TW201546991A - 功率器件 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種功率器件，其包括有一框架、一晶片及一封裝體，其中，所述框架包括有一載片、至少一位於所述載片上方的第一散熱片及至少一連結所述載片邊緣和第一散熱片邊緣的側板；所述晶片設置於所述載片上且處於所述第一散熱片的正下方，並通過引線而與所述框架的引腳形成電氣連接；所述封裝體包覆所述載片、第一散熱片、側板及晶片。藉由該第一散熱片及側板的設置，增加了整個器件的散熱面積，提高了功率器件的散熱效果，同時，使得該晶片處於由載片、第一散熱片及側板所圍成的空間中，可以遮罩外部電場，防止外部電磁輻射對於晶片的干擾，如此，有利於保證功率器件的工作性能，並延長功率器件的使用壽命。

Description

功率器件
本發明涉及半導體技術領域，尤其是指一種具有良好的散熱和抗電磁干擾性能的功率器件。
作為電子行業應用最為廣泛的電氣元件之一，功率器件正沿著大功率化、高頻化、高集成化的方向發展，故而，其是否具有良好的散熱和抗電磁干擾設計就成為了影響功率器件工作性能和使用壽命的關鍵因素。圖1為現有技術的功率器件的結構示意圖，該功率器件包括有一散熱片10、一設置於該散熱片10之上且與該散熱片10絕緣隔離的載片11、一通過焊錫12而設置於該載片11上的晶片13及一包覆該載片11和晶片13的封裝體14，其中，該晶片13通過引線15而與引腳16形成電氣連接。此類結構的功率器件存在如下兩方面的問題：一者，晶片13工作時所產生的熱量主要通超載片11並經由散熱片10而散發出去，由於受到載片11和散熱片10的尺寸限制，且散熱途徑單一，導致功率器件的散熱效果不佳；二者，功率器件並未設計有遮罩結構以防止外部電磁輻射對於晶片13的電磁干擾，外部電磁輻射容易對晶片13的工作造成負面影響。
故而，有需要對現有功率器件的結構進行改善，以滿足市場上的使用需求。
本發明在於解決現有功率器件所存在的散熱和抗電磁干擾性能不佳的技術問題，提供一種具有良好散熱效果、可有效防止外部電磁干擾的功率器件。
為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案：一種功率器件，包括有一框架、一晶片及一封裝體，其中，所述框架包括有一載片、至少一位於所述載片上方的第一散熱片及至少一連結所述載片邊緣和第一散熱片邊緣的側板；所述晶片設置於所述載片上且處於所述第一散熱片的正下方，並通過引線而與所述框架的引腳形成電氣連接；所述封裝體包覆所述載片、第一散熱片、側板及晶片。
上述功率器件中，自所述第一散熱片的邊緣向下延伸形成有至少一側翼片。
上述功率器件中，所述側翼片的下端抵接於所述載片。
上述功率器件中，所述封裝體對應於所述第一散熱片的上表面處形成有一開口，以露出所述第一散熱片的上表面。
上述功率器件中，所述框架採用金屬材料製備。
上述功率器件中，所述框架採用銅製備。
上述功率器件中，自所述載片的後邊緣向上延伸而形成所述側板，自所述側板的上邊緣向前延伸而形成所述第一散熱片。
上述功率器件中，所述第一散熱片的左右邊緣分別向下延伸而各形成有一側翼片。
上述功率器件中，所述功率器件還包括有一第二散熱片，所述載片設置於所述第二散熱片之上，並於所述載片和第二散熱片之間形成一絕緣層。
上述功率器件中，所述絕緣層的厚度為0.3~0.8mm。
本發明的有益技術效果在於：藉由該第一散熱片及側板的設置，增加了整個器件的散熱面積，提高了功率器件的散熱效果，同時，使得該晶片處於由載片、第一散熱片及側板所圍成的空間中，可以遮罩外部電場，防止外部電磁輻射對於晶片的干擾，如此，有利於保證功率器件的工作性能，並延長功率器件的使用壽命。
為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構，特徵及其他目的，玆以如后之較佳實施例附以圖式詳細說明如后，惟本圖例所說明之實施例係供說明之用，並非為專利申請上之唯一限制者。
