CN219553614U - 一种半导体电路和散热器 - Google Patents

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冯宇翔
左安超
李强
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Abstract

本实用新型涉及一种半导体电路和散热器,包括散热基板、绝缘层、电路布线层、多个电子元件、多个引脚和密封层,其中散热基板包括安装面和散热面,散热面的表面开设多个平行设置的凹槽,绝缘层设置于安装面,电路布线层设置于绝缘层的表面,电路布线层表面设置多个元件安装位,多个电子元件安装于元件安装位,多个引脚设置在散热基板的至少一侧,且多个引脚的一端和电路布线层连接,密封层包覆散热基板安装电子元件的一面,且包覆多个电子元件,散热基板的另一面从密封层露出,多个引脚的另一端从密封层露出。通过在散热基板的表面设置多个凹槽,针对小型化的设计需求,能增加散热面的散热面积,改善传热效率。

Description

一种半导体电路和散热器
技术领域
本实用新型涉及一种半导体电路和散热器,属于半导体电路应用技术领域。
背景技术
半导体电路是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。为提高半导体电路的散热能力,其表面的塑封采用半包封设计,背面采用裸漏金属基板的方式。随着应用场景的升级,小型化的半导体电路发热密度高,因此封装对散热提出了更高的需求。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是解决现有的小型化半导体电路更高的散热需求。
具体地,本实用新型公开一种半导体电路,半导体电路包括:
散热基板,散热基板包括安装面和散热面,散热面的表面开设多个平行设置的凹槽;
绝缘层,绝缘层设置于安装面;
电路布线层,电路布线层设置于绝缘层的表面,电路布线层表面设置多个元件安装位;
多个电子元件,多个电子元件安装于元件安装位;
多个引脚,多个引脚设置在散热基板的至少一侧,且多个引脚的一端和电路布线层连接;
密封层,密封层包覆散热基板安装电子元件的一面,且包覆多个电子元件,散热基板的另一面从密封层露出,多个引脚的另一端从密封层露出。
可选地,凹槽沿散热面的长度方向间隔排列。
可选地,凹槽的深度为散热基板厚度的1/3至2/3。
可选地,每个凹槽的宽度与设置在相邻凹槽之间凸台顶部宽度基本相同。
可选地,电路布线层的表面还设置有绿油层。
可选地,半导体电路还设置有多跟键合线,键合线连接于多个电子元件、电路布线层、多个引脚之间。
本实用新型还提出一种适配上述的半导体电路的散热器,散热器包括:
金属材质的散热本体;
散热鳍片,散热鳍片设置在散热本体的一面;
散热本体相对的另一面还设置有与多个凹槽配合的多个平行排布的凸条。
可选地,多个凸条设置在散热本体的表面的中部,且多个凸条间隔均匀设置。
可选地,散热本体的表面还设置有至少两个安装孔,安装孔分别设置在凸条的两端。
本实用新型的半导体电路,包括散热基板、绝缘层、电路布线层、多个电子元件、多个引脚和密封层,其中散热基板包括安装面和散热面,散热面的表面开设多个平行设置的凹槽,绝缘层设置于安装面,电路布线层设置于绝缘层的表面,电路布线层表面设置多个元件安装位,多个电子元件安装于元件安装位,多个引脚设置在散热基板的至少一侧,且多个引脚的一端和电路布线层连接,密封层包覆散热基板安装电子元件的一面,且包覆多个电子元件,散热基板的另一面从密封层露出,多个引脚的另一端从密封层露出。通过在散热基板的表面设置多个凹槽,针对小型化的设计需求,能增加散热面的散热面积,改善传热效率。
附图说明:
图1为本实用新型实施例的半导体电路内部电路简化电路原理图;
图2为本实用新型实施例的半导体电路的PFC驱动芯片的内部电路框图;
图3为本实用新型实施例的半导体电路应用的PFC电路的典型电路原理图;
图4为本实用新型实施例的半导体电路去掉密封层后露出散热基板的平面示意图;
图5为本实用新型实施例的半导体电路的俯视图;
图6为图5中X1-X1’方向的剖视图。
附图标记:
半导体电路100,散热基板10,凹槽11,绝缘层20,电路布线层30,键合线40,电子元件50,引脚70,密封层90,驱动芯片110,逆变电路120,散热器200,散热本体210,凸条211,安装孔212,散热鳍片220。
具体实施方式
需要说明的是,在结构或功能不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据实例来详细说明本实用新型。
本实用新型提到的半导体电路,是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起,并在外表进行密封封装的一种电路模块,在电力电子领域应用广泛,如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称,如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System,MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module,IPM),或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。
