CN112992818A - 一种功率器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率器件及其制作方法，具体涉及到半导体器件领域。功率器件包括结构封装体、支架板、芯片和散热体，散热体包括层叠设置的接触导电层和高绝缘高导热层；芯片的底面贴合设置在支架板的顶面上，位于散热体底面一侧的接触导电层贴合设置在芯片的顶面上；支架板、芯片和散热体基于结构封装体封装，支架板的底面外露于结构封装体，散热体的顶面外露于结构封装体。该功率器件通过在芯片的顶面设置散热体，可利用散热体提高封装器件的散热效率并提高封装器件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及到一种功率器件及其制作方法。
背景技术
从半导体的断代法来看，第一代半导体的主要材料为硅和锗，应用领域主要为资讯产业以及微电子产业；第二代半导体的主要材料为砷化镓和磷化铟，应用领域主要为通讯产业以及照明产业；第三代半导体则涌现出了例如碳化硅、氮化镓、氧化锌等新兴材料，应用在更高阶的高压高电流功率器件以及高频通讯元件领域。
相应的，第三代半导体所带来的性能的增长，使得微小型器件的发热情况更为严重，器件的散热能力制约着第三代半导体器件的应用与发展。
发明内容
为了解决现有高压高电流功率器件的散热问题，本发明实施例提供了一种功率器件及其制作方法，有效提高其散热能力并增加其使用可靠性，延长产品的换代周期。
相应的，本发明提供了一种功率器件，所述功率器件包括结构封装体、支架板、芯片和散热体，所述散热体包括层叠设置的接触导电层和高绝缘高导热层；
所述芯片的底面贴合设置在所述支架板的顶面上，位于所述散热体底面一侧的接触导电层贴合设置在所述芯片的顶面上；
所述支架板、所述芯片和所述散热体基于所述结构封装体封装，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体。
可选的实施方式，所述散热体还包括表面散热层，所述表面散热层设置在所述高绝缘高导热层表面。
可选的实施方式，所述功率器件还包括引脚；
所述接触导电层具有焊线凸台，所述引脚通过接触导电层的焊线凸台与所述接触导电层电性连接，或所述引脚与所述接触导电层一体成型，所述引脚的尾部伸出所述结构封装体。
可选的实施方式，所述功率器件还包括分体引脚和/或一体引脚；所述分体引脚与所述支架板分离设置，所述分体引脚的头部朝向所述支架板一侧，所述分体引脚的尾部伸出所述结构封装体，所述分体引脚与所述芯片电性连接；所述一体引脚的头部与所述支架板电性连接或与所述接触导电层连接，所述一体引脚的尾部伸出所述结构封装体。
可选的实施方式，所述功率器件设置有两个一体引脚，其中一个一体引脚的头部与所述支架板电性连接，另一个一体引脚与所述接触导电层一体成型。
可选的实施方式，所述功率器件还包括缓冲封装体，所述芯片和所述散热体基于所述缓冲封装体封装；
当所述功率器件还包括分体引脚，且分体引脚通过连接线和焊盘连接芯片时，连接线和焊盘基于所述缓冲封装体封装；所述缓冲封装体基于所述结构封装体封装，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体。
相应的，本发明还提供了一种功率器件制作方法，包括：
支架料的制作，支架料包括若干支架单元和连接筋，所述支架单元包括支架板和芯片，芯片的底面通过固晶工艺固定在所述支架板上；
散热体料的制作，散热体料包括若干散热体和连接筋，所述散热体包括接触导电层和高绝缘高导热层；
贴装散热体，将所述散热体贴装至所述芯片的顶面上；
结构封装体成型，用结构封装材料将所述支架板、所述芯片和所述散热体封装，所述结构封装材料形成结构封装体，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体；
切筋，切断连接筋，得到所述功率器件。
可选的实施方式，所述散热体料的制作还包括：
接触导电层与焊线凸台或接触导电层与引脚的一体成型；
在结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括：
