橋式器件的封裝結構的製作方法
2023-12-02 07:38:11
專利名稱：橋式器件的封裝結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件封裝測試領域，尤其涉及一種橋式器件的封裝結構。
背景技術：
大功率橋式器件是一種高壓環境下工作的封裝體。這種封裝體通常由四個獨立的橋臂晶片聯合構成，特點是工作電壓高、發熱量大。橋式器件中常見的是橋式整流器，大功率橋式整流器的總功率通常在2W左右，且晶片之間的電壓落差有可能達到1000V甚至更高。以上的兩個特點決定了這種橋式整流器必須具有良好的熱動力學設計，使晶片在大功率下工作產生的熱量能夠儘快的傳導到體外，並且每個晶片之間的溫度差也要控制在允許的範圍內，防止封裝結構內部的熱量集中，因封裝結構的熱阻是由溫度最高的晶片決定的， 封裝結構內部導熱不良會導致內部四個晶片的溫差過大，這會增大封裝結構的熱阻。由於封裝體的各個晶片之間的電壓差很大，因此傳統四方扁平封裝中採用引線框架底部進行散熱的方法不再適用，因為將引線框架的一部分暴露出來增加了晶片脫出以及短路的機率，在低壓(工作電壓通常為5V)環境下些許的漏電並不會帶來安全隱患，但是在數百伏甚至上千伏的工作環境下，一旦發生晶片脫出以及短路，會帶來火災或者觸電等嚴重的安全事故。尤其是橋式器件通常有四塊金屬片作為支撐的平臺，四個金屬片在空間上交錯排列，並且間距很小，大約0. 2mm，如此小的間距暴漏在外邊承受上千伏的高壓這在電學上是很危險的，例如當用焊料焊接時，焊料就完全可能使兩極短路，另外在潮溼環境中空氣擊穿也是可能發生的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種橋式器件的封裝結構，能夠提高橋式器件在高壓條件下工作的電學性能可靠性，同時又具有四角扁平封裝優良的散熱性能以及超薄的尺寸。為了解決上述問題，本發明提供了一種橋式器件的封裝結構，包括四個橋臂晶片、 四個金屬支撐片、多個內部電學連接件以及塑封體；所述四個金屬支撐片各自具有相對設置的第一表面與第二表面，所述第一表面為一平面，第二表面設置有凸出的電學引腳；所述四個橋臂晶片與四個金屬支撐片以及內部電學連接件相互電學連接形成四個埠分別設置於四個金屬支撐片上的橋式電路，其中橋臂晶片與金屬支撐片的連接方式為橋臂晶片採用導電焊料貼裝至一金屬支撐片的第一表面；所述塑封體包裹四個橋臂晶片、四個金屬支撐片以及所有內部電學連接件，但將所述電學引腳暴露在塑封體之外。作為可選的技術方案，所述橋臂晶片為二極體，所述作為四個橋臂晶片的四個二極體均正極貼裝至金屬支撐片，第一橋臂晶片貼裝至第一金屬支撐片、第二橋臂晶片貼裝至第二金屬支撐片，第三橋臂晶片與第四橋臂晶片貼裝至第三金屬支撐片；第一電學連接件連接第四金屬支撐片、第一橋臂晶片的負極以及第二橋臂晶片的負極，第二電學連接件連接第二金屬支撐片與第三橋臂晶片的負極，第三電學連接件連接第四橋臂晶片的負極與第一金屬支撐片。作為可選的技術方案，所述橋臂晶片為電阻，所述作為四個橋臂晶片的四個電阻的兩極中的任意一極貼裝至金屬支撐片，第一橋臂晶片貼裝至第一金屬支撐片、第二橋臂晶片貼裝至第二金屬支撐片，第三橋臂晶片與第四橋臂晶片貼裝至第三金屬支撐片；第一電學連接件連接第四金屬支撐片、第一橋臂晶片的未貼裝一極以及第二橋臂晶片的未貼裝一極，第二電學連接件連接第二金屬支撐片與第三橋臂晶片的未貼裝一極，第三電學連接件連接第四橋臂晶片的未貼裝一極與第二金屬支撐片。作為可選的技術方案，所述多個電學連接件的材料各自獨立地選自於鋁帶和銅片中的一種。作為可選的技術方案，所述金屬支撐片的外側部具有側向凸起，所述側向凸起亦暴露在塑封體之外。作為可選的技術方案，所述導電焊料為含有金屬顆粒的環氧樹脂。本發明的優點在於，封裝體僅將各個引腳暴露出來，最大程度上避免了封裝體漏電的可能性，並通過將橋臂晶片貼裝在金屬支撐片上的方法儘量縮短了電學引腳和橋臂晶片之間的距離，因此晶片工作產生的熱量可以很容易的通過電學引腳散發到環境中去。進一步採用銅片或者鋁帶作為電學連接部件，除了提高電導率以降低熱損耗之外，作用還在於增加晶片之間的導熱率，提高封裝體整體的溫度一致性，避免出現局部過熱的現象。
附圖1所示是本發明具體實施方式
所述橋式器件的封裝結構的示意圖。附圖2所示是採用銅片代替附圖1中的鋁帶作為電學連接件的封裝體示意圖。附圖3所示是四個支撐片在圖1中未能示出的第二表面的示意圖。附圖4是採用四個二極體作為橋臂形成的典型的全橋整流電路的電路圖。附圖5所示是上述橋式器件完整的結構示意圖。附圖6所示是本發明另一具體實施方式