本实用新型提出一种半导体电路100,如图1至图4,半导体电路100包括散热基板10、绝缘层20、电路布线层30、多个电子元件50、多个引脚70和密封层90。其中散热基板10包括安装面和散热面,散热面的表面开设多个平行设置的凹槽11,绝缘层20设置于安装面,电路布线层30设置于绝缘层20的表面,电路布线层30表面设置多个元件安装位,多个电子元件50安装于元件安装位,多个引脚70设置在散热基板的至少一侧,且多个引脚70的一端和电路布线层30连接,密封层90包覆散热基板安装电子元件50的一面,且包覆多个电子元件50,散热基板的另一面从密封层90露出,多个引脚70的另一端从密封层90露出。
由于多个电子元件50中包含发热较大的功率器件如开关管,具体开关管可以是IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)或者MOS管(metaloxide semiconductor,金属氧化物半导体),也包括快恢复二极管,这是功率器件工作电流大(可达10A以上),发热大,而应对目前应用的控制器的小型化需求,半导体电路100对应也有集成度高的小型化趋势,对体积较小而功率不变的半导体电路,其发热密度更高,因此发热更大。为解决散热问题,安装在半导体电路的散热基板的散热面的散热器的传热效率尤为重要,传统的半导体电路的散热基板较薄,且散热面为水平面,散热器安装在散热面上时,一般由固定件通过半导体电路两端的安装孔固定于散热器上。而散热面由于小型化需求相对非小型化的面积要缩小,因此影响到与散热器之间的传热效率,从而带来半导体电路的散热不充分导致温升过高问题。本实用新型的半导体电路100的散热基板10加厚,且在散热面开设多个平行设置的凹槽11,具体如图2所示。因此多个凹槽11使得原来的散热面的散热面积增大,以此增大与散热器的接触面积,从而改善传热效率。而且由于通过开设多个凹槽11,使得安装到散热器上时,方便通过凹槽11进行定位,从而提升了控制器的生产制造效率。
在本实用新型的一些实施例中,如图2所示,凹槽11沿散热面的长度方向间隔排列。相对沿散热面的宽度方向排列,使得在同等增加散热面积的情况下,凹槽11的数量减少,从而方便凹槽11的加工。
在本实用新型的一些实施例中,凹槽11的深度为散热基板10厚度的1/3至2/3。为了兼顾开槽带来的散热面积提升以及散热基板10的硬度,凹槽11的深度需要选择一个合适的尺寸,上述的尺寸范围可以做到二者的兼顾,在图3中,凹槽11的深度H1约为散热基板10厚度H2的2/5。而且进一步地,多个凹槽11是间隔均匀排布,其凹槽11的宽度D1与设置在相邻凹槽11之间凸台顶部宽度D2基本相同,从而进一步方便加工。
在本实用新型的一些实施例中,如图1至图4所示,散热基板10可以由1100、5052等材质的铝构成的矩形板材,绝缘层20由环氧树脂等树脂材料制成,并在树脂材料内部填充氧化铝和碳化铝等填料,以提高热导率。为了提高热导率,填料可采用角形,为了规避填料损坏电子元件50表面的风险,填料可采用球形或者角形与球形混合型。电路布线层30可以是铜箔蚀刻形成,也可以是膏状导电介质印刷形成,导电介质可以是石墨烯、锡膏、银胶等导电材料。电路布线层30的表面设置有多个元件安装位,以安装多个电子元件50,电子元件50包括功率器件和驱动芯片,其中功率器件包括开关管如IGBT管(Insulated GateBipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)或者MOS管(metal oxide semiconductor,金属氧化物半导体),在本实施例中为IGBT管,也包括快恢复二极管。功率器件的大发热量大,为了进一步提升功率器件和散热基板10之间的传热效率,还可以在功率器件和电路布线层30之间安装有金属材质制成的辅助散热器200。引脚70一般采用铜等金属制成,铜表面通过化学镀和电镀形成一层镍锡合金层,合金层的厚度一般为5μm,镀层可保护铜不被腐蚀氧化,并可提高可焊接性。引脚70的一端固定在靠近散热基板的两侧或者一侧长边。密封层90可通过传递模方式使用热硬性树脂模制也可使用注入模方式使用热塑性树脂模制,密封层90只密封散热基板的安装电子元件50的一面,另一面的散热面露出,以与外置的散热器200进行配合。
进一步地,在电路布线层30的未设置元件安装位和焊盘的表面还设置有一层较薄的绿油层(图中未示出),其起到防止电路布线层30的走线之间发生短路,还起到防止电路布线层30的表面氧化、污染,以此起到保护作用。
在本发明的一些实施例中,如图2和图3所示,半导体电路100还包括多根键合线40,键合线40连接于多个电子元件50、电路布线层30、多个引脚70之间。如键合线40可以连接电子元件50和电子元件50,也可以连接电子元件50和电路布线层30,还可以是连接电子元件50和引脚70,以及电路布线层30和引脚70。电子元件50为上述实施例提到的功率器件如IGBT、续流二极管、以及驱动芯片110、以及其它如电阻、电容等。键合线40通常为金线、铜线、金铜混合线、38 μm或者38 μm以下细键合线40、100 μm或100 μm以上的粗键合线40。
