CN113053838A - 双向散热封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向散热封装结构，包括绝缘基板、第一散热体、大功率器件、封装构件、第二散热体。其中大功率器件设置在第一散热体与第二散热体之间，第二散热体从封装构件的上表面露出。本发明具有大功率器件产生的热量能从上下两个方向有效散发、封装结构散热性能好的优点。

Description

双向散热封装结构

技术领域

本发明涉及器件封装领域。

背景技术

随着电子、电力产品的轻型化、小型化，对其中大功率电子器件的各种性能提出了更高的要求，例如要求承受更高的电流等，但是随着承载电流的增加，大功率电子器件工作时产生的热量也大幅增加。为保护大功率电子器件，一般会将其封装在模块结构内，这就对封装结构提出了较高要求，使之能及时将大功率器件所产生的热量散发出去，否则会影响到大功率电子器件及相关电路中其他电子器件的工作。

因此需要一种能快速地把大功率器件产生的热量散发出去的封装结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种具有良好的散热性能的封装结构。

为了实现上述的主要目的，本发明提供了一种双向散热封装结构，包括绝缘基板、第一散热体、大功率器件、封装构件、第二散热体。其中绝缘基板上表面上设置有第一金属层，第一金属层形成有导电线路图案；第一散热体至少部分地嵌入绝缘基板内，绝缘基板上表面与第一金属散热体的上表面平齐；大功率器件设置在所述第一散热体的上表面；封装构件设置在大功率器件外侧，用于封装所述大功率器件；第二散热体设置在大功率器件的上表面，并从封装构件的上表面露出。

由以上方案可见，大功率器件设置在第一散热体上，绝缘基板上的第一金属层与大功率器件形成电连接，这样大功率器件产生的热量向下会直接传递至第一散热体，无需经要绝缘基板，第二散热体设置在大功率器件的上表面，从而大功率器件产生的热量向上会传递至第二热散体，而第二散热体的上表面从封装构件露出，可使热量从第二散热体上表面散发出去，因此，大功率器件产生的热量能从上下两个方向有效散发，封装结构的散热性能良好。

较具体的方案为，第二散热体的上表面与封装构件的上表面平齐。由以上可见，第二散热体完全嵌入封装构件内，从而即使碰触到第二散热体的上表面，也不会对第二散热体与大功率器件之间的连接产生影响，封装结构稳定。

更具体的方案为，封装构件完全覆盖绝缘基板及第一散热体的上表面。由以上可见，封装构件能对绝缘基板及第一散热体有效保护，进而保护其与大功率器件的连接。

另一较具体的方案为，第一散热体包括第一金属本体、设置在第一金属本体上方的第一绝缘氧化层及设置在第一绝缘氧化层上方的第二金属层，第二金属层与第一金属层平齐。由以上可见，第一散热体具有第二金属层，从而可与其上安装的大功率器件或第一金属层建立电连接，第二金属层与金属本体之间具有第一绝缘氧化层，使上述电连接不会通过第二散热体的金属本体，第二散热体的金属本体只导热而不导电。

又一较具体的方案为，第二散热体的横截面与大功率器件的横截面相同。由以上可见，两截面相同可实现热量的有效传递，大功率器件产生的热量从其上表面快速地传递至第二散热体。

更具体的方案为，第二散热体为金属散热体，包括第二金属本体，位于第二金属本体下方的第二绝缘氧化层及位于第二绝缘氧化层下方的第三金属层。由以上可见，第二散热体具有第三金属层，从而可与大功率器件通过焊接材料而连接在一起，第三金属层与金属本体之间具有第二绝缘氧化层，使第二散热体的金属本体只导热而不导电。

优选地，第一散热体的下表面与绝缘基板的下表面平齐。

较具体地，双向散热封装结构还包括第三散热体，第三散热体支撑第一散热体与绝缘基板的下表面。通过第三散热体发散绝缘基板及第一散热体的热量，并可对其进行保护。

更具体地，第三散热体设置有位于第一散热体下方朝着第一散热体凸出的凸起部，凸起部的横截面与第一散热体的横截面相同。两截面相同可实现热量的有效传递，热量可从第一散热体快速地传递至第三散热体。

