CN218783027U - 一种功率器件与电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种功率器件与电子设备，涉及半导体封装技术领域。该功率器件包括至少两个功率芯片组件、至少两个散热底板、第一过桥、外壳以及主电流引出线，功率芯片组件的数量与散热底板的数量相同，且每个功率芯片组件均位于一个散热底板上，相邻两个散热底板之间间隔设置，至少两个功率芯片组件之间通过第一过桥连接；外壳套设于至少两个散热底板上，且至少两个功率芯片组件、第一过桥位于外壳内；主电流引出线的一端与功率芯片组件电连接，另一端穿过外壳并形成主电流端子。本申请提供的功率器件与电子设备具有散热能力强，可能性更高的优点。

Description

一种功率器件与电子设备

技术领域

本申请涉及半导体封装技术领域，具体而言，涉及一种功率器件与电子设备。

背景技术

功率模块是将二个或二个以上的电力半导体芯片按照一定的电路拓扑连接，并与辅助电路共同封装在一个绝缘的树脂外壳内而制成。模块按照组装工艺可分为：压接式及焊接式，焊接式模块结构工艺简单，零部件少，成本低，广泛应用于各类模块封装，其结构为芯片及引出端焊接在一块或几块陶瓷覆铜板上且采用键合或焊接互联形成拓扑连接，所有陶瓷覆铜板焊接在一整块铜底板上，以此形成良好的绝缘及散热性能。

然而，由于所有芯片共用一块散热底板，因此芯片之间热耦合严重。同时，由于铜底板和陶瓷覆铜板的热膨胀系数相差较大，因此焊接及使用过程中出现双金属片热效应，使陶瓷覆铜板严重弯曲，引起芯片受力失效，同时在使用过程中不断受到温度冲击使焊料重复塑性形变而开裂，使二者之间热阻不断增大而性能衰退，功率模块的可靠性降低。

综上，现有技术中提供的功率模块存在可靠性较低的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种功率器件与电子设备，以解决现有技术中存在的功率模块可靠性较低的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种功率器件，所述功率器件包括至少两个功率芯片组件、至少两个散热底板、第一过桥、外壳以及主电流引出线，所述功率芯片组件的数量与所述散热底板的数量相同，且每个所述功率芯片组件均位于一个散热底板上，相邻两个散热底板之间间隔设置，所述至少两个功率芯片组件之间通过所述第一过桥连接；

所述外壳套设于所述至少两个散热底板上，且所述至少两个功率芯片组件、所述第一过桥位于所述外壳内；

所述主电流引出线的一端与所述功率芯片组件电连接，另一端穿过所述外壳并形成主电流端子。

可选地，每个所述功率芯片组件均包括陶瓷覆铜板、功率器件芯片以及电极片，所述散热底板、所述陶瓷覆铜板、所述功率器件芯片以及所述电极片逐层连接。

可选地，所述功率器件芯片包括功率集成芯片、功率晶体管、晶闸管、三极管或二极管。

可选地，所述至少两个功率芯片组件中包括第一功率芯片组件与第二功率芯片组件，所述主电流引出线包括第一主电流引出线、第二主电流引出线以及第三主电流引出线；

所述第一功率芯片组件的阳极与所述第一主电流引出线电连接，所述第一功率芯片组件的阴极通过所述第一过桥与所述第二功率芯片组件的阳极电连接，所述第二功率芯片组件的阳极还与所述第三主电流引出线电连接，所述第二功率芯片组件的阴极与所述第二主电流引出线电连接。

可选地，所述第一功率芯片组件包括作为阳极的第一陶瓷覆铜板，所述第二功率芯片组件包括作为阳极的第二陶瓷覆铜板，所述第一主电流引出线位于所述第一陶瓷覆铜板的上方，并与所述第一陶瓷覆铜板电连接；

所述第二主电流引出线与所述第三主电流引出线均位于所述第二陶瓷覆铜板的上方，且所述第二主电流引出线与所述第二陶瓷覆铜板之间形成电隔离，所述第三主电流引出线与所述第二陶瓷覆铜板电连接。