在本发明的一些实施例中,如图4所示,半导体电路100的内部简化电路图如该图所示,电路布线层30和安装于电路布线层30上的电子元件50组成该电路,电路包括主要有驱动芯片110组成的驱动电路,以及逆变电路120。其中逆变电路120120包括3组逆变模块,每组逆变模块包括两个三极晶体管,其中Q1与Q4为一组,Q2与Q5为一组,Q3与Q6为一组,每组两个三极晶体管分为上桥臂和下桥臂,其中三极晶体管Q1为上桥臂,三极晶体管Q4为下桥臂,三极晶体管Q2为上桥臂,三极晶体管Q5为下桥臂,三极晶体管Q3为上桥臂,三极晶体管Q6为下桥臂,上桥臂的三极晶体管Q1的漏极与模块的高压输入端P连接,上桥臂的三极晶体管Q1的源极与下桥臂的三极晶体管Q4的漏极连接,下桥臂的三极晶体管Q4的源极与半导体电路100的引脚70U端连接,三极晶体管Q2的栅极与驱动芯片110相连,三极晶体管Q5的栅极与驱动芯片110相连;上桥臂的三极晶体管Q2的漏极与半导体电路100的高压输入端P连接,上桥臂的三极晶体管Q2的源极与下桥臂的三极晶体管Q5的漏极连接,下桥臂的三极晶体管Q5的源极与半导体电路100的外引脚70V端连接,三极晶体管Q2的栅极与驱动芯片110相连,三极晶体管Q5的栅极与驱动芯片110相连;上桥臂的三极晶体管Q3的漏极与半导体电路100的高压输入端P连接,上桥臂的三极晶体管Q3的源极与下桥臂的三极晶体管Q6的漏极连接,下桥臂的三极晶体管Q6的源极与半导体电路100的外引脚70W端连接,三极晶体管Q3的栅极与驱动芯片110相连,三极晶体管Q6的栅极与驱动芯片110相连。三极晶体管为IGBT晶体管、逆导型IGBT晶体管或MOSFET晶体管中的一种。
本实用新型还提出一种适配上述实施例提到的半导体电路100的散热器200,如图5和图6所示,如图5所示,该散热器200包括金属材质的散热本体210,在散热本体210的一面设置散热鳍片220,散热本体210的相对的另一面还设置有与多个凹槽11配合的多个平行排布的凸条211。其中凸条211的宽度和高度与半导体电路100的散热基板10上的凹槽11的尺寸对应,使得半导体电路100安装到散热器200上时,凸条211的顶面和侧面分别与凹槽11的底面和侧面相接触,从而实现良好的热传递,具体如图6所示。为了加强传热效率,还可在二者的接触面上涂覆导热材料如硅脂。
进一步地,在本发明的一些实施例中,如图5所示,多个凸条211设置在散热本体210表面的中部,且凸条211间隔均匀设置。如此,使得半导体电路100安装于散热器200的中部区域,凸条211的间隔均匀设置,方便凸条211的加工,也有利于二者的配合安装。在散热器200的位于凸条211的两端,还可设置安装孔212,两端至少各设置一个,安装孔212内可设置螺纹,这样方便进一步通过固定件如螺杆将半导体电路100固定于散热器200的表面。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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,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”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,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,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种半导体电路,其特征在于,包括:
散热基板,所述散热基板包括安装面和散热面,所述散热面的表面开设多个平行设置的凹槽;
绝缘层,所述绝缘层设置于所述安装面;
电路布线层,所述电路布线层设置于所述绝缘层的表面,所述电路布线层表面设置多个元件安装位;
多个电子元件,所述多个电子元件安装于所述元件安装位;
多个引脚,所述多个引脚设置在所述散热基板的至少一侧,且所述多个引脚的一端和所述电路布线层连接;
密封层,所述密封层包覆所述散热基板安装所述电子元件的一面,且包覆多个所述电子元件,所述散热基板的另一面从所述密封层露出,所述多个引脚的另一端从所述密封层露出。
2.根据权利要求1所述的半导体电路,其特征在于,所述凹槽沿所述散热面的长度方向间隔排列。
3.根据权利要求1所述的半导体电路,其特征在于,所述凹槽的深度为所述散热基板厚度的1/3至2/3。
4.根据权利要求3所述的半导体电路,其特征在于,每个所述凹槽的宽度与设置在相邻所述凹槽之间凸台顶部宽度基本相同。
5.根据权利要求1所述的半导体电路,其特征在于,所述电路布线层的表面还设置有绿油层。
6.根据权利要求1所述的半导体电路,其特征在于,所述半导体电路还设置有多跟键合线,所述键合线连接于多个所述电子元件、所述电路布线层、多个所述引脚之间。
7.一种适配所述如权利要求1至6任意一项所述的半导体电路的散热器,其特征在于,包括:
金属材质的散热本体;
散热鳍片,所述散热鳍片设置在所述散热本体的一面;
所述散热本体相对的另一面还设置有与所述多个凹槽配合的多个平行排布的凸条。
8.根据权利要求7所述的散热器,其特征在于,所述多个凸条设置在所述散热本体的表面的中部,且所述多个凸条间隔均匀设置。
9.根据权利要求7所述的散热器,其特征在于,所述散热本体的表面还设置有至少两个安装孔,所述安装孔分别设置在所述凸条的两端。
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