CN216928561U - 一种功率半导体器件封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种功率半导体器件封装结构，包括：功率芯片、第一导热板、第一基板、第一底板，第一导热板尺寸大于功率芯片尺寸，且第一导热板对功率芯片产生的热量进行横向热传导和纵向热传导，将传递到第一导热板中的热量分布在整个第一导热板中，并使得功率芯片产生热量的散热路径为第一导热板‑第一基板‑第一底板，同时热量流经第一基板和第一底板时的通道截面面积为第一导热板与第一基板相接触一侧的面积。由于第一导热板尺寸大于功率芯片尺寸，相比于现有封装结构，增大了热流通道截面面积，进而降低了结‑壳热阻，使得所述封装结构具有较小的结‑壳热阻。

Description

一种功率半导体器件封装结构

技术领域

本申请涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种功率半导体器件封装结构。

背景技术

在各类电力***中，如汽车电机驱动器、直流升降压***、光伏逆变***等，广泛使用各类功率半导体器件。

通常情况下，为了便于功率半导体器件与各类电力***进行组装，使用功率半导体器件时，需要将其封装成为封装结构。然而，对于功率半导体器件的封装结构而言，结-壳热阻(功率半导体器件中的功率芯片与底板之间的热阻)是衡量其封装质量的重要指标之一，较低的结-壳热阻能提升封装结构的散热性能，有效降低功率半导体器件的工作温度，避免功率芯片由于温度过高发生损坏，提升功率芯片的可靠性，进而提高封装结构的可靠性。因此，提供一种具有较低结-壳热阻的功率半导体器件封装结构，成为了本领域技术人员的研究重点。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种功率半导体器件的封装结构，该封装结构具有较低结-壳热阻。

为解决上述问题，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种功率半导体器件封装结构，包括：

功率芯片；

第一导热板，所述第一导热板覆盖所述功率芯片第一表面，并且所述第一导热板尺寸大于所述功率芯片的尺寸；

第一基板，所述第一基板覆盖所述第一导热板背离所述功率芯片第一表面的一侧；

第一底板，所述第一底板覆盖所述第一基板背离所述功率芯片第一表面的一侧；

其中，所述第一导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第一导热板中的热量分布在整个所述第一导热板中，且所述第一导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第一导热板、所述第一基板、所述第一底板传递。

可选的，所述第一导热板的横向等效导热系数高于1000W/m·K。

可选的，所述第一导热板为均热板或热管。

可选的，还包括压头，所述压头上开设有与所述功率芯片形状相匹配的凹槽，所述功率芯片嵌于所述凹槽中，且所述压头覆盖所述第一导热板与所述功率芯片相接的一侧表面中除所述功率芯片所在的区域。

可选的，还包括：第二导热板、第二基板、第二底板；

所述第二导热板覆盖所述功率芯片第二表面，所述第二基板覆盖所述第二导热板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二底板覆盖所述第二基板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二导热板为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片尺寸，并且所述功率芯片第二表面与所述功率芯片第一表面相对；

其中，所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板中的热量分布在整个所述第二导热板中，并且所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第二导热板、所述第二基板、所述第二底板传递。

可选的，还包括：第二导热板、第二基板、第二底板、金属引线；

所述功率芯片第二表面具有第一连接点，所述第一基板与所述第一导热板相接的一侧表面具有第二连接点，所述第一连接点与所述第二连接点通过所述金属引线相连，以使得所述功率芯片与所述第一基板通过所述金属引线相连，所述第二导热板覆盖所述功率芯片第二表面除预设区域以外的区域，所述第二基板覆盖所述第二导热板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二底板覆盖所述第二基板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二导热板为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片尺寸，所述第一基板尺寸大于所述第一导热板尺寸，所述功率芯片第二表面与所述功率芯片第一表面相对，所述预设区域为所述第一连接点所在区域，为所述功率芯片和所述第一基板相连提供空间；

其中，所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板中的热量分布在整个所述第二导热板中，并且所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第二导热板、所述第二基板、所述第二底板传递

可选的，还包括：第二导热板、第二基板、第二底板、金属引线、垫片；

所述功率芯片第二表面具有第一连接点，所述第一基板与所述第一导热板相接的一侧表面具有第二连接点，所述第一连接点与所述第二连接点通过所述金属引线相连，以使得所述功率芯片与所述第一基板通过所述金属引线相连，所述垫片位于所述功率芯片第二表面除预设区域以外的区域，所述第二导热板覆盖所述垫片背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二基板覆盖所述第二导热板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二底板覆盖所述第二基板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二导热板为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片尺寸，所述第一基板尺寸大于所述第一导热板尺寸，所述功率芯片第一表面与所述功率芯片第二表面相对，所述预设区域为所述第一连接点所在区域，为所述功率芯片和所述第一基板相连提供空间；

