CN219017645U

CN219017645U - 一种应用于平面型功率器件的封装结构

Info

Publication number: CN219017645U
Application number: CN202221332931.8U
Authority: CN
Inventors: 张黎
Original assignee: Zhejiang Hexin Integrated Circuit Co ltd
Current assignee: Zhejiang Hexin Integrated Circuit Co ltd
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2032-05-31

Abstract

本实用新型公开了一种应用于平面型功率器件的封装结构，属于半导体封装技术领域。其采用芯片的正面的芯片下金属凸块倒装至立体金属框架的刻蚀面上，通过芯片下金属凸块、立体金属框架的折转实现芯片与PCB直接互联，精减了封装结构，避免了传统打线工艺，降低了封装电阻，增加了电流承载能力；同时缩短了芯片与外界互联距离，增强了芯片的导电效果；其芯片背面露出，通过金属散热片与PCB密接进行散热，提升了封装散热能力，提高了芯片高速运行时的稳定性，提升了产品的品质；另外，立体金属框架的金属引脚呈凹弧形柱状，增强了金属引脚和塑封材料之间的结合力，达到了增加产品可靠性的目的。

Description

一种应用于平面型功率器件的封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种应用于平面型功率器件的封装结构，属于半导体封装技术领域。

背景技术

随着5G行业、消费类电子和新能源汽车行业的发展，例如5G基站的功耗提升，5G基站功耗为4G的两倍，为了降低功耗需求，需要增加对芯片的低损耗、高热稳定性要求，同时这也对封装类型的导通电阻低、发热量低和散热快有更高的要求。

传统焊线式封装均是采用打线的封装形式，键合线电阻R_w较大，从而会增大整个封装的导通电阻，最终影响产品的电流承载能力。

专利CN106711100A，公开了一种半导体封装结构及加工方法，其芯片设置在引线框架的正面，通过引线框架向所述芯片芯片方向翻折，形成框架折边，通过引线框架将漏极端引至与所述源极、所述栅极相同的平面，便于芯片焊接在PCB上。但这种方式的引线框架一旦定型，芯片的大小、形状和功能结构将被制约，不利于行业的持续发展；同时引线框架的边缘翻折后存在翻折应力，在芯片封装结构的使用过程中，释放出的应力不利于芯片与引线框架的长久贴合和散热，降低了产品的可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种应用于平面型功率器件的封装结构，使得采用此种封装方式的芯片实现低导通电阻、承载大电流、散热性能优异，且封装结构简单。

本实用新型的技术方案：

本实用新型提供了一种应用于平面型功率器件的封装结构，其包括芯片、金属散热片、立体金属框架和塑封材料，

所述芯片的正面设有若干个芯片下金属凸块，所述芯片下金属凸块的一端连接芯片的电极，另一端设置焊接层Ⅰ，成为芯片的I/O端；

所述金属散热片的金属表面Ⅰ通过银浆与所述芯片的背面固连，其金属表面Ⅱ设置焊接层Ⅱ，

所述立体金属框架包括若干个金属框架支撑条和金属引脚，所述金属框架支撑条的背面为刻蚀面，所述金属引脚设置在每一个金属框架支撑条的刻蚀面的两端；

所述金属框架支撑条的刻蚀面与金属引脚的内侧形成型腔；

所述芯片的正面倒装在所述型腔里面，其芯片下金属凸块通过焊接层Ⅰ与金属框架支撑条的背面固连，并与立体金属框架电性连接；所述立体金属框架的正面设置带有背胶的保护膜，

所述塑封材料整体填充并塑封所述立体金属框架和芯片以及金属框架支撑条之间的空隙，所述金属框架支撑条之间的空隙形成塑封材料的导流通道，仅露出散热层的外表面和金属引脚的上表面；