可选地，所述第二主电流引出线与所述第三主电流引出线分别位于所述第二陶瓷覆铜板两侧的上方。

可选地，所述功率器件还包括第二过桥，所述第二功率芯片组件的阴极通过所述第二过桥与所述第二主电流引出线电连接。

可选地，所述外壳包括壳底与壳盖，所述壳体套设于所述至少两个散热底板上，且所述壳体内设置有容纳空腔，所述至少两个功率芯片组件位于所述空腔内；

所述壳盖盖设于所述壳底上，并设置有引出腔，所述主电流引出线穿过所述引出腔，并露出所述主电流端子。

可选地，所述功率器件还包括填充层，所述填充层填充于所述外壳内。

另一方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的功率器件。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种功率器件与电子设备，该功率器件包括至少两个功率芯片组件、至少两个散热底板、第一过桥、外壳以及主电流引出线，功率芯片组件的数量与散热底板的数量相同，且每个功率芯片组件均位于一个散热底板上，相邻两个散热底板之间间隔设置，至少两个功率芯片组件之间通过第一过桥连接；外壳套设于至少两个散热底板上，且至少两个功率芯片组件、第一过桥位于外壳内；主电流引出线的一端与功率芯片组件电连接，另一端穿过外壳并形成主电流端子。由于本申请设置了至少两个散热底板，且每个功率芯片组件安装于一个散热底板上，因此，实现了每个功率芯片组件中散热底板的独立，减小了陶瓷覆铜板及散热底板膨胀尺寸，减小焊料塑性形变，减小了热阻增大而导热性能衰退，提高了整个功率器件的产品寿命及可靠性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。

图1为本申请实施例提供功率器件的一种结构示意图。

图2为本申请实施例提供功率器件的外壳处于第一视角下的结构示意图。

图3为本申请实施例提供功率器件的外壳处于第二视角下的结构示意图。

图中：

100-功率器件；110-第一功率芯片组件；111-第一陶瓷覆铜板；112-第一功率器件芯片；113-第一电极片；120-第二功率芯片组件；121-第二陶瓷覆铜板；122-第二功率器件芯片；123-第二电极片；130-第一散热底板；140-第二散热底板；150-第一过桥；160-第二过桥；171-第一主电流引出线；172-第二主电流引出线；173-第三主电流引出线；174-第一主电流端子；175-第二主电流端子；176-第三主电流端子；180-外壳；181-壳底；182-壳盖。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

正如背景技术中所述，现有技术中，功率模块中的所有芯片一般均为共用一块散热底板，这样会导致芯片之间热耦合严重，同时功率模块的可靠性相对较低。

有鉴于此，请参阅图1，本申请提供了一种功率器件100，该功率器件100包括至少两个功率芯片组件、至少两个散热底板、第一过桥150、外壳180以及主电流引出线，功率芯片组件的数量与散热底板的数量相同，且每个功率芯片组件均位于一个散热底板上，相邻两个散热底板之间间隔设置，至少两个功率芯片组件之间通过第一过桥150连接；外壳180套设于至少两个散热底板上，且至少两个功率芯片组件、第一过桥150位于外壳180内；主电流引出线的一端与功率芯片组件电连接，另一端穿过外壳180并形成主电流端子。

其中，由于本申请设置的功率芯片组件的数量与散热底板的数量相同，因此为每个功率芯片组件设置了一个独立的散热底板，减小了功率器件100内各个芯片间的热耦合。并且，采用独立式散热底板，分割缩小了底板尺寸，减小了功率芯片组件中陶瓷覆铜板及散热底板膨胀尺寸，减小了陶瓷覆铜板及芯片应力形变，提升了产品的合格率及可靠性，同时减小了焊料塑性形变，减小了热阻增大而导热性能衰退，进一步提高了产品寿命及可靠性。

其中，本申请并不对功率芯片组件的与散热底板的数量进行限定，一般地，例如，其可以为2个，也可以为3个甚至更多，相应地，当功率芯片组件的与散热底板的数量不同时，第一过桥150、主电流引出线的数量也并不相同。为方便说明，本申请以功率器件100中包括2个功率芯片组件的与2个散热底板为例。

并且，在一种实施例中，每个功率芯片组件均包括陶瓷覆铜板、功率器件芯片以及电极片，散热底板、陶瓷覆铜板、功率器件芯片以及电极片逐层连接，即陶瓷覆铜板设置于散热底板上，功率器件芯片设置于陶瓷覆铜板上，电极片设置于功率器件芯片上。一般地，散热底板的面积大于陶瓷覆铜板的面积，陶瓷覆铜板的面积大于功率器件芯片与电极片的面积。

需要说明的是，本申请对功率器件芯片的类型也并不做限定，例如，功率器件芯片包括功率集成芯片、功率晶体管、晶闸管、三极管或二极管，为便于说明，本申请以功率器件芯片为二极管为例。

在此基础上，当功率器件100中包括2个功率芯片组件的与2个散热底板时，功率器件100中包括第一功率芯片组件110与第二功率芯片组件120，主电流引出线包括第一主电流引出线171、第二主电流引出线172以及第三主电流引出线173，并且，第一功率芯片组件110的阳极与第一主电流引出线171电连接，第一功率芯片组件110的阴极通过第一过桥150与第二功率芯片组件120的阳极电连接，第二功率芯片组件120的阳极还与第三主电流引出线173电连接，第二功率芯片组件120的阴极与第二主电流引出线172电连接。

