TWI752811B

TWI752811B - 雙電晶體熱電分離封裝結構

Info

Publication number: TWI752811B
Application number: TW110103178A
Authority: TW
Inventors: 顏宗賢; 王興燁; 沈峰睿; 吳家榮
Original assignee: 鴻鎵科技股份有限公司
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2022-01-11
Also published as: TW202230659A

Abstract

一種雙電晶體熱電分離封裝結構，包括有一基板，其設有第一、第二、第三、第四導電部及一散熱片，第一導電部具有一第一接點及一汲極輸出接點，第二導電部具有一第二接點及一源極輸出接點，第三導電部具有一第三接點及一閘極輸出接點，第四導電部具有一第四接點。一第一電晶體以其汲極連接第一接點，閘極連接第二接點，源極連接第四接點。一第二電晶體以其源極連接第二接點，閘極連接第三接點，汲極連接第四接點。基板於對應第一電晶體或第二電晶體的位置設有一穿孔，散熱片並伸入穿孔且與第一電晶體或第二電晶體接觸。

Description

雙電晶體熱電分離封裝結構

本發明與半導體元件封裝結構有關，尤指一種雙電晶體的封裝結構。

半導體元件在現代科技生活中的應用已非常廣泛，各式電子裝置都是利用半導體元件產生作用。半導體元件的內部結構，如新型專利M511679號所揭示者，係包括有一個或一個以上的電晶體，其設置在一基板上，各電晶體藉由導線將其汲極、閘極及源極電性連接至基板的接腳，而構成封裝結構。惟電晶體在工作時會產生熱，這些熱會經由導熱性質高的金屬導線及接腳傳遞出去，使金屬導線及接腳的溫度上升。然而金屬導線及接腳做為電性傳導的構件，其溫度上升將會導致電晶體的工作效能急遽降低。

另一種半導體元件，如發明專利I698969號所揭示者，係於基板下方設置一散熱背板以達散熱降溫之目的，據此維持電晶體的正常運作效能。惟此習知結構中，雖然有散熱背板可以輔助散熱，但電晶體所產生的熱仍須先經由金屬導線及接腳傳遞至基板，才會再透過散熱背板將熱導出，故而金屬導線及接腳的溫度仍高，電晶體的工作效能仍受到影響。

有鑑於此，如何改進上述問題即為本發明所欲解決之首要課題。

本發明之主要目的在於提供一種雙電晶體熱電分離封裝結構，其利用散熱片導出電晶體工作時所產生的熱，避免導線發熱而影響電晶體的工作效能。

為達前述之目的，本發明提供一種雙電晶體熱電分離封裝結構，其包括有：一基板，其定義具有一正面及一背面；一設於該基板內部之第一導電部，其一端延伸至該正面形成有一第一接點，且另一端延伸至該背面形成有一汲極輸出接點；一設於該基板內部之第二導電部，其一端延伸至該正面形成有一第二接點，且另一端延伸至該背面形成有一源極輸出接點；一設於該基板內部之第三導電部，其一端延伸至該正面形成有一第三接點，且另一端延伸至該背面形成有一閘極輸出接點；一設於該基板正面之第四導電部，其設有一第四接點；一第一電晶體，其具有一第一汲極、一第一閘極及一第一源極，其中該第一汲極連接該第一接點，該第一閘極連接該第二接點，該第一源極連接該第四接點；一第二電晶體，其具有一第二汲極、一第二閘極及一第二源極，其中該第二源極連接該第二接點，該第二閘極連接該第三接點，該第二汲極連接該第四接點；一設於該基板背面之散熱片，該基板於對應該第一電晶體或該第二電晶體的位置設有一穿孔，該散熱片並伸入該穿孔且與該第一電晶體或該第二電晶體接觸。

較佳地，該第一電晶體為氮化鎵高電子遷移率電晶體，該第一汲極以導線連接該第一接點，該第一閘極以導線連接該第二接點，該第一源極以導線連接該第四接點。上述該氮化鎵高電子遷移率電晶體包括有依序相疊之一第一氮化鎵窄禁帶層、一氮化鋁鎵寬禁帶層、一第二氮化鎵窄禁帶層、一緩衝層、一基層及一背鍍金屬層。