所述金属引脚的上表面设置导电金属层。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述金属框架支撑条的刻蚀面为粗糙面。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述金属引脚呈凹弧形柱状，其横截面呈圆形、矩形或六边形。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述金属引脚的柱面为粗糙面，粗糙度Ra范围为：Ra为0.2~0.4。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述金属引脚与立体金属框架为一体结构。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述金属框架支撑条长度相等并等距平行排布于同一平面。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述金属散热片的横截面尺寸不小于所述芯片的横截面尺寸。

本实用新型所述的应用于平面型功率器件的封装结构，所述焊接层Ⅰ为Cu/Sn层或Ni/Au层。

有益效果

本实用新型一种应用于平面型功率器件的封装结构采用芯片的正面的芯片下金属凸块倒装至立体金属框架的刻蚀面上，通过芯片下金属凸块、立体金属框架的折转实现芯片与PCB直接互联，精减了封装结构，避免了传统打线工艺，降低了封装电阻，增加了电流承载能力；同时缩短了芯片与外界互联距离，增强了芯片的导电效果；其芯片背面露出，通过金属散热片PCB密接进行散热，提升了封装散热能力，提高了芯片高速运行时的稳定性，提升了产品的品质；另外，立体金属框架的金属引脚呈凹弧形柱状，增强了金属引脚和塑封材料之间的结合力，达到了增加产品可靠性的目的。

附图说明

图1为本实用新型一种应用于平面型功率器件的封装结构的剖面结构的实施例的示意图；

图2为本实用新型一种应用于平面型功率器件的封装结构的剖面结构的实施例的示意图；

图3为图1中的芯片、立体金属框架的相对位置的示意图；

图4为本实用新型一种应用于平面型功率器件的封装结构的实施例的剖面结构的示意图；

其中：芯片10

焊接层Ⅰ12

焊接层Ⅱ55

导电线路层30

立体金属框架20

金属框架支撑条21

型腔26

金属散热片50

切割道Ⅱ57

导电金属层61

塑封材料90。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例

本实用新型一种应用于平面型功率器件的封装结构，如图1至图4所示，其芯片10的正面设有若干个芯片下金属凸块11，芯片下金属凸块11的一端连接芯片10的电极（图中电极未示出），芯片10的电极埋在芯片表面的钝化层下的硅基13中；芯片下金属凸块11的另一端设置焊接层Ⅰ12，成为芯片10的I/O端。

金属散热片50的一面为金属表面Ⅰ51和另一面为金属表面Ⅱ52，所述芯片10的背面通过银浆53与所述金属散热片50的金属表面Ⅰ51固连，形成新的芯片单体30。所述金属表面Ⅱ52通过电镀工艺形成焊接层Ⅱ55。

金属散热片50的横截面尺寸不小于芯片10的横截面尺寸，其材质优选导电性能优异的金属铜，金属散热片50设置在芯片10的背面，将芯片10与PCB密接进行散热，提升了封装散热能力，提升了产品的品质，实现了封装产品的优异散热性能。

其立体金属框架20包括若干个金属框架支撑条21和若干个金属引脚22。金属框架支撑条21的背面为刻蚀面，金属引脚22设置在每一个金属框架支撑条21的刻蚀面的两端。金属引脚22的横截面呈圆形、矩形、六边形等，图2中以金属引脚22的横截面呈矩形示意。金属框架支撑条21的刻蚀面与金属引脚22的内侧形成型腔26。

新的芯片单体30的正面通过芯片10的焊接层Ⅰ12倒装在这个型腔26里面，其芯片下金属凸块11通过焊接层Ⅰ12与金属框架支撑条21的刻蚀面固连，并与立体金属框架20实现电性连接。金属框架支撑条21的刻蚀面为粗糙面，其粗糙程度有助于其与芯片10的连接强度。

在一个可选的实施例中，金属引脚22和金属框架支撑条21为一体结构，如图1所示。

通过芯片下金属凸块11、立体金属框架20的折转实现芯片10与PCB直接互联，并实现芯片10通过金属散热片50和PCB高效散热，缩短了芯片10与外界互联距离，增强了芯片的导电效果，避免了采用传统打线方式，降低了芯片漏极与引线框架之间的电阻R_D，降低了键合线电阻R_W，从而达到了降低封装产品的导通电阻RDS ( on )的目的。