并且，请参阅图2，第一主电流引出线171、第二主电流引出线172以及第三主电流引出线173穿过外壳180并形成3个主电流端子，分别为第一主电流端子174、第二主电流端子175以及第三主电流端子176。

通过上述连接方式，实现了如图所示的等效电路，且第一主电流端子174、第二主电流端子175以及第三主电流端子176可以分别外接电路。

此外，通过设置独立的散热底板，还可以达到小型化的目的，即散热底板仅需大于第一陶瓷覆铜板111与第二陶瓷覆铜板121即可。

为了进一步实现功率器件100的小型化，在一种实现方式中，第一主电流引出线171位于第一陶瓷覆铜板111的上方，并与第一陶瓷覆铜板111电连接；第二主电流引出线172与第三主电流引出线173均位于第二陶瓷覆铜板121的上方，且第二主电流引出线172与第二陶瓷覆铜板121之间形成电隔离，第三主电流引出线173与第二陶瓷覆铜板121电连接。

通过该实现方式，使得第一主电流引出线171与第一陶瓷覆铜板111组成的整体占用体积最小，且第二主电流引出线172、第三主电流引出线173以及第三陶瓷覆铜板组成的整体占用体积也最小，整体上缩小了功率器件100的体积。

其中，功率器件100还包括第二过桥160，第二功率芯片组件120的阴极通过第二过桥160与第二主电流引出线172电连接，第二主电流引出线172与第三主电流引出线173分别位于第二陶瓷覆铜板121两侧的上方。

通过将第二主电流引出线172与第三主电流引出线173分别位于第二陶瓷覆铜板121两侧的上方的方式，保证了第二主电流引出线172与第三主电流线之间的间距，同时由于二者均位于第二陶瓷覆铜板121的两侧，因此二者的正投影仍然落在第二陶瓷覆铜板121的范围内，达到了占用体积最小的效果。

同时，通过第二过桥160实现第二电极片123与第二主电流引出线172之间的连接，保证了第二主电流引出线172与第三主电流引出线173之间的间距，进而使得穿过外壳180并形成的主电流端子之间也能够有足够间距，便于与外接电路的连接。

此外，可选地，第一主电流引出线171位于远离第二功率芯片组件120的一侧，通过该实现方式，使得第一主电流引出线171与第一陶瓷覆铜板111电连接时，只占用第一陶瓷覆铜板111中远离第二功率芯片组件120一侧的面积，而第二功率器件芯片122与第二电极片123可以设置于第一陶瓷覆铜板111中靠近第二功率芯片组件120的一侧，使第一过桥150的长度能够最短，实现小型化的同时，降低第一过桥150的成本。

在一种实现方式中，第一主电流引出线171、第二主电流引出线172以及第三主电流引出线173与功率芯片组件连接的一端的截面积，小于穿过外壳180形成的主电流端子的截面积。一方面，可以使第一主电流引出线171、第三主电流引出线173与陶瓷覆铜板的接触面积较小，陶瓷覆铜板的面积可设置相对较小，便于实现小型化。另一方面，主电流端子的体积较大，便于与外接电路的连接。

作为一种可选的实现方式，外壳180包括壳底181与壳盖182，请参阅图3，壳体套设于至少两个散热底板上，且壳体内设置有容纳空腔，至少两个功率芯片组件位于空腔内。其中，壳体可以设置为上下镂空的结构，然后套设在散热底板上，使得散热底板露出，同时功率芯片组件位于形成的容纳空腔内。当然地，为了是连接更加牢固，还可以将散热底板与壳体进行紧固处理。

其中，壳盖182盖设于壳底181上，并设置有引出腔，主电流引出线穿过引出腔，并露出主电流端子。可以理解地，当功率芯片组件的数量为2个时，引出腔需要设置为3个。

并且，为了保护功率芯片组件间电压隔离，功率器件100还包括填充层，填充层填充于外壳180内。该填充层可以为硅凝胶，并把除了露出的三个主电流端子之外的其他部件全部包裹其内，以此形成对各个部件的机械及电气保护。

在制作本申请提供的功率器件100时，可以依次连接第一散热底板130、第一陶瓷覆铜板111、第一功率器件芯片112、第一电极片113；同时第一主电流引脚也装配于第一陶瓷覆铜板111上方，并与第一陶瓷覆铜板111形成电连接。

同时，可以依次连接第二散热底板140、第二陶瓷覆铜板121、第二功率器件芯片122、第二电极片123；同时第三主电流引出脚设置于第二陶瓷覆铜板121(上方，并与第二陶瓷覆铜板121形成电连接，第二主电流引出脚也设置于第二陶瓷覆铜板121上方，并与第二陶瓷覆铜板121形成电隔离。

接着，使用治具装夹，形成焊接，焊接方式可以为银烧结焊料、可以为Pb_92.5Sn₅Ag_2.5焊料，也可以为Sn_96.5Ag₃Cu_0.5焊料；优选的，本工步选用Pb_92.5Sn₅Ag_2.5焊料，并使用回流焊炉进行焊接。

在完成上述步骤后，将上述结构安装套接在壳底181上。优选使用结胶粘结后，散热底板两端用小螺丝固定，以此保证各底板的共面性；然后把第一过桥150的一端用焊料连接第一电极片113，另一端用焊料连接第二陶瓷覆铜板121上，优选的，本步骤选用Sn_96.5Ag₃Cu_0.5焊料，并使用回流焊炉进行焊接；待粘结胶固化后，在壳体内注入保护硅凝胶，并固化；装配好壳盖182，引出主电流端子并折弯，完成功率器件100的制作。

基于上述实现方式，本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的功率器件。

综上所述，本申请实施例提供了一种功率器件与电子设备，该功率器件包括至少两个功率芯片组件、至少两个散热底板、第一过桥、外壳以及主电流引出线，功率芯片组件的数量与散热底板的数量相同，且每个功率芯片组件均位于一个散热底板上，相邻两个散热底板之间间隔设置，至少两个功率芯片组件之间通过第一过桥连接；外壳套设于至少两个散热底板上，且至少两个功率芯片组件、第一过桥位于外壳内；主电流引出线的一端与功率芯片组件电连接，另一端穿过外壳并形成主电流端子。由于本申请设置了至少两个散热底板，且每个功率芯片组件安装于一个散热底板上，因此，实现了每个功率芯片组件中散热底板的独立，减小了陶瓷覆铜板及散热底板膨胀尺寸，减小焊料塑性形变，减小了热阻增大而导热性能衰退，提高了整个功率器件的产品寿命及可靠性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括至少两个功率芯片组件、至少两个散热底板、第一过桥、外壳以及主电流引出线，所述功率芯片组件的数量与所述散热底板的数量相同，且每个所述功率芯片组件均位于一个散热底板上，相邻两个散热底板之间间隔设置，所述至少两个功率芯片组件之间通过所述第一过桥连接；

所述外壳套设于所述至少两个散热底板上，且所述至少两个功率芯片组件、所述第一过桥位于所述外壳内；

所述主电流引出线的一端与所述功率芯片组件电连接，另一端穿过所述外壳并形成主电流端子。

2.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，每个所述功率芯片组件均包括陶瓷覆铜板、功率器件芯片以及电极片，所述散热底板、所述陶瓷覆铜板、所述功率器件芯片以及所述电极片逐层连接。

3.如权利要求2所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件芯片包括功率集成芯片、功率晶体管、晶闸管、三极管或二极管。

4.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述至少两个功率芯片组件中包括第一功率芯片组件与第二功率芯片组件，所述主电流引出线包括第一主电流引出线、第二主电流引出线以及第三主电流引出线；

所述第一功率芯片组件的阳极与所述第一主电流引出线电连接，所述第一功率芯片组件的阴极通过所述第一过桥与所述第二功率芯片组件的阳极电连接，所述第二功率芯片组件的阳极还与所述第三主电流引出线电连接，所述第二功率芯片组件的阴极与所述第二主电流引出线电连接。

5.如权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述第一功率芯片组件包括作为阳极的第一陶瓷覆铜板，所述第二功率芯片组件包括作为阳极的第二陶瓷覆铜板，所述第一主电流引出线位于所述第一陶瓷覆铜板的上方，并与所述第一陶瓷覆铜板电连接；

所述第二主电流引出线与所述第三主电流引出线均位于所述第二陶瓷覆铜板的上方，且所述第二主电流引出线与所述第二陶瓷覆铜板之间形成电隔离，所述第三主电流引出线与所述第二陶瓷覆铜板电连接。

6.如权利要求5所述的功率器件，其特征在于，所述第二主电流引出线与所述第三主电流引出线分别位于所述第二陶瓷覆铜板两侧的上方。

7.如权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括第二过桥，所述第二功率芯片组件的阴极通过所述第二过桥与所述第二主电流引出线电连接。

8.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述外壳包括壳体与壳盖，所述壳体套设于所述至少两个散热底板上，且所述壳体内设置有容纳空腔，所述至少两个功率芯片组件位于所述容纳空腔内；

所述壳盖盖设于所述壳体上，并设置有引出腔，所述主电流引出线穿过所述引出腔，并露出所述主电流端子。

9.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括填充层，所述填充层填充于所述外壳内。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的功率器件。

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