其中，所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板中的热量分布在整个所述第二导热板中，并且所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第二导热板、所述第二基板、所述第二底板传递。

可选的，所述功率芯片包括多个子芯片，位于同一所述第一导热板上，并且所述多个子芯片与所述第一导热板相接的一侧表面共面。

可选的，还包括：塑封体和外部壳体，其中，所述塑封体包覆所述封装结构中的各部件，并且所述封装结构位于所述外部壳体内。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的技术方案包括：功率芯片、第一导热板、第一基板、第一底板，所述第一导热板的尺寸大于所述功率芯片的尺寸，并且所述第一导热板覆盖所述功率芯片第一表面，所述第一基板覆盖所述第一导热板背离所述功率芯片第一表面的一侧，所述第一底板覆盖所述第一基板背离所述功率芯片第一表面的一侧。其中，所述第一导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第一导热板中的热量分布在整个所述第一导热板中，并且所述第一导热板还对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第一导热板、所述第一基板、所述第一底板传递，使得传递到所述第一导热板中的热量能够经过所述第一基板传递到所述第一底板，并通过所述第一底板散出，即所述功率芯片产生热量的散热路径为第一导热板-第一基板-第一底板，使得所述功率芯片不与所述第一基板直接接触传递热量，而是依次通过所述第一导热板、所述第一基板以及所述第一底板进行传递，并且传递到所述第一导热板中的热量分布在整个所述第一导热板中，从而使得热量流经所述第一基板和所述第一底板时的通道截面面积为所述第一导热板与所述第一基板相接触的面积，即使得热量流经所述第一基板和所述第一底板时的通道截面面积为所述第一导热板与所述第一基板相接触一侧的面积。

又由于所述第一导热板的尺寸大于所述功率芯片的尺寸，从而相比于现有封装结构，本申请实施例所提供的封装结构增大了功率芯片产生的热量流经所述第一基板以及所述第一底板时的通道截面面积，即增大了热流通道截面面积，同时第一导热板的厚度较薄，并且所述第一导热板还具有纵向散热能力，使得即便散热路径有所增加，也并不会对所述封装结构的结-壳产生较大影响，从而能够在增大热流通道截面面积的情况下，降低结-壳热阻，使得所述封装结构具有较小的结-壳热阻，有助于保证所述封装结构的工作可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种功率半导体器件封装结构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种功率半导体器件封装结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的再一种功率半导体器件封装结构的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种功率半导体器件封装结构的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的还一种功率半导体器件封装结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，提供一种具有较低结-壳热阻的功率半导体器件封装结构，成为了本领域技术人员的研究重点。

对于功率半导体器件封装结构而言，其结-壳热阻是衡量封装结构封装质量的重要指标之一，较低的结-壳热阻有助于保证封装结构的可靠性。

封装结构结-壳热阻的降低，主要通过改良封装结构、封装材料、封装工艺等实现，例如避免在热传输路径上引入导热系数较低的导热胶，用导热系数较高的氮化铝基板取代氧化铝基板，及用导热系数较高的银烧结工艺代替合金钎料使得功率芯片与基板相接，并使得基板与底板相接。需要说明的是，功率半导体器件的热量主要集中在功率芯片上，并且封装结构的结-壳热阻与热流通道截面面积有关，热流通道截面面积越大，对应的结-壳热阻越小，其中，热流通道截面面积为功率芯片产生的热量穿过基板、底板等层时的通道截面面积。现有封装结构中功率芯片与基板相接，使得功率芯片产生的热量会直接流入基板，再经过基板流入底板，并散出，使得热流通道截面面积为功率芯片与基板相接触的面积，即为功率芯片的面积，从而使得热流通道截面面积同功率芯片与所述基板相接触的面积有关。

因此，上述封装结构虽然一定程度上提高了封装结构的导热系数，但是对于已经制成的功率半导体器件而言，由于其功率芯片大小确定，从而封装结构散热的热流通道截面面积确定，使得结-壳热阻受到热流通道截面面积的限制，进而无法有效降低结-壳热阻。并且，对于增大基板和底板面积的封装结构而言，同理，同样无法有效降低结-壳热阻。

另外，随着半导体器件的小型化，使得功率芯片的尺寸越来越小，例如利用第三代半导体形成的功率芯片，在相同功率的情况下，其面积仅为传统硅基功率芯片的20％，甚至更低，在此情况下，热流通道截面面积更小，使得封装结构的结-壳热阻更大，对封装结构可靠性的影响更大。