請配合參閱圖2至圖4，在一些實施例中，該功率器件包括有一框架20、一晶片30及一封裝體40，其中，該框架20包括有一載片21、一位於該載片21上方的第一散熱片22及一連結該載片21邊緣和第一散熱片22邊緣的側板23，該晶片30設置於該載片21上且處於該第一散熱片22的正下方，並通過引線31而與該框架20的引腳24形成電氣連接，該封裝體40包覆該載片21、第一散熱片22、側板23及晶片30。一般地，該晶片30通過接觸部500固定於該載片21之上。
在一些實施例中，自該載片21的後邊緣210向上延伸而形成該側板23，再自該側板23的上邊緣230向前延伸而形成該第一散熱片22，三者的厚度相同。該框架20可選用諸如銅、銀、鋁、鋁合金等之類的金屬材料製備，優選可為銅。在附圖所示的實施例中，根據框架20的結構，選用合適的金屬板沖切裁成所需形狀，如圖4所示，再將側板23、第一散熱片22依次折疊而形成本發明的框架20，並在封裝完畢後，裁切去除引腳24之間的連筋24’。
採用如上述結構的框架20，藉由該第一散熱片22及側板23的設置，增加了整個器件的散熱面積，提高了功率器件的散熱效果，同時，使得該晶片30處於由載片21、第一散熱片22及側板23所圍成的空間中，可以遮罩外部電場，防止外部電磁輻射對於晶片30的干擾，如此，有利於保證功率器件的工作性能，並延長功率器件的使用壽命。
優選地，自該第一散熱片22的邊緣向下延伸形成有至少一側翼片25，藉由該側翼片25的設置，可進一步增加功率器件的散熱面積以提高散熱效果，並進一步提高遮罩外部電場的效果。優選地，該側翼片25的下端250抵接於該載片21，防止在封裝過程中第一散熱片22折疊過度而壓觸到引線31。在如圖2至圖4所示的這些實施例中，自該第一散熱片22的左右邊緣分別向下延伸而各形成有一側翼片25。
在一些優選實施例中，該封裝體40對應於該第一散熱片22的上表面處形成有一開口41，以露出該第一散熱片22的上表面，從而提升該功率器件的散熱效果。在一些實施例中，該封裝體40也可將第一散熱片22完成包覆於其內部，當然，相比於設置有開口41的功率器件，其散熱效果會降低。
根據一些優選的實施例，功率器件還包括有一第二散熱片50，該框架20的載片21設置於該第二散熱片50之上，並藉由該封裝體40而於該載片21和第二散熱片50之間形成一絕緣層42，從而將該載片21絕緣隔離於該第二散熱片50。形成該封裝體40的塑封材料可採用環氧樹脂材料，當然，也可選用現有技術中其他合適的材料，在注射塑封材料以形成該封裝體40時，半熔融狀態的塑封材料注入填滿於該載片21和第二散熱片50之間的間隙，並在冷卻成型後形成該絕緣層42，此絕緣層42也構成該封裝體40的一部分。
該絕緣層42的厚度越大，其絕緣性越好（耐壓性越高），但同時，功率器件的散熱性能則越差。對絕緣層厚度不同的各個功率器件進行測試，得出表1的實驗資料，可知，當絕緣層42的厚度為0.1~0.2mm時，功率器件的散熱性能最好，但絕緣性能最差，而當絕緣層42的厚度為0.9~1.0mm時，第二散熱片50的工作溫度過高，超過功率器件正常工作的最高溫度，故而，絕緣層42的厚度保持在0.3~0.8mm為宜，既實現了絕緣要求又滿足了散熱要求。
在一些優選實施例中，該第二散熱片50與該絕緣層42的接觸部500的側壁處形成有多個半圓孔501，如此，可增加封裝體40與第二散熱片50的接觸面積，增強兩者之間的結合力，保證該第二散熱片50與封裝體40的牢固結合，避免兩者之間的鬆動甚至剝離。在一些實施例中，該半圓孔501的直徑設計為1.5mm，同一側壁處相鄰二半圓孔501之間的距離為1.4mm。
