CN219286398U

CN219286398U - 功率半导体封装结构

Info

Publication number: CN219286398U
Application number: CN202320330590.9U
Authority: CN
Inventors: 黄轶愚; 刘锐
Original assignee: Hunan Sanan Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Hunan Sanan Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2023-02-13
Filing date: 2023-02-13
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2033-02-13

Abstract

本实用新型提供了一种功率半导体封装结构，涉及半导体封装技术领域，该功率半导体封装结构包括基底引线框架、芯片和塑封体，基底引线框架设置有基岛，基岛的一侧表面设置有芯片贴装区域；芯片贴装于基岛；塑封体设置在基底引线框架上，并包覆于基岛和芯片；其中，基岛上还设置有防水环槽，防水环槽设置在芯片的四周，塑封体覆盖于防水环槽，以使塑封体与基岛密封连接。相较于现有技术，本实用新型通过增设防水环槽，能够使得塑封体与防水环槽之间形成密封结构，一方面提升了塑封体与基岛之间的接触面积，从而提升了二者之间的结合力，另一方面能够使得塑封体与基岛密封连接，阻挡外部的水汽渗透至芯片，保证了器件性能。

Description

功率半导体封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体封装技术领域，具体而言，涉及一种功率半导体封装结构。

背景技术

半导体封装通常用于容纳和保护来自不同半导体技术的包括硅、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等的半导体芯片。这些半导体芯片可以被配置为具有各种不同器件类型，例如微处理器、分立器件、放大器、控制器、传感器等。在半导体封装中，半导体芯片安装到芯片焊盘。半导体封装典型地包括诸如塑料、树脂或者陶瓷的电绝缘包封体材料，其密封和保护集成电路使其避免受到潮气和灰尘颗粒的影响，导电引线连接到包封的集成电路(或者多个电路)的各种端子，并且可从半导体封装外部访问。在所谓的引线框架型封装中，芯片焊盘和引线一起从引线框架提供。

经发明人调研发现，现有的功率半导体的封装结构，其通常是直接在引线框架上塑封形成塑封体，塑封体与引线框架之间通常为直接平面接触，二者结合力较差，容易出现分层，影响结构强度，同时在长期使用过程中，外部的水汽容易渗透进入到封装体内部，甚至渗透至芯片，从而影响器件性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功率半导体封装结构，其能够提升结合力，并保证结构强度，同时防止外部水汽渗透。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型提供一种功率半导体封装结构，包括：

基底引线框架，所述基底引线框架设置有基岛，所述基岛的一侧表面设置有芯片贴装区域；

芯片，所述芯片贴装于所述芯片贴装区域；

塑封体，所述塑封体设置在所述基底引线框架上，并包覆于所述芯片，且所述基岛的另一侧表面外露于所述塑封体；

其中，所述基岛上还设置有防水环槽，所述防水环槽设置在所述芯片贴装区域的四周，所述塑封体嵌设于所述防水环槽，以使所述塑封体与所述基岛密封连接。

在可选的实施方式中，所述防水环槽包括多段间断分布的沟槽组，多段所述沟槽组围设在所述芯片的四周。

在可选的实施方式中，每段所述沟槽组包括至少两个并排设置的子沟槽，相邻的所述子沟槽间隔设置。

在可选的实施方式中，所述子沟槽的截面形状为三角形、U形或矩形。

在可选的实施方式中，多段所述沟槽组沿圆形或矩形分布在所述芯片的四周。

在可选的实施方式中，所述芯片贴装于所述基岛的正面，所述防水环槽的开槽面积为所述芯片贴装区域边缘与所述基岛边缘之间的区域面积20％-80％。

在可选的实施方式中，所述防水环槽包括防水凸环，所述防水凸环围设于所述芯片，并相对所述基岛凸起设置，且所述防水凸环嵌设于所述塑封体。

在可选的实施方式中，所述基底引线框架相对的两侧边缘设置有限位槽，所述限位槽处设置有第一限位凸台，所述第一限位凸台凸设于所述基底引线框架的侧壁，所述塑封体延伸至所述基底引线框架的侧壁，并包覆在所述限位槽和所述第一限位凸台外。

