CN213340380U - 一种半导体器件封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种半导体器件封装结构，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；封装容器，其包括连接板和侧壁板；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，半导体管芯的第二端通过导电结合层与连接板连接；侧壁板用于将背面电极与外部的电路载体电连接；在连接板接近半导体管芯的一端，和/或在半导体管芯接近连接板的一端设有凹槽，凹槽用于容纳导电结合层的材料。该半导体器件封装结构，采用了封装容器对半导体管芯进行封装，且在封装结构内设置了凹槽，以控制导电结合层周围的焊角的高度；该封装容器具有良好的散热效果，且封装可靠性得到提高。

Description

一种半导体器件封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种半导体器件封装结构。

背景技术

目前，为了能够提高半导体器件的散热性能，采用杯形的封装容器对半导体管芯进行封装以形成封装结构，半导体管芯的背面通过导电结合材料与封装容器进行电连接，半导体管芯背面的背面电极通过封装容器外引，此种封装结构的散热性能良好；此种封装结构在封装制程中，需要将形成于半导体管芯与封装容器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，但是，在封装制程中，导电结合材料的用量不容易控制，导电结合层的厚度不容易控制，容易在半导体管芯的侧壁上形成焊角(由导电结合材料固化形成)。

现有的封装结构中，位于管芯侧壁上的焊角的高度常常过大；研究人员发现，对于焊角高度过大的封装结构，尤其是对于焊角高度大于半导体管芯厚度 85％的封装结构，在进行高温高湿测试时，容易出现封装不良的情况，影响封装结构的可靠性。

实用新型内容

本实用新型实施例的一个目的在于：提供一种半导体器件封装结构，其具有良好的散热效果，且封装可靠性得到提高。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种半导体器件封装结构，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；

封装容器，其包括连接板和侧壁板；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，所述半导体管芯的第二端通过所述导电结合层与所述连接板连接；所述侧壁板用于将所述背面电极与外部的电路载体电连接；在所述连接板接近所述半导体管芯的一端，和/或在所述半导体管芯接近所述连接板的一端设有凹槽，所述凹槽用于容纳所述导电结合层的材料。

作为优选，所述凹槽为环形凹槽。

作为优选，所述凹槽开设于所述半导体管芯接近所述连接板的一端。

作为优选，所述凹槽位于所述第二端的外周。

作为优选，所述凹槽包括槽底壁和槽侧壁，在所述凹槽内还设有凸起，所述凸起由所述槽底壁往所述第二端的方向延伸，所述凸起位于所述槽底壁远离所述槽侧壁的一侧。

作为优选，所述凹槽的高度与所述半导体管芯的厚度之间的比值为0.3至 0.6。

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，所述封装容器为金属容器。

作为优选，所述封装容器为铜容器，所述导电结合层为导电银胶层。

作为优选，还包括基板；所述侧壁板的端面为外引面，所述外引面、所述正面电极通过导电焊材层焊接于所述基板；所述封装容器与所述基板之间围接形成密封的封装空间。

本实用新型的有益效果为：该半导体器件封装结构，采用了封装容器对半导体管芯进行封装，且在封装结构内设置了凹槽，以控制导电结合层周围的焊角的高度；该封装容器具有良好的散热效果，且封装可靠性得到提高。

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为本实用新型的实施例所述半导体管芯的剖视图；

图2为本实用新型的实施例所述半导体管芯的剖视图；

图3为本实用新型的实施例所述半导体管芯俯视图；

图4为本实用新型的实施例所述半导体器件封装结构的结构示意图之一；

图5为本实用新型的实施例所述半导体器件封装结构的结构示意图之二；

图6为本实用新型的实施例所述半导体器件封装结构的结构示意图之三；

图中：10、半导体管芯；11、第一端；12、第二端；13、管芯侧壁；141、源极；142、栅极；15、漏极；20、导电结合层；21、焊角；30、封装容器；31、连接板；32、侧壁板；321、外引面；40、凹槽；41、槽底壁；42、槽侧壁；43、凸起；50、焊盘；60、基板；70、焊材层。

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。

本实用新型的半导体器件封装结构，采用了封装容器30对半导体管芯10 进行封装，且在封装结构内设置了凹槽40，以控制导电结合层20周围的焊角 21的高度；该封装容器30具有良好的散热效果，且封装可靠性得到提高。

如图1-6所示，在本实用新型的所述半导体器件封装结构的一实施例中，该半导体器件封装结构包括：

半导体管芯10，在其第一端11上设有正面电极，在其第二端12上设有背面电极，所述第一端11与所述第二端12相对；以及，

导电结合层20，其由导电结合材料固化形成；以及

封装容器30，其包括连接板31和侧壁板32；所述侧壁板32由所述连接板 31延伸并弯折，以使所述侧壁板32相对于所述连接板31倾斜，从而使所述侧壁板32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，所述半导体管芯10的第二端12 通过所述导电结合层20与所述连接板31连接，所述背面电极与所述连接板31 电连接；所述侧壁板32用于将所述背面电极与外部的电路载体电连接；在所述连接板31接近所述半导体管芯10的一端，和/或在所述半导体管芯10接近所述连接板31的一端设有凹槽40，所述凹槽40用于容纳所述导电结合层20的材料。

具体地，导电结合层20的边缘形成焊角21，焊角21为弧形焊角21。

具体地，所述半导体管芯10的周向侧壁为管芯侧壁13。

现有的采用封装容器30的半导体封装结构，当附着于管芯侧壁13的焊角 21的高度大于管芯侧壁13的厚度的85％时，在封装结构进行高温高湿测试时，会生成Na离子和Cl离子，导电结合层20会与Na离子和Cl离子，导致封装结构产生Short或Leakage故障。

本实用新型的半导体器件封装结构，在采用封装容器30对半导体管芯10 进行封装的基础上，在连接板31和/或半导体管芯10上设置凹槽40，以使得在半导体管芯10通过导电结合材料与封装容器30结合的过程中，即使有部分导电结合材料被挤出所述半导体管芯10与所述连接板31之间的间隙，也可以通过所述凹槽40容纳被挤出的导电结合材料，以在所述凹槽40内形成焊角21，如此避免焊角21形成于半导体管芯10外周的管芯侧壁13，或可大大降低附着管芯侧壁13的焊角21的高度，从而提高封装结构的封装可靠性。

本实用新型的半导体器件封装结构，采用了封装容器30对半导体管芯10 进行直接封装，封装容器30既用于保护半导体管芯10，又用于将半导体管芯 10的背面电极与外部元器件或外部电路载体进行电性连接。本实用新型的半导体器件封装结构，散热性能良好。

进一步地，所述凹槽40为环形凹槽40，采用环形的所述凹槽40，对导电结合层20的焊角21部的高度的限制效果更佳，避免部分位置的焊角21高度相对较大，从而提升封装可靠性。

进一步地，为了提高制造效率，将所述凹槽40设置于所述半导体管芯10 接近所述连接板31的一端，也即所述凹槽40由所述第二端12向所述第一端11 的方向开设；如此，仅需要在划片的制程中，通过切割刀在所述半导体管芯10 上切出所述凹槽40，以使所述凹槽40的槽底壁41与所述第二端12之间形成一定的间距即可；如此，仅需要利用原有的制造加工工具，即可完成凹槽40的加工，无需专门在封装容器30上加工所述凹槽40。

进一步地，所述凹槽40位于所述第二端12的外周，也即，所述凹槽40位于所述半导体管芯10的外边缘；如此，可以有效地通过所述凹槽40容纳所述导电结合层20的材料。

进一步地，为了避免部分导电结合材料附着至管芯侧壁13，所述凹槽40包括槽底壁41和槽侧壁42，在所述凹槽40内还设有凸起43，所述凸起43由所述槽底壁41往所述第二端12的方向延伸，所述凸起43位于所述槽底壁41远离所述槽侧壁42的一侧；如此设置，可通过所述凸起43对位于所述凹槽40内的导电结合材料进行一定阻拦，以避免在所述管芯侧壁13形成焊角21。

具体地，为了加工所述凸起43，仅需要在切割所述凹槽40时，分步切割，以使得所述凸起43的顶壁与所述槽底壁41之间形成高差即可，既方便加工，又可避免在管芯侧壁13形成焊角21。

