CN111987067A - 器件引线组件及半导体器件 - Google Patents

器件引线组件及半导体器件 Download PDF

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CN111987067A CN202010748940.4A CN202010748940A CN111987067A CN 111987067 A CN111987067 A CN 111987067A CN 202010748940 A CN202010748940 A CN 202010748940A CN 111987067 A CN111987067 A CN 111987067A
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Abstract

本申请实施例提供的器件引线组件及半导体器件，涉及半导体技术领域。器件引线组件包括芯片焊接台、隔离片及引线。芯片焊接台包括用于与芯片的引线键合区焊接的焊接面及与所述焊接面相对的引线连接面。隔离片与所述引线连接面平行设置，引线穿过隔离片与引线连接面固定连接，隔离片包括相对于引线外凸的隔离部。器件引线组件通过隔离部，可以阻挡环境中的水汽沿着引线侵入半导体器件，从而避免半导体器件失效，提高半导体器件的稳定性。

Description

器件引线组件及半导体器件
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种器件引线组件及半导体器件。
背景技术
随着半导体器件技术的发展，目前对半导体器件的稳定性要求越来越高，由于半导体器件封装密封性原因导致半导体器件提前失效的情况时有发生，如何提高半导体器件的稳定性成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述技术背景中所提及的技术问题，本申请实施例提供一种器件引线组件及半导体器件。
本申请的第一方面，提供一种器件引线组件(200)，所述器件引线组件(200)包括：芯片焊接台(201)、隔离片(202)及引线(203)；
所述芯片焊接台(201)包括用于与芯片的引线键合区(101)焊接的焊接面(201a)及与所述焊接面(201a)相对的引线连接面(201b)，其中，所述引线连接面(201b)的面积大于所述焊接面(201a)的面积；
所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)相对并间隔设置，所述引线(203)穿过所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)固定连接，所述隔离片(202)包括从所述引线(203)外表面向外凸出的隔离部，所述隔离部用于阻挡沿所述引线(203)侵入的水汽。
在本申请的一种可能实施例中，所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)并行设置，所述芯片焊接台(201)的形状为圆台形，所述隔离片(202)及所述引线(203)的形状均为圆柱形。
在本申请的一种可能实施例中，所述芯片焊接台(201)的中轴线、隔离片(202)的中轴线及引线(203)的中轴线重合。
在本申请的一种可能实施例中，芯片(100)及芯片的引线键合区(101)均为正方形；
所述焊接面(201a)的直径范围是所述芯片的引线键合区(101)边长的85％～91％，所述引线连接面(201b)的直径不小于所述芯片(100)的对角线长度，所述芯片焊接台(201)的高度不小于所述引线(203)直径的125％；
所述隔离片(202)的截面直径范围是所述引线(203)直径的200％～220％。
本申请的第二方面，还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括芯片(100)、焊片(300)、塑封体(400)及两个器件引线组件(200)；
两个所述器件引线组件(200)分别通过焊片(300)与所述芯片(100)的正面引线键合区和背面引线键合区焊接；
