CN114203642A - 功率半导体封装结构 - Google Patents

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梁小广
丁烜明
洪旭
朱荣
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Wuxi Lipus Semiconductor Co ltd
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Wuxi Lipus Semiconductor Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种功率半导体封装结构，包括：pressfit端子、绝缘散热基板、半导体芯片、绑定线、金属底座、底板以及外壳；所述半导体芯片焊接在绝缘散热基座上，所述金属底座的一端焊接有金属片，将金属片焊接在绝缘散热基板上，所述pressfit端子的一端安装金属底座中，所述pressfit端子的另一端延伸出外壳，所述绑定线用于连接各部件，所述绝缘散热基板安装于外壳和底板连接所形成的腔体内部，外壳内部注入绝缘填充介质。本功率半导体封装结构强化了金属底座与绝缘散热底板的连接，防止因为应用环境的振动带来的底座脱落现象。

Description

功率半导体封装结构
技术领域
本发明涉及封装技术领域，具体地，涉及一种功率半导体封装结构。
背景技术
在电源，电力电子变换器应用中，功率半导体(IGBT，MOSFET，SiC,GaN等)器件因为被广泛采用，在功率较大的场合下一般使用模块的封装形式。功率模块主要由金属底板，焊接层，绝缘散热基板如AMB(箔钎焊的覆铜陶瓷基板)，DBC(双面覆铜陶瓷基板)，绝缘散热树脂薄膜或者其他绝缘散热材料，绑定线，电气连接用端子，硅胶等组成。功率半导体晶片通过焊接固定到绝缘散热材料上后，通过铝绑定线进行电气连接。功率半导体晶片的发出的热通过绝缘散热材料，再通过风冷或者水冷散热出去，端子用于连接外部的印刷电路板。
用于连接外部印刷电路板的端子如果使用Press-fit技术，可以确保了简单快速的模块与PCB安装，消除了焊接工艺，减少装配时间和成本。电路板和模块可以很容易地拆开，所以这种无焊接压接维护简单。如有故障出现，部分零件仍然可以重用,而不需全部弃掉。
参照图1所示，金属底座焊接在绝缘基板上，由于模块内部空间较小，金属底座的焊接面较小，无铅焊锡的强度也相对较低，连接力比较有限。这样当Pressfit端子受到电路板的比较大的振动的时候，很容易破坏焊接面，产生底座脱落的不良发生。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种功率半导体封装结构。
根据本发明提供的一种功率半导体封装结构，其特征在于，包括：pressfit端子、绝缘散热基板、半导体芯片、绑定线、金属底座、底板以及外壳；
所述半导体芯片焊接在绝缘散热基座上，所述金属底座的一端焊接有金属片，将金属片焊接在绝缘散热基板上，所述pressfit端子的一端安装金属底座中，所述pressfit端子的另一端延伸出外壳，所述绑定线用于连接各部件，所述绝缘散热基板安装于外壳和底板连接所形成的腔体内部，外壳内部注入绝缘填充介质。
优选的，所述金属底座的内径大于pressfit端子的直径，保证pressfit端子插入金属底座后的连接稳定。
优选的，所述pressfit端子上靠近另一端的圆周侧面上设置有凸出安装部，所述凸出安装部用于安装功率半导体至PCB上。
优选的，所述金属片的厚度为0.2mm-1mm之间。
优选的，所述金属底座的端部连接有金属圆盘。
优选的，所述金属底座的封装包括：
步骤S5.1：通过钎焊或烧结方式将金属片固定在金属底座上；
步骤S5.2：通过焊接的方式将连接有金属片的金属底座端部安装在绝缘散热基板上。
优选的，所述步骤S5.1包括：
步骤S5.1.1：通过钎焊或烧结方式将多个金属底座安装在金属片上；
步骤S5.1.2：通过冲压或切割方式将连接了金属底座的金属片分成单体。
优选的，所述金属底座的封装过程包括：
步骤S8.1：通过超声波焊接或激光焊接将金属底座连接到金属片上；
步骤S8.2：通过焊接的方式将连接有金属片的金属底座端部安装到绝缘散热基板上。
优选的，所述步骤S4.1包括：
步骤S8.1.1：通过超声波焊接或激光焊接将多个金属底座直接连接到金属片上；
步骤S8.1.2：通过冲压或切割的方式将连接了金属底座的金属片分成单体。
优选的，所述金属片与绝缘散热基板采用锡焊连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本功率半导体封装结构强化了金属底座与绝缘散热底板的连接，防止因为应用环境的振动带来的底座脱落现象；
2、本功率半导体封装结构加工简单；
3、本功率半导体相对于现有方案成本较低，效果突出。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术中金属底座固定示意图；
图2为本发明实施例功率半导体封装示意图；
图3为本发明实施例pressfit端子和金属底座的安装示意图；
图4为本发明实施例功率半导体安装示意图；
图5为本发明实施例功率半导体封装后效果图；
图6为实施例1中金属底座固定示意图
图7为实施例2中金属底座固定示意图；
图8为实施例3中金属底座固定意图。
附图标记说明：
pressfit端子1 外壳6
绝缘散热基板2 金属片7
半导体芯片3 绝缘填充介质8
绑定线4 凸出安装部9
金属底座5 底板10
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明介绍了一种功率半导体封装结构，参照图2，包括：pressfit端子1、绝缘散热基板2、半导体芯片3、绑定线4、金属底座5、底板10以及外壳6；