基于上述研究的基础上，本申请实施例提供了一种功率半导体器件的封装结构，如图1所示，该封装结构包括：

功率芯片10；

第一导热板21，所述第一导热板21与所述功率芯片10第一表面相接，覆盖所述功率芯片10第一表面；需要说明的是，所述第一导热板21的尺寸大于所述功率芯片10的尺寸，是指所述第一导热板21与所述功率芯片10第一表面平行的平面的尺寸大于所述功率芯片10第一表面的尺寸；还需要说明的是，所述第一导热板21与所述功率芯片10第一表面通过锡膏回流焊或纳米银烧结等工艺实现相接，但本申请实施例对此并不做限定，具体视情况而定；

第一基板31，所述第一基板31与所述第一导热板21背离所述功率芯片10第一表面的一侧相接，覆盖所述第一导热板21背离所述功率芯片10第一表面的一侧，并且通常所述第一基板31的尺寸大于所述第一导热板21的尺寸；需要说明的是，所述第一基板31与所述第一导热板21通过锡膏回流焊或纳米银烧结等工艺实现相接，但本申请实施例对此并不做限定，具体视情况而定；

第一底板41，所述第一底板41与所述第一基板31背离所述功率芯片10第一表面的一侧相接，覆盖所述第一基板31背离所述功率芯片10第一表面的一侧，通常所述第一底板41的尺寸大于等于所述第一基板31的尺寸。需要说明的是，所述第一基板31和所述第一底板41能够传递所述功率芯片10产生的热量，并通过所述第一底板41释放所述功率芯片10产生的热量，进行散热，因此在本申请实施例中，所述第一基板31为导热系数较高的双面覆金属陶瓷基板，如氧化铝覆铜板、氮化铝覆铜板等，所述第一底板41为金属底板。还需要说明的是，所述第一底板41与所述第一基板31通过锡膏回流焊或纳米银烧结等工艺实现相接，但本申请实施例对此并不做限定，具体视情况而定；

其中，所述第一导热板21对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第一导热板21中的热量分布在整个所述第一导热板21中，且所述第一导热板21还对所述功率芯片10产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片10产生的热量依次经所述第一导热板21、所述第一基板31、所述第一底板41传递；需要说明的是，功率芯片10产生的热量传递到所述第一导热板21中时，所述第一导热板21与所述功率芯片10相对的区域温度较高，远离功率芯片10的区域温度逐渐略有降低；还需要说明的是，上述所述的“对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第一导热板21中的热量分布在整个所述第一导热板21中”，并非是指将所述功率芯片10产生的热量全部传输到第一导热板21中，而是指能够将功率芯片10产生的热量传递到第一导热板21中，具体能够将功率芯片10产生的多少热量传递到第一导热板21，取决于第一导热板21自身的性能。

具体的，在本申请实施例中，所述封装结构包括第一导热板21，所述第一导热板21对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导，以将所述功率芯片10产生的热量传递到所述第一导热板21，并使得传递到所述第一导热板21中的热量，分布在整个所述第一导热板21中，即在整个所述第一导热板21中分布。并且所述第一导热板21还对所述功率芯片10产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片10产生的热量依次经所述第一导热板21、所述第一基板31、所述第一底板传递41，即所述第一导热板21既具有横向导热能力又具有纵向导热能力，使得传递到所述第一导热板21中的热量分布在整个第一导热板21中，又使得所述功率芯片10产生的能量能够经过所述第一导热板21传递到所述第一基板31，再传递到所述第一底板41，并通过所述第一底板41散出，使得所述功率芯片10产生热量的散热路径为第一导热板21-第一基板31-第一底板41，从而所述功率芯片10不与所述第一基板31直接接触传递热量，而是通过所述第一导热板21传递到所述第一基板31中。

已知传递到所述第一导热板21中的能量在整个所述第一导热板21中分布，从而使得热量流经所述第一基板31和所述第一底板41时的通道截面面积为所述第一导热板21与所述第一基板31相接触的面积。由于通常第一基板31尺寸相对较大，大于第一导热板21尺寸，从而使得热量流经所述第一基板31和所述第一底板41时的通道截面面积为所述第一导热板21与所述第一基板31相接触一侧的面积。又由于所述第一导热板21的尺寸大于所述功率芯片10的尺寸，使得相比于现有封装结构，本申请实施例所提供的封装结构增大了功率芯片10产生的热量流经所述第一基板31以及所述第一底板41时的通道截面面积，即增大了热流通道截面面积。需要说明的是，本申请实施例所提供的封装结构中的功率芯片10产生热量的散热路径为第一导热板21-第一基板31-第一底板41，而现有封装结构中的功率芯片10产生热量的散热路径为基板-底板，使得本申请提供的封装结构的散热路径有所增加，但是由于封装结构器件尺寸的原因，其各部件厚度通常较薄，进而第一导热板21的厚度较薄，所述第一导热板21还具有纵向散热能力，使得即便散热路径有所增加，也并不会对所述封装结构的结-壳产生较大影响，从而使得所述封装结构在增大热流通道截面面积情况下，能够降低所述封装结构的结-壳热阻，使得所述封装结构具有较小的结-壳热阻，有助于保证所述封装结构的工作可靠性。在上述实施例的基础上，在本申请的一个具体实施例中，封装结构的功率芯片10尺寸为4mm×4mm，第一基板31尺寸为30mm×30mm，厚度为1.4mm，第一底板41尺寸为30mm×30mm，厚度为2mm，所述第一导热板21的尺寸大于所述功率芯片10尺寸，并且略小于所述第一基板31的尺寸，通过有限元建模方法对所述封装结构的结-壳热阻降低效果进行了仿真。结果表明，虽然相对于现有的封装结构，功率芯片10产生热量的散热路径的长度有所增加，但是所述封装结构的结-壳热阻降低了80％以上，说明所述封装结构有效减小了结-壳热阻。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一导热板21的横向等效导热系数高于1000W/m·K，例如所述第一导热板21的横向等效导热系数为10000W/m·K，使得所述第一导热板21具有较强的平面热传导能力，以将所述功率芯片10产生的热量传递到所述第一导热板21中，并使得传递到所述第一导热板21中的热量，在整个所述第一导热板21中分布，且在整个第一导热板21中尽可能较均匀的分布。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一导热板21为均热板或热管，但本申请实施例对此并不做限定，具体视情况而定。其中，所述均热板的材料可以为铜或铝等材料，但是当所述均热板的材料为除铜以外的材料时，需要通过表面镀层等方式使得所述匀热板具有芯片贴装的工艺性，以能够实现功率芯片10与匀热板的相接。例如所述均热板的材料为铝，芯片贴装工艺为锡膏回流焊时，需要在均热板表面镀铜、镀镍、镀锡等。又例如所述均热板的材料为铝，芯片贴装工艺为纳米银烧结时，需要在均热板表面镀铜、镀银等。

需要说明的是，在所述封装结构的制作过程中，将所述功率芯片10、所述第一导热板21、所述第一基板31以及所述第一底板41相接时，会对封装结构进行加热，从而导致所述第一导热板21内部的冷媒受热气化、膨胀等，使得所述第一导热板21产生较大的应力，并作用于功率芯片10和第一基板31上，容易导致功率芯片10和第一基板31发生形变，进而导致所述封装结构损坏。因此在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一导热板21采用结构刚度较高的材料，保证其在较高的工艺温度下不会发生形变，例如铜，以避免所述封装结构损坏。还需说明的是，有时可能因为应用环境的限制等原因，所述封装结构的第一导热板21无法采用刚度较高的材料，为了保证封装结构的可靠性，则需要抵消第一导热板21由于受热产生的应力。因此在本申请的另一个实施例中，如图2所示，所述封装结构还包括压头50，所述压头50上开设有与所述功率芯片10形状相匹配的凹糟，所述功率芯片10嵌于所述凹槽中，并且所述压头50覆盖所述第一导热板21与所述功率芯片10相接的一侧表面中除所述功率芯片10所在的区域，使得所述压头50能够抵消所述第一导热板21由于冷媒受热气化、膨胀等产生的应力，避免所述封装结构损坏。还需要说明的是，所述压头50并非一直压在所述第一导热板21上，而是在加热将所述功率芯片10、所述第一导热板21、所述第一基板31以及所述第一底板41相接时存在，以抵消该过程中所述第一导热板21由于冷媒受热气化、膨胀等产生的应力。

为了进一步减小所述封装结构的结-壳热阻，在申请的一个实施例中，如图3所示，所述封装结构还包括：第二导热板22、第二基板32以及第二基板32，所述第二导热板22覆盖所述功率芯片10第二表面，所述第二导热板22为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片10尺寸，所述第一基板31尺寸大于所述第一导热板21尺寸，并且通常所述第二基板32尺寸大于所述第二导热板22尺寸，所述第二底板42尺寸大于或等于所述第二基板32尺寸；所述功率芯片10第二表面与所述功率芯片10第一表面相对，所述第二基板32覆盖所述第二导热板22背离所述功率芯片10第二表面的一侧，即所述第二基板32与所述第二导热板22背离所述功率芯片10第二表面的一侧相接，所述第二底板42覆盖所述第二基板32背离所述功率芯片10第二表面的一侧，即所述第二底板42与所述第二基板32背离所述功率芯片10第二表面的一侧相接。其中，所述第二导热板22对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导，将所述功率芯片10产生的部分热量传递到所述第二导热板22中，并实现传递到所述第二导热板22中的热量分布在整个所述第二导热板22中，并且所述第二导热板22还对所述功率芯片10产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片10产生的热量依次经所述第二导热板22、所述第二基板32、所述第二底板42传递，使得所述第二导热板22既具有横向导热能力又具有纵向导热能力，使得传递到所述第二导热板22中的热量分布在整个所述第二导热板22中，又使得传递到所述第二导热板22中的热量能够经过所述第二导热板22传递到所述第二基板32，再传递到所述第二底板42，并通过所述第二底板42散出，使得所述功率芯片10产生热量的散热路径还包括第二导热板22-第二基板32-第二底板42，使得所述封装结构为双面散热封装结构。

并且在本申请实施例中，所述第二导热板22尺寸大于所述功率芯片10尺寸，功率芯片10产生的热量流经所述第二基板32以及所述第二底板42时的通道截面面积为所述第二导热板22与所述第二基板32相接触一侧的面积，从而增大了功率芯片10产生的热量流经所述第二基板32以及所述第二底板42时的通道截面面积，与上述第一导热板21降低结-壳热阻同理，使得所述封装结构降低向下的散热路径结-壳电阻的同时，降低向上的散热路径结-壳热阻，从而进一步降低了结-壳热阻。需要说明的是，在本申请实施例中，所述第二基板32为导热系数较高的双面覆金属陶瓷基板，如氧化铝覆铜板、氮化铝覆铜板等，所述第二底板42为金属底板。并且所述第二基板32与所述第二导热板22通过锡膏回流焊或纳米银烧结等工艺实现相接，所述第二底板42与所述第二基板32通过锡膏回流焊或纳米银烧结等工艺实现相接，但本申请实施例对此并不做限定，具体视情况而定。

还需要说明的是，所述第二导热板22覆盖所述功率芯片10第二表面，适用于二极管等无控制极的功率芯片10。当功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极的功率芯片10时，在本申请的另一个实施例中，如图4所示，所述封装结构还包括：第二导热板22、第二基板32、第二底板42、金属引线23；所述功率芯片10第二表面具有第一连接点11，所述第一基板31与所述第一导热板21相接的一侧表面具有第二连接点12，所述第一连接点11与所述第二连接点12通过所述金属引线23相连，以使得所述功率芯片10与所述第一基板31通过所述金属引线23相连，所述第二导热板22与所述功率芯片10第二表面粘接，覆盖所述功率芯片10第二表面除预设区域以外的区域，所述第二导热板22为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片10尺寸，所述第一基板31尺寸大于所述第一导热板21尺寸，并且通常所述第二基板32尺寸大于所述第二导热板22尺寸，所述第二底板42尺寸大于或等于所述第二基板32尺寸，所述功率芯片10第二表面与所述功率芯片10第一表面相对，所述预设区域为所述第一连接点11所在区域，为所述功率芯片10和所述第一基板31相连提供空间；所述第二基板32覆盖所述第二导热板22背离所述功率芯片10第二表面的一侧，即所述第二基板32与所述第二导热板22背离所述功率芯片10第二表面的一侧相接，所述第二底板42覆盖所述第二基板32背离所述功率芯片10第二表面的一侧，即所述第二底板42与所述第二基板32背离所述功率芯片10第二表面的一侧相接。

其中，所述第二导热板22对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导，将所述功率芯片10产生的热量传递到所述第二导热板22，并使得传递到所述第二导热板22的热量，分布在整个所述第二导热板22中，所述第二导热板22还对所述功率芯片10产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片10产生的热量依次经所述第二导热板22、所述第二基板32、所述第二底板42传递，使得所述功率芯片10产生热量的散热路径还包括第二导热板22-第二基板32-第二底板42，进而使得所述封装结构为双面散热封装结构。并且在本申请实施例中，所述第二导热板22尺寸大于所述功率芯片10尺寸，增大了功率芯片10产生的热量流经所述第二基板32以及所述第二底板42时的通道截面面积，与上述第一导热板21降低结-壳热阻同理，使得所述封装结构降低向下的散热路径结-壳电阻的同时，降低向上的散热路径结-壳热阻，从而进一步降低了结-壳热阻。

