CN220856562U - 一种平面型sic芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种平面型SIC芯片结构，属于SIC芯片技术领域，包括:SIC芯片体、导电凸块、金属散热片和框架体,SIC芯片体的表面设有多个导电凸块；金属散热片的第一表面与SIC芯片体的背面焊接,金属散热片的第二表面与引线框焊接；框架体包括多个支撑部和多个引线端子,支撑部的表面与引线端子的内表面焊接形成安装腔；SIC芯片体的表面倒装安装在安装腔内,其导电凸块与引线端子的内表面焊接；密封胶,密封胶填充框架体和SIC芯片体之间的间隙；支撑部之间的间隙构成密封胶的导流通道。能够解决现有技术存在芯片与承载框架之间存在间隙,无法进行可靠的机械固定,也不利于热的传导,影响散热效果的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型属于SIC芯片技术领域，具体而言，涉及一种平面型SIC芯片结构。
背景技术
随着现代科学技术的发展,对电子设备的性能要求越来越高,对其散热dissipation的要求也越来越严格。传统的硅芯片在高功率和高频情况下,其发热量大而散热效率低,已难以满足设备的散热需求。因此,采用新型半导体材料来代替硅芯片,成为了当今研究的热点。
硅碳化物(SIC)是一种新型的宽禁带半导体材料,其禁带宽度约为3.23eV,远大于硅的1.12eV。与硅相比,SIC具有更高的热导率、电导率、击穿电场强度、饱和漂移速率等优异性能。其热导率为硅的3倍,这样可以在较高温度下工作而不会过热。SIC器件具有高温、高频、高功率、抗辐射等特点,非常适合在苛刻的工作环境下使用。
目前,SIC材料已成功应用于新能源汽车、高铁、智能电网、新一代信息技术等领域。但其缺点是成本较高,制备工艺也较为复杂。为了降低成本,采用管芯承载SIC芯片的封装方法已无法满足需求,直接采用平面封装技术被认为是最具发展潜力的封装方式。现有的基于SIC的平面封装结构存在芯片与承载框架之间存在间隙,无法进行可靠的机械固定,也不利于热的传导,影响散热效果的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种平面型SIC芯片结构，能够解决现有的基于SIC的平面封装结构存在芯片与承载框架之间存在间隙,无法进行可靠的机械固定,也不利于热的传导,影响散热效果的技术问题。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型提供一种平面型SIC芯片结构，其中,包括:
SIC芯片体,所述SIC芯片体的表面设有多个导电凸块；
金属散热片,所述金属散热片的第一表面与所述SIC芯片体的背面焊接,所述金属散热片的第二表面与引线框焊接；
框架体,所述框架体包括多个支撑部和多个引线端子,所述支撑部的表面与所述引线端子的内表面焊接形成安装腔；
所述SIC芯片体的表面倒装安装在所述安装腔内,其导电凸块与所述引线端子的内表面焊接；
密封胶,所述密封胶填充所述框架体和SIC芯片体之间的间隙；
所述支撑部之间的间隙构成所述密封胶的导流通道。
在上述技术方案的基础上，本实用新型的一种平面型SIC芯片结构还可以做如下改进:
其中，所述SIC芯片体的导电凸块与所述引线端子的内表面之间焊接有焊层。
其中，所述框架体的表面涂覆有阻焊层。
其中，所述引线端子的内表面印刷有导电银浆。
其中，所述SIC芯片体的背面与所述金属散热片之间焊接有导电银浆。
其中，所述金属散热片的材质为铜或铝。
其中，所述框架体的材质为铜合金。
其中，所述密封胶的材质为环氧树脂。
其中，所述导电凸块的数量为2到1000个。
与现有技术相比较，本实用新型提供的一种平面型SIC芯片结构的有益效果是：本发明采用金属框架直接支撑SIC芯片,可有效提高结构的机械强度,这是塑料框架无法实现的。金属框架的高刚性可以提供足够的支撑作用,确保芯片在运输和使用过程中不会移位或损坏。这对性能参数苛刻的SIC器件尤为重要。金属框架与芯片间实现了直接焊接和良好的机械接触,大大降低了热阻。这样就可以快速导出芯片大量的热量,有效解决SIC器件的热管理问题。同时,合理的框架结构也利于空气对框架的冷却,进一步提高散热效果。芯片与金属框架间实现了低阻抗的金属焊接,取代了胶料粘结,使得芯片产生的大电流可以通过金属框架快速导出,而不会受到胶料电阻的限制。这降低了器件的能量损耗,提高了电能转换效率。采用整体式封装,用封装材料完全填充芯片与框架之间的空隙。这不仅实现了SIC芯片的全面密封保护,也改善了芯片间的绝缘性能。这样可以有效预防馈线短路、漏电流以及接触不良故障的发生。综上所述，本实用新型提供的技术方案能够解决现有的基于SIC的平面封装结构存在芯片与承载框架之间存在间隙,无法进行可靠的机械固定,也不利于热的传导,影响散热效果的技术问题。
