CN210182367U - 一种功率器件的封装结构及具有其的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种功率器件的封装结构及具有其的电子设备；功率器件的封装结构包括封装体、芯片、散热装置和连接组件；封装体具有用于连接电路板第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二表面开设有开口；芯片位于开口内，芯片具有位于封装体内的第三表面和通过开口外露的第四表面；散热装置与第四表面连接；连接组件用于连接芯片和电路板。本实用新型对封装体结构和芯片的封装方式进行改进，使得芯片具有与电路板相对且外露的第四表面，再通过加装散热装置实现芯片的散热，不仅不会占用电路板的表面安装空间，而且散热装置与芯片直接导热连接，大大提高了散热效率，保证散热效果，延长了功率器件的使用寿命。

Description

一种功率器件的封装结构及具有其的电子设备
技术领域
本实用新型涉及功率半导体模块的封装技术领域，具体涉及一种功率器件的封装结构及具有其的电子设备。
背景技术
在电力系统、电力牵动、数据中心、电动汽车、新能源应用等多个领域，利用电力电子设备来实现能量转换是常用的手段，功率半导体器件作为电力电子变换器的基本组成单元，在其中起着至关重要的作用。
功率器件在工作过程中必需有散热措施，以避免过热而损坏器件或其封装。现有的散热措施包括利用PCB板表面的铜箔进行散热和在功率器件侧部加装散热器进行散热；上述两种方式不仅需要占用PCB板的大量安装面积，进而对器件的布设造成影响，而且散热效果不佳。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于提供一种功率器件的封装结构，以解决现有的散热方式需要占用PCB板的大量安装面积，且散热效果不佳的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的技术方案如下：
一种功率器件的封装结构，包括：
封装体，所述封装体具有用于连接电路板第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面开设有开口；
芯片，所述芯片位于所述开口内，所述芯片具有位于所述封装体内的第三表面和通过所述开口外露的第四表面；
散热装置，所述散热装置与所述第四表面连接；
连接组件，所述连接组件用于连接所述芯片和电路板。
根据本实用新型提供的功率器件的封装结构，对封装体结构和芯片的封装方式进行改进，使得芯片具有与电路板相对且外露的第四表面，再通过加装散热装置实现芯片的散热，不仅不会占用电路板的表面安装空间，而且散热装置与芯片直接导热连接，大大提高了散热效率，保证散热效果，延长了功率器件的使用寿命。
另外，根据本实用新型上述实施例的功率器件的封装结构，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本实用新型的一个示例，所述第四表面和所述第二表面平齐，或者，所述第四表面高于所述第二表面。
根据本实用新型的一个示例，所述散热装置包括主体和散热片；所述主体相对两侧中的一侧与所述第四表面连接；多个所述散热片间隔连接于所述散热片相对两侧中的另一侧。
根据本实用新型的一个示例，所述第四表面设有凸起部，所述主体设有与所述凸起部相适配的凹陷部。
根据本实用新型的一个示例，所述凸起部包括若干平行间隔布设的凸条；和/或，所述凸起部包括若干间隔布设的凸台。
根据本实用新型的一个示例，所述连接组件包括第一连接件；所述第一连接件一端与所述芯片一体连接，另一端用于连接电路板。
根据本实用新型的一个示例，所述第一连接件包括由所述封装体内向外延伸的第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部和第四弯折部；所述第一弯折部和所述第二弯折部位于所述封装体内，所述第三弯折部和所述第四弯折部位于所述封装体外，所述第四弯折部用于连接电路板。
根据本实用新型的一个示例，所述连接组件包括第二连接件和第三连接件，所述第二连接件位于所述封装体内，并与所述芯片连接；所述第三连接件一端位于所述封装体内，并与所述第二连接件连接，另一端位于所述封装体外以连接电路板。
根据本实用新型的一个示例，所述第二连接件包括板体部和线体部；所述板体部一侧与所述第三表面贴合连接；所述线体部一端与所述板体部另一侧连接，另一端与所述第三连接件连接。
本实用新型的另一目的在于提供一种电子设备，其包括如上述技术方案所述的功率器件的封装结构。
以上附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1为本实用新型实施例功率器件的封装结构的结构示意图；
图2为本实用新型实施例功率器件的封装结构与电路板的连接示意图；
图3为本实用新型实施例功率器件的封装结构的内部结构图(一)；
图4为本实用新型实施例功率器件的封装结构的内部结构图(二)；
图5为本实用新型实施例具有另一种连接组件的封装结构的内部结构图；
图6为本实用新型实施例具有另一种芯片结构的封装结构的内部结构图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、封装体；11、第一表面；12、第二表面；2、芯片；21、第三表面；22、第四表面；3、散热装置；31、主体；32、散热片；4、连接组件；41、第一连接件；411、第一弯折部；412、第二弯折部；413、第三弯折部；414、第四弯折部；42、第二连接件；421、板体部；422、线体部；43、第三连接件；431、第五弯折部；432、第六弯折部；5、电路板。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