连接分体引脚和/或一体引脚，分体引脚通过连接件和焊盘焊接在芯片上，一体引脚键合在支架板上。
可选的实施方式，支架料和散热体料通过连接筋设有互补定位结构，支架料的相邻支架单元之间的连接筋设有缺口结构，散热体料的相邻散热体之间的连接筋设有凸起机构，所述缺口结构与所述凸起结构在同一平面内互补，贴装散热体时，使散热体料叠合于支架料。
可选的实施方式，在结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括缓冲封装体成型，用内应力小于结构封装材料的缓冲封装材料封装所述芯片和所述散热体，所述缓冲封装材料形成所述缓冲封装体；所述缓冲封装体基于所述结构封装体封装；当所述接触导电层包括焊线凸台时，将所述焊线凸台封装进缓冲封装体中；当所述功率器件包括分体引脚时，将分体引脚与芯片电性连接的连接件和焊盘封装进缓冲封装体中。
综上，本发明提供了一种功率器件及其制作方法，其有益效果在于，该功率器件通过在芯片的顶面设置散热体，可利用散热体提高封装器件的散热效率，相比现有结构散热体，本发明的功率器件散热效果更好；通过利用固化变形比例较小的封装材料对易破坏结构和易破坏部件首先进行封装，再利用结构封装材料实现整体封装，以避免易破坏结构和易破坏部件受到破坏，可提高产品的生产良率和使用寿命；散热体结合双层封装，具有更好的散热效果，兼具更好的绝缘性和抗压能力；接触导电层还包括焊线凸台或一体引脚，增加与外部器件电性连接方式，使结构多样化，产品适应性更强；该功率器件在制作时，可通过散热体料和支架料的叠合设计，使定位准确，便于加工，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的功率器件三维结构示意图；
图2为本发明实施例一的功率器件正视结构示意图；
图3为本发明实施例一的功率器件后视结构示意图；
图4为本发明实施例一的功率器件隐藏结构封装体后的三维结构示意图；
图5为本发明实施例一的功率器件隐藏结构封装体和缓冲封装体后的三维结构示意图；
图6为本发明实施例一的功率器件隐藏结构封装体和缓冲封装体后的正视结构示意图；
图7为本发明实施例六的功率器件的制作方法流程图；
图8为本发明实施例五的支架料结构示意图；
图9为本发明实施例不具有表面散热层的散热体结构示意图；
图10为本发明实施例的带有不同结构的接触导电层的散热体的结构示意图，图中A为接触导电层设有延伸的散热体结构，B为带有焊线凸台的接触导电层的散热体结构，C为有与引脚一体成型的接触导电层的散热体结构；
图11为本发明实施例五的散热体料结构示意图；
图12为本发明实施例五的支架料和散热体料叠合结构示意图；
图13为用于本发明实施例一测试的模拟脉冲信号的波形图；
图14为现有技术的功率器件和本发明实施例一的功率器件的最高结温对照示意图，图中A为现有技术的功率器件的最高结温示意，B为本发明实施例一的功率器件的最高结温示意；
图15为现有技术的功率器件和本发明实施例一的功率器件的热量分布对照示意图，图中A为现有技术的功率器件的热量分布示意，B为本发明实施例一的功率器件的热量分布示意。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。为了解决现有高压高电流功率器件的散热问题，本发明实施例提供了一种功率器件及其制作方法，有效提高其散热能力并增加其使用可靠性，延长产品的换代周期。
相应的，本发明提供了一种功率器件，所述功率器件包括结构封装体、支架板、芯片和散热体，所述散热体包括层叠设置的接触导电层和高绝缘高导热层；
所述芯片的底面贴合设置在所述支架板的顶面上，所述散热体贴合设置在所述芯片的顶面上；
所述支架板、所述芯片和所述散热体基于所述结构封装体封装，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体。
