CN217933772U - 功率半导体器件的散热结构及功率半导体器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种功率半导体器件的散热结构及功率半导体器件。该功率半导体器件的散热结构包括：包括封装外壳、承载基板、芯片和PCB板；所述封装外壳与所述承载基板形成一个用于容纳所述芯片的容置腔；所述芯片设置在所述承载基板的上表面；所述承载基板的下表面设有散热金属体；所述散热金属体与所述PCB板相接触。本申请提供的方案，能够有效减小PCB板的热量对PCB板上其他元器件的影响，同时也能在空间上增加芯片与PCB板之间的散热面积，增强散热效果，能够满足高功率密度电子元器件的散热需求，且结构简单，可以采用SOP封装以及一些贴片元器件的小型封装如TO封装、TOLL封装和DFN封装等封装形式，适用范围广。

Description

功率半导体器件的散热结构及功率半导体器件

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种功率半导体器件的散热结构及功率半导体器件。

背景技术

功率半导体器件是指用于电力设备的电能变换和控制电路等方面的大功率电子器件，在开关和导通电流的情况下会产生损耗，损失的能量转换为热能，导致功率半导体器件发热和升温。当功率半导体器件温度过高时，将缩短功率半导体器件的寿命，甚至会烧毁功率半导体器件，温度过高也是限制功率半导体器件电流密度的重要原因。

目前，随着工业和新能源等领域地快速发展，各种类型的功率半导体器件被广泛应用，功率半导体器件的散热也成为行业内的重点研究方向，相关技术中，功率半导体器件的散热方式一般是通过贴在PCB板表面，利用PCB板大面积铜层辅助散热，这样虽然可以达到散热的目的，但是大面积散热的铜层会造成大面积的PCB板温度升高，会对周围元器件造成温度升高的不良影响，甚至会导致周围元器件出现失效的风险，而且，对于发热比较严重的功率半导体器件，利用铜层散热或者单面散热达不到理想的效果，目前已有的双面散热封装，有通过增加水道进行散热的，也有通过一面外接散热器，一面通过在PCB板表面贴装大面积的铜层进行散热，但这些方式，要么结构复杂，要么散热效果不好或者容易对PCB板上的其他元器件造成不良影响。

因此，急需一种功率半导体器件的散热结构，在对功率半导体器件散热时，能够减小PCB板上的温升面积，进而减小对PCB板上其他元器件的不良影响，同时，也能增强散热效果，且结构简单，适用范围广。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种功率半导体器件的散热结构，该功率半导体器件的散热结构，能够减小PCB板上的温升面积，进而减小对PCB板上其他元器件的不良影响，同时，也能增强散热效果，且结构简单，适用范围广。

本申请第一方面提供一种功率半导体器件的散热结构，包括封装外壳、承载基板、芯片和PCB板；所述封装外壳与所述承载基板形成一个用于容纳所述芯片的容置腔；所述芯片设置在所述承载基板的上表面；所述承载基板的下表面设有散热金属体；所述散热金属体与所述PCB板相接触。

在一种实施方案中，所述散热金属体的下端与所述PCB板的上表面相抵接。

在一种实施方案中，所述PCB板上设有通孔；所述散热金属体穿过所述通孔，并朝远离所述芯片的方向延伸。

在一种实施方案中，所述散热金属体的形状为柱形。

在一种实施方案中，所述散热金属体的数量为N个，任意两个相邻的所述散热金属体之间设有间隙。

在一种实施方案中，所述封装外壳的上表面设有散热基板。

在一种实施方案中，所述散热基板与所述承载基板相平行。

在一种实施方案中，所述芯片的下表面通过焊锡与所述承载基板的上表面相连接。

在一种实施方案中，所述散热金属体的延伸端与散热器相连接。

本申请第二方面提供一种功率半导体器件，包括如上述的功率半导体器件的散热结构。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请的功率半导体器件的散热结构，包括封装外壳、承载基板、芯片和PCB板；所述封装外壳与所述承载基板形成一个用于容纳所述芯片的容置腔；所述芯片设置在所述承载基板的上表面；所述承载基板的下表面设有散热金属体；所述散热金属体与所述PCB板相接触。相比现有技术中通过贴在PCB板表面的大面积铜层辅助散热的方式，本申请通过设置散热金属体与所述PCB板接触，采用点接触代替传统的面接触，能够有效减小PCB板的热量对PCB板上其他元器件的影响，同时也能在空间上增加芯片与PCB板之间的散热面积，增强散热效果，能够满足高功率密度电子元器件的散热需求，且结构简单，可以采用SOP封装以及一些贴片元器件的小型封装如TO封装、TOLL封装和DFN封装等封装形式，适用范围广。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例示出的功率半导体器件的散热结构的剖面示意图；

图2是本申请实施例示出的功率半导体器件的散热结构的另一剖面示意图。

附图标记：

1、封装外壳；11、容置腔；2、承载基板；3、芯片；4、PCB板；5、散热金属体；6、散热基板。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

目前，功率半导体器件在开关和导通电流的情况下会产生损耗，损失的能量转换为热能，导致功率半导体器件发热和升温。当功率半导体器件温度过高时，将缩短功率半导体器件的寿命，甚至会烧毁功率半导体器件。

针对上述问题，本申请实施例提供一种功率半导体器件的散热结构，能够减小PCB板上的温升面积，进而减小对PCB板上其他元器件的不良影响，同时，也能增强散热效果，且结构简单，适用范围广。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

