CN213026106U - 一种散热良好的管芯封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种散热良好的管芯封装结构，包括：半导体管芯，在其第一端上设有正面电极，在其第二端上设有背面电极，第一端与第二端相对；导电结合层；金属容器，其包括容器本体和石墨散热体，容器本体包括连接板和侧壁板，在连接板的内部掺杂有若干石墨散热体；侧壁板由连接板延伸并弯折，以与连接板围成封装空间；半导体管芯设于封装空间内，第二端通过导电结合层与连接板连接；侧壁板包括外引端，背面电极通过导电结合层、连接板与外引端电连接。该散热良好的管芯封装结构，具有良好的散热性能，可靠性高。

Description

一种散热良好的管芯封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种散热良好的管芯封装结构。

背景技术

目前，现有的半导体管芯封装结构，一般需要将芯片通过焊接材料焊于引线框架，再采用金属引线将芯片与引线框架进行键合，然后通过环氧树脂等封材料，对半导体管芯以及引线框架进行封装形成封装结构，以对电路以及电性连接点进行电气保护和物理保护；但是，现有的封装结构的热阻较大，封装结构在上板应用时，一般仅能通过电路板一侧散热，散热性能差。

实用新型内容

本实用新型实施例的一个目的在于：提供一种散热良好的管芯封装结构，其具有良好的散热性能，可靠性高。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种散热良好的管芯封装结构，包括：

半导体管芯，在其第一端上设有正面电极，在其第二端上设有背面电极，所述第一端与所述第二端相对；

导电结合层；

金属容器，其包括容器本体和石墨散热体，所述容器本体包括连接板和侧壁板，在所述连接板的内部掺杂有若干所述石墨散热体；所述侧壁板由所述连接板延伸并弯折，以与所述连接板围成封装空间；所述半导体管芯设于所述封装空间内，所述第二端通过所述导电结合层与所述连接板连接；所述侧壁板包括外引端，所述背面电极通过所述导电结合层、所述连接板与外引端电连接。

作为优选，在所述侧壁板的内部掺杂有若干所述石墨散热体。

作为优选，所述石墨散热体为石墨烯体；在所述连接板和所述侧壁板的内部均离散地分布若干所述石墨烯体。

作为优选，所述容器本体为铜本体。

作为优选，还包括银导电层，所述银导电层覆盖于在所述容器本体接近所述半导体管芯的一侧，所述银导电层还覆盖于所述外引端的端面。

作为优选，还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖于所述容器本体远离所述半导体管芯的一侧。

作为优选，所述导电结合层为石墨烯结合膜，所述石墨烯结合膜的一面与所述半导体管芯的第二端键合或粘合，所述石墨烯结合膜的另一面与所述连接板键合或粘合。

作为优选，还包括基板，所述外引端、所述正面电极通过导电焊材层焊接于所述基板；所述金属容器与所述基板之间围接形成密封的封装空间。

作为优选，所述正面电极包括源极和栅极，所述背面电极包括漏极。

作为优选，在所述封装结构的高度方向上，所述半导体管芯的投影小于所述连接板的投影，所述半导体管芯的投影位于所述连接板的投影内；还包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，所述外引端的端面依次通过第一导电焊材层、所述第一焊盘与所述基板导电结合，所述栅极依次通过第二导电焊材层、所述第二焊盘与所述基板导电结合，所述源极依次通过第三导电焊材层、所述第三焊盘与所述基板导电结合。

本实用新型的有益效果为：该散热良好的管芯封装结构，具有良好的散热性能，可靠性高。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型其一实施例管芯封装结构的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例管芯封装结构的结构示意图；

图3图2中的A部放大图；

图4为本实用新型另一实施例管芯封装结构的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例管芯封装结构的结构示意图；

图中：10、半导体管芯；11、第一端；13、管芯侧壁；141、源极；142、栅极；15、漏极；20、石墨烯结合膜；21、膜本体；22、银颗粒；30、封装容器；31、连接板；32、侧壁板；321、外引端；33、石墨散热体；50、焊盘；60、基板；70、焊材层；80、银导电层。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”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；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相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实用新型提出一种散热良好的管芯封装结构，其具有良好的散热性能，可靠性高。