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，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种平面型SIC芯片结构的示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、SIC芯片体；10、阻焊层；2、导电凸块；3、金属散热片；4、框架体；5、支撑部；6、引线端子；7、密封胶；8、焊层；9、引线框。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式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方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，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”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设备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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，是本实用新型提供的一种平面型SIC芯片结构的基础实施例，在本实施例中,包括:
SIC芯片体1,SIC芯片体1的表面设有多个导电凸块2；
金属散热片3,金属散热片3的第一表面与SIC芯片体1的背面焊接,金属散热片3的第二表面与引线框9焊接；
框架体4,框架体4包括多个支撑部5和多个引线端子6,支撑部5的表面与引线端子6的内表面焊接形成安装腔；
SIC芯片体1的表面倒装安装在安装腔内,其导电凸块2与引线端子6的内表面焊接；
密封胶7,密封胶7填充框架体4和SIC芯片体1之间的间隙；
支撑部5之间的间隙构成密封胶7的导流通道。
其中，在上述技术方案中，SIC芯片体1的导电凸块2与引线端子6的内表面之间焊接有焊层8。
其中，在上述技术方案中，框架体4的表面涂覆有阻焊层10。
其中，在上述技术方案中，引线端子6的内表面印刷有导电银浆。
其中，在上述技术方案中，SIC芯片体1的背面与金属散热片3之间焊接有导电银浆。
其中，在上述技术方案中，金属散热片3的材质为铜或铝。
其中，在上述技术方案中，框架体4的材质为铜合金。
其中，在上述技术方案中，密封胶7的材质为环氧树脂。
其中，在上述技术方案中，导电凸块2的数量为2到1000个。
下面是本实用新型的具体实施专利：
实施例1:
一种平面型SIC芯片封装结构,其中芯片为一款功率型SIC MOSFET,尺寸为8mm×8mm,厚度0.3mm。芯片表面设有源极、栅极、漏极3个电极,分别为金属材质。散热片为铜材料,厚度2mm,带有轧花结构的散热翅片。框架采用铜合金材料,由多根支撑条焊接而成,支撑条宽2mm,厚1mm,框架高4mm。封装材料为环氧树脂。
将芯片背面与散热片采用银浆焊接；将芯片电极与框架支撑条采用硬焊焊接；用真空注射的方式将环氧树脂充填框架与芯片间隙；在150℃下固化1小时后取出,即得到最终封装结构。
测试结果显示,该封装结构平均工作温度比采用塑料框架降低20℃。输入端阻抗仅为23mΩ,输出端阻抗为19mΩ。能够稳定工作2000小时后,各项电参数无显著劣化。
实施例2:
一种平面型SIC芯片封装结构,其中芯片为一款高频SIC MISFET,尺寸为5mm×5mm,厚度0.2mm。芯片表面设有4个栅极电极和源极、漏极电极,共6个电极。散热片为铝材料,厚度1.5mm,带放射状散热翅片。框架采用铜合金材料,框架高2.5mm。封装材料为硅橡胶。
采用激光焊接芯片与散热片；电极与框架焊接采用银浆烧结。用注射器将硅橡胶充填间隙；在80℃烘烤2小时固化。测试结果显示,该封装结构可稳定工作在220℃,500MHz频率下,输入端阻抗仅35mΩ。
实施例3:
一种平面型SIC芯片封装结构,芯片为一款光伏型SIC二极管,尺寸10mm×30mm,厚度0.5mm,表面设有阳极和阴极2个电极。散热片采用厚度3mm的铜材料。框架采用铜合金材料,高5mm。封装材料为无聚醚环氧树脂。
采用硬焊连接芯片与散热片,电极与框架支撑条焊接；用真空浸渍法将环氧树脂充填间隙；在180℃退火2小时固化。测试结果显示,该封装结构能够工作在350℃高温下,输入输出端阻抗小于15mΩ。经受热冲击试验,各项电参数无显著变化。
本实用新型的技术原理：
