CN117133731A - 半导体封装基板、器件及功能模组 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种半导体封装基板、器件及功能模组，所述基板用以设置于冷却套上，所述基板包括：第一表面，具有用于连接半导体元件的焊盘；第二表面，与所述第一表面相对，所述第二表面具有散热区；防脱凸起，设置于所述散热区外侧；多个散热片，设于所述散热区内侧；相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边分别具有连接孔，用以借由螺纹件将所述基板与所述冷却套连接，所述第二表面与所述冷却套之间的所述散热片形成冷却液通道。本公开的半导体封装基板使半导体封装器件安装简单。

Description

半导体封装基板、器件及功能模组

技术领域

本公开涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体封装基板、器件及功能模组。

背景技术

具有IGBT(绝缘栅双极晶体管)或SiC Mosfet(半导体场效应管)的功率模块是逆变器系统的关键部件。功率模块为传递模塑型功率模块，功率模块相对的两侧分别通过压块和螺丝固定在冷却套上，通过冷却套直接对功能率模块进行冷却。

采用压块压于功率模块的侧边，用螺丝将压块与冷却套固定，安装复杂，安装过程中，功率模块容易翘起。

发明内容

本公开提供了一种半导体封装器件，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种半导体封装基板，用以设置于冷却套上，包括：第一表面，具有用于连接半导体元件的焊盘；第二表面，与所述第一表面相对，所述第二表面具有散热区；防脱凸起，设置于所述散热区外侧；多个散热片，设于所述散热区内侧；相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边分别具有连接孔，用以借由螺纹件将所述基板与所述冷却套连接，所述第二表面与所述冷却套之间的所述散热片形成冷却液通道。

根据本公开的第二方面，提供了一种半导体封装器件，包括：

本公开的基板；以及至少一个半导体元件，设于所述焊盘上；封装体，将所述半导体元件封装在所述基板上。

根据本公开的第三方面，提供了一种半导体功能模组，包括：

冷却套，所述冷却套上具有进液口、出液口和多个冷却座，多个所述冷却座串联或并联连接所述进液口和所述出液口；多个本公开的半导体封装器件，每一所述冷却座上连接有一所述半导体封装器件。

本公开的半导体封装基板上设有连接孔，用螺纹件穿过连接孔与冷却套上的螺纹孔配合，能够直接固定在冷却套上，安装简单，基板设有散热片的第二表面还设有防脱凸起，该防脱凸起能够与冷却套上相适配的防脱凹槽相结合，能够防止安装过程中发生倾斜，采用本公开基板的半导体封装器件通过螺纹件直接安装于冷却套上，并且通过防脱凸起与防脱凹槽的结合，能够降低半导体封装器件振动的几率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开实施例半导体封装基板的结构示意图一；

图2示出了本公开实施例半导体封装基板的结构示意图二；

图3示出了本公开实施例半导体封装基板装配于冷却套的局部剖面结构示意图；

图4示出了本公开实施例半导体封装基板的结构示意图三；

图5示出了图4的B部放大结构示意图；

图6示出了本公开实施例半导体封装基板的结构示意图四；

图7示出了图4的D部放大结构示意图；

图8示出了本公开实施例半导体功能模组的结构示意图；

图9示出了图6的A-A剖面结构示意图；

图10示出了图7中C部的放大图；

图11示出了本公开实施例中冷却套的结构示意图。

图中标号说明：

1、第一表面

2、第二表面

21、散热区

3、第一侧边

4、第二侧边

5、防脱凸起

6、散热片

61、第二冷却液通道

62、第一冷却液通道

63、凸棱

631、外侧面

64、凹沟

641、内侧面

7、连接孔

8、凹部

9、凸部

200、冷却套

210、螺纹孔

220、防脱凹槽

230、冷却座

231、进液孔

232、出液孔

240、出液口

300、半导体封装器件

310、半导体元件

320、封装体。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本公开实施例提供的半导体封装基板包括相对的如图1所示的第一表面1和如图2所示的第二表面2、散热区21以及相对的第一侧边3和第二侧边4。第一表面1为基板的顶面，第二表面2为基板的底面。第一表面1用于设置半导体元件310(参考图9)，例如，第一表面1上具有用于连接半导体元件310的焊盘。焊盘用于设置待封装的半导体元件310，半导体元件310焊接于焊盘上。

参见图2，第二表面2与第一表面1相对，第二表面2具有散热区21和防脱凸起5，防脱凸起5位于散热区21之外侧，散热片6设于散热区21之内侧。第一侧边3和第二侧边4分别具有连接孔7，以使螺纹件穿过连接孔7，并与冷却套200上的螺纹孔210配合。螺纹件穿过连接孔7与冷却套200螺纹连接，可以将基板与冷却套200直接连接。于一实施例中，螺纹件可以是螺钉或螺栓等。

参见图3，当基板安装至冷却套200上时，防脱凸起5用于与冷却套200上相适配的防脱凹槽220相结合，防脱凸起5插入冷却套200上的防脱凹槽220内，在防脱凸起5与防脱凹槽220的配合下，半导体封装器件300在装配过程中不会发生倾斜，避免影响安装质量。在安装至冷却套200上后，散热片6相对于第二表面2的长边与冷却套200贴合，并且在第二表面2与冷却套200之间形成第一冷却液通道62。通过循环冷却液进行直接冷却，使半导体封装器件300能够保持高性能工作。

参见图3，基板上的连接孔7的孔径可以是大于冷却套200上的螺纹孔210的孔径。可以使防脱凸起5紧邻连接孔7设置。

当基板安装至冷却套200上时，将基板第二表面2一侧的防脱凸起5与冷却套200上的防脱凹槽220相对，并将防脱凸起5插入防脱凹槽220内，通过防脱凸起5与防脱凹槽220的配合，将基板与冷却套200相对固定，基板上的连接孔7与冷却套200上的螺纹孔210相对，可利用螺钉或螺栓等螺纹件穿过连接孔7与螺纹孔210相配合，将两者固定，由于通过防脱凸起5与防脱凹槽220将基板与冷却套200相对固定，装配过程中，不会发生移动或倾斜，并且通过螺纹件直接连接有利于组装。

本公开实施例中，防脱凸起5的设置位置、数量以及形状等不做具体限定。例如，防脱凸起5可以是沿基板的侧边设置，防脱凸起5的数量可以是两个或两个以上，防脱凸起5的形状可以是柱体或板体等，以下举例进行详细说明。

参见图2，连接孔7设于基板的第一侧边3和第二侧边4，防脱凸起5可以也是设于基板的第一侧边3和第二侧边4。于一实施例中，防脱凸起5可以设于与第一侧边3和第二侧边4相邻的侧边，或者可以是基板的每一侧边分别设有防脱凸起5。连接孔7可以是靠近侧边的端部设置，也可以是设置在侧边的中部。于一实施例中，连接孔7可以设置于第一侧边3的中部和第二侧边4的中部。

参见图4，防脱凸起5靠近连接孔7设置，于一实施例中，防脱凸起5沿连接孔7周边外侧设置，用以辅助基板的连接孔7与冷却套200上的螺纹孔210的对位及固定，并对基板与冷却套200之间形成相对支撑作用，在采用螺纹件连接时，可以改善基板因受力而发生倾斜的情况。

于一实施例中，当第一侧边3和第二侧边4分别设有两个连接孔7时，可以是在靠近第一侧边3的其中一个连接孔7的位置设置一个防脱凸起5，在靠近第二侧边4其中一个连接孔7的位置设置另一个防脱凸起5。在基板相对的两侧分别设置一个防脱凸起5的情况下，两个防脱凸起5可以是斜对设置，即第一侧边3的一端设置一个防脱凸起5，第二侧边4远离第一侧边3的防脱凸起5的另一端也设置一个防脱凸起5。也可以是每一连接孔7的周沿设置一个防脱凸起5。

于一实施例中，防脱凸起5可以是柱体或板体等形状。柱体可以包括圆柱体、棱柱体以及半圆柱体等。板体可以包括平板、曲面板等。防脱凸起5的形状也可以是具有防错功能，例如，防脱凸起5为半圆柱体或曲面板等形状，或者防脱凸起5的表面具有凸棱等，可以在安装过程中起到防错功能。

参见图4，防脱凸起5为弧形板。由于冷却套200上的防脱凹槽220的形状与防脱凸起5的形状相适配，基板只能在正确方向才能使形状为弧形板的防脱凸起5插入对应的弧形的防脱凹槽220内，起到防错的作用。采用弧形板的形状，可以增加防脱凸起5与冷却套200的接触面积，使安装过程中的基板与冷却套200的连接更稳定，避免安装过程中基板相对冷却套200发生倾斜。同时，可以降低安装在冷却套200上的半导体封装器件300发生振动的风险。

参见图4，弧形板形状的防脱凸起5的凹面朝向连接孔7，弧形板的凹面可以是与连接孔7的孔壁相齐。沿连接孔7的边缘向背离第二表面2的方向延伸形成防脱凸起5，防脱凸起5与连接孔7集成为一体，能够进一步保持基板相对冷却套200的稳定，避免在安装过程中相对冷却套200发生倾斜。

于一实施例中，弧形板的横截面可以是优弧、劣弧或半圆。

冷却套200上的防脱凹槽220的形状与防脱凸起5相匹配，防脱凸起5为弧形板时，冷却套200上对应的防脱凹槽220为弧形凹槽，防脱凸起5的横截面为半圆时，对应的防脱凹槽220也为半圆。或者，防脱凸起5的形状为柱体时，防脱凹槽220的横截面形状与该柱体的横截面相适配。

在防脱凸起5的凹面与连接孔7的孔壁相齐时，冷却套200上对应的防脱凹槽220环绕螺纹孔210设置。

参见图4，在一实施方式中，防脱凸起5为多个，至少部分防脱凸起5的凹面的朝向不相同。防脱凸起5至少为两个时，可以使弧形板形状的防脱凸起5的凹面至少朝向两个方向。例如，防脱凸起5为两个时，可以是两个防脱凸起5的凹面朝向相对或朝向相背。或者，参考图4，第一侧边3和第二侧边4分别设有两个防脱凸起5，其中两个防脱凸起5的凹面朝向第一侧边3一侧，另外两个防脱凸起5的凹面朝向第二侧边4一侧。位于基板的同一侧边的防脱凸起5的凹面的朝向可以相同，也可以不同。如图4所示的实施例中，位于同一侧边的两个防脱凸起5的凹面朝向相反。

参见图4，多数个散热片6并排设置，以在相邻散热片6之间形成第一冷却液通道62。图4中的箭头表示冷却液沿第一冷却液通道62流动的方向。冷却液沿第一冷却液通道62流动，吸收散热片6的热量，从而使封装的半导体元件310冷却，使半导体元件310保持高效率的工作。

参见图5，散热片6沿长边方向设置第二冷却液通道61，第二冷却液通道61由散热片6的一端表面沿散热片6长边方向贯通至相对的另一端表面，从而形成在散热片6内的第二冷却液通道。本实施例，借由相邻的两散热片组组成的冷却通道以及设置于散热片内的第二冷却液通道，形成3D冷却结构，使冷却液能够以三维流动，冷却液不但可以在散热片6的外壁面流动，还可以沿第二冷却液通道61在散热片6的内部流动，用以增加散热面积。

于一实施例中，散热片6上的第二冷却液通道61的形成方式可以是先在散热片6上形成第二冷却液通道61，然后再通过焊接等方式将散热片6连接至第二表面2，或是在连接于第二表面2上的散热片6上，通过铣削等方式形成第二冷却液通道61。

参见图6，散热片6的一侧表面具有沿长度方向间隔设置的凸棱63，散热片6的另一侧表面具有与凸棱63对应的凹沟64，以使相邻散热片6之间的第一冷却液通道62曲折延伸。散热片6的两侧表面分别设置对应的凸棱63和凹沟64，使散热片6成波浪形设置，可以增加散热片6的热传导，提高散热性能。

参见图7，凸棱63的两外侧面631可以为凹弧面，凹沟64的两内侧面641可以为凸弧面。

参见图6，在一实施方式中，第一侧边3具有凹部8，第二侧边4具有与凹部8对应的凸部9，凸部9与凹部8相适配，以使凸部9能够位于相邻基板的凹部8内，凸部9和凹部8的两侧分别设有连接孔7。

参见图8，安装到冷却套200上时，相邻的两个基板中，其中一个基板的凸部9能够位于相邻的另一个基板的凹部8内，同样，其中一个基板的凹部8能够容纳另一个基板的凸部9，从而使采用了本公开实施例的基板的半导体封装器件300能够更密集地安装到冷却套200上，节省空间，使组装后的体积符合小型化要求。

在一实施例中，第一侧边3的凹部8可以是一个也可以是多个，相应地，第二侧边4与凹部8相对应的凸部9也可以对应为一个或多个。第一侧边3的凹部8的两侧分别形成凸缘，第一侧边3可以具有多个凸缘，相邻两凸缘之间形成一凹部8。第一侧边3的连接孔7设于凸缘上。

在一实施例中，基板的材质可以选择导热性能好的金属材料，选用的金属材料可以是金属单质，也可以是合金。示例性实施例中，基板的材质可以是选自铜、铝、AlSiCu合金中的至少一种。例如，基板可以采用铜或铝等单一金属材料制成，或者，基板也可以是AlSiCu合金或其他金属合金。当然，基板也可以是采用不同的金属复合。例如，铜包铝的金属复合层的结构。

在一实施例中，基板的制造包括但不限于锻造、铣削、焊接等中的一种或多种。例如，基板可以是采用冷锻、热锻或铣削中的一种制造，也可以是冷锻或热锻与铣削相结合进行制造。具体实施中，可以先采用热锻形成凹部8、凸部9、连接孔7、防脱凸起5和散热片6，然后再通过铣削在散热片6上形成第二冷却液通道61。当然，散热片6也可以是焊接至第二表面2。

本公开实施例提供了一种半导体封装器件300，该半导体封装器件300包括本公开实施例的基板。参见图9和图10，采用了本公开实施例的基板的半导体封装器件300可以通过螺纹件直接安装在冷却套200上，并且第二表面2的防脱凸起5能够使半导体封装器件300在安装过程中保持稳定，避免发生倾斜。基板第二表面2的散热片6可以与冷却套200形成第一冷却液通道62，通过冷却液直接冷却提高了冷却效果。

参见图9，本公开实施例的半导体封装器件300还包括至少一个半导体元件310，半导元件设于基板的第一表面1，例如，半导体元件310可以设于第一表面1的焊盘上。本公开实施例的半导体封装器件300内封装的半导体元件310可以包括单一元件，例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)或SiC Mosfet(半导体场效应管)等。本公开实施例的半导体封装器件300内封装的半导体元件310可以包括不同类型的元件，例如IGBT和SiC Mosfet。

参见图9，本公开实施例中，半导体封装器件300包括封装体320，封装体320用于将半导体元件310封装在基板上。

参见图8，本公开实施例提供了一种半导体功能模组，该半导体功能模组包括冷却套200和设于冷却套200上的多个半导体封装器件300。

参见图11，冷却套200上具有进液口(图中未示出)、出液口240和多个冷却座230，多个冷却座230串联或并联连接进液口和出液口240。每一冷却座230包括相对设置的进液孔231和出液孔232。冷却座230并联时，每一冷却座230的进液孔231均连接冷却套200的进液口，每一冷却座230的出液孔232均连接冷却套200的出液口240。冷却座230串联时，位于上游的冷却座230的出液孔232连接位于下游的冷却座230的进液孔231，使由冷却套200的进液口进入的冷却液依次流经每一冷却座230后，由冷却套200的出液口240流出。

半导体封装器件300为本公开实施例的半导体封装器件300，每一冷却座230上连接有一半导体封装器件300。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体封装基板，用以设置于冷却套上，其特征在于，包括：

第一表面，具有用于连接半导体元件的焊盘；

第二表面，与所述第一表面相对，所述第二表面具有散热区；

防脱凸起，设置于所述散热区外侧；

多个散热片，设于所述散热区内侧；

相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边分别具有连接孔，用以借由螺纹件将所述基板与所述冷却套连接，所述第二表面与所述冷却套之间的所述散热片形成冷却液通道。

2.根据权利要求1所述的半导体封装基板，其特征在于，所述防脱凸起沿所述连接孔周边外侧设置。

3.根据权利要求2所述的半导体封装基板，其特征在于，所述防脱凸起为弧形板，所述弧形板的凹面朝向所述连接孔。

4.根据权利要求3所述的半导体封装基板，其特征在于，所述弧形板的凹面与所述连接孔的孔壁相齐。

5.根据权利要求3所述的半导体封装基板，其特征在于，所述防脱凸起为多个，至少部分所述防脱凸起的凹面的朝向不相同。

6.根据权利要求1所述的半导体封装基板，其特征在于，所述第一侧边具有凹部，所述第二侧边具有与所述凹部对应的凸部，所述凸部与所述凹部相适配，以使所述凸部能够设置于相邻基板的所述凹部内，所述凸部和所述凹部的两侧分别设有所述连接孔。

7.根据权利要求1所述的半导体封装基板，其特征在于，至少部分所述散热片并排设置，以在相邻所述散热片之间形成所述冷却液通道，所述散热片的一侧表面具有沿长度方向间隔设置的凸棱，所述散热片的另一侧表面具有与所述凸棱对应的凹沟，所述凸棱的两外侧面为凹弧面，所述凹沟的两内侧面为凸弧面。

8.根据权利要求1所述的半导体封装基板，其特征在于，所述散热片中设置第二冷却通道，所述第二冷却通道由所述散热片的一端表面沿所述散热片长边方向贯通至相对的另一端表面。

9.一种半导体封装器件，其特征在于，包括：

权利要求1-8任一项所述的基板；以及

至少一个半导体元件，设于所述焊盘上；

封装体，将所述半导体元件封装在所述基板上。

10.一种半导体功能模组，其特征在于，包括：

冷却套，所述冷却套上具有进液口、出液口和多个冷却座，多个所述冷却座串联或并联连接所述进液口和所述出液口；

多个权利要求9所述的半导体封装器件，每一所述冷却座上连接有一所述半导体封装器件。