所述功率器件结构简单，散热效果高于现有散热器件，本技术方案中散热体贴合在芯片上，且散热体至少保持其顶面外露于结构封装体，能有效将芯片发热传导到功率器件外，避免高热对芯片和结构封装体的损坏。与芯片贴合的接触导电层有效地将热量向顶面扩散，将热量传递到与接触导电层表面贴合的高绝缘高导热层，接触导电层优选但不限于铜，能满足导电性能好，导热效率高的材料即可。接触导电层与芯片有效接触，在保证与芯片的接触面积情况下，接触导电层扩大芯片与外部器件，例如引脚的连接数量。
高绝缘高导热层优选但不限于导热系数高、散热效果好且绝缘效果好的陶瓷材料，高绝缘高导热层能快速将功率器件产生的热量传导到功率器件外部，且能保证功率器件的绝缘性，在散热体贴装在芯片后进行结构封装体封装，结构封装体选用绝缘材料，结构封装体与高绝缘高导热层更好地结合，为功率器件提供绝缘保护，保证散热效果同时防止芯片被击穿，同时结构封装体的内应力较高，能对整个功率器件提供更好的包括但不限于物理防护。
双层散热结构保证散热效果的前提下，结构简单，厚度薄，使功率器件整体薄化，使功率器件的环境适应性更好。
可选的实施方式，所述散热体还包括表面散热层，表面散热层设置在高绝缘高导热层表面，以加强功率器件散热效果。高绝缘高导热层表面设置表面散热层，表面散热层优选但不限于喷涂铜、镍或高传热的合金材料，并可以配合导热膏的使用，以加强表面散热效果，降低热阻，适用于对散热要求更高的产品。
可选的实施方式，所述功率器件还包括引脚，所述引脚通过接触导电层的焊线凸台与所述接触导电层电性连接，或所述引脚与所述接触导电层一体成型，所述引脚的尾部伸出所述结构封装体。
所述接触导电层还包括焊线凸台，焊线凸台可通过连接件，例如连接线和引脚连接片（全文中没有特别说明，连接件主要为连接线或引脚连接片）与外部器件电性连接，使结构多样化，适应性强。
所述接触导电层与引脚一体成型，简化功率器件结构，使功率器件更薄，同时方便功率器件的制作和外部器件连接。
可选的实施方式，所述功率器件还包括分体引脚和/或一体引脚；所述分体引脚与所述支架板分离设置，所述分体引脚的头部朝向所述支架板一侧，所述分体引脚的尾部伸出所述结构封装体，所述分体引脚与所述芯片电性连接；所述一体引脚的头部与所述支架板电性连接或与所述接触导电层连接，所述一体引脚的尾部伸出所述结构封装体。
所述功率器件基于分体引脚和/或一体引脚，和/或支架板与外部器件电性连接，使本技术方案的功率器件的应用范围更广，适用于MOS、SBD和IGBT等功率模块。
可选的实施方式，所述功率器件设置有两个一体引脚，其中一个一体引脚的头部与所述支架板电性连接，另一个一体引脚与所述接触导电层一体成型。
可选的实施方式，所述功率器件还包括缓冲封装体，所述芯片和所述散热体基于所述缓冲封装体封装；当所述功率器件还包括分体引脚，分体引脚基于连接线和焊盘与所述芯片电性连接时，所述连接线和焊盘基于所述缓冲封装体封装；所述缓冲封装体基于所述结构封装体封装。
本技术方案的缓冲封装体和结构封装体的定义是相对的，缓冲封装体和结构封装体的性质差异主要体现在其成型材料固化后的内应力、固化变形程度以及软硬程度等方面，结构封装体的内应力比缓冲封装体的内应力大，有利于对功率器件的整体保护。缓冲封装体的内应力相对较小，一方面起到了降低对封装的芯片、连接件、焊线凸台、连接部位等部件结构的压强作用，防止结构封装材料封装固化对上述部件结构产生拉扯和压迫，导致上述部件结构遭到损坏，使功率器件性能不稳定，降低其使用可靠性，另一方面起到了在结构封装体加工前，对部件结构进行位置预固定的作用，增加施工的便利性。
优选的，缓冲封装体和结构封装体的基础材料可以为环氧树脂等材料，具体使用中，缓冲封装体和结构封装体的基础材料可以相同，然后通过往基础材料中添加不同比例的添加剂的方式控制其材料性能，使缓冲封装体内应力、固化变形程度以及软硬程度等方面小于结构封装体，以更好的对功率器件内部的易破坏结构进行保护。
进一步的，本发明所提供的功率器件在增强了器件的散热能力后，其可适用于更高电压的应用领域，由于封装材料的局限性，即利用常规的封装材料所形成的封装体（包括结构封装体和缓冲封装体）不能适用于更高电压的应用领域，可通过缓冲封装体材料的合理选用，如选用抗击穿性能更好的绝缘封装材料等实施方式，在成本增加比例较小的前提条件下，适应性的提高器件的耐压能力，防止芯片在工作或组装时的高电压所产生的电弧击穿封装体，以保证功率器件在高电压领域的实用性。
