CN210778564U - 一种功率半导体 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种功率半导体，其包括基板、芯片、引出针脚和散热器。所述基板包括导热绝缘板、第一金属覆层和第二金属覆层，所述第一金属覆层和所述第二金属覆层分别设置于所述基板的相背两面，并且所述第一金属覆层的有效面积小于所述第二金属覆层的有效面积。所述芯片设置于所述第一金属覆层。所述引出针脚与所述芯片电连接，所述引出针脚用于作为所述芯片的引出端。所述散热器设置于所述第二金属覆铜层，所述散热器用于对所述芯片进行散热。通过以上设置，可实现功率半导体的高效散热，提高功率半导体的使用寿命。

Description

一种功率半导体

技术领域

本实用新型主要涉及半导体技术领域，尤其涉及用于一种功率半导体。

背景技术

随着全球电气化时代的到来，风电、光伏发电、电动汽车等电气行业深入国民生产生活，应用范围越来越广。电气化进程离不开电力电子装置中功率半导体的发展，其中分立功率半导体在电力电子装置中不可或缺的组成部分。

功率半导体在工作时，芯片会产生热量，如果发热量太大，又来不及向周围媒质消散，功率半导体就会因温度过高而失效。因此，需要设计一种能够满足功率半导体散热的结构。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的实施例提供了一种能够满足散热要求的功率半导体。

本实用新型实施例解决其技术问题采用以下技术方案：

提供一种功率半导体，包括：

基板，所述基板包括导热绝缘板、第一金属覆层和第二金属覆层，所述第一金属覆层和所述第二金属覆层分别设置于所述基板的相背两面，并且所述第一金属覆层的有效面积小于所述第二金属覆层的有效面积；

芯片，所述芯片设置于所述第一金属覆层；

引出针脚，所述引出针脚与所述芯片电连接，所述引出针脚用于作为所述芯片的引出端；

散热器，所述散热器设置于所述第二金属覆铜层，所述散热器用于对所述芯片进行散热。

在一些实施例中，所述芯片包括IGBT芯片和二极管芯片，所述IGBT芯片和所述二极管芯片均设置于所述第一金属覆层；

所述引出针脚包括发射极针脚、集电极针脚和门极针脚，所述发射极针脚、所述集电极针脚和所述门极针脚分别与所述IGBT芯片的发射极、集电极和门极电连接。

在一些实施例中，所述第一金属覆层包括第一图形、第二图形和第三图形；

所述IGBT芯片和所述二极管芯片均设置于所述第一图形并均与所述第一图形电连接，所述集电极针脚电连接所述第一图形；

所述IGBT芯片和所述二极管芯片均与所述第二图形电连接，所述发射极针脚电连接所述第二图形；

所述IGBT芯片电连接所述第三图形，所述门极针脚电连接所述第三图形。

在一些实施例中，所述第一金属覆层的有效面积小于所述导热绝缘板与所述第一金属覆层连接的一面的面积，所述第二金属覆层的有效面积小于所述导热绝缘板与所述第二金属覆层连接的一面的面积。

在一些实施例中，还包括导线，所述导线用于电连接所述芯片与所述引出针脚。

在一些实施例中，所述第一金属覆层和所述第二金属覆层均采用铜材料。

在一些实施例中，所述导热绝缘板采用高导热绝缘陶瓷材料。

在一些实施例中，还包括封装壳体，所述封装壳体封装所述基板、所述芯片和所述引出针脚，所述第二金属覆层背离所述导热绝缘板的一面裸露于所述封装壳体之外，所述引出针脚延伸出所述封装壳体之外。

在一些实施例中，所述第二金属覆层背离所述导热绝缘板的一面与所述封装壳体的底部平齐，并且所述第二金属覆层的边缘与所述封装壳体的底部的边缘密封连接。

在一些实施例中，所述散热器通过合金焊接材料焊接于所述第二金属覆层。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的功率半导体包括基板、芯片、引出针脚和散热器。所述基板包括导热绝缘板、第一金属覆层和第二金属覆层，所述第一金属覆层和所述第二金属覆层分别设置于所述基板的相背两面，所述芯片设置于所述第一金属覆层，并且所述第一金属覆层的有效面积小于所述第二金属覆层的有效面积，使得所述第一金属覆层和所述第二金属覆层形成梯形散热结构，芯片产生的热量通过该梯形散热结构快速散出，以实现功率半导体的高效散热。所述引出针脚与所述芯片电连接，所述引出针脚用于作为所述芯片的引出端。所述散热器设置于所述第二金属覆铜层，所述散热器用于对所述芯片进行散热，大大提高了功率半导体的散热能力。通过以上设置，实现了功率半导体的高效散热，同时提高功率半导体的使用寿命。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种功率半导体的分解图，其中，省去散热器；

图2是本实用新型实施例提供的一种功率半导体的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直”、“水平”以及类似的表述只是为了说明的目的。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1和图2,本实用新型其中一实施例提供的一种功率半导体100，功率半导体100包括基板10、芯片20、引出针脚30和散热器40，芯片20和引出针脚30均设置于基板10的一面，其中，引出针脚30延伸出基板10之外，并且，引出针脚30与芯片20电连接，散热器40设置于基板10的另一面，引出针脚30用于作为芯片20的引出端，散热器40用于对芯片20进行散热。

在本实施例中，功率半导体100还包括导线101和封装壳体50，导线101电连接芯片20与引出针脚30，封装壳体50封装基板10、芯片20、引出针脚30和导线101，引出针脚30延伸出封装壳体50之外，导线101用于实现芯片20与引出针脚30的电连接，封装壳体50用于为功率半导体100的内部器件提供防护作用。

在一些实施例中，封装壳体50包括散热外壳(图未示)和隔热内壳(图未示)，隔热内壳盖罩芯片20，散热外壳罩设于隔热内壳，并且散热外壳与隔热内壳贴合固定，散热外壳还与基板10固定，基板10的热量可以传输至散热外壳，由散热外壳进行散热，而在散热外壳散热的时候，隔热内壳阻挡热量朝芯片方向散热，散热外壳只能朝外界散热，避免热量返回芯片所处的环境中，保证散热效果。

基板10包括导热绝缘板11、第一金属覆层12和第二金属覆层13，导热绝缘板11、第一金属覆层12和第二金属覆层13均为矩形板状，第一金属覆层12和第二金属覆层13分别设置于导热绝缘板11的相背两面。具体的，导热绝缘板11包括第一表面(图未标示)和与第一表面相背设置的第二表面(图未标示)，第一表面和第二表面的面积相等且均为平面。第一金属覆层12和第二金属覆层13通过焊接或烧结的方式分别设置于第一表面和第二表面。芯片20和引出针脚30均设置于第一金属覆层12，其中，芯片20和第一金属覆层12之间设置有第一焊接层102，第一焊接层102用于连接芯片20和第一金属覆层12，并且芯片20可通过第一焊接层102与第一金属覆层12电连接，引出针脚30延伸至第一金属覆层12之外，芯片20、第一焊接层102、第一金属覆层12、导热绝缘板11和第二金属覆层13依次层叠设置。

第一金属覆层12和第二金属覆层13均采用铜材料，以允许第一金属覆层12和第二金属覆层13具有导电性，以及保证芯片20通过第一金属覆层12和第二金属覆层13的散热效果。导热绝缘板11采用高导热绝缘陶瓷材料，以兼顾功率半导体100的高效导热和绝缘性能。

在一些其他实施例中，第一金属覆层12和第二金属覆层13也可采用其他具有导电性能的材料，例如，银或铝等。

在一些其他实施例中，导热绝缘板11也可以是其他具有导热和绝缘性能的材料，例如，石墨片等。

第一金属覆层12和第二金属覆层13的有效面积均小于第一表面或第二表面的面积，即，第一金属覆层12的有效面积小于导热绝缘板11与第一金属覆层12连接的一面的面积，第二金属覆层13的有效面积小于导热绝缘板11与第二金属覆层13连接的一面的面积，也即，第一金属覆层12的有效面积小于第一表面的面积，第二金属覆层13的有效面积小于第二表面的面积。可以理解的是，有效面积即为第一金属覆层12或第二金属覆层13与导热绝缘板11接触的一面的面积，由于第一金属覆层12或第二金属覆层13均为矩形板状，因此第一金属覆层12或第二金属覆层13与导热绝缘板11平行的两个表平面中的一个的面积即为有效面积。

进一步地，第一金属覆层12的有效面积小于第二金属覆层13的有效面积，使得第一金属覆层12和第二金属覆层13形成梯形散热结构，设置于第一金属覆层12的芯片20产生的热量通过该梯形散热结构快速散出，也即芯片20产生的热量能快速地由第一金属覆层12向第二金属覆层13散出，以实现功率半导体100的高效散热。

芯片20包括IGBT芯片21和二极管芯片22，IGBT芯片21和二极管芯片22均设置于第一金属覆层12。其中，IGBT芯片21和二极管芯片22两者通过第一焊接层102连接于第一金属覆层12。

引出针脚30包括发射极针脚31、集电极针脚32和门极针脚33，发射极针脚31、集电极针脚32和门极针脚33分别与IGBT芯片21的发射极、集电极和门极电连接。

第一金属覆层12包括第一图形121、第二图形122和第三图形123，第一图形121、第二图形122和第三图形123间隔设置于导热绝缘板11的第一表面，第一图形121、第二图形122和第三图形123总的有效面积同时小于第一表面的面积。其中，第一图形121、第二图形122和第三图形123可根据需要设计成各种形状的图形。