立体金属框架20的正面为平整的外露面，设置带有背胶的保护膜40，如Adwill LC胶带。该保护膜40厚度均匀，通过层压工艺贴合在立体金属框架20的正面，可以在相对较低的温度下进行，安装方便，从而降低因热而损坏电路的风险。它可以保护芯片不受外部溶剂、湿气、冲击等影响，同时使芯片与外界环境电绝缘。它还可以阻挡光线，使光线对电路表面的影响降至最低。

塑封材料90整体填充并塑封所述立体金属框架20和芯片10，仅露出金属散热片50和金属引脚的刻蚀表面221，在芯片10及其金属散热片50与金属引脚22之间设置的塑封材料90能够有效地防止电压击穿造成的短路，提升产品的可靠性。

在一个可选的实施例中，金属引脚22呈凹弧形柱状，其弧度R是在立体金属框架20的半刻蚀工艺过程中因刻蚀速率的差异产生的，如图3所示，通过控制半刻蚀工艺获得实际需要的弧度R，也可以增加金属引脚22与塑封材料90之间的结合力，达到增加产品可靠性的目的。

在一个可选的实施例中，金属引脚22的柱面还可以为粗糙面，粗糙度Ra范围为：Ra为0.2~0.4，也可以增加金属引脚22与塑封材料90之间的结合力，达到增加产品可靠性的目的。

在一个可选的实施例中，金属框架支撑条21的两侧也可以露出塑封材料90，如图4所示。

在一个可选的实施例中，本实用新型一种应用于平面型功率器件的新型封装结构还包括导电金属层26，所述导电金属层26设置于金属引脚的上表面221，便于用来与其他外部器件进行电性连接和散热。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种应用于平面型功率器件的封装结构，其特征在于，其包括芯片（10）、金属散热片（50）、立体金属框架（20）和塑封材料（90），

所述芯片（10）的正面设有若干个芯片下金属凸块（11），所述芯片下金属凸块（11）的一端连接芯片（10）的电极，另一端设置焊接层Ⅰ（12），成为芯片（10）的I/O端；

所述金属散热片（50）的金属表面Ⅰ（51）通过银浆（53）与所述芯片（10）的背面固连，其金属表面Ⅱ（52）设置焊接层Ⅱ（55），

所述立体金属框架（20）包括若干个金属框架支撑条（21）和金属引脚（22），所述金属框架支撑条（21）的背面为刻蚀面，所述金属引脚（22）设置在每一个金属框架支撑条（21）的刻蚀面的两端；

所述金属框架支撑条（21）的刻蚀面与金属引脚（22）的内侧形成型腔（26）；

所述芯片（10）的正面倒装在所述型腔（26）里面，其芯片下金属凸块（11）通过焊接层Ⅰ（12）与金属框架支撑条（21）的背面固连，并与立体金属框架（20）电性连接；所述立体金属框架（20）的正面设置带有背胶的保护膜（40），

所述塑封材料（90）整体填充并塑封所述立体金属框架（20）和芯片（10）以及金属框架支撑条（21）之间的空隙，所述金属框架支撑条（21）之间的空隙形成塑封材料（90）的导流通道，仅露出散热层（30）的外表面和金属引脚的上表面（221）；

所述金属引脚的上表面（221）设置导电金属层（61）。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属框架支撑条（21）的刻蚀面为粗糙面。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属引脚（22）的横截面呈圆形、矩形或六边形。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属引脚（22）呈凹弧形柱状。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属引脚（22）的柱面为粗糙面，粗糙度Ra范围为：Ra为0.2~0.4。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的封装结构，其特征在于，所述金属引脚（22）与立体金属框架（20）为一体结构。

7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属框架支撑条（21）长度相等并等距平行排布于同一平面。

8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属散热片（50）的横截面尺寸不小于所述芯片（10）的横截面尺寸。

9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述焊接层Ⅰ（12）为Cu/Sn层或Ni/Au层。