进一步地，为了保证所述凹槽40对所述导电结合层20的材料的容纳效果，也即为了保证所述凹槽40对所述焊角21的定位效果，所述凹槽40的高度与所述半导体管芯10的厚度之间的比值为0.3至0.6。

进一步地，所述凹槽40的高度与所述半导体管芯10的厚度之间的比值为 0.5。

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

进一步地，所述半导体管芯10为MOSFET半导体管芯10；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。

进一步地，为了通过所述侧壁板32将所述背面电极与外部的元器件或电路载体电连接，所述连接板31上至少包括第一电连接部，所述侧壁板32上至少包括第二电连接部，所述第一电连接部与所述第二电连接部电连接。

进一步地，本实施例中，采用金属容器作为封装容器30，也即，所述连接板31为金属连接板31，所述侧壁板32为金属侧壁板32，所述金属连接板31 与所述金属侧壁板32连接，如此，所述背面电极可通过所述导电结合层20、所述连接板31、所述侧壁板32与外部进行电连接。

进一步地，所述封装容器30为铜容器。铜容器具有良好的导电导热性能。

进一步地，在本实施例中，所述导电结合层20为导电银胶层。在其他一些实施例中，所述导电结合层20还可以为焊锡层。

进一步地，还包括基板60；所述侧壁板32的端面为外引面321，还包括基板60；所述侧壁板32的端面为外引面321，所述外引面321、所述正面电极通过导电焊材层70焊接于所述基板60；所述封装容器30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，在所述外引面321和所述正面电极上均设有焊盘50；所述焊盘50 焊接于所述基板60，以使得所述正面电极与所述基板60电连接，所述背面电极与所述基板60电连接。

具体地，所述外引面321用于将所述背面电极与外部元器件或电路载体电连。

具体地，所述外引面321、所述源极141、所述栅极142分别通过焊材层70 与所述焊盘50电连接。

本实用新型的封装结构在用于封装MOSFET半导体管芯10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上时，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，提高了半导体器件封装结构的载流能力和散热性能。

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)

1.一种半导体器件封装结构，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(12)上设有背面电极，所述第一端(11)与所述第二端(12)相对；

导电结合层(20)；

封装容器(30)，其包括连接板(31)和侧壁板(32)；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，所述半导体管芯(10)的第二端(12)通过所述导电结合层(20)与所述连接板(31)连接；所述侧壁板(32)用于将所述背面电极与外部的电路载体电连接；在所述连接板(31)接近所述半导体管芯(10)的一端，和/或在所述半导体管芯(10)接近所述连接板(31)的一端设有凹槽(40)，所述凹槽(40)用于容纳所述导电结合层(20)的材料。

2.根据权利要求1所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述凹槽(40)为环形凹槽(40)。

3.根据权利要求1所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述凹槽(40)开设于所述半导体管芯(10)接近所述连接板(31)的一端。

4.根据权利要求3所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述凹槽(40)位于所述第二端(12)的外周。

5.根据权利要求4所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述凹槽(40)包括槽底壁(41)和槽侧壁(42)，在所述凹槽(40)内还设有凸起(43)，所述凸起(43)由所述槽底壁(41)往所述第二端(12)的方向延伸，所述凸起(43)位于所述槽底壁(41)远离所述槽侧壁(42)的一侧。

6.根据权利要求3所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述凹槽(40)的高度与所述半导体管芯(10)的厚度之间的比值为0.3至0.6。

7.根据权利要求1所述的半导体器件封装结构，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)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述封装容器(30)为金属容器。

9.根据权利要求8所述的半导体器件封装结构，其特征在于，所述封装容器(30)为铜容器，所述导电结合层(20)为导电银胶层。

10.根据权利要求1-7任一项所述的半导体器件封装结构，其特征在于，还包括基板(60)；所述侧壁板(32)的端面为外引面(321)，所述外引面(321)、所述正面电极通过导电焊材层(70)焊接于所述基板(60)；所述封装容器(30)与所述基板(60)之间围接形成密封的封装空间。

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