实施例一

请参阅图1-图2，图1是本申请实施例示出的功率半导体器件的散热结构的剖面示意图。

本申请的功率半导体器件的散热结构，包括封装外壳1、承载基板2、芯片3和PCB板4。目前，封装外壳1的材料可以是金属、塑料、陶瓷和光电子材料，所述封装外壳1可以是一个底面具有开口的矩形体或圆柱体；所述封装外壳1与所述承载基板2形成一个用于容纳所述芯片3的容置腔11。

所述芯片3设置在所述承载基板2的上表面，且位于所述容置腔11内，能够对芯片3有一个较好的保护作用，具体的，在封装时，所述芯片3的下表面通过锡焊与所述承载基板2的上表面相连接，即通过焊锡将所述芯片3与所述承载基板2焊接在一起，然后通过封装外壳1将所述芯片3包裹起来，避免所述芯片3受到灰尘和水气等外界环境的影响。

所述承载基板2的下表面设有散热金属体5；所述承载基板2的材料可以是金属，例如铜，所述散热金属体5的材料可以是金、银和铜中的任意一种；所述散热金属体5为柱形，具体的，所述金属散热体为圆柱体或者矩形体；所述散热金属体5的数量为N个，所述N为大于1的自然数，任意两个相邻的所述散热金属体5之间设有间隙；所述散热金属体5与所述PCB板4相接触，并将所述芯片3产生的热量出去传递出去。

在本实施例一中，通过本申请的功率半导体器件的散热结构，包括封装外壳、承载基板、芯片和PCB板；所述封装外壳与所述承载基板形成一个用于容纳所述芯片的容置腔；所述芯片设置在所述承载基板的上表面；所述承载基板的下表面设有散热金属体；所述散热金属体与所述PCB板相接触。相比现有技术中通过贴在PCB板表面的大面积铜层辅助散热的方式，本申请通过设置散热金属体与所述PCB板接触，采用点接触代替传统的面接触，能够有效减小PCB板的热量对PCB板上其他元器件的影响，同时也能在空间上增加芯片与PCB板之间的散热面积，增强散热效果，能够满足高功率密度电子元器件的散热需求，且结构简单，可以采用SOP封装以及一些贴片元器件的小型封装如TO封装、TOLL封装和DFN封装等封装形式，适用范围广。

实施例二

为了进一步提高散热效果，本申请提出了相应的方案，请参阅图1-图2，具体为：

在上述实施例一的结构基础上，所述散热金属体5的下端与所述PCB板4的上表面相抵接；为了进一步加强散热效果，所述PCB板4上设有通孔，具体的，当所述散热金属体5具有N个时，所述PCB板4上设有N个与所述散热金属体5相适配的通孔，所述散热金属体5穿过所述通孔，并朝远离所述芯片3的方向延伸；所述散热金属体5的延伸端与散热器相连接；所述散热器为自然风冷却或强制风冷却或液体冷却散热器。

为了实现双面散热的效果，所述封装外壳1的上表面设有散热基板6，所述散热基板6与所述承载基板2相平行，且所述散热基板6的表面可以进一步加装更大面积的散热器，所述散热基板6可以为金属基板或陶瓷基板。

在本申请实施例中，通过在PCB板上设有与所述散热金属体相适配的通孔，使得所述散热金属体能够穿过所述通孔并延伸出去，并在所述散热金属体的延伸端处连接散热器，即可通过散热金属体将芯片产生的热量传递到散热器处，进一步避免了PCB板的升温对周边元器件造成的不良影响，且通过在所述封装外壳的上表面设有的散热基板，能够有效将容置腔内的热量传递出去，使得散热效果更佳。

实施例三

本申请还提供一种功率半导体器件，包括如上述的功率半导体器件的散热结构。

所述功率半导体器件的散热结构的具体结构可参照上述实施例，此处不再赘述。

包含上述功率半导体器件的散热结构的功率半导体器件的有益效果可参照上述实施例，此处不再赘述。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。

上文中已经参考附图详细描述了本申请的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。另外，可以理解，本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本申请实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种功率半导体器件的散热结构，包括封装外壳(1)、承载基板(2)、芯片(3)和PCB板(4)，其特征在于，

所述封装外壳(1)与所述承载基板(2)形成一个用于容纳所述芯片(3)的容置腔(11)；

所述芯片(3)设置在所述承载基板(2)的上表面；

所述承载基板(2)的下表面设有散热金属体(5)；

所述散热金属体(5)与所述PCB板(4)相接触。

2.根据权利要求1所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述散热金属体(5)的下端与所述PCB板(4)的上表面相抵接。

3.根据权利要求1所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述PCB板(4)上设有通孔；

所述散热金属体(5)穿过所述通孔，并朝远离所述芯片(3)的方向延伸。

4.根据权利要求1所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述散热金属体(5)为柱形。

5.根据权利要求1所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述散热金属体(5)的数量为N个，任意两个相邻的所述散热金属体(5)之间设有间隙，所述N为大于1的自然数。

6.根据权利要求1所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述封装外壳(1)的上表面设有散热基板(6)。

7.根据权利要求6所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述散热基板(6)与所述承载基板(2)相平行。

8.根据权利要求1所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述芯片(3)的下表面通过焊锡与所述承载基板(2)的上表面相连接。

9.根据权利要求3所述的功率半导体器件的散热结构，其特征在于，

所述散热金属体(5)的延伸端与散热器相连接。

10.一种功率半导体器件，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的功率半导体器件的散热结构。

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