进一步更具体地，所述第三散热体通过导热粘结层与所述绝缘基板粘结，凸起部通过焊接材料与所述第一散热体连接。第二散热体传递的热量经焊接材料传递至第三散热体而无需经导热粘结层，进一步提高散热性能。

为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1中第一散热体的结构示意图；

图3是本发明实施例1中第二散热体的结构示意图；

图4是本发明实施2的结构示意图；

图5是本发明实施例2中第一散热体的结构示意图；

图6是本发明实施例2中第二散热体的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1、2、3，本发明双向散热封装结构实施例1包括绝缘基板10和作为第一散热体的金属散热体20，金属散热体20完全嵌入至绝缘基板10内，金属散热体20的上下表面分别与绝缘基板10的上下表面平齐。粘着材料41设置在绝缘基板10和金属散热体20之间，从而把绝缘基板10和金属散热体20粘结成一体。金属散热体20的上方设置有大功率器件100，大功率器件100的上方设置有作为第二散热体的金属散热体30，封装构件81覆盖绝缘基板10、金属散热体20的上表面，并露出金属散热体30的上表面。

如图2所示，金属散热体20包括金属本体21及绝缘氧化层211、212，金属层221、222。其中金属散热体20可取自表面阳极氧化后电镀处理的铝板。铝板经阳极氧化后表面会生成绝缘的氧化层，然后可在氧化层上电镀如铜等的金属层。金属散热体30与之类似。如图3所示，金属散热体30包括金属本体31及绝缘氧化层311、312，金属层321、322。

再结合图1、2、3，绝缘基板包括绝缘介质层11和其上表面作为第一金属层的金属层12，金属层12上可形成有所需的导电线路图案，金属散热体20的作为第二金属层的金属层221与金属层12平齐，金属层51作为连接层位于金属层221、12上方，然后蚀刻出所需的导电图案，并用绝缘介质82填充，通过焊接材料61将大功率器件100设置在金属散热体20的正上方。金属散热体30可通过焊接材料62设置在大功率器件100的正上方，封装构件81的上表面与金属散热体30的上表面平齐。绝缘基板10的下表面设置有金属层13，其与金属散热体20的金属层222平齐，金属层52设置在金属层13、222的下方，以保护绝缘基板10和金属散热体20。

本实施例在使用时，大功率器件100产生的热量向下经焊接材料61传递至金属层51，然后大部分经金属层221、绝缘氧化层211传递至金属本体21，再向下经绝缘氧化层212、金属层222传递至金属层52之后散发。因为有绝缘氧化层211，电流不会经金属层221向下传递。大功率器件100产生的热向上经焊接材料62传递至金属层322、作为第二绝缘氧化层的绝缘氧化层321传递至金属本体31，然后经绝缘氧化层311、金属层321向外散发。其中，金属散热体30的横截面可与大功率器件100的横截面相同。两截面相同可实现热量的有效传递，大功率器件产生的热量向上从其上表面快速地传递至金属散热体30。因为有绝缘氧化层321，电流不会经金属层322向上传递。

综上，大功率器件100在工作过程中产生的热量可向上传递至金属散热体30，向下传递至金属散热体20，因为金属散热体设置有不导电的绝缘氧化层，金属散热体主要是起散热作用，从而大功率器件产生的热量能从上下两个方向有效散发，封装结构的散热性能良好。

实施例2

本实施例与实施例1结构类似，只金属散热体采用了单面处理的金属散热体及下表面附接了第三散热体。

参见图4、5、6，双向散热封装结构包括绝缘基板10、金属散热体20，粘着材料41绝缘基板10和金属散热体20粘结成一体。金属散热体20的上方设置有大功率器件100，大功率器件100的上方设置有金属散热体30，封装构件81覆盖绝缘基板10、金属散热体20的上表面，并露出金属散热体30的上表面。