如图1-5所示，在本实用新型的所述管芯封装结构的一实施例中，该管芯封装结构，包括：

半导体管芯10，在其第一端11上设有正面电极，在其第二端上设有背面电极，所述第一端11与所述第二端相对；

导电结合层；

金属容器，其包括容器本体和石墨散热体33，所述容器本体包括连接板31和侧壁板32，在所述连接板31的内部掺杂有若干所述石墨散热体33；所述侧壁板32由所述连接板31延伸并弯折，以与所述连接板31围成封装空间；所述半导体管芯10设于所述封装空间内，所述第二端通过所述导电结合层与所述连接板31连接；所述侧壁板32包括外引端321，所述背面电极通过所述导电结合层、所述连接板31与外引端321电连接。

本实用新型的半导体管芯10封装结构，通过采用直接封装的封装形式，可以实现双侧散热，半导体管芯10的一侧可以通过金属容器向外部散热，半导体管芯10的另一侧可以通过基板60向外部散热，散热性能好；并且，该封装结构无需采用环氧树脂等封装材料，由半导体管芯10的第二端向外散出的热量，能够直接通过导电结合层、金属容器直接向外部散发，相对于现有采用环氧树脂进行封装的封装结构，本实用新型的封装结构的半导体管芯10的第二端至外部环境之间的热阻大大降低，散热性能得到提升。

本实用新型的半导体管芯10封装结构，还在所述连接板31的内部掺杂若干石墨散热体33，石墨散热体33的导热系数大于金属，可降低由管芯的第二端至外部环境之间的热阻，从而提升该封装结构的散热性能，有利于该封装结构均匀地向外散热，避免局部过热。

进一步地，在所述侧壁板32的内部也掺杂有所述石墨散热体33，以提高所述侧壁板32的散热性能；本实用新型中，金属容器仅通过连接板31与半导体管芯10接触，而侧壁板32与半导体管芯10之间保持间隔，通过在侧壁板32的内部掺杂石墨散热体33，由半导体管芯10的第二端发出的热量，不仅可以由连接板31向外部环境传导，也可以通过侧壁板32向外部环境传导，如此，有利于提升封装结构的整体散热效率；另外，由于半导体管芯10的背面电极需要依次通过连接板31、侧壁板32与外部的电路载体电连接，如此，作为导电体的侧壁板32也会发热，通过在侧壁板32的内部掺杂石墨散热体33，有利于提高侧壁板32的导热系数，有助于侧壁板32散热；并且，如此设置，连接板31与侧壁板32可以一体成型制造，便于所述金属容器的制造。

具体地，所述石墨散热体33为石墨散热颗粒或石墨烯散热颗粒。

具体地，本实用新型的金属容器在制造时，至少可以采用如下两种方式实施：

实施方式一：通过将金属粉末与石墨散热体33混合，再放置入密封模具内，进行烧结，以得到掺杂有石墨散热体33的金属板，再通过折弯装置对金属板进行折弯，以形成所述金属容器。

实施方式二：将若干石墨散热体33置掺杂混合入熔融的液态金属中，将液态金属注入模具中，固化成型，形成所述金属容器。

进一步地，在本实施例中，所述石墨散热体33为石墨烯体。

进一步地，在所述连接板31和所述侧壁板32的内部均离散地分布若干所述石墨烯体，离散地分布，使得该金属容器在提高较高导热系数的同时，导热更加均匀。

进一步地，所述石墨烯体为石墨烯颗粒或石墨烯片。

进一步地，为了使得封装可靠，所述容器本体为铜本体，铜具有良好的导热导电性能，且铜材料相对于银材料而言，成本相对低，成本可控。

进一步地，在采用了铜本体的基础上，为了封装结构在半导体管芯10运行时的运行损耗，本实用新型的封装结构，还包括银导电层80，所述银导电层80覆盖于在所述容器本体接近所述半导体管芯10的一侧，所述银导电层80还覆盖于所述外引端321的端面，外引端321的端面用于与外部的基板60电连接：通过在铜本体底部镀一层薄银层，可提高金属容器的导电系数，从而降低运行损耗，也有利于提高散热性能，使得该管芯封装结构更加可靠。

进一步地，为了提高该封装结构的可靠性，避免误触短路，该封装结构还包括绝缘层(图未示出)，所述绝缘层覆盖于所述容器本体远离所述半导体管芯10的一侧。

进一步地，该绝缘层为高导热绝缘层，该绝缘层为改性绝缘层。

进一步地，该导热绝缘层的厚度为3mm至15mm，以保证绝缘层的导热性能。

进一步地，在所述绝缘层内离散地设有石墨颗粒，且在所述绝缘层两侧面均无石墨颗粒露出；如此设置，提升绝缘层的导热性能。

进一步地，在本实施例中，所述导电结合层为石墨烯结合膜20，所述石墨烯结合膜20的一面与所述半导体管芯10的第二端键合或粘合，所述石墨烯结合膜20的另一面与所述连接板31键合或粘合。

对于半导体管芯10封装结构而言，需要将形成于半导体管芯10与封装容器30之间的导电结合层的厚度控制在合适的范围内，以保证电性连接的可靠性；而若采用导电银胶或焊锡作为导电结合材料，以固化形成所述导电结合层，则在半导体管芯10与金属容器结合的过程中，容易在半导体管芯10的管芯侧壁13产生焊角，若焊角过高时，则在高温高湿的环境中，容易出现短路等失效的故障。

本实施例采用石墨烯结合膜20作为半导体管芯10与金属容器之间的导电结合层，由于石墨烯结合膜20为固态膜，在封装制程中，可以根据封装结构的整体尺寸、半导体管芯10的厚度等数据，选取合适厚度的石墨烯结合膜20，通过贴装步骤或键合步骤，将半导体管芯10、石墨烯结合膜20以及金属容器贴装为一体，以将半导体管芯10固定于金属容器，且完成背面电极与金属容器之间的电性连接。石墨烯结合膜20的厚度可以选择，且其在贴装制程中，厚度不会发生较大改变，厚度的误差可以控制在正负3mm内，并且石墨烯结合膜20保持为固态，避免在半导体管芯10侧壁上形成过高的焊角。

本实施例中采用石墨烯结合膜20，能够更加精准地控制石墨烯结合膜20的厚度，保证良好的电性连接的效果，且可克服焊角过高导致的问题，封装结构的可靠性高。

进一步地，所述石墨烯结合膜20的厚度与所述半导体管芯10的厚度的比例为0.1至0.4。在本实施例中，采用厚度为200mm的半导体管芯10时，采用厚度为52mm的石墨烯结合膜20；石墨烯结合膜20过薄时，无法可靠实现半导体管芯10与封装容器30之间的连接，过厚时，导热性能降低。

进一步地，为了提高所述半导体封装结构的散热性能，采用内部具有银颗粒22的石墨烯结合膜20作为导电结合层。银颗粒22具有良好地导热性能。

具体地，所述石墨烯结合膜20包括膜本体21，还包括离散地分布于所述膜本体21内部的银颗粒22。具体地，本实用新型采用的石墨烯结合膜20仅在膜本体21内混合部分银颗粒22或银粉，相对于采用含有大量银的导电银胶，仍能够降低封装成本。

进一步地，在本实用新型的所述散热良好的管芯封装结构的另一实施例中，该封装结构还包括基板60，所述外引端321、所述正面电极通过导电焊材层70焊接于所述基板60，以使所述背面电极、所述正面电极与所述基板60电性连接；所述金属容器与所述基板60之间围接形成密封的封装空间。

具体地，所述基板60上设有多个焊区，所述外引面321、所述正面电极(一个或多个)分别与所述基板60上的焊区电连接。其中，所述基板60为用于将所述半导体管芯10与电路板进行电连接的中间连接件，如陶瓷覆铜基板，或所述基板60为电路板。

具体地，金属容器通过所述外引端321的端面与所述基板60连接，二者之间的连接，既可以实现半导体管芯10的背面电极与所述基板60之间的电性连接，又可以将所述封装空间密封，以对处于所述封装空间内的所述半导体管芯10进行电气保护和物理保护，还可以实现金属容器与基板60之间的固定连接。

进一步地，所述半导体管芯10为二极管、或MOSFET管芯、或IGBT管芯等。

本实施例中，所述半导体管芯10为MOSFET管芯；所述正面电极包括源极141和栅极142，所述背面电极包括漏极15。

本实用新型的采用直接封装的方式对MOSFET管进行封装时，将硅片转入铜容器，硅片的第一端11的漏极15和源极141可以直接通过焊盘50焊接于基板60，硅片的第一端11适当敦化以使源极141和漏极15绝缘，以使器件焊接于基板60时，钝化层起到阻焊膜的作用，防止短路，此钝化层也保护了管脚，防止栅极142区域污染及潮气。本实用新型的封装结构省掉了传统的管脚框架、引线键合以及塑封材料，从而降低了封装过程中增加的阻抗，提高了半导体管芯10封装结构的载流能力和散热性能。

进一步地，所述封装结构的高度方向上，所述半导体管芯10的投影小于所述连接板31的投影，所述半导体管芯10的投影位于所述连接板31的投影内；还包括若干焊盘50，若干焊盘50包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，所述外引端321的端面依次通过第一导电焊材层、所述第一焊盘与所述基板60导电结合，所述栅极142依次通过第二导电焊材层、所述第二焊盘与所述基板60导电结合，所述源极141依次通过第三导电焊材层、所述第三焊盘与所述基板60导电结合。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左、”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种散热良好的管芯封装结构，其特征在于，包括：

半导体管芯(10)，在其第一端(11)上设有正面电极，在其第二端上设有背面电极，所述第一端(11)与所述第二端相对；

导电结合层；

金属容器，其包括容器本体和石墨散热体(33)，所述容器本体包括连接板(31)和侧壁板(32)，在所述连接板(31)的内部掺杂有若干所述石墨散热体(33)；所述侧壁板(32)由所述连接板(31)延伸并弯折，以与所述连接板(31)围成封装空间；所述半导体管芯(10)设于所述封装空间内，所述第二端通过所述导电结合层与所述连接板(31)连接；所述侧壁板(32)包括外引端(321)，所述背面电极通过所述导电结合层、所述连接板(31)与外引端(321)电连接。

2.根据权利要求1所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，在所述侧壁板(32)的内部掺杂有若干所述石墨散热体(33)。

3.根据权利要求2所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，所述石墨散热体(33)为石墨烯体；在所述连接板(31)和所述侧壁板(32)的内部均离散地分布若干所述石墨烯体。

4.根据权利要求1所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，所述容器本体为铜本体。

5.根据权利要求4所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，还包括银导电层(80)，所述银导电层(80)覆盖于在所述容器本体接近所述半导体管芯(10)的一侧，所述银导电层(80)还覆盖于所述外引端(321)的端面。

6.根据权利要求5所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层覆盖于所述容器本体远离所述半导体管芯(10)的一侧。

7.根据权利要求1所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，所述导电结合层为石墨烯结合膜(20)，所述石墨烯结合膜(20)的一面与所述半导体管芯(10)的第二端键合或粘合，所述石墨烯结合膜(20)的另一面与所述连接板(31)键合或粘合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，还包括基板(60)，所述外引端(321)、所述正面电极通过导电焊材层(70)焊接于所述基板(60)；所述金属容器与所述基板(60)之间围接形成密封的封装空间。

9.根据权利要求8所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，所述正面电极包括源极(141)和栅极(142)，所述背面电极包括漏极(15)。

10.根据权利要求9所述的散热良好的管芯封装结构，其特征在于，在所述封装结构的高度方向上，所述半导体管芯(10)的投影小于所述连接板(31)的投影，所述半导体管芯(10)的投影位于所述连接板(31)的投影内；还包括第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，所述外引端(321)的端面依次通过第一导电焊材层、所述第一焊盘与所述基板(60)导电结合，所述栅极(142)依次通过第二导电焊材层、所述第二焊盘与所述基板(60)导电结合，所述源极(141)依次通过第三导电焊材层、所述第三焊盘与所述基板(60)导电结合。

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