在可选的实施方式中，所述基底引线框架上还设置有限位开口，所述限位开口贯穿所述基底引线框架，且所述限位开口处设置有第二限位凸台，所述第二限位凸台凸设于所述基底引线框架的侧壁，所述塑封体延伸至所述限位开口，并包覆在所述第二限位凸台外。

在可选的实施方式中，所述功率半导体封装结构还包括端子引线框架，所述端子引线框架设置在所述基底引线框架的一侧，并部分嵌设于所述塑封体，且所述端子引线框架与所述芯片之间通过键合线连接，所述键合线包覆在所述塑封体内。

在可选的实施方式中，所述基底引线框架远离所述端子引线框的一侧设置有焊接耳，所述焊接耳的两侧设置有折弯引脚，所述折弯引脚相对所述焊接耳朝向所述塑封体背离所述基底引线框架的一侧的方向折弯，且所述折弯引脚远离所述基底引线框架的一端还设置有焊接引脚，所述焊接引脚相对所述折弯引脚朝向与所述塑封体背离所述基底引线框架的一侧表面相平行的方向折弯。

在可选的实施方式中，所述端子引线框架嵌设于所述塑封体的部分的表面形成有镀镍层，所述端子引线框架外露于所述塑封体的部分的表面形成有镀锡层。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实施例提供的功率半导体封装结构，在基底引线框架设置有基岛，将芯片贴装于基岛，然后在基底引线框架上塑封形成塑封体，塑封体覆盖基岛和芯片，而基岛的另一侧外露于塑封体，便于散热，并且，在基岛上设置有防水环槽，该防水环槽设置在芯片贴装区域的四周，塑封体覆盖在防水环槽外，使得塑封体与基岛密封连接。相较于现有技术，本实用新型通过增设防水环槽，能够使得塑封体与防水环槽之间形成密封结构，一方面提升了塑封体与基岛之间的接触面积，从而提升了二者之间的结合力，另一方面能够使得塑封体与基岛密封连接，阻挡外部的水汽渗透至芯片，保证了器件性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的功率半导体封装结构的整体示意图；

图2为本实用新型实施例提供的功率半导体封装结构的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的功率半导体封装结构的剖面结构示意图；

图4为图2中基底引线框架与芯片的贴装示意图；

图5为图2中基底引线框架在第一视角下的结构示意图；

图6为图2中基底引线框架在第二视角下的结构示意图。

图标:

100-功率半导体封装结构；110-基底引线框架；111-基岛；113-限位槽；115-第一限位凸台；117-限位开口；119-第二限位凸台；130-芯片；150-塑封体；171-防水环槽；173-沟槽组；175-子沟槽；180-焊接耳；181-折弯引脚；183-焊接引脚；190-端子引线框架。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

正如背景技术中所公开的，现有的封装结构，其通常是直接在引线框架上塑封形成塑封体，塑封体与引线框架之间通常为直接平面接触，二者结合力较差，在注塑过程中及器件使用过程中会出现塑封体缺陷(分层)的问题，这些问题会使器件长期使用下出现可靠性问题，影响结构强度，同时在长期使用过程中，外部的水汽容易渗透进入到封装体内部，甚至渗透至芯片，从而影响器件性能。

此外，在一些封装设计中，引线框架的芯片焊盘部分被配置为所谓“散热板”或者“散热片”。这些芯片焊盘被设计为在集成电路的操作器件从集成电路吸收热量并且将该热量传递到外部热量耗散元件，例如，外部散热片或外部散热器。典型地，由导热材料(例如，金属)形成散热板，或散热器。在一些封装配置中，封装芯片焊盘也作用向包封的集成电路(或者多个电路)提供参考电位(例如，地)的电端子。此外，常规的封装结构中常使用包封体外部的引线框架与包封体底面露出的散热金属同侧的设计，这种设计会占用半导体封装包封体底面对应的应用空间，使应用人员在使用半导体封装器件时，需要考虑与半导体封装器件相连接的电路规模与半导体包封体底面散热金属的散热能力，降低了应用系统的性能。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新型的功率半导体封装结构，下面对该功率半导体封装结构进行详细描述。