如图5所示，金属散热体20包括金属本体21及绝缘氧化层211，金属层221。其中金属散热体20可取自单面经表面阳极氧化后电镀处理的铝板。铝板经阳极氧化后表面会生成绝缘的氧化层，然后可在氧化层上电镀如铜等的金属层。金属散热体30与之类似。如图6所示，金属散热体30包括金属本体31及绝缘氧化层312，金属层322。

再结合图4、5、6，绝缘基板包括绝缘介质层11和其上表面的金属层12，金属散热体20的金属层221与金属层12平齐，金属层51作为连接层位于金属层221、12上方，其间填充绝缘介质82，大功率器件100通过焊接材料61设置在金属散热体20上方。金属散热体30通过焊接材料62设置在大功率器件100上方，封装构件81与金属散热体30的上表面平齐。绝缘基板10下表面设置有金属层13，其与金属散热体20的金属层222平齐，第三散热体71设置在金属层13、222的下方，以保护绝缘基板10和金属散热体20并加强导热。第三散热体71与绝缘基板10之间通过导热粘结层42粘结在一起。导热粘结层42在金属散热体20下方位置处设置有孔，第三散热体71的凸起部711部分地插入该孔内，并通过焊接材料63与金属散热体20连接，凸起部711的横截面与第一散热体的横截面相同。

本实施例在使用时，大功率器件100产生的热量向下经焊接材料61传递至金属层51，然后大部分经金属层221、绝缘氧化层211传递至金属本体21，再向下经焊接材料63至第三散热体71之后散发。因为有绝缘氧化层211，电流不会经金属层221向下传递。大功率器件100产生的热向上经焊接材料62传递至金属层322、作为第二绝缘氧化层的绝缘氧化层321传递至金属本体31，然后向外散发。其中，金属散热体30的横截面可与大功率器件100的横截面相同。

优选地，导热粘结层42可为自粘性导热硅胶片，利用导热硅胶片的自粘性使加工工艺简化，在其他实施例中，也可使用双面背胶的导热粘结层。

在其他实施例中，绝缘基板可包括相互粘结在一起多层的绝缘介质层，还可以进一步包括设置在绝缘介质层之间的内层导电线路。

虽然本发明以具体实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种双向散热封装结构，包括：

绝缘基板，所述绝缘基板上表面上设置有第一金属层，所述第一金属层形成有导电线路图案；

第一散热体，所述第一散热体至少部分地嵌入所述绝缘基板内，所述绝缘基板上表面与所述第一金属散热体的上表面平齐；

大功率器件，设置在所述第一散热体的上表面；

封装构件，设置在所述大功率器件外侧，用于封装所述大功率器件；

其特征在于：第二散热体，设置在所述大功率器件的上表面，并从所述封装构件的上表面露出。

2.根据权利要求1所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述第二散热体的上表面与所述封装构件的上表面平齐。

3.根据权利要求2所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述封装构件完全覆盖所述绝缘基板的上表面及所述第一散热体的上表面。

4.根据权利要求1所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述第一散热体包括第一金属本体、设置在所述第一金属本体上方的第一绝缘氧化层及设置在所述第一绝缘氧化层上方的第二金属层，所述第二金属层与所述第一金属层平齐。

5.根据权利要求1所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述第二散热体的横截面与所述大功率器件的横截面相同。

6.根据权利要求5所述的双向散热封装结构，其特征在于，第二散热体为金属散热体，包括第二金属本体，位于所述第二金属本体下方的第二绝缘氧化层及位于所述第二绝缘氧化层下方的第三金属层。

7.根据权利要求1至6任一项所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述第一散热体的下表面与所述绝缘基板的下表面平齐。

8.根据权利要求7所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述双向散热封装结构还包括第三散热体，所述第三散热体支撑所述第一散热体的下表面与所述绝缘基板的下表面。

9.根据权利要求8所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述第三散热体设置有位于所述第一散热体下方朝着所述第一散热体凸出的凸起部，所述凸起部的横截面与所述第一散热体的横截面相同。

10.根据权利要求9所述的双向散热封装结构，其特征在于，所述第三散热体通过导热粘结层与所述绝缘基板粘结，所述凸起部通过焊接材料与所述第一散热体连接。

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