需要说明的是，为了保证功率器件具有满足使用需求的抗电弧击穿功能，结合本发明的散热体的实施结构，封装体需要将散热体的接触导电层的侧壁完全封装，且封装体需要与散热体的高导热高绝缘层的侧壁接触，并至少使封装体、高导热高绝缘层和支架板形成一个对所述芯片实现完全包围的结构，以保证功率器件在各个方向上都具有抗电弧击穿的能力。
此外，本发明的功率器件在具体使用中，也可以应用于电压较低的领域，其散热功率的增加，可使功率器件在使用的时候温度降低，能够有效提高功率器件的使用寿命；由于工作的电压范围不大，电弧的产生概率降低，电弧的爆发能量下降，功率器件在实际使用中不需抗电弧击穿能力，在该前提条件下，功率器件的具体实施结构可根据实际内容实施。
优选的，缓冲封装体具有内应力低，导热性能好，芯片周边的热量能够通过缓冲封装体迅速向散热体和结构封装体传导,使芯片和缓冲封装体内部的部件结构及时散热,避免大功率器件发热损坏。
相应的，本发明还提供了一种功率器件制作方法，包括：
支架料的制作，支架料包括若干支架单元和连接筋，所述支架单元包括支架板和芯片，芯片的底面通过固晶工艺固定在所述支架板上；
散热体料的制作，散热体料包括若干散热体和连接筋，所述散热体包括接触导电层和高绝缘高导热层；
贴装散热体，将所述散热体贴装至所述芯片的顶面上；
结构封装体成型，用结构封装材料将所述支架板、所述芯片和所述散热体封装，所述结构封装材料形成结构封装体，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体；
切筋，切断连接筋，得到所述功率器件。
本制作方法工艺简单，支架料和散热体料的预制作，防止部件机构之间的干扰，适合批量生产。将固晶工艺应用于芯片和支架板的连接，相对于常规的焊接，便于后续工序加工，有利于拓宽支架板的材料选用，根据产品需求，支架板可选用金属材料、合金材料、基板材料和绝缘材料的一种或复合材料，增加功率器件的产品适应性。
可选的实施方式，所述散热体料的制作还包括接触导电层与焊线凸台或与引脚的一体成型；在结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括连接分体引脚和/或一体引脚，分体引脚通过连接件和焊盘焊接在芯片上，一体引脚键合在支架板上。
可选的实施方式，支架料和散热体料通过连接筋设有互补定位结构，支架料的相邻支架单元之间的连接筋设有缺口结构，散热体料的相邻散热体之间的连接筋设有凸起机构，所述缺口结构与所述凸起结构在同一平面内互补，贴装散热体时，使散热体料叠合与支架料。
采用互补定位结构，使支架料和散热体料叠合时，定位准确，保证散热体贴装至芯片的顶面上，便于加工。
可选的实施方式，在结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括缓冲封装体成型，用内应力小于结构封装材料的缓冲封装材料封装所述芯片和所述散热体，所述缓冲封装材料形成所述缓冲封装体；所述缓冲封装体基于所述结构封装体封装；当所述接触导电层包括焊线凸台时，将所述焊线凸台封装进缓冲封装体中；当所述功率器件包括分体引脚时，将分体引脚与芯片电性连接的连接件和焊盘封装进缓冲封装体中。
以下列举本发明提供的功率器件机器制作方法的具体实施例。
需要说明的是，本发明实施例仅对功率器件的部分实施例进行附图说明，有关功率器件的其他实施方式可结合文字说明进行理解，本发明实施例不将所有的实施例以附图形式示出。
实施例一
图1为本发明实施例一的功率器件三维结构示意图；图2为本发明实施例一的功率器件正视结构示意图；图3为本发明实施例一的功率器件后视结构示意图；图4为本发明实施例一的功率器件隐藏结构封装体后的三维结构示意图；图5为本发明实施例一的功率器件隐藏结构封装体和缓冲封装体后的三维结构示意图；图6为本发明实施例一的功率器件隐藏结构封装体和缓冲封装体后的正视结构示意图。
本发明提供了一种功率器件1，所述功率器件1包括结构封装体10、支架板15、芯片30和散热体14，所述散热体14包括接触导电层143和高绝缘高导热层142；所述芯片30的底面贴合设置在所述支架板15的顶面上，所述散热体14贴合设置在所述芯片30的顶面上；所述支架板15、所述芯片30和所述散热体14基于所述结构封装体10封装，所述支架板15的底面外露于所述结构封装体10，所述散热体14的顶面外露于所述结构封装体10。
基本的，所述散热体14包括接触导电层143和高绝缘高导热层142，接触导电层143和高绝缘高导热层142均采用导热性能较好的材料制成。考虑到散热体14是贴合在芯片30的顶面上的，为了保证散热体14与芯片30的散热效果，散热体14与芯片30的接触面积不宜过少。
具体的，结构封装体10是指封装材料所形成的结构，功率器件1的外形尺寸结构根据标准具有相关的要求，结构封装体10对封装在内部的部件进行保护，并根据功率器件1的结构要求进行成型，以满足相关要求。一般的，基于成本考虑，若结构封装体10整体采用导热效率较高的材料，则制造成本大大增加，因此，针对芯片30的发热特点，本发明实施例的功率器件1在芯片30的顶面上贴合设置散热体14，散热体14将芯片30的表面热量导出至功率器件1的表面，有利于芯片30的散热。
具体的，本发明实施例所提供的功率器件主要是为了解决功率器件的散热效率不满足实际使用需求的问题，具体实施中，功率器件的使用需要依靠芯片30与外界的电性连接实现。
本实施例中功率器件1还包括一个一体引脚和两个分体引脚，图6中的第二引脚132为一体引脚，第二引脚132头部与所述支架板15连接，所述第二引脚132的尾部伸出所述结构封装体。具体加工中，可通过冲压、切削等方式将一体引脚与支架板15同时加工并一体成型，也可将支架板15和一体引脚分别进行加工后，再将一体引脚以焊接、烧结等特定工艺连接至支架板15上。一体引脚可以起到固定、电性连接等作用，具体实施方式根据实际实施情况确认。
图6中的第一引脚131和第三引脚133为分体引脚。分体引脚与所述支架板15分离设置，所述分体引脚的头部朝向所述支架板15一侧，所述分体引脚的尾部伸出所述结构封装体10。本实施例中第一引脚131通过连接线、第一引脚131的焊盘和芯片上的顶面焊盘与芯片电性连接。如无特别说明，全文中顶面焊盘和底面焊盘相对芯片的顶面和底面定义的，即芯片顶面上的焊盘为顶面焊盘，芯片底面的焊盘为底面焊盘。第三引脚133通过连接线、第三引脚133的焊盘和接触导电层143的焊线凸台的焊盘与芯片电性连接。接触导电层为导电材料，第三引脚133通过焊线凸台与芯片电性连接。
可选的，支架板15为导电材料，芯片通过底面焊盘与支架板15电性连接，支架板15与外部器件电性连接。
本实施例的功率器件1还包括缓冲封装体16，缓冲封装体由内应力较小的缓冲封装材料形成。缓冲封装体和结构封装体的定义是相对的，以结构封装体10的固化结构为基准，则缓冲封装体的固化结构的内应力、固化变形程度以及硬度等方面均小于所述结构封装体10，其具体表现为若以结构封装体10替代所述缓冲封装体16的位置，则替换后的结构封装体10对芯片、连接件、焊线凸台、连接部位等部件结构具有较大的作用力或较大的压强，在固化时，容易将使上述部件结构受到拉扯力或压力，使其不良甚至失效。
本实施例中，缓冲封装体16将所述芯片30、散热体14、焊线凸台、连接线、焊盘、顶面焊盘、第一引脚的头部、第二引脚的头部和第三引脚的头部等相对脆弱部件结构封装，将芯片30封装在支架板15上，散热体14的顶面外露于结构封装体。缓冲封装体16将上述相对脆弱部件结构预固定并保护起来，方便后续加工，同时可起到辅助散热功能，使芯片周边的热量快速传导到缓冲封装体，防止芯片在高热的情况下受损。
需要说明的是，在本发明中，散热体具有两种常规的实施方式，具体的，散热体的第一实施方式为散热体包括层叠设置的接触导电层和高绝缘高导热层，散热体的第二实施方式为散热体包括依次层叠设置的接触导电层、高绝缘高导热层和表面散热层；具体的，在散热体以第一实施方式实施时，其顶面为高绝缘高导热层，在散热体以第二实施方式实施时，其顶面为表面散热层；相应的，为了保证散热效果，根据实施方式的不同，散热体的顶面需保持外露于结构封装体，相应的，在设置有缓冲封装体的情况下，相应结构的顶面也需要保持外露于缓冲封装体。