本实用新型公开的结构的核心在于采用金属框架直接支撑SIC芯片,并与芯片实现可靠的机械固定及电连接,从而实现了SIC芯片的高效散热和高可靠性封装。
1.封装结构
本实用新型的封装结构主要包括SIC芯片、金属散热片、金属框架和封装料四个主要部件。
SIC芯片是封装结构的核心部件。为实现电连接,芯片表面设有多个芯片电极。这些芯片电极一般采用金属材料制成,如铝、金、钨等。芯片电极的数量可根据芯片的输入输出端数量进行设计,一般在2-1000个。
金属散热片用于散发芯片产生的热量,其材料通常采用热导率较大的铜或铝。金属散热片的一面与芯片背面固连,以便传导芯片的热量。另一面设有散热翅片,以增加面积从而提高散热效果。
金属框架用于机械支撑芯片。该框架由多根支撑条和连接条组合焊接形成,用来固定住芯片的位置。框架内部形成装芯片的空腔。支撑条表面与芯片电极形成电连接,将芯片的输入输出端引出。框架通常使用高强度的铜合金材料制成。
封装料用于将芯片、框架间隙完全封装起来。常用的封装料有环氧树脂、硅橡胶等。封装料具有良好的电绝缘性能,可以防止短路。同时也实现了芯片与框架间的整体密封,防止氧化腐蚀。
2.封装方法
该封装结构的制备方法主要包括以下步骤:
(1)在SIC芯片表面制作芯片电极。采用金属沉积和光刻技术,在芯片表面打开窗口,再沉积金属材料,形成电极。
(2)将金属散热片固定在芯片背面。可以采用钎焊、铜箔焊等方法,使芯片背面与散热片之间实现金属连接。
(3)将芯片放入金属框架内,芯片电极与框架支撑条表面进行焊接,固定芯片。采用硬焊的方法,如银硬焊,保证电性能。
(4)把封装料填充入芯片与框架之间的间隙中,进行整体式封装。通过真空注入等方式,使封装料完全填充间隙,实现密封。
(5)固化封装料。如果使用热固性材料,则进行加热固化。此外,也可以选择采用紫外线固化的封装料。
3.工作原理
当SIC芯片工作时,由于高频切换会产生大量的热量。这部分热量从芯片的背面通过金属散热片进行散发,从而实现芯片的散热效果。
芯片上的输入电流会通过芯片电极进入,经金属支撑条引出；输出电流也从金属支撑条传导到电极。金属框架提供了低阻抗的导电通路。封装料起到绝缘和环境保护作用。
本实用新型通过采用金属框架机械支撑芯片,与芯片实现了可靠的机械固定接触和电连接,克服了现有技术中存在的间隙,有效改善了散热性能。与塑料框架相比,金属框架也大大提高了机械强度。
同时,通过合理的结构设计,实现了芯片与框架的整体式封装,用封装料充填了所有的间隙。这不仅提高了密封性,也改善了芯片与框架间的绝缘性能。还降低了制造难度,提高了产品一致性。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种平面型SIC芯片结构，其特征在于,包括:
SIC芯片体,所述SIC芯片体的表面设有多个导电凸块；
金属散热片,所述金属散热片的第一表面与所述SIC芯片体的背面焊接,所述金属散热片的第二表面与引线框焊接；
框架体,所述框架体包括多个支撑部和多个引线端子,所述支撑部的表面与所述引线端子的内表面焊接形成安装腔；
所述SIC芯片体的表面倒装安装在所述安装腔内,其导电凸块与所述引线端子的内表面焊接；
密封胶,所述密封胶填充所述框架体和SIC芯片体之间的间隙；
所述支撑部之间的间隙构成所述密封胶的导流通道。
2.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述SIC芯片体的导电凸块与所述引线端子的内表面之间焊接有焊层。
3.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述框架体的表面涂覆有阻焊层。
4.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述引线端子的内表面印刷有导电银浆。
5.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述SIC芯片体的背面与所述金属散热片之间焊接有导电银浆。
6.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述金属散热片的材质为铜或铝。
7.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述框架体的材质为铜合金。
8.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述密封胶的材质为环氧树脂。
9.根据权利要求1所述的一种平面型SIC芯片结构，其特征在于，所述导电凸块的数量为2到1000个。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |