CN109904135A - 一种碳化硅器件的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳化硅器件的封装结构，包括其上布置有碳化硅器件的散热片、包覆碳化硅器件和散热片的铸模以及包括引脚的引线框架，碳化硅器件通过铜片与引线框架连接。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件封装技术领域。更具体地，涉及一种碳化硅器件的封装结构。
背景技术
碳化硅材料具有禁带宽度宽、热导率高、饱和漂移速度大和临界击穿电场高等独特优点，因为优良的物理和电学特性，碳化硅材料成为制作高功率、高频率、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。以SiC材料制备的电力电子器件是电力电子技术最为重要的发展方向，在军事和民事领域具有重要的应用前景。
然而，同样因为其物理和电学特性，碳化硅功率器件一般工作在大电流高功率条件下，一个限制实现碳化硅及其它宽禁带半导体材料这种潜能的主要因素是可以提高电流输运能力的封装结构，尤其是那些能量变换应用中需求大电流和高压工作的场合。
传统的分立功率器件封装技术常常采用铅或无铅焊接合金把器件的一个端面贴合在热沉衬底上，另外的端面与铝线或金线键合在一起。因为工艺简单，成本低的优势。但由于所采用的键合金属线(铝线或金线)很细(典型的直径为2-5mils)，参照图1所示的现有技术的封装结构，这种封装技术使器件限制在相当低的电流下工作，低频功率转换器中，并联这些封装形式的器件也许可以提高***的电流处理能力但在高能量密度和高性能功率电子***中，由于不可避免的大的寄生阻抗，这种方法往往是不可行的。
因此，需要提供一种碳化硅器件的封装结构，通过该封装结构能有效的提升电流传输能力，提高产品整体效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅器件的封装结构。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种碳化硅器件的封装结构，包括其上布置有碳化硅器件的散热片、包覆碳化硅器件和散热片的铸模以及包括引脚的引线框架，碳化硅器件通过铜片与引线框架连接。
优选地，碳化硅器件通过铜片键合与引脚框架连接。
优选地，铜片通过腐蚀或者冲压工艺形成。
优选地，铜片的形状根据碳化硅器件的开窗尺寸、碳化硅器件的厚度、碳化硅器件与铜片之间的焊层材料的厚度以及引脚的焊接区的尺寸设定。
优选地，铜片的宽度和厚度根据碳化硅器件的额定电流值设定。
优选地，散热片和碳化硅器件之间的焊层材料与铜片和碳化硅器件之间的焊层材料相同。
优选地，散热片和碳化硅器件之间的焊层材料与铜片和碳化硅器件之间的焊层材料均为锡铅焊料。
优选地，焊层材料为Sn10Pb88Ag2或者Sn5Pb92.5Ag2.5。
优选地，其特征在于，铸模由耐温200℃以上高温的热塑性聚合材料制备。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案提供一种适用于碳化硅器件的封装结构，通过该封装结构能有效的提升电流传输能力，提高产品整体效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出现有技术的碳化硅器件封装结构；
图2示出本发明实施例中一种碳化硅器件封装结构；以及
图3示出根据本申请的碳化硅器件封装结构的封装流程。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
应理解，申请文件中的包含、包括、具有均为开式的，表示包括但不限于。说明书中所述的序数词第一、第二等只是为了描述的清楚，而不是为了限制元件、部件或组件等的顺序，即，描述为第一元件、部件和组件以及第二元件、部件或组件也可以表述为第二元件、部件和组件以及第一元件、部件或组件。
如图2所示，图中示出了根据本申请实施例的碳化硅器件封装结构20。如图所示，在本实施例中，碳化硅器件封装结构20包括散热片203、包括引脚的引线框架205和铸模207，其中，待封装的碳化硅器件布置在散热片203上。在本实施例中，通过铜片209将碳化硅器件与引线框架205连接。优选地，通过铜片键合使碳化硅器件与引线框架205连接。
在本申请的实施例中，铜片209可以为通过腐蚀或冲压工艺形成的铜片。铜片并不限于特定的形状，其取决于碳化硅器件的具体设计参数，具体地，铜片的形状取决于碳化硅器件的开窗尺寸、器件厚度、碳化硅器件与铜片209之间的焊层材料的厚度以及引脚的焊接区的尺寸。
此外，铜片209的宽度与厚度也并不限定于特定的具体尺寸，本领域技术人员应理解，可以根据所设计的碳化硅器件需要能够承受的电流大小来设计铜片209的宽度和厚度，当所需要承载更大电流时相应地增加铜片209的宽度和厚度，以减小导通电阻、降低热阻。
优选地，在本实施例中，通过焊层材料201将碳化硅器件焊接在散热片203上。散热片203和碳化硅器件之间的焊层材料以及铜片和碳化硅器件之间的焊层材料相同，均可以为锡铅材焊料，以增加焊接的牢固程度。
在本申请的实施例中，通过铜片209而不是金属丝将碳化硅器件与引线框架205连接，可以降低互联导通电阻，在相同的电压电流输出条件下，降低器件的导通损耗，此外，因为铜片209的面积远大于金属丝或其它带状结构，使得本申请的封装结构20比传统工艺散热面积更大，可以有效地将器件产生的热量通过铜片传导出去，从而降低碳化硅器件的热阻，有利于降低器件温升，提升器件的使用寿命。此外，通过铜片而非其他形状可以令增加碳化硅更易定型，增加器件的稳定性。
下面结合图3描述示出的封装流程图进一步描述本申请的碳化硅封装的结构。
在此实施例中，碳化硅器件的厚度为375μm左右，在步骤301中，在散热片203上点焊层材料，并在步骤303中通过焊层材料将碳化硅器件贴装于散热片203上。在步骤305中，将铜片209贴装于碳化硅器件铜片上。优选地，散热片203和碳化硅器件之间的焊层材料以及铜片和碳化硅器件之间的焊层材料相同，均可以为锡铅材焊料，以增加焊接的牢固程度。与芯片焊接层材料相同，可以为锡铅焊料，可选材料有Sn10Pb88Ag2或者Sn5Pb92.5Ag2.5。
接下来在步骤307中，碳化硅器件的电极用回流焊接的方式通过铜片209焊接于引线框架205上，完成键合(步骤309)，焊接后洗净焊剂。
在步骤311中，将塑封材料升温化为液态，该塑封材料为耐温200℃以上的热塑性聚合材料，比如聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二酯等材料。具体地，通过加压使液态塑封材料注入模具中，将塑封材料在模具中固化成型，形成铸模207。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种碳化硅器件的封装结构，包括其上布置有碳化硅器件的散热片、包覆所述碳化硅器件和所述散热片的铸模以及包括引脚的引线框架，其特征在于：
所述碳化硅器件通过铜片与所述引线框架连接。
2.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述碳化硅器件通过铜片键合与引脚框架连接。
3.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述铜片通过腐蚀或者冲压工艺形成。
4.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述铜片的形状根据所述碳化硅器件的开窗尺寸、碳化硅器件的厚度、所述碳化硅器件与所述铜片之间的焊层材料的厚度以及所述引脚的焊接区的尺寸设定。
5.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述铜片的宽度和厚度根据所述碳化硅器件的额定电流值设定。
6.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述散热片和所述碳化硅器件之间的焊层材料与所述铜片和所述碳化硅器件之间的焊层材料相同。
7.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述散热片和所述碳化硅器件之间的焊层材料与所述铜片和所述碳化硅器件之间的焊层材料均为锡铅焊料。
8.如权利要求6所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，所述焊层材料为Sn10Pb88Ag2或者Sn5Pb92.5Ag2.5。
9.如权利要求1所述的碳化硅器件的封装结构，其特征在于，其特征在于，所述铸模由耐温200℃以上高温的热塑性聚合材料制备。
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