每个所述器件引线组件(200)包括芯片焊接台(201)、隔离片(202)及引线(203)；所述芯片焊接台(201)包括用于与芯片的引线键合区(101)焊接的焊接面(201a)及与所述焊接面(201a)相对的引线连接面(201b)，其中，所述引线连接面(201b)的面积大于所述焊接面(201a)的面积；所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)相对并间隔设置，所述引线(203)穿过所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)固定连接，所述隔离片(202)包括从所述引线(203)的外表面向外凸出的隔离部，所述隔离部用于阻挡沿所述引线(203)侵入的水汽，其中，所述引线(203)与所述隔离片(202)及所述引线连接面(201b)垂直；
所述芯片(100)、焊片(300)及器件引线组件(200)的芯片焊接台(201)和隔离片(202)位于所述塑封体(400)内。
在本申请的一种可能实施例中，所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)并行设置，所述芯片(100)及芯片的引线键合区均为正方形，所述芯片焊接台(201)的形状为圆台形，所述隔离片(202)及所述引线(203)的形状均为圆柱形。
在本申请的一种可能实施例中，所述芯片焊接台(201)的中轴线、隔离片(202)的中轴线及引线(203)的中轴线重合。
在本申请的一种可能实施例中，所述焊接面(201a)的直径范围是所述芯片的引线键合区(101)边长的85％～91％，所述引线连接面(201b)的直径不小于所述芯片的对角线长度，所述芯片焊接台(201)的高度不小于所述引线(203)直径的125％；
所述隔离片(202)的截面直径范围是所述引线(203)直径的200％～220％。
在本申请的一种可能实施例中，所述芯片(100)包括光伏二极管。
在本申请的一种可能实施例中，所述器件引线组件(200)为采用冲压工艺制造的一体成型结构。
本申请实施例提供器件引线组件(200)及半导体器件，器件引线组件(200)通过隔离片(202)相对于引线(203)外凸的隔离部，可以阻挡环境中的水汽沿着引线(203)侵入半导体器件，从而避免半导体器件失效，提高半导体器件的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一种可替代实施例提供的一种器件引线组件的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种芯片的截面结构示意图；
图3为图1中器件引线组件的截面结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种半导体器件的截面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
导致半导体器件提前失效的一个主要原因是水汽侵入，发明人经研究发现，在使用塑封体进行封装的半导体器件中，水汽可以通过器件引线与塑封体之间的缝隙侵入半导体器件，最终导致半导体器件失效。为了解决上述技术问题，发明人创新性地设计以下的器件引线组件及半导体器件。
实施例一
请参照图1，图1示出了本申请实施例提供的一种器件引线组件200的结构示意图。
器件引线组件200可以包括芯片焊接台201、隔离片202及引线203。芯片焊接台201包括用于与芯片的引线键合区焊接的焊接面201a及与焊接面201a相对的引线连接面201b。
隔离片202与引线连接面201b相对并间隔设置。在一种较优的方式中，隔离片202与引线连接面201b可以平行设置。在其他方式中，隔离片202也可以与引线连接面201b不平行。引线203穿过所述隔离片202与引线连接面201b固定连接，隔离片202包括从引线203的外表面向外延伸的凸出结构，用于阻挡水汽从引线203往芯片焊接台201的方向侵入。在一种可能的实施方式中，所述隔离片202可固定套设在引线203上并与引线203之间为密封结构。例如，在一种较优的实施方式中，隔离片202为中空的环形结构，引线203穿过隔离片202的中空部实现与隔离片203的固定连接，然后通过焊接等方式实现与隔离片202的密封连接。再或者，隔离片202与引线203也可以是一体成型结构。隔离片202外凸结构的形状可以是环形，也可以是其他任意的形状，只需要从引线203往周围凸出即可。
在本实施例中，引线连接面201b的面积大于焊接面201a的面积。
在上述结构中，引线203与隔离片202垂直，隔离片202可以阻挡沿引线203侵入的水汽，确保与器件引线组件200焊接的芯片不会因为水汽侵入而出现故障。相对引线203外凸的隔离片202可以嵌入塑封体内，阻挡引线203轴向上的应力，提高半导体器件的抗工装能力。另外，引线连接面201b的面积大于焊接面201a的面积可以使得芯片焊接台201可以进一步阻挡引线203轴向上的应力。
在本实施例中，芯片焊接台201的形状、隔离片202及引线203的形状可以为规则的空间对称结构。作为一种可替代的示例，芯片焊接台201的形状可以为圆台形，隔离片202及引线203的形状均可以为圆柱形。
进一步地，在本实施例中，芯片焊接台201的中轴线、隔离片202的中轴线及引线203的中轴线可以重合。
进一步地，在本实施例中，器件引线组件200可以为采用冲压工艺制造的一体成型结构。可选地，器件引线组件200可以采用铜质圆柱形引线通过冲压工艺制造得到。
半导体器件因各组成部分(芯片、焊料、器件引线组件及塑封体)的材质不同，其各自的热膨胀系数也不同，为了对半导体器件的热应力进行控制，发明人对器件引线组件200的具体尺寸进行设计。
具体地，请参照图2，以半导体器件中的芯片100和芯片的引线键合区101均为正方形为例进行说明。
请参照图3，本实施例中，焊接面201a的直径A的范围可以是芯片的引线键合区101边长E的85％～91％，优选地，焊接面201a的直径A为芯片的引线键合区101边长E的89％。
引线连接面201b的直径C不小于芯片100的对角线长度，芯片焊接台201的高度D不小于引线203直径B的125％。隔离片202的截面直径F的范围是引线203直径B的200％～220％，优选地，隔离片202的截面直径F为引线203直径B的210％。
经过大量实验数据验证，上述尺寸设置，可以确保焊接面201a与芯片的引线键合区101尽量接触，以焊接面201a的直径A为芯片的引线键合区101边长E的89％为例，焊接面201a的面积(π*(A/2)*(A/2))和芯片的引线键合区101的面积(E*E)之比可以达到75.4％：100％，同时又可以避免焊接过程中焊料溢出引线键合区101，导致半导体器件不良。根据热阻公式：R＝D/KS，其中，R为热阻，K为导热系数，D为芯片焊接台201的高度，S为焊接面201a的面积，上述尺寸设计可以使器件引线组件200的热阻接近目前链式烧结工艺极限最小值，进而提升半导体器件的导热效率，降低半导体器件工作温度升高时所产生的热应力。
本实施例提供的器件引线组件200，通过隔离片202相对于引线203外凸的隔离部，可以阻挡环境中的水汽沿着引线203侵入半导体器件，同时，隔离部还可以嵌入塑封体内，阻挡引线203轴向上的应力，提高半导体器件的抗工装能力。另外，通过对器件引线组件200的尺寸设计，可以提升半导体器件的导热效率，降低半导体器件工作温度升高时所产生的热应力。
第二实施例
本实施例提供一种半导体器件，请参照图4，图4示出了本实施例提供的半导体器件的一种可能的截面示意图，下面结合图4对半导体器件的结构进行介绍。
半导体器件可以包括芯片100、焊片300、塑封体400及两个器件引线组件200。其中，两个器件引线组件200分别通过焊片300与芯片100的正面引线键合区和背面引线键合区焊接。
每个器件引线组件200可以包括芯片焊接台201、隔离片202及引线203。芯片焊接台201包括用于与芯片的引线键合区101焊接的焊接面201a及与焊接面201a相对的引线连接面201b。
隔离片202与引线连接面201b相对并间隔设置，。在一种较优的方式中，隔离片202与引线连接面201b可以平行设置。在其他方式中，隔离片202也可以与引线连接面201b不平行。引线203穿过所述隔离片202与引线连接面201b固定连接，隔离片202包括从引线203的外表面向外延伸的凸出结构，用于阻挡水汽从引线203往芯片焊接台201的方向侵入。在一种可能的实施方式中，所述隔离片202可固定套设在引线203上并与引线203之间为密封结构。例如，在一种较优的实施方式中，隔离片202为中空的环形结构，引线203穿过隔离片202的中空部实现与隔离片203的固定连接，然后通过焊接等方式实现与隔离片202的密封连接。在或者，隔离片202与引线203也可以是一体成型结构。隔离片202外凸结构的形状可以是环形，也可以是其他任意的形状，只需要从引线203往周围凸出即可。
在本实施例中，引线连接面201b的面积大于焊接面201a的面积。
芯片100、焊片300、及器件引线组件200的芯片焊接台201和隔离片202被包裹在塑封体400内。
在上述半导体器件结构中，隔离片202的隔离部可以阻挡沿引线203与塑封体400缝隙侵入的水汽，确保与器件引线组件200焊接的芯片100不会因为水汽侵入而出现故障。相对引线203外凸的隔离部还可以通过嵌入塑封体400内，阻挡引线203轴向上的应力，提高半导体器件的抗工装能力。另外，引线连接面201b的面积大于焊接面201a的面积可以使得芯片焊接台201可以进一步阻挡引线203轴向上的应力。同时，采用两个器件引线组件200对芯片100的正面引线键合区和背面引线键合区进行焊接，可以确保芯片100两侧所受的应力相对平衡，从而提高半导体器件的稳定性。
在本实施例中，芯片焊接台201的形状、隔离片202及引线203的形状可以为规则的空间对称结构。作为一种可替代的示例，芯片焊接台201的形状可以为圆台形，隔离片202及引线203的形状均可以为圆柱形。
进一步地，在本实施例中，芯片焊接台201的中轴线、隔离片202的中轴线及引线203的中轴线可以重合。
进一步地，在本实施例中，器件引线组件200可以为采用冲压工艺制造的一体成型结构。可选地，器件引线组件200可以采用铜质圆柱形引线通过冲压工艺制造得到。
半导体器件因各组成部分(芯片、焊料、器件引线组件及塑封体)的材质不同，其各自的热膨胀系数也不同，为了对半导体器件的热应力进行控制，发明人对器件引线组件200的具体尺寸进行设计。
请再次参照图2，下面还是以半导体器件中的芯片100和芯片的引线键合区101均为正方形为例进行说明。
请再次参照图3，在本实施例中，焊接面201a的直径A的范围可以是芯片的引线键合区101边长E的85％～91％，优选地，焊接面201a的直径A为芯片的引线键合区101边长E的89％。
引线连接面201b的直径C不小于芯片100的对角线长度，芯片焊接台201的高度D不小于引线203直径B的125％。隔离片202的截面直径F范围是引线203直径B的200％～220％，优选地，隔离片202的截面直径F为引线203直径B的210％。
上述尺寸设置，可以确保焊接面201a与芯片的引线键合区101尽量接触，以焊接面201a的直径A为芯片的引线键合区101边长E的89％为例，焊接面201a的面积(π*(A/2)*(A/2))和芯片的引线键合区101的面积(E*E)之比可以达到75.4％：100％，同时又可以避免焊接过程中焊料溢出引线键合区101，导致半导体器件不良。根据热阻公式：R＝D/KS，其中，R为热阻，K为导热系数，D为焊接台201的高度，S为焊接面201a的面积，上述尺寸设计可以使器件引线组件200的热阻接近目前链式烧结工艺极限最小值，进而提升半导体器件的导热效率，降低半导体器件工作温度升高时所产生的热应力。
下面以申请人开发的光伏二极管产品(芯片边长：3.86mm，引线键合区边长3.58mm，封装型号：R-6)为例进行说明。
请参照下表，下表示出了该光伏二极管产品的原方案与本方案的设计参数。
C(mm) D(mm) A(mm) F(mm) 芯片两侧结构
原方案 5.20 1.6 2.7 - 非对称器件引线组件
本方案 5.50 1.6 3.2 2.7 对称器件引线组件
由上表可知，原方案中的器件引线组件200不包括隔离片202(即没有F的尺寸)，且原方案的半导体器件采用非对称器件引线组件，同时，本方案相对于原方案，芯片焊接台201的焊接面201a的面积更大。
经过工厂测试(测试数量100K片)，发现原方案生产的半导体器件的良率为95％，而本方案生产的半导体器件的良率为98％以上。即通过测试数据以及对该半导体器件的分析可知，上述半导体器件的结构能够减小器件所承受的应力并防止水汽侵入，有效提高半导体器件的稳定性。
综上所述，本申请实施例提供的器件引线组件200及半导体器件，通过隔离片202相对于引线203外凸的隔离部，可以阻挡环境中的水汽沿着引线203与塑封体400之间的缝隙侵入半导体器件，同时，隔离部还可以通过嵌入塑封体内，阻挡引线203轴向上的应力，提高半导体器件的抗工装能力。另外，通过对器件引线组件200的尺寸设计，可以提升半导体器件的导热效率，降低半导体器件工作温度升高时所产生的热应力。同时，采用两个器件引线组件200对芯片100的正面引线键合区和背面引线键合区进行焊接，可以确保芯片100两侧所受的应力相对平衡，从而提高半导体器件的稳定性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种器件引线组件(200)，其特征在于，所述器件引线组件(200)包括：芯片焊接台(201)、隔离片(202)及引线(203)；
所述芯片焊接台(201)包括用于与芯片的引线键合区(101)焊接的焊接面(201a)及与所述焊接面(201a)相对的引线连接面(201b)，其中，所述引线连接面(201b)的面积大于所述焊接面(201a)的面积；
所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)相对并间隔设置，所述引线(203)穿过所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)固定连接，所述隔离片(202)包括从所述引线(203)外表面向外凸出的隔离部，所述隔离部用于阻挡沿所述引线(203)侵入的水汽。
2.如权利要求1所述的器件引线组件(200)，其特征在于：
所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)并行设置，所述芯片焊接台(201)的形状为圆台形，所述隔离片(202)及所述引线(203)的形状均为圆柱形。
3.如权利要求2所述的器件引线组件(200)，其特征在于：
所述芯片焊接台(201)的中轴线、隔离片(202)的中轴线及引线(203)的中轴线重合。
4.如权利要求3所述的器件引线组件(200)，其特征在于：
芯片(100)及芯片的引线键合区(101)均为正方形；
所述焊接面(201a)的直径范围是所述芯片的引线键合区(101)边长的85％～91％，所述引线连接面(201b)的直径不小于所述芯片(100)的对角线长度，所述芯片焊接台(201)的高度不小于所述引线(203)直径的125％；
所述隔离片(202)的截面直径范围是所述引线(203)直径的200％～220％。
5.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括芯片(100)、焊片(300)、塑封体(400)及两个器件引线组件(200)；
两个所述器件引线组件(200)分别通过焊片(300)与所述芯片(100)的正面引线键合区和背面引线键合区焊接；
每个所述器件引线组件(200)包括芯片焊接台(201)、隔离片(202)及引线(203)；所述芯片焊接台(201)包括用于与芯片的引线键合区(101)焊接的焊接面(201a)及与所述焊接面(201a)相对的引线连接面(201b)，其中，所述引线连接面(201b)的面积大于所述焊接面(201a)的面积；所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)相对并间隔设置，所述引线(203)穿过所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)固定连接，所述隔离片(202)包括从所述引线(203)的外表面向外凸出的隔离部，所述隔离部用于阻挡沿所述引线(203)侵入的水汽，其中，所述引线(203)与所述隔离片(202)及所述引线连接面(201b)垂直；
所述芯片(100)、焊片(300)及器件引线组件(200)的芯片焊接台(201)和隔离片(202)位于所述塑封体(400)内。
6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：
所述隔离片(202)与所述引线连接面(201b)并行设置，所述芯片(100)及芯片的引线键合区均为正方形，所述芯片焊接台(201)的形状为圆台形，所述隔离片(202)及所述引线(203)的形状均为圆柱形。
7.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于：
所述芯片焊接台(201)的中轴线、隔离片(202)的中轴线及引线(203)的中轴线重合。
8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
所述焊接面(201a)的直径范围是所述芯片的引线键合区(101)边长的85％～91％，所述引线连接面(201b)的直径不小于所述芯片的对角线长度，所述芯片焊接台(201)的高度不小于所述引线(203)直径的125％；
所述隔离片(202)的截面直径范围是所述引线(203)直径的200％～220％。
9.如权利要求5-8中任意一项所述的半导体器件，其特征在于：所述芯片(100)包括光伏二极管。
10.如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于，所述器件引线组件(200)为采用冲压工艺制造的一体成型结构。
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