在上述实施例的基础上，在本申请实施例中，当功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极功率芯片10时，需要将功率芯片10的控制极与所述第一基板31通过金属引线相连，所述预设区域为所述第一连接点11所在的区域，所述第二导热板22与所述功率芯片10第二表面粘接，覆盖所述功率芯片10第二表面除预设区域以外的区域，使得所述第二导热板22与所述功率芯片10第二表面相接时，能够避开功率芯片10控制极(栅极或基极)与金属引线23相连的部分，从而使得所述封装结构能够适用于功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极功率芯片10的情况。并且，已知当功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极功率芯片10时，需要将功率芯片10的控制极与所述第一基板31通过金属引线23相连，从而所述第一基板31同样需要预留与所述金属引线23相连的区域，因此在本申请实施例中，所述第一基板31尺寸大于所述第一导热板21尺寸，以使得所述第一基板31具有与金属引线23相连的区域，从而使得所述封装结构能够适用于功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极功率芯片10的情况。需要说明的是，所述功率芯片10与所述第一基板31可以通过多条金属引线23相连，本申请实施例为简化示意图，仅示出一条，但本申请实施例对所述金属引线23的数量并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，在上述实施例中，当功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极功率芯片10时，为了所述功率芯片10控制极能够通过金属引线23与所述第一基板31相连，所述第二导热板22覆盖所述功率芯片10预设区域，会使得所述第二导热板22与所述功率芯片10之间的位置，存在一定程度的偏移，使得第二导热板22一侧距离所述功率芯片10的距离较大，相对的另一侧距离较小，使得功率芯片10产生的热量传递到所述第二导热板22时，传输到远离功率芯片10一侧的传输距离较长，另一侧传输距离较短。由于热量传输距离越长，导热效果越差，因此当所述第二导热板22与所述功率芯片10之间的位置存在一定程度的偏移时，会存在热量传输距离较大的情况，不利于传递到所述第二导热板22中的热量在整个第二导热板22中分布，进而影响结-壳热阻的降低效果。在本申请的再一个实施例中，如图5所示，所述封装结构还包括：第二导热板22、第二基板32、第二底板42、金属引线23、垫片60；所述功率芯片10第一表面具有第一连接点11，所述第一基板31与所述第一导热板21相接的一侧表面具有第二连接点12，所述第一连接点11与所述第二连接点12通过所述金属引线23相连，所述垫片60覆盖所述功率芯片10第二表面除所述预设区域以外的区域；所述第二导热板22覆盖垫片60背离所述功率芯片10第二表面的一侧，尺寸大于所述功率芯片10尺寸，所述第一基板31尺寸大于所述第一导热板21尺寸，并且通常所述第二基板32尺寸大于所述第二导热板22尺寸，所述第二底板42尺寸大于或等于所述第二基板32尺寸，所述预设区域为所述第一连接点11所在的区域；所述功率芯片10第一表面与所述功率芯片10第二表面相对，所述第二基板32覆盖所述第二导热板22背离所述功率芯片10第二表面的一侧，即所述第二基板32与所述第二导热板22背离所述功率芯片10第二表面的一侧相接，所述第二底板42覆盖所述第二基板32背离所述功率芯片10第二表面的一侧，即所述第二底板42与所述第二基板32背离所述功率芯片10第二表面的一侧相接。其中，所述第二导热板22对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板22中的部分热量分布在整个所述第二导热板22中，并且所述第二导热板22还对所述功率芯片10产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片10产生的热量依次经所述第二导热板22、所述第二基板32、所述第二底板42传递，使得所述封装结构降低向下的散热路径结-壳电阻的同时，降低向上的散热路径结-壳热阻，从而进一步降低了结-壳热阻。

具体的，在本申请实施例中，所述封装结构包括垫片60，所述垫片60位于所述功率芯片10第二表面除所述预设区域以外的区域，所述第二导热板22覆盖所述垫片60背离所述功率芯片10第二表面的一侧，使得所述功率芯片10与所述第二导热板22通过所述垫片60相接，从而使得所述第二导热板22不需要避开所述功率芯片10与所述金属引线23相连的区域，并且所述功率芯片10产生的热量通过垫片60传递到所述第二导热板22中，可以通过控制所述第二导热板22与所述垫片60之间的相对位置，有助于所述功率芯片10产生的热量传递到所述第二导热板22中，进而有助于保证结-壳热阻的降低效果。

需要说明的是，所述预设区域为所述第一连接点11所在区域，从而所述预设区域为形成所述第一连接点11提供空间，并且所述第一连接点11与第二连接点12通过金属引线23相连，使得所述功率芯片10与所述第一基板31相连，进而所述预设区域为所述功率芯片10与所述第一基板31相连提供空间。还需要说明的是，在上述实施例中，所述功率芯片10与所述第一基板31通过一根金属引线23相连，在本申请的其他实施例中，根据实际需求，所述功率芯片10与所述第一基板31可以通过多根金属引线23相连，一根金属引线对应一个第一连接点11和一个第二连接点12，从而所述功率芯片10与所述第一基板31通过多根金属引线23相连，所述功率芯片10第二表面具有与金属引线23相同数量的第一连接点11，所述第一基板31与所述第一导热板21相接的一侧表面具有与金属引线23相同数量的第二连接点12。