IGBT芯片21和二极管芯片22通过第一焊接层102均设置于第一图形121，并且IGBT芯片21的集电极和二极管芯片22的阴极均与第一图形121电连接，集电极针脚32连接第一图形121并与第一图形121电连接，也即，IGBT芯片21和二极管芯片22均与集电极针脚32电连接。IGBT芯片21的发射极和二极管芯片22的阳极通过导线101均与第二图形122电连接，发射极针脚31连接第二图形122并与第二图形122电连接，也即，IGBT芯片21和二极管芯片22均与发射极针脚31电连接。IGBT芯片21的门极与第三图形123电连接，门极针脚33电连接第三图形123，也即，IGBT芯片21与门极针脚33电连接。其中，导线101可以是铜线或铝线等导电引线，导线101的数量也可以根据实际需要设置，为达到功率半导体100的通流能力，可以设置多根导线101用于连接芯片20和引出针脚30。

第二金属覆层13背离导热绝缘板11的一面裸露于封装壳体50之外，以为功率半导体100提供散热介面。

第二金属覆层13背离导热绝缘板11的一面与封装壳体50的底部平齐，并且第二金属覆层13的边缘与封装壳体50的底部的边缘密封连接，以使得第二金属覆层13背离绝缘散热板的一面可完全连接于散热器40，从而实现功率半导体100的高效散热，同时方便第二金属覆层13与散热器40的连接。

散热器40和第二金属覆层13之间设置有第二焊接层103，第二焊接层103连接散热器40和第二金属覆层13，并且第二焊接层103覆盖第二金属覆层13背离绝缘散热板的一面。其中，散热器40可为铜基散热器或铝基散热器等，散热器40表面做可锡焊化处理，以便于焊接。

优选地，第二焊接层103采用合金焊接材料，以实现功率半导体100的高效散热，也即，散热器40通过合金焊接材料焊接于第二金属覆层13。在本实施例中，功率半导体100工作时芯片20产生的热量可依次通过第一焊接层102、第一金属覆层12、导热绝缘板11、第二金属覆层13和第二焊接层103传递至散热器40，散热器40再将热量向外散出，从而实现功率半导体100的高效散热。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括导热绝缘板、第一金属覆层和第二金属覆层，所述第一金属覆层和所述第二金属覆层分别设置于所述基板的相背两面，并且所述第一金属覆层的有效面积小于所述第二金属覆层的有效面积；

芯片，所述芯片设置于所述第一金属覆层；

引出针脚，所述引出针脚与所述芯片电连接，所述引出针脚用于作为所述芯片的引出端；

散热器，所述散热器设置于所述第二金属覆铜层，所述散热器用于对所述芯片进行散热。

2.根据权利要求1所述的功率半导体，其特征在于，包括：

所述芯片包括IGBT芯片和二极管芯片，所述IGBT芯片和所述二极管芯片均设置于所述第一金属覆层；

所述引出针脚包括发射极针脚、集电极针脚和门极针脚，所述发射极针脚、所述集电极针脚和所述门极针脚分别与所述IGBT芯片的发射极、集电极和门极电连接。

3.根据权利要求2所述的功率半导体，其特征在于，

所述第一金属覆层包括第一图形、第二图形和第三图形；

所述IGBT芯片和所述二极管芯片均设置于所述第一图形并均与所述第一图形电连接，所述集电极针脚电连接所述第一图形；

所述IGBT芯片和所述二极管芯片均与所述第二图形电连接，所述发射极针脚电连接所述第二图形；

所述IGBT芯片电连接所述第三图形，所述门极针脚电连接所述第三图形。

4.根据权利要求1所述的功率半导体，其特征在于，

所述第一金属覆层的有效面积小于所述导热绝缘板与所述第一金属覆层连接的一面的面积，所述第二金属覆层的有效面积小于所述导热绝缘板与所述第二金属覆层连接的一面的面积。

5.根据权利要求1所述的功率半导体，其特征在于，

还包括导线，所述导线用于电连接所述芯片与所述引出针脚。

6.根据权利要求1所述的功率半导体，其特征在于，

所述第一金属覆层和所述第二金属覆层均采用铜材料。

7.根据权利要求1所述的功率半导体，其特征在于，

所述导热绝缘板采用高导热绝缘陶瓷材料。

8.根据权利要求1-7任一所述的功率半导体，其特征在于，

还包括封装壳体，所述封装壳体封装所述基板、所述芯片和所述引出针脚，所述第二金属覆层背离所述导热绝缘板的一面裸露于所述封装壳体之外，所述引出针脚延伸出所述封装壳体之外。

9.根据权利要求8所述的功率半导体，其特征在于，

所述第二金属覆层背离所述导热绝缘板的一面与所述封装壳体的底部平齐，并且所述第二金属覆层的边缘与所述封装壳体的底部的边缘密封连接。

10.根据权利要求1所述的功率半导体，其特征在于，

所述散热器通过合金焊接材料焊接于所述第二金属覆层。

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