请参照图1至图5，本实施例提供一种功率半导体封装结构100，其能够提升整体结构强度，避免出现塑封分层缺陷，同时能够防止外部水汽渗透，并且能够提高整体的散热能力。

本实施例提供的功率半导体封装结构100，包括基底引线框架110、芯片130和塑封体150，基底引线框架110设置有基岛111；芯片130贴装于基岛111；塑封体150设置在基底引线框架110上，并包覆于基岛111和芯片130；其中，基岛111上还设置有防水环槽171，防水环槽171设置在芯片贴装区域的四周，塑封体150嵌设于防水环槽171，以使塑封体150与基岛111密封连接。

在本实施例中，塑封体150整体包覆在基底引线框架110上，并将基底引线框架110的底部露出，基底引线框架110采用金属材料，且导热、导电性能优异。基底引线框架110的电学用途在于承载电流，使得芯片130与外部电信号得以传递，同时基底引线框架110的热学用途在于提供芯片130的散热通道，由于基底引线框架110采用金属材料，并且单侧外露，其能够将芯片130产生的热量传递至外部。并且，基底引线框架110的力学用途在于提供整体的机械支撑，并起到保护芯片130的作用。

需要说明的是，本实施例在基底引线框架110设置有基岛111，将芯片130贴装于基岛111，然后在基底引线框架110上塑封形成塑封体150，塑封体150覆盖基岛111和芯片130，并且，在基岛111上设置有防水环槽171，该防水环槽171设置在芯片130的四周，塑封体150覆盖在防水环槽171外，使得塑封体150与基岛111密封连接。本实施例通过增设防水环槽171，能够使得塑封体150与防水环槽171之间形成密封结构，一方面提升了塑封体150与基岛111之间的接触面积，从而提升了二者之间的结合力，另一方面能够使得塑封体150与基岛111密封连接，阻挡外部的水汽渗透至芯片130，保证了器件性能。

在本实施例中，塑封体150可以采用注塑工艺制成，具体地，可以利用塑封料直接在基底引线框架110上注塑形成塑封体150，从而保证塑封体150与基底引线框架110之间的结合力。

进一步地，功率半导体封装结构100还包括端子引线框架190，端子引线框架190设置在基底引线框架110的一侧，并部分嵌设于塑封体150，且端子引线框架190与芯片130之间通过键合线连接，键合线包覆在塑封体150内。具体地，端子引线框架190通过切割形成多个端子浮岛，端子浮岛形成了多个不能与芯片130或基底引线框架110接触的端子，端子在给定位置伸出塑封体150后通常需要弯曲形成引脚，以连接母排或基板平面。

值得注意的是，本实施例中芯片130贴装在基岛111上，具体地，在基岛111的表面与芯片130底面的导电电机可以使用高导热焊接材料进行连接，以保证贴装效果。其中芯片130可以是各类功率半导体芯片130，例如该功率半导体芯片130可以是：Si/SiC/GaN-MOS/IGBT/SBD/FRD等，芯片130表面引出的导电电极使用导电引线与端子浮岛进行连接。

在本实施例中，防水环槽171围设于芯片130，塑封体150嵌设于防水环槽171。具体地，防水环槽171相对于基岛111凹陷设置，在实际注塑时，塑封料可以直接进入防水环槽171，在固化后即使得塑封体150能够嵌设在防水环槽171中。由于芯片130位于防水环槽171内侧，而防水环槽171与塑封体150之间形成了密封结构，能够阻挡外部的水汽进入芯片130所在区域。同时，塑封料进入防水环槽171中，在固化后能够使得塑封体150嵌设在防水环槽171内，从而提升塑封体150与基底引线框架110之间的结合力，避免出现分层现象，进一步提升整体的结构强度。

