CN117219594A - 散热结构、具有散热结构的表贴式功率器件及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热结构、具有散热结构的表贴式功率器件及封装方法，散热结构包括印刷电路板、功率器件本体、覆铜导热层、导热绝缘片以及散热金属板，印刷电路板上均匀开设有若干过孔，过孔从印刷电路板上表面连通至印刷电路板下表面，过孔内壁上均具有填锡导热层，覆铜导热层涂覆于印刷电路板下表面，导热绝缘片紧贴在覆铜导热层下表面，散热金属板紧贴在导热绝缘片下表面,具有该散热结构的上述表贴式功率器件，能够及时高效的将功率器件本体的耗散热排放到外界环境中以降低功率器件本体结温及功率器件内部各封装材料的温度，解决了现有的表贴式功率器件存在散热不足的问题。

Description

散热结构、具有散热结构的表贴式功率器件及封装方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及散热结构、具有散热结构的表贴式功率器件及封装方法。

背景技术

功率半导体器件主要应用于新能源汽车、服务器电源、BMS、开关电源、逆变器等领域，其具有很大的发展空间，同时碳化硅材料、氮化镓材料及先进封装技术也在蓬勃发展中。

在电子设备运行中，如MOSFET、I GBT、S i C、GaN等表贴式功率器件会产生大量的热量，使设备内部环境温度升高，影响电子元器件的使用寿命和性能。尤其是在目前功率器件高电压、大电流和封装体积紧凑化的发展背景下，封装器件的散热问题已变得尤为突出且更具挑战性。芯片产生的热量会影响载流子迁移率而降低器件性能。

此外，高温也会增加封装不同材料间因热膨胀系数不匹配造成的热应力，这将会严重降低器件的可靠性及工作寿命。结温过高将导致器件发生灾难性故障及封装材料因热疲劳和高温加速导致材料退化而造成的故障问题。

因此，在非常有限的封装空间内，及时高效的把芯片的耗散热排放到外界环境中以降低芯片结温及器件内部各封装材料的温度，已成为功率器件封装设计过程中需要考虑的重要问题。

发明内容

为了解决现有的表贴式功率器件散热方面的不足，本发明的目的在于提供一种散热结构、及一种具有散热结构的表贴式功率器件及封装方法，能够及时高效的将芯片的耗散热排放到外界环境中以降低芯片结温及器件内部各封装材料的温度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一方面，本发明提供一种散热结构，其包括：

印刷电路板，所述印刷电路板具有上表面和下表面；

功率器件本体，所述功率器件本体底部具有封装导热层，所述封装导热层表贴于所述印刷电路板上表面；

覆铜导热层，所述覆铜导热层涂覆于所述印刷电路板下表面；

其中，紧贴于所述封装导热层正下方的所述印刷电路板上均匀开设有若干过孔，所述过孔从所述印刷电路板上表面连通至所述印刷电路板下表面，所述过孔内壁均具有填锡导热层。

进一步地，所述填锡导热层顶端面与所述功率器件本体下表面贴合，所述填锡导热层底端面与所述覆铜导热层上表面贴合。

进一步地，散热结构还包括导热绝缘片，所述导热绝缘片紧贴在所述覆铜导热层下表面。

进一步地，散热结构还包括散热金属板，所述散热金属板紧贴在所述导热绝缘片下表面。

进一步地，所述印刷电路板和所述散热金属板两相对侧分别开设有至少一个固定螺钉孔，所述印刷电路板与所述散热金属板通过所述固定螺钉孔固定连接。

另一方面，本发明提供一种表贴式功率器件，包括如上所述的散热结构。

再一方面，本发明提供一种封装方法，应用于上述的表贴式功率器件，包括以下步骤：

S1，在印刷电路板的制作过程中，在印刷电路板表贴功率器件本体的位置均匀打上若干过孔，过孔由印刷电路板上表面连通至印刷电路板下表面；

S2，通过锡膏或者波峰焊工艺将功率器件本体固定贴合在印刷电路板上表面对应位置，在过孔内壁形成填锡导热层，优选地，锡膏或者焊锡填充到过孔内；

S3，在印刷电路板下表面涂覆一层覆铜导热层；

S4，在覆铜导热层下方设置散热金属板，散热金属板紧贴在覆铜导热层下表面；

S5，将散热金属板与印刷电路板固定连接在一起，具体可以通过在导热绝缘片上、下表面涂覆胶水，通过胶水将散热金属板和印刷电路板分别固定连接在导热绝缘片上、下表面，还可以通过螺钉与固定螺钉孔配合，将散热金属板和印刷电路板固定连接在一起。

本发明的有益效果：

本发明通过设置散热机构，该散热机构包括印刷电路板、功率器件本体覆铜导热层、导热绝缘片以及散热金属板；印刷电路板上均匀开设有若干过孔，过孔从印刷电路板上表面连通至印刷电路板下表面，过孔内壁上均具有填锡导热层，覆铜导热层涂覆于印刷电路板下表面，导热绝缘片紧贴在覆铜导热层下表面，散热金属板紧贴在导热绝缘片下表面；功率器件本体工作时热量通过底部封装传递到印刷电路板上表面，印刷电路板上表面过孔把功率器件本体热量传递到印刷电路板下表面覆铜导热层，而覆铜导热层又把热量通过导热绝缘片传递到散热金属片上；散热结构不仅加工简单、可靠。

具有该散热结构的上述表贴式功率器件，能够及时高效的将功率器件本体的耗散热排放到外界环境中以降低功率器件本体结温及功率器件内部各封装材料的温度，解决了现有的表贴式功率器件存在散热方面不足的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明散热结构侧视剖面示意图；

图2是本发明散热结构俯视示意图；

图3是本发明印刷电路板结构俯视示意图。

图中：100、印刷电路板；101、过孔；102、填锡导热层；200、功率器件本体；201、封装导热层；300、覆铜导热层；400、导热绝缘片；500、散热金属板；600、固定螺钉孔。

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。

实施例一

请参阅图1-3所示，本发明实施例提供了一种散热结构，散热结构包括印刷电路板100、功率器件本体200以及覆铜导热层300。

如图1所示，本实施例中，上述印刷电路板100(PCB板)具有上表面和下表面，印刷电路板100由至少两层板组合形成，印刷电路板100的上表面和下表面均具有铜箔；上述功率器件本体200底部具有封装导热层201，封装导热层201表贴于印刷电路板100上表面，具体可以通过刷锡膏或者焊锡焊接将功率器件本体200的封装导热层201固定表贴在印刷电路板100上表面；上述覆铜导热层300涂覆于印刷电路板100下表面。

重点在于，结合图1和图3所示，紧贴于封装导热层201正下方的印刷电路板100上均匀开设有若干过孔101，过孔101从印刷电路板100上表面连通至印刷电路板100下表面，过孔101的截面形状可以是如圆形、三角形、矩形、六边形等，过孔101是在制作印刷电路板100时一起打好，实现焊接部位铜箔以及周边相连的铜箔，与该部分铜箔对应的印刷电路板100反面铜箔相连，使过孔101圆周全部覆铜，并在过孔101内壁上设置填锡导热层102，填锡导热层102顶端面与功率器件本体200下表面贴合，填锡导热层102底端面与覆铜导热层300上表面贴合，通过设置若干过孔101，功率器件本体200在工作过程中产生的热量能快速通过过孔101均匀传递到印刷电路板100下表面的覆铜导热层300。

进一步地，本实施例中，散热结构还包括导热绝缘片400，导热绝缘片400紧贴在覆铜导热层300下表面，导热绝缘片400可以是固态导热绝缘材料或者如导热硅脂等导热绝缘材料，传递到覆铜导热层300上的热量被导热绝缘片400快速吸收。

进一步地，本实施例中，散热结构还包括散热金属板500，散热金属板500紧贴在导热绝缘片400下表面，散热金属板500选择导热性能良好的材料，例如铜、铝等金属材料，导热绝缘片400快速吸收的热量传递到散热金属板500上，散热金属板500快速将热量散发到外部。

散热金属板500、导热绝缘片400和印刷电路板100之间的固定方式可以有以下两种方式，但不仅限于此两种方式：

方式一：在导热绝缘片400上、下表面涂覆胶水，通过胶水将散热金属板500和印刷电路板100分别固定连接在导热绝缘片400上、下表面。

方式二：如图2所示，在印刷电路板100和散热金属板500两相对侧分别开设有至少一个固定螺钉孔600，印刷电路板100与散热金属板500通过固定螺钉孔600固定连接。

实施例二

本实施例提供一种表贴式功率器件，表贴式功率器件包括实施例一所述的散热结构，具有此种结构设置的散热结构，功率器件本体200工作时热量通过底部封装传递到印刷电路板100上表面，印刷电路板100上表面过孔101把功率器件本体200热量传递到印刷电路板100下表面覆铜导热层300，而覆铜导热层300又把热量通过导热绝缘片400传递到散热金属片上，从而达到及时高效的将功率器件本体200的耗散热排放到外界环境中以降低功率器件本体200结温及功率器件内部各封装材料的温度。

实施例三

本实施例提供一种封装方法，应用于实施例二所述的表贴式功率器件，具体包括以下步骤：

S1，在印刷电路板100的制作过程中，在印刷电路板100表贴功率器件本体200的位置均匀打上若干过孔101，过孔101由印刷电路板100上表面连通至印刷电路板100下表面；

S2，通过锡膏或者波峰焊工艺将功率器件本体200固定贴合在印刷电路板100上表面对应位置，优选地，锡膏或者焊锡填充到过孔101内，使得过孔101把功率器件本体200热量传递到印刷电路板100下表面覆铜导热层300时，热量可以通过填充到过孔101内锡膏或者焊锡传递；

S3，在印刷电路板100下表面涂覆一层覆铜导热层300；

S4，在覆铜导热层300下方设置散热金属板500，散热金属板500紧贴在覆铜导热层300下表面；

S5，将散热金属板500与印刷电路板100固定连接在一起，具体可以通过在导热绝缘片400上、下表面涂覆胶水，通过胶水将散热金属板500和印刷电路板100分别固定连接在导热绝缘片400上、下表面，还可以通过螺钉与固定螺钉孔600配合，将散热金属板500和印刷电路板100固定连接在一起。

通过上述封装方法封装的具有上述散热结构的上述表贴式功率器件，不仅散热结构加工简单、可靠，而且能够及时高效的将功率器件本体200的耗散热排放到外界环境中以降低功率器件本体200结温及功率器件内部各封装材料的温度，解决了现有的表贴式功率器件存在散热方面不足的问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示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发明和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.散热结构，其特征在于，包括：

印刷电路板(100)，所述印刷电路板(100)具有上表面和下表面；

功率器件本体(200)，所述功率器件本体(200)底部具有封装导热层(201)，所述封装导热层(201)表贴于所述印刷电路板(100)上表面；

覆铜导热层(300)，所述覆铜导热层(300)涂覆于所述印刷电路板(100)下表面；

其中，紧贴于所述封装导热层(201)正下方的所述印刷电路板(100)上均匀开设有若干过孔(101)，所述过孔(101)从所述印刷电路板(100)上表面连通至所述印刷电路板(100)下表面，所述过孔(101)内壁均具有填锡导热层(102)。

2.根据权利要求1所述的散热结构,其特征在于，所述填锡导热层(102)顶端面与所述功率器件本体(200)下表面贴合，所述填锡导热层(102)底端面与所述覆铜导热层(300)上表面贴合。

3.根据权利要求2所述的散热结构,其特征在于，还包括导热绝缘片(400)，所述导热绝缘片(400)紧贴在所述覆铜导热层(300)下表面。

4.根据权利要求3所述的散热结构,其特征在于，还包括散热金属板(500)，所述散热金属板(500)紧贴在所述导热绝缘片(400)下表面。

5.根据权利要求4所述的散热结构,其特征在于，所述印刷电路板(100)和所述散热金属板(500)两相对侧分别开设有至少一个固定螺钉孔(600)，所述印刷电路板(100)与所述散热金属板(500)通过所述固定螺钉孔(600)固定连接。

6.一种表贴式功率器件,其特征在于，包括权利要求5所述的散热结构。

7.一种封装方法，应用于权利要求6所述的一种表贴式功率器件，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在印刷电路板(100)的制作过程中，在印刷电路板(100)表贴功率器件本体(200)的位置均匀打上若干过孔(101)，过孔(101)由印刷电路板(100)上表面连通至印刷电路板(100)下表面；

S2，通过锡膏或者波峰焊工艺将功率器件本体(200)底部的封装导热层(201)固定贴合在印刷电路板(100)上表面对应位置，在过孔(101)内壁形成填锡导热层(102)；

S3，在印刷电路板(100)下表面涂覆一层覆铜导热层(300)；

S4，在覆铜导热层(300)下方设置散热金属板(500)，散热金属板(500)紧贴在覆铜导热层(300)下表面；

S5，将散热金属板(500)与印刷电路板(100)固定连接在一起。

8.根据权利要求7所述的一种封装方法，其特征在于：步骤S2中，锡膏或者焊锡填充到过孔(101)内。

9.根据权利要求7或8所述的一种封装方法，其特征在于：步骤S5中，通过在导热绝缘片(400)上、下表面涂覆胶水，通过胶水将散热金属板(500)和印刷电路板(100)分别固定连接在导热绝缘片(400)上、下表面。

10.根据权利要求7或8所述的一种封装方法，其特征在于：步骤S5中，通过螺钉与固定螺钉孔(600)配合，将散热金属板(500)和印刷电路板(100)固定连接在一起。