对于封装结构而言，无论所述功率芯片10为二极管等无控制极的功率芯片，还是为MOSFET、IGBT等具有控制极的功率芯片时，所述功率芯片10都需与所述第一基板31的电路相连，只是功率芯片10为MOSFET、IGBT等具有控制极功率芯片10时，功率芯片10的两个电极分别与第一基板31相连，其中一个通过功率芯片10下表面(相当于本申请功率芯片10的第一表面)直接与第一基板31相连，另一个通过功率芯片10上表面(相当于本申请功率芯片10的第二表面)利用金属引线23与第一基板31相连，从而为了使得所述功率芯片10能够与所述第一基板31的电路连接，所述第一导热板21的材料为导电能力较好的材料，例如铜、铝等。并且，在封装结构的实际应用中，也会需要所述功率芯片10与所述第二基板32的电路连接，从而所述第二导热板21的材料也为导电能力较好的材料，使得所述封装结构中的电流通路为：第一基板31电路-第一导热板21-功率芯片10-第二导热板22-第二基板32电路，或第一基板31电路-第一导热板21-功率芯片10-垫片60-第二导热板22-第二基板32电路。还需要说明的是，所述第一基板31和所述第二基板32表面可能存在线路图形，当所述第一基板31和所述第二基板32表面具有线路图形，并且第二导热板22和第一导热板21为导电能力较好的材料时，为了避免影响第一基板31和第二基板32的工作，所述第一导热板21与所述第一基板31电路图形中原本就短接的部分相连，所述第二导热板22与所述第二基板32电路图形中原本就短接的部分相连。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述功率芯片10可以包括一个子芯片，也可以包括多个子芯片，当所述功率芯片10包括多个并联的子芯片时，所述多个子芯片位于同一所述第一导热板21上，并且所述多个子芯片与所述第一导热板21相接的一侧表面共面，使得所述多个子芯片粘接与同一第一导热板21上。已知所述功率芯片10第二表面与所述第二导热板22相接，因此所述多个子芯片也与同一第二导热板22粘接，从而当所述封装结构具有多个子芯片时，仅需一个第一导热板21和一个第二导热22板即可，不需要多个第一导热板21和第二导热板22，使得所述封装结构降低结-壳热阻的同时，还能够减少第一导热板21和第二导热板22的数量，降低工艺复杂度。需要说明的是，本申请实施例对所述多个子芯片的数量并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，为了保护功率芯片10、金属引线23等脆弱部件，所述封装结构还包括塑封体以及外部壳体，所述塑封体包覆上述任一实施例所述的各部件，即所述塑封体包覆上述实施例中的功率芯片10、第一导热板21、第一基板31、第一底板41，当所述封装结构包括第二导热板22、第二基板32、第二底板42、垫片60时，同样被所述塑封体包覆，并且本申请实施例所提供的封装结构除了包括上述功率芯片10、第一导热板21、第一基板31、第一底板41、第二导热板22、第二基板32、第二底板42、垫片60，还会包括其他部件，该其他部件也同样被所述塑封体包覆，以对所述封装结构的各部件进行保护，同时所述塑封体以及被所述塑封体包覆的各部件位于所述外部壳体内，以防止外部环境对封装结构的影响。

需要说明的是，第一导热板21为板状结构，一般地，第一导热板21与功率芯片10相连的一面与第一导热板21与第一基板31相连的一面平行且大小相等。第二导热板22为板状结构，一般地，第二导热板22与功率芯片10(或垫片60)相连的一面与第二导热板22与第二基板32相连的一面平行且大小相等。

综上所述，本申请实施例提供了一种功率半导体器件封装结构，包括：功率芯片10、第一导热板21、第一基板31、第一底板41，所述第一导热板21的尺寸大于所述功率芯片10的尺寸，其中，所述第一导热板21对所述功率芯片10产生的热量进行横向热传导和纵向热传导，以实现传递到所述第一导热板21中的热量在整个所述第一导热板21中分布，并且实现所述功率芯片10产生的热量依次经所述第一导热板21、所述第一基板31、所述第一底板41传递，使得所述第一导热板21既具有横向导热能力又具有纵向导热能力，使得所述功率芯片10产生热量的散热路径为第一导热板21-第一基板31-第一底板41，从而所述功率芯片10不与所述第一基板31直接接触传递热量，而是通过所述第一导热板21传递到所述第一基板31中，进而使得热量流经所述第一基板31和所述第一底板41时的通道截面面积为所述第一导热板21与所述第一基板31相接触一侧的面积。由于第一导热板21的尺寸大于功率芯片10的尺寸，使得相比于现有封装结构，本申请实施例所提供的封装结构增大了功率芯片10产生的热量流经所述第一基板31以及所述第一底板41时的通道截面面积，即增大了热流通道截面面积，并通常情况第一导热板21的厚度较薄，使得即便散热路径有所增加，也并不会对所述封装结构的结-壳产生较大影响，从而使得所述封装结构在增大了热流通道截面面积情况下，能够降低所述封装结构的结-壳热阻，使得所述封装结构具有较小的结-壳热阻，有助于保证所述封装结构的工作可靠性。