更進一步地，該穿孔設於該基板對應該第一電晶體的位置。

較佳地，該第二電晶體為金屬氧化物半導體場效電晶體，該第二汲極直接連接該第四接點，該第二源極以導線連接該第二接點，該第二閘極以導線連接該第三接點。

較佳地，該第一電晶體及該第二電晶體分別以一封裝膠密封。

上述該封裝膠為黑色矽膠或黑色環氧樹脂。

較佳地，該源極輸出接點與該汲極輸出接點之距離大於1mm，該閘極輸出接點與該汲極輸出接點之距離大於1mm，且該散熱片與該汲極輸出接點之距離大於0.5mm。

較佳地，該基板為氮化鋁、氧化鋁、樹脂、環氧樹脂成形塑料或環氧玻纖布覆銅箔材質。

本發明之上述目的與優點，不難從以下所選用實施例之詳細說明與附圖中獲得深入了解。

請參閱第１圖至第３圖，所示者為本發明提供之雙電晶體熱電分離封裝結構，包括有一基板１，其以氮化鋁、氧化鋁、樹脂（BT）、環氧樹脂成形塑料（EMC）或環氧玻纖布覆銅箔（FR-4）為材質。該基板１具有一正面１１及一背面１２，該基板１設有自正面１１貫穿至背面１２的一第一穿孔１３、一第二穿孔１４及一第三穿孔１５，並分別以導電材料對應設有一第一導電部２１、一第二導電部２２及一第三導電部２３，其中該第一導電部２１之一端延伸至該基板１之正面１１形成有一第一接點２１１，且另一端延伸至該基板１之背面１２形成有一汲極輸出接點２１２；該第二導電部２２之一端延伸至該基板１之正面１１形成有一第二接點２２１，且另一端延伸至該基板１之背面１２形成有一源極輸出接點２２２；該第三導電部２３之一端延伸至該基板１之正面１１形成有一第三接點２３１，且另一端延伸至該基板１之背面１２形成有一閘極輸出接點２３２。又該基板１之正面１１以導電材料鋪設有一第四導電部２４，其具有一第四接點２４１。

由於電晶體在工作時，汲極輸出接點２１２處會形成高電壓，為了避免影響到電晶體的運作效能，故該源極輸出接點２２２與該汲極輸出接點２１２之距離Ｄ２須大於1mm，且該閘極輸出接點２３２與該汲極輸出接點２１２之距離Ｄ３須大於1mm。

該基板１之正面１１上設有一第一電晶體３及一第二電晶體４，再以一封裝膠１７密封之，該封裝膠１７可為黑色矽膠或黑色環氧樹脂。於本實施例中更進一步地界定該第一電晶體３為氮化鎵高電子遷移率電晶體（GaN HEMT），該第二電晶體４為金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）。如第４圖所示，上述該氮化鎵高電子遷移率電晶體包括有依序相疊之一第一氮化鎵窄禁帶層３４、一氮化鋁鎵寬禁帶層３５、一第二氮化鎵窄禁帶層３６、一緩衝層３７、一基層３８及一背鍍金屬層３９，其中該背鍍金屬層３９可以反射光線，以免電晶體的運作效能受到影響。

該第一電晶體３具有一第一汲極３１、一第一閘極３２及一第一源極３３，其中該第一汲極３１以導線６１連接該第一接點２１１，該第一閘極３２以導線６２連接該第二接點２２１，該第一源極３３以導線６３連接該第四接點２４１。該第二電晶體４具有一第二汲極４１、一第二閘極４２及一第二源極４３，其中該第二汲極４１位於該第二電晶體４之底部而直接連接該第四接點２４１，該第二源極４３以導線６４連接該第二接點２２１，該第二閘極４２以導線６５連接該第三接點２３１。

該基板１設有一第四穿孔１６，其中於本實施例中，該第四穿孔１６之位置係與該第一電晶體３對應。該基板１之背面１２設有一散熱片５，該散熱片５同時延伸進入該第四穿孔１６，並與該第一電晶體３接觸，據以導出該第一電晶體３的熱。上述該散熱片５與該汲極輸出接點２１２之距離須大於0.5mm，以免過熱影響電晶體的運作效能。

於另一實施例中，該第四穿孔之位置可與該第二電晶體對應，則該散熱片延伸進入該第四穿孔時係與該第二電晶體接觸，據以導出該第二電晶體的熱。

藉由上述結構，本發明在實際使用時，該第一電晶體３或該第二電晶體４所產生的熱可經由與其接觸的散熱片５直接導出，而對該第一電晶體３或該第二電晶體４的降溫產生直接且巨大的效果，進而該第一電晶體３或該第二電晶體４上用以導電的金屬導線或接腳等，其溫度可被有效控制在不過高的狀態，據此形成電熱分離、分流的效果，以確保電晶體的工作效能不被高溫影響。

惟以上實施例之揭示僅用以說明本發明，並非用以限制本發明，舉凡等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。

綜上所述，可使熟知本領域技術者明瞭本發明確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰依法提出申請。

1:基板

11:正面

12:背面

13:第一穿孔

14:第二穿孔

15:第三穿孔

16:第四穿孔

17:封裝膠

21:第一導電部

211:第一接點

212:汲極輸出接點

22:第二導電部

221:第二接點

222:源極輸出接點

23:第三導電部

231:第三接點

232:閘極輸出接點

24:第四導電部

241:第四接點

3:第一電晶體

31:第一汲極

32:第一閘極

33:第一源極

34:第一氮化鎵窄禁帶層

35:氮化鋁鎵寬禁帶層

36:第二氮化鎵窄禁帶層

37:緩衝層

38:基層

39:背鍍金屬層

4:第二電晶體

41:第二汲極

42:第二閘極

43:第二源極

5:散熱片

61、62、63、64、65:導線

D1、D2、D3:距離

第１圖為本發明之平面示意圖；第２圖為第１圖中Ａ－Ａ方向之剖面示意圖；第３圖為第１圖中Ｂ－Ｂ方向之剖面示意圖；第４圖為本發明氮化鎵高電子遷移率電晶體之構造示意圖。