为了避免结构封装体10和缓冲封装体16的分层，具体材料的选用中，结构封装体10和缓冲封装体16的基础材料最好能保持一致，通过调整添加剂比例控制其导热性、绝缘性和内应力，使其最终呈现的性能能够满足使用需求。
进一步的，本实施例的功率器件1还具有贯穿结构封装体和支架板的的固定孔12，用于供固定件穿过，将功率器件1固定在外部的设备或结构上；结构封装体10表面上还设有夹持缺口11，以便于机器对功率器件1进行夹取。
针对本实施例的功率器件1，以下通过热力学仿真分析其散热效果，对比对象为现有结构的TO-247管。
图13示出了用于本发明实施例一的功率器件测试的模拟脉冲信号的波形图。具体的，该热力学仿真的模拟条件为采用波形来模拟脉冲信号，T=2S，发热值为27.929W/mm3，如图2所示，热对流系数为1000W/(m2•k) 。
如图14所示，现有技术的功率器件和本实施例的功率器件的最高结温对照可看出，本实施例的功率器件最高结温约为86.412度，现有技术的功率器件最高结温约为98.678度，明显地，本实施例的功率器件散热效果好，功率器件核心点温度降幅大。按理论，功率器件最高结温每降温10度，其寿命和可靠性将提升一倍，本实施例的功率器件与现有技术相比，其寿命和可靠性将提升远不止一倍。。
如图15所示，现有技术的功率器件和本实施例的功率器件的热量分布对照可看出，温度越高，图中灰度越深。现有技术的功率器件的芯片温度高，热量分布比较集中，散热效果不好，芯片与周边的温差比较大，容易造成芯片过热烧坏；本实施例的功率器件中温度相对较低，散热集中在散热体及其周边，散热面积大，散热体的散热效果好，芯片的高温被及时传导出去，避免芯片温度过高。可见的，焊线凸台增加了散热的面积，使功率器件的散热效果更好。综述，本实施例的功率器件兼具散热通道多、散热面积大及散热效果好。
可选的，芯片底面的热量通过支架板15散热，支架板15的散热面积大，能很好地将热量传导出去。
实施例二
在实施例一的基础上,散热体14还包括表面散热层141，表面散热层设置在高绝缘高导热层142表面，以加强功率器件散热效果。设置表面散热层后，本实施例的功率器件的散热效果更好，最高结温大幅下降。
需要说明的是，表面散热层选用的材料为散热速度较快的材料，高绝缘高导热层选用热量传导速度较快的材料。为了避免视图的复杂性，附图四至六以散热体具有表面散热层的结构示出，实施例一可参照相应结构进行实施。具体实施中，实施例一和实施例二除了散热体结构的差异性外，其余结构相同。
实施例三
与实施例一相比，不同之处在于所述接触导电层不具有焊线凸台和第三引脚133，所述接触导电层直接与引脚一体成型，代替焊线凸台和第三引脚133，与接触导电层一体成型的引脚通过接触导电层与芯片电性连接，所述引脚的尾部伸出所述结构封装体。其他结构与实施例一相同。接触导电层与引脚一体成型，简化功率器件结构，使功率器件更薄，同时方便功率器件的制作和外部器件连接。
实施例四
与实施例一相比，不同之处在于芯片与两个分体引脚之间通过连接线、分体引脚的头部的焊盘和顶面焊盘电性连接，加工成适用于mos模块或IGBT模块的功率器件。分体引脚的连接方式可以根据实际产品需要进行调整。本实施例在接触导电层与引脚一体成型的基础下，增加电性连接分体引脚，使功率器件整体结构更简单，更方便加工，减少连接多个分体引脚的加工损耗。
基于实施的便利性和可行性考虑，本发明提供了若干种关于芯片30与引脚之间的连接方式，具体实施中，芯片30的对外电性连接方式不仅限于本发明实施例所介绍的实施情况，例如，芯片30还可以不通过引脚，直接与外部器件电性连接。
实施例五
本发明提供了一种功率器件制作方法，如图7，包括：
S101：支架料的制作；
如图支架料包括若干支架单元100和连接筋，任一所述支架单元包括支架板和芯片，芯片的底面通过固晶工艺固定在所述支架板上。
固晶工艺为，首先将高铅焊料在融化成滴，滴落到支架板15上，通过焊滴点整形成薄且平的面状熔融焊料；然后将芯片30贴装在面状熔融焊料上，最后通过冷风使焊料凝固，完成固晶工艺。
可选的，如图8，支架单元包括支架板和芯片，支架板带有与支架板连接的一体引脚。
可选的，所述芯片30还具有底面焊盘，将所述芯片30通过底面焊盘键合在所述支架板15上。
S102：散热体料的制作；
散热体料包括若干散热体和连接筋，所述散热体包括接触导电层和高绝缘高导热层。
可选的，如图11，散热体的接触导电层包括与其一体成型的引脚。
可选的，如图10，接触导电层在散热体料的制作时可不做延伸，或设有焊线凸台144，或一体成型引脚145。
如图12，支架料和散热体料通过连接筋设有互补定位结构300，支架料的相邻支架单元之间的连接筋设有缺口结构302，散热体料的相邻散热体之间的连接筋设有凸起机构301，所述缺口结构与所述凸起结构在同一平面内互补，贴装散热体时，使散热体料叠合与支架料。
采用互补定位结构，使支架料和散热体料叠合时，定位准确，保证散热体贴装至芯片的顶面上，便于加工。
本制作方法工艺简单，支架料和散热体料的预制作，防止部件机构之间的干扰，适合批量生产。将固晶工艺应用于芯片和支架板的连接，相对于常规的焊接，便于后续工序加工，有利于拓宽支架板的材料选用，根据产品需求，支架板可选用金属材料、合金材料、基板材料和绝缘材料的一种或复合材料，增加功率器件的产品适应性。
S103：贴装散热体；
将所述散热体贴装至所述芯片的顶面上。
S104：结构封装体成型；
用结构封装材料将所述支架板、所述芯片和所述散热体封装，所述结构封装材料形成结构封装体，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体。
S105：切筋；
切断连接筋，得到所述功率器件。
支架板15、一体引脚、分体引脚、引脚13等结构根据实际情况，通过连接筋连接在支架料或散热体料上，因此，需要进行切筋后才能取出功率器件1。连接筋设计时考虑避位，以免影响封装。
可选的，S101散热体料的制作还包括在高绝缘高导热层设置表面散热层，以加强功率器件散热效果。
可选的，S101散热体料的制作还包括焊线凸台或一体成型的引脚，当散热体料的制作还包括焊线凸台时，S103 贴装散热体后，将引脚与芯片电性连接，可通过连接件和焊盘实现。
可选的，所述功率器件还包括连接分体引脚和/或一体引脚时，在S103 贴装散热体后，结构封装体成型前，分体引脚通过连接件和焊盘电性连接在芯片上，一体引脚键合在支架板上，分体引脚和一体引脚与芯片的电性连接方式可以根据实际需要调整。
实施例六
与实施例五相比，不同之处在于在S104 结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括缓冲封装体成型，用内应力小于结构封装材料的缓冲封装材料封装所述芯片和所述散热体，所述缓冲封装材料形成所述缓冲封装体；当所述接触导电层包括焊线凸台时，将所述焊线凸台封装进缓冲封装体中；当所述功率器件包括分体引脚时，将分体引脚与芯片电性连接的连接件和焊盘封装进缓冲封装体中。制作方法的其他步骤与实施例五相同。
具体实施中，芯片30的特性可根据引脚、分体引脚和一体引脚的种类和数量进行分类，并根据不同种类的芯片30进行结构的适应性变化。
综上，本发明实施例一种功率器件及其制作方法，该功率器件通过在芯片的顶面设置散热体，可利用散热体提高封装器件的散热效率并提高封装器件的使用寿命；该功率器件在制作时，可通过利用支架的叠合设计完成主体的制作，降低生产成本；通过利用固化变形比例较小的封装材料对易破坏结构和易破坏部件首先进行封装，再利用常规的封装材料实现整体封装，以避免易破坏结构和易破坏部件受到破坏，可提高产品的生产良率和使用寿命。
以上对本发明实施例所提供的一种功率器件及其制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括结构封装体、支架板、芯片和散热体，所述散热体包括层叠设置的接触导电层和高绝缘高导热层；
所述芯片的底面贴合设置在所述支架板的顶面上，位于所述散热体底面一侧的接触导电层贴合设置在所述芯片的顶面上；
所述支架板、所述芯片和所述散热体基于所述结构封装体封装，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体。
2.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述散热体还包括表面散热层，所述表面散热层设置在所述高绝缘高导热层表面。
3.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括引脚；
所述接触导电层具有焊线凸台，所述引脚通过接触导电层的焊线凸台与所述接触导电层电性连接，或所述引脚与所述接触导电层一体成型，所述引脚的尾部伸出所述结构封装体。
4.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括分体引脚和/或一体引脚；所述分体引脚与所述支架板分离设置，所述分体引脚的头部朝向所述支架板一侧，所述分体引脚的尾部伸出所述结构封装体，所述分体引脚与所述芯片电性连接；所述一体引脚的头部与所述支架板电性连接或与所述接触导电层连接，所述一体引脚的尾部伸出所述结构封装体。
5.如权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件设置有两个一体引脚，其中一个一体引脚的头部与所述支架板电性连接，另一个一体引脚与所述接触导电层一体成型。
6.如权利要求1-5任一项所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括缓冲封装体，所述芯片和所述散热体基于所述缓冲封装体封装；
当所述功率器件还包括分体引脚，且分体引脚通过连接线和焊盘连接芯片时，连接线和焊盘基于所述缓冲封装体封装；所述缓冲封装体基于所述结构封装体封装，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体。
7.一种功率器件制作方法，其特征在于，包括：
支架料的制作，支架料包括若干支架单元和连接筋，所述支架单元包括支架板和芯片，芯片的底面通过固晶工艺固定在所述支架板上；
散热体料的制作，散热体料包括若干散热体和连接筋，所述散热体包括接触导电层和高绝缘高导热层；
贴装散热体，将所述散热体贴装至所述芯片的顶面上；
结构封装体成型，用结构封装材料将所述支架板、所述芯片和所述散热体封装，所述结构封装材料形成结构封装体，所述支架板的底面外露于所述结构封装体，所述散热体的顶面外露于所述结构封装体；
切筋，切断连接筋，得到所述功率器件。
8.如权利要求7所述的功率器件制作方法，其特征在于，所述散热体料的制作还包括：
接触导电层与焊线凸台或接触导电层与引脚的一体成型；
在结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括：
连接分体引脚和/或一体引脚，分体引脚通过连接件和焊盘焊接在芯片上，一体引脚键合在支架板上。
9.如权利要求7所述的功率器件制作方法，其特征在于，支架料和散热体料通过连接筋设有互补定位结构，支架料的相邻支架单元之间的连接筋设有缺口结构，散热体料的相邻散热体之间的连接筋设有凸起机构，所述缺口结构与所述凸起结构在同一平面内互补，贴装散热体时，使散热体料叠合于支架料。
10.如权利要求7-10任一项所述的功率器件制作方法，其特征在于，在结构封装体成型前，所述功率器件制作方法还包括缓冲封装体成型，用内应力小于结构封装材料的缓冲封装材料封装所述芯片和所述散热体，所述缓冲封装材料形成所述缓冲封装体；所述缓冲封装体基于所述结构封装体封装；当所述接触导电层包括焊线凸台时，将所述焊线凸台封装进缓冲封装体中；当所述功率器件包括分体引脚时，将分体引脚与芯片电性连接的连接件和焊盘封装进缓冲封装体中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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