所述半导体芯片3焊接在绝缘散热基座上，金属底座5的端部连接有金属圆盘，所述金属底座5的一端焊接有金属片7，将金属片7焊接在绝缘散热基板2上，所述pressfit端子1的一端安装金属底座5中，所述pressfit端子1的另一端延伸出外壳6，所述pressfit端子1上靠近另一端的圆周侧面上设置有凸出安装部9，所述凸出安装部9用于安装功率半导体至PCB上。所述绑定线4用于连接各部件，所述绝缘散热基板2安装于外壳6内部和底板10连接所形成的腔体内，外壳6内部注入绝缘填充介质8。
焊接层为锡膏或者锡片焊接，绝缘散热基板2和芯片之间的连接；绝缘散热基板2实现设计所需电路结构；绑定线4实现各部件的电路连接。模块外部结构主要为外壳6体和pressfit端子1，外壳6通过点胶工艺和底板10相连，pressfit端子1通过绑定线4与内部电路相连或者直接焊接到绝缘散热基板2。模块内部注入的绝缘填充介质8可以是环氧树脂，其作用是防腐防潮保护内部电路，同时又对内部各部件进行高压隔离。pressfit端子1用于连接外部的电气电路。
参照图3，在功率模块中可以使用金属底座5(如铜或者铝制作的环状)来将Pressfit端子1(一边为铜材料制作)连接到绝缘散热基板2(如DBC，AMB等)。参照图4，步骤为：将金属底座5焊接到绝缘散热基板2上方后通过压入的方法将Pressfit通过压力插入到金属底座5内部。金属底座5的内径一般要大于Pressfit端子1的直径以保证插入后的连接性能。封装后的效果图如图5所示。
实施例1
参照图6，金属底座5的封装包括：
步骤S5.1：通过钎焊或烧结方式将金属片7固定在金属底座5上，金属片7的厚度为0.2mm-1mm之间；
步骤S5.2：通过焊接的方式将连接有金属片7的金属底座5端部安装在绝缘散热基板2上。
实施例2
参照图7，金属底座5的封装过程包括：
步骤S5.1.1：通过钎焊或烧结方式将多个金属底座5安装在金属片7上；
步骤S5.1.2：通过冲压或切割方式将连接了金属底座5的金属片7分成单体；
步骤S5.2：通过焊接的方式将连接有金属片7的金属底座5端部安装在绝缘散热基板2上，金属片7与绝缘散热基板2采用锡焊连接。
与实施例1相比，实施例2提高生产效率。
实施例3
参照图8，金属底座5的封装过程包括：
步骤S8.1：通过超声波焊接或激光焊接将金属底座5连接到金属片7上；
步骤S8.2：通过焊接的方式将连接有金属片7的金属底座5端部安装到绝缘散热基板2上。
与实施例1相比，实施例3不适用焊钎剂或者烧结材料，也无需使用高温钎焊或者烧结设备，简化了工艺。
实施例4
金属底座5的封装过程包括：
步骤S8.1.1：通过超声波焊接或激光焊接将多个金属底座5直接连接到金属片7上；
步骤S8.1.2：通过冲压或切割的方式将连接了金属底座5的金属片7分成单体；
步骤S8.2：通过焊接的方式将连接有金属片7的金属底座5端部安装到绝缘散热基板2上。
与实施例3相比，实施例4提高生产效率。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种功率半导体封装结构，其特征在于，包括：pressfit端子(1)、绝缘散热基板(2)、半导体芯片(3)、绑定线(4)、金属底座(5)、底板(10)以及外壳(6)；
所述半导体芯片(3)焊接在绝缘散热基座上，所述金属底座(5)的一端焊接有金属片(7)，将金属片(7)焊接在绝缘散热基板(2)上，所述pressfit端子(1)的一端安装金属底座(5)中，所述pressfit端子(1)的另一端延伸出外壳(6)，所述绑定线(4)用于连接各部件，所述绝缘散热基板(2)安装于外壳(6)和底板(10)连接所形成的腔体内部，外壳(6)内部注入绝缘填充介质(8)。
2.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述金属底座(5)的内径大于pressfit端子(1)的直径，保证pressfit端子(1)插入金属底座(5)后的连接稳定。
3.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述pressfit端子(1)上靠近另一端的圆周侧面上设置有凸出安装部(9)，所述凸出安装部(9)用于安装功率半导体至PCB上。
4.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述金属片(7)的厚度为0.2mm-1mm之间。
5.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述金属底座(5)的端部连接有金属圆盘。
6.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述金属底座(5)的封装包括：
步骤S5.1：通过钎焊或烧结方式将金属片(7)固定在金属底座(5)上；
步骤S5.2：通过焊接的方式将连接有金属片(7)的金属底座(5)端部安装在绝缘散热基板(2)上。
7.根据权利要求6所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述步骤S5.1包括：
步骤S5.1.1：通过钎焊或烧结方式将多个金属底座(5)安装在金属片(7)上；
步骤S5.1.2：通过冲压或切割方式将连接了金属底座(5)的金属片(7)分成单体。
8.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述金属底座(5)的封装过程包括：
步骤S8.1：通过超声波焊接或激光焊接将金属底座(5)连接到金属片(7)上；
步骤S8.2：通过焊接的方式将连接有金属片(7)的金属底座(5)端部安装到绝缘散热基板(2)上。
9.根据权利要求8所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述步骤S4.1包括：
步骤S8.1.1：通过超声波焊接或激光焊接将多个金属底座(5)直接连接到金属片(7)上；
步骤S8.1.2：通过冲压或切割的方式将连接了金属底座(5)的金属片(7)分成单体。
10.根据权利要求6或8所述的功率半导体封装结构，其特征在于：所述金属片(7)与绝缘散热基板(2)采用锡焊连接。
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