所述橋式器件的封裝結構的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明提供的橋式器件的封裝結構的具體實施方式
做詳細說明。附圖1所示是本發明具體實施方式
所述橋式器件的封裝結構的示意圖，包括四個橋臂晶片，分別為第一橋臂晶片101、第二橋臂晶片102、第三橋臂晶片103和第四橋臂晶片104 ；四個金屬支撐片，分別是第一金屬支撐片131、第二金屬支撐片132、第三金屬支撐片133和第四金屬支撐片134 ；多個內部電學連接件，本具體實施方式
以第一電學連接件 151、第二電學連接件152以及第三電學連接件153表示。為了清楚表示封裝體的內部結構，在圖1中未圖示塑封體。附圖1中的第一電學連接件151、第二電學連接件152以及第三電學連接件153的材料為鋁帶(Al Ribbon)。附圖2所示是採用銅片(Cu Clip)代替附圖1中的鋁帶作為電學連接件的封裝體示意圖，對比附圖1和附圖2可以看出，除了鋁帶和銅片之間的形貌差別之外，兩者並無本質區別，本領域內技術人員也可以在同一個封裝體中同時選用鋁帶和銅片進行組合。無論是鋁帶或者是銅片，其作用都在於增加晶片之間的導熱率，提高封裝體整體的溫度一致性， 避免出現局部過熱的現象。所述四個金屬支撐片各自具有相對設置的第一表面與第二表面，所述第一表面為一平面，第二表面設置有凸出的電學引腳，參考附圖3所示是四個支撐片在圖1中未能示出的第二表面。第一金屬支撐片131、第二金屬支撐片132、第三金屬支撐片133和第四金屬支撐片134各自包括第一電學引腳171、第二電學引腳172、第三電學引腳173和第四電學引腳174。橋臂晶片與金屬支撐片的連接方式為橋臂晶片採用導電焊料貼裝至一金屬支撐片的第一表面，所述導電焊料的材料可以但不限於是含有金屬顆粒的環氧樹脂。所述四個橋臂晶片與四個金屬支撐片以及內部電學連接件相互電學連接形成了全橋整流電路。本具體實施方式
以二極體作為橋臂為例對此封裝結構進行說明。採用四個二極體作為橋臂可以形成典型的全橋整流電路。附圖4是該全橋整流電路的電路圖，其中橋臂的二極體晶片Dl、D2、D3和D4分別對應於附圖3中的第一橋臂晶片101、第二橋臂晶片102、第三橋臂晶片103和第四橋臂晶片104。附圖4中的四個埠 C1、C2、C3和C4分別對應於四個金屬支撐片的第一電學引腳171、第二電學引腳172、第三電學引腳173和第四電學引腳174。繼續參考附圖1，本具體實施方式
所採用的連接方式如下四個二極體均正極朝向金屬支撐片，第一橋臂晶片101貼裝至第一金屬支撐片131、第二橋臂晶片102貼裝至第二金屬支撐片132，第三橋臂晶片103與第四橋臂晶片104貼裝至第三金屬支撐片133 ；第一電學連接件151連接第四金屬支撐片134、第一橋臂晶片101的負極以及第二橋臂晶片 102的負極，第二電學連接件152連接第二金屬支撐片132與第三橋臂晶片103的負極，第三電學連接件153連接第四橋臂晶片104的負極與第一金屬支撐片131。以上的連接方式，若四個橋臂晶片中的一個或者幾個是電感等極性器件，則貼裝和引線方式與此類似；若四個橋臂晶片中的一個或者幾個為電阻，由於電阻不具有極性，故附圖1中的四個橋臂晶片可以採用任意一面進行貼裝；若四個橋臂晶片中的一個或者幾個是三極體等三端或者多端器件，也可以進一步設置更多的金屬支撐片和電學連接件來搭建內部電路，將晶片的電極引出。繼續參考附圖1至附圖3，所述金屬支撐片的外側部具有側向凸起，本具體實施方式
以側向凸起180 189表示。所述側向凸起亦暴露在塑封體之外附圖5所示是上述橋式器件完整的結構示意圖，含有塑封體190，四個金屬支撐片各自的電學引腳均暴露在塑封體190之外，用於同外界形成電學連接。所述側向凸起180 189亦暴露在塑封體之外，以增強封裝體的機械性質。從附圖5可以看出，封裝體僅將各個引腳暴露出來，最大程度上避免了封裝體漏電的可能性，並且從圖1和圖2所示的結構可以看出，本發明所述結構的電學引腳和橋臂晶片之間的距離很短，因此晶片工作產生的熱量可以很容易的通過電學引腳散發到環境中去。還可以設計大尺寸的電學引腳來進一步增加散熱效果。並且將暴露在外的四個電學引腳儘量分布在封裝體的四周，這樣能保證兩極間有充足的空間距離防止電極短路。繼續參考附圖5，四個晶片在工作中所產生的熱量主要是通過底部的四個引腳流出封裝體的，因為熱量是垂直通過四個引腳的截面的，其導熱能力與截面積成正比而與引腳的長度(也就是電學引腳的厚度)成反比，而相對SOP等封裝，本發明所述的封裝引腳截面很大，而引線長度很短，所以有不俗的散熱能力，如果採用SOP等封裝形式，雖然能夠防止電極短路，但是SOP引腳截面很小，並且引線很長所以導熱能力很差，不適用於大功率的功率器件封裝，這種封裝實質上結合了 QFN具有良好導熱能力與SOP形式封裝能有效增強橋式電路電學穩定性的的優點，SOP封裝的另一個缺點是其框架要較QFN為厚，因為SOP封裝框架的厚度方向為引線的截面積，為了增加導熱能力就必須引線的截面積而這必然要求增加框架的厚度。附圖6所示是本發明另一具體實施方式