該框架20和第二散熱片50可選用同一或不同金屬材料製備，在一些優選實施例中，基於材料成本、散熱性能和加工性能的綜合考慮，可選用純銅製備框架20，而選用鋁合金製備第二散熱片50。由於該框架20的主體被塑封于該封裝體40之中，其對於製備材料的有著更高的導熱性能的要求，故可選用導熱係數更高的金屬，例如純銅；由於該第二散熱片50的主體大部可裸置於該封裝體40之外，故可選用導熱係數相對次之的金屬，例如鋁合金。鋁合金具有材料成本低、加工性能好、容易對其表面加工處理的優點，適合用於作為第二散熱片50的製備材料。
在如圖2所示的功率器件中，自該載片21的後邊緣向上延伸形成該側板23，再自該側板23的上邊緣向前延伸形成該第一散熱片22，當然，本領域技術人員在此基礎之上可以理解，也可自該載片21的左邊緣和/或右邊緣向上延伸形成側板23，並自該側板23的上邊緣向合適方向延伸而形成第一散熱片22，該第一散熱片22可以是一片，也可以是二片甚至多片。圖5示出了另一些優選實施例的框架20的結構，參閱附圖，自該載片21的左邊緣和右邊緣分別向上延伸而形成有二側板23，自二側板23的上邊緣分別向該載片21的中間處延伸而形成有二第一散熱片22，晶片設置於該載片21之上並處於由第二散熱片22、側板23和載片21圍成的容置空間之中。
下面說明結構如圖2至圖4所示的功率器件的生產流程，在下面的描述中，將如圖2至圖4所示的功率器件稱為RUPAK Ⅰ功率器件，而將與RUPAK Ⅰ功率器件區別僅在於是否設有開口41的功率器件稱為RUPAK Ⅱ功率器件，此兩種功率器件的生產工藝基本相同。顯而易見地，在下面說明的基礎上，本領域技術人員可以清楚理解本發明其他實施例的功率器件的生產工藝。
步驟一：組裝功率器件核心部分。通過焊錫32將晶片30固定於框架20的載片21上，並使用引線31（鍵合線）將晶片30和引腳24進行焊接而形成適當的電氣連接，從而構成功率器件的核心部分。
步驟二：折疊側板23和第一散熱片22，將該第一散熱片22折至該晶片30的正上方。
步驟三：塑封成型。將上述功率器件核心部分和第二散熱片50置放於下模具上，合模（將上模具下壓於下模具上）後將半熔融狀態的塑封材料注入模具中，填滿載片21和第二散熱片50之間的間隙及整個模腔，並在冷卻成型後脫模。由於RUPAK Ⅰ功率器件的封裝體40上形成有一開口41以露出該第一散熱片22的上表面，在塑封時需將該第一散熱片22緊貼於該下模具上，如此該下模具會對該第一散熱片22產生一向上的壓力，容易導致該載片21上翹，而無法保證載片21和第二散熱片50之間的間隙（即絕緣層42的厚度）處於0.3~0.8mm之內，故而，在RUPAK Ⅰ功率器件塑封時，還需在上模具特定位置設計用於抵壓載片21的頂針，藉由該頂針抵壓該載片21而防止載片21上翹。形成該載片21和第二散熱片50之間的絕緣層42，主要依靠下模具用於置放框架20和第二散熱片50的部位的階梯結構實現。
步驟四：針對於RUPAK Ⅰ功率器件，使用流質狀態的塑封材料注入頂針孔，固化成型後封堵頂針孔。
分別選用晶片相同的本發明的RUPAK Ⅰ功率器件、RUPAK Ⅱ功率器件以及現有TO220封裝形式功率器件、TO220F封裝形式功率器件各6只，分別組裝成簡單工作系統，並各自固定於同一型號的散熱器上，然後使用同一控制器設定相同的輸入功率和輸出負載分別驅動四個工作系統運作，並每隔相同一段時間測試每一散熱器相同位置上的溫度，如散熱器的溫度越高，說明同樣環境相同工作時間內消耗同等功率的工作系統散發到散熱器的熱量越多，即工作系統和散熱器構成的系統總熱阻小。圖6示出了各個散熱器的溫升曲線，其中T1為相應於RUPAK Ⅰ功率器件的散熱器的溫升曲線，T2為相應於RUPAK Ⅱ功率器件的散熱器的溫升曲線，T3為相應於TO220封裝形式功率器件的散熱器的溫升曲線，T4為相應於TO220F封裝形式功率器件的散熱器的溫升曲線。從附圖可以看出，TO220F封裝形式功率器件的散熱性能最差，TO220封裝形式功率器件的散熱性能明顯比RUPAK Ⅰ功率器件和RUPAK Ⅱ功率器件的散熱性能差，由於RUPAK Ⅱ功率器件的第一散熱片22全塑封於封裝體40之內，其散熱性能相對於RUPAK Ⅰ功率器件有所不如。可見，本發明的功率器件相比於現有技術的功率器件，其散熱性能有著大幅度的提高。
綜上所述，本創作確實可達到上述諸項功能及目的，故本創作應符合專利申請要件，爰依法提出申請。
10‧‧‧散熱片
11‧‧‧載片
12‧‧‧焊錫
13‧‧‧晶片
14‧‧‧封裝體
15‧‧‧引線
16‧‧‧引腳
20‧‧‧框架
21‧‧‧載片
210‧‧‧後邊緣
22‧‧‧第一散熱片
23‧‧‧側板
230‧‧‧上邊緣
24‧‧‧引腳
24’‧‧‧連筋
25‧‧‧側翼片
250‧‧‧下端
30‧‧‧晶片
31‧‧‧引線
32‧‧‧焊錫
40‧‧‧封裝體
41‧‧‧開口
42‧‧‧絕緣層
50‧‧‧第二散熱片
500‧‧‧接觸部
501‧‧‧半圓孔
[圖1] 係現有功率器件的結構示意圖。  [圖2]係本發明功率器件的剖視結構示意圖。  [圖3]係本發明功率器件的分解結構示意圖。  [圖4] 係本發明功率器件的框架的結構示意圖。  [圖5] 係本發明功率器件的框架的另一些實施例的結構示意圖。  [圖6] 係用於測試不同結構功率器件的散熱器的溫升曲線圖。
20‧‧‧框架
21‧‧‧載片
22‧‧‧第一散熱片
23‧‧‧側板
24‧‧‧引腳
25‧‧‧側翼片
30‧‧‧晶片
31‧‧‧引線
32‧‧‧焊錫
40‧‧‧封裝體
41‧‧‧開口
50‧‧‧第二散熱片
500‧‧‧接觸部
501‧‧‧半圓孔

Claims (10)

  1. 一種功率器件，其特徵在於包括有： 　　 一框架，其包括有一載片、至少一位於所述載片上方的第一散熱片及至少一連結所述載片邊緣和第一散熱片邊緣的側板； 　　一晶片，其設置於所述載片上且處於所述第一散熱片的正下方，並通過引線而與所述框架的引腳形成電氣連接； 　　一封裝體，其包覆所述載片、第一散熱片、側板及晶片。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的功率器件，其特徵在於：自所述第一散熱片的邊緣向下延伸形成有至少一側翼片。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的功率器件，其特徵在於：所述側翼片的下端抵接於所述載片。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的功率器件，其特徵在於：所述封裝體對應於所述第一散熱片的上表面處形成有一開口，以露出所述第一散熱片的上表面。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的功率器件，其特徵在於：所述框架採用金屬材料製備。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的功率器件，其特徵在於：所述框架採用銅製備。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的功率器件，其特徵在於：自所述載片的後邊緣向上延伸而形成所述側板，自所述側板的上邊緣向前延伸而形成所述第一散熱片。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的功率器件，其特徵在於：所述第一散熱片的左右邊緣分別向下延伸而各形成有一側翼片。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的功率器件，其特徵在於：所述功率器件還包括有一第二散熱片，所述載片設置於所述第二散熱片之上，並於所述載片和第二散熱片之間形成一絕緣層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的功率器件，其特徵在於：所述絕緣層的厚度為0.3~0.8mm。
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