结合附图1-4所示，本实施例提供了一种功率器件的封装结构，包括封装体1和位于封装体1内的半导体制成的芯片2。该封装结构贴装在电路板5上，形成DPAK封装，电路板5具体可以是PCB板。
本实施例的封装体1可以包括保护涂层或密封剂，以防止部件在处理和组装期间、运输过程中和将部件安装到印刷电路板5时的损坏。本实施例的密封剂优选由成本低廉且结构稳定的塑料制成。塑料的“模塑化合物”在液体状态下，在冷却并固化为固体塑料之前注入到围绕器件和其互连的处于升高的温度的模腔中，本实施例的封装可以称之为“注塑成型”。
本实施例的功率器件可以是承载高电流的半导体器件，一般是1A到数百安培。功率器件可在低压降传导高电流，即包括低导通电阻的器件，其中功率消散最小。功率器件在工作过程中需要通过散热片32等结构将热量传导出去，以避免过热而损坏器件或其封装。
基于功率器件的散热要求，并结合背景技术中的描述可知，现有功率器件的散热方式的核心在于利用PCB板表面的安装空间来安装散热结构，散热结构可以是置于PCB板上的铜箔，或者是安装在封装侧部的散热器。
在PCB板上设置铜箔无疑要占用PCB板大量的面积，所以分立器件的布置密度需经过计算，不能过于密集使散热性能变差，也不能布置在PCB板4边角位置，边角位置的散热面积有限。所以小型化产品内部的PCB板与表面贴装器件需要大面积散热铜箔的矛盾在加剧。
而在封装侧部安装散热器也会占用PCB板的面积，而且由于位置关系需要人工来确认散热器与封装体1的接触效果，不适合现有工业自动化需求。
基于上述问题，实用新型人对封装结构进行了创造性的改进，结合附图1和2所示，本实施例的封装体1具有用于连接电路板5第一表面11和与第一表面11相对的第二表面12，本实施例在第二表面12开设有一定进深的开口(由于开口尺寸和位置与芯片2尺寸和位置基本一致，因此本实施例不对开口进行附图标记)，具体是在注塑过程中形成开口，而本实施例的芯片2位于该开口内，芯片2具有位于封装体1内的第三表面21和通过开口外露的第四表面22，保证芯片2具有外露的散热面。
进一步的，本实施例在第四表面22(散热面)上安装有散热装置3，以满足芯片2散热要求；而为了保证芯片2与电路板5的连接，本实施例的封装结构还具有连接组件4，连接组件4用于连接芯片2和电路板5。
上述结构对封装体1结构和芯片2的封装方式进行改进，使得芯片2具有与电路板5相对且外露的第四表面22，再通过加装散热装置3实现芯片2的散热，不仅不会占用电路板5的表面安装空间，而且散热装置3与芯片2直接接触，大大提高了散热效率，保证散热效果，延长了功率器件的使用寿命。
本实施例的芯片2的第四表面22和封装体1的第二表面12可以是如图2和3所示的平齐结构，此时散热装置3的底面分别与第二表面12和第四表面22连接，或者优选为第四表面22高于第二表面12，以增加芯片2与散热装置3的导热面积，提高散热效率。
具体的，本实施例的散热装置3的结构形式有多种，例如图2所示，散热装置3包括主体31和散热片32；主体31相对两侧中的一侧与第四表面22连接；多个散热片32间隔连接于散热片32相对两侧中的另一侧。当然散热装置3还可以是风冷或者水冷结构，本实施例不一一示出。
进一步的，为了提高散热效率，可以在第四表面22设有凸起部(图中未示出)，主体31设有与凸起部相适配的凹陷部，具体的，该凸起部包括若干平行间隔布设的凸条；或者该凸起部包括若干间隔布设的凸台，又或者凸起部为凸条和凸台的结合；此种结构不仅能够加大芯片2与散热装置3的接触面积，提高热交换效率，而且能够使芯片2与散热装置3更好的连接。
基于上述结构，本实施例的连接组件4的结构形式也有多种，结合附图3和4所示，本实施例的连接组件4首先包括第一连接件41；第一连接件41一端与芯片2一体连接(或者说是一体成型)，另一端用于连接电路板5。
而为了使得第一连接件41的底面与第一表面11共面，以实现与电路板5的良好连接，并且能够提高第一连接件41在封装体1内部分的结构稳定性，本实施例对第一连接件41的结构进行优化，其包括由封装体1内向外延伸的第一弯折部411、第二弯折部412、第三弯折部413和第四弯折部414；第一弯折部411和第二弯折部412位于封装体1内，第三弯折部413和第四弯折部414位于封装体1外，第四弯折部414用于连接电路板5。
进一步的，本实施例的连接组件4还包括第二连接件42和第三连接件43，第二连接件42位于封装体1内，并与芯片2连接；第三连接件43与第一连接件41位于封装体1的不同侧，第三连接件43一端位于封装体1内，并与第二连接件42连接，另一端位于封装体1外以连接电路板5。
优选的，为了保证连接稳定性，本实施例的第二连接件42包括板体部421和线体部422；板体部421一侧与第三表面21贴合连接，大大增加了两者的接触面积；线体部422一端与板体部421另一侧连接，另一端与第三连接件43连接。本实施例的第三连接件43也设有两个弯折部，即图中位于封装体1外的第五弯折部431和第六弯折部432，其设置目的是为了使得第三连接件43的底脚与电路板5表面平行，便于二者连接。
另外，需要说明的是，本实施例连接组件4的具体结构形式不限于图3和4所示，也可以如图5所示，两组第一连接件41对称位于芯片2或者说是封装体1的相对两侧，每组数量可以是图中的3个或者更多，并且两组第三连接件43对称位于芯片2或者说是封装体1的相对两侧，并且第三连接件43与第一连接件41相邻。
而且，本实施例的芯片2的数量可以是如图6中的两个，或者说是两个以上，相邻两个芯片2位于同一封装体1内，因此需要在封装体1上设置两开口，并且对上述的第一连接件41和第二连接件42的布设做出适应性的改进，此处本实施例不做过多赘述。
另外，再结合附图2所示，本实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以是现有技术中任意一种具有功率器件和电路板5的电子设备，电路板5具体为PCB板，连接组件4的第一连接件41和第三连接件43的底脚与电路板5的上表面相连接；而关于电子设备的其他结构为本领域技术人员的公知常识，本实施例不对其具体结构进行说明。
综上所述，根据本实施例提供的封装结构和电子设备，不依靠PCB散热，且采用的外部散热器易于平行安装PCB上，不占用PCB的空间，而且能供实现工业自动化组装，避免了人工效率低、容易造成ESD事故的问题。
而且本实施例的封装结构，保留了现有DPAK封装的优势，利用芯片2自身的第一连接件41和与芯片2间接连接的第二连接件42能够降低键合引线结构的使用，为高效率电源提供低电阻和低电感。
并且将本实施例的封装结构(使用强制空气冷却或水冷时)与常规的DPAK封装相比，热饱和状态下的安装散热热阻值减小了40％，从
Figure BDA0002217545880000071
/W降低到
Figure BDA0002217545880000072
/W。在同样的功率下，有助于减小功率MOSFET沟道温度的上升(ΔTch)，从而降低了与沟道温度成正比的导通电阻。
例如，在顶部安装热沉后，施加相当于2W功耗的等量功率，功率MOSFET沟道温度的上升(ΔTch)可以减小
Figure BDA0002217545880000073
从
Figure BDA0002217545880000074
降低到
Figure BDA0002217545880000075
这相当于导通电阻大约减小了7％(将沟道温度降低
Figure BDA0002217545880000081
使功率MOSFET的温度从
Figure BDA0002217545880000082
降低到
Figure BDA0002217545880000083
在此基础上进行计算)。而且，如果假设在相同的条件下，沟道温度上升相同的值时进行热辐射设计，电流大约提高30％。电流密度提高30％，就可以减少稳压器中安装的功率MOSFET的数目，可以使系统更加小巧。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。
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”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种功率器件的封装结构，其特征在于，包括：
封装体，所述封装体具有用于连接电路板第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面开设有开口；
芯片，所述芯片位于所述开口内，所述芯片具有位于所述封装体内的第三表面和通过所述开口外露的第四表面；
散热装置，所述散热装置与所述第四表面连接；
连接组件，所述连接组件用于连接所述芯片和电路板。
2.根据权利要求1所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述第四表面和所述第二表面平齐，或者，所述第四表面高于所述第二表面。
3.根据权利要求1所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述散热装置包括主体和散热片；所述主体相对两侧中的一侧与所述第四表面连接；多个所述散热片间隔连接于所述散热片相对两侧中的另一侧。
4.根据权利要求3所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述第四表面设有凸起部，所述主体设有与所述凸起部相适配的凹陷部。
5.根据权利要求4所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述凸起部包括若干平行间隔布设的凸条；和/或，所述凸起部包括若干间隔布设的凸台。
6.根据权利要求1-5任一项所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述连接组件包括第一连接件；所述第一连接件一端与所述芯片一体连接，另一端用于连接电路板。
7.根据权利要求6所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述第一连接件包括由所述封装体内向外延伸的第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部和第四弯折部；所述第一弯折部和所述第二弯折部位于所述封装体内，所述第三弯折部和所述第四弯折部位于所述封装体外，所述第四弯折部用于连接电路板。
8.根据权利要求6所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述连接组件包括第二连接件和第三连接件，所述第二连接件位于所述封装体内，并与所述芯片连接；所述第三连接件一端位于所述封装体内，并与所述第二连接件连接，另一端位于所述封装体外以连接电路板。
9.根据权利要求8所述的功率器件的封装结构，其特征在于，所述第二连接件包括板体部和线体部；所述板体部一侧与所述第三表面贴合连接；所述线体部一端与所述板体部另一侧连接，另一端与所述第三连接件连接。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的功率器件的封装结构。
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