所述橋式器件的封裝結構的示意圖，除附圖1所示的四個橋臂晶片、四個金屬支撐片和三個內部電學連接件之外，還進一步包括第五金屬支撐片135、第六金屬支撐片136、第四電學連接件IM和第五電學連接件155。增加的部件和已有部件的連接關係請參考附圖6。增加更多的金屬支撐片和電學連接件的目的在於降低每個金屬支撐片的面積，使熱應力更加均勻的分布，並增加封裝結構的金屬支撐片和電學連接件的總的表面積，有利於向外散熱。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種橋式器件的封裝結構，其特徵在於，包括四個橋臂晶片、四個金屬支撐片、多個內部電學連接件以及塑封體；所述四個金屬支撐片各自具有相對設置的第一表面與第二表面，所述第一表面為一平面，第二表面設置有凸出的電學引腳；所述四個橋臂晶片與四個金屬支撐片以及內部電學連接件相互電學連接形成四個埠分別設置於四個金屬支撐片上的橋式電路，其中橋臂晶片與金屬支撐片的連接方式為橋臂晶片採用導電焊料貼裝至一金屬支撐片的第一表面；所述塑封體包裹四個橋臂晶片、四個金屬支撐片以及所有內部電學連接件，但將所述電學引腳暴露在塑封體之外。
2.根據權利要求1所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述橋臂晶片為二極體。
3.根據權利要求2所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述作為四個橋臂晶片的四個二極體均正極貼裝至金屬支撐片，第一橋臂晶片貼裝至第一金屬支撐片、第二橋臂晶片貼裝至第二金屬支撐片，第三橋臂晶片與第四橋臂晶片貼裝至第三金屬支撐片；第一電學連接件連接第四金屬支撐片、第一橋臂晶片的負極以及第二橋臂晶片的負極，第二電學連接件連接第二金屬支撐片與第三橋臂晶片的負極，第三電學連接件連接第四橋臂晶片的負極與第一金屬支撐片。
4.根據權利要求1所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述橋臂晶片為電阻。
5.根據權利要求4所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述作為四個橋臂晶片的四個電阻的兩極中的任意一極貼裝至金屬支撐片，第一橋臂晶片貼裝至第一金屬支撐片、第二橋臂晶片貼裝至第二金屬支撐片，第三橋臂晶片與第四橋臂晶片貼裝至第三金屬支撐片；第一電學連接件連接第四金屬支撐片、第一橋臂晶片的未貼裝一極以及第二橋臂晶片的未貼裝一極，第二電學連接件連接第二金屬支撐片與第三橋臂晶片的未貼裝一極， 第三電學連接件連接第四橋臂晶片的未貼裝一極與第二金屬支撐片。
6.根據權利要求1所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述多個電學連接件的材料各自獨立地選自於鋁帶和銅片中的一種。
7.根據權利要求1所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述金屬支撐片的外側部具有側向凸起，所述側向凸起亦暴露在塑封體之外。
8.根據權利要求1所述的橋式器件的封裝結構，其特徵在於，所述導電焊料為含有金屬顆粒的環氧樹脂。
全文摘要
一種橋式器件的封裝結構，包括四個橋臂晶片、四個金屬支撐片、多個內部電學連接件以及塑封體。本發明的優點在於，封裝體僅將各個引腳暴露出來，最大程度上避免了封裝體漏電的可能性，並通過將橋臂晶片貼裝在金屬支撐片上的方法儘量縮短了電學引腳和橋臂晶片之間的距離，因此晶片工作產生的熱量可以很容易的通過電學引腳散發到環境中去。
文檔編號H01L23/367GK102263093SQ201110199490
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月15日 優先權日2011年7月15日
發明者張元發, 張江元, 鄧星亮, 金新城 申請人:上海凱虹電子有限公司, 上海凱虹科技電子有限公司, 達邇科技(成都)有限公司