)和阴极(20)。
第二下部开口(80)还用以通过向外部暴露阳极(10)和阴极(20)来改善散热效果。因为第二下部开口(80)安置在对应于两个上部开口(70和71)的位置处，所以优选的是，第二下部开口(80)具有比上部开口(70和71)的面积更大的面积。
此处，第一下部开口(60)和第二下部开口(80)的面积可为半导体装置的面积的2.5倍或更大。
在本发明的示例性实施方案中，优选的是，上部开口(70和71)以及下部开口(60和80)具有足够的面积以排放在施加功率时产生的热量，以自身用作散热器。在此情况下，本发明的引线框架不需要例如散热器等单独的散热构件。
在引线框架中，若干个电极彼此连接且调整成一个整体，使得可附接若干个半导体芯片。在现有技术中，难以用一个模块实现电极的串联安置和并联安置两者，而在根据本发明的示例性实施方案的引线框架中，这是有可能的。图5是说明其中电极串联安置在引线框架中的状态的图式。图6是说明其中电极并联安置在引线框架中的状态的图式。在本发明中，可以通过经由添加电极隔离孔并使内部图案特殊化来使用电极隔离孔的位置而串联或并联地隔离电极。因此，与现有技术相反，不必分别实现串联隔离电路和并联隔离电路。确切地说，如图5中所说明，当电极隔离孔(47)通过切除阳极(10)和阴极(20)连接到彼此的部分而形成，且随后每个电极形成两个电极隔离孔(45和46)时，阳极和阴极可顺序地连接以形成串联电路。同时，如图6中所说明，当每个电极形成一个电极隔离孔(47)时，阳极和阴极可并联连接以形成并联电路。如上文所描述，在本发明的示例性实施方案中，可以通过调整电极隔离孔的位置和数目来容易地形成串联电路和并联电路。
本发明还提供包含引线框架的LED封装或半导体封装。
散热特性
图7说明现有技术和本发明的引线框架的散热特性。
在图7的左侧处说明的现有技术的引线框架具有这样的结构，其中由具有高热导率的金属或陶瓷制成的印刷电路板(PCB)基于包含半导体装置(芯片)和引线框架的一个封装来设计，且随后将由金属制成的散热器附接到PCB的后部部分。当从外部施加功率且在引线框架封装中产生热量时，热量按半导体芯片、引线框架、焊料、PCB焊盘、PCB、热界面材料(TIM)以及散热器的次序移动且被排放到外部。此处，TIM表示例如热油脂等材料，所述材料用于减小接触阻力并改进热导率。在现有技术引线框架中，在封装中产生的热量可通过PCB和散热器排放到空气。
另一方面，在图7中的右侧处所说明的引线框架包含散热孔，且包含在引线框架的上部部分和下部部分中的开口，由此通过散热孔和开口直接地将热量排放到外部。当从外部施加功率且在引线框架封装中产生热量时，热量从半导体芯片移动到引线框架且被排放到外部。具体地说，热量通过上部开口和散热孔排放到引线框架的上部部分，且通过第一下部开口、第二下部开口以及散热孔排放到引线框架的下部部分。原因是阳极(10)和阴极(20)的一部分通过开口和散热孔与空气直接接触。因此，本发明的引线框架即使在没有PCB和散热器的情况下也可容易地排放热量。确切地说，本发明的引线框架相当有效，因为热量可被排放到上部部分和下部部分两者。
另外，确切地说，根据本发明的示例性实施方案的引线框架通过增加芯片附接零件(50)的主要产生热量的安装面积来增强散热效率。因此，根据本发明的示例性实施方案的引线框架以高热导率和低热阻性显示出优良的散热特性。
根据本发明的示例性实施方案的引线框架自身用作散热构件。因此引线框架不需要包含单独的散热构件或散热器。因此，可以在引线框架的制造期间降低成本并简化制造过程。另外，不需要例如散热器等单独的散热设计，使得可以防止半导体装置退化，由此保证甚至在长时间使用上的可靠性和效率。
另外，所述引线框架不需要单独的散热构件、PCB等，使得可以制造各种类型的产品而不限制产品的形状。
根据本发明的引线框架在用于半导体装置时具有优良的散热特性，且可有效地控制散热特性，由此改进产品的性能和质量。另外，因为不需要PCB和另外的散热设计，所以包含本发明的引线框架的LED封装或半导体封装可具有低制造成本并显示优良的特性。
<参考标号和符号的说明>
10：阳极
20：阴极
30：成型零件
40：散热孔
45、46、47、48：电极隔离孔
50：芯片附接零件
55：半导体芯片
60：第一下部开口
70、71：上部开口
80：第二下部开口
90：阳端子零件
91：阴端子零件
95、95：紧固孔

Claims (13)

1.一种用于半导体封装的引线框架，所述引线框架包括：
一个或多个阳极(10)和一个或多个阴极(20)，所述阳极和阴极安置成彼此间隔开；
成型零件(30)，所述成型零件密封所述阳极(10)和所述阴极(20)；
端子零件(90、91)，所述端子零件相应地安置在所述阳极(10)和所述阴极(20)的远端处；
一个或多个散热孔(40)，所述散热孔形成于所述引线框架的上部部分和下部部分中，并经过所述阳极(10)和/或所述阴极(20)以及所述成型零件(30)；
一个或多个芯片附接零件(50)，所述芯片附接零件形成于所述引线框架的所述上部部分中，且具有比待附接的半导体芯片(55)的表面积更宽的表面积；
一个或多个上部开口(70、71)，所述上部开口形成于所述引线框架的所述上部部分中，且不通过所述成型零件(30)密封，并向外部暴露所述阳极(10)或所述阴极(20)；
一个或多个第一下部开口(60)，所述下部开口形成于所述引线框架的所述下部部分中的对应于所述芯片附接零件(50)的位置处，且不通过所述成型零件(30)密封，并向外部暴露所述阳极(10)或所述阴极(20)；以及
一个或多个第二下部开口(80)，所述下部开口形成于所述引线框架的所述下部部分中的对应于所述上部开口(70)的位置处，且不通过所述成型零件(30)密封，并向外部暴露所述阳极(10)或所述阴极(20)。
2.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述上部开口和所述下部开口具有足够大的面积来排放热量，使得所述引线框架在施加功率时自身充当散热器。
3.根据权利要求1所述的引线框架，所述引线框架还包括：
电极隔离孔(45)，所述电极隔离孔形成于其中所述阳极与所述阴极相邻的部分中，同时经过所述阳极和/或所述阴极以及成型零件，且电隔离所述阳极和所述阴极。
4.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述散热孔中的一个或多个经过所述上部开口和所述第二下部开口。
5.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述第一下部开口和所述第二下部开口是半导体装置的面积的2.5倍或更大。
6.根据权利要求1所述的引线框架，其中电极隔离孔的数目为两个或更多个。
7.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述电极隔离孔的直径为5mm或更小。
8.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述阳极和所述阴极通过阳-阴紧固方法紧固。
9.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述端子零件(90、91)中的一个或多个包含紧固孔(95、96)。
10.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述芯片附接零件(50)的表面积根据待附接的所述半导体芯片(55)的散热特性来调整。
11.根据权利要求1所述的引线框架，其中所述芯片附接零件(50)的表面积为待附接的所述半导体芯片(55)的表面积的2.5倍或更大。
12.一种半导体封装，所述半导体封装包括半导体芯片和根据权利要求1至11中的任一项所述的引线框架，所述引线框架与所述半导体芯片电连接。
13.一种照明设备，所述照明设备包括根据权利要求12所述的半导体封装。
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