在本实施例中，防水环槽171包括多段间断分布的沟槽组173，多段沟槽组173围设在芯片130的四周。具体地，通过采用多段间隔分布的沟槽组173，能够使得塑封体150的嵌设分布并不连续，从而进一步提升塑封体150与基底引线框架110之间的结合力，并且能够保证塑封料迅速填满防水环槽171，保证塑封体150的嵌设效果。

当然，在本实用新型其他较佳的实施例中，防水环槽171也可以采用连续分布结构，从而避免出现密封漏洞，进一步保证密封效果。

在本实施例中，每段沟槽组173包括至少两个并排设置的子沟槽175，相邻的子沟槽175间隔设置。通过设置多个子沟槽175，能够实现多层密封，进一步提升密封效果。优选地，每段沟槽组173中子沟槽175的数量可以是2-5个，同时多个子沟槽175的两端可以错位设置，也可以相互平齐。

在本实施例中，子沟槽175的截面形状为三角形、U形或矩形。优选地，子沟槽175的形状可以是U形，从而能够使得塑封料迅速地填满子沟槽175，并避免出现边缘空洞现象。

在本实施例中，多段沟槽组173沿圆形或矩形分布在芯片130的四周。优选地，防水沟槽呈矩形，每段沟槽组173即构成了该矩形的侧边，通过采用矩形结构，能够保证芯片130位于矩形中心，并使得防水沟槽与芯片130之间的距离可以相同。

在本实施例中，芯片130贴装于基岛111的正面，防水环槽171的开槽面积为基岛111的正面面积的20％-80％。具体地，防水环槽171开设在基岛111的正面，防水环槽171的开槽面积，指的是基岛111的正面凹陷区域的面积，开槽的面积占整个基岛111面积的20％-80％，能够对于开槽的宽度、长度做一定限定。当然，此处防水环槽171的槽宽与槽深度可以根据不同的基岛111尺寸进行确定。

在本实施例中，参见图5和图6，基底引线框架110相对的两侧边缘设置有限位槽113，限位槽113处设置有第一限位凸台115，第一限位凸台115凸设于基底引线框架110的侧壁，塑封体150延伸至基底引线框架110的侧壁，并包覆在限位槽113和第一限位凸台115外。具体地，在实际塑封时，塑封料会进入限位槽113，并包覆在第一限位台外，固化后即使得塑封体150与基底引线框架110之间相互扣合，通过设置限位槽113和第一限位凸台115，有利于注塑后的锁模能力，保证整体的结构强度。

进一步地，基底引线框架110上还设置有限位开口117，限位开口117贯穿基底引线框架110，且限位开口117处设置有第二限位凸台119，第二限位凸台119凸设于基底引线框架110的侧壁，塑封体150延伸至限位开口117，并包覆在第二限位凸台119外。具体地，在实际塑封时，塑封料会进入限位开口117，并包覆在第二限位凸台119外，固化后进一步保证塑封体150与基底引线框架110之间相互扣合。

在本实施例中，基底引线框架110设置于塑封体150的底侧，基底引线框架110远离端子引线框的一侧设置有焊接耳180，焊接耳180的两侧设置有折弯引脚181，折弯引脚181相对焊接耳180朝向塑封体150的顶侧折弯，且折弯引脚181远离基底引线框架110的一端还设置有焊接引脚183，焊接引脚183相对折弯引脚181朝向与塑封体150的顶侧表面相平行的方向折弯。具体地，焊接而一体设置在基底引线框架110上，并且折弯引脚181由焊接耳180的两侧朝上折弯，并在末端相背折弯后形成焊接引脚183。其中焊接引脚183与端子浮岛上的引脚相平齐，从而能够同步设置在基板或母排上。

需要说明的是，本实施例中通过设置折弯引脚181和焊接引脚183，能够在上板时使得塑封体150处于基板与基底引线框架110之间，从而使得金属材质的基底引线框架110上的散热部分远离母排、基板并与外界或散热器接触，可更好的将热量散发至空气中，以提高整理的散热能力。

在本实施例中，端子引线框架190嵌设于塑封体150的部分的表面形成有镀镍层，端子引线框架190外露于塑封体150的部分的表面形成有镀锡层。具体地，在塑封体150内部的端子浮岛采取镀镍的设计来提高与引线之间的键合质量并提高防氧化能力。同时对于位于塑封体150外部的端子引线框架190则采取镀锡的设计，同时在切割时，使得切割端面也形成包锡的形式，增加了与母排或基板之间的可焊接性能，并提高了防氧化能力。

综上所述，本实施例提供了一种功率半导体封装结构100，在基底引线框架110设置有基岛111，将芯片130贴装于基岛111，然后在基底引线框架110上塑封形成塑封体150，塑封体150覆盖基岛111和芯片130，并且，在基岛111上设置有防水环槽171，该防水环槽171设置在芯片130的四周，塑封体150覆盖在防水环槽171外，使得塑封体150与基岛111密封连接。本实施例通过增设防水环槽171，能够使得塑封体150与防水环槽171之间形成密封结构，一方面提升了塑封体150与基岛111之间的接触面积，从而提升了二者之间的结合力，另一方面能够使得塑封体150与基岛111密封连接，阻挡外部的水汽渗透至芯片130，保证了器件性能。并且，通过设置限位槽113、第一限位凸台115、限位开口117以及第二限位凸台119等结构，大幅提升了基底引线框架110的锁模能力，保证了整体的结构强度。此外，通过设计焊接耳180、折弯引脚181和焊接引脚183的结构，能够使得上板后金属材质的基底引线框架110的散热表面远离母排基板并与外界/散热器接触，可更好的将热量散发至空气中，以提高整理的散热能力。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种功率半导体封装结构，其特征在于，包括：

芯片，所述芯片贴装于所述芯片贴装区域；

2.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述防水环槽包括多段间断分布的沟槽组，多段所述沟槽组围设在所述芯片的四周。

3.根据权利要求2所述的功率半导体封装结构，其特征在于，每段所述沟槽组包括至少两个并排设置的子沟槽，相邻的所述子沟槽间隔设置。

4.根据权利要求3所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述子沟槽的截面形状为三角形、U形或矩形。

5.根据权利要求2所述的功率半导体封装结构，其特征在于，多段所述沟槽组沿圆形或矩形分布在所述芯片的四周。

6.根据权利要求1所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述防水环槽的开槽面积为所述芯片贴装区域边缘与所述基岛边缘之间的区域面积的20％-80％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述基底引线框架相对的两侧边缘设置有限位槽，所述限位槽处设置有第一限位凸台，所述第一限位凸台凸设于所述基底引线框架的侧壁，所述塑封体延伸至所述基底引线框架的侧壁，并包覆在所述限位槽和所述第一限位凸台外。

8.根据权利要求7所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述基底引线框架上还设置有限位开口，所述限位开口贯穿所述基底引线框架，且所述限位开口处设置有第二限位凸台，所述第二限位凸台凸设于所述基底引线框架的侧壁，所述塑封体延伸至所述限位开口，并包覆在所述第二限位凸台外。

9.根据权利要求1-6任一项所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述功率半导体封装结构还包括端子引线框架，所述端子引线框架设置在所述基底引线框架的一侧，并部分嵌设于所述塑封体，且所述端子引线框架与所述芯片之间通过键合线连接，所述键合线包覆在所述塑封体内。

10.根据权利要求9所述的功率半导体封装结构，其特征在于，所述基底引线框架远离所述端子引线框的一侧设置有焊接耳，所述焊接耳的两侧设置有折弯引脚，所述折弯引脚相对所述焊接耳朝向所述塑封体背离所述基底引线框架的一侧的方向折弯，且所述折弯引脚远离所述基底引线框架的一端还设置有焊接引脚，所述焊接引脚相对所述折弯引脚朝向与所述塑封体背离所述基底引线框架的一侧表面相平行的方向折弯。