另外，所述封装结构还包括：第二导热板22、第二基板32以及第二底板42，使得所述功率芯片10产生热量的散热路径还包括第二导热板22-第二基板32-第二底板42，进而使得所述封装结构为双面散热封装结构，并且所述第二导热板22尺寸大于所述功率芯片10尺寸，增大了功率芯片10产生的热量流经所述第二基板32以及所述第二底板42时的通道截面面积，使得所述封装结构降低向下的散热路径结-壳电阻的同时，降低向上的散热路径结-壳热阻，从而进一步降低了结-壳热阻。

本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种功率半导体器件封装结构，其特征在于，包括：

功率芯片；

第一导热板，所述第一导热板覆盖所述功率芯片第一表面，并且所述第一导热板尺寸大于所述功率芯片的尺寸；

第一基板，所述第一基板覆盖所述第一导热板背离所述功率芯片第一表面的一侧；

第一底板，所述第一底板覆盖所述第一基板背离所述功率芯片第一表面的一侧；

其中，所述第一导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第一导热板中的热量分布在整个所述第一导热板中，且所述第一导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第一导热板、所述第一基板、所述第一底板传递。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一导热板的横向等效导热系数高于1000W/m·K。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一导热板为均热板或热管。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括压头，所述压头上开设有与所述功率芯片形状相匹配的凹槽，所述功率芯片嵌于所述凹槽中，且所述压头覆盖所述第一导热板与所述功率芯片相接的一侧表面中除所述功率芯片所在的区域。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括：第二导热板、第二基板、第二底板；

所述第二导热板覆盖所述功率芯片第二表面，所述第二基板覆盖所述第二导热板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二底板覆盖所述第二基板背离所述功率芯片第二表面的一侧；所述第二导热板为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片尺寸，并且所述功率芯片第二表面与所述功率芯片第一表面相对；

其中，所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板中的热量分布在整个所述第二导热板中，并且所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第二导热板、所述第二基板、所述第二底板传递。

6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括：第二导热板、第二基板、第二底板、金属引线；

所述功率芯片第二表面具有第一连接点，所述第一基板与所述第一导热板相接的一侧表面具有第二连接点，所述第一连接点与所述第二连接点通过所述金属引线相连，以使得所述功率芯片与所述第一基板通过所述金属引线相连；所述第二导热板覆盖所述功率芯片第二表面除预设区域以外的区域，所述第二基板覆盖所述第二导热板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二底板覆盖所述第二基板背离所述功率芯片第二表面的一侧；所述第二导热板为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片尺寸，所述第一基板尺寸大于所述第一导热板尺寸，所述功率芯片第二表面与所述功率芯片第一表面相对，所述预设区域为所述第一连接点所在区域，为所述功率芯片和所述第一基板相连提供空间；

其中，所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板中的热量分布在整个所述第二导热板中，并且所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第二导热板、所述第二基板、所述第二底板传递。

7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括：第二导热板、第二基板、第二底板、金属引线、垫片；

所述功率芯片第二表面具有第一连接点，所述第一基板与所述第一导热板相接的一侧表面具有第二连接点，所述第一连接点与所述第二连接点通过所述金属引线相连，以使得所述功率芯片与所述第一基板通过所述金属引线相连；所述垫片位于所述功率芯片第二表面除预设区域以外的区域，所述第二导热板覆盖所述垫片背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二基板覆盖所述第二导热板背离所述功率芯片第二表面的一侧，所述第二底板覆盖所述第二基板背离所述功率芯片第二表面的一侧；所述第二导热板为均热板或热管，尺寸大于所述功率芯片尺寸，所述第一基板尺寸大于所述第一导热板尺寸，所述功率芯片第一表面与所述功率芯片第二表面相对，所述预设区域为所述第一连接点所在区域，为所述功率芯片和所述第一基板相连提供空间；

其中，所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行横向热传导，实现传递到所述第二导热板中的热量分布在整个所述第二导热板中，并且所述第二导热板对所述功率芯片产生的热量进行纵向热传导，实现所述功率芯片产生的热量依次经所述第二导热板、所述第二基板、所述第二底板传递。

8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述功率芯片包括多个子芯片，位于同一所述第一导热板上，并且所述多个子芯片与所述第一导热板相接的一侧表面共面。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的封装结构，其特征在于，还包括：塑封体和外部壳体，其中，所述塑封体包覆所述封装结构中的各部件，并且所